DE2527536C2

DE2527536C2 - Regenerierfähiger elektrischer Kondensator

Info

Publication number: DE2527536C2
Application number: DE2527536A
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Ing. Dr. 8000 München Simson
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1975-06-20
Publication date: 1982-11-25
Also published as: GB1524450A; DE2527536A1; IT1081205B; SE412664B; SE7606867L

Description

Die Erfindung betrifft einen regenerierfähigen elektrischen Kondensator, der aus zwei aufgewickelten Kunststoffolien besteht, die jeweils eine mit einer gleichmäßig dicken Metallschicht versehene Oberfläche besitzen und bei dem diese aufgebrachten Metallschichten einen Flächenleitwert, der größer als 0,01 S und höchstens 03 S ist, aufweisen.

Ein derartiger Kondensator ist aus der DE-AN ρ 11 400 Vlllc/21g, 10/02 (bekanntgemacht am 21.12. 1950) bekannt.

Kondensatoren, welche metallisierte Kunststoffolien aufweisen, werden in zunehmendem Maße für Wechselspaniiungsbetricb benötigt. Wegen der großen Glattheit der Kunststoffoberflächen können diese Kondensatoren ohne besondere Maßnahmen nicht impriigniert werden. Die Spannung, mit der diese Kondensatoren betrieben werden können, ist daher weitgehend durch die Spannung begrenzt, bei der in verbleibenden Lufthohlräumen zwischen den Dielektrikumslagen Teilentladungen auftreten. Diese Teilentladungen setzen bevorzugt an den Kanten der Metallschichten der Beläge ein, weil hier das Feld stark inhomogen und die Feldstärke erheblich größer ist als im homogenen Teil des Kondensators. Durch die Teilentladungen wird die Metallschicht zerstört und die Kapazität des Kondensators nimmt dadurch ab. Die Intensität der Teilentladungen und damit der Kapazitätsabbau nimmt mit steigender Spannung und mit höheren Feldstärken zu.

Die Spannung, bei welcher Teilentladungen einsetzen, ist abhängig von Material und Dicke des Dielektrikums; sie beträgt z. B. bei 6 μπι dicken Polypropylen! 270 V-. Aus der DE-OS 19 38 319 ist ein regenerierfähiger elektrische»" Kondensator bekannt, der, um eine möglichst niedrige Verlustleistung zu erreichen, Metallschichten sich ändernder Dicke mit stufenförmigem Übergang aufweist. Aussagen hinsichtlich des Materials der Dielektrikumsfolien bzw. der Metallschichten, sowie über den Kapazitätsabbau durch Teilentladungen, sind in der genannten Druckst hrift nicht gemacht.
Aus der DE-OS 23 52 333 ist ein gewickelter elektrischer Kondensator bekannt, bei dem zur Entfernung von eingeschlossener Luft eine thermische Schrumpfung aufweisende Dielektrikumsfolien verwendet werden.

Aus der DE-AN B 17 017 VIIIc/21 g.b.g. 12.02.1953, sind selbstausheilende Kondensatoren mit Metallschichten aus Zink bzw. Metallschichten, deren elektrische Leitfähigkeit nicht größer ist als diejenige von Zink, bekannt, wobei die Metallschichten einen Flächenleitwert zwischen 0,1 und 0,67 S besitzen.

Weiterhin ist aus der DE-OS 15 89 828 ein elektrischer Kondensator mit einem Dielektrikum aus hochmolekularem Poly-2,6-diphenylphenylenäther-l,4 bekannt

Das Problem, wie man den Kapazitätsabbau durch Kombination von üielektrikumsfolien mit Metallschichten bestimmter Leitfähigkeit beeinflussen kann, ist in dem genannten Stand der Technik nicht angeführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen j5 Kondensator anzugeben, bei welchem der Kapazitätsabbau bei einem Betrieb mit Spannungen, die über der Einsatzspannung der Teilentladungen liegen, weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei dem Kondensator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kunststoffolien aus Polypropylen bestehen, daß die Metalischichten aus Aluminium bestehen und daß der Flächenleitwert der Metallschichten 0,3 bis 0,4 S beträgt.

Vorzugsweise beträgt der Flächenleitwert der Metallschichten 0,35 S.

Der erfindungsgemäße Kondensator hat den Vorteil, daß sowohl seine Lebensdauer als auch die Betriebspannung höher sind als bei den bekannten Kondensa ίο toren.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Figuren näher erläutert. In der Zeichnung stellt
F i g. I einen Kondensator und

Fig. 2 die Abhängigkeit der Kapazitätsänderung vom Flächenleitwcrt bei einem Kondensator der F i g. 1 dar.

Fig. I zeigt einon Kondensator 1. bei weichem zur besseren Sichtbarmachung des Aufbaus ein kleiner Tci! wieder aufgewickelt ist. Der Kondensator 1 besieht aus einem Rundwickelkörper 2 «us zwei trctjllisierten Poiypropylenfolien 3,4. Die Metällschichicn J, 6 si η el i⁼: der Figur der besseren Übersichtlichkeit wegen schraffiert dargestellt. Wie der Figur zu entnehmen ;-'. ist die Metallschicht 5 der Polypropylenfolie 3 den-· ausgeführt, daß an einem Längsrand der Polypropylenfolie 3 ein metallfreier Streifen 7 verbleibt. Die Metallschicht 6 der Polypropylenfolie 4 ist in der gleichen Art ausgeführt, so daß an einem Rand der Folie

4 ein in Längsrichtung der Folie verlaufender metallfreier Streifen 8 vorhanden ist. Beim Wickelkörper 2 sind die Folien 3,4 derart aufgewickelt, daß die Randstreifen 7, 8 ohne Metallschicht nach entgegengesetzten Wickelstirnseiten weisen. Die Stirnseiten des Wickelkörper 2 sind mit Schoopschichten 9, 10 kontaktiert. Die Schoopschicht 9 dient dabei als Kontaktierung für die Metallschicht 5 der Folie 3 und die Schoopschicht 10 kontaktiert die Metallschicht θ der Folie 4. An den Schoopschichten 9, tO sind Anschlußdrähte IS, 12 befestigt. Der Kondensatorwickel 2 ist mit 10 bis 30 Endleerwindungen einer Polypropylenfolie 13 abgeschlossen. Die Folie 13 ist vorzugsweise doppelt so stark wie die Dielektrikumsfolien 3,4.

In Fig.2 ist die Kapazitätsabnahme AC/C für den gemäß Fig. 1 aufgebauten Kondensator 1 nach 3000 Stunden Betriebsdauer bei 31UV V/echselspannung in Abhängigkeit vom Flächenleitwert Cj dargestellt. Die dielektrisch wirksamen Polypropylenfolien 3, 4 hatten eine Stärke von 6 μΐη, und die Metallschichten 5, 6 bestanden aus Aluminium. Wie der Figur zu entnehmen Im, ergibt sich ein Minimum des Kapazitätsabbaus durch Teilentladungen bei einem Flächenleitwert >S von 0.35 S₁ wobei der Kapazitätsabbau sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Flächenleitwerten erheblich zunimmt.

Eine Erklärung hierfür steht noch aus, jedoch kann aus dem Erscheinungsbild der Zerstörung der Metallschichten entnommen werden, daß bei s^hr dünnen Metallschichten, also Metallschichten mit niedrigen Flächenleitwerten, das Metall ohne Schädigung des Dielektrikums abgebaut wird. Mit zunehmendem Flächenleitwert der Metallschicht, also zunehmender Stärke der Schicht, wird das Metall immer langsamer abgesprüht, bis bei einer Metallschicht mit einem

ίο Flächenleitwert von 035 S ein Minimum erreicht wird. Bei weiter zunehmender Stärke der Metallschicht, also zunehmenden Flächenleitwerten, treten im Betrieb aus bisher noch ungeklärten Ursachen an den Metallschichtkanten an den metallfreie Streifen aufweisenden

is Rändern selbstheilende Durchschläge im Dielektrikum auf. Dabei werden die im Durchschlagsbereich befindlichen Metallschichten verdampft (Regenerierhof)· Auf diese Weise entstehen neue Metallschichtkanten und neue Durchschläge; es bilden sich nestartige Anhäufungen von selbstheilenden Durchschlägen aus, in deren Bereich die Metallschicht nahezu vollständig zerstört ist. Versuche haben ergeben, daß der fC^pazitätsabbau lediglich vom Flächenleitwert G und von der Feldstärke an der Metallschicht abhängt und unabhängig von der Dicke der Polypropylenfolie isL

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator, der aus zwei aufgewickelten Kunststoffolien besteht, die jeweils eine mit einer gleichmäßig dicken Metallschicht versehene Oberfläche besitzen, und bei dem diese aufgebrachten Metallschichten einen Flächenleitwert, der größer als 0,01 S und höchstens 0,5S ist, aufweisen, dadurch gekennzeichne t, daß die Kunststoffolien (3,4) aus Polypropylen bestehen, daß die Metallschichten (5, 6) aus Aluminium bestehen und daß der Flächenleitwert der Metallschichten (5,6) 03 bis 0,4 S beträgt.

2. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenleitwert der Metallschichten (5, 6) 035 S beträgt.

3. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fii":tallschichten (5, 6) derart auf die Kunststoffolien (3, 4) aufgebracht sind, daß sich auf jeder Kunststoffolie jeweils neben der Metallschicht (5, 6) entlang einem Längsrand der Kunststoffolien (3, 4) verlaufend ein metallfreier Randstreifen (7, 8) befindet, daß die beiden Kunststoffolien (3,4) derart miteinander verwickelt sind, daß sich die metallfreien Randstreifen (7,8) der beiden Kunststoffolien (3, 4) an entgegengesetzten Enden des Wickelkörpers (2) befinden, daß die Stirnseiten des Wickelkörpers (2) beschoopt sind, daß an den beschoopien Stirnseiten (9, 10) Anschlußdrähte (II, 12) befestigt sind und daß der Kondensatorwickelkörper (2) mit 10 bis 30 Emfleerwicklu.igen ei.ier Polypropylenfolie (13) abgeschlossen ist.

4. Regenerierfähiger elektric .her Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polypropylenfolie (13) der Endleerwicklungen doppelt so stark ist wie die metallbeschichteten Polypropylenfolien (3,4) des Dielektrikums.