DE2019939B2 - Selbstheilender elektrischer kondensator mit mischdielektri kum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstheilenden elek- und Kunststoff ist dagegen kleiner als die einfache

trischen Kondensator, dessen Beläge auf je eine Rauhtiefe der Papieroberfläche, da der Kunststoff

Seite von zwei Papierbändern aufmetallisiert sind glatt ist und außerdem noch unter dem Einfluß

und der zwischen einem Belag und dem beidseitig von Imprägniermitteln quillt und dadurch Vertiefun-

benachbarten gegenpoligen Belag aus Kunststoff 5 gen der Papieroberfläche mindestens teilweise aus-

und/oder Papier aufgebaute Teildielektrika besitzt, füllt,

die im Kondensator parallel geschaltet sind. Weitere Vorteile ergeben sich durch optimale

Bekannt ist z. B. ein selbstheilender Kondensator, Ausnutzung von Papier und Kunststoff nach Spanbei dem auf ein tragendes Papierband ein Metall- nungsfestigkeit und/oder maximal zulässiger Bebelag, eine Kunststoffschicht und ein weiterer Metall- io triebsfeldstärke durch richtige Auswahl der Bandbelag aufgebracht ist und bei dem sich zwischen dicken.

zwei gegenpoligen Belegungen auf der einen Seite Besteht beispielsweise für einen speziellen An-

das Papierband und auf der anderen Seite die Kunst- wendungsfall die eine Seite aus zwei metallisierten

Stoffschicht befindet (B 9428 VIII c/21g). 12 μπι dicken Papierbändern mit einem zwischen

Bei einem anderen bekannten selbstheilenden 15 ihnen liegenden 15 μπι dicken Polykarbonatband, die

Kondensator bestehen die zwischen zwei gegenpoli- andere Seite aus zwei 8 μπι dicken Polykarbonat-

gen Belegungen liegenden dielektrischen Schichten bändern mit einem zwischen ihnen liegenden 8 μπι

aus Polyäthylen-Terephthalat oder aus einer Schich- dicken Papierband, so ergibt sich nach einer Imprä-

rung dieses Stoffs mit Papier und die folgende· Lage gnierung mit Mineralöl ein spezifisches Volumen des

aus einer Undefinierten Schichtung von Papier und 20 dielektrischen Teils des Kondensatorwickels von

Polyäthylen-Terephthalat, je nachdem die Metall- 28 αη³/μΡ. Wäre dagegen das Dielektrikum für

beläge auf Papier oder Polyäthylen-Terephthalat diesen Anwendungsfall in bekannter Weise als sym-

aufgedampft sind (deutsche Auslegeschrift 1122172). metrisches Mischdielektrikum, also auf jeder Seite

Bei allen diesen Kondensatoren ist die Anordnung der Beläge aus zwei 12 μπι dicken Papierbändern von Papier und Kunststoffschichten zueinander ohne 25 und einem dazwischenliegenden 15 μπι dicken PolyRücksicht auf die stark voneinander abweichenden karbonatband aufgebaut, so ergäbe sich ein entdielektrischen Eigenschaften dieser Stoffe getroffen. sprechender Wert von 41 cm³4iF. Das Volumen des

Bei selbstheilenden Kondensatoren mit voller Aus- asymmetrischen Dielektrikums ist also etwa 32% nutzung der aus der Verwendung von Papier- und kleiner. Außerdem sind die^! dielektrischen Verluste Kunststoffbändern als Dielektrikum sich ergebenden 30 kleiner, weil die Verluste der vorwiegend aus Kunst-Vorteile sind gemäß der Erfindung die gegenpoligen Stoffbändern bestehenden Seite kleiner sind als die Kondensatorbeläge auf Papierbänder aufmetallisiert, der anderen Seite.

deren nichtmetallisierte Rückseiten einander züge- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele erfin-

kehrt sind und ist auf der einen Seite eines Belags dungsgemäßer Kondensatoren schematisch darge-

die Zahl der Kunststoffbänder gleich Null oder 35 stellt, und zwar in

kleiner als die Zahl der Papierbänder, während auf F i g. 1 ein selbstheilender Kondensator aus drei der anderen Seite die Zahl der Kunststoffbänder Isolierstoffbändern, und zwar aus einem Kunststoffgrößer oder gleich 1 und die Zahl der Papierbänder band und zwei Papierbändern, die auf je einer Seite kleiner als die Zahl der Kunststoffbänder oder gleich einen aufmetallisierten Kondensatorbelag tragen und Null ist. 40 deren metallfreie Rückseiten aneinander anliegen, in

Bei derartigen Kondensatoren ist die Anzahl der Fig. 2 ein selbstheilender Kondensator, bei dem

Papierbänder zwischen den Belägen auf der einen zwischen die nichtmetallisierten Rückseiten der die

Seite immer größer als die der Kunststoffbänder, Kondensatorbeläge tragenden Papierbänder ein nicht-

während auf der anderen Seite die Zahl der Kunst- metallisiertes Papierband eingelegt ist, und in

stoffbänder überwiegt, so daß auf der einen Seite 45 Fig.-3 ein selbstheilender Kondensator, bei dem

immer vorwiegend Papier und auf der anderen Seite zwischen die nichtmetallisierten Rückseiten der die

vorwiegend Kunststoffbänder liegen. Kondensatorbeläge tragenden Papierbänder ein

Der technische Fortschritt, den derartige Konden- Kunststoffband und auf der anderen Seite zwei

satoren mit sich bringen, beruht darauf, daß sie nur Kunststoffbänder mit einem zwischen ihnen liegenden

metallisierte Papierbänder und metallfreie Kunst- 50" Papierband zwischen den Kondensatorbelägen ange-

stoffbänder enthalten und daß an den Metallbelägen ordnet sind,

in allen Fällen Kunststoffbänder anliegen. Die in Fig. 1 bis 3 dargestellten Kondensatoren

Hinsichtlich der Metallisierung von Papier ist sind dadurch gekennzeichnet, daß ihre Kondensatordabei beachtlich, daß sie erheblich billiger ist als die beläge tragenden Isolierstoffbänder ausschließlich aus Metallisierung von Kunststoff (höhere Auf dampf- 55 Papier bestehen. Dies ist insofern ein wesentlicher geschwindigkeit, bessere Haftung des Metalls, ge- Vorteil, als die Metallbedampfung von Kunststoffringerer Ausschuß und Ausschuß wert bei Papier) bändern sehr erschwert oder mit der erforderlichen und das Anliegen von Kunststoff an den metallisier- Schichtdicke überhaupt nicht möglich ist.
ten Papierbändern bietet den Vorteil, daß die Spalt- Andererseits setzt aber die Lösung der Aufgabe, weite zwischen den Bändern vor den Metallbelägen 60 einen Kondensator mit kleinen Abmessungen und denkbar klein ist. Daraus ergeben sich hohe Glimm- geringen dielektrischen Verlusten zu entwickeln, die einsatzspannungen und geringe Glimmintensitäten Verwendung verlustarmer Kunststoffolien wie z. B. nach selbstheilenden Durchschlägen. aus Polykarbonat, Polypropylen, Polyphenylenoxid,

Die Spaltweiten sind bekanntlich bedingt durch Polytatrafluoräfhylen u. a. voraus,

die Rauhigkeit der aneinander anliegenden Flächen. 65 Wie aus den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung hervor-

Bei aneinander anliegenden Papieroberflächen ist die geht, sind die neuen Kondensatoren asymmetrisch

Spaltweite gleich der zweifachen Rauhtiefe der aufgebaut.

Papieroberflächen. Die Spaltweite zwischen Papier Bei dem Kondensator nach F i g. 1 sind die Kon-

densatorbeläge 14, 15 auf je eine Seite von zwei Papierbändern 16, 17 aufmetallisiert, deren nichtmetallisierte Seiten aneinander anliegen. Diese Bauart ist besonders zu empfehlen, wenn ein Kondensator für höhere Wickelspannungen und besonders spannungsfest gebaut werden soll. Die beiden Papierbänder 16 und 17 sind bei dem Kondensator nach F i g. 1 mit einem Kunststoffband 18 zu einem Kondensator verarbeitet.

Wird für die erfindungsgemäßen Kondensatoren ein Kunststoff mit besonders hoher Spannungsfestigkeit verwendet, so kann es zweckmäßig sein, den Papieranteil des Dielektrikums nicht nur zweilagig wie bei dem Kondensator nach F i g. 1, sondern dreitägig nach F i g. 2 auszuführen. In diesem Fall sind die Kondensatorbeläge 19, 20 auf je eine Seite von Papierbändern 21," 22 aufmetallisiert, zwischen die ein Weiteres, nichtmetallisiertes Papierband 23 eingelegt ist. Mit einem Kunststoffband 24 sind die Papierbänder 21, 22, 23 zu einem Kondensator aufgewickelt.

Für noch höhere. Wickelspannungen, als sie bei Kondensatoren nach Fig. 1 bis 2 zulässig sind, empfiehlt sich ein Kondensator nach Fig.3. Tn diesem Fall sind die Kondensatorbeläge 25, 26 auf je eine Seite von zwei Papierbändern 27, 28 aufmetallisiert, zwischen deren nichtmetallisierte Rückseite ein Kunststoffband 29 eingelegt ist. Auf der anderen Seite des Kondensatorbelags 26 befinden sich zwischen den Belägen 26 und 25 zwei Kunststoffbänder 30, 31, zwischen die ein Papierband 32 eingelegt ist.

Als Wechselspannungskondensatoren sind die erfindungsgemäßen Kondensatoren mit einem flüssigen Zusatzdielektrikum wie z. B. Mineralöl getränkt. Den geringsten Anstieg des Verlustfaktors mit der Spannung und die höchste Glimmeinsatzspannung erhält man dabei dann, wenn der auf einem metallisierten Kondensatorbelag liegende Tränkmittelspalt zwischen dem Metallbelag und dem an ihm anliegenden ' Isolierstoffband eine möglichst geringe Ausdehnung in Richtung des elektrischen Feldes hat. Dadurch wird die Bewegung von Ladungsträgern erschwert und die Bildung schädlicher Gasblasen an den Kondensatorbelägen vermieden.

Die Voraussetzungen dazu sind bei den erfindungsgemäßen Kondensatoren in annähernd vollkommener Weise vorhanden, da beide Kondensatorbeläge auf zwei verschiedene Papierbänder 16, 17, 21, 22 und 27, 28 festhaftend aufmetallisiert sind, so daß zwischen den Belägen und den Papierbändern in keinem Fall Gasblasen entstehen können.

Die freien Oberflächen der auf die Papierbänder aufmetallisierten Kondensatorbeläge grenzen in allen Fällen an je einen auf einer Seite durch die Rauhigkeit des Papiers bedingten, mit dem Kondensatortränkmittel gefüllten Spalt, der auf der anderen Seite durch ein Kunststoffband 18, 24, 30, 31 begrenzt ist und dadurch schon kleiner ist als ein zwischen zwei Papieroberflächen liegender Tränkmittelspalt. Bei Verwendung von durch Wärmebehandlung bei der Tränkung quellfähigen Kunststoffbändern können die über den Belägen liegenden, von den Unebenheiten des Papiers herrührenden Spalte mindestens annähernd von gequollenem Kunststoff ausgefüllt werden, wie es z. B. aus der schweizerischen Patentschrift 482 279 bekannt ist.

Die Wärmebehandlung richtet sich in jedem Fall nach dem jeweils verwendeten Kunststoff. Kondensatoren mit verhältnismäßig schwach quellenden Polykarbonatbändern werden zweckmäßig nach der üblichen Vakuumtrocknung bei Temperaturen von bis 13O⁰C beispielsweise mit Mineralöl imprägniert und anschließend einige Stunden bei dieser Temperatur gehalten, ehe sie abgekühlt werden. Kondensatoren mit stärker quellenden Polypropylenbändern werden dagegen beispielsweise bei Temperaturen von 90 bis 130° C im Vakuum getrocknet, anschließend auf Temperaturen von 60 bis 90⁰C

ao abgekühlt und mit einer Isolierflüssigkeit imprägniert, deren Temperatur unter der Kondensatortemperatur liegen kann. Erst wenn die Imprägnierflüssigkeit in die Kondensatorwickel eingedrungen ist, können die Kondensatoren vor der Abkühlung einige Stunden auf der Imprägniertemperatur oder einer höheren Temperatur gehalten werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Selbstheilender elektrischer Kondensator, dessen Beläge auf je eine Seite von zwei Papierbändern aufmetallisiert sind und der zwischen einem Belag und dem beidseitig benachbarten gegenpoligen Belag aus Kunststoff und/oder Papier aufgebaute Teildielektrika besitzt, die im Kondensator parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenpoligen Kondensatorbeläge auf Papierbänder aufmetallisiert sind, deren nichtmetallisierte Rückseiten einander zugekehrt sind, daß auf der einen Seite eines Belags die Zahl der Kunststoffbänder Null ist oder kleiner als die Zahl der Papierbänder, während auf der anderen Seite die Zahl der Kunststoffbänder größer oder gleich 1 ist und die

4-5 Zahl der Papierbänder kleiner als die Zahl der Kunststoffbänder oder gleich Null ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teildielektrikum aus zwei einseitig metallisierten Papierbändern besteht, zwischen deren nichtmetallisierten Rückseiten ein nichtmetallisiertes Papierband eingelegt ist, und das andere Teildielektrikum aus einem Kunststoffband.

3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die nichtmetallisierten Seiten der die Kondensatorbeläge tragenden Papierbänder ein Kunststoffband und zwischen die metallisierten Seiten der Papierbänder zwei Kunststoffbänder und ein zwischen diesen liegendes Papierband eingelegt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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