DE3626094A1

DE3626094A1 - Kondensator

Info

Publication number: DE3626094A1
Application number: DE19863626094
Authority: DE
Inventors: Koichi Tokura; Masazumi Tayake; Goro Matsui; Tatsuyoshi Kiba; Kiyoshi Terasaka; Yuichi Aoyama
Original assignee: Risho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Risho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1987-04-09
Also published as: JPS6276513A; JPS6315734B2; CH668332A5; US4670814A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator.

Konventionelle Kondensatoren wurden bislang in der nachstehend anhand der Fig. 1 erläuterten Weise gefertigt. Dabei werden zunächst Kondensatorelemente A ausgebildet, indem alternierende Elektrodenschichten und dielektrische Schichten aus isolieren dem Papier oder Kunststoffilm überlappend angeordnet werden und das Laminat aufgerollt wird. Mehrere solche Kondensatorelemente werden in ein Stahlgehäuse 4 eingebracht und untereinander sowie mit Spannungsdurchführungen 7 über Zuleitungen 6 verbun den. Schließlich erfolgt eine Vakuumimprägnierung mit einem isolierenden Öl 8 und eine Abdichtung.

Bei solchen Kondensatoren müssen die dielektrischen Schichten ein hohes Isolationsvermögen haben, weil dieses in starkem Maße die Lebensdauer des Kondensators beeinflußt. Bei konventionellen Kondensatoren werden die dielektrischen Schichten mit einem isolierenden Öl imprägniert, um zwischen den Elektrodenschichten isolierende Schichten auszubilden. Gleichwohl sind Durchschläge der Isolation oder anormale Temperaturanstiege nicht vollständig zu vermeiden.

In einem derartigen Störungsfall steigt die Temperatur des Kon densators selbst auf einen anormal hohen Wert an, und die Konden satorelemente sowie das isolierende Öl expandieren unter dem Wärmeeinfluß. Dies kann zu einem Reißen oder einer Explosion des Stahlgehäuses und zu Umweltverschmutzung mit auslaufendem oder verspritztem Isolationsöl führen. Weil es sich bei dem isolieren den Öl um eine brennbare Flüssigkeit mit einem Flammpunkt zwi schen 130 und 200°C handelt, kann es auch zur Auslösung von Bränden kommen.

Bricht ein Feuer an einer Stelle aus, wo sich zahlreiche Menschen aufhalten, beispielsweise in Hochhäusern, Unterführungen, Kran kenhäusern und Schulen, kann es zu zahlreichen Todesfällen kom ken. Infolgedessen werden für alle elektrischen Ausrüstungen Un brennbarkeit und Explosionsschutz gefordert. Ölfreie Anordnungen wurden bereits für sämtliche elektrischen Ausrüstungen mit Aus nahme von Kondensatoren gefunden.

Angesichts der geschilderten Problematik wurde bereits ein Kon densator vorgeschlagen (JP-Anmeldung 59-3993), bei dem die Kon densatorelemente zwischen den Elektrodenschichten angeordnete, mit Kunstharz imprägnierte dielektrische Lagen aufweisen. Die Kondensatorelemente sind in einem aus Kunstharz geformten, ab gedichteten Behälter untergebracht, und der Behälter ist mit Schwefelhexafluoridgas (SF₆) als Isolator gefüllt. Selbst bei einem derartigen Kondensator kann der Gasdruck so weit anstei gen, daß der Behälter explodiert, wenn die zugeordnete Schutz einrichtung nicht anspricht und sich der Kondensator selbst auf einen normalen Wert erhitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator zu schaffen, der einfach gefertigt werden kann und der Feuer- und Explosionsgefahr ausschließt. Es soll ferner ein Kondensator mit guter Wärmeabführung geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst. Entsprechende Maßnahmen schlägt die Hauptanmeldung für einen Hochspannungskondensator vor. Es wurde jedoch er kannt, daß auch beliebige andere, insbesondere nicht auf Hoch spannungsanwendungen beschränkte Kondensatoren mit Vorteil in dieser Weise aufgebaut werden können.

Erfindungsgemäß wird als isolierendes Medium weder ein Gas noch eine Flüssigkeit benutzt. Stattdessen werden nicht nur die dielektrischen Schichten in den Kondensatorelementen mit Kunst harz imprägniert, um die Isolationsfestigkeit zu steigern, son dern die Kondensatorelemente werden zusätzlich mit Kunstharz isoliert, indem ihre Außenfläche aus Kunstharz geformt wird. Dies führt zu Kondensatoren, bei denen keine Gefahr besteht, daß aufgrund eines Versagens der Isolation Feuer ausbricht oder Explosionen eintreten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kondensator elemente jeweils mit Entspannungsschichten aus einem elasti schen Werkstoff versehen, die in regelmäßigem gegenseitigem Radialabstand angeordnet sind, um ein Reißen der dielektri schen Schichten und ein Ablösen an der Grenzschicht zwischen den Elektrodenschichten und den dielektrischen Schichten zu vermeiden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Luft kanäle in der isolierenden Schicht um die Kondensatorelemente herum ausgebildet, um Wärme von jedem der Kondensatorelemente abzuführen und einen anormalen Anstieg der Temperatur der Kon densatorelemente zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird also ohne Einsatz eines flüssigen oder gasförmigen Isolierstoffes ein explosionssicherer, nicht ent flammbarer Kondensator hoher Qualität erhalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines konventionellen Kondensators,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Kondensators nach der Erfindung,

Fig. 3 einen waagrechten Schnitt entlang der Linie X-X der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 für eine abge wandelte Ausführungsform,

Fig. 5 bis 8 Draufsichten auf Ausführungsbeispiele der Kondensatorelemente,

Fig. 9 eine Schnittdarstellung der dielektrischen Schicht,

Fig. 10 eine Schnittdarstellung eines noch nicht aufgerollten Kondensatorelements,

Fig. 11 eine Schnittdarstellung einer weiteren Aus führungsform ähnlich derjenigen nach Fig. 3, jedoch mit einer Mehrzahl von Luftkanälen, und

Fig. 12 eine Schnittdarstellung einer weiteren Aus führungsform ähnlich derjenigen nach Fig. 4, jedoch mit einer Mehrzahl von Luftkanälen.

In Fig. 9 ist eine dielektrische Schicht a dargestellt, die ei nen hochgradig imprägnierbaren und porösen Isolierstoff 2, bei spielsweise nichtgewebtes 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 Elektroden schichten b alternierend überlappend angeordnet werden (Fig. 10) und das Laminat aufgerollt oder aufgewickelt wird.

Mehrere Kondensatorelemente A werden entsprechend Fig. 2 unter einander über eine Verdrahtung 6′ verbunden. Ein Spalt C und ein Umfangsbereich B werden mit einem hochgradig imprägnierba ren elektrischen Isolierstoff, beispielsweise Glasfaserband, Glasfasergewebe, Glasfasermatte, Glasfaservlies, nichtgewebtem Tuch oder Papier gefüllt, 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 Epoxidharz, imprägniert. Der poröse Teil der dielektrischen Schichten a und der Isolier stoff werden gleichzeitig mit dem gleichen Harz imprägniert. Im Interesse einer besseren Imprägnierung sollte die Tempera tur des Kunstharzes auf etwa 100°C gehalten werden; seine Vis kosität sollte auf etwa 20 cp abgesenkt werden, und das Hoch vakuum sollte für eine Zeitspanne von mehr als 3 h aufrechter halten werden. Dies gewährleistet, daß die dielektrischen Schich ten a eine gute Isolation ergeben. Außerdem wird dafür gesorgt, daß die äußere Kunstharzabdeckung zusammen mit den Kondensator elementen ein Formteil bildet.

Obwohl vorzugsweise die Imprägnierung der Kondensatorelemente und die Ausbildung der isolierenden Schicht um die Kondensator elemente herum gleichzeitig erfolgen, kann auch so vorgegangen werden, daß die Kondensatorelemente zunächst imprägniert und dann in eine Metallform eingebracht werden, worauf eine iso lierende Schicht um die Kondensatorelemente herum ausgebildet wird. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß unterschiedliche Kunstharze verwendet werden können, nämlich ein Harz mit beson ders guten Imprägniereigenschaften und niedriger Viskosität für die Kondensatorelemente und ein Harz von hoher Festigkeit und hoher Viskosität für die isolierende Schicht.

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 Hycar-Kork, Korkschwamm oder Preßpappe, in re gelmäßigen Intervallen t zwischengefügt. Die zwischen den Ent spannungsschichten 9 befindlichen Schichten werden untereinan der parallelgeschaltet. Die Entspannungsschichten nehmen die beim Härten des Kunstharzes auftretende Schrumpfkraft auf. Sie verhindern ein Reißen der dielektrischen Schichten und ein Ab lösen an der Grenzschicht zwischen der Elektrodenschicht und der dielektrischen Schicht. Damit wird eine Absenkung der Iso lationsfestigkeit vermieden. Der Abstand t zwischen den Ent spannungsschichten 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 Ent spannungsschichten anbelangt.

Die in Fig. 11 veranschaulichte Ausführungsform entspricht der jenigen gemäß Fig. 3 mit der Ausnahme, daß eine Mehrzahl von axial verlaufenden Luftkanälen 10 mit quadratischem Querschnitt in der die Kondensatorelemente umgebenden isolierenden Schicht ausgebildet ist. In ähnlicher Weise entspricht die Ausführungs form der Fig. 12 derjenigen gemäß Fig. 4 mit der Ausnahme, daß mehrere axial gerichtete Luftkanäle 10′ von elliptischem Quer schnitt in der isolierenden Schicht ausgebildet sind. Die Luft kanäle können grundsätzlich jeden beliebigen Querschnitt auf weisen.

Die Luftkanäle 10 oder 10′ lassen sich in Verbindung mit der Aus bildung der isolierenden Schicht herstellen. Wie aus Fig. 11 her vorgeht, können die Luftkanäle so geformt sein, daß ein Teil des Außenumfangs der Kondensatorelemente zu dem Luftkanal hin frei liegt, um für eine unmittelbare Luftkühlung der Kondensator elemente zu sorgen. Luft kann durch die Luftkanäle auf natür liche Weise oder durch Zwangsventilation hindurchgeleitet wer den. Die Luftkanäle sorgen für eine Luftkühlung der Kondensa torelemente, wodurch die Lebensdauer der Kondensatorelemente verlängert wird.

Claims

1. Kondensator mit einer Mehrzahl von Kondensatorelementen, die jeweils einander alternierend überlappende und auf gerollte Elektrodenschichten und dielektrische Schichten aufweisen, nach Patentanmeldung P 35 39 691.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (A) mit einer isolierenden Schicht aus einem mit Kunstharz imprägnierten elektrischen Isolierstoff abgedeckt und die dielektrischen Schichten (a) mit Kunstharz imprägniert sind.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente (A) jeweils mit einer Mehrzahl von Entspannungsschichten (9) aus einem elastischen Werk stoff versehen sind, die in regelmäßigem gegenseitigem Radialabstand (t) angeordnet sind.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die isolierende Schicht mit einer Mehrzahl von axial verlaufenden Luftkanälen (10, 10′) versehen ist.