DE580637C

DE580637C - Process for the production of a tubular high-voltage capacitor with a jacket made of insulating material and pole assignments offset in the tube axis, the electric field of which is made as uniform as possible both across and along the pole assignments by floating conductive inserts

Info

Publication number: DE580637C
Application number: DE1930580637D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Salman Silbermann
Original assignee: Meirowsky & Co Akt Ges
Current assignee: Meirowsky & Co Akt Ges
Priority date: 1930-09-03
Filing date: 1930-09-03
Publication date: 1933-07-14

Description

Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hochspannungskondensators -mit einem Mantel aus Isolierstoff und in der Rohrachse versetzten Polbelegungen, dessen elektrisches Feld: sowohl quer als. -auch längs zu-den Polbelegungen durch schwebende leitende Einlagen möglichst gleichförmig gemacht ist Es sind bereits Verfahren bekannt, in das-Dielektrikum von zylinderförmigen- Hochspannungskondensatoren leitende Einlagen b1, b, usw. aus dünnen Metallfolien oder anderen elektrisch leitenden Stoffen zwischen die in der Zylinderachsenrichtüng versetzten Polbelegungen so einzubetten, daß das elektrische Feld zwischen den Polbelegungen besonders in der Längsrichtüng möglichst gleichförmig wird (vgl. Abb. z). Hierdurch :wird das Auftreten- von Sprüherscheinungen am Rande der Polbelegungen verhindert, da das gleichförmige elektrische Feld einen geringeren Wert besitzt als der ohne die leitenden Einlagen am Rande der Polbelegungen vorhandene Maximalwert des ungleichförmigen Feldes. Bei Zylinderkondensatoren wird zwar durch die leitenden Einlagen das elektrische Feld senkrecht zu den Polbelegungen im allgemeinen zu einem ungleichförmigen gemacht, jedoch verschwindet diese Wirkung um so mehr, je geringer die Wandstärke des Zylinderkondensators im Verhältnis zu seinem Durchmesser ist. Man hat derartige Kondensatoren bisher mit einem Dielektrikum versehen, welches aus mit-'Natur- oder Kunstharz getränktem Papier (Hartpapier) -besteht. Die Polbelegungen sowie die leitenden Einlagen -wurden während des Aufwickelns. 'einer mit- Natur- oder Kunstharz versehenen Papierfahne äuf_ einen Metalldorn in dieses Dielektriktim - eingebracht. Nach Beendigung- des Wickelprozesses und Überführung des Natur- oder Kunsth?;rzes in 'einen- harten- Endzustand. durch Ausbacken in' einem Ofen wurde der so entstandene- rohrförmige Kondensator von seinem- Metalldorn abgezogen. Solche Zylinderkondensatoren aus Hartpapier besitzen einen großen Mangel in der Konstitution ihres Dielektrikums. Obwohl die Technik durch Verwendung von Papier möglichst gleichmäßiger Dicke sowie durch Anwendung von besonderen Druckwalzen, welche beim Wickelprozeß die sich aufwickelnde Papierfahne möglichst fest gegen den Wickeldorn-und die bereits aufgewickelten Papierschichten andrücken, Vorkehrungen getroffen- hat, die Bildung von kleinen Hohlräumen im Dielektrikum zu verhindern, ist dies nicht vollständig gelungen. Man hat ferner vorgeschlagen, an den Stellen, an denen die Ränder der Polbelegungen und leitenden Einlagen sich befinden, Papierblätter, welche frei von Natur- oder Kunstharz sind, während des Wickelprozesses als bis zu den Stirnenden des Rohres reichende Fortsetzung der Metallfolien einzufügen und den Kondensator nach dem Ausbacken im Wärmeofen in einem Bad von heißem Paraffin nachzubehandeln, zum Zwecke, die von Natur- oder Kunstharz freien Papierblätter mit Paraffin zu durchtränken. Auch dieses Mittel hat das Dielektrikum nicht wesentlich verbessern können. Hierzu kommt in allen Fällen die Notwendigkeit, das Hartpapier durch geeignete Maßnahmen so trocken zu halten, daß der Verlustfaktor des Kondensators möglichst gering wird. Dies gelingt wegen der Eigenart der Herstellung, welche in freier Luft geschieht, stets nur unvollkommen, da sowohl das Papier als auch Natur- und Kunstharz Körper sind, welche einen Restbestand von Feuchtigkeit nur sehr ungern abgeben. Ihr innerer Gehalt an Feuchtigkeit ist daher abhängig von dem Feuchtigkeitszustande der umgebenden Luft, welche während der verschiedenen Herstellungsstufen auf den Kondensator eingewirkt hat. Infolgedessen war es bei diesen Hartpapierkondensatoren nicht möglich, den Verlustfaktor unter den Wert 0,0045 zu bringen. Im Zusammenhang damit steht die geringe elektrische Feldstärke, welche ein solcher Kondensator betriebsmäßig dauernd ohne Schädigung aushält. Diese Feldstärke (effektive Wechselspannung pro Millimeter) beträgt quer zu den Metallfolien höchstens zooo V /Mm. In der Längsrichtung sind höchstens r 50 V1mm zulässig. Die volle Ausnutzung der theoretisch hervorragenden Wirkung der schwebenden leitenden Einlagen, das elektrische Längs- und Querfeld gleichförmig zu machen, ist daher bisher nur in geringem Maße möglich gewesen.Method of manufacturing a tubular high voltage capacitor -with a jacket made of insulating material and pole assignments offset in the pipe axis, its electric field: both across and. -also along-to-the pole assignments floating conductive deposits are made as uniform as possible Process known in the dielectric of cylindrical high-voltage capacitors conductive inserts b1, b, etc. made of thin metal foils or other electrically conductive ones Embed materials between the pole assignments offset in the direction of the cylinder axis in such a way that that the electric field between the pole assignments especially in the longitudinal direction is as uniform as possible (see Fig. z). This: the occurrence of spray phenomena at the edge of the pole assignments prevents the uniform electric field from creating a has a lower value than that without the conductive inlays on the edge of the pole assignments available maximum value of the non-uniform field. In the case of cylinder capacitors through the conductive inserts the electric field is perpendicular to the pole assignments generally made non-uniform, but this effect disappears the more, the smaller the wall thickness of the cylinder capacitor in relation to its diameter is. So far, such capacitors have been made with a dielectric provided, which is made of paper impregnated with natural or synthetic resin (hard paper) -consists. The pole assignments as well as the conductive inlays were made during winding. 'A paper flag provided with natural or synthetic resin on a metal pin in this dielectric - introduced. After completion of the winding process and transfer of natural or synthetic resin in a hard final state. by baking in ' In a furnace, the tubular capacitor thus created was removed from its metal mandrel deducted. Such cylinder capacitors made of hard paper have a major shortcoming in the constitution of their dielectric. Although the technique is achieved by using Paper of as uniform a thickness as possible and by using special pressure rollers, which during the winding process against the winding paper flag as firmly as possible Press the mandrel and the paper layers that have already been wound on, take precautions has taken - to prevent the formation of small voids in the dielectric, is not this completely successful. It has also been suggested that at the points where the edges of the pole assignments and conductive inlays meet are, paper sheets that are free of natural or synthetic resin, during the Winding process as a continuation of the metal foils reaching to the ends of the pipe insert and the condenser after baking in a heating oven in a bath of to be treated with hot paraffin, for purposes that are free of natural or synthetic resin Soaking sheets of paper with paraffin. The dielectric also has this means cannot improve significantly. In all cases it is necessary to to keep the hard paper so dry by suitable measures that the loss factor of the capacitor is as low as possible. This succeeds because of the peculiarity of the production, which happens in the open air, always only imperfect, since both the paper and the Natural and synthetic resin bodies are also, which have a residual amount of moisture very reluctant to give up. Their internal moisture content is therefore dependent on the humidity of the surrounding air, which during the different Manufacturing stages acted on the capacitor. As a result, it was at These hard paper capacitors do not allow the loss factor below the value 0.0045 bring to. This is related to the low electrical field strength, which Such a capacitor can withstand continuous operation without damage. This field strength (effective alternating voltage per millimeter) is at most across the metal foils zooo V / Mm. A maximum of r 50 V1mm is permissible in the longitudinal direction. The full utilization the theoretically excellent effect of the floating conductive inserts, the electrical To make the longitudinal and transverse field uniform has therefore so far only been done to a small extent was possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen rohrförmigen Hochspannungskondensator mit Gehäuse aus Isolierstoff, dessen dielektrisches Feld sowohl quer als auch längs zu den Polbelegungen durch schwebende leitende Einlagen möglichst gleichförmig gemacht ist, mit einem Dielektrikum zu versehen, welches vollkommen hohlraumfrei ist und infolge besserer Trocknungsmöglichkeit einen besonders niedrigen Verlustfaktor besitzt. Erfindungsgemäß wird. zu diesem Zwecke zunächst über einen passenden Dorn ein Hohlzylinder aus mit Kunstharz getränktem Papier und unmittelbar hierüber der das elektrische Feld tragende Teil aus ungetränktem Papier unter Einfügung der Polbelegungen und schwebenden leitenden Einlagen gewickelt, worauf die Überführung des Kunstharzes in den unlöslichen Endzustand im Wärmeofen und sodann die Tränkung mit Ö1 im Vakuum, mit Vorteil ebenfalls in der Wärme, erfolgt. Ein solches Dielektrikum ist vollkommen hohlraumfrei und trocken herzustellen. Es besitzt aber im Gegensatz zu Hartpapier nur geringe mechanische Festigkeit und Härte. Es wird daher über den zylindrischen Vollkern oder Hohlzylinder aus festem und hartem Isolierstoff, z. B. Hartpapier, Hartgewebe, gewickelt. Das über den zylindrischen Kern bzw. Hohlzylinder aufgewickelte Papier kann entweder so breit sein, daß es die gesamte Rohrlänge des Kondensators bildet, oder gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Hochspannungskondensators die Form von schmalen Papierstreifen nach Art der Isolation von Hochspannungskabeln besitzen. Abb. 2 - zeigt eine Ausführungsart eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensators. Das mit Isolieröl getränkte Papierdielektrikum, welches die Polbelegungen und schwebende Metalleinlagen enthält, ist auf das Isolierrohr c fest aufgewickelt und an seiner Oberfläche mit einer Bandage d aus Isolierband, Schnur oder ähnlichem fest abgebunden. Das innere Isolierrohr wird von den Metallkappen e1 und e2 gehalten und ist in der Nähe der oberen Kappe ei sowie der unteren Kappe e2 mit je einem Loch versehen, welches den Durchtritt von Isolieröl, in das der Kondensator eingebettet ist, gestattet. Der äußere Mantel f des Kondensators besteht aus einem festen, öl- und luftdichten Isolierstoff, z. B. Hartpapier, Hartgewebe oder Porzellan. Die eine Polbelegung ist mit der oberen Metallkappe e1, die andere mit der Metallkappe e2 leitend verbunden.The object of the invention is to provide a tubular high-voltage capacitor with housing made of insulating material, its dielectric field both transversely and longitudinally Made as uniform as possible to the pole assignments by floating conductive inserts is to be provided with a dielectric, which is completely free of voids and has a particularly low loss factor due to better drying options. According to the invention. for this purpose first a hollow cylinder over a suitable mandrel made of paper soaked with synthetic resin and directly above the electrical one Field-bearing part made of unimpregnated paper with the insertion of the pole assignments and floating conductive inserts wound, whereupon the transfer of the synthetic resin in the insoluble final state in the heating furnace and then the impregnation with oil in a vacuum, advantageously also in the heat. Such a dielectric is perfect to be produced dry and void-free. In contrast to hard paper, however, it has only low mechanical strength and hardness. It is therefore about the cylindrical Solid core or hollow cylinder made of solid and hard insulating material, e.g. B. hard paper, Hard tissue, wound. The wound over the cylindrical core or hollow cylinder Paper can either be wide enough to run the length of the condenser tube forms, or according to an advantageous development one according to the method according to The high-voltage capacitor manufactured according to the invention takes the form of narrow strips of paper have the same type of insulation as high-voltage cables. Fig. 2 - shows an embodiment a capacitor produced by the method according to the invention. That with insulating oil Impregnated paper dielectric, which contains the pole assignments and floating metal inserts contains, is firmly wound on the insulating tube c and on its surface with a bandage d made of insulating tape, string or the like tied tightly. The inner The insulating tube is held in place by the metal caps e1 and e2 and is close to the upper cap ei and the lower cap e2 each provided with a hole, which the Passage of insulating oil in which the capacitor is embedded is permitted. Of the outer jacket f of the capacitor consists of a solid, oil- and airtight insulating material, z. B. hard paper, hard tissue or porcelain. One pole assignment is with the upper one Metal cap e1, the other conductively connected to the metal cap e2.

Zur Herstellung eines solchen Kondensators wird dementsprechend das folgende Verfahren angewendet. Über einen passenden Dorn wird zunächst ein Hohlzylinder aus mit Kunstharz getränktem Papier gewickelt. Im gleichen Arbeitsgang wird unmittelbar hierüber der das elektrische Feld tragende Teil aus ungetränktem Papier gewickelt, wobei gleichzeitig die Polbelegungen und schwebenden leitenden Einlagen eingefügt werden. Nunmehr wird der soweit fertiggestellte Kondensator, ohne daß der Dorn entfernt wird, in einen Wärmeofen eingebracht, in welchem das Innere aus kunstharzgetränktem Papier bestehende Rohr zu Hartpapier ausgebacken wird. Hierauf wird der Dorn entfernt, der Kondensator in einen Vakuumkessel eingebracht und längere Zeit unter der Einwirkung von Hitze und Vakuum getrocknet. Alsdann wird Isolieröl in den Vakuumkessel so hoch eingelassen, daß der gesamte Kondensator davon bedeckt ist. Es erfolgt nunmehr die Tränkung des bisher ungetränkten Papiers, welches den das elektrische Feld tragenden Teil bildet. Die Tränkung mit Isolieröl erfolgt während längerer Zeit ebenfalls unter Einwirkung von Hitze und Vakuum. Nach Beendigung der Tränkung wird der Kondensator in sein Gehäuse, welches zunächst aus dem Mantel aus Isolierstoff und der unteren aufgekitteten Metallkappe besteht, eingesetzt. Sodann werden die Zwischenräume zwischen Kondensator und Mantel sowie der Raum innerhalb des inneren Isolierrohres mit vorher evakuiertem Isolieröl ausgegossen und schließlich die obere Metallkappe aufgekittet. Bei dieser Montage wird gleichzeitig für leitende Verbindung der Polbelegungen mit den Metallkappen gesorgt.To manufacture such a capacitor, the the following procedures were used. A hollow cylinder is first placed over a suitable mandrel wrapped from paper soaked in synthetic resin. In the same operation, immediately The part carrying the electrical field is wound over this from unimpregnated paper, at the same time inserting the pin assignments and floating conductive inlays will. The capacitor, which has been completed so far, is now removed without the mandrel is introduced into a heating furnace, in which the interior is made of synthetic resin impregnated Paper existing tube is baked out to hard paper. Then the thorn is removed, the condenser placed in a vacuum vessel and under the action for a long time of heat and vacuum dried. Then insulating oil is put into the vacuum vessel let in so high that the entire capacitor is covered by it. It is now done the impregnation of the previously unimpregnated paper, which carries the electrical field Part forms. The impregnation with insulating oil also takes place over a longer period of time under the action of heat and vacuum. After completion of the impregnation, the condenser into its housing, which initially consists of the jacket made of insulating material and the lower cemented metal cap is used. Then the spaces between Capacitor and jacket as well as the space within the inner insulating tube with beforehand Poured out evacuated insulating oil and finally the upper metal cap is cemented on. In this assembly, the pin assignments are also used for a conductive connection the metal caps taken care of.

Versuche haben ergeben, daß ein solcher Kondensator leicht mit einem Verlustfaktor von o,ooz und weniger angefertigt werden kann und daß er in der Quer- und Längsrichtung elektrische Felder, welche um 'das Dreifache stärker sind als die für einen Zylinderkondensator aus Hartpapier zulässigen Felder, dauernd betriebssicher aushält. Infolgedessen besitzt der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kondensator bedeutend geringere Abmessungen als der entsprechende bekannte Hartpapierkondensator gleicher Kapazität und Spannungssicherheit. Dies ist nicht nur wegen der damit erreichten bedeutenden @ Preisermäßigung, sondern auch deshalb besonders wichtig, weil im Gebiet der elektrischen Kraftübertragungmit höchsten Spannungen für die zur Ankopplung von Hochfrequenzfernmeldeanlagen, zur Fernmessung mit Hochfrequenz sowie zur Spannungsmessung durch kapazitive Spannungsverteilung erforderlichen Kondensatoranlagen die Aufgabe besteht, deren räumlichen Umfang möglichst, zu beschränken.Tests have shown that such a capacitor can easily be combined with a Loss factor of o, ooz and less can be made and that it is in the transverse and longitudinal electric fields which are three times stronger than the fields permissible for a cylinder capacitor made of hard paper, permanently reliable endures. As a result, has the produced by the method of the invention Capacitor significantly smaller than the corresponding known hard paper capacitor same capacity and voltage security. This is not just because of what it has achieved significant @ discount, but also particularly important because in the area the electrical power transmission with the highest voltages for the coupling of high-frequency telecommunication systems, for remote measurement with high frequency as well as for voltage measurement capacitor systems required by capacitive voltage distribution exists to limit their spatial scope as far as possible.

Der erfindungsgemäß hergestellte Kondensator bietet die gleichen Vorteile auch bei Benutzung mit Gleichspannung, z. B. in Röntgeneinrichtungen.The capacitor produced according to the invention offers the same advantages even when used with DC voltage, e.g. B. in X-ray facilities.

Versuche haben ferner ergeben, daß der erfindungsgemäß hergestellte Kondensator wegen der fortgeschrittenen Technik in der' Herstellung bester Isolieröle eine größere Unabhängigkeit der Kapazität in großen Temperaturbereichen besitzt als irgendein bisher für Höchstspannungen bekannter Kondensator. Diese Eigenschaft macht ihn bei Freiluftanlagen, welche großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, zur Innehaltung der Resonanzabstimmung sowie zur Vermeidung von Fehlmessungen geeignet. Lästiges Nachstimmen sowie Ungenauigkeit der Spannungsmessung kommen durch Benutzung des erfindungsgemäß hergestellten Kondensators in Fortfall.Tests have also shown that the inventively produced Capacitor because of the advanced technology in the production of the best insulating oils has a greater independence of the capacity in large temperature ranges than any capacitor previously known for high voltages. This attribute makes it suitable for outdoor systems that are exposed to large temperature fluctuations, suitable for pausing the resonance tuning and avoiding incorrect measurements. Annoying retuning as well as inaccuracy of the voltage measurement come from use of the capacitor produced according to the invention in omission.

Abb. 3 zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten Hochspannungskondensator, dessen Mantel f aus einem Hartpapierrohr besteht, welches unmittelbar auf dem das elektrische Feld tragenden Teil des Kondensators fest aufsitzt. Ein solcher Kondensator besitzt bei gleicher Kapazität und Spannungssicherheit noch geringeren Außendurchmesser als der Kondensator der'Abb. z.Fig. 3 shows a high-voltage capacitor manufactured according to the invention, whose jacket f consists of a hard paper tube, which is placed directly on the electrical field-bearing part of the capacitor is firmly seated. Such a capacitor has an even smaller outer diameter with the same capacity and voltage security than the capacitor of Fig. z.

Er wird ebenso hergestellt wie letzterer, jedoch mit dem Unterschied, daß, nachdem auf der Wickelmaschine der Hohlzylinder aus kunstharzgetränktem Papier und darüber das Dielektrikum aus ungetränktem Papier gewickelt sind, gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach: der Erfindung unmittelbar hierüber im gleichen Arbeitsgang der äußere Mantel aus kunstharzgetränktem Papier gewickelt wird. Im Wärmeofen wird dann nicht nur. das innere Rohr, sondern auch der äußere Mantel zu Hartpapier ausgebacken. Die darauf folgende Trocknung und Tränkung im Vakuum erfolgt wie beim Wickelkondensator gemäß Abb. z, ebenso das Verbinden der Polbelegungen mit den Metallkappen, das Aufkütten derselben und das Vergießen des Innenraums mit Isolieröl.It is produced in the same way as the latter, but with the difference that after on the winding machine the hollow cylinder made of resin-soaked paper and over the dielectric are wound from unimpregnated paper, according to a further embodiment of the method according to: the invention directly about this in In the same operation, the outer jacket is wrapped from paper soaked in synthetic resin will. In the heating furnace is not only. the inner tube but also the outer one Baked coat to hard paper. The subsequent drying and soaking in The vacuum takes place as with the wound capacitor according to Fig. Z, as is the connection of the Pole assignments with the metal caps, the filling of the same and the potting of the Interior with insulating oil.

Abb. q. zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten Kondensator, bei dem der zylindrische Innenraum durch zwei Vollzylindergl und g? aus festem Isolierstoff, z. B. mit Isolieröl getränktem Holz, ausgefüllt ist. Diese Ausführungsart besitzt den Vorzug, daß im Falle eines Durchschlages keine größeren Ölmengen in Brand geraten können.Fig.q. shows a capacitor manufactured according to the invention at which the cylindrical interior by two full cylinder gl and g? made of solid insulating material, z. B. with insulating oil soaked wood is filled. This type of construction has the advantage that in the event of a breakthrough, no large quantities of oil will catch fire can.

Abb. 5 zeigt eine Ausführungsart, welche zur Aufhängung im Freien geeignet ist. Der Kondensator besitzt über dem äußeren Mantel aus Hartpapier noch einen Mantel h aus Porzellan zum Schutz gegen Regen.Fig. 5 shows an embodiment which can be hung outdoors suitable is. The capacitor still has over the outer jacket made of hard paper a coat h made of porcelain for protection against rain.

Claims

PATENT CLAIM i. Method of manufacturing a tubular high voltage capacitor with a jacket made of insulating material and pole assignments offset in the pipe axis, its electric field both transversely and longitudinally to the pole assignments by floating conductive deposits is made as uniform as possible, characterized in that First a hollow cylinder made of synthetic resin impregnated with a suitable mandrel Paper and immediately above it the part made of non-impregnated material that carries the electric field Wrapped paper with insertion of the pin assignments and floating conductive inlays becomes, whereupon the transfer of the synthetic resin in the insoluble Final state in the heating furnace and then the impregnation with oil in a vacuum, also with advantage in the warmth.

2. The method according to claim i, characterized in that, after the part of unimpregnated paper bearing the electric field is inserted the pole assignments and floating conductive inlays is wound immediately A cylinder made of paper soaked in synthetic resin is wrapped over this Synthetic resin at the same time as the synthetic resin of the inner hollow cylinder in the heating furnace is converted into the insoluble final state, whereupon the impregnation with oil in a vacuum, with advantage also in the warmth,

3. According to the method of claims Tubular high-voltage capacitor manufactured i or 2, characterized in that that the dielectric soaked with insulating oil made of paper strips according to the type of insulation is wound by high voltage cables.

4. According to the method of claims i or 2 manufactured tubular high-voltage capacitor, characterized in that its inner hollow cylinder 'by solid cylinder made of solid insulating material, z. B. with Wood soaked in insulating oil.