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Flüssigkeits-, insbesondere wassergekühlter, elektrischer Kondensator
Für die Bemessung von Kondensatoren ist die elektrische Beanspruchung des Dielektrikums
und seine Temperatur während des Betriebs ausschlaggebend. Bei hohen Frequenzen
ist die Wärmeerzeugung verhältnismäßig groß. In diesen Fällen hat man versucht,
dieTemperaturen durch Kaltwasserkühlung herabzusetzen.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Wickelkondensatoren, die
in ein mit einem flüssigen Isoliermittel gefülltes Gehäuse eingesetzt sind. Um die
Wärme vom Kondensator durch das Isoliermittel abzuleiten, ist ein verhältnismäßig
großes Temperaturgefälle notwendig. Außerdem ist ein ziemlich großer Temperaturunterschied
zwischen dem Isoliermittel und der wärmeabgebenden Oberfläche erforderlich. Als
wärmeabgebende Oberfläche kann dabei das Gehäuse oder eine Kühlschlange dienen.
Ferner ist ein beträchtlicher Temperaturunterschied zwischen dem Isoliermittel und
den aus den Wickel herausgeführten Stromableitungen erforderlich, die die Wärme
aus
den inneren Wickeln herausleiten. In den wärmeleitenden Metallteilen
der Wickel selbst ist infolge des begrenzten Querschnittes dieser Teile ein Temperaturgefälle
vorhanden. Im flüssigen Isoliermittel ist das Temperaturgefälle von besonderer Bedeutung,
wenn man die örtliche Temperatur durch Herabsetzung der Temperatur des Isoliermittels
tief halten. will, weil die verfügbaren flüssigen Isoliermittel leicht zäh werden,
wenn ihre Temperatur stark herabgesetzt wird. Dann verschlechtert sich nämlich die
Wärmeabgabe durch Konvektion über das Isoliermittel, so daß die meiste Wärme nur
durch Wärmeleitung ° durch das Isoliermittel abgeführt wird.
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Nach der Erfindung ergibt sich dadurch eine besonders gute Wärmeableitung,
daß die Beläge der Kondensatorwickel mit die Kühlflüssigkeit führenden Rohren zweckmäßig
durch Lötung gut wärmeleitend verbunden werden. Zur weiteren Förderung der Wärmeableitung
sollen die Metallbeläge der Wickel einer Polarität einen für die Wärmeableitung
maßgebenden Querschnitt und an einer Seite der Wickel Fortsätze erhalten, durch
die eine besonders gute Wärmeableitung zu der metallischen Oberfläche des wärmeableitenden
Mittels gegeben ist. Da die Beläge der Wickel gewöhnlich aus schwer lötbarem Stoff
bestehen, werden vorteilhaft Metallplatten von guter Lötbarkeit neben den Belägen
in die Wickel eingelegt.
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Ein Ausführungsbeispiel der gekennzeichneten Anordnung wird in den
Abb. i bis 6 gezeigt.
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Der Kondensator besteht aus einer Anzahl von Wickeln 2, die im Gehäuse
i eingeschlossen sind, und zwar sind im dargestellten Fall zehn Wickel 2 in zwei
Gruppen 3 und .I angeordnet (vgl. Abb.3 und .I), von denen jede fünf Wickel besitzt,
die untereinander parallel geschaltet sind. Die zwei Gruppen sind in Serie geschaltet.
Ein Isoliermittel 5 umgibt die Wicke12. Als wärmeableitendes Mittel ist eine im
Innern des Gehäuses i untergebrachte Kupferrohrschlange 6 vorgesehen, durch die
Wasser oder eine andere wärmeableitende Flüssigkeit strömt. Die Schlange 6 ist hier
auf besondere Art angeordnet, die am besten unter Bezugnahme auf die Lage der Kondensatorwickel
2 beschrieben wird. Die Kondensatorwickel sind flach zueinander in zwei Gruppen
aufgestellt. In jeder Gruppe springen die Anschlußstreifen 7 einer Polarität auf
der einen Seite der Gruppe vor, während die Anschlußstreifen 8 der anderen Polarität
auf der gegenüberliegenden Seite der Gruppe heraustreten, wie in Abb. 2 zu sehen
ist. Die zwei Gruppen sind hinsichtlich ihrer Lage zueinander umgedreht und so aufgestellt,
daß z. B., wenn man von vorn oder von oben auf die Wickel sieht, wie in Abb. 2 .oder
3, die Anschlulistreifen 7 der Gruppe 3 und die Anschlußstreifen 8 der Gruppe q.
nach rechts, die Anschlußstreifen 8 der Gruppe 3 und die Anschlußstreifen 7 der
Gruppe d. nach links herausragen. Als wärmeableitendes Mittel ist hier die Kühlschlange
6 herangezogen. Da die eine Gruppe dieser Streifen 8 rechts vorn und die andere
Gruppe links rückwärts liegt, verlaufen die am Boden und oberhalb der Wickel liegenden
Teile der Kühlschlange diagonal, wie aus Abb. 3 zu entnehmen ist. Dadurch wird gleichzeitig
erreicht, daß die Hochspannungsleitungen 25 nicht durch die Kühlschlange versperrt
sind.
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Somit ist eine unmittelbare wärmeleitende Verbindung zwischen den
vertikalen Teilen der Kühlrohrschlange 6 und den Anschlußstreifen 8 und damit den
Belägen der Wickel geschaffen, so daß die in den Wickeln entstandene Wärme besser
als bisher aus diesen abgeleitet wird. Außerdem sind die Beläge, die mit den Streifen
8 in Berührung stehen, entweder doppelt so stark wie bisher bemessen, oder es sind
zwei Lagen aufeinandergelegt. Diese Beläge werden über die Papierlagen hinaus fortgesetzt,
wie bei io in Abb. 2 angedeutet ist.
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Früher wurden die Anschlußstreifen elektrischer Kondensatoren so schmal
gemacht wie hier die Streifen 7, da sie nur auf Grund der zulässigen Stromdichte
dimensioniert wurden. Der Gesamtquerschnitt solcher Streifen war daher für die Wärmeleitung
entlang dieser Streifen unzulänglich. Dieser geringe Querschnitt wird hier nur noch
für die Streifen ; beibehalten, da diesen hier keine besondere Wärmeleitung zugedacht
ist. Dagegen «-erden, um die Wärmeleitung aus dem Innern der Wickel zu verbessern,
die Anschlußstreifen 8 so breit als möglich gemacht und gleichzeitig dicker, als
durch die Stromführung bedingt ist. Im vorliegenden Beispiel sind die Anschlußstreifen
8 wegen später beschriebener Einzelheiten nicht so breit wie die Wickel 2.. Die
leervortretenden Enden der Beläge io sind ausgeschnitten, wie bei i i angedeutet
ist, um diese Lagen der Beläge mit den Anschlußstreifen 8 gleich breit zu machen.
Eine größere Anzahl dieser Anschlußstreifen 8 wird an mehreren Stellen zwischen
den Lagen der Wickel 2 eingelegt. Die Bündel der Beläge io und der Streifen 8 werden
mechanisch zusammengehalten, z. B. durch Bolzen in den Löchern 12, um ein starres
Bündel zu schaffen, das aus dem Wickel seitlich herausragt. Vorzugsweise ist die
Wendungszahl der Kühlschlange 6 so gewählt, daß die Räume zwischen den vertikalen
Teilen der Schlange, die parallel zu den Bündeln der Beläge io und Streifen 8 verlaufen,
der Lage nach mit diesen Bündeln so übereinstimmen, daß diese eng in die
Zwischenräume
passen und gut wärmeleitend befestigt.werden können. Diie Beläge 1o bestehen normalerweise
aus Aluminium, das schwer gelötet werden kann und das auch die Eigenschaft hat,
Luft zwischen den einzelnen Lagen einzuschließen, wenn nicht Vorsichtsmaßnahmen
getroffen werden. Eine solche besteht z. B. darin, daß Kitt von guter Wärmeleitfähigkeit
verwendet wird. Aluminium wird deshalb genommen, weil die gut lötbaren Metalle im
allgemeinen teurer sind und Aluminium in der erforderlichen. Dicke leichter mit
dem Papier eingerollt werden kann. Die Anschlußstreifen 8 sind ausKupfer und werden
verzinnt, um leichter gelötet werden zu können.
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Die aus den Aluminiumbelägen io und dem verzinnten Kupferstreifen
8 bestehenden Bündel sind durch Lötung oder eine andere Schmelzverbindung metallisch
so mit den Wasserrohren 6 verbunden, wie bei 15 in den Abb. 4 und 5 gezeigt ist.
Diese Verbindung erhält eine genügende Dicke, um einen guten Wärmeübergang zu sichern.
Sie wird so kräftig gemacht, daß sie auch Erschütterungen während des Transportes
genügend Widerstand leistet. Auch Rostbildungen können die Verbindungen nicht so
weit schädigen, daß der Wärmeübergang wesentlich gestört wird. Die Verbindung zwischen
den aus den Belägen io und den Streifen ,8 gebildeten Bündeln und den Wasserrohren
6 wird durch einen Stoff hergestellt, der sich für eine Haft- oder Kittverbindung
eignet, aber nicht zu Gaseinschlüssen neigt. Die Streifen 8 der beiden Wickelgruppen
3 und :4 sind über die Wasserrohre 6 geerdet, die ihrerseits beispielsweise über
das Gehäuse i geerdet sind. Der geerdete Teil kann als eine Polarität des Kondensators
benutzt werden. In diesem Fall werden die anderen zwei Klemmen miteinander verbunden,
so daß zwei Wickelgruppen parallel geschaltet sind. Die Wickelgruppen 3 und 4 können
aber auch in Reihe geschaltet werden. In diesem Fall wird kein Strom dem geerdeten
Teil des Gehäuses entnommen.
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Bei großen Strömen ist für- den Erdungsanschluß eine bessere Leitung
vorzusehen, die nicht von den zufälligen Kontakten zwischen der Kühlschlange und
dem Gehäuse abhängt. Aus diesem Grund ist an der Kühlschlange 6 oben ein biegsames
Erdungskabel 17 durch Lötung befestigt. Dieses Kabel ist durch Hartlot 18 an einer
geerdeten Klemmenplatte 1g befestigt, die mit einem weichen Lot21 in einer Vertiefung
22 rund um die mittlere Öffnung23 am Gehäuse i oben befestigt wird, wenn der Kondensator
fertig ist. Der Unterschied des Schmelzpunktes zwischen dem Hartlot 18 und dem Weichlot
21 reicht aus, um eine spätere Beschädigung der ersten Lötung zuverlässig auszuschließen.
Ferner ist zwischen den beiden Gruppen 3 und .4 eine Trenn- und Versteifungsplatte
30 angeordnet. Sie besitzt an den gegenüberliegenden Seiten Endplatten 31 und 32,
die an den Wasserrohren 6 angelötet sind, wie in Abb. 2 gezeigt ist. Die Endplatten
steifen die Wasserrohre ab.
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Wenn die Wärme nur von dem geerdeten oder sogenannten Niederspannungsteil
der Wickelgruppen abgeleitet wird, so hat das den Vorteil, daß die Wasserrohre 6
nicht besonders vom Gehäuse i isoliert zu «erden brauchen. Die äußeren Anschlüsse
für die Wasserrohre müssen nicht vom Gehäusepotential oder gegen Erde isoliert werden.