DE2700013C2 - Regenerative electrical condenser - Google Patents
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Classifications
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Description
Die Erfindung betrifft einen regenerierfähigen elökfrischen Kondensator, insbesondere Wechselspannungskondensator, der aufgewickelte Lagen von mi·. Mctallschichten der Beläge versehene Kunststoffolien aufweist, bei dem die Metallschichten eines Belages jeweils bis zu den an der einen Wickelstirnseite befindlichen, längs verlaufenden Ränder der sie tragenden Kunststoffolien und tue eines anderen Belags jeweils bis zu den anderen an der anderen Wickelstirnseite befindlichen, längsverlaufenden Rändern der sie tragenden Kunststoffolien reichen und so an jeder Stirnseite des Wickels die Kanten der Metallschichten eines Belages freiliegen, bei dem die Metallschichten der Beläge an den Stirnseiten über ihre dort freilegenden Kanten kontaktiert sind, bei dem die von der Kontaktierungsstirnseite abgewandten Kanten der Metallschichten jeweils durch metallfreie Randstreifen an den zugeordneten Rändern der sie tragenden Kunststoffolien von der anderen Wickelstirnseite beabstandet sind und bei dem im Wickel jeweils zwei einem Belag zugeordnete Metallschichten aufeinanderliegen, von denen eine Metallschicht aus Aluminium und die andere aus Zink bestehtThe invention relates to a regenerable hot water Capacitor, in particular alternating voltage capacitor, the wound layers of mi ·. Has plastic films provided with metal layers of the coverings, in which the metal layers of a cover each up to the longitudinal edges of them located on one end of the winding load-bearing plastic films and do a different covering each up to the other on the other end of the winding located, longitudinal edges of the plastic films supporting them reach and so on each The front side of the winding exposed the edges of the metal layers of a covering, in which the metal layers of the Deposits on the front sides are contacted via their exposed edges there, in which the of the The edges of the metal layers facing away from the contacting face are each provided by metal-free edge strips at the associated edges of the plastic films carrying them from the other end face of the winding are spaced apart and in which two metal layers assigned to a covering lie on top of one another in the winding, one of which is made of aluminum and the other is made of zinc
Bei regenerierfähigen Wechselspannungskondensatoren hoher Energiedichte, welche aus Kunststoffolien mit Aluminiummetallisierung bestehen, darf die Dicke der Metallschicht eines regenerierfähigen Belages höchstens 50 nm betragen, damit die Regenerierfähigkeit gewährleistet ist Bei derartig niedrigen Schichtdikken wird das Aluminium bei hohen elektrischen Feldstärken (größer als 30 V^/μτη) und bei Anwesenheit von Feuchte und/oder Sauerstoff von den Kanten des Schichtrandes und von den Poren in der Fläche der Metallschicht ausgehend zu hochisolierendem Aluminiumoxid umgewandelt Dieser Vorgang kann bis zum vollständigen Verlust der Kapazität fortschreiten.In regenerierfähigen AC capacitors high energy density, which consist of plastic films having aluminum metallization must not exceed the thickness of the metal layer of a regenerierfähigen covering not more than 50 nm, so that the regeneration capability is ensured at such low layer thicknesses, the aluminum at high electric field strengths (greater than 30 V ^ / μτη ) and in the presence of moisture and / or oxygen, it is converted from the edges of the layer edge and from the pores in the surface of the metal layer to highly insulating aluminum oxide. This process can continue until the capacity is completely lost.
Bei Zinkschichten hört zwar die Korrosion im elektrischen Feld auf, wenn sich eine Oxidschicht an den Kanten gebildet hat, deren Breite von der angelegten Feldstärke abhängt (ca. 0,1 bis 1 mm), jedoch muß die Zinkschicht zur Erzielung einer ausreichenden Schichtleitfähigkeit wegen der geringeren spezifischen Leitfähigkeit etwa die doppelte Dicke der Aluminiumschicht aufweisen. Dies hat zur Folge, daß die Regenerierfähigkeit der Zinkschicht beeinträchtigt ist.In the case of zinc layers, corrosion in the electric field stops when an oxide layer forms on the Has formed edges, the width of which depends on the applied field strength (approx. 0.1 to 1 mm), but must Zinc layer to achieve sufficient layer conductivity due to the lower specific conductivity have about twice the thickness of the aluminum layer. This has the consequence that the regenerability the zinc layer is impaired.
Ein regeneriei fähiger elektrischer Kondensator der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 31 79 862 bekannt Bei diesem Kondensator ist die Metallschicht aus Aluminium dünner als die Metallschicht aus Zink. Dadurch ist ein einwandfreies Regenerierverhalten bei diesem Kondensator nicht gewährleistet.A regeneriei capable electrical capacitor of the type mentioned is from US-PS 31 79 862 known In this capacitor, the metal layer made of aluminum is thinner than the metal layer made of zinc. This means that perfect regeneration behavior is not guaranteed with this condenser.
Aus der DE-OS 23 59 432 ist ein Kondensator bekannt, bei dem zunächst eine Metallschicht aus Chrom, Silber oder Titan bzw. einer Legierung dieser Metalle und anschließend eine Aluminiumschicht auf eine Kunststoffolie aufgebracht wird. Dieser Aufbau ist insofern ungünstig, als die zuerst aufgebrachten Metalle, insbesondere Silber, eine Zersetzung der Dielektrikumsfolien bewirken können. From DE-OS 23 59 432 a capacitor is known in which a metal layer is initially made Chromium, silver or titanium or an alloy of these metals and then an aluminum layer a plastic film is applied. This structure is unfavorable in that the metals applied first, in particular silver, can cause the dielectric foils to decompose.
Aus der DE-PS 9 00 971 ist ein elektrischer Kondensator aus metallisierten Dielektrikumsbändern mit ausbrennfähigen Metallschichten der Beläge bekannt, welcher zwei Metallschichten besitzt, von denen eine eine mindestens um die Hälfte geringere Metallmenge je Flächeninhalt enthält als die andere. Als Metallschichten sind im Ausführungsbeispiel Zinkschichten auf einem Papierband angeführt. Somit ergeben sich die bereits geschilderten Schwierigkeiten beim Regenerierverhalten bei der Verwendung von Zinkschichten.DE-PS 9 00 971 discloses an electrical capacitor made of metallized dielectric strips known with burn-out metal layers of the coverings, which has two metal layers, of which one contains an amount of metal per surface area that is at least half less than the other. as In the exemplary embodiment, metal layers are listed as zinc layers on a paper tape. Consequently the difficulties already outlined in the regeneration behavior arise when using Zinc layers.
Aus der Dt-OS 24 59 264 ist ein einlagiger Wickel- oder Stapelkondensator bekannt, welcher auf der einenFrom Dt-OS 24 59 264 a single-layer wound or stacked capacitor is known, which on the one
Bandseite eine als hsuptbelag fungierende Metallschicht und auf der anderen Seite eine als Hilfsbelag wirkende Metaltschicht besitzt Als Hauptbelag ist eine Zinkschicht angeführt und als Hilfsbelag dienen halbleitende an- oder durchoxidierte Schichten aus beispielsweise Silber, Beryllium, Wismut, Kadmium. Magnesium, Blei, Zinn oder Zink. Somit treten auch bei diesem Kondensator die abgehandelten Schwierigkeiten hinsichtlich des Regenerierverhaltens und der möglichen Zerstörung des Dielektrikums auf.On the hinge side, a metal layer that functions as a main covering and on the other side has a layer of metal that acts as an auxiliary coating. The main coating is one Zinc layer mentioned and as an auxiliary layer, semi-conductive, partially or thoroughly oxidized layers are used for example silver, beryllium, bismuth, cadmium. Magnesium, lead, tin or zinc. So join too This condenser the discussed difficulties with regard to the regeneration behavior and the possible destruction of the dielectric.
Aus der DE-OS 23 59 431 ist ein Kondensator bekannt, bei welchem zum Abbau der hohen Kantenfeldstärks ein Randstreifen aus einem Metall, insbesondere Aluminium, mit einer Dicke von kleiner als 25 nm aufgebracht ist, das anschließend durch einen elektrochemischen und/oder chemischen und/oder Temperaturprozeß bei Gegenwart von Sauerstoff und/oder Wasser in eine hochohmige Verbindung überführt wird. Für regenerierfähige Kondensatoren ist dieses Verfahren wenig geeignet, da die Gefahr besteht, daß bei der Behandlung die ganze Metallschicht oxidiert wird.From DE-OS 23 59 431 a capacitor is known in which to reduce the high edge field strength an edge strip made of a metal, in particular aluminum, with a thickness of less than 25 nm is applied, which is then applied by an electrochemical and / or chemical and / or temperature process is converted into a high-resistance connection in the presence of oxygen and / or water. This method is not very suitable for regenerative capacitors, since there is a risk that the Treatment the whole metal layer is oxidized.
Aufgabe der Erfindung ist es. einen Kondensator der eingangs genannten Art, insbesondere für Wechf.?lspannungsanwendungen hoher Energiedichte anzugeben, der ein gutes Regenerierverhalten gewährleistet, bei dem auch nach längerer Betriebsdauer nur ein unwesentlicher Kapazitätsabbau stattfindet, so daß der Kondensator eine lange Lebensdauer aufweist und sich außerdem in einfacher Weise herstellen läßt.It is the object of the invention. a capacitor of the type mentioned above, in particular for AC oil voltage applications indicate high energy density, which ensures good regeneration behavior even after a long period of operation there is only an insignificant reduction in capacity, so that the Capacitor has a long service life and is also easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenen Kondensator erfindungsgemäß dadurch gelöst, aaß die Dicke der Zinkschicht jeweils geringer als die Dicke der anliegenden Aluminiumschicht, die höchstens 30 nm dick ist, ist und höchstens 15 nm beträgt.This object is achieved according to the invention in the capacitor specified at the beginning, aass the The thickness of the zinc layer is less than the thickness of the adjacent aluminum layer, which is at most 30 nm is thick and is at most 15 nm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist jeweils das Verhältnis der Dicke der Zinkschicht zu der der anliegenden Aluminiumschicht ungefähr 1 :2 bis 1:5, vorzugsweise ungefähr 1 : 3.According to a further development of the invention, the ratio of the thickness of the zinc layer to that of the is in each case adjacent aluminum layer approximately 1: 2 to 1: 5, preferably approximately 1: 3.
Weitere Ausgestaltungen bestehen darin, daß jeweils die Zinkschicht breiter als die anliegende Aluminiumschicht ist und an den nicht kontaktierten Kanten der Schicht über die Aluminiumschicht hinausragt. Die Zinkschicht und die anliegende Aluminiumschicht können auf einer Seite einer Kunststoffolie angeordnet sein, wobei sich jeweils die Zinkschicht direkt auf der Folienoberfläche befindet. Bei einer anderen Ausführungsform ir.t jeweils eine Zinksdiicht und eine Aluminiumschicht auf unterschiedlichen Seiten einer Kunststoffolie angeordnet, wobei solche mit Metall beschichtete Folien derart verwickelt sind, daß die Zinkschichten und Aluminh'mschichten jeweils aneinanderliegen. Further refinements consist in that the zinc layer is wider than the adjacent aluminum layer and protrudes beyond the aluminum layer at the non-contacted edges of the layer. the The zinc layer and the adjacent aluminum layer can be arranged on one side of a plastic film The zinc layer is located directly on the foil surface. In another embodiment ir.t each a zinc seal and one Aluminum layer arranged on different sides of a plastic film, with those with metal coated foils are entangled in such a way that the zinc layers and aluminum layers lie against one another.
Die Kunststoffolien bestehen vorzugsweise aus Polypropylen, können aber auch aus einem anderen geeigneten Material wie z. B. Polystyrol. Polyäthylenterephthalat oder Polyamid bestehen.The plastic films are preferably made of polypropylene, but can also be made of another suitable material such as B. polystyrene. Polyethylene terephthalate or polyamide exist.
Der Kondensator gemäß der Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, daß bei Belägen aus den beiden unterschiedlichen Metallen die Vorteile beider Komponenten vorhanden sind, ohne daß ihre nachteiligen Eigenschaften zur Wirkung gelangen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß beim Kondensator gemäß der Erfindung die Dicke der Aluminiumschicht ausreichende Leitfähigkeit und einwandfreies Regenerierverhalten gewährleistet, wogegen die dünne Zinkschicht zur Leitfähigkeit nur unwesentlich beiträgt und das Regenerierverhalten ,ioch nicht beeinträchtigt, aber durch eine oxidierte Kfinte die hohe elektrischeThe capacitor according to the invention is also characterized in that in the case of coatings from the two different metals the advantages of both components exist without their disadvantageous Properties come into effect. This is due to the fact that the capacitor according to Invention the thickness of the aluminum layer has sufficient conductivity and perfect regeneration behavior guaranteed, whereas the thin zinc layer contributes only insignificantly to the conductivity and that Regeneration behavior, not yet impaired, but by an oxidized Kft the high electrical
Kantenfeldstärke verringert.Edge field strength reduced.
Die Erfindung wird im weiteren an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnungzeigt The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. In the drawing shows
F i g. 1 den Prinzipaufbau eines Ausführungsbeispieles, F i g. 1 shows the basic structure of an exemplary embodiment,
Fig.2 den Prinzipaufbau eines weiteren Ausführungsbeispieles und2 shows the basic structure of a further exemplary embodiment and
F i g. 3 die Kapazitätsänderung bei erhöhter Temperatur des Kondensators gemäß der Erfindung im Vergleich zu einem Kondensator mit nur einer AluminiumschichtF i g. 3 shows the change in capacitance at elevated temperature of the capacitor according to the invention in FIG Compared to a capacitor with only one aluminum layer
Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
In F i g. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Kondensators aus Polypropylenfolien 1 dargestellt Auf den Folien 1 ist zuerst eine dünne Zinkschicht 2 und auf dieser eine dickere Aluminiumschicht 3 aufgebracht Die Zinkschicht 2 ist höchstens 15 nm und die Aiuminiumschicht 3 höchstens 30 nm dick, wobei das Dickenverhältnis ungefähr 1 :2 bis ungefähr 1 :5 (vorzugsweise ungefähr 1 :3) beträgt Die Metallschichten 2, i werden an den Wickelstirnseiten durch in der Figur nicht dargestellte Schoopschichten kontaktiert. An den nicht zu kontaktierenden Stirnseiten des Wickels befinden «ich metallfreie Randstreifen 4. Die Zinkschicht 2 ist etwas breiter als die Aluminiumschicht 3, so daß die Zinkschicht 2 im Bereich der metallfreien Randstreifen 4 etwas über die Aluminiumschicht 3 hinausragt Die Breite der Zinkschicht 2 beträgt dabei bis zu 1 mm mehr als die Breite der Aluminiumschicht 3.In Fig. 1 the basic structure of a capacitor made of polypropylene films 1 is shown on the films 1 is first a thin zinc layer 2 and on top of this a thicker aluminum layer 3 is applied. The zinc layer 2 is at most 15 nm and the aluminum layer 3 is at most 30 nm thick, the thickness ratio being about 1: 2 to about 1: 5 (preferably about 1: 3) is The metal layers 2, i are attached to the Contacted winding end sides by Schoopschichten not shown in the figure. To the not to be contacted The end faces of the roll are metal-free edge strips 4. The zinc layer 2 is somewhat wider than the aluminum layer 3, so that the zinc layer 2 in the area of the metal-free edge strips 4 slightly protrudes beyond the aluminum layer 3. The width of the zinc layer 2 is up to 1 mm more than the width of the aluminum layer 3.
Die Aluminiumschicht 3 gewährleistet bei hoher Regeneriersicherheit eine gute Leitfähigkeit, während die dünnere Zinkschicht 2 ein Fortschreiten der Korrosion an den Kanten und Poren verhindert Dies wird darauf zurückgeführt, d?.ß im überhöhten elektrischen Feld an den Belagkanten und Poren eine durch Teilentladung verursachte Oxidation der Zinkschicht 2 stattfindet. Das Zinkoxid besitzt nun im Gegensatz zum Aluminiumoxid eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit, um die überhöhte Kantenfeldstärke auf ein ungefährliches Maß zu reduzieren. Dadurch wird die Korrosion der Schicht zum Stillstand gebracht.The aluminum layer 3 ensures good conductivity while being highly reliable for regeneration the thinner zinc layer 2 prevents the corrosion from proceeding at the edges and pores is attributed to the fact that in the excessive electric field at the edges and pores of the covering Partial discharge caused oxidation of the zinc layer 2 takes place. The zinc oxide now has in contrast to Aluminum oxide has sufficient electrical conductivity to cope with the excessive edge field strength to reduce harmless levels. This brings the corrosion of the layer to a standstill.
Für die Wirkungsweise des Kondensators gemäß der Erfindung ist es dabei unerheblich, ob — wie in der Fig. 1 dargestellt — die Aiuminiumschicht 3 auf der Zinkschicht 2 angeordnet ist; es kann auch umgekehrt zuerst die Aiuminiumschicht und dann die Zinkschicht aufgebracht werden.For the operation of the capacitor according to the invention, it is irrelevant whether - as in the Fig. 1 shows - the aluminum layer 3 is arranged on the zinc layer 2; it can also be the other way around first the aluminum layer and then the zinc layer are applied.
Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2
In der Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispieles dargestellt, bei dem jeweils die Zinkschicht 2 und die Aiuminiumschicht 3 auf untcrsciiiedlichen Seiten der Polypropylenfolien 1 mit metallfreien Randstreifen 5 bzw. 6 angeordnet sind. Die Breite der metallfreien Randstreifen 5 und 6 ist dabei so bemessen, daß unter Berücksichtigung der Wickelversetzung χ die Zinkschicht 2 auf der Seite der2 shows the basic structure of a further exemplary embodiment in which the zinc layer 2 and the aluminum layer 3 are arranged on different sides of the polypropylene films 1 with metal-free edge strips 5 and 6, respectively. The width of the metal-free edge strips 5 and 6 is dimensioned so that taking into account the winding offset χ the zinc layer 2 on the side of the
hn metallfreien Randstreifen 5, 6 bis zu I mm über die Aiuminiumschicht 3 Übersteht Auch diese Ausführungsform hat hinsichtlich der Spannungsfestigkeit die gleichen Vorteile wie der in F i g. 1 dargestellte Aufbau. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß das hn metal-free edge strips 5, 6 protrudes up to 1 mm beyond the aluminum layer 3. This embodiment also has the same advantages with regard to dielectric strength as that in FIG. 1 illustrated structure. An additional benefit is that the
bl Aufbringen der Zinkschicht 2 und der Aiuminiumschicht 3 auf getir.nnten Se'ten der Folie 1 eine genaue Kontrolle der Schichtstärken ermöglicht. Vorteilhaft ist es weiterhin, daß Poren in einer Schicht mit höchster bl application of the zinc layer 2 and the Aiuminiumschicht 3 on getir.nnten Se'ten the film 1 permits precise control of layer thicknesses. It is also advantageous that pores in a layer with the highest
Wahrscheinlichkeit durch eine einwandfreie Schichtfläche der zweiten Folie abgedeckt werden, womit sich von vornherein keine unzulässig hohen Feldstärken durch Poren in den Metallschichten ergeben.Probability through a perfect layer surface the second film are covered, so that from the start there are no inadmissibly high field strengths due to pores in the metal layers.
In Fig. 3 ist die Kapazitätsabnahme Äc/c in Abhängigkeit von der Betriebsdauer ibei Wechselspannungsbetrieb und einer Umgebungstemperatur von 700C dargestellt. Während beim Kondensator gemäß der Erfindung (Kurve I). welcher aus unimprägnierten Polypropylenfolien mit Zink-Aluminium-Schichten aufgebaut war, nur eine Kapazitätsabnahme von weniger als 1% nach tausend Stunden Betriebsdauer zu verzeichnen war, hatten Vergleichskondensatoren aus Polypropylenfolien mit einer Aluminiumschicht gleicher Gesamtdicke (Kurve 2) eine Kapazitätsabnahme von mehr als 10%.In Fig. 3, the capacity decrease is AEC / c as a function of the operating time ibei AC operation and an ambient temperature of 70 0 C. While with the capacitor according to the invention (curve I). which was made up of unimpregnated polypropylene foils with zinc-aluminum layers, only a decrease in capacitance of less than 1% was recorded after a thousand hours of operation, comparison capacitors made of polypropylene foils with an aluminum layer of the same total thickness (curve 2) had a decrease in capacitance of more than 10%.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (8)
Priority Applications (10)
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