DE1464641B2 - Kondensator mit in einem behaelter befindlichen flach zusammengedrueckten wickeln - Google Patents

Description

F i g, 8 eine graphische Darstellung des Temperaturanstiegs in Abhängigkeit ypn 4er Verlustleistung für bekannte Kondensatoren und für erfindungsgemäß ausgestaltete Kondensatoren.

F i g. 1 zeigt einen Leistungskondensator 1, der einen viereckigen Metallbehälter 2 mjt einem Wickelpaket 3 aufweist, das aus einer Anzahl von flachgedrückten Wickeln 4 zusammengesetzt ist, von denen jeder in an sich bekannter Weise aus zusammen aufgewickelten Elektrodenfolien und dielektrischen Folien hergestellt ist. Jeder Wickel 4, hat Elektrodenanschlußf ahnen 5 und 6, die mit den entsprechenden Elektrodenfolien verbunden sind und aus den oberen Enden des Wickels herausragen. Die Anschlußfahnen sind mit Leitern (nicht gezeigt) verbunden, die durch am Dekkel 9 angebaute Anschlußdurchführungen 7 und 8 herausgeführt sind. An Stelle der Anschlußfahnen können die Kondensatorwickel auch in an sich bekannter Weise so freigelegt sein, daß die Folienanschlüsse in sogenannter Stirnkontaktierung aus dem Wickel herausstehen und passend mit Leitern versehen sind. Das Wickelpaket 3 ist mit einer Isolierung 10 umwickelt, die beispielsweise aus einer oder mehreren Kraftpapierlagen besteht und das Wickelpaket 3 vom Metallbehälter 2 trennt. Der Behälter 2 ist hermetisch durch den Deckel 9 abgeschlossen und enthält eine dielektrische Flüssigkeit, wie z. B. chloriertes Diphenyl, Mineralöl od. dgl. An Stelle eines flüssigen dielektrischen Mediums kann auch ein gasförmiges verwendet werden, z. B. Schwefelhexafluorid.

Wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich, sind erfindungsgemäß im Behälter 2 zur Ableitung der Verlustwärme Platten 11 und 12 vorgesehen, die etwa dieselbe Höhe wie das Wickelpaket 3 aufweisen, zwischen den Behälterwänden und der Isolierung 10 angeordnet sind, im wesentlichen das isolierte Wickelpaket umgeben und normalerweise auf dem Boden des Behälters aufsitzen. Jede Platte H, 12 ist vorzugsweise aus Metall hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt, z. B. Aluminium, und enthält, wie man aus der Ausfüh- 4P rungsform nach Fig. 2 sieht, einen nach innen gebogenen Hauptteil Il α und von diesem abstehende Seitenflansche 11 b, Hc, Die Abmessungen jeder Platte 11, 12 sind so getroffen, daß die Platten nach Zusammensetzung im Behälter? gng zwischen die gegenüberliegenden Stirnwände. 2c, 2i?des Behälters. 2 passen, wobei ihre Seitejiflansehe.116, lic und 12b, 12 c in Berührung mit den entsprechenden Stirn-· wänden stehen und die gebogenen Plattenteile Il <z, 12 a nach innen in dauernde Berührung mit gegenüberliegenden Seiten des isolierten Kondensatorwickelpakets 3 gedrückt sind, wie aus F i g.3 ersieht^ lieh. Das Wickelpaket 3 hat für gewöhnlich genügende Länge, so daß die Seitenflansche der Platten 11, 12 eng zwischen die Enden des Wickelpakets 3 und die benachbarten Stirnwände des Behälters 2 passen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Breitseiten 2 a, 2 b des Behälters 2 aus später erläuterten Gründen etwas nach außen gebogen, wie die F i g. 3 zeigt.

Auf Grund dieser Anordnung haben die Platten 11 und 12 dauernde Berührung über die Isolierung 10 mit den mittleren Teilen des Wickelpakets 3, die normalerweise bei Betrieb die höchste Temperatur aufweisen. Über die Platten 11, 12 wird die Wärme an die normalerweise kühleren Stirnwände 2 c und 2 d und an den Boden des Behälters 2 abgeleitet. Da Kondensatoren dieser Art häufig zu Bänken zusammengefaßt sind und dabei ihre Breitseiten eng aneinanderliegen, ist das Wärmeableitungsproblem bei Benutzung herkömmlicher Leistungskondensatpren besonders schwierig, weil die Breitseitenwände für gewöhnlich die heißesten Behälterteile sind und sich die Wärme einander zustrahlen. Der Wärmeübergang zu den kühleren Stirnwänden und zum Boden des Behälters, wie er durch die Plattenanordnung nach der Erfindung bewirkt wird, löst also dieses Problem, wodurch man tiefere Temperaturen im Dielektrikum des Kondensators und damit längere Lebensdauer und bessere Wärmestabilität des Kondensators erreicht.

Bei der beschriebenen Anordnung werden mit dielektrischer Flüssig keit 15 gefüllte Räume 13 und 14 zwischen den einwärts gebogenen Platten 11, 12 und den benachbarten, nach außen gebogenen Breitseitenwänden 2a, 2b des Behälters 2 umgrenzt, deren Größe von der Ausbauchung der Seitenwände 2a, 2b und der Breitendifferen ζ zwischen dem Wickelpaket 3 und dem Behälter abhängt. Die Anwesenheit der Räume 13, 14 macht es den Breitseitenwänden 2a, 2b des Behälters möglich, sich während der Abkühlung des Kondensators nach innen zu biegen und dabei der Zusammenziehung der dielektrischen Flüssigkeit bei dieser Kühlung zu folgen. Dadurch wird der Innendruckabfall beträchtlich vermindert, der anderenfalls auftreten würde, wenn die Einwärtsbiegung der Breitseitenwände des Behälters durch eine enge Passung des Kondensator wickeis verhindert würde. Darüber hinaus trägt das Dielektrikum in den Räumen 13 und 14 zur Abkühlung des Wickelpakets 3 bei, da die dielektrische Flüssigkeit 15 durch Konvektion in diesen Räumen zirkuliert und Wärme aus den normalerweise heißeren Mittelteilen zu den kühleren Stirnwänden und zum Boden des K ondensatorbehälters 2 überträgt. Diese Wärmeübertragung wird um so besser, je heißer der Kondensator beispielsweise durch Spannungsanstieg wird.

Je nach Wunsch können die Platten 11, 12 abgewandelt werden, um die Zirkulation der dielektrischen Flüssigkeit in den Räumen 13, 14 von der einen zu anderen Seite jeder Platte durch Anbringen von Löchern oder Ausschnitten in den Haupt-, Ober- oder Unterteilen der Platten zu erleichtern.

Es ist vorteilhaft, wenn die Platten 11, 12 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der grqßer als der des Metalls des Behälters 2 ist, da dann der Druck der Platten 11, 1?, auf das Wickelpaket 3 mit steigender Temperatur wegen der ΪΜ Vergleich zu den Behälterwänden stärkere η Plattenausdehnung ansteigt. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn die Platten aus Aluminium und der Behälter aus kohlenstoffarmem oder rostfreiem Stahl gefertigt werden. Der gesteigerte Plattendruck auf das Wickelpaket ergibt eine bessere Wärmeableitung aus dem Wickelpaket zu den Platten und dann zu den Behälterstirnwänden und damit eine weitere Verminderung der Betriebstemperatur des Wickelpakets.

Die Fig. 2a zeigt im senkrechten Schnitt eine von der in F i g. 2 dargestellten Platte abweichende Form, die einen ähnlich nach innen gebogenen Hauptteil Ud mit nach außen abstehenden Ausbuchtungen He und 11/ enthält, die nach Einbau im Behälter 2 an der Innenfläche der Behälterseitenwand anliegen. Die Ausbuchtungen He, 11/ dienen also dazu, eine dauernde Berührung zwischen Platte und Wickelpaket 3 sicherzustellen und den Aufnahmeraum für die dielektrische Flüssigkeit 15 aufrechtzuerhalten. Die Ausbuchtungen

sind vorzugsweise in der Nähe des Kopfes und Fußes der Platte so angeordnet, daß sie die Behälterseitenwand in der Nähe von deren Kopf- und Fußteilen berühren und hierdurch die Wärmedurchgangseigenschaften verbessern, ohne daß sie eine Einwärtsbiegung des Mittelteils der Behälterseitenwand behindern.

Fig. 2b zeigt eine andere Ausführungsform einer Platte, bei der das gebogene Mittelstück einen nach innen schalenförmigen Mittelbereich 11g hat. Beim Betrieb drückt der Außenrand 11h der Platte unmittelbar berührend auf die Behälterseitenwand und der schalenförmige Mittelteil 11g an das Wickelpaket 3. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Sicherheit, daß die Platten in dauernder Berührung mit den Seiten des Wickelpakets 3 bleiben und daß ein Raum zur Aufnahme dielektrischer Flüssigkeit zwischen dem Wickelpaket und der Behälterseitenwand aufrechterhalten wird. Kurve

F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 3 mit Einsenkungen oder Rillen 16 und 16 a, die 20 Kurve in den Seitenwänden des Behälters 2 für Blattfedern 17, 17 a eingeformt sind, die mit ihren gewölbten Flächen Kurve

gegen die mittleren Teile der gebogenen Platten 11a und 12a und mit ihren Enden gegen den Behälter 2 Kurve

drücken und hierdurch für gesteigerten Plattendruck gegen das Wickelpaket und auch für zusätzlichen Kurve

Reserveraum für die dielektrische Flüssigkeit sorgen. Nach Wunsch können auch gewundene Federn oder Kurve

andere gleichwertige federnde Teile anstatt der Blattfedern verwendet werden.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform der Platten, bei der diese durch ein zusammenhängendes Hohlprofil 19 gebildet sind, dessen Breitseitenteile nach innen durchgebogen und durch gerade Stirnteile verbunden sind. Das Hohlprofil 19 paßt mit seinen Abmessungen stramm in den äußeren Kondensatorbehälter und gegen das in seinem Innenraum eingefügte Wickelpaket.

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Platten von Winkelprofilen 20, 21 gebildet sind, deren jedes aus einem gebogenen Hauptteil mit einem einzigen im Winkel daran so geformten geraden Flanschteil besteht, daß die beiden Platten bei der gezeigten Zusammenfügung ineinandergreifen und gegen das Wickelpaket im wesentlichen wie bei der Ausführungsform nach F i g. 3 drücken.

F i g. 7 zeigt noch eine andere Ausführungsform, bei der die Platten aus ineinandergreifenden, U-förmigen Teilen 22, 23 geformt sind. Eine solche Anordnung kann in Kondensatorbehälter verschiedener Weiten einfach dadurch eingepaßt werden, daß man die ineinandergeschachtelten Stücke relativ auseinanderzieht oder zusammendrückt.

Zum Vergleich wurde der Temperaturanstieg bei Normalkondensatoren (Stand der Technik) und ähnlichen, jedoch mit erfindungsgemäßen Platten ausgerüsteten Kondensatoren (Erfindung) durch Versuche festgestellt. Die Ergebnisse der Versuche zeigt F i g. 8 in Form einer Darstellung der Temperatur in ° C gegen die Verlustleistung in Watt. Bei diesen Versuchen wurde jeweils eine Gruppe von Kondensatoren jedes Typs so angeordnet, daß zwischen den inneren Breitseiten ein Zwischenraum von 7 cm vorhanden war. Die Kondensatorgruppen wurden bei einer Umgebungstemperatur von etwa 45° C betrieben. Die Kurven zeigen folgendes:

A = Höchsttemperatur im Dielektrikum

— Stand der Technik,

A' = Höchsttemperatur im Dielektrikum

— Erfindung,

B = Durchschnittstemperatur im Dielektrikum — Stand der Technik,

B' = Durchschnittstemperatur im Dielektrikum — Erfindung,

C = Höchsttemperatur am Behälter

— Stand der Technik,

C" = Höchsttemperatur am Behälter

— Erfindung.

Aus dem Schaubild ist ersichtlich, daß bei den mit den erfindungsgemäßen Platten ausgestatteten Kondensatoren ein wesentlich geringerer Temperaturanstieg auftritt als bei den Kondensatoren nach dem Stand der Technik. Bei 220 Watt z. B. war die Höchsttemperatur im Dielektrikum der erfindungsgemäßen Kondensatoren etwa 11¹^" C geringer als bei den bekannten Kondensatoren.

Die Plattenanordnung nach der Erfindung hat eine Anzahl von Vorteilen, außer den bereits erwähnten. Sie kann beispielsweise als eine Haltevorrichtung dienen, um den Zusammenbau des Wickelpakets und der Isolierung im Behälter zu erleichtern. Die Platten dienen nicht nur zur Wärmeabführung aus den Kondensatoren während des Betriebs, sondern sie dienen auch zum Hineinführen der notwendigen Wärme in den Kondensator während des üblichen, bei der Kondensatorfabrikation verwendeten Behandlungsvorganges.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Patentansprüche· hin ein Konden5ifito.r (Jer eingangs genannten Art bekannt, bei dem zur Anleitung der Verlustwärme jeder

1. Kondensator mit in einem Behälter befind- Kondensatorwickel rnit: e.iner flexiblen Umhüllung aus liehen flach zusammengedrückten Wickeln, die einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit versehen parallel zueinander zwischen den Schmalseiten des 5 ist. Zur Gewährleistung eines guten Wärmeüberganges Behälters angeordnet sind und deren Verlustwärme zwischen der Behälterwandung und den flexiblen Umzum Behälter über metallische Zwischenmittel ab- hüllungen der Kondensatorwickel wird der Behälter geleitet wird, mit dem Behälter durch mechanischen bei einer möglichst hohen Temperatur mit der dielek-Druck in Verbindung stehen, dadurch ge- irischen Flüssigkeit gefüllt, damit dann bei der späteren kennzeichnet, daß zwischen jeder längs- io Betriebstemperatur die flexiblen Umhüllungen der seitigen, durch Temperaturänderungen durchbieg- Kondensatorwicklung mit dem Behälter durch mechabaren Behälterwand (2 a; 2 b) und den zu einem nischen Druck in Verbindung stehen. Bei tieferen Wickelpaket (3) zusammengepreßten Kondensator- Temperaturen werden jedoch die Kondensatorwickel wiqkeln (4) eine die metallischen Zwischenmittel infolge starker Durchbiegung der Behälterwände nach darstellende Metallplatte (11; 12; 19; 20; 21; 22; 15 innen zusammengepreßt, wodurch die Durchschlag-23) angeordnet ist, die zwischen den Behälter- festigkeit der Kondensatorwickel ungünstig beeinflußt Schmalseiten (2c, 2d) eingepaßt ist, an den Behälter- wird.

Schmalseiten anliegt sowie nach innen zur Anlage Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei

an den Kondensatorwickel durchgebogen ist. einem Kondensator der eingangs genannten Art die

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 zur Ableitung der Verlustwärme aus den Kondensatorkennzeichnet, daß die Platte (11; 12; 19; 20; 21) wickeln vorgesehenen metallischen Zwischenmittel aus einem Metall besteht, dessen Wärmeausdeh- derart auszugestalten, daß ohne eine starre Verbindung nungskoeffizient größer ist als der des Behälter- zwischen Kondensatorwickeln und Behälterwänden materials. stets eine einwandfreie Wärmeableitung gewährleistet

3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 ist.

kennzeichnet, daß zwischen dem nach innen ge- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gekrümmten Mittelteil (11a; 12a) der Platte (11; 12) löst, daß zwischen jeder längsseitigen, durch Tempe- und der gegenüberliegenden Behälterwand eine raturänderungen durchbiegbaren Behälterwand und Druckfeder (17a; 17) angeordnet ist. den zu einem Wickelpaket zusammengepreßten Kon-

4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch ge- 3° densatorwickeln eine die metallische Zwischenmittel kennzeichnet, daß die Platte (11; 12) Seitenflansche darstellende Metallplatte angeordnet ist, die zwischen (116, lic; 12b, 12c) aufweist, die an den Behälter^ den Behälterschmalseiten eingepaßt ist, an den Beschmalseiten(2c, 2a⁷) anliegen. hälterschmalseiten anliegt sowie nach innen zur An-

5. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch ge- lage an den Kondensatorwickel durchgebogen ist.
kennzeichnet, daß jede der beiden Platten (20, 21) 35 Beim Kondensator nach der Erfindung wird der als Winkelprofil ausgebildet ist, dessen einer Wärmeübergang zwischen den Kondensatorwickeln Schenkel an einer Schmalseite des Behälters anliegt. und der Behälterwand bei einer Temperaturerhöhung

6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch ge- noch verbessert. Falls sich nämlich infolge von Temkennzeichnet, daß die beiden Platten von den peraturerhöhungen der Behälter an den Längsseiten Seitenwänden eines Hohlprofils (19) gebildet sind. 40 nach außen ausbaucht, werden die Schmalseiten etwas

7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch ge- nach innen gebogen, wodurch die zwischen den kennzeichnet, daß das Hohlprofil aus zwei U-för- Schmalseiten eingepaßten Wärmeanleitungsplatten migen Teilen (22, 23) zusammengesetzt ist. zwangläufig stärker durchgekrümmt werden, so daß

der Anpreßdruck zwischen den Platten und den Kon-45 densatorwickeln sowie. de,m Behälter vergrößert und

" dadurch der Wärmeübergang verbessert wird. Zur

Verbesserung dieser Wirkungsweise werden die Platten

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit in zweckmäßigerweise aus einem Metall hergestellt, das einem Behälter befindlichen flach zusammengedrück- einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auften Wickeln, die parallel zueinander zwischen den 50 weist als das Material, aus dem der Kondensator-Schmalseiten des Behälters angeordnet sind und deren behälter gefertigt ist.

Verlustwärme zum Behälter über metallische Zwischen- Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeichmittel abgeleitet wird, die mit dem Behälter durch nungen erläutert, in dgnen zeigt
mechanischen Druck in Verbindung stehen. F i g. Ϊ eine perspektivische Ansicht mit zum Teil

Aus der deutschen Patentschrift 916 439 ist bereits 55 weggelassenen Teilen einer Ausführungsform eines ein Kondensator der vorgenannten Art bekannt, bei Leistungskondensatgrs.nacb der Erfindung,
dem zur Ableitung der Verlustwärme aus den Kon- F i g. 2 eine perspektjyisglie Ansicht einer bei der

densatorwickeln jeder Kondensatorwickel zumindest Ausführungsform nach der F i g. 1 vorgesehenen an den beiden Schmalseiten und an seiner Längsseite Platte für die Ableitung der Verlustwärme,
von übereinandergewickelten Metallfolien umschlos- 60 Fig. 2a und 2b senkrechte Schnitte durch abgesen ist, die durch mechanischen Druck mit der Be- wandelte Ausführungsformen von Platten zur Abhälterwand in Verbindung stehen. Bei einer Erhöhung leitung der Verlustwärme,

der Temperatur des Kondensators tritt eine Durch- Fi g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1,

biegung der Behälterwand nach außen auf, wobei F i g. 4 einen Schnitt ähnlich wie in F i g. 3 durch

zwangläufig der Wärmeübergang zwischen Metall- 65 eine abgewandelte Ausführungsform,
folien und Behälter und damit zwischen Kondensator- F i g. 5, 6 und 7 schematische Ansichten verschie-

wickeln und Behälter schlechter wird. dener Ausführungsformen von Platten für die Ab-

Aus der britischen Patentschrift 689 865 ist weiter- leitung der Verlustwärme und