DE898473C - Verfahren zum Betrieb von Kondensatoren mit einem fluessigen Dielektrikum - Google Patents

Verfahren zum Betrieb von Kondensatoren mit einem fluessigen Dielektrikum

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DE898473C
DE898473C DES8353D DES0008353D DE898473C DE 898473 C DE898473 C DE 898473C DE S8353 D DES8353 D DE S8353D DE S0008353 D DES0008353 D DE S0008353D DE 898473 C DE898473 C DE 898473C
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DE
Germany
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dielectric
capacitor
temperature
capacitors
housing
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Application number
DES8353D
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Inventor
Ralph E Marburg
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/258Temperature compensation means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

  • Verfahren zum Betrieb von Kondensatoren mit einem flüssigen Dielektrikum DieErfindung betrifft einverfahren zum Betrieb von Kondensatoren, insbesondere für große Leistungen und vor allem für Gleichstrom, die auch bei niedrigen Raumtemperaturen verwendet werden sollen.
  • Kondensatoren für große Leistungen bestehen gewöhnlich aus einer Anzahl von Wickeln oder Elementen aus Metallfolie und Papier, die in einem mit einem flüssigen Dielektrikum angefüllten Metallgehäuse angeordnet sind. Das Betriebsdiele'ktrikum des, Kondensators setzt sich also aus Papier und einem flüssigen Dielektrikum zusammen. Früher war es üblich, Mineralöl als dielektrisches Material zu verwenden; aber in den letzten ;Jahren wurden verbesserte dielektrische Flüssigkeiten, wie chloriertes Diphenyl und verwandte Gemische, entwickelt. Diese Gemische haben eine größere Dielektrizitäts'konstante als Öl, so daß ein Kondensator von gegebener Leistung kleiner und daher billiger gemacht werden kann. Außerdem sind diese Materialien unentzündbar, so daß die bei der Verwendung von Öl. bestehende Feuergefahr beseitigt ist.
  • Die größere Dielektrizitätskonstante dieser unentzündbaren Materialien ist in weitem Maße auf die Polardrehung der Moleküle zurückzuführen. Die Polardrehung ist abhängig von der Größe der Moleküle und ,der Viskosität der Flüssigkeit. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit herabgesetzt wird, erhöht sich die Viskosität, und nach Überschreitung eines gewissen Punktes beginnt die erhöhte Viskosität die Drehung der Moleküle störend zu beeinflussen und verursacht eine Verringerung der Dielektrizitätskonstante. Diese Verringerung setzt sich bei Herabsetzung der Temperatur so lange fort, bis die Viskosität so groß geworden ist, daß die Drehung :der Moleküle vollkommen verhindert und damit die Dielektrizitätskonstante ungefähr gleich der des Öles wird und keine weitere Änderung stattfindet. Es ist daher offensichtlich, .daß die Kapazität von Kondensatoren mit dielektrischen Flüssigkeiten, wie chloriertes Diphenyl, abnimmt, wenn die Temperatur des Dielektrikums unter einen gewissen Punkt sinkt.
  • Bei den zur Berichtigung des Leistungsfaktors verwendeten Kondensatoren ist diese Wirkung praktisch von geringer Bedeutung, da diese Kondensatoren im normalen Betriebe während langer Zeiträume dauernd erregt werden. Obwohl dabei zwar die diele'ktrischen Verluste ganz gering sind, nämlich gewöhnlich 1/"'/o, der Kapazität des Kondensators betragen, genügt die (durch diese Verluste erzeugte Wärme, um die Temperatur des Dielektrikums in: dem Bereich zu halten, in dem seine Dielektrizitätskonstante im wesentlichen gleichbleibt, auch wenn: die Temperatur des umgebenden Mediums sehr niedrig wird. Sogar dann, wenn solche Kondensatoren vorübergehend abgeschaltet werden und sich auf eine so niedrige Temperatur abkühlen können, @daß die Kapazität beeinflußt wird, ist das bedeutungslos. Nach der Wiederinbetriebseztung .des Kondensators erreicht nämlich die Temperatur in verhältnismäßig kurzer Zeit wieder die notwendigeHöhe. Die geringeneKapazität während der kurzen Anlaufzeit ist von geringer Bedeutung.
  • Wenn die Kondensatoren jedoch mit Gleichstrom oder intermitti.erendem Wechselstrom betrieben werden, kann die Temperatur des Dielektrikums so niedrig wie @die Temperatur des umgebenden Mediums werden, da in dem Kondensator keine Wärme erzeugt wird. Die sich ergebende Kapazitätsänderung bei niedrigen umgebenden Temperaturen ist von größter Bedeutung und hat die Verwendung von Ölkondensatoren trotz ihrer schlechteren Charakteristiken dann erforderlich gemacht, wenn der Anfangswert der Kapazität wichtig ist, wie z. B. bei Gleichstromfiltern und Kondensatormotoren für Außenaufstellung an Orten, an denen mit niedrigen Temperaturen zu rechnen ist.
  • Der Erfindung liegt ,die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator zu schaffen, bei dem eine dielektrische Flüssigkeit verwendet wird, deren Dielektrizitätskonstante sich mit der Temperatur ändert, z. B. abnimmt, wie oben beschrieben wurde. Er soll an Orten verwendet werden können, an .denen die umgebende Temperatur sehr niedrig wenden kann. Dabei darf sich seine Kapazität nicht wesentlich ändern.
  • Nach der Erfindung wird die Temperatur des Dielektrikums .durch besondere Mittel dauernd in dem Bereich gehalten, in .dem seine Dielektr izitätskonstante im wesentlichen gleichbleibt. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Kondensator:gehäuse zweckmäßig Heizelemente vorgesehen, die vorteilhaft so ausgeführt sind, daß sie eine Wärmemenge liefern, die ungefähr gleich der durch die dielektrischen Verluste in einem Kondensator von äquivalenter Leistung bei dauerndem Wechselstrombetrieb erzeugten Wärmemenge ist oder wenigstens so groß ist, daß die Temperatur des. Dielektrikums in dem Bereich gehalten werden kann, in dem sich die Dielektrizitätskonstante nicht ändert. Kondensatoren dieser Bauart sind besonders erwünscht zur Verwendung in Gleichstromfiltern, wie sie bei Gleichrichtern verwendet werden. Irgendeine Kapazitätsänderung der Kondensatoren, die in solchen Filtern verwendet werden, verändert die Abstimmung des Filters und zerstört seine Brauchbarkeit, und es ist daher notwendig geworden, Ölkondensatoren mit ihren schlechteren Charakteristiken für Außenaufstellungen von Filtern dann; zu verwenden, wenn niedrige Temperaturen auftreten, können. Die vorliegende Erfindung macht es -dagegen möglich, die verbesserte Bauart der Kondensatoren für diese und ähnliche Zwecke zu benutzen.
  • Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
  • Fig. i und 2 zeigen Kondensatorkurven. In Fig. 3 ist beispielsweise ein gemäß der Erfindung ausgestatteter Kondensator dargestellt; Fig.4 gibt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wieder.
  • Die Kurven (der Fig. r und 2 veranschaulichen die Betriebscharakteristiken von Kondensatoren bei niedrigen Temperaturen. So zeigt Fi:g. i die Kapazitätsänderung eines Kondensators, der eine kekanute dielektrische Flüssigkeit enthält, ausgedrückt in Prozenten der 'kVA-Kapazität bei einer normalen Raumtemperatur von 20'°' C. Es ist ersichtlich, daß bei Herabsetzung der Temperatur t" des Dielektri'kums die Kapazität C bis herunter auf ungefähr ö` C im wesentlichen konstant bleibt, unterhalb dieser Temperatur jedoch stark abzunehmen beginnt bis zu einem Punkt, an: dem sie bei einem viel geringeren Wert wieder konstant wird. Dies ist auf die durch die erhöhte Viskosität der Flüssigkeit bei niedrigeren Temperaturen verursachte störende Einwirkung auf die Polardrehung der Moleküle zurückzuführen. Im Zusammenhang mit dieser Kurve ist einzusehen, daß die erwähnte Temperatur nicht die des denKondensator umgebenden Mediums, sondern die der dielektrischen Flüssigkeit selbst ist. Wenn ein; Kondensator dieser Bauart dauernd :durch Wechselstrom erregt wird, entwickeln .die dielektrischen Verluste in dem Kondensator genügend Wärme, um die Temperatur der dielektrischen Flüssigkeit in dem Bereich zu halten, in welchem ihre dielektrische Konstante im weseritlichen konstant ist. Dies ist in Fig. 2 veranschaulicht, welche die Kapazitätsänderung eines Kondensators bei verschiedenen Temperaturen des umgebenden Mediums zeigt. Aus .dieser Kurve geht hervor, daß die Kapazität C sogar bei sehr niedrigen Temperaturen tu praktisch konstant bleibt oder leicht zunimmt. Wenn ein Kondensator dieser Bauart jedoch nicht dauernd erregt oder für Gleichstrom verwendet wird, so daß keine oder nur sehr geringe dielektrische Verluste auftreten, so ist die Temperaturdes Dielektri'kums ihn wesentlichen; dieselbe wie die äußere Temperatur, und die Kapazität folgt eher ider Kurve der Fig. @i als. ,der ,der Fig. 2.
  • Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Kondensator ist besonders für Gleichstrom geeignet, und zwar dann, wenn der Wert der Kapazität im wesentlichen konstant bleiben soll und wenn es, entweder keine Wechselstronikomponente gibt oder diese so klein ist, daß die durch sie verursachten dielektrischen Verluste keine merkliche HeizwitIkung haben. Um zu verhindern, daß .die Kapazität durch Änderungen der Temperatur des umgebenden Mediums beeinflußt wird, werden Heizmittel in dem Kondensatorgehäuse vorgesehen, welche genügend Wärme entwickeln, um die Temperatur des Dielektrikums in dem Bereich zu halten in (dem die Dielektrizitätskonstante im wesentlichen unveränderlich ist. Diese Anordnung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, in welcher das Kondensatorgehäuse mit i bezeichnet ist und: Kondensatorelemente 2 enthält, deren Folien von entgegengesetzter Polarität mit den Klemmen 3 bzw. 4 verbunden sind. Die Heizwirkung ist dadurch sichergestellt, daß ein Widerstand 5 an die Klemmen 3 und 4. angeschlossen ist, so .daß er dauernd erregt wird, wenn der Kondensator mit einer Gleichstromleitung verbunden ist und auf diese Weise eine Wärmequelle bildet, durch die die Temperatur des Dielektrikums im Gehäuse im wesentlichen konstant auf dem gewünschten Wert gehalten wird. Der Widerstand wird vorzugsweise so ausgeführt, daß sein Leistungsverbrauch etwa gleich .den dielektrischen Verlusten in einem dauernd mit Wechselstrom betriebenen Kondensator von äquivalenter Leistung ist. Der für diesen Zweck erforderliche Widerstand kann ohne weiteres aus der Spannung und .der kVA-Leistung des Kondensators errechnet werden.
  • Jede beliebige geeignete Widerstandgbauart kann verwendet werden. Der Widerstand kann, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, direkt an die Klemmen des Kondensators angeschlossen werden. Vorzugsweise teilt man jedoch den Gesamtwiderstand in eine Anzahl von getrennten, über das Gehäuse verteilten Widerständen, um eine gleichmäßige Erwärmung der,dielektrischen Flüssigkeit zu erzielen. Die dielektrische Flüssigkeit ist nämlich ein sehr schlechter Wärmeleiter, und durch einen einzigen Widerstand kann, kaum eine gleichmäßige Temperatur innerhalb der gesamten Masse ,des Dielektrikums aufrechterhalten werden.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der verteilte Widerstände verwendet werden, ist in Fig.4 gezeigt. Der in dieser Figur veranschaulichte Kondensator hat ein Metallgehäuse ,io, welches eine Anzahl von Kondensatorteilen oder -elementen vi enthält. Diese sind von der üblichen Bauart und bestehen aus abwechselnden Schichten aus Metallfolie und Papier, welche zusammen auf einen Dorn gerollt und dann, mit oder dielektrischen Flüssigkeit imprägniert und zu einem flachen Element zusammengedrückt sind. Jedes Element ist in der üblichen Weise mit Klemmen 12 für die Folien entgegengesetzter Polarität versehen. Eine Auskleidung 13 aus Preßspan oder anderem geeigneten Isoliermaterial kann innerhalb des Gehäuses angebracht werden. Geeignete Klemmern 14 sind an dem oberen Teil des Gehäuses für den Anschluß an eine äußere Leitung vorgesehen, und die Klemmen 12 der einzelnen Elemente vi sind mit diesen Klemmen verbunden. Nach dem Zusammenbau wird das Gehäuse mit der dielektrisch-en Flüssigkeit gefüllt.
  • Die Temperatur der Flüssigkeit wird mittels einer Anzahl von Widerständen 15 in .dem gewünschten Bereich gehalten. Diese Widerstände können zweckmäßig aus auf Kartonstreifen oder keramische Stäbe gewickeltem Widerstandsdraht 16 bestehen und mit den Klemmen 12 der Kondensatorelemente verbunden sein. Ein Widerstandskartonstreifen ist vorzugsweise mit jedem Kondensatorelement verbunden und kann zweckmäßig während des Wickelns dauernd daran befestigt und parallel zu dem Element geschaltet werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Vorzugsweise wird ein Widerstandskartonstreifen für jedes Element vorgesehen, obwohl gegebenenfalls weniger Kartonstreifen verwendet werden können. Der Gesamtwert des für die Entwicklung der gewünschten Wärmemenge erforderlichen Widerstandes kann ohne weiteres aus der Leistung,des Kondensators in der Weise bestimmt werden, daß er ungefähr denselben Teil der Leistung verbraucht wie der dielektrische Verlust eines Kondensators von äquivalenter Leistung, der dauernd für Wechselstrom verwendet wird.
  • Damit sind über das Kondensatorgehäuse verteilte Heizmittel geschaffen, welche dauernd erregt werden, wenn der Kondensator mit einer Gleichstromleitung verbunden ist. Auf diese Weise wird die Temperatur der dielektrischen Flüssigkeit in dem Bereich gehalten, in dem ihre Dielektrizitätskonstante im wesentlichen gleichbleibt, so daß die Kapazität des Kondensators nicht durch Änderungen der Temperatur des- umgebenden Mediums beeinflußt wird. Der Kondensator kann nun ohne weiteres bei Gleichstromfiltern oder für andere Zwecke verwendet werden, bei denen es wesentlich ist, daß die Kapazität konstant ist, ungeachtet der äußeren Temperaturverhältnisse.
  • Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, vor Inbetriebnahme des: Kondensators die beschriebenen Heizwiderstände an eine Hilfsspannung anzuschalten und erst beim Einschalten des Kondensators an dessen Klemmen anzuschließen..

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren; zum Betrieb von Kondensatoren mit einem flüssigen Dielektrikum, dessen Di.elektrizitätskonstante sich mit der Temperatur ändert, insbesondere für Gleichstrom oder intermittieren:den Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur .des Dielektrikums,durch besondere Mittel dauernd in dem Bereich gehalten wird, in -dem die Dielektrizitätskonstante im wesentlichen gleichbleibt.
  2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch im Kondensatorgehäuse angeordnete Heizelemente.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, .dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente eineWärmemenge liefern, die etwa gleich der durch die dielektrischen Verluste in einem Kondensator von äquivalenter Leistung bei dauerndem WechselstrombetrieherzeugtenWärmemenge ist. 4.. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, ,daß zur Erzielung der Heizwirkunig Widerstände an. die beiden. Polaritäten angeschlossen sind. Einrichtung nach Anspruch 2 bis q., dadurch gekennzeichnet, idaß der Widerstand in auf das Gehäuse verteilte Widerstände aufgeteilt ist. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, .dadurch gekennzeichnet, -daß jeder Widerstand parallel zu einem Kondensatorelement geschaltet ist. 7. Einrichtung nach Anspruch q. bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände aus auf Kartonstreifen oder keramische Stäbe gewickeltem Widerstandsdraht bestehen.
DES8353D 1939-03-23 1940-01-04 Verfahren zum Betrieb von Kondensatoren mit einem fluessigen Dielektrikum Expired DE898473C (de)

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