DE641886C - Capacitor winding with metallic layers inserted between the turns of an insulating strip - Google Patents
Capacitor winding with metallic layers inserted between the turns of an insulating stripInfo
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Description
Kondensatorwickel mit zwischen den Windungen einer Isolierbahn eingelegten metallischen Belägen Es ist bekannt, daß in der Elektrotechnik in vielen Fällen, wo schwierige Isolierprobleme zu bemeistern sind, vom Kondensatorprinzip Gebrauch gemacht wird. Der Grundgedanke dieses Prinzips besteht in der zwangsweisen Beeinflussung (Steuerung) des elektrischen Feldes mit Hilfe von zwischen den Windungen einer aufgewickelten Isolierbahneingeschalteten leitenden Einlagen. Die Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung stellen schematisch peinige technisch wichtige bekannte Anwendungsbeispiele des genannten Prinzips in der gebräuchlichen Ausführung im Längsschnitt' dar. In Fig. i ist ein Kondensatordurchführungsisolator abgebildet. Der zentrale, unter Spannung stehende Leiterbolzen i wird vom zylindrischen Isolierkörper 2 umfaßt, welcher aus einem Papierbahnwickel besteht und den geerdeten Tefiestigungsflansch 3 trägt: Zur Beeinflussung des .elektrischen Feldes zwischen Leiterbolzen 1 und Flansch 3 sind in den Isolierkörper konzentrisch um den Leiterbolzen zwischen die Windungen des Wickels Metallbeläge q. eingebettet. Die axiale Länge dieser Beläge nimmt mit zunehmendem Durchmesser des Wickels ab. Je zwei aufeinanderfolgende Beläge bilden zusammen mit der trennenden Isolierschicht einen . elektrischen Kondensator. Zwischen Leiterbiolzen und Flansch sind somit gewissermaßen eine Reihe von Einzell@öndensatoren eingefügt, die unter sich in Serie geschaltet sind. Durch geeignete Bemessung der Größe der Metallbeläge kann Herreicht werden, daß auf jeden durch sie gebildeten. Kondensator annähernd die gleiche Teilspannung entfällt, wodurch eine sehr vorteilhafte Steuerung des elektrischen Feldes erreicht wird.Capacitor winding with metallic coverings inserted between the turns of an insulating track It is known that in electrical engineering, use is made of the capacitor principle in many cases where difficult insulation problems have to be overcome. The basic idea of this principle consists in the compulsory influencing (control) of the electrical field with the aid of conductive inserts connected between the turns of a wound insulating strip. Figs. 1, 2 and 3 of the drawing illustrate schematically torment technically important known examples of application of said principle in the conventional design in longitudinal section '. In Fig. I a capacitor bushing insulator is depicted. The central, energized conductor bolt i is surrounded by the cylindrical insulating body 2, which consists of a paper web roll and carries the grounded Tefiestigungsflansch 3: To influence the .electric field between conductor bolt 1 and flange 3 are in the insulating body concentrically around the conductor bolt between the windings of the coil metal coverings q. embedded. The axial length of these linings decreases as the diameter of the roll increases. Every two successive coverings together with the separating insulating layer form one. electric capacitor. A series of single-cell capacitors, which are connected in series among themselves, are thus inserted between the conductor pins and the flange. By appropriately sizing the size of the metal coatings, it can be achieved that on each one formed by them. Capacitor almost the same partial voltage is omitted, whereby a very advantageous control of the electric field is achieved.
In vielen Fällen wird der äußerste Metallhelag durch einen Verbindungskontakt 5 mit dem Flansch 3 verbunden. ..In many cases the outermost metal layer is provided by a connecting contact 5 connected to the flange 3. ..
Fig.2 stellt einen Nochspannungskondensator dar. Die in den Isolierwickelkörper 6 eingebetteten koaxialen und treppenförmig angeordneten Metallbeläge 7 stellen' wiederum mit den trennenden Isolierschichten eine Reihe von in Reihe geschalteten Kondensatoren dar. Der innerste Metallbelag ist mit ,einer oberen Metallkappe 8 und der äußerste Belag mit einer unteren Kappe g verbunden. Die Kappen bilden die Anschlußelektroden des Kondensators. Eine solche Anordnung kann auch als Stützisolator verwendet werden.Fig.2 shows a high voltage capacitor. The one in the insulating bobbin 6 embedded coaxial metal coverings arranged in steps 7 ' in turn with the separating insulating layers a series of series-connected Capacitors. The innermost metal coating has an upper metal cap 8 and the outermost pad connected to a lower cap g. The caps form the Connection electrodes of the capacitor. Such an arrangement can also be used as a post insulator be used.
In der Fig. 3 ist dargestellt, wie das Kondensatorprinzip bei ,einem Kabelendverschluß zur Anwendung kommen kann. Die Kabelseele i o ist von der Kabelisolation i i und dem Bleimantel 12 umschlossen, der jedoch nur bis zur Metallfassung 13 reicht. Zwischen der geerdeten Fassung 13 'und der unter Spamzung stehenden Kappe 15 würde -ein sehr ungleichmäßiges ielektrisches Feld herrschen, wenn nicht im Isolierwickelkörper 1¢ zwisehen dessen Isolierschichten Metallbeläge 16 eingebettet wären.In Fig. 3 it is shown how the capacitor principle in, a Cable termination can be used. The cable core i o is from the cable insulation i i and the lead jacket 12, which, however, only extends as far as the metal socket 13. Between the grounded socket 13 'and the cap 15 which is under spam tongue - there is a very uneven dielectric field, if not in the insulating bobbin 1 ¢ between the insulating layers of which are embedded in metal coverings 16 would be.
Die Herstellung der soeben beschriebenen Isolatoren :erfolgt in den weitaus meisten Fällen aus technologischen Gründen in der Weise: daß eint- lange dünne Bahn eines isolierenden: Stoffes, z. B. Papier, zu einem Wickel aufgee= wickelt wird und bei diesem Wickelprozeß in bestimmten Zeitabständen leitende Beläge oder Blätter, z. B. Metallfolien, metallisiertes Papier, miteirlgewickelt werden, die dann die .erwähnten feldsteuernden Metallbeläge bilden. Der auf diese Weise hergestellte Kondensat,orwickel ist meistens rund; @er kann aber auch ,ovalen ioder polygonalen Querschnitt besitzen. Jeder eingewickelte Metallbelag bildet einen Zylinder, der jedoch nicht in sich geschlossen ist, weil sich beim Aufwickeln je- weils die .aufgewickelte Isolierstoffbahn zwischen die beiden sich überlappenden Enden des Metallbelages legt.The manufacture of the just described insulators: takes place in the vast majority of cases for technological reasons in such a way: that a long thin strip of an insulating material, e.g. B. paper, wound up into a roll = and in this winding process at certain time intervals conductive coverings or sheets, z. B. metal foils, metallized paper, miteirlwickelte, which then form the field-controlling metal coverings mentioned. The condensate, orwickel, produced in this way is mostly round; But @ it can also have an oval or polygonal cross-section. Each wrapped metal covering forms a cylinder which, however, is not self-contained because when it is rolled up, the wound insulating material web is placed between the two overlapping ends of the metal covering.
111 Fig. q. ist ein solcher aufgewickelter Metallbelag ausgezogen im Schnitt dargestellt. Man ersieht aus der Abbildung deutlich, wie sich die gestrichelt angedeutete Isolierstoffbahn 17 zwischen die sich überlappenden Enden des Metallbelages 18 gelegt hat. Diese in der Art des Fabrikationsprozesses liegende Zwangsläufigkeit hat zur Folge, daß die ideale Form der Metallbeläge, in sich geschlossene Zylinder darzustellen, nicht erreicht werden kann und dadurch in das ganze System Ursymmetrien hineingebracht werden. Da nun aber im allgemeinen sowohl die Isolierbahn als auch der Metallbelag recht dünn sind (Papier, Metallfolie), so ist die durch diese überlappung @entstehende Verzerrung des Idealbildes, äußerlich betrachtet, sehr gering. Schneidet man einen runden Kondensatorwickel senkrecht zur Achse in zwei Teile, so zeichnen sich die Metallbieläge als konzentrische Kreise auf der Schnittfläche ab, und die einzelnen überlappungsstellen sind von bloßem Auge kaum sichtbar. Auf den ersten Blick mögen somit diese geringen Ursymmetrien vollkommen unschädlich erscheinen. Bei näherer Überlegung zeigt sich jedoch, daß diese überlappungsstellen der Metallbezüge zu schweren Störungen und sogar zur vollständigen Zerstörung des Kondensatorwickels Anlaß geben können.111 Fig. Q. such a rolled-up metal covering is pulled out shown in section. You can see clearly from the figure how the dashed lines indicated insulation sheet 17 between the overlapping ends of the metal covering 18 has laid. This inevitability inherent in the nature of the manufacturing process As a result, the ideal shape of the metal coverings is self-contained cylinders can not be achieved and thus in the whole system ursymmetries be brought in. Since now, however, in general both the insulating sheet and If the metal coating is quite thin (paper, metal foil), the overlap is caused by this @ The resulting distortion of the ideal image, viewed from the outside, is very low. Cuts to draw a round capacitor winding perpendicular to the axis in two parts the metal layers emerge as concentric circles on the cut surface, and the individual points of overlap are barely visible to the naked eye. At first Look, these small original symmetries may appear completely harmless. On closer consideration, however, it turns out that these overlap points of the metal covers serious malfunctions and even the complete destruction of the capacitor winding Can give cause.
Zur genauen Erklärung dieser Tatsache ist in Fig. 5 der Schnitt durch
eine Kondensatordurchführung veranschaulicht, bei der der Einfachheit halber nur
neineinziger eingewickelter Metallbelag dargestellt ist. Die Durchführung stehe
unter Spannung, und zwar sei im betrachteten Augenblick der zentrale Leiterbolzen
1 g positiv und der Flansch 20 negativ geladen. Zwischen Bolzen 1g und Flansch 2o
besteht somit ein elektrisches Feld, das in der Figur durch radiale Pfeile angedeutet
ist und das auf dem allseitig isolierten Metallbelag 21 Ladungen influenziert. Die
Innenseite des Belages 21 ladet sich negativ iliid die Außenseite positiv auf, wie
es aus
Ganz anders verhalten sich jedoch die Dinge an der Cberlappungsstelle des Metallbelages 21. Der zwischen den sich überlappenden Endteilen desselben vorhandene Raum ist feldfrei, da alle Teile des Metallbelages im stationären und im quasistationären Zustande des elektrischen Feldes, d. h. bei Gleichspannung oder geringer Frequenz der Wechselspannung, gleiches Potential besitzen. Die einander zugekehrten Seiten des Metallbelages an der Überlappungsstelle sind somit ungeladen, und nur die einander abgekehrten Seiten sind mit umgekehrtem Vorzeichen aufgeladen. Beim Verschwinden des Feldes können sich nun diese durch Influenz getrennten Ladungen nicht wie auf den übrigen Teilen des Metallbelages auf kürzestem Wega vereinigen, sondern sie müssen sich längs des ganzen Umfanges des Metallbelages bewegen. Da ihr Weg widerstandsbehaftet ist, so kann ihre Vereinigung nur meiner bestimmten Zeit erfolgen. Bei geringer Änderungsgeschwindigkeit des elektrischen Feldes, z. B. bei 50 Peri-,od@en in der Sekunde, kann diese Vereinigung der Ladungen und umgekehrt auch ihre Trennung ,ohn weiteres dem Rhythmus des elektrischen Feldes folgen, und es treten keine absonderlichen Erscheinungen auf. Ganz anders liegen die Dinge jedoch bei einer sehr raschen Änderung des elektrischen Feldes im Kondensavorwickel, z. B. heim Auftreten einer großen Überspannung in Form einer Sprungwelle oder bei einem plötzlichen Kurzschluß (Überschlag). Nehmen wir den extremen Fall an, daß das elektrische Feld in unendlich kurzer Zeit verschwinde, dann sind unmittelbar nachher die sich überlappenden Endteile des Metallbelages noch aufgeladen, während sonst überall die influenzierten Ladungen verschwunden sind. Es ist nun leicht nachzuweisen, daß in dem früher feldfreien Raum zwischen den Überlappungen ein Feld von der gleichen Stärke entsteht, wie es im benachbarten Raum unmittelbar vorher bestanden hat. Die beiden überlappungen bilden nämlich jetzt nichts .anderes als zwei entgegengesetzt aufgeladene Kondensatorbeläge, zwischen denen notwendigerweise ein elektrisches Feld herrscht.However, things behave quite differently at the point of overlap of the metal covering 21. The space between the overlapping end parts of the same is field-free, since all parts of the metal covering are in the stationary and quasi-stationary state of the electric field, i.e. with direct voltage or a low frequency of alternating voltage, have the same potential. The sides of the metal covering facing one another at the point of overlap are therefore uncharged, and only the sides facing away from one another are charged with the opposite sign. When the field disappears, these charges, separated by influence, cannot unite in the shortest possible way, as on the other parts of the metal covering, but they must move along the entire circumference of the metal covering. Since their path is subject to resistance, their union can only take place in my specific time. If the rate of change of the electric field is low, e.g. B. at 50 periods per second, this union of the charges and vice versa also their separation, can follow the rhythm of the electric field without further ado, and there are no peculiar phenomena. Things are completely different, however, with a very rapid change in the electrical field in the condensate pre-winding, e.g. B. at the occurrence of a large surge voltage in the form of a jump wave or a sudden short circuit (flashover). Let us assume the extreme case that the electric field disappears in an infinitely short time, then immediately afterwards the overlapping end parts of the metal coating are still charged, while the induced charges have disappeared everywhere else. It is now easy to prove that in the formerly field-free space between the overlaps a field of the same strength arises as it existed in the adjacent space immediately before. The two overlaps form nothing else than two oppositely charged capacitor plates, between which there is necessarily an electric field.
Tritt der Fall ein, daß der Kondensatorwickel nicht nur sehr schnell entladen, sondern entgegengesetzt aufgeladen wird, so tritt im Raum zwischen den überlappungen sogar eine doppelt so große Feldstärke als im übrigen Raum auf.If the case occurs that the capacitor winding is not only very fast discharged, but oppositely charged, occurs in the space between the overlaps even have a field strength that is twice as great as in the rest of the room.
Diese Betrachtungen führen somit zu der Erkenntnis, daß bei den beschriebenen Kondensatorwickeln. zwischen den überlappungsendeneines Kondensatorbelages beträchtliche Spannungen auftreten können. Die Ursache dieser Spannungen ist in der durch die überlappung hervorgerufenen Unsymmetrie begründet.These considerations thus lead to the knowledge that in the case of the described Capacitor winding. between the overlapping ends of a capacitor plate Tensions can occur. The cause of this tension is due to the overlap caused asymmetry.
In ähnlicher Weise treten in dem in Fig. 6 dargestellten Falle Spannungen zwischen den Überlappungen des Metallbelages 2 1 auf. Der Metallbelag 21 ist hier der äußerste einer Pieihe von konzentrischen Metallbelägen, die der Einfachheit halber nicht gezeichnet sind. In vielen Fällen wird nun dieser äußerste Belag durch einen Kontakt 23 an beliebiger Stelle mit dem Flansch 22 verbunden. Dadurch entsteht wiederum eine Unsymmetrie, die die @erwähnten Spannungen zwischen den Überlappungsenden verursachen kann.Similarly, in the case shown in FIG. 6, voltages occur between the overlaps of the metal covering 2 1. The metal lining 21 is here the outermost of a series of concentric metal coverings, that of simplicity are not drawn for the sake of In many cases this outermost coating is now through a contact 23 is connected to the flange 22 at any point. This creates again an asymmetry that causes the @ mentioned tensions between the overlapping ends can cause.
Endlich ist es möglich, daß durch Schwingungsvorgänge sehr hoher Frequenz auf den Metallbelägen Punkte verschiedenen Potentials erzeugt werden !und dadurch ebenfalls Spannungen zwischen den Überlappungsenden auftreten können.At last it is possible that vibration processes of very high frequency Points of different potential are generated on the metal coverings! and thereby tension can also occur between the overlap ends.
Die Tatsache, daß zwischen den überlappungen seines Metallbelages Spannungen auftreten, würde an und für sich nichts schaden können, wenn die zwischen den überlappungsteilen liegende Isolierschicht .eine genügend hohe Durchschlagfestigkeit besäße. Nun weist aber .erfahrungsgemäß eine einzige Schicht einer Papierbahn wegen der unvermeidlichen Fehlerstellen eine sehr geringe Durchschlagsfestigkeit auf. Es tritt somit beim Erscheinen einer verhältnismäßig geringen Spannung zwischen den überlappungeneines Metallbelages ein Durchschlag der dazwischen liegenden Isolierschicht auf. Dabei kann an der Durchschlagsstelle eine solche Wärmemenge entwickelt werden, daß die Metallbeläge daselbst .geschmolzen und die nächstanliegenden Schichten des Isolierstoffes verbrannt werden. Es bildet sich auf diese Art mitten im Material des Kondensatorwickels ein kleiner Zerstörungsherd, der sich im Laufe der Zeit vergrößern und schließlich zum vollständigen Durchbruch des Isolators führen kann. Es ist zwar eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der soggenannte metallene Erdbeläge in seinem Isolatorwickel zur Bildung seines an den Enden sich überlappenden Zylinders eingewickelt und alle diese Beläge untereinander und mit dem Befestigungsflansch @elektrisch verbunden werden, so daß dort die Metallbeläge und der Flansch alle am gleichen Potential liegen, jedoch treten bei dieser bekannten Einrichtung die vorgenannten Erscheinungen nicht auf.The fact that between the overlaps of its metal covering Tensions arise, in and of themselves, would not hurt if the between the insulating layer lying on the overlapping parts. a sufficiently high dielectric strength owned. Now, however, experience has shown that a single layer has a paper web the inevitable defects have a very low dielectric strength. It thus intervenes when a relatively low voltage appears the overlaps of a metal covering a breakdown of the insulating layer in between on. Such an amount of heat can be developed at the breakdown point, that the metal coatings there .melted and the next adjacent layers of the Insulating material are burned. In this way it forms in the middle of the material of the capacitor winding is a small focus of destruction, which increases in the course of time and ultimately lead to complete breakdown of the isolator. It is true a device became known, in which so-called metal earth coverings in his Insulator winding wrapped to form its cylinder overlapping at the ends and all these coverings with each other and with the mounting flange @electrically be connected so that there the metal coverings and the flange are all on the same There is potential, but the aforementioned occur in this known device Apparitions do not appear.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Kondensatvrwickel mit zwischen den Windungen ,einer Isolierbahn liegenden metallischen Belägen, von denen jeder einen sich an den Enden überlappenden Zylinder bildet.The present invention relates to a condensate wrap with between the turns, an insulating strip lying metallic coverings, of which each forms an overlapping cylinder at the ends.
Bei einem solchen Kondensatorwickel werden die ob.enerwähnten unerwünschten Durchschläge dadurch vermieden, daß @erfindungsgemäß jeder Belag an der Stelle, wo er sich überlappt, durch :unmittelbare gegenseitige Berührung seiner sich überlappenden -Endteile *in sich kurzgeschlossen ist.With such a capacitor winding, the above-mentioned are undesirable Discharges avoided by @ according to the invention each covering at the point where it overlaps, by: direct mutual contact of its overlapping -End parts * is short-circuited in itself.
Bei dein erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines solchen Kondensatorwickels wird in der Weise verfahren, daß beim Aufwickehi der Isolierbahn kurz vor dem Einwickeln eines leitenden Belages in der Isolierbahn mindestens eine Aussparung 29 angebracht und der Belag an die Isolierbahn so angesetzt wird, daß sein vorlaufender Randteil .auf diese Aussparung der Isolierbahn zu liegen kommt, -um beim Einwickeln hier finit dem hinteren Teil des Belages in Kurzschluß zu gelangen.In your method according to the invention for the production of such a capacitor winding, the procedure is such that when the insulating sheet is wound up, at least one recess 29 is made shortly before a conductive covering is wrapped in the insulating sheet, and the covering is attached to the insulating sheet in such a way that its leading edge part. comes to rest on this recess of the insulating sheet - in order to get into a short-circuit when wrapping the rear part of the covering.
Der Kondensator nach der Erfindung und das Verfahren zu seiner Herstellung werden beispielsweise durch die Fig.7, 8, 9 und io erläutert.The capacitor according to the invention and the method for its manufacture are explained, for example, by FIGS. 7, 8, 9 and io.
In Fig.7, 8 und 9 ist die aufzuwickelnde Isolierbahn, hier beispielsweise eine Papierbahn, mit 27 und der mit einzuwickelnde Metallbelag mit 28 bezeichnet. Während noch die Papierbahn 27 über die Zufuhrwalze 26 läuft, wird sie kurz vor dem Aufwickeln mit einer Reihe länglicher Löcher 29 versehen. Dann wird der Metallbelag 28 an die Papierbahn. so angesetzt, daß sein vorlaufender Endteil über die Löcher 29 zu liegen kommt (Fig.7). Beim Umlauf des im Wickelvorgang begriffenen Wickelkörpers 2 5 in der Drehrichtung des Pfeiles x wird der Metallbelag 28 mit eingewickelt und schließlich mit seinem hinteren Endteil so vor die Löcher 29 gebracht (Fig.8), daß @er hier, d. h. in den Löchern 29, kurzgeschlossen wird, wie dies aus der die Schichtung in übertriebenem Dickenmaß darstellenden Fig. io, wo diese Kurzschlußstelle bei 3o angedeutet ist, hervorgeht. . Die Form und die Zahl der Löcher der Lochreihe der Papierbahn sind nebensächlich. Ein einziger Schlitz könnte genügen. Die Lochreihe oder der Schlitzerstreckt sich zweckmäßig fast über die ganze Breite des Metallbelages, endigt aber vorteilhaft in beträchtlichem Abstande von den Seitenrändern der Papierbahn.In Fig. 7, 8 and 9 is the insulating sheet to be wound, here for example a paper web, denoted by 27 and the metal covering to be wrapped with 28. While the paper web 27 is still running over the feed roller 26, it is about to move forward provided with a series of elongated holes 29 for winding. Then the metal covering 28 to the paper web. set so that its leading end part over the holes 29 comes to rest (Fig. 7). During the rotation of the winding body engaged in the winding process 2 5 in the direction of rotation of the arrow x, the metal covering 28 is wrapped with and finally brought with its rear end part so in front of the holes 29 (Fig.8) that @er here, d. H. in the holes 29, is short-circuited as this is made up of the stratification in an exaggerated measure of the thickness showing Fig. io, where this short-circuit point at 3o is indicated, it emerges. . The shape and number of holes the row of holes in the paper web are irrelevant. A single slot could be enough. The row of holes or the slot expediently extends almost over the entire width of the metal covering, but ends advantageously at a considerable distance from the side edges the paper web.
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