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Elektrischer Hochspannungskondensator, dessen aktiver Stapel aus mehreren
aneinanderliegenden, abwechselnd an der einen oder der anderen Seite des Stapels
in Reihe verbundenen Sektionen besteht Die Erfindung bezieht sich auf elektrische
Kondensatoren, deren aktiver Stapel aus einer Anzahl von aneinanderhegenden, abwechselnd
an der einen oder der anderen Seite in Reihe oder reihenparallel geschalteten Elementarkondensatoren
besteht, wobei die Elementarkondensatoren aus abwechselnd aufeinanderfolgenden dielektfischen
und . leitenden Schichten zusammengesetzt sind.
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Wenn derartige Kondensatoren fair das Arbeiten bei hohen Spannungen
und insbesondere auch bei hohen Frequenzen bestimmt sind, so unterteilt man in der
Regel den ganzen aktiven Stapel in eine Anzahl von aneinanderliegenden kleinen Elementen
und schaltet diese Elemente in Reihe miteinander, so daß die ganze an den Endklemmen
des Kondensators herrschende Spannung zwischen diesen in Reihe verbundenen Elementen
verteilt ist. Falls die Kondensatoren starke hochfrequente Ströme zu führen haben,
schaltet man verschiedene Kondensatorengruppen parallel zueinander, um auch den
Strom zu unterteilen. Die erwähnte Unterteilung der ganzen an den Kondensator angelegten
Spannung ist' notwendig, um das Entstehen vom Koronaeffekt und von Büschelentladungen,
die mit Energieverlusten verbunden sind, zu vermeiden; diese Verluste entstehen
durch Ionisierung der Räume innerhalb und in der Nähe des dielektrischen Materials.
Diese Räume werden durch vorkommende hohle Stellen im dielektrischen Material oder
im Imprägnierungsmaterial desselben gebildet. Auch kann die Ionisierung im Imprägnierungsmaterial
entstehen, das z. B. die Kanten der an den dielektrischen Lamellen befestigten Metallfolien
umgibt.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet eine verbesserte Konstruktion
der Kondensatoren oben angegebener Art. Sie erlaubt, die Anzahl von in Reihe verbundenen
Kondensatorelementen zu vermindern, ohne daß übermäßige Potentialgradienten, welche
Ionisierungsverluste verursachen könnten, auftreten. Gemäß der Erfindung wird eine
regelmäßigere Potentialverteilung dadurch gesichert, daß die isolierenden Trennplatten
zwischen aufeinanderfolgenden und in Reihe geschalteten Sektionen mit elektrostatischen
Schirmen ausgestattet sind.
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Man kann dies z. B. in der Weise erreichen, daß die erwähnten isolierenden
Trennplatten je in zwei Schichten geteilt sind, zwischen denen
eine
metallische Platte oder Folie von solcher Größe und Gestalt angeordnet ist, daß
sie als ein elektrostatischer Schirm zwischen den beiden benachbarten Kondensatorsektionen
Wirkt und das Entstehen ,von übermäßigen Potentialgradienten verhindert.
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Um den Unterschied der Bauweise nach der Erfindung gegenüber der üblichen
klarer hervortreten zu lassen, sind in der beiliegenden Zeichnung in der Abb. i
schematisch zwei in Reihe geschaltete und in der bis jetzt üblichen Weise durch
eine Trennplatte voneinander distanzierte Kondensatorsektionen wiedergegeben,, während
in den übrigen Abbildungen einige Ausführungsbeispiele der Bauweise nach der Erfindung
dargestellt sind.
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Bei der bekannten Bauweise nach Abb. i sind zwei in Reihe- liegende
Kondensatorabschnitte P und Q durch eine Trennplatte D
auseinandergehalten.
Jeder Kondensatorabschnitt besteht aus abwechselnd aufeinanderfolgenden dielektrischen
Schichten 3,1 und Folienelektroden Al, A2, A3, Bi, Bz, B3, welche bei
A und B zu beiden entgegengesetzten Kondensatorpolen vereinigt sind.
Bei Verbindung von zwei derartigen Abschnitten P und Q in Reihe ist es zweckmäßig,
sie so anzuordnen, daß ihre benachbarten Folien B3, B3' elektrisch miteinander verbunden
sind, so daß der dazwischenliegende Teil der Trennplatte D keinen Potentialgradienten
hat. Diese Trennplatte wird gewöhnlich so ausgeführt, daß sie an einer Seite aus
dem Stapel mehr herausragt als an der anderen, so daß sie die beiden Gruppen der
Folienfahnen A und A', die verschiedene elektrische Potentiale haben,
voneinander trennt. Wie ein Blick auf die Abbildung zeigt, existiert ein elektrischer
Potentialgradient zwischen den Folienfahnen der dargestellten Abschnitte, z. B.
auf dem Wege von dem Punkt i der äußeren Folie A3 durch die.dielektrische Schicht
2, durch den Raum jenseits der Kante der leitenden Folie 3, durch die Trennplatte
D, durch den Raum jenseits der Kante der Folie 4, durch die dielektrische Schicht
5 zum Punkt 6 der ersten Folienfahne des Poles A' des zweiten Kondensatorabschnittes
Q. Auf diesem Weg ist das volle Potential zwischen den Punkten A und
A' wirksam, das doppelt so groß ist wie die normale Spannung jedes einzelnen
Abschnittes. Wenn nun der Kondensator so gebaut ist, daß das normale, an jeden Abschnitt
P oder Q angelegte Potential nur ein wenig kleiner ist als das ionisierende Potential
des betreffenden Dielektrikums, so wird fast immer das Potential zwischen einzelnen
oben angegebenen Punkten dieses ionisierende Potential wesentlich übertreffen, was
übermäßige Energieverluste zur Folge haben wird.
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In Abb. 2 ist eine Anordnung mit zwei ähnlichen Kondensatorsektionen
P und Q dargestellt, worin die zwischen denselben befindliche Trennplatte D erfindungsgemäß
in zwei Schichten Dl und D2 unterteilt ist. Zwischen diesen zwei Schichten ist eine
Metallfolienschicht 3 eingelegt, welche größere Abmessungen hat als die den aktiven
Körper der Kondensatorsektionen bildenden Metallfolien. Der Rand dieses elektrostatischen
Schirmes S erstreckt sich nach außen weit genug, um die obenerwähnte Potentialdifferenz
zwischen den Punk-ten A und A' auch für den aus dem Kondensatorkörper
herausragenden Teil der Trennplatte Dl, D2 zu unterteilen. Das entgegengesetzte
Ende des elektrostatischen Schirmes S wird am besten etwa im Punkt S1 an die gemeinschaftlicbe
Verbindung zwischen den Polen der Kondensatorelemente B und B' angeschlossen.
Auf diese Weise wird das doppelte Potential zwischen den Punkten A und
A' über den Weg i, 2, 3, 4, 5, 6 unterteilt, so daß in keinem Punkt eine
größere Potentialdifferenz besteht als die Spannung an einem Kondensatorabschnitt.
Da hierbei die maximale Potentialdifferenz auf jedem durch Metallflächen begrenzten
Weg durch das Dielektrikum die Spannung eines einzelnen Kondensators nicht übertreffen
kann, so ist man in der Lage, die Anzahl der Sektionen des ganzen Kondensators auf
ein ',,Iinimum zu reduzieren, ohne Gefahr zu laufen, daß in irgendeinem Punkt das
ionisierende Potential übertroffen wird.
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Bei der bis jetzt gebräuchlichen, in der Abb. i dargestellten Konstruktion
ist es notwendig, die Anzahl der Unterteilungen des Kondensators, d. h. die Anzahl
der ihn bildenden Einheiten, zu vergrößern, um das Entstehen eines zu hohen Potentials
in irgendeinem Punkt des Apparates zu verhindern. Bei der Anordnung nach der Abb.
2 ist dagegen eine derart große Anzahl von Kondensatoreinheiten nicht erforderlich,
und der Gesamtkörper des Kondensators fällt kleiner aus, oder andernfalls die Leistungsfähigkeit
des Kondensators und seine -Zuverlässigkeit wird wegen des Fortfalls von Ionisierungsverlusten
vergrößert.
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In der Abb. 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, worin die
gemäß der Erfindung vorzusehende elektrostatische Abschirmung zwischen den Punkten
A und A' entgegengesetzten Potentiales durch Verlängerung von zwei äußersten
dielektrischen Lamellen 7 und io der beiden Abschnitte P und Q und zugleich durch
die Verlängerung von unmittelbar an der Trennplatte D liegenden Folien 8 und 9 bewerkstelligt
wird. Diese beiden verlängerten Folien 8 und 9 wirken wie ein elektrostatischer
Schirm und halbieren das doppelte Potential zwischen den Punkten A und A'. Mit dieser
Konstruktion erzielt man dieselben Resultate wie mit .der nach Abb. z; aber hierbei
wird in der Regel mehr dielektrisches Material erforderlich, da bei dieser
Konstruktion
die Trennplatte D im allgemeinen dieselbe Stärke hat wie bei der vorher beschriebenen
Ausführung die beiden Teilplatten Dl und D2 zusammen, und da außerdem noch die Fläche
D von dielektrischen Schichten 7 und io vergrößert wird.
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Die Größe und Form des elektrostatischen Schirms, wie -er durch S
in Abb. 2 oder durch die Folien 8 und g in der Abb. 3 dargestellt ist, ist nicht
auf diese Ausführungen beschränkt. Der Schirm kann auch in anderen Richtungen vergrößert
und in der Gestalt abgeändert werden, vorausgesetzt, daß immer die notwendige Abschirmung
zustande kommt. Er kann auch, wenn erwünscht, aus stärkerem Material als die Elektrodenfohen
bestehen und mit gekrümmten oder abgerundeten Ecken oder mit anderen bekannten konstruktiven
Abänderungen ausgebildet werden, die zur Vermeidung oder Verminderung von Koronaeffekt
und von Büschelentladungen dienen. Auch die Trennplatten zwischen den Sektionen
können in mannigfaltiger Weise ausgeführt werden; z. B. können sie aus mehr als
zwei Schichten bestehen, die auch nicht immer die gleiche Größe zu haben brauchen.
So kann z. B. die Anordnung nach der Abb.2 dahin abgeändert werden, daß zu den zwei
längeren Isolierplatten Dl, D2 noch, wie dies in Abb. 2 a gezeigt ist, zwei kürzere
zwischen ihnen befindliche Isolierplatten D, D4 hinzukommen. Ebenso kann man bei.
der Anordnung nach Abb. 3 die Trennplatte D, wie dies in der Abb. 3 a dargestellt
ist, aus einer mittleren längeren Platte D2 und zwei seitlichen kürzeren Platten
D2, D3 zusammensetzen.
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Selbstverständlich kann die den Gegenstand der Erfindung bildende
Maßnahme sowohl für alle wie auch für einen Teil der den Kondensator bildenden Sektionen
verwendet werden.
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Es sei zum Schluß bemerkt, daß in den nachstehenden Ansprüchen unter
der Bezeichnung Schirm die Folien zu verstehen sind, welche diejenigen Teile von
Trennplatten ganz oder teilweise überdecken, die über die Ränder der normalen, innerhalb
der Stapelabschnitte liegenden Folien, auf deren Polarität die Trennplatten möglichst
genau gebracht werden sollen, hinausgehen.