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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kondensator-Element für einen
Leistungskondensator, einschließlich
mindestens einer lang gestreckten Folienschicht dielektrischen Materials
und einer Elektrodenschicht aus Metallmaterial, welches auf jeder
flachen Seite der Folienschicht angeordnet ist, wobei die zwei Elektrodenschichten
in mindestens drei metallisierte Bereiche eingeteilt sind, welche
voneinander getrennt sind, um eine innere Reihenschaltung zu bilden,
welche eingerichtet ist, einen Laststrom zu leiten. Die drei Bereiche
erstrecken sich in Längsrichtung
der Folienschicht und mindestens ein Bereich der mindestens drei
Bereiche ist in Segmente eingeteilt, welche durch nicht metallisierte
Abschnitte getrennt sind und mindestens eine Brücke, welche eingerichtet ist,
zwei der Segmente elektrisch miteinander zu verbinden.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Leistungskondensator,
welcher ein solches Kondensator-Element umfasst, und auch auf ein
metallisiertes Band für
einen solchen Leistungskondensator.
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In
diesem Zusammenhang bezeichnen Leistungskondensatoren Kondensatoren,
für Wechselstrom-
oder Gleichstromanwendungen für
Spannungen von mehr als 1 kV, bzw. vorzugsweise mindestens 5 kV.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
ist bekannt, dass in Leistungskondensatoren gerollte Kondensator-Elemente
benutzt werden, welche metallisierte Bänder umfassen, die aus übereinander
gelegten Folienn von dielektrischem Material und Elektrodenschichten
aus Metallmaterial gebildet werden. Es ist ebenso bekannt, die Elektrodenschicht
in elektrisch voneinander getrennte, parallele metallisierte Bereiche
zu teilen, welche sich in der Längsrichtung
der Folien erstrecken, um in Reihe geschaltete Teil-Kondensatoren
zwischen den Endoberflächen
der Rolle zu erhalten, bekannt als, "innere Reihenschaltung". Es ist weiter bekannt,
einen oder mehrere der metallisierten Bereiche in Segmente zu teilen,
die durch nicht metallisierte Abschnitte getrennt sind und auch
Brücken,
die angeordnet sind, die Segmente elektrisch miteinander zu verbinden. Die
Segmentierung erhöht
den äquivalenten
Flächenwiderstand
des metallisierten Bereiches, von welchem herausgefunden wurde,
dass er sich positiv auf die sogenannte "Selbstregenerierungs-" Kapazität des Kondensator-Elementes
auswirkt. Dies bedeutet, dass im Falle einer elektrischen Punktion
einer Folienschicht, das Elektrodenmaterial nächst der Fehlerstelle verdampft,
durch einen starken aber kurzen Entladungsstrom, welcher bestrebt
ist, den Kurzschluss zu passieren. Die Spannungsfestigkeit in diesem
Bereich ist wieder hergestellt, wenn das Elektrodenmaterial nächst der
Fehlerstelle verdampft ist und das Kondensator-Element sich folglich "selbst regeneriert" hat. Als ein Ergebnis
des verlorenen Elektrodenbereiches erzeugt jeder Selbstregenerierungsprozess
eine geringe Abnahme in der Kapazität des Kondensator-Elementes.
Falls ein Selbstregenerierungsprozess in einem Abschnitt erfolgt,
stellen die Brücken
sicher, dass ausreichend Energie von benachbarten Elementen übertragen
werden kann, um eine effiziente Verdampfung des Elektrodenmaterials um
die Fehlerstelle zu ermöglichen.
Falls eine erhebliche Fehlfunktion auftritt, z.B. falls die Punktion
mehrere Schichten durchläuft,
erfolgt ein starker Stromstoß durch
die Brücken,
die mit dem fehlerhaften Segment verbunden sind. Wenn der Stromstoß ausreichend
stark ist, könne
die Brücken
selber verdampft werden, wobei dann das fehlerhafte Segment isoliert
ist. Der Verlust an Kapazität
ist in diesem Fall größer, als
bei dem Selbstregenerierungsprozess.
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Ein
segmentiertes, metallisiertes Band für ein Kondensator-Element des
obigen Typs ist beispielsweise beschrieben in der Dokument
GB 2 298 962 A ,
im Zusammenhang mit
4. Das darin beschriebene Band,
besteht aus einem Film, auf dem sich zwei segmentierte, metallisierte
Bereiche befinden. Jedes Segment ist durch Brücken mit zwei seiner benachbarten
Segmente verbunden. Der metallisierte Film ist in diesem Fall für ein Kondensator-Element,
mit einer inneren Reihenschaltung vorgesehen.
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Während des
Betriebs, ist das gerollte Kondensator-Element an seinen beiden
Endoberflächen, elektrisch
angeschlossen und ein Strom, im folgenden Laststrom genannt, fließt fortlaufend
zwischen diesen Oberflächen
und verursacht Joule-Verluste in dem Kondensator-Element. Der Laststrom
folgt dem Weg des geringsten Widerstandes zwischen den Endoberflächen. Im
Falle eines Wechselstroms, ist der Wechselstrom selber für einen
erheblichen Teil der Joule-Verluste verantwortlich und in dem Fall
des Gleichstroms, sind Welligkeitsströme für den größten Teil der Joule-Verluste
verantwortlich. Ein Problem bei Kondensator-Elementen, welche das
bekannte, metallisierte Band des oben beschriebenen Typs umfassen
ist, dass Joule-Verluste in den Brücken während des normalen Betriebes
auftreten. Dies ist besonders in Anwendungen so, die Starkstrom
beinhalten. Die Erzeugung von Hitze in bekannten Kondensator-Elementen
mit einem metallisierten Band des obigen Typs, kann so groß sein,
dass sie die Abmessungen des Designs festlegen.
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Beschreibung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Probleme
zu beseitigen und ein Kondensator-Element bereitzustellen, welches
einen segmentierten, metallisierten Bereich umfasst, wo zwei benachbarte
Segmente durch eine Brücke,
gemäß eines
neuen Prinzips elektrisch verbunden werden.
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Das
Kondensator-Element, welches durch die Merkmale des Anspruchs 1
bestimmt ist und der Leistungskondensator gemäß der Erfindung sind dadurch
gekennzeichnet, dass die Brücke
so angeordnet ist, dass der Laststrom in dem Bereich, der in Segmente
eingeteilt ist, hauptsächlich
in den Segmenten auftritt.
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Das
metallisierte Band, gemäß der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Brücken, in
einem Teil des nicht metallisierten Bereiches angeordnet ist, welche
sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten
der dielektrischen Folie erstreckt.
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Gemäß der Erfindung
ist die Brücke
so angeordnet, dass der Laststrom, welcher in dem Kondensator-Element
auftritt, nicht in großem
Ausmaß passiert.
Allerdings ist die Brücke
so angeordnet, dass ein gewisser Stromaustausch zwischen benachbarten
Segmenten, z.B. bei Selbstregenerierungsprozessen oder um kleine
Potentialunterschiede auszugleichen, zugelassen wird. Im Gegensatz
zum Laststrom, sind die Ströme
bei diesem Stromaustausch so gering oder von so kurzer Dauer, dass
sie keine großen
Joule-Verluste verursachen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung sind die Brücken
in Teilen von nicht metallisierten Abschnitten angeordnet, welche
sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktflächen des
Kondensator-Elements erstrecken. Da der Laststrom anstrebt, einem
so "direkten " Stromweg wie möglich zu
folgen, d.h. er ist bestrebt einem elektrischen Kreis zu folgen,
sich senkrecht zu den Kontaktflächen
der Kondensator-Elementen
erstreckt, und den kürzesten
Weg zwischen den Kontaktoberflächen
bildet, wird eine Brücke,
welche zwei Segmente senkrecht zu diesem elektrischen Stromkreis verbindet,
nicht in dem elektrischen Stromkreis des Laststroms eingeschlossen
sein. Diese Ausführungsform
der Erfindung trägt
ebenfalls zu einem hohen Widerstand senkrecht zu der Richtung des
Laststroms bei, was vorteilhaft ist.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung, sind die Segmente, die durch die Brücke miteinander
verbunden sind, einheitlich ausgebildet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Leistungskondensators gemäß der Erfindung,
umfasst der Leistungskondensator eine Vielzahl von Kondensator-Elementen,
die im Wesentlichen eine kreiszylindrische Form aufweisen, die nahe
zusammen angeordnet sind, sodass ihre axialen Richtungen übereinstimmen
und sind so miteinander verbunden, dass sie einen Reihenschaltungs-Kondensatorstapel bilden.
In einem solchen Leistungskondensator für Starkstrom, ist die Technik
der Verwendung von inneren Reihenschaltungen in den Kondensatorelementen
ein deutlicher Vorteil, da die Anzahl in Reihe geschalteten Kondensatorelementen
reduziert werden kann. Die Technik ist besonders vorteilhaft zusammen
mit der oben erwähnten
Technik zur Selbstregenerierung. Da das erfolgreiche Selbstregenerieren eine
besonders dünne
Metallbeschichtung erfordert, und die Ströme, die durch das Metall fließen, einen aktiven
Leistungsverlust (Hitze) erzeugen, führen dünnere Schichten zu höheren Verlusten.
Eine Art die Verluste zu reduzieren ohne die Anforderung nach einer
dünnen
Metallschicht aufzugeben, ist eine Form für den metallisierten Film und
folglich eine Form für
das Kondensator-Element zu wählen,
sodass die Abmessung der Metallbeschichtung senkrecht zu der Rollrichtung
verringert wird und die Länge
der Rolle erhöht
wird. Wenn keine interne Reihenschaltung benutzt wird, wird die
Folge sein, dass die zylindrischen Kondensator-Elemente eine relativ
kleine Höhe
in Relation zu ihrem Durchmesser erhalten. Eine Reihenschaltung
vieler solcher Elemente, welche für Hochspannung benötigt wird,
wird angesichts der Kosten nachteilig sein. Deshalb können mit
inneren Reihenschaltungen, mehrere in Reihe geschaltete Teilkondensatoren,
in ein zylindrisches Kondensatorelement automatisch eingebaut werden,
mit einer optimalen Relation zwischen Höhe und Durchmesser, in Hinsicht
auf die Herstellung, und mit guten Selbstregenerierungseigenschaften.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen detaillierter
beschrieben, wobei
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1 eine
erste Ausführungsform
von zwei metallisierten Bändern
für ein
Kondensator-Element gemäß der Erfindung
zeigt,
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2 einen äquivalenten
Schaltplan für
die Bänder
in 1 zeigt,
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3 eine
erste Ausführungsform
eines Kondensator-Elementes gemäß der Erfindung
zeigt,
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4 eine
zweite Ausführungsform
von zwei metallisierten Bändern,
für ein
Kondensator-Element gemäß der Erfindung
zeigt,
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5 einen äquivalenten
Schaltplan für
die Bänder
in 4 zeigt.
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6 eine
erste Ausführungsform
eines Leistungskondensators gemäß der Erfindung
zeigt,
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7 eine
zweite Ausführungsform
eines Leistungskondensators gemäß der Erfindung
zeigt,
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8 eine
dritte Ausführungsform
eines metallisierten segmentierten Bandes gemäß der Erfindung zeigt,
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9 einen
Längsschnitt
durch eine alternative Ausführungsform
eines Kondensator-Elementes gemäß der Erfindung
zeigt.
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10 eine
innere Reihenschaltung, von zwei der Kondensator-Elemente, welche
in 9 gezeigt sind, darstellt,
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11 noch
eine weitere Ausführungsform von
zwei metallisierten Bändern
gemäß der Erfindung
zeigt,
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12 einen äquivalenten
Schaltplan für
die metallisierten Bänder,
welche in 11 gezeigt sind, zeigt und
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13 einen
Querschnitt durch die metallisierten Bänder von 1 zeigt,
wobei die Bänder
in einer vorteilhaften Weise nahe zusammen angeordnet sind.
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Beschreibung
der Ausführungsformen
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1 zeigt
eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform von zwei lang gestreckten,
metallisierten Bändern 1 und 2,
die gemäß der Erfindung
auf der übereinander
angeordnet sind. Das erste Band 1, umfasst eine lang gestreckte
dielektrische Folie 3 einer vorbestimmten Breite, welche
sich zwischen zwei parallelen Längsseiten 16, 17 erstreckt.
Die obere sichtbare Oberfläche
der Folien 3, ist teilweise mit einer dünnen Schicht aus metallischem
Elektrodenmaterial beschichtet, welche einen zusammengehörigen metallisierten
Bereich 4, einer vorbestimmten Breite bildet. Die untere,
nicht sichtbare Oberfläche
des Filmes 3, in Richtung des bzw. längs gegenüber des zweiten Bands 2 und
ist unbeschichtet. Der Bereich 4 umfasst eine Vielzahl
von parallelen, rechteckigen und einheitlichen Segmenten 5,
welche sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den langen Seiten 16, 17 der
Folien 3 und über
die gesamte Breite des Bereichs 4 erstrecken. Die Segmente 5 sind durch
Korridor-artige nicht metallisierte Bereiche 6 getrennt,
welche sich parallel zu und zwischen den Segmenten 5, d.h.
senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten 16, 17 der
Folien 3 erstrecken. Der metallisierte Bereich 4 umfasst
außerdem
Brücken 7 in
der Form von metallisierten Bereichen, welche in den nicht metallisierten
Bereichen 6 angeordnet sind, um jedes Segment 5 mit
seinen nächsten
benachbarten Segmenten zu verbinden. Das zweite metallisierte Band 2 umfasst
eine lang gestreckte dielektrische Folie 8, mit im Wesentlichen der
selben Breite wie die Folie 3 des ersten metallisierten
Bandes 1 und erstreckt sich zwischen zwei parallelen Längsseiten 12, 13.
Die obere sichtbare Oberfläche
der Folie 8 weist in Richtung der unbeschichteten Seite
des ersten Bandes 1 und ist teilweise mit einer dünnen Schicht
metallischen Elektrodenmaterials beschichtet, welches zwei parallele
metallisierte Bereiche 9, 10 bildet, welche sich
in Längsrichtung
der Folie 8 erstrecken und durch einen Korridor-artigen,
nicht metallisierten Abschnitt 11 getrennt sind. Die untere,
nicht sichtbare Oberfläche
der Folie 8 ist unbeschichtet. Die Bereiche 9 und 10 erstrecken sich
zu den entsprechenden Seiten 12, 13 der Folie 8,
wo sich die Dicke erhöht,
um die elektrische Verbindung des fertigen Kondensator-Elementes
zu erleichtern. Zwei lang gestreckte, nicht metallisierte Abschnitte 14, 15,
trennen die Segmente 5 und die Längsseiten 16, 17 der
Folie 3.
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Während der
Herstellung einer ersten Ausführungsform
eines Kondensator-Elementes gemäß der Erfindung,
werden die oben erwähnten
Bänder 1, 2 zu
einer Rolle gespult, sodass die Folien 3, 8 und das
metallische Elektrodenmaterial, mit dem die Folien 3, 8 beschichtet
sind, abwechselnde Schichten von Film und Elektroden bilden. Ein
solches Kondensatorelement wird in 3 gezeigt,
wo die metallisierten Bänder 1, 2 in
dem Kondensator-Element 20, teilweise abgerollt sind, um
die Struktur des Kondensator-Elementes 20 aufzudecken.
Die metallisierten Bereiche 9 und 10, sind an
entsprechenden Endoberflächen
der Rolle verbunden, welche parallel sind und die Kontaktoberflächen 18, 19,
des Kondensator-Elementes 20 bilden.
Das Kondensator-Element 20, weist eine innere Reihenschaltung
auf, wo der metallisierte Bereich 9 kapazitiv an die Segmente 5,
des metallisierten Bereiches 4 gekoppelt ist und wo die Segmente 5 wiederum
kapazitiv an den metallisierten Bereich 10 gekoppelt sind.
In dem Kondensator-Element 20, ist das metallisierte Band 1 auf
jeder flachen Seite, von dem das metallisierte Band 2 umgeben,
und das metallisierte Band belegt ist (ausgenommen bei der ersten
Umdrehung, des metallisierten Bands 1 welches die innere
Oberfläche 21 des Kondensator-Elementes 20 bildet
und der letzten Wicklung des metallisierten Bandes 2, welche
die Hüllenoberfläche 22 des
Kondensator-Elementes 20 bildet). Die kapazitiven Kopplungen
finden in dem Kondensator-Element 20 durch beide Folien 3, 8 statt.
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2 zeigt
einen schematischen äquivalenten
Schaltplan für
die oben beschriebenen metallisierten Bänder 1, 2.
Dank der Konfiguration der metallisierten Bereiche 4, 9, 10,
bilden die metallisierten Bänder 1, 2 eine
Vielzahl von parallel geschalteten, elektrischen Schaltkreisen 23,
mit zwei in Reihe geschalteten Teil-Kondensatoren 24, 25 in
jedem Schaltkreis. Ein Teil-Kondensator 24 besteht aus dem
metallisierten Bereich 9 und einem der Segmente 5,
welche durch die dielektrische Folie kapazitiv aneinander gekoppelt
sind. Der andere Teil-Kondensator 25 besteht aus demselben
Segment 5 und dem metallisierten Bereich 10, welche
mittels derselben Folie 3 aneinander gekoppelt sind. Zwischen
den Teil-Kondensatoren 24 und 25,
ist jeder elektrische Schaltkreis 23 mit seinem nächsten benachbarten Schaltkreis
durch Widerstände 26 verbunden.
Die Widerstände 26 bestehen
aus den Brücken 7.
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Der äquivalente
Schaltplan der in der 2 gezeigt ist, ist auch für das Kondensatorelement 20, welches
in 3 gezeigt ist, mit dem Zusatz anwendbar, dass
die kapazitiven Kopplungen auch durch die Folie 8 erfolgen.
Während
normalen Betriebsbedingungen, herrscht überwiegend Spannungsausgleich
zwischen den elektrischen Schaltkreisen 23, da der Laststrom
im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktoberflächen 18, 19 des
Kondensator-Elementes 20 fließt. Da die nicht metallisierten Abschnitte 6,
die die Segmente 5 trennen, sich ebenfalls senkrecht zu
den Kontaktoberflächen 18, 19 erstrecken,
wird kein Laststrom durch die Brücken 7 fließen, d.h.
durch die Widerstände 26.
Anders gesagt, die Brücken 7 verursachen
keine Joule-Verluste während
des normalen Betriebs, da sie nicht in dem elektrischen Schaltkreis
des Laststroms angeordnet sind. Bei einem Selbstregenerierungsprozess
in irgendeinem der Segmente, wenn eine elektrische Punktion, durch
einen der Folien 3, 8 aufgetreten ist, wird allerdings
ein Spannungsungleichgewicht zwischen dem elektrischen Schaltkreis/Segment,
in dem die Punktion aufgetreten ist und dessen benachbarten Schaltkreisen/Segmenten
auftreten. Die Energie, welche in dem fehlerhaften Segment gespeichert
ist, ist gewöhnlich
nicht ausreichend, um das metallische Elektrodenmaterial um die
Fehlerstelle zu verdampfen, um die Selbstregenerierung zu bewirken.
Jedoch fließt
durch das Spannungsungleichgewicht Strom von den benachbarten Schaltkreisen/Segmenten
zu dem fehlerhaften Schaltkreis/Segment, durch die Widerstände 26/Brücken 7,
sodass genug Energie erhalten wird, um eine Selbstregenerierung
zu erzielen. Der Strom der während
des Selbstheilungsprozesses durch die Widerstände 26/Brücken 7 fließt kann kurzzeitig
relativ hoch sein, dauert aber nur so eine kurze Zeit, dass er keine
großen
Joule-Verluste in ihnen verursacht.
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Von
dem herstellungstechnischen Aspekt her, kann es schwierig sein,
das metallisierte Band 1, welches in Verbindung mit den 1 und 3 beschrieben
wurde, so zu beschichten, dass sich die nicht metallisierten Abschnitte 6 exakt
senkrecht zu den Längsseiten 16, 17 der
Folie 3 erstrecken. Die Herstellung des metallisierten
Bandes 1 wird erleichtert, wenn die nicht metallisierten
Abschnitte 6 von der senkrechten Richtung zwischen den
Längsseiten 16, 17 abweichen
können,
obschon dies weniger günstig
in Hinsicht auf die Verluste ist. Solch ein metallisiertes Band 1 ist,
von oben gesehen, in 8 gezeigt, wo die Segmente 5 in
der Form eines Parallelogramms vorliegen. Allerdings solange die
Abweichung der nicht metallisierten Abschnitte 6, von der senkrechten
Richtung zwischen den Längsseiten 16, 17 gering
ist, weniger als etwa 10°,
wird der Laststrom, im Wesentlichen nur in den Segmenten 5 auftreten,
und der Ladestrom welcher die Brücken 7 durchläuft geringfügig sein.
Der Laststrom, verursacht daher keine großen Joule-Verluste darin.
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4 zeigt
eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform zweier lang gestreckter
metallisierter Bänder 1, 2,
wobei eines auf dem anderen, gemäß der Erfindung,
angeordnet ist und 5 zeigt schematisch einen äquivalenten
Schaltplan dafür. Das
Band 1 umfasst einen dielektrischen Film 3, welcher
sich zwischen zwei parallelen Längsseiten 16, 17 erstreckt.
Die obere sichtbare Oberfläche
der Folie 3 ist teilweise mit einer dünnen Schicht Metallelektrodenmaterial
beschichtet, welche zwei identisch metallisierte Bereiche 4 einer
vorbestimmten Breite bildet, welche elektrisch isoliert voneinander
sind. Die untere nicht sichtbare Oberfläche der Folie 3 ist unbeschichtet.
Jeder Bereich 4 umfasst eine Vielzahl paralleler, rechtwinkeliger
und einheitlicher Segmente 5, welche sich im Wesentlichen
senkrecht zu den langen Seiten 16, 17 der Folie 3 und über die
gesamte Breite des Bereichs 4 erstrecken. Die Segmente 5 sind
durch Korridor-artige, nicht metallisierte Abschnitte 6 getrennt,
welche sich parallel zu und zwischen den Segmenten 5 erstrecken,
d.h. senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten 16, 17 der
Folie 3. Jeder Bereich 4 umfasst auch Brücken 7 in
der Form von metallisierten Abschnitten, die in den nicht metallisierten
Abschnitten 6 angeordnet sind, um jedes Segment 5,
elektrisch mit seinem nächsten
Nachbarsegment zu verbinden. In dieser Ausführungsform ist jedes Segment 5 mit
einem seiner benachbarten Segmente, durch zwei Brücken 7 verbunden.
Die zwei metallisierten Bereiche 4 sind durch einen nicht
metallisierten Abschnitt 33 eingeteilt, der sich in der
längsseitigen
Richtung der Folie 3 erstreckt. Zwei lang gestreckte nicht
metallisierte Abschnitte 14, 15 trennen die metallisierten
Bereiche 4 von den Längsseiten 16, 17 der
Folie 3. Das zweite metallisierte Band 2 ist gleichartig
dem Band 1, welches in Verbindung mit 1 beschrieben
wurde, mit der Ausnahme, dass es drei metallisierte Bereiche 9, 10, 36 aufweist.
Zwei lang gestreckte nicht metallisierte Abschnitte 11 trennen
die metallisierten Bereiche 9, 10 und 36.
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Dank
der Konfiguration der metallisierten Bereiche 4, 9, 10, 36,
bilden die metallisierten Bänder 1, 2 eine
Vielzahl von parallel verbundenen, elektrischen Schaltkreisen 23,
wie in 5 gezeigt. Diese verlaufen im Wesentlichen senkrecht
zu den Längsseiten 16, 17, 12, 13 der
Folien 3, 8. Jeder elektrische Schaltkreis 23 weist
vier in Reihe geschaltete Teil-Kondensatoren 24, 25, 34, 35,
auf, entsprechend drei inneren Reihenschaltungen. Der Teil-Kondensator 24,
besteht aus dem metallisierten Bereich 9 und einem der
Segmente 5, in dem metallisierten Bereich 4, welche
kapazitiv, mittels des dielektrischen Films 8 aneinander
gekoppelt sind und der Teil-Kondensator 25 besteht aus
dem selben Segment 5 und dem metallisierten Bereich 36,
welche kapazitiv, mittels des selben Films 8 aneinander
gekoppelt sind. Gleichermaßen
bestehen die Teil-Kondensatoren 34 und 35 aus
dem metallisierten Bereich 36 bzw. 10 und, einem
der Segmente 5 in dem anderen metallisierten Bereich 4.
Jeder elektrische Schaltkreis 23 ist zwischen die Teil-Kondensatoren 24 und 25 und
zwischen die Teil-Kondensatoren 34 und 35, zu
jedem seiner nächsten
benachbarten Schaltkreise, mittels Widerständen 26, gekoppelt.
Die Widerstände 26 bestehen
aus den Brücken 7.
Jeder Schaltkreis 23 ist ebenso zwischen die Teil-Kondensatoren 25 und 34 zu
jedem seiner nächsten
benachbarten Schaltkreise durch den metallisierten Bereich 36 gekoppelt.
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11 zeigt
noch eine andere Ausführungsform
zweier metallisierter Bänder 1, 2 gemäß der Erfindung
und 12 zeigt einen Schaltplan dafür. In dieser Ausführungsform
weist jedes der Bänder 1, 2 einen
metallisierten Bereich 4 auf, umfassend Segmente 5 und
Brücken 7,
sowie einen nicht segmentierten metallisierten Bereich 9, 10.
Die daraus resultierenden Schaltkreise 23, umfassen in
diesem Fall drei in Reihe geschaltete Teil-Kondensatoren 24, 25, 34.
Der Teil-Kondensator 24 besteht aus dem metallisierten
Bereich 9 des Bandes 1 welches kapazitiv mit einem
der Segmente 5, des Bandes 2 verbunden ist. Der
Teil-Kondensator 25 besteht
aus demselben Segment 5, welches kapazitiv mit einem der
Segmente 5 des Bandes 1 gekoppelt ist, welches
kapazitiv an den metallisierten Bereich 10, des Bandes 2 gekoppelt
ist, welches den Teil-Kondensator 34 bildet Die Widerstände 26 bestehen
aus den Brücken 7.
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Genau
wie in dem Fall der metallisierten Bänder 1, 2,
welche im Zusammenhang mit der 1 beschrieben
wurden, verbinden die Brücken 7 die
Segmente 5 miteinander in nicht metallisierten Abschnitten 6,
welche sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten 16, 17; 12, 13,
der Folien 3, 8 erstrecken oder senkrecht oder
im Wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsoberflächen des
Kondensatorelementes, wenn ein Kondensatorelement durch Einrollen
hergestellt wird. Anders gesagt, die Brücken 7 verbinden die
Segmente 5 in einer Richtung miteinander, die im Wesentlichen senkrecht
zu dem Laststrom ist und während
des normalen Betriebs läuft
im Wesentlichen kein Laststrom durch die Brücken 7/Widerstände 26 d.h.
der Laststrom tritt hauptsächlich
in den Segmenten 5 auf. Die Joule-Verluste im Zusammenhang
mit konventionellen, segmentierten, metallisierten Bändern, werden
folglich dank der Anordnung der Brücken vermieden.
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13 zeigt
einen Querschnitt der metallisierten Bänder 1, 2 von 1,
wobei die Bänder 1, 2, vorteilhaft
nebeneinander angeordnet sind. Die Fig. zeigt die Folie 3 und
eines der Segmente 5, die auf der Folie 3 aufgebracht
werden. Sie zeigt ebenfalls die Folie 8 und die metallisierten
Bereiche 9 und 10 die auf der Folie 8 aufgebracht
wurden. In dieser Ausführungsform,
sind die Folien 3, 8 in dem Bereich zwischen den
metallisierten Bereichen 9 und 10, in einer durchgehenden
Verbindung 55 aus dielektrischem Material, verbunden, vorzugsweise
durch verschmelzen der Folien 3, 8. Die durchgehende
Verbindung erstreckt sich vorzugsweise entlang der gesamten Länge der
Folien 3, 8 sodass man eine erhöhte Spannungsfestigkeit
in dem vereinigten Bereich erhält.
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6 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines Leistungskondensators 37, gemäß der Erfindung, wobei der
Leistungskondensator 37 eine Vielzahl von verbundenen Kondensatorelementen 20 des
oben beschriebenen Typs umfasst, bei welchen der Laststrom nicht
in den Brücken
nicht auftritt. Der Leistungskondensator 37 ist ansonsten
in einer konventionellen Art und Weise, mit einem Gehäuse aus Metall
und Porzellan- oder Polymerbuchsen konstruiert. Die Kondensatorelemente 20 werden
konventionell zu Rollen gespult und abgeflacht.
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7 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines Leistungskondensators 37, gemäß der Erfindung. Der Leistungskondensator 37 umfasst
eine Vielzahl von Kondensator-Elementen 20, des oben beschriebenen
Typs, in diesem Fall 4, in denen der Laststrom nicht in
den Brücken
auftritt. Die Kondensator-Elemente 20, sind im Wesentlichen
kreiszylindrisch in der Form und sind übereinander angeordnet, sodass
ihre axiale Richtung übereinstimmt.
Benachbarte Kondensator-Elemente 20 sind an ihren Endoberflächen elektrisch
so verbunden, dass die Kondensatorelemente 20 eine in Reihe
geschaltete Säule
bilden. Der Leistungskondensator 37 enthält auch ein
Gehäuse 38,
welches im Wesentlichen eine kreiszylindrische Form hat, in der
die Säule
aus Kondensator-Elementen 20, so enthalten ist, dass die
axialen Richtungen des Kondensator-Elementes 20 und des Gehäuses 38, übereinstimmen.
Die Kondensator-Elemente an den Enden der Säule sind elektrisch mit den
Anschlüssen 39 bzw. 40,
verbunden und laufen durch jedes Endstück 41, 42,
wobei die Anschlüsse 39, 40 die
Verbindungsanschlüsse
des Leistungs-Kondensators bilden. Das Gehäuse 38 wird vorzugsweise
aus einem elektrisch isolierenden Material gemacht.
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9 zeigt
in einem Längsschnitt
eine alternative Ausführungsform
eines Kondensatorelementes 20, welches die oben beschriebenen,
metallisierten Bänder
aufweist. Das Kondensatorelement 20 ist in drei Unterelemente 45, 46, 47 eingeteilt,
welche konzentrisch angeordnet sind und eine gemeinsame Achse aufweisen.
Das äußerste Unterelement 45 ist im
Wesentlichen röhrenförmig und
umschließt
das mittlere Unterelement 46 mit einer schmalen Spalte dazwischen.
Das mittlere Unterelement 46 umschließt das innerste Unterelement 47,
in einer ähnlichen
Weise. Das innerste Unterelement 47, weist einen Zentralen
Kanal 48 auf, der es durchläuft. Die verschiedenen Unterelemente
weisen verschiedene radiale Stärken
auf, wobei das Unterelement mit der geringsten Stärke das Äußerste ist.
Folglich weisen sie im Wesentlichen dieselbe Kapazität auf. Eine
Isolation 49, ist zwischen den Unterelementen 45, 46, 47 angeordnet.
Die Unterelemente 45, 46, 47 sind in Reihe
geschaltet. Zwei radial aneinander angrenzende Unterelemente weisen
eine ihrer Anschlussstellen an demselben Ende auf. Das äußerste Unterelement 45 ist
folglich, mittels der Kopplungsvorrichtung 50, mit dem
mittleren Unterelement 46, an einem Ende des Kondensator-Elementes 20 verbunden
und das mittlere Unterelement 46, ist mittels der Kopplungsanordnung 51 mit
dem innersten Unterelement 47, an dem anderen Ende des
Kondensator-Elementes 20 verbunden. Die Verbindungen 52, 53 für das Kondensator-Element 20,
befinden sich folglich eines an jedem Ende davon. Falls die Anzahl
der Unterelemente mehr als drei ist, z.B. fünf oder sieben, sollte die
Verbindung der Kopplungs-Punkte
an den Enden der Unterelemente, abwechselnd fortgesetzt werden.
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Die 10 stellt
dar, wie eine Vielzahl von Kondensator-Elementen des in 9 gezeigten Typs,
miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Fig. zeigt zwei derartige
Elemente 20a, 20b. Die Verbindung 53 von
dem unteren Kondensator-Element 20b, an dem oberen Ende
des inneren Unterelementes 47, ist t an die Verbindung 52,
des oberen Kondensator-Elementes 20a an dem unteren Ende
des äußeren Unterelementes 45 gekoppel.
Eine Isolation 54 ist zwischen den Kondensator-Elementen 20a, 20b angeordnet,
um den Potentialunterschieden, die in diesem Kondensatortyp auftreten,
Standzuhalten.
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In
einem Kondensator-Element gemäß der Erfindung,
sind die dielektrischen Folien vorzugsweise aus Propylen und das
metallische Elektroden-Material ist vorzugsweise aus einer Zink-Aluminium-Legierung,
welche geeignet auf die dielektrischen Folien, in einer bekannten
Art und Weise, unter Benutzung einer Aufdruck- oder Eindampftechnik
aufgebracht werden. Bei der Eindampftechnik wird ein Ölfilm auf
der Oberfläche
der dielektrischen Folie, durch eine rotierende Walze aufgebracht,
wonach die Folie vor einer Öffnung
angepasst wird, durch die verdampftes Metall auf der Oberfläche abgelagert
wird, wie durch die Maske vorgegeben. Mit der Aufdrucktechnik wird
das leitende Elektrodenmaterial, von einem entsprechend gemusterten
Roller, direkt auf die Folie aufgebracht. Die Folien weisen einen
Durchmesser auf, der vorzugsweise in dem Bereich zwischen 5-15 Mikrometer
liegt. Die metallisierten Bereiche weisen einen spezifischen Flächenwiderstand auf,
welcher vorzugsweise in dem Bereich 5-40 Ώ ist, ausgenommen an ihren
Längsseiten,
wo die metallisierten Bereiche eine erhöhte Stärke und folglich einen geringeren
(spezifischen) Widerstand aufweisen.
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Typische
Abmessungen für
ein Kondensator-Element in der Form einer Rolle sind, ein Durchmesser
von 100-300 mm, ein Bohrungsdurchmesser von 20-90 mm, vorzugsweise
mindestens 30 mm, und eine Höhe
von 50-800 mm. Ein solches Kondensatorelement ist für eine Spannung
von ca. 1-15 kV vorgesehen. Ein Kondensator-Element mit einem Durchmesser
von 200 mm, einem Bohrungsdurchmesser von 50 mm und einer Höhe von 150
mm, ist beispielsweise für
eine Spannung von ca. 4-10 kV vorgesehen. Spannungen bis zu ca.
40 kV können folglich über vier
solcher Kondensatorelemente, die in Reihe geschaltet werden, angeschlossen
werden, wie in 7.
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Die
Erfindung ist sowohl bei imprägnierten, als
auch bei unimprägnierten
Kondensatorelementen anwendbar.