DE2113231C3 - Elektrischer Hochspannungskondensator für StoBstromentladungen - Google Patents

Description

kautschuk als sogenannte Radialdichiungen ist aus dem Aufsatz von B e η k e η »Über die elektrische Festigkeit von Fugen zwischen festen Isolierstoffen« in der ETZ-A. Bd. 89 -1968- Heft 15. S. 356 bis 361. bekannt.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Kondensatorelemente aus Flachwickeln bestehen, die in zwei nebeneinanderliegenden Stapeln im Metaligehäuse angeordnet und mittels eines zentralen Spannbolzens stirnseilig verspannt sind. Die Flachwickel können durch den zentralen Spannbolzen genügend stark vorgepreßt werden, so daß die bei den Entladungen auftretenden großen Kräfte ohne weiteres von der Verspanneinrichtung aufgefangen werden. Besonders günstig ist es, wenn die Isolierringe in ihren Mitten Ausnehmungen für den Spannbolzen aufweisen, so daß dieser nach dem Einsetzen der Kondensatorelemente in das Metallgehäuse nachspannbar ist. Dadurch kann die Einhaltung eines vorbestimmten Preßdrucks auch n3ch längerer Betriebsdauer sichergestellt werden. Insbesondere kann der Wickelstapel nach dem Imprägniervorgang der Kondensaiorelemenie nachgepreßi werden. Mit Vorteil können die Kondensatorelemente durch einen aus zwei Teilen bestehenden Isolierkasten gegen das Metallgehäuse isoliert sein. Der Isolierkasten ist zweckmäßig so bemessen, daß er dem Wickelstapel eine ausreichende mechanische Stabilität verleiht. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die beiden Teile des Isolierkastens an der Trennfuge in spitzem Winkel angeschäftet smd. Dadurch erhält man eine überlappende Verbindungsstelle mit einem langen Kriechweg, was insbesondere für Impulskondensatoren hoher und höchster Spannungen vorteilhaft ist. Schüeblich ist es von Vorteil, wenn das Metallgehäuse aus dünnem, die Volumenänderungen des Isoliermediums aufnehmendem Blech besteht. Durch die Membranwirkung des Metallgehäuses kann auf ein besonderes Ausdehnungsgefäß für das Isoliermedium verzichtet werden.

Einzelheiter und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen elektrischen Hochspannungskondensator;

F i g. 2 zeigt den Hochspannungskondensator gemäß F i g. 1 in der Dranfsicht.

Der Hochspannungskondensator 1 weist an entgegengesetzten Flächen 2, 3 eines Metallgehäuses 4 Anschlußstücke 5,6 auf, die mittels Isolierringen 7,8 gegen das Metallgehäuse 4 für die volle Betriebsspannung isoliert sind. Die vorzugsweise aus Epoxydharz-Formstoffen bestehenden Isolierringe 7, 8 weisen Flanschstücke 9, 10, auf, mit dem sie an mit dem Metallgehäuse 4 verbundene Anschlußflansche 11, 12 angeschlossen, vorzugsweise mittels Schrauben 13, 14 befestigt sind. In axialer Richtung vorspringende ringförmige Flansche 15, 16 an den Isolierringen 7, 8 sind für den Anschluß elastischer, hochspannungsfester Dichtungselemente, vorzugsweise aus Silikonkautschuk, vorgesehen. Die Kondensatorelemente bestehen aus Flachwickeln 17 mit einem Dielektrikum aus Kondensatorpapier, die in zwei nebeneinanderliegenden Stapeln 18, 19 (F i g. 2) im Metallgehäuse 4 angeodnet sind. Die einzelnen Windungen der Flachwickel 17 sind stirnseitig mittels Brükken 20, 21 kontaktiert. Zr Erzielung eines niederinduktiven Aufbaus der Wickelstapel 18, 19 sind mehrere Flachwickel 17 parallel geschaltet und mehrere dieser parallel geschalteten Gruppen bifilar in Serienschaltung verbunden. An den Enden der Wickelstapel 18, 19 sind Preßplatten 22. 23 aus Stahl angeordnet, die beide Wickelstapel 18, 19 überdecken und die über Kontaktstücke 24. 25 mit den Anschlußstücken 5, 6 in Verbindung stehen. An der linken Anschlußseite (Fig. 1) ist zwischen der Preßplatte 22 und dem Kontaktstück 24 eine mit dem Kontaktstück 24 verlötete Metallplatte 26 vorgesehen, die an der Preßplatte 22 lose anliegt. Die Anschlußstücke 5, 6 sind somit über die Kontaktstücke 24, 25, die Metallplatte 26 bzw. die Preßplatte 23 sowie

ίο die Anschlußfahnen 27, 28 mit den beiden äußersten Kondensatorflachwickeln 17 leitend verbunden.

Um Bewegungen der Kondensatorbeläge auf Grund elektrostatischer oder elektrodynamischer Kräfte zu vermeiden, werden die Wickelstapel 18, 19 durch einen zentralen Spannbolzen 29 aus glasfaserverstärktem Kunststoff gepreßt. Der Preßdruck kann durch Muttern 30, 31, die im Bereich von Ausnehmungen 32, 33 in der Mitte der Isolierringe 7, 8 angeordnet sind, eingestellt und falls erforderlich nach dem Einsetzen der Wickelstapel 18, 19 in das Metallgehäuse 4 nachgestellt werden. Auch eine betriebsbedingte Nachstellung des Preßdrucks ist jederzeit möglich. Hierzu müssen nur die mittels Schrauben 43, 44 an den Isolierringen 7. 8 befestigten Anschlußstücke 5, 6 entfernt werden, damit die Muttern 30, 31 des Spannbolzens 29 zugänglich sind. Die Isolierung der Wickelstapel 18, 19 gegen das Metallgehäuse besteht aus einem sich aus zwei Teilen 34, 35 zusamensetzenden Isolierkasten 36 aus Preßspan. Die Wandstärke des Isolierkastens 36 ist so bemessen, daß dieser den Wickelstapeln 18, 19 einen ausreichend meachanischen Halt gewährleistet. Die beiden Teile 34, 35 des Isolierkastens 36 sind an ihrer Trennfuge 37 in spitzem Winkel angeschäftet. Das Metallgehäuse 4 besteht aus dünnem, die Volumenänderungen des Isoliermediums, vorzugsweise Mineralöl, aufnehmendem Blech. Nach der Montage wird das Metallgehäuse 4 stirnseitig mit an den metallenen Anschlußflanschen 11, 12 angeschweißten Gehäusedeckeln 38, 39 dicht verschweißt.

Wie die F i g. 2 zeigt, weisen die Isolierringe 7, 8 zusätzliche Gewindebohrungen 40 auf, die zum Anschluß eines Gehäuses für einen Schalter, beispielsweise eine Mehrfachfunkensirecke, eine Ladeeinrichtung oder ein Experiment, dienen. Der Schalter, die Ladeeinrichtung b?w. das Experiment selbst werden unmittelbar an die Anschlußringe 5, 6 angeschlossen. Hierfür sind die Gewindebohrungen 41,42 (F i g. 1) vorgesehen.

Der Hochspannungskondensator gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß er mit sehr hohen Spannungen weit über 10OkV, beispielsweise 15OkV, bei einer äußerst niedrigen Eigeninduktivität betrieben werden kann. Wie Versuche gezeigt haben, beträgt die Gesamtinduktivität einer 150 kV-Einheit nur 4OnH. Dies ist unter anderen darauf zurückzuführen, daß die ebenen Anschlußstücke sehr nahe an das leitende Gehäuse herangebracht werden können. Vorteilhaft ist auch die sehr hohe Energiedichte des Hochspannungskondensators gemäß der Erfindung. Bei dem erwähnten 150 kV-Kondensator betrug das Verhältnis Energieinhalt/Gesamtvolumen etwa 0.1 Ws/cm³. Trotz dieser hohen Energiedichte ist auch die Lebensdauer außergewöhnlich hoch. Der symmetrische koaxiale Aufbau ermöglicht es, an einem Anschlußstück die Verbindungsleitung zum Experiment und an der dem ande ren Anschlußstück, den Schalter und die Ladeeinrichtung anzuschließen. Das Gehäuse dient dabei als koaxialer Rückleiter im Entladekreis. Die Energiespeichereinheit wird günstigerweise in völlig gekapselter Bau-

weise mit Silikonkautschuk als Hochspannungsdichuinjen und SR> als !Isoliergas für die an den Isolierringen y/w. Anschlußstücken angeflanschten zusätzlichen Hinrichtungen, wie Sichalter, Ladeeinrichtung und i-'xpcriment, ausgeführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Hochspannungskondensator mit hohem Energiegehalt für Stoßstromentladungen, der aus einer Mehrzahl von in Reihen- und Parallelschaltung zusammengefaßten Kondensatorelementen besteht die an zwei nach außen führende elektrische Anschlüsse angeschlossen sind, und bei dem mindestens einer der beiden elektrischen Anschlüs- _to se aus einem metallischen Anschlußstück besteht, das durch einen Isolierring von einem an der dem Metallgehäuse abgewandten Seite eine ebene Anschlußfläche aufweisenden Anschlußflansch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektrische Anschluß des Hochspannungskonendators (1) an einer entgegengesetzt zum ersten elektrischen Anschluß liegenden Fläche des Metallgehäuses (4) herausgeführt ist und ebenso wie der erste Anschluß aus einem metallischen Anschlußstück (6) besteht, das durch einen Isolierring (8) von einem an der dem Metallgehäuse (4) abgewandten Seite eine ebene Anschlußfläche aufweisenden Anschlußflansch (12) isoliert ist, und daß beide Anschlußstücke (5,6) jeweils aus einer Metallplatte bestehen, die ebene, zur Anschlußfläche der Anschlußflansche (It, 12) parallel verlaufende und wenigstens annähernd in einer Ebene mit diesen Flächen liegende, nach außen gerichtete Kontaktflächen aufweisen.

2. Hochspannungskondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierringe (7, 8) an den dem Metallgehäuse (4) abgewandten Seiten in axialer Richtung vorspringende, umlaufende Flansche (15, 16) für den Anschluß elastischer, hochspannungsfester Dichtungselemente aufweisen.

3. Hochspannungskondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente aus Flachwickeln (17) bestehen, die in zwei nebeneinanderliegenden Stapeln (18, 19) im Metallgehäuse (4) angeordnet und mittels eines zentralen Spannbolzens (29) stirnseitig verspannt sind.

4. Hochspannungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierringe (7, 8) in ihren Mitten Ausnehmungen (32, 33) für den Spannbolzen (29) aufweisen, so daß dieser nach dem Einsetzen der Kondendatorelemente (17) in das Metallgehäuse (4) nachspannbar ist.

5. Hochspannungskondensator nach einem oder so mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (17) durch einen aus zwei Teilen (34, 35) bestehenden Isolierkasten (36) gegen das Metallgehäuse (4) isoliert sind.

6. Hochspannungskondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (34, 35) des Isolierkastens (36) an der Trennfuge (37) in spitzem Winkel angeschaltet sind.

7. Hochspannungskondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (4) aus dünnem, die Volumenänderungen des Isoliermediums aufnehmendem Blech besteht.

65 Die Erfindung betrifft einen Hochspannungskondensator gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Hochspannungskondensator ist durch die DT-AS 11 72 776 bekannt. Dort ist der zweite clekmsche Anschluß an derselben Stirnseite des Kondensators neben dem ersten elektrischen Anschluß angeordnet. Dadurch erhält man einen Hochspannungs-lmpuli,-kondensator in sogenannter Topf- oder Becherbauweise, die eine größere Bauhöhe und damit eine erhöhte Eigeninduktivität des Impulskondensaiors bedingt. Durch die isoliert herausgeführten, als Durchführungsbolzen ausgebildeten Anschlußbolzen wird die Eigeninduktivität dieses bekannten Hochspannungskondensators zusätzlich erhöht.

Aus der US-PS 34 83 453 ist ein Hochspannungskondensator in ähnlicher Bauweise (Topf- oder Becherbauweise) wie vorstehend beschrieben bekannt. Die einzelnen Kondensatorelemente bestehen aus Flachwinkeln, die in mehreren nebeneinanderliegenden Stapeln im Metallgehäuse des Kondensators untergebracht sind.

Aus der DT-PS 5 27 697 ist ein elektrischer Kondensator bekannt, dessen aus Metall bestehende Abschlußplatten durch mehrere gegeneinander isolierte und als Stromzuführungen dienende Zugschrauben, von denen jede mit einer Abschlußplatte kontaktiert ist. gegen die aus dem Kondensatorstapel herausragenden Beläge gepreßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungskondensator der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er eine extrem niedrige Eigeninduktivität aufweist und er sich auf einfache Weise in eine vollgekapselte Energiespeicheranlage einbauen läßt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß beide Anschlußstücke an entgegengesetzten Flächen des Metallgehäuses angeordnet sind, kann der Hochspannungskondensator gemäß der Erfindung mit einer Ladeeinrichtung, einem Schalter, einem Experiment od. dgl. zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden, die äußerst induktivitätsarm ist. Insbesondere ist es möglich, den Kondensator unmittelbar im Zuge einer gekapselten Anlage einzubauen, wobei das Metallgehäuse, wie an sich bekannt, als Stromrückleiter dient. Ein weiterer, entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Kondensators ist darin zu sehen, daß unter Vermeidung von Schlagweitenteilen die isolierten Anschlußstücke wenigstens annähernd in einer Ebene mit der. Anschlußflanschen des Metallgehäuses liegen. Dadurch wird eine Erhöhung der Eigeninduktivität des Kondensators durch die Anschlußinduktivitäten praktisch vermieden. Die Eigeninduktivität des gesamten Kondensators ist nur unwesentlich größer als die Induktivität der den Wickelstapel bildenden Kondensatorelemente.

Mit Vorteil weisen die Isolierringe an den dem Metallgehäuse abgewandten Seiten in axialer Richtung vorspringende, umlaufende Flansche für den Anschluß elastischer, hochspannungsfester Dichuingselemente auf. Durch den Anschluß eines hochspannungsfesten Dichtungselements, vorzugsweise aus Silikonkautschuk, an die axialen Flansche der Isolierplatten kann der radiale Abstand zwischen den Anschlußklemmen und dem Metallgehäuse auf ein Mindestmaß verringert und damit die Eigeninduktivität des Kondensators noch weiter herabgesetzt werden. Die Verwendung von hochspannungsfesten Dichtungselementen aus Silikon-