-
Hochspannungskondensator In der Hochspannungstechnik, vor allem der
Hochspannungs-Meßtechnik, spielen die Hochspannungskondensatoren eine große Rolle
z. B. als verlustfreie Normalkondensatoren mit Preßgasfüllung oder als Meßkondensatoren
in Form des Meßbelages bei Kondensatordurchführungen (Hartpapierkon.densatoren)
oder auch als Kopplungskondensatoren für die Hochfrequenztelefonie mit Porzellan-,
C51- oder Faserstoffisolation. Werden diese Apparate für höhere Spannungen, etwa
100 kV Netzspannung, ausgelegt, so ergeben sich schwere und unhandliche Geräte,
deren Transport für gelegentliche Untersuchungen in Überlandnetze, etwa für Überspannungsmessungen,
außerordentlich umständlich ist. Außerdem beanspruchen diese Geräte einen großen
Platzbedarf.
-
Es besteht daher in der Hochspannungstechnik ein starkes Bedürfnis
nach einem gut transportfähigen leichten und kleinen Hochspannungskondensator, und
der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Kondensator zu schaffen.
Da man ferner im allgemeinen bestrebt ist, die modernen Hochspannungsapparate als
trockenisolierte Geräte, d. h. also ohne flüssige Isoliermittel, auszuführen, mußte
auch an dem zu schaffenden Hochspannungskondensator die Forderung der Trockenausführung
gestellt werden.
-
Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von der grundsätzlichen Überlegung
ausgegangen, daß die kleinsten Abmessungen für den Hochspannungskondensator dann
zu erzielen sind, wenn dieser als Stützisolator ausgebildet ist. Damit in Verbindung
zu bringen ist aus den vorstehenden Gründen die weitere Forderung, daß der Hochspannungskondensator
mit Trockenisolation ausgeführt sein soll.
-
Die Erfindung besteht nun darin, daß der Kondensator, der insbesondere
für hohe Spannungen bestimmt ist, aus einzelnen, vorzugsweise scheibenförmigen runden
Teilkondensatoren und aus zylindrischen Abstandsstücken durch Übereinanderschichten
aufgebaut ist, wobei die Abstandsstücke einen leitenden Belag erhalten, dessen Durchmesser
etwa dem Durchmesser der Beläge der Kondensatorplatte entspricht. Hierdurch wird
erreicht, daß trotz der gedrungenen und ölfreien Bauart Sprüh- und Glimmerscheinungen,
die den Boden für spätere Überschläge bereiten, nicht auftreten.
-
An sich ist es bekannt, elektrische Kondensatoren aus einzelnen scheibenförmigen
Teilkondensatoren aufzubauen, die in Säulenbauform aufeinandergeschichtet werden
und einen Stützisolator ergeben. Diese zeigen jedoch nicht die erfindungsgemäßen
Merkmale und weisen infolgedessen größere Abstände bzw. einen größeren Isolationsabstand
auf, oder sie sind nicht als trockenisolierte Apparate ausgeführt. In jedem Falle
aber erfordern sie einen erheblich größeren Materialaufwand, so daß die bekannten
Ausführungen größer und schwerer werden.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
noch näher erläutert.
-
In Fig. 1 und 2 sind die einzelnen Kondensatorplatten mit 1 bezeichnet.
Sie bestehen beispielsweise aus Hartpapierscheiben, in die die beiden Beläge 2 eingebettet
sind. Jede Kondensatorplatte besitzt eine bestimmte Prüfspannung. Zur Erzielung
einer bestimmten Prüfspannung des Hochspannungsmeßkondensators ist eine entsprechend
große Anzahl von Kondensatorplatten unter Verwendung der Abstützringe so aufeinander
aufgeschichtet und in Serie zu schalten, bis die vom VDE vorgeschriebene Mindesthöhe
und die gewünschte Prüfspannung erreicht sind.
-
Die Abstützringe sind mit 3 bezeichnet, sie bestehen aus Isoliermaterial,
zweckmäßig ebenfalls Hartpapier, und enthalten eingebettet einen Belag 4. Den Durchmesser
dieses Belages 4 macht man etwa gleich dem Durchmesser der Beläge 2 der Kondensatorplatten.
Man erreicht auf diese Weise an den kritischen Isolationsstellen der Kondensatorplatten,
den Belagrändern, eine sehr erhebliche Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes.
Durch diese Maßnahme der Einführung des richtig bemessenen Schirmbelages 4 wurde
die zulässige Spannung des Meßkondensators ganz erheblich erhöht; Versuche haben
ergeben, daß erst durch diese Maßnahme der hIeßkondensator zu dem angestrebten,
leicht transportablen, vor allem auch sicheren Gerät wird. Denn die Teilbeanspruchung
an den kritischen Stellen des Kondensators wird bei dieser Bauart stark reduziert,
cl. h., bei einer gegebenen Prüfspannung des gesamten Hochspannungskondensators
hätte sonst die Zahl der Teilkondensatoren wesentlich erhöht werden müssen.. Die
Zusammenschaltung der miteinander zu verbindenden Beläge der einzelnen Kondensato.rplatten
und
des - Zylinderbelages 4 des Abstützringes kann über lange Anschlußleitungen und
irgendwie geartete Klemmen erfolgen und wird im Innern der Abstützungen vorgenommen.
Die Verbindungen befinden sich dann in einem völlig abgeschirmten Raut. Die Abschirmung
besteht aus dem zylindrischen Belag der Abstützringe und zwei miteinander und mit
dem Zylinderbelag verbundenen Kondensatorbelägen. Diese Verbindungsstücke können
an den Stellen 12 leicht lösbar durchgeführt werden. Man kann dann nach Anheben
der Kondensatorplatten ohne weiteres zu den Klemmen gelangen, so daß sich die beliebige
Reihenschaltung einer größeren Zahl Einzelelemente sehr einfach durchführen läßt.
Im allgemeinen wird man den Hochspannungskondensator aus Kondensatorplatten gleicher
Größe aufbauen und damit auch eine gleichmäßige Potentialaufteilung auf die einzelnen
Teilkondensatoren erzielen. Sollte bei Kondensatoren für sehr hohe Spannungen eine
so große Zahl von Kondensatorplatten in Reihe zu schalten sein, daß zufolge der
Erdstreukapazitäten der einzelnen Teilkondensatoren eine wesentliche Abweichung
von der linearen Spannungsverteilung sich ergibt, dann kann dieser Einfluß, der
eine unvollkommene Ausnutzung der hinsichtlich ihrer Isolation meist gleich aufgebauten
Teilkondensatoren ergeben würde, dadurch ausgeglichen werden, daß die Kondensatorplatten
in ihrer Kapazität verschieden groß gewählt werden, so daß doch wieder eine gleichmäßige
Spannungsbeanspruchung auftritt.
-
Im vorstehenden ist stets davon ausgegangen, daß die Abstandsstücke
aus Isoliermaterial hergestellt werden, die einen leitenden Belag eingebettet erhalten.
Selbstverständlich kann man diese Abstandsstücke auch aus leitendem Material selbst
herstellen. Entsprechend dem weiter oben beschriebenen Gedankengang, daß der leitende
Belag des Abstandszylinders in seinem Durchmesser etwa gleich dem Durchmesser der
Beläge der Kondensatorplatten zu machen ist, muß hier dann sinngemäß dem Außendurchmesser
der Abstandszylinder diesen Durchmesser besitzen.
-
Mit 5 sind ferner die beiden Abschirmscheiben des Meßkondensators
dargestellt, die der Vergleichmäßigung der Endrandfelder des Aufbaues dienen.. 6
sind die Deckscheiben des Preßgestelles, dessen Zugstangen mit 7 bezeichnet sind.
$ ist eine, obere Druckschraube, 9 der Hochspannungsanschluß, 10 ein Druckklotz
und 11 der unterspaunungsseitige bzw. der zweite Anschluß des Hochspannungskondensators.
Die Zugstangen am Isoliermaterial sind so angeordnet, da.ß sie gleichzeitig die
Zentrierung der Kondensatorplatten mit übernehmen. Die Zentrierung der Abstandszylinder
gegen die Kondeasatorplatten, die wegen der weiter oben beschriebenen Abschirmung
der Belagränder der Kondensatorbeläge durch den Zykinderbelag der Abstandsstücke
wichtig ist, wird zweckmäßig durch Zentxierringe aus Isoliermaterial durchgeführt,
deren Außendurchmesser gleich dem der Kondensatorp.latten und deren Innendurchmesser
gleich dem Außendurchmesser der Abstandszylinder ist.
-
Man erkennt ohne weiteres, daß der Aufbau des erfindungsgemäßen Hßehspannungskondensators
fü:r alle Spannungen, einheitlic4 ist. Selbstverständlich bereitet es auch. keine
:Mühe, bei einem Hochspannungskondensator" der z. $.,, aus. zehn Kondensa,torplatten
besteht, nach. etwa der dritten Kondensatorplatte eine Zwischenabschirmscheibe einzufügen,
an der dann eine Teilspaun.ung abgenommen oder an der auch eine exttsprecbmd reduzierte
Hochspannung bei entsprechend erhöhter Kapazität des Kondensators angeschlossen
werden kann.
-
Für den Transport eines derartigen Hochspannungskondensators wird
man den Aufbau vollständig zerlegen, d. h., man wird die Kondensatorplatten für
sich zusammenpacken, ebenso die beiden Deckplatten 6 des Kondensatorisoliergestelles
und die drei Zugstangen desselben. Damit die Abstützringe leichter transportiert
werden können, kann man sie in Halbringe oder auch in Drittelringe aufsägen, so
daß sie sich ineinanderlegen lassen. Durchgeführte Versuche zeigten, daß bei sauberer
Ausbildung der Schnitte keinerlei Verminderung der für den Kondensator zulässigen
Spannung zu befürchten ist; jedes Teilstück bekommt dann einen leitenden Belag und
einen Anschluß.
-
Bei Versuchen mit dem neuen Meßkondensator hat sich ferner gezeigt,
daß die Teilspannung einer Kondensatorplatte dadurch erhöht werden kann., daß nicht
zwei Beläge, sondern vier Beläge eingebracht werden. Während nach Fig.3 eine solche
Kondensatorplatte 1 bisher nur die Beläge 2 mit den beiden Anschlüssen 13 besaß,
werden nach der weiteren Erfindung noch die beiden Beläge 14 vorgesehen, die in
ihrem Durchmesser etwas größer sind als die Beläge 2. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, daß das Randfeld an den Belägen 2 gemindert wird, da es zum Teil von den
Rändern der Beläge 14 übernommen wird. Da diese aber tiefer in dem festen Isoliermaterial
der Kondensatorplatten liegen, ist die Belastung dieser Stellen, also der Ränder
der Beläge 14, nur erwünscht, denn die zulässige Beanspruchung des festen Materials
beträgt ja ein Mehrfaches der zulässigen Beanspruchung der umgebenden Luft. Wenn
also mit einer Beanspruchung der Ränder der neu zugefügten Beläge 14 eine Entlastung
der Randfelder der Beläge 2 verbunden ist, die sehr nahe der Außenfläche der Kondensatorplatten
liegen, wobei durch Glimmerscheinungen auf dieser Oberfläche in der Nähe dieser
Belagränder 2 die höchstzulässige Prüfspannung der Kondensatorplatte teilweise bedingt
ist, dann bedeutet das für die Kondensatorplatte, insgesamt gesehen, daß nach Zufügung
der die Belagränder 2 entlastenden Beläge 14 die Prüfspannung der Kondensatorplatte
entsprechend, erhöht werden kann.
-
Wenn es also zunächst den Anschein hat, als ab die Zufügung der Beläge
14 einfach einer entsprechenden Maßnahme bei Kondensatordurchführungen entspricht,
so zeigt die nähere Betrachtung d49cli, daß es sich hier um eine ganz andere Maßnahme
handelt: Es wird durch diese Beläge ja nicht die Aufgabe gelöst, zwischen den Teilbelägen
für kmstante Kapazität, d. 1r. eine, entsprechend konstarnrCe Spannungsaufteilung
zu: sorgen; wegen des größeren Durchmessers der beiden haneren Beläge ergeben, sich
sogar verschiedene Teilkapazitäten, sondern es han,-delt sich hier um, die Aufgabe,
eine in Luftlaufende Oberflächenbeanspruchung nach Möglichkeit in. das Innese des
festen Isaliermatesials der Kmden,2-satesplatte zu verlegen.
-
Selbstverständlich ist die letztere Maßnahme nicht allein, auf eine
Kondensatorplatte der hier dargestellten Form beschränkt, sie wird in allen jererr
Fällen zweckmäßig sein, in: denen Kondensatorplatten Überhaupt. benötigt werden.
-
Wie- eingangs, schon erwähnt; wird als fcskes Isolierrnateral für
delr Aufbau ebnes solchem Kondkgsators zweckmäßig Hartpapier verwendet; sekverständlich
wird man dieses Materia3 durch d bekannten Mittel, wie- enfspreclevdr Lach
anstriche
usw., gegen Einfluß der Luftfeuchtigkeit schützen. Bei besonders hohen Anforderungen
in dieser Richtung kann man auch als Baumaterial sowohl für die Kondensatorplatten
als auch die Isolierstützringe bzw. das Preßgestell nichthygroskopische Kunststoffe
bzw. Kunstharze verwenden. Sollte es sich um einen Hochspannungskondensator für
Hochfrequenz handeln, wird man bei der Auswahl des Isoliermaterials für die Kondensatorplatten
hierauf in bezug auf den Verlustwinkel Rücksicht nehmen.