DE3148360A1

DE3148360A1 - Hochspannungskondensator mit belaegen in form von metallisierter kunststoff-folie oder metallisiertem papier, die mit einer halbleitenden schicht ueberdeckt sind

Info

Publication number: DE3148360A1
Application number: DE19813148360
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. 5063 Overath Daszkowski; Dieter 5000 Köln Donsbach; Karl Dipl.-Ing. 5100 Aachen Langguth
Original assignee: Individual
Current assignee: Daszkowski Andreas Dr-Ing 5204 Lohmar De Don
Priority date: 1981-12-07
Filing date: 1981-12-07
Publication date: 1983-06-09

Description

Hochspannungskondensator mit Belägen in Form
von metallisierter Kunststoff-Folie oder metallisiertem Papier, die mit einer halbleitenden Schicht überdeckt sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Hochepannungskondensator, desen Aktivteil als ein Flach- oder Rundwickel für die volle Spannung hergestellt wird, in dem als Isolation Kunststoff-Folie, Papier oder Mischdielektrikum eingesetzt werden, in dem die Beläge durch Metallisieren streifenformig auf Kunststoff-Folie oder Papier hergestellt werden und die Beläge mit einer halbleitenden Schicht überdeckt sind. In den bisher bekannten Bauweisen von Hochspannungskondensatoren mit vergleichbaren Eigenschaften werden Flach- od-er Rundwickel eingesetzt, die nicht für die volle Spannung des Kondenstators ausgelegt sind. Mehrere derartige Flach- oder Rundwickel werden als Aktivteil zusammengebaut und durch Kontaktieren in Reihe geschaltet. Als Dielektrikum wird in älteren Konstruktionen Natron-Zellulosepapier, in neueren Konstruktionen Mischdielektrikum, das aus einigen Lagen von Natron-Zellulosepapier und zusätzlich einer oder mehreren Lagen Kunststoff-Folie besteht, oder in der letzten Zeit immer häufiger ausschließlich Kunststoff-Folie verwendet. Beläge werden aus Aluminium Folie mit der Dicke von etwa zur µm hergestellt.
Ein derartiger Hochspannungskondensator ist durch relativ hohe Herstellungekosten gekennzeichnet, weil die Montage des Aktivteils aus mehreren Wickeln und die Kontaktierung weitgehend in Handarbeit ausgeführt werden müssen. Für die Teile, die für die Befestigung der Wickel und für die Xontaktierudg benötigt werden, geht ein bestimmter Teil des Volumens verloren, wodurch die mittlere Energiedichte des Kondensators im Vergleich mit Niederspannungskondensatoren relativ niedrig ist. Nach einer anderen bekannten Bauweise wird ein Aktivteil eines Hochspannungskondensators auf die Art hergestellt, dass mehrere streifenformige, in bestimmten Abständen verlaufende metallische Elektroden zusammen mit der isolierenden Schicht, die aus einer oder mehreren Kunststoff-Folien besteht, gewickelt werden. Die an einer Seite der Isolierschicht verlaufenden elektroden sind gegenüber denen auf der anderen Seite entepreehend versetzt, sodass an den Stellen, wo sich die Elektroden überlappen, Teilkapazitäten entstehen, die gleichzeitig in Reihe geschaltet sind. Die Kapazität, des auf diese Weise gebildeten Hochspannungskondensators ist kleiner als die Kapazität eines jeden Überlappungsbereiches. Dafür entspricht jedoch seine Hochspannungsfestikeit der Summe der Fe stigkeiten der in Reihe geschalteten Teilkapazitäten. Diese Bauweise weist jedoch verschiedene Nachteile auf Vor allem wird das Wickeln dadurch sehr erschwert, dass die gegenseitige Entfernung von mehreren streifenförmigen Elektroden mit hoher Genauigkeit eingehalten werden muss. Deswegen werden derartige Kondensatoren für Spannungen über 15kV nicht hergestellt Für Spannungen unterhalb von 1 kV werden seit mehreren Jahren von densatoren hergestellt, in denen als Dielektrikum Kunststoff-Folie mit einseitig oder doppelseitig aufgedampften Elektroden eingesetzt wird. Durch die Einführung der Vakuumbedampfungstechnologie ist es gelungen, die Gaseinschlüße zwischen dem Dielektrikum und den Metallbelag weitgehend auszuschalten, sodaß für bestimmte Spannungen Kon densatoren ohne Imprägnierung gebaut werden können. Da die Bedampfungsanlagen voll automatisiert sind, lassen sich sehr leio Fertlgungstoleranzen in der Geometrie der Beläge bei geringen Ferbingungskosten einhalten Dieses ermöglicht auch mit kleinem Kostenaufwand beliebig gegeneinander versetzte Belagstreifen an beiden Seiten der Kunststoff-Folie oder des Papiers aufzudampfen Die technologischen Vorteil, die sich daraus ergeben, können jedoch von dem Gebiet der Wiederspannungskondensatoren ohne zusetzliche Maßnahmen auf des Gebiet der Fertigung von Hochspannungskondensatoren nicht übertragen werden, weil die aufgedampften Metallbeläge eine Dicke von nur etwa 4.10-2 µm haben und die damit verbundene Randfeldstärke auch bei impregnierten Sondensatoren bei relativ niedrigen Spannungen zur Glimmentladungen an den Belagkanten führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, be den auf Kunststoff-Folie oder Papier aufgedampften elektroden durch die Verwendung spater beschriebener Maßnahmen die Randfeldstärke so abzubauen, dass Glimmentladungen ausgeschaltet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf der Kunststoff-Folie oder Papier aufgedampften Metallelektroden mit einer Schicht aus halbleitenden Material abgedeckt werden. Durch die halbleitende Schicht, die über die Kante der Metallelektrode hinausgeht, eine Dicke von mindestens 6 µm hat und deren elektrische Leitfäigkeit durch die Wahl der Zusammensetzung optimal eingestellt werden kann, wird die elektrische Feldstärke an den Belagkanten so abgebaut, daß Glimmentladungen ausgeschaltet werden. Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen Fig. 1 bis 4 in mehreren Ausführungsbeispielen erleutert.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird als Dielektrikum eine Kunststoff-Folie 1 , z.B. aus Polyäthylenterephtalat mit einer Dicke von 75 pm eingesetzt. Auf der Seite Italt der Folie, die eine Bahnbreite 'B" hat, sind 6 und auf der Seite "b" 5 streifenförmige Elektroden 2 durch Aufdampfen von z.B. Aluminium in einer Dicke von 4.10-2 aufgetragen. Sie verlaufen parallel zueinander und zu den Folienkanten. Die Elektroden der Seite a sind gegenüber denen der Seite "b" um C senkreeht zur Wiokeirichtung versetzt, sodaß sie sich mit diesen nur teilweise überlapen. Daraus resultieren in den Überlapungsbereichen 10 Kapazitäten, die in Reihe geshaltet sind. Die Metallelektroden 2 sind mit einer halbleitenden Schicht 3 überdeckt, die eine Dicke von z.B. 6 tum hat und um D über die Metallkante hinausgeht-. Als halbbleitendes Material wird z.B. ein Duroplast mit entsprechendem Füllstoff eingesetzt. Zwei der oben beschriebenen Folien, auf die Art zusammengelegt, daß die Seite "b" auf die Seite b trifft, bilden eine Wickellage. Der Aktivteil des Hochspannungskondensators wird z.B. als Rundwickel gewickelt. Auf den Metallelektroden, die an der Folienkante liegen, wird der Endbereich von der halbleitenden Schicht freigehalten. Hier wird ein Kontakierungestreifen 4 aus Metall z.B.
aus Aluminium mit einer Dicke von 6 gm mit eingewickelt. An die Kontaktierungstttreifen werden die Endelektroden 5 angepreßt oder im Metallspritzverfahren aufgespritzt. Der Aktivteil des Hochspannungskondensators wird entweder ohne Imprägnier- bzw. Tränkmittel belssen oder aber nach dem Einbau in Gehäuse mit SF6 , Isolieröl oder einem Duroplast getrenkt bzw. imprägniert.
In einem anderen Ausführungsbeispiel Fig. 2, wird als Dielektrikum eine Kunststoff-Folie 1 eingesetzt, z.B. aus Polyäthylenterephthalat mit einer Dicke von 75 gm. Eine Wickellage bilden die Folie o mit 6 und die Folie "b" mit 5 streifenförmigen Elektroden 2 , die jeweils auf einer Seite der Folie durch Aufdampfen von z.B. Aluminium in der Dicke 4:10-2 µm aufgetragen sind. Die Elektroden der Folie "a" sind gegenüber denen der Folie t,b" um C senkrecht zur Wiekelrichtung versetzt, sodaß sie sich mit diesen nur teilweise dberlapen. Daraus resultieren in den Überlappungsbereichen 10 Kapazitäten die in Reihe geschaltet sind. Da zwischen den Elektroden, z.B. der Folie "b" und der anliegenden Folie, z.B. Folie "a" Gaseinsehlüsse möglich sind, ist die in Fig. 2 dargestellte Ausführung nur mit Imprägnier- bzn. Tränkmittel Glimmentladungsfrei. Weitere Einzelhelten sind identisch mit der Ausführung nach Fig. 1.
Wach einem weiterem Ausführungsbeispiel Fig. 3 wird als Dielektrikum 1 entweder Kunststoff-Folie oder Mischdielektrikum eingesetst.
Eine Wickellage bilden zwei Isolationschichten, die jeweils von den Papierlagen "a" und b begleitet werden. Auf der Papierlage "a" befinden sich 6 und auf der Papierlage b 5 streifenförmige Elektroden 2 , die durch Aufdampfen von z.B. Aluminium in der Dickte 4.10-2 µm aufgetragen werden. Die Elektroden der Papierlage "a" sind gegenüber denen der Papierlage "b" um C senkrecht zur Wickelrichtung versetzt, sodaß sie sich mit diesen teilweise überlappen.
Wegen der Gefahr der Gaseinschlüsse ist diese Ausführung nur bei Verwendung von Tränk- bzw. Imprägniermitteln glimmentladungsfrei.
Weitere Einzelheiten entsprechen der Ausführung nach Fig lo Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel entsprechend der Fig. 4 besteht die Isolierschicht 1 aus Kunststoff-Folie, Papier der Mischdielektrikum. Die streifenförmigen Metallelektroden werden auf die Papierlage statt bzw. "b" durch kufdampfen aufgetragen. Die Elektroden der Lage "a" sind gegenüber denen der Lage "b" senkt recht zur Wickelrichtung um C versetzt. Alle anderen Einzelheiten entsprechen den Beispielen nach Fig. 1 bis 3. Die Ausführung nach Pig. 4 wird mit einen Tränkmittel eingesetzt.
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Claims

Patentansprüche 1 Hochspannungskondensator dadurch gekennzeichnet, daß seine Beläge aus jeweils zwei Schichten bestehen. Die erste Schicht wird durch Aufdampfen von Metall auf Kunststoff-Folie oder Papier hergestellt.

Die zweite Schicht überdeckt die Metallschicht und besteht aus einen halbbleitenden Material.
2 Hochspannungskondensator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß seine Beläge bzw. Elektroden streifenformig in bestimmten Abständen in Wickeirichtung verlaufen und daß die auf der einen Seite der Isolierschicht liegenden Elektroden gegenüber denen auf der anderen Seite senkrecht zur Wickelrichtung versetzt sind, sodaß sie sich mit diesen nur teilweise überlappen und dadurch im Überlappungsbereich Kapazitäten entstehen, die in Reihe geschaltet sind.
3 Hochspannungskondensator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wickellage aus zwei mit Elektroden versehenen Kunststoff-Folien besteht, die auf die Weise zusammengelegt ind, daß die Elektroden mit dem gleichen Potential, das durch die kapazitive Verteilung bestimmt ist, aufeinandertreffen
4 Hochspannungskondensator nach Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Aktivteil mit einer Isolierflüssigkeit getränkt bzw.

imprägniert ist.
5 Hochspannungskondensator nach Ansprüchen n m 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Aktivteil mit Kunstharz vergossen bz. imprägniert ist.
6 Hochspannungskondensator nach Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Aktivteil mit SF6 isoliert ist.