DE3539691C2

DE3539691C2 -

Info

Publication number: DE3539691C2
Application number: DE3539691A
Authority: DE
Inventors: Koichi Amagasaki Hyogo Jp Tokura; Masazumi Sanda Hyogo Jp Tayake; Goro Amagasaki Hyogo Jp Matsui; Katsuyoshi Takarazuka Hyogo Jp Kiba; Kiyoshi Kadoma Osaka Jp Terasaka; Yuichi Osaka Jp Aoyama
Original assignee: RISHO KOGYO CO Ltd OSAKA JP
Current assignee: RISHO KOGYO CO Ltd OSAKA JP
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1991-04-11
Also published as: FR2579365B1; KR870003524A; FR2579365A1; KR890005359B1; GB2173041B; DE3539691A1; GB2173041A; GB8526979D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungskondensator mit einer Mehrzahl von Kondensatorelementen, die jeweils einander alternierend überlappende und aufgerollte Elektrodenschichten und imprägnierte dielektrische Schichten aufweisen, wobei die Kondensatorelemente mit einer isolierenden Schicht aus einem Isolierstoff abgedeckt sind, der mit einem wärmehärtbaren Kunstharz imprägniert ist, das gehärtet ist.The invention relates to a high-voltage capacitor with a plurality of capacitor elements, the alternately overlapping and rolled up Have electrode layers and impregnated dielectric layers, the Capacitor elements covered with an insulating layer made of an insulating material are impregnated with a thermosetting resin that is hardened.

Bei einem bekannten Hochspannungskondensator dieser Art (GB 20 07 432) sitzen die Kondensatorelemente A in einem festen Block B, der durch Härten eines wärmehärtbaren Kunstharzes erhalten wird, in dem ein flüssiges Dielektrikum dispergiert ist. Die Kondensatorelemente A bestehen jeweils aus einer Wicklung von Metallstreifen, die mittels eines dielektrischen Trägers voneinander getrennt sind, der mehrere übereinanderliegende isolierende Lagen, wie Papierlagen, synthetische Filme oder eine Kombination dieser Wirkstoffe, aufweist. Diese dielektrischen Trägerschichten sind mit einem flüssigen Dielektrikum, wie Mineralöl, Syntheseöl oder Chlorbiphenyl, imprägniert. Kommt es beim praktischen Einsatz eines solchen Kondensators zu einem Temperaturanstieg, expandieren die Kondensatorelemente ebenso wie das flüssige Dielektrikum selbst, wodurch ein großer Druck auf das Außengehäuse ausgeübt wird. Die Kondensatorelemente tragen an ihren beiden Enden Elektroden, über welche die Kondensatorelemente untereinander verbunden sind. Wenn an die Kondensatorelemente eine erhöhte Spannung angelegt wird und die Temperatur der Kondensatorelemente steigt, können die mit einem flüssigen Dielektrikum imprägnierten Kondensatorelemente unter Umständen so stark expandieren, daß sich die Kontaktflächen zwischen den Elektroden lösen und auf diese Weise die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigt oder ganz unterbrochen wird.In a known high-voltage capacitor of this type (GB 20 07 432) sit Capacitor elements A in a solid block B made by hardening a thermosetting Synthetic resin is obtained in which a liquid dielectric is dispersed. The Capacitor elements A each consist of a winding of metal strips that are separated from one another by means of a dielectric carrier, the plurality of ones lying one above the other insulating layers such as paper layers, synthetic films or a combination of these active ingredients. These dielectric carrier layers are with a impregnated liquid dielectric, such as mineral oil, synthetic oil or chlorobiphenyl. If a temperature rise occurs during the practical use of such a capacitor, the capacitor elements expand as well as the liquid dielectric itself, which puts a lot of pressure on the outer case. The capacitor elements carry electrodes at both ends, over which the capacitor elements are interconnected. If increased to the capacitor elements Voltage is applied and the temperature of the capacitor elements increases, can under the impregnated with a liquid dielectric capacitor elements Under certain circumstances expand so much that the contact surfaces between the electrodes solve and in this way impaired the electrical conductivity or completely is interrupted.

Es sind auch Hochspannungskondensatoren bekannt (GB 15 67 519), bei denen im Interesse niedriger Fertigungskosten die zwischen den Elektrodenschichten der Kondensatorelemente befindlichen dielektrischen Schichten nicht imprägniert sind. Dies ist jedoch im Hinblick auf die gewünschte hohe Isolationsfestigkeit bedenklich.High-voltage capacitors are also known (GB 15 67 519), in which they are of interest lower manufacturing costs between the electrode layers of the capacitor elements dielectric layers are not impregnated. However, this is questionable with regard to the desired high insulation strength.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungskondensator zu schaffen, der auch bei einem z. B. in einem Störfall auftretenden stärkeren Anstieg seiner Innentemperatur gegen einen Ausfall gut gesichert ist.The invention has for its object to provide a high voltage capacitor, who also with a z. B. occurring in a major increase in its internal temperature is well secured against failure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Hochspannungskondensator der eingangs genannten Art die dielektrischen Schichten gleichfalls mit einem wärmehärtbaren Kunstharz imprägniert sind, das gehärtet ist.This object is achieved in that in a high voltage capacitor of the type mentioned at the beginning also with a dielectric layer impregnated thermosetting resin that is hardened.

Bei dem Hochspannungskondensator nach der Erfindung sind also sowohl die die Kondensatorelemente umhüllenden Außenschichten als auch die dielektrischen Schichten (Zwischenlagen) der Kondensatorelemente mit einem wärmehärtbaren Kunstharz imprägniert, das gehärtet ist. Das zur Imprägnierung verwendete Kunstharz sorgt beim Aushärten für eine sichere Festlegung der Kondensatorelemente und deren Elektrodenschichten. Dadurch wird die Ausdehnung der Kondensatorelemente bei einem Temperaturanstieg im Kondensator besonders klein gehalten. Auf die Außenschicht wird von innen ein geringer Druck ausgeübt. Die Gefahr, daß der Kondensator aufreißt oder gar explodiert, ist wesentlich herabgesetzt. Auch einem Lösen der Kontaktbereiche zwischen den die Kondensatorelemente verbindenden Elektroden ist wirkungsvoll vorgebeugt.In the high-voltage capacitor according to the invention, both are the capacitor elements enveloping outer layers as well as the dielectric layers (Intermediate layers) of the capacitor elements impregnated with a thermosetting synthetic resin, that is hardened. The synthetic resin used for impregnation ensures Hardening for secure fixing of the capacitor elements and their electrode layers. This causes the expansion of the capacitor elements when the temperature rises kept particularly small in the capacitor. On the outer layer is from a little pressure applied inside. The danger of the capacitor tearing open or even explodes, is significantly reduced. Also loosening the contact areas between the electrodes connecting the capacitor elements are effectively prevented.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kondensatorelemente jeweils mit einer Mehrzahl von Entspannungsschichten aus einem elastischen Werkstoff versehen, die zur Aufnahme der beim Härten des Kunstharzes auftretenden Schrumpfkraft in regelmäßigem gegenseitigem Radialabstand angeordnet sind.In a further embodiment of the invention, the capacitor elements are each with a Provided a plurality of relaxation layers made of an elastic material, the for absorbing the shrinking force that occurs when the synthetic resin hardens in regular intervals mutual radial distance are arranged.

In diesem Zusammenhang ist es zwar bekannt (US 21 07 423), bei einem Hochspannungskondensator zwischen konzentrische Wickelabschnitte Trennschichten einzulegen, diese sollen aber nur für eine zweckentsprechende gegenseitige elektrische Isolierung der auf unterschiedlichen Potentialen liegenden Kondensatorabschnitte sorgen. Die Trennschichten bestehen für diesen Zweck aus einem festen dielektrischen Werkstoff, beispielsweise Isolationspapier.In this context, it is known (US 21 07 423) for a high-voltage capacitor insert separating layers between concentric winding sections, however, these should only be used for appropriate mutual electrical insulation of the capacitor sections lying at different potentials. The For this purpose, separating layers consist of a solid dielectric material, for example insulation paper.

Zweckmäßig können die Entspannungsschichten aus einem Korkverbundwerkstoff, Korkschwamm oder Preßpappe bestehen. The relaxation layers can expediently be made of a cork composite material, Cork sponge or cardboard exist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die isolierende Schicht mit einer Mehrzahl von axial verlaufenden Luftkanälen versehen, über die Wärme von jedem der Kondensatorelemente abgeführt werden kann, um einen anomalen Anstieg der Temperatur der Kondensatorelemente zu verhindern. Dabei liegt vorteilhaft ein Teil des Außenumfangs der Kondensatorelemente zu den Luftkanälen hin frei.According to a development of the invention, the insulating layer has a plurality provided by axially extending air channels, via the heat from each of the capacitor elements can be dissipated to an abnormal rise in temperature to prevent the capacitor elements. Part of the outer circumference is advantageously located the condenser elements to the air channels freely.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are hereinafter with reference to the accompanying Drawings explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines bekannten Hochspannungskondensators, Fig. 1 is a sectional view of a known high-voltage capacitor,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Hochspannungskondensators nach der Erfindung, Fig. 2 is a sectional view of a high voltage capacitor according to the invention,

Fig. 3 einen waagrechten Schnitt entlang der Linie X-X der Fig. 2, Fig. 3 shows a horizontal section along line XX of Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 für eine abgewandelte Ausführungsform, Fig. 4 is a section similar to FIG. 3 for a modified embodiment,

Fig. 5 bis 8 Draufsichten auf Ausführungsbeispiele der Kondensatorelemente, Fig. 5 to 8 are plan views of embodiments of the capacitor elements,

Fig. 9 eine Schnittdarstellung der dielektrischen Schicht, Fig. 9 is a sectional view of the dielectric layer,

Fig. 10 eine Schnittdarstellung eines noch nicht aufgerollten Kondensatorelements, Fig. 10 is a sectional view of a not yet rolled capacitor element,

Fig. 11 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform ähnlich derjenigen nach Fig. 3, jedoch mit einer Mehrzahl von Luftkanälen, und Fig. 11 is a sectional view of another embodiment similar to that of Fig. 3, but with a plurality of air channels, and

Fig. 12 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform ähnlich derjenigen nach Fig. 4, jedoch mit einer Mehrzahl von Luftkanälen. Fig. 12 is a sectional view of another embodiment similar to that of FIG. 4, but with a plurality of air channels.

In Fig. 9 ist eine dielektrische Schicht a dargestellt, die einen hochgradig imprägnierbaren und porösen Isolierstoff 2, beispielsweise nicht gewebtes oder gewebtes Tuch, aufweist, der zu beiden Seiten eines Films 1 aus Kunstharz, beispielsweise einem Polyester oder Polypropylen, angebracht ist. Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Kondensatorelemente A werden in der Weise gefertigt, daß die dielektrischen Schichten a und Elektrodenschichten b alternierend überlappend angeordnet werden (Fig. 10) und das Laminat aufgerollt oder aufgewickelt wird. In Fig. 9 a dielectric layer A is shown, which has a highly impregnatable and porous insulating material 2, for example, non-woven or woven cloth which is attached to both sides of a film 1 made of synthetic resin such as a polyester or polypropylene. The capacitor elements A shown in FIGS. 5 and 6 are manufactured in such a way that the dielectric layers a and electrode layers b are arranged alternately overlapping ( FIG. 10) and the laminate is rolled up or wound up.

Mehrere Kondensatorelemente A werden entsprechend Fig. 2 untereinander über eine Verdrahtung 6′ verbunden. In Spalten C und einem Umfangsbereich der Gruppe von Kondensatorelementen A wird eine isolierende Schicht B aus einem hochgradig imprägnierbaren elektrischen Isolierstoff, beispielsweise Glasfaserband, Glasfasergewebe, Glasfasermatte, Glasfaservlies, nichtgewebtem Tuch oder Papier, vorgesehen, bis eine vorbestimmte Umfangsgestalt erzielt ist. Die Anordnung der Kondensatorelemente wird dann entsprechend Fig. 2 in eine Metallform oder Kokille eingebracht sowie unter Wärme und Vakuum getrocknet und dann im Hochvakuum mit einem Kunstharz, beispielsweise Epoxidhard, imprägniert. Der poröse Teil der dielektrischen Schichten a und die isolierende Schicht B werden gleichzeitig mit dem gleichen Harz imprägniert. Im Interesse einer besseren Imprägnierung sollte die Temperatur des Kunstharzes auf etwa 100°C gehalten werden; seine Viskosität sollte auf etwa 20 cP abgesenkt werden, und das Hochvakuum sollte für eine Zeitspanne von mehr als 3 h aufrechterhalten werden. Dies gewährleistet, daß die dielektrischen Schichten a eine gute Isolation ergeben. Außerdem wird dafür gesorgt, daß die äußere isolierende Schicht B zusammen mit den Kondensatorelementen ein Formteil bildet.A plurality of capacitor elements A are connected to one another according to FIG. 2 via a wiring 6 ' . In columns C and a peripheral region of the group of capacitor elements A, an insulating layer B made of a highly impregnable electrical insulating material, for example glass fiber tape, glass fiber fabric, glass fiber mat, glass fiber fleece, non-woven cloth or paper, is provided until a predetermined peripheral shape is achieved. The arrangement of the capacitor elements is then introduced into a metal mold or mold as shown in FIG. 2 and dried under heat and vacuum and then impregnated in a high vacuum with a synthetic resin, for example epoxy hard. The porous part of the dielectric layers a and the insulating layer B are simultaneously impregnated with the same resin. In order to improve impregnation, the temperature of the synthetic resin should be kept at around 100 ° C; its viscosity should be reduced to about 20 cP and the high vacuum should be maintained for a period of more than 3 hours. This ensures that the dielectric layers a result in good insulation. It is also ensured that the outer insulating layer B forms a molded part together with the capacitor elements.

Obwohl vorzugsweise die Imprägnierung der Kondensatorelemente und die Ausbildung der isolierenden Schicht um die Kondensatorelemente herum gleichzeitig erfolgen, kann auch so vorgegangen werden, daß die Kondensatorelemente zunächst imprägniert und dann in eine Metallform eingebracht werden, worauf eine isolierende Schicht um die Kondensatorelemente herum ausgebildet wird. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß unterschiedliche Kunstharze verwendet werden können, nämlich ein Harz mit besonders guten Imprägniereigenschaften und niedriger Viskosität für die Kondensatorelemente und ein Harz von hoher Festigkeit und hoher Viskosität für die isolierende Schicht.Although preferably the impregnation of the capacitor elements and the training the insulating layer around the capacitor elements can take place simultaneously also be done so that the capacitor elements are first impregnated and then placed in a metal mold, followed by an insulating layer around the Capacitor elements is formed around. This procedure has the advantage that different synthetic resins can be used, namely a resin with special good impregnation properties and low viscosity for the capacitor elements and a resin of high strength and high viscosity for the insulating layer.

Bei der Ausbildung eines Kondensatorelements A durch Überlappen der Elektrodenschichten b und der dielektrischen Schichten a werden vorzugsweise entsprechend den Fig. 7 und 8 Relaxations- oder Entspannungsschichten 9 aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise einem Korkverbundwerkstoff, Korkschwamm oder Preßpappe, in regelmäßigem Radialabstand t zwischengefügt. Die zwischen den Entspannungsschichten 9 befindlichen Schichten werden untereinander parallelgeschaltet. Die Entspannungsschichten nehmen die beim Härten des Kunstharzes auftretende Schrumpfkraft auf. Sie verhindern ein Reißen der dielektrischen Schichten und ein Ablösen an der Grenzschicht zwischen der Elektrodenschicht und der dielektrischen Schicht. Damit wird eine Absenkung der Isolationsfestigkeit vermieden. Der Abstand t zwischen den Entspannungsschichten 9 kann in zweckentsprechender Weise bestimmt werden. Wenn beispielsweise die Dicke T des Kondensatorelements 50 mm beträgt, sollte im Interesse der leichten Herstellbarkeit der Abstand t zwischen 10 und 20 mm betragen. Je kleiner dieser Abstand ist, desto günstiger ist es, was die Funktion der Entspannungsschichten anbelangt.When a capacitor element A is formed by overlapping the electrode layers b and the dielectric layers a, relaxation or relaxation layers 9 made of an elastic material, for example a cork composite material, cork sponge or pressed cardboard, are preferably interposed at regular radial spacing t, as shown in FIGS . 7 and 8. The layers located between the relaxation layers 9 are connected in parallel with one another. The relaxation layers absorb the shrinkage force that occurs when the synthetic resin hardens. They prevent tearing of the dielectric layers and detachment at the interface between the electrode layer and the dielectric layer. This prevents a reduction in the insulation strength. The distance t between the relaxation layers 9 can be determined appropriately. For example, if the thickness T of the capacitor element is 50 mm, the distance t should be between 10 and 20 mm in the interest of easy manufacture. The smaller this distance, the cheaper it is in terms of the function of the relaxation layers.

Die in Fig. 11 veranschaulichte Ausführungsform entspricht derjenigen gemäß Fig. 3 mit der Ausnahme, daß eine Mehrzahl von axial verlaufenden Luftkanälen 10 mit quadratischem Querschnitt in der die Kondensatorelemente A umgebenden isolierenden Schicht B ausgebildet ist. In ähnlicher Weise entspricht die Ausführungsform der Fig. 12 derjenigen gemäß Fig. 4 mit der Ausnahme, daß mehrere axial gerichtete Luftkanäle 10′ von elliptischem Querschnitt in der isolierenden Schicht B ausgebildet sind. Die Luftkanäle können grundsätzlich jeden beliebigen Querschnitt aufweisen.The embodiment illustrated in FIG. 11 corresponds to that according to FIG. 3 with the exception that a plurality of axially extending air channels 10 with a square cross section are formed in the insulating layer B surrounding the capacitor elements A. Similarly, the embodiment of FIG. 12 corresponds to that of FIG. 4 with the exception that a plurality of axially directed air channels 10 ' of elliptical cross section are formed in the insulating layer B. The air ducts can in principle have any cross section.

Die Luftkanäle 10 und 10′ lassen sich in Verbindung mit der Ausbildung der isolierenden Schicht B herstellen. Wie aus Fig. 11 hervorgeht, können die Luftkanäle so geformt sein, daß ein Teil des Außenumfangs der Kondensatorelemente A zu dem Luftkanal 10 hin freiliegt, um eine unmittelbare Luftkühlung der Kondensatorelemente zu sorgen. Luft kann durch die Luftkanäle auf natürliche Weise oder durch Zwangsventilation hindurchgeleitet werden. Die Luftkanäle sorgen für eine Luftkühlung der Kondensatorelemente, wodurch die Lebensdauer der Kondensatorelemente verlängert wird.The air channels 10 and 10 ' can be made in connection with the formation of the insulating layer B. As can be seen from Fig. 11, the air passages may be shaped so that a part of the outer periphery of the condenser elements A is exposed to the air passage 10 to provide an immediate air cooling of the condenser elements. Air can be routed through the air channels naturally or through forced ventilation. The air channels provide air cooling for the condenser elements, which extends the service life of the condenser elements.

Claims

1. High-voltage capacitor with a plurality of capacitor elements (A), each having alternating overlapping and rolled-up electrode layers (b) and impregnated dielectric layers (a), the capacitor elements (A) being covered with an insulating layer (B) made of an insulating material impregnated with a thermosetting synthetic resin which is hardened, characterized in that the dielectric layers (a) are also impregnated with a thermosetting synthetic resin which is hardened.

2. High-voltage capacitor according to claim 1, characterized in that the capacitor elements (A) are each provided with a plurality of relaxation layers ( 9 ) made of an elastic material, which are arranged to receive the shrinkage force occurring during the hardening of the synthetic resin in a regular mutual radial distance (t) are.

3. High-voltage capacitor according to claim 2, characterized in that the relaxation layers ( 9 ) consist of a cork composite material, cork sponge or cardboard.

4. High-voltage capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer (B) is provided with a plurality of axially extending air channels ( 10, 10 ' ).

5. High-voltage capacitor according to claim 4, characterized in that part of the outer circumference of the capacitor elements (A) to the air channels ( 10 ) is exposed.