DE19548501A1 - Hochspannungskondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungskondensator in Faltbauweise.

Aus der DE-OS 34 41 053 ist ein Faltkondensator bekannt, der aus beidseitig metallisierten Kunststoffbändern besteht. Da­ bei bildet jeweils eine Seite des Kunststoffbandes eine Kon­ densatorfläche. In Abständen von mehreren Faltungen sind Ab­ griffe zur Kontaktierung der so gebildeten Faltanordnung vor­ gesehen. Dieser Faltkondensator ist wegen seiner geringen Spannungsfestigkeit nur für Niederspannungsanwendungen ein­ setzbar.

In der Hochspannungstechnik sind Kondensatoren im wesentli­ chen nur in Wickeltechnik bekannt, wobei eckige Bauformen le­ diglich durch Flachdrücken der rund gewickelten Bauform, näm­ lich der jeweiligen Kondensatorwickel, möglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator für hohe Spannungen anzugeben, der bei einer einfachen Her­ stellung eine annähernd eckige Bauform ermöglicht.

Es wurde festgestellt, daß der bekannte Faltkondensator für Hochspannungsanwendungen nicht ohne weiteres anwendbar ist, da sich seine Spannungsfestigkeit im Rahmen von Werkstoff- und Materialauswahl nicht unwesentlich über den Niederspan­ nungsbereich hinaus erhöhen läßt. Für Abhilfe könnte eine Reihenschaltung von mehreren gefalteten Kondensatoren sorgen. Diese Lösung ist jedoch fertigungstechnisch zu aufwendig.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Hochspannungskondensator mit einem mäanderförmig gefalteten dielektrischen Band, auf dem beidseitig elektrisch leitende Beläge angeordnet sind, die in Längsrichtung des Bandes in Abschnitte unterteilt sind, wobei sich gegenüberliegende Ab­ schnitte in ihrer Längsrichtung überlappen, derart, daß eine Reihenschaltung von Kondensatoren gebildet ist. Ausgehend von dem speziell ausgebildeten Band ist nunmehr also auch eine maschinelle Fertigung des Hochspannungskondensators in gefal­ teter Bauweise möglich. Spezielle Verschaltungen oder Kontak­ tierungen innerhalb des Kondensators sind nicht erforderlich.

Es ist günstig wenn eine vorgegebene Anzahl von Faltungen oder Mäanderschritten je Abschnitt vorgesehen ist. Dadurch ist ein gleichmäßiger Aufbau erzielt, welcher eine homogene Feldverteilung im inneren Aufbau des Kondensators zuläßt.

Bevorzugt ist zwischen den Abschnitten der jeweiligen Seiten ein belagsfreier Bereich vorgesehen, der zumindest die Länge etwa eines halben Mäanderschrittes aufweist. Auf diese Weise werden keine weiteren Isolationsbeilagen, -lagen oder - schichten zwischen einzelnen Schichten benötigt. Das Band selbst bildet einen isolierenden Bereich zwischen Abschnitten unterschiedlichen Potentials.

Mit Vorteil ist der elektrisch leitende Belag eine Metall­ schicht. Damit sind gute elektrische Werte für den Hochspan­ nungskondensator erzielbar. Mit Vorteil wird der metallische Belag von einer Metallfolie gebildet. Diese läßt sich beson­ ders einfach verarbeiten. Alternativ kann der elektrisch lei­ tende Belag auch auf das Band aufgedampft sein. Hierdurch ist ein besonders einfaches Wickeln des Hochspannungskondensators möglich.

Bevorzugt ist das gefaltete Band mit den Belägen in einem öl­ gefüllten Gefäß angeordnet. Es können dabei auch mehrere Bän­ der, die miteinander elektrisch verbunden sind, in dem Gefäß angeordnet sein. Auf diese Weise ist eine besonders hohe Iso­ lierfestigkeit gegeben, die dem Einsatz bei hohen Spannungen entgegenkommt.

Das Band kann mehrere Schichten isolierenden Materials umfas­ sen. Damit lassen sich Kondensatoren für höchste Spannungen mit gutem Kapazitäts- und Temperaturverhalten herstellen. Das Band kann dabei aus Papier und/oder Kunststoff gefertigt sein. Diese Materialien eignen sich besonders gut für den neuen Aufbau.

Die leitenden Beläge können auch von einer zusätzlichen iso­ lierenden Schicht bedeckt sein. Dadurch ist eine gute Isola­ tionsfestigkeit gegeben. Die Schicht kann dabei direkt auf die Beläge aufgetragen sein oder den Kondensator nach Art eines Überzuges umhüllen.

Ein Ausführungsbeispiel, weitere Vorteile und Details der Er­ findung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 ein metallisiertes Band zur Herstellung eines Kondensators in einem Längsschnitt beziehungs­ weise in einer Draufsicht und

Fig. 3 den Prinzipaufbau eines gefalteten Kondensators in einem Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines dielektrischen Bandes 1, auf dem beidseitig elektrische Beläge 3a, 3b angeordnet sind. Die Beläge 3a und 3b sind grob- bzw. feinstrichliert darge­ stellt. Das Band 1 kann beispielsweise ein Kunststoffband, eine Kunststoffolie oder auch ein Papierband sein, wobei be­ vorzugt eine Öltränkbarkeit gegeben sein muß. Dies ist eine Voraussetzung zur Herstellung der Spannungsfestigkeit für hohe Spannungen.

Die elektrischen Beläge 3a, 3b sind bevorzugt metallisch und können beispielsweise durch eine aufgelegte oder aufgeklebte Folie oder auch durch Aufdampfen gebildet sein. Andere lei­ tende Beläge sind prinzipiell ebenfalls denkbar.

Die Beläge 3a, 3b sind in Längsrichtung des Bandes 1 in Ab­ schnitte 5a, 5b, 5c bzw. 6a, 6b unterteilt. Die wechselseitig angeordneten Abschnitte 5a, 5b, 5c und 6a, 6b der beiden gegen­ überliegenden Seiten überlappen sich mit ihren Enden derart, daß eine Reihenschaltung von Kondensatoren oder Kapazitäten gebildet ist.

Zwischen den jeweiligen Abschnitten 5a bis 6b sind belags­ freie Bereiche 7 angeordnet, auf deren Bemessung im weiteren noch näher eingegangen wird.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des Bandes 1 in einer Drauf­ sicht. Es ist dabei zu erkennen, daß die Beläge 3a, 3b in ihrer Breite schmaler bemessen sind als das Band 1. Dies dient zu Isolationszwecken im Rand- oder Kantenbereich.

Fig. 3 zeigt einen prinzipiellen Aufbau des neuen gefalteten Hochspannungskondensators, nachfolgend Kondensator 9 genannt, in einem Längsschnitt.

Es ist dabei zu erkennen, daß der Kondensator 9 mäanderförmig gefaltet ist. Wesentlich für die elektrische Funktion eines derartigen gefalteten Kondensators ist, daß die jeweils ge­ bildeten Reihenkondensatoren bei der Faltung nicht elektrisch kurzgeschlossen werden. Die hierfür benötigte Isolation wird von den belagsfreien Bereichen 7 gebildet. Dazu wird vorlie­ gend der Faltungsbereich A näher erläutert.

Der Faltungsschritt 11 weist an seiner Außenseite keinen lei­ tenden Belag zur Isolation auf. Diese ist von dem belags­ freien Bereich 7 selbst gebildet. Hierdurch ist erzielt, daß die Abschnitte 6a und 6b der danebenliegenden Kondensatoren elektrisch nicht miteinander kontaktiert sind. Selbstver­ ständlich kann auch eine zusätzliche Isolation an der Außen­ seite der Beläge 3a, 3b vorgesehen werden. Denkbar ist auch eine gesamte Umhüllung des Kondensators 9 oder nur eine Iso­ lation zwischen den jeweiligen Faltungsschritten.

Für eine gute Isolierung ist es erforderlich, daß der be­ lagsfreie Bereich 7 zumindest etwa die Länge eines halben Mäanderschritts oder Faltungschritts aufweist. Die hier ge­ zeigte Ausführung weist einen belagsfreien Bereich von etwa 1,5 Mäanderschritten auf.

Auf der gegenüberliegenden Seite dieses Faltungsschritts 11 liegt der Abschnitt 5b, dessen Oberfläche an den Enden zweier Faltungsschritte mit sich selbst in Berührung kommt. Dies stellt in diesem Bereich kein Problem dar, da es sich hier um einen durchgehenden Abschnitt 5b handelt, der ohnehin elek­ trisch ein Potential bildet. Ein Kurzschluß von Potentialen liegt also nicht vor. Ein gleicher isolierender Faltungs- oder Mäanderschritt ergibt sich in sinngemäßer Weise auch für die andere Seite für den Belag 3a, beispielsweise im Bereich B.

Die Faltweise des Kondensators 9 ist derart vorgesehen, daß jeweils den belagsfreien Bereichen 7 ein konkreter Mäander­ schritt zugeordnet ist. Bevorzugt ist ein gleichmäßiger Auf­ bau vorgesehen, d. h. daß jeder Abschnitt 5a bis 6b jeweils eine gleiche Anzahl von Mäanderschritten bildet.

Die vorliegende Faltung ist gleichmäßig vorgesehen, so daß die Faltkanten immer gleichmäßig aufeinander zu liegen kom­ men. Selbstverständlich sind hier auch andere Falttechniken, gegebenenfalls auch nach dem Stand der Technik, möglich, z. B. mit versetzten Faltstellen, so daß eine Materialerhöhung im Faltungsbereich ausgeglichen ist. Es ist ebenfalls selbstver­ ständlich, daß der Kondensator 9 endseitig Anschlüsse 15 auf­ weist, die in Fig. 3 im Prinzip dargestellt sind. Dabei ist eine isolationstechnisch günstige Anordnung der Anschlüsse 15 und der jeweiligen Isolierungen vorzusehen. Beispielhaft ist hierzu in Fig. 3 das Band 1 endseitig überstehend ausgeführt. Ggf. sind zusätzliche Isoliermittel für diesen Bereich vorzu­ sehen.

Der vorliegende Kondensator 9 ist speziell für Anwendungen im Mittel- und Hochspannungsbereich vorgesehen, wozu er selbst­ verständlich innerhalb eines Gefäßes mit einem Isolier- und/- oder Kühlmedium, z. B. Öl, untergebracht ist. Es können auch mehrere Kondensatoren in einem Gefäß untergebracht sein. Hier können gegebenenfalls auch weitere Ausbildungen gemäß dem Stand der Technik als vorgesehen sein.

Grundgedanke der vorliegenden Idee ist, daß durch die wech­ selseitig stufenweise Belegung des Bandes 1 eine Möglichkeit geschaffen ist, einen einfach maschinell herstellbaren Kon­ densator für hohe Spannungen herzustellen, der in seinem in­ neren Aufbau keine weiteren Kontaktierungen benötigt. Lö­ sungswesentlich ist dabei auch der Aufbau des speziellen Ban­ des. Es ist auch denkbar, daß dieses von zwei Teilbändern ge­ bildet ist, die jeweils einseitig abschnittsweise einen Belag aufweisen und in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, so daß eine Reihenschaltung von Kondensatoren sinngemäß zur oben beschriebenen Ausführung gegeben ist.

Selbstverständlich sind die obengenannten einzelnen Merkmale und Ausführungen der neuen Idee im Rahmen des fachmännischen Handelns miteinander oder mit Merkmalen aus dem Stand der Technik kombinierbar, ohne daß der Grundgedanke der Idee ver­ lassen wird.

Claims (12)

1. Hochspannungskondensator (9) mit einem mäanderförmig ge­ falteten dielektrischen Band (1), auf dem beidseitig elek­ trisch leitende Beläge (3a, 3b) angeordnet sind, die in Längs­ richtung des Bandes (1) in Abschnitte (5a, 5b, 5c bzw. 6a, 6b) unterteilt sind, wobei sich gegenüberliegende Abschnitte (5a bis 6b) in Längsrichtung überlappen, derart, daß eine Reihen­ schaltung von Kondensatoren gebildet ist.

2. Hochspannungskondensator nach Anspruch 1, wobei eine vor­ gegebene Anzahl von Faltungen oder Mäanderschritten je Ab­ schnitt (5a bis 6b) vorgesehen ist.

3. Hochspannungskondensator nach Anspruch 2, wobei zwischen den Abschnitten (5a bis 6b) der jeweiligen Seiten ein belags­ freier Bereich (7) vorgesehen ist, der zumindest die Länge etwa eines halben Mäanderschrittes aufweist.

4. Hochspannungskondensator nach Anspruch 3, wobei der be­ lagsfreie Bereich (7) einem vorgegebenen Mäanderschritt zuge­ ordnet ist.

5. Hochspannungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der elektrisch leitende Belag (3a, 3b) eine Metall­ schicht ist.

6. Hochspannungskondensator nach Anspruch 5, wobei der metal­ lische Belag (3a, 3b) eine Metallfolie ist.

7. Hochspannungskondensator nach Anspruch 5, wobei der elek­ trisch leitende Belag (3a, 3b) auf das Band (1) aufgedampft ist.

8. Hochspannungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das gefaltete Band (1) mit den Belägen (3a, 3b) in einem ölgefüllten Gefäß angeordnet ist.

9. Hochspannungskondensator nach Anspruch 8, wobei mehrere Bänder im Gefäß angeordnet sind.

10. Hochspannungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Band (1) mehrere Schichten isolierenden Materials umfaßt.

11. Hochspannungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Band (1) aus Papier und/oder Kunststoff gefertigt ist.

12. Hochspannungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die leitenden Beläge (3a, 3b) von einer zusätzlichen isolierenden Schicht bedeckt sind.