DE2847775A1 - Hochspannungskondensator - Google Patents

Hochspannungskondensator

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DE2847775A1
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DE
Germany
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insulating
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capacitor
resin
dielectric
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DE19782847775
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English (en)
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Michel Aguet
Philippe Blech
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Condis SA
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Condensateurs Fribourg SA
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/224Housing; Encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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    • H01G4/38Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

Hochspannungskondensator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochspannungskondensator mit untereinander verbundenen Kondensatorelementen, die die Elektroden bilden und die voneinander durch einen dielektrischen Film getrennt sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Kondensatoren.
Die bekannten Kondensatorelemente, die aus einer konzentrischen Wicklung oder einer zick-zack-förmigen paarweisen Anordnung von Elektroden-Isolierfilmen bestehen, werden üblicherweise mittels isolierender Flansche gehalten und zusammengedrückt und entsprechend ihrer Bestimmung entweder in leitende Gehäuse eingesetzt (z.B. zur Kompensation von Blindenergie) oder in isolierende Gehäuse eingesetzt (z.B. zum Ausgleich von eingefaßten Leistungsschaltern). Das Gehäuse wird anschließend mit der gleichen dielektrischen Flüssigkeit gefüllt, mit der der isolierende Film getränkt worden ist.
Der große Nachteil derartiger Kondensatoren rührt daher, daß eine Flüssigkeit erforderlich ist, in die die Kondensatorelemente eintauchen. Durch Ausdehnung und Beschädigung der Dichtungen, die unweigerlich während des Einsatzes dieser Kondensatoren auftreten, entstehen Undichtigkeiten und Auslaufen t die nicht nur nachteilig für die Arbeitsweise des Kondensators sind, sondern auch schädlich für die Umwelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen Hochspannungskondensator zu schaffen, dert:sowohl eine hohe dielektrische Durchschlagsfestigkeit, eine niedrige Teilentladung, sowie einen minimalen dielektrischen Verlustfaktor aufweist und bei dem keinerlei Auslaufen von dielektrischer Flüssigkeit mehr auftritt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Elemente von einer isolierenden Masse umgeben sind, die wenigstens teilweise den festen Aggregatzustand aufweist und in der ein dielektrischer Stoff dispergiert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kondensators besteht darin, daß die vorher im Vakuum getrockneten Elemente in eine Gußform eingelegt werden, daß der -Raum zwischen den Elementen und den inneren Wänden in der Gußform mit festen isolierenden Teilchen gefüllt wird, daß der Inhalt der Gußform in ein Vakuum gebracht wird, daß bei Anwesenheit einer inerten Atmosphäre ein verfestigbares isolierendes Fluid die verbleibenden Zwischenräume ausfüllt und daß dieses verfestigbare isolierende Fluid ausgehärtet wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochspannungskondensatoren sowie des Verfahrens zu ihrer Herstellung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
Der in der einzigen Figur dargestellte Kondensator besteht aus einem festen prismatischen oder zylindrischen Block 1, der aus der Verfestigung einer wenigstens teilweise isolierenden und sich ursprünglich in einem fluidförmigen Zustand befindlichen Substanz erhalten wird, in die vor ihrer Verfestigung eine dielektrische Flüssigkeit dispergiert worden ist. Um die mechanischen Spannungen zu verringern, die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, sowie die Menge des sich verfestigenden isolierenden Fluides mittels Zugabe eines billigen Stoffes zu
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verringern, kann in die Gußform ein Mineralstoff eingegeben werden, der aus Quarz- oder Aluminiumoxidkugeln besteht oder aus anderen billigen Stoffen geeigneter Korngröße z.B. mit einem Durchmesser von 100 bis 1200 Mikron , die mit der isolierenden und sich verfestigenden Substanz verträglich sind.
Innerhalb des festen Blocks 1 sind die Kondensatorelemente angeordnet, die elektrisch miteinander über Anschlußstücke verbunden sind. Die Elemente 2 sind aus flachen Wicklungen von Metallbändern aufgebaut, die als Elektroden dienen und die durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt sind, die im allgemeinen aus mehreren isolierenden und übereinander angeordneten Folien bestehen, wie z.B. Papierfolien, synthetische Filme oder eine Verbindung dieser Stoffe. Isolierende Flansche 4 und 5, die von isolierenden Endstücken'6 und 7 gehalten werden, drücken die Kondensatorelemente 2 zusammen und halten sie während der Verfestigung der sich verfestigenden isolierenden Substanz an Ort und Stelle. Die Flansche und Endstücke können durch eine Längsbandage aus Glasfibern ersetzt werden, die imprägniert wird und in die verfestigte Masse eingebaut wird. Mit 8 und 9 sind zwei Kontakte bezeichnet, die die elektrische Verbindung des Kondensators mit dem Schaltkreis sicherstellen.
Vorzugsweise besteht die isolierende sich verfestigende Substanz aus einem Kunstharz , das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Polystyren, Silicon, Polyester, Epoxy, Polyäthylen sowie Palyurethan-Harz , wobei das Harz in jeder geeigneten Form verwendet werden kann und insbesondere in reinem Zustand oder in einer Lösung, in einer Dispersion , in einem Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel oder im gelförmigen Zustand Verwendung findet.
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™*7 —
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren besteht aus einer ersten Phase, während der die Kondensatorelemente vorbereitet werden und aus einer zweiten Phase, die damit endet, daß diese Elemente in eine wenigstens teilweise feste dielektrische Masse eingebettet sind.
Die aus Wicklungen oder zick-zack-förmigen paarweisen Anordnungen von Elektroden-Isolierfilmen bestehenden Kondensatorelemente werden in Längsrichtung mittels der isolierenden Flansche zusammengedrückt und untereinander in Serie oder parallel mittels angepreßter oder angeschweißter Kontakte verbunden, die z.B. aus verzinntem Kupfer oder Aluminium bestehenkönnen. Eine derartige geschichtete Gruppe von Elementen bildet eine Kapazitotseinheit. Ein Entgasungsvorgang im Hochvakuum von z.B. 10 mm Hg sowie ein Ausheizen ermöglicht das fast vollständige Austreiben des in den Kondensatorelementen noch verbliebenen Restwassers. Unter Beibehaltung des Hochvakuums wird der dielektrische Träger mittels einer dielektrischen Flüssigkeit getränkt, die z.B. aus Mineralöl, synthetischem öl oder aus chloriertem Diphenyl beste! ,. kann und die die Luftblasen und die dielektrischen Zwischenräume ausfüllt. Es ist ebenfalls möglich, einen entionisierenden Stoff z.B. auf Harzgrundlage ohne Beschleuniger zur Imprägnierung der Elemente zu verwenden.
Die imprägnierten Elemente werden anschließend atmosphärischem Druck ausgesetzt für eine Justierung der Kapazität dieser Einheit mittels überbrückung oder Unterbrechung der Kontakte. Dabei ist jedoch zu beachten, daß der oben beschriebene Imprägniervorgang nicht unumgänglich notwendig ist. Es ist tatsächlich möglich, entsprechend der Wahl der dielektrischen Stoffe sowie der Kunstharze Kondensatoren mit vorzüglichen dielektrischen Eigenschaften zu erhalten, indem die Elemente ohne vorherige Imprägnierung direkt in die Gußform eingebracht werden.
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Die derart vorbehandelte Einheit wird anschließend in eine Gußform eingesetzt, in der sie mittels eines dielektrischen Gases ausgespült wird, wodurch die in Blasen noch vorhandene Luft entfernt wird. Das zu diesem Zweck geeignete Imprägniergas kann aus der folgenden Gruppe ausgewählt werden: Kohlenstoff-Tetrachlorid, Trichlormethan, Schwefelhexafluorid, Difluordichlormethan, Tetrafluormethan sowie Stickstoff.
Diese Kapazitätseinheit wird ein zweites Mal im Hochvakuum und unter Ausheizen entgast. Dann wird eine Mischung eines Harzes mit einer geeigneten dielektrischen Flüssigkeit hergestellt, beispielsweise in einem direkt mit der Gußform verbundenen Mischer. Die verwendete dielektrische Flüssigkeit ist vorzugsweise die gleiche, welche gegebenenfalls den dielektrischen Träger der Kondensatorelemerite imprägniert. Das die dispergierte dielektrische Flüssigkeit enthaltende Harz wird in die Gußform eingeführt, vorteilhafterweise unter Druck eines isolierenden Gases. Dabei kann.man auch, wie bereits oben erwähnt, wenigstens teilweise den Raum zwischen der Kapazitätseinheit und den Gußformwänden mit einem Mineralstoff füllen. Dieser Füllstoff kann in die Gußform unmittelbar nach Einbringen der Kapazitätseinheit eingefüllt werden oder auch mit dem Harz und mit der dielektrischen Flüssigkeit im Mischer gemischt werden. Dabei werden die Mineralstoffteilchen vorteilhafterweise im Ofen ausgeheizt, mit einem dielektrischen Gas gespült und entgast, bevor sie mit den anderen Substanzen der isolierenden Masse in Berührung kommen.-
Nach einem zur Polymerisation des Harzes notwendigen thermischen Zyklus, vorteilhafterweise in einem dielektrischen GaSx wird der Kondensator aus der Gußform herausgenommen und in eine Hülle eingebracht, die an seine fernere Verwendung angepaßt ist.
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Die als Ummantelung der frisch hergestellten Kondensatoren dienenden Hüllen können an die weitere Verwendungsweise des Kondensators angepaßt sein. So kann sie z.B. mit einem synthetischen Stoff beschichtet sein, z.B. Polyvinylchlorid (PVC), Polytetrafluoräthylen oder Terpolymer-Äthylen-Propylen-Diolefin-Gummi (EPDM)/ sofern siegasdicht eingebaut werden soll.
Die Hülle kann sowohl beschichtet sein als auch mit Ringen aus synthetischen Polymeren versehen sein, wie z.B. Epoxy-Harz, Polytetraf luoräthylen oder EPDM7, je nach Anwendung in Innenoder Außeninstallationen. Sie kann des weiteren sowohl im Rohzustand als auch innerhalb einer Schutzhülle aus Porzellan oder Glas Verwendung finden.
Es wurde gefunden, daß das Verhältnis der Menge der dispergierten dielektrischen Flüssigkeit zur Menge des synthetischen Harzes gemäß der Art der gewählten Stoffe angepaßt werden muß. So beträgt beispielsweise dieses Verhältnis maximal 25 % des Harzgewichtes, wenn die dielektrische Flüssigkeit Mineralöl ist. In diesem Fall erhält man ein Optimum für einen Prozentsatz zwischen 5 und 15 %.
Der erfindungsgemäße Hochspannungskondensator weist keinerlei Selbstzerstörung mehr auf und verhindert eine Umweltverschmutzung, die durch Hochspannungskondensatoren im ölbad auftreten unddie im wesentlichen aus der Tatsache resultieren, daß das öl flüchtig ist und daß die Kondensatoren großen Temperaturunterschieden unterworfen sind, wodurch häufiges Auslaufen auftritt. Die erfindungscemäßen Kondensatoren vermeiden diese Risiken und entsprechen im übrigen sämtlichen nationalen und internationalen Vorschriften für Hochspannungskondensatoren.
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Claims (14)

  1. Uwe M. Haft Patentanwalt
    Maximilianstrasse 15 D-8000 München 22
    Tel.: (089)294818 Telex: 523514 Telegr.: NOVAPAT
    H 331
    Condensateurs Fribourg Holding S.A., 8, route de la Fonderie, Fribourg, Schweiz
    Patentansprüche
    Hochspannungskondensator mit untereinander verbundenen Kondensatorelementen, die die Elektroden bilden und die voneinander durch einen mit einem dielektrischen Stoff getränkten Film getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente von einer isolierenden Masse umgeben sind, die wenigstens teilweise den festen Aggregatzustand aufweist und in der ein dielektrischer Stoff dispergiert ist.
  2. 2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese isolierende Masse wenigstens teilweise aus einem thermo-aushärtbaren Harz besteht.
  3. 3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermo-aushärtbare Harz aus der Gruppe der folgenden Harze besteht: Polystyren-Harz, Silicon-Harz, Polyester-Harz, Epoxy-Harz, Polyäthylen-Harz und Polyurethan-Harz.
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  4. 4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Stoff aus der Gruppe der folgenden Stoffe ausgewählt ist: Mineralöl, synthetisches Öl, chloriertes Diphenyl.
  5. 5. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Stoff aus einem entionisierenden Stoff besteht.
  6. 6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Stoff aus einer isolierenden Masse besteht, die wenigstens teilweise fest ist und wenigstens einen dielektrischen Stoff enthält.
  7. 7. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Masse feste isolierende Teilchen enthält.
  8. 8. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die festen isolierenden""Teilchen Körner eines Mineralstoffes sind.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungskondensators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorher im Vakuum getrockneten Kondensatorelemente in eine Gußform eingelegt werden, daß die Gußform in ein Vakuum eingebracht wird, daß in die Gußform unter inerter Atmosphäre eine fluidförmige isolierende sich verfestigende Substanz eingebracht wird, die wenigstens einen dispergierten di elektrischen Stoff enthält, so daß die Zwischenräume ausgefüllt werden, und daß schließlich dieser isolierende fluidförmiqe Stoff sich verfestigt.
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  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Trocknen nnd vor dem Einbringen in die Gußform die Kondensatorelemente mit einer dielektrischen Flüssigkeit imprägniert werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der verfestigende isolierende Stoff während des Einbringens in die Gußform in einer gasförmigen isolierenden Atmosphäre befindet.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Stoff aus der Gruppe der folgenden Stoffe ausgewählt wird: Kohlenwasserstoff-Tetrachlorid, Trichlormethan, Schwefelhexafluorid, Difluordichlormethan, Tetrafluormethan und Stickstoff.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als sich verfestigender isolierender fluidförmiger Stoff ein aushärtbares Harz gewählt wird, das unter dem Jinfluß eines thermischen Zyklus, der eine von einer Abkühlphase gefolgte Heizphase aufweist, polymersierbar ist.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen der Kondensatorelemente in die Gußform und vor dem Einbringen der Gußform in das Vakuum der Raum zwischen den Kondensatorelementen und den Innenwänden der Gußform wenigstens teilweise mit einem isolierenden festen Stoff gefüllt wird.
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