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Elektrischer Hochspannungskondensator Die Erfindung bezieht sich auf
elektrische Kondensatoren für Hochspannung, wie sie in der Elektrotechnik für mannigfache
Zwecke benutzt werden. In der Regel werden. derartige Kandensato,ren, die aus einer
größeren. Anzahl von Teilkondensatoren. bestehen können, vollkommen in. Öl angeordnet;
dadurch wird es ermöglicht, die Kondensatoren für höhere Spannungen zu bauen. Trotzdem
sind die Schwierigkeiten, welche der Bau von Kondensatoren für höhere Betriebsspannungen
bereitet, außerordentlich groß.
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Nach der Erfindung wird eine befriedigende Lösung der Aufgabe, Hochspannungskondensatoren.,
deren in, Reihe oder parallel geschaltete Teilkondensatoren aus Kondensatorwickeln
bestehen, für die: höchsten Betriebsspannungen sicher zu bauen, dadurch erzielt,
daß zur Herabsetzung der elektrischen Feldstärke zwischen spannungsführenden, Teilen
und gegenüber Erde unterhalb der Gasun:gsgrenze der gesamte Kondensator oder die:
Teilkondensatoren von elektrostatischen. Schirmen umschlossen sind und daß diese
Schirme mit einem mittleren: Potentialpunkt an den. von ihnen. umhüllten Wickeln.
elektrisch leitend verbunden sind. Die elektrostatischen Schirme werden, dabei zweckmäßig
an die Verbindungsleitungen zwischen den Teilkondensatoren oder zwischen Gruppen
von Teilkondensatoren, angeschlossen..
Die Erfindung beruht auf
der neuen Erkenntnis, daß der Bau betriebssicherer Kondensatoren, deren Teile in
Öl liegen, dadurch ermöglicht wird, daß die, elektrischen Beanspruchungen in dem
Kondensator so gering gehalten, werden, daß die- sogenannte Gasungsgrenze nicht
überschritten. wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß ein Überschreiten: der Gasungsgrenze,
selbst wenn. diese nicht sofort ohne weiteres äußerlich an dem Kondensator wahrnehmbar
ist, zu einer allmählichen Zerstörung des Kondensators führt. Unter Gasungsgrenze
wird dabei eine bestimmte Grenzspannung verstanden, unterhalb deren bei einem bestimmten
Abstand der spannungsführenden, Teile innerhalb eines. bestimmten Zeitraumes (etwa
i Stunde) überhaupt keine meßba.re oder Gasbildung eintritt.
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Zur Verdeutlichung des Begriffes »Gasungsgrenze« sei auf Fig. i der
Zeichnung hingewiesen, bei der in Abhängigkeit von dem Abstand a. der spannungsführenden
Teile bzw. Elektroden die Grenzspannung in. 1LV aufgetragen ist, bei der ein Gasen
der in dem Kondensator befindlichen Ölfüllung innerhalb einer bestimmten. Zeit eintritt.
In. dem Diagramm ist eine Kurvenschar aufgetragen. Die verschiedenen Kurven ergeben
sich dadurch, daß die Grenzspannung um so höher liegt, je-größer der Krümmungsradius
r der spannungsführenden Teile an der Stelle höchster Feldstärke ist. Durch die
Größe des Abrundungsradius ist, wie ohne weiteres erkenntlich ist, die Höbe der
Grenzspannung weitgehend bedingt. Das Diagrannm der Fig. i lehrt außerdem, daß eine
beliebige. Erhöhung der Grenzspannungen durch Vergrößerung des Abstandes der spannungsführenden
Teile praktisch nicht erzielbar ist, vielmehr von einem bestimmten Abstand sich
die, Grenzspannung nicht mehr nennenswert ändert.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausfiihirungshei.:spielis
erläutert werden, das in den. Fig. 2 und 3 der Zeichnung dargestellt ist.
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In diesen Figuren ist ein Kondensator dargestellt, der aus einer Gruppe
von in Reihe geschaIteten Teilkondensatoren gebildet wird. In, Fig. a und 3 der
Zeichnung bedeutet i den gesamten Kondensator, dessen elektrisch wirksamer Teil
aus den in Reihe geschalteteil Teilkondensatoren 2, 3, .4, 5 besteht. Die: Teilkondensatoren.
2 bis 5 wiederum sind aus einer Anzahl von Kondensatorelemen:ten, beispielsweise
Kondensatorwickeln 6, zusammen: gesetzt, welche parallel geschaltet sind. Würde
man einen derartigen; Kondensator beispielsweise in ein geerdetes Blechgefäß einsetzen,
so würden sich verhältnismäßig holie elektrische Feldstärken. an den. Kanten, der
Belegungen der Kondensatorwickel bei denjenigen Teilkondensatoren ergeben, welche
die höchste Spannung gegenüber Erde aufweisen.
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In Fig. 3, in welcher im Aufriß ein Kondensator gemäß Fig. z wiedergegeben,
ist, sind beispielsweise: die Stellen, an welchen. höhere elektrische Feldstärken
auftreten, durch die eingetragenen Pfeile angedeutet. Nach der Erfindung werden
nun die den elektrisch wirksamen Teil bildenden Teilkondensatoren so bemessen und
gegenüber den geerdeten Teilen bzw. besonderen, elektrostatischen Schirmen. angeordnet,
da.ß die Feldstärke st". ts unter der Gasungsgrenze bleibt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck der gesamte elektrisch
wirksame Teil des Kondensators. i von einem elektrostatischen Schirm 7 umschlossen.
Dieser Schirm ist in der Mitte des Kondensators an die Schaltverbindung 8 der Teilkondensatoren
3 und .I angeschlossen. Zwischen den einzelnen: Kondensatorwickeln: 6 und dem elektrostatischen.
Schirm 7 liegt eine Isolierschicht 9, die deswegen. erforderlich ist, weil zwischen,
den Teilkondensatoren z und 3 einerseits und dem Schirm 7 andererseits eine Spannung
herrscht, die halb, so, groß wie die gesamte an dem Kondensator liegende Spannung
ist. Außerdem ist noch eine weitere Isolierschicht io vorgesehen, welche den. elektrostatischen
Schirm außen umgibt un#1 deswegen: vorgesehen ist, weil der elektrostatische Schirm-7
gegenüber dem Kondensatorgefäß i i eine Spannung aufweist.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß durch die Anwendung des elektrostatischen
Schirms 7 die an den Kondensa,torfolienrändern auftretenden 1-rößten elektrischen.
Feldstärken herabgesetzt werden, daß sie unterhalb der Gasungsgrenze liegen. Die
zwischen dem elektrostatischen Schirm und. dem Kondensatorgefäß vorhandenen Feldstärken
können bei dieser Anordnung ebenfalls leicht durch entsprechende Gestaltung des
elektrostatischen Schirms auf solche Werte herabgesetzt werden, da'> auch zwischen
dem Schirm und dem Kondensatorgefäß die auftretenden. Feldstärken. unterhalb der
Gasungsgrenze des Isolieröls liegen.
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Der elektrostatische Schirm kann in verschiedene:r Weise ausgebildet
werden. Beispielsweise kann der Schirm durch eine Metallfolie gebildet werden, welche
auf die als Träger dienenden. Isolierschichten 9 oder io aufgebracht wird. An Stelle
einer Folie, kann auch ein, auf die Isolierschichten aufgespritzter Metallbelag
benutzt werden. Um den ganzen. Kondensator allseitig abzuschirmen, können, wie aus
Fig. a ersichtlich, beispielsweise di,2 eine leitende Metallschicht tragenden. Isolierteile
1a einen; U-förmigen Querschnitt erhalten: und über diese Teile an den Stirnseiten
geeignete, ebenfalls eine leitende Schicht enthaltende Kappen 13 hinübergeschoben,
werden, wodurch ein den Kondensator wenigstens an fünf Seiten einschließender Kasten
entsteht. Selbstverständlich sind die, Ecken und Kanten. des den elektrostatischen
Schirm bildenden Kastens gut abgerundet. Statt mehrere Teilkondensatoren gruppenweise
mit einem einzigen. Schirm zu umgeben, kann, auch jeder, z. B. aus mehreren parallel
geschalteten Wickeln, bestehender Teill:on:densator für sich mit einem besonderen
Schirm versehen sein, wie Fig. 5 zeigt.
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Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung können in vorteilhafter
Weise. die zum Zusammenhalten der Wickel oder Teilkondensatoren verwendeten Spannteile
als. elektrostatische Schirme Anwendung finden. In Fig. 6 ist eine derartige An-
Ordnung
dargestellt. 20, 24 22, 23 sind wieder einzelne, aus einer Anzahl von; Wickeln zusammen,
gesetzte Teilkondensatoren. Die Teilkondensatoren, sind durch. Zwischenlagen 14
aus Isoliermaterial voneinander getrennt und auch auf der Außenseite von, Isolierschichten
15 umgeben. Der gesamte Kondensator wird durch Klammerteile 17 zusammengehalten.
Die Verbindung der beiden mittleren, in. Reihe geschalteten. Teilkondensatoren 2i,
22 ist leitend mit den Klammerteilen verbunden. derart, daß diese an. einer Spannung
liegen., welche der halben Kondeasatorspannung entspricht.
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Statt die zum Zusammenhalten des Kondensatorpaketes verwendeten Klammern
als elektrostatische Schirme zu verwenden., ist es auch möglich, das Kondensatorgefäß
selbst als an Spannung gelegten elektrostatischen Schirm zu benutzen., beispielswe
se; wenn. das Kondensatorgefäß isoliert aufgestellt ist. Eine Anzahl dieser - gewissermaßen
selbständigen - Einzelkondensatoren werden gegebenenfalls innerhalb eines Ölkessels
angeordnet und bilden. eine Kondensato,reinheit.
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In. Fig. 7 ist schematisch eine derartige" Anordnung dargestellt.
33" bis 33, und 34" bis 34C bedeuten, in. dieser Figur die in den,
einzelnen Phasen, in Reihe geschalteten Einzelkondensatoren, und zwar sind. je die
Einzelkondensatoren 33Q, 34, 33b, 34b, 33" 34, in Reihe geschaltet
und mit einem gemeinsamen, Sternpunkt verbunden. Die Gefäße der den Hochspannungsdurchführungen
32Q bis 32, 1)enachbarten Einzelkondensatoren 33, bis 33, sind
an die, Verbindungsleitungen zu den. Einzelkonden, sato-ren:34Q bzw. 34b bz.w. 34,
angelegt, so, daß sie gegen den Sternpunkt bzw. Erde ein Potential aufweisen, welches
der halben. Sternspannung des Systems entspricht. Die Gefäße der unteren. Einzelkondeni,sato1ren
34a, 34b, 34c sind mit der Sternverbindungsleitung verbunden. Bei dieser Anordnung
besitzen die Gefäße der Einze:lkondensato,ren, wenn diese die gleiche Größe besitzen,
gegeneinander und, - soweit sie nicht am Sternpunkt liegen. - gegenüber dem gemeinsamen.
Kondensatorgefäß 31 eine Spannung, welche der halben verketteten Spannung des an,
die Kondensatoren angeschlossenen Drehstromsystems entspricht.
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In. Fig. 8 und 9 ist die! konstruktive Ausbildung eines Kondensators
wiedergegeben, dessen Einzelkondensatoren gemäß Fig.7 geschaltet sind. Die Einzelkondensatoren
33a bis 33, bzw. 34 bis 34, sind übereinander in zwei verschiedenen. Ebenen, angeordnet.
Die Einzelkondensatoren 33, bis 33, sind mit einer isolierten, Durchführung
versehen, durch welche die Spannung von den Durchführungsisolato,ren 32a bis 32c
in die Gefäße der Teilkondensatoren hineingeführt wird. Der andere Anschluß der
Kondensatoren 33" bis 33, ist leitend mit den Gefäßen dieser Einzelkondensatoren.
verbunden.. Andrerseits sind die Gefäße der Einzelkon densatoen 33, bis
33, an Durchführungsiso,la,to,-ren: der- Kondensatoren 34" bis 34c angeschlossen,
um die Spannung in diese Teilkondensatoren einzuführen. Die anderen. Anschlüsse
der Einzellcondensatoren 34a bis 3.4, sind wieder an die leitenden Gefäße dieser
Teilkondensatoren angeschlossen, welche leitend durch eine Steraverbindungsle.itung
36 miteinander verbunden sind.. Zur Aufhängung der Gefäße der Ein.zelkond,ensato,ren
an dem Deckel des Kondensato,rgehäuses dienen Isolierstücke 38, die, wie. dargestellt,
aus U-förmig gepreßtem Hartpapier oder Hartgewebe bestehen. An Stelle der U-förmigen
Preßstücke können auch einfache Platten, Rohre oder profilierte Stäbe, gegebenenfalls
mit angeschnittenem Gewinde, als Isoliertrags.tücke verwendet werden.
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Eine andere Ausführung der isolierten Aufhängung der Einzelkondensatoren.
ist in Fig. io dargestellt. Bei der in dieser Figur gezeigten An, Ordnung sind die
Teilkondensatoren 31, bis 33c, 34" bis 34, durch Spannbolzen. 4o und Muttern
42 zusammengehalten, die einerseits mit. dem Deckel des Transformators, andererseits
einem Brückenstück 4i verbrunden sind. Zwischen den, in gegebenenfalls geschlossenen
Gefäßen eingeschlossenen Einzelkondensatoren und dem Deckel des Gehäuses und dem
Brückenstück sind Druckstücke, 43 aus Isolierstoff, insbesondere aus Porzellan angeordnet,
Um. Verschiebungen der einzelnen Teile des Kondensators zu verhindern, können Dübel
5o an den. einzelnen Teilen angebracht sein, welche in Aussparungen der aneina.nderstoßenden:
Teile eingreifen.
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Bei der beschriebenen Anordnung kann innerhalb der Gefäße der Einzelkondensatoren
eine Begrenzung der Feldstärken in der an. Hand der Fig. 2 und 3 erläuterten. Weise
erzielt werden.
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Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf das angeführte
Ausführungsbeispiel bei schränkt; sinngemäß kann vielmehr der Erfindungsgedanke
auch dann Anwendung finden, wenn eine größere Anzahl von: Einzelkondensato,ren innerhalb
eines gemeinsamen Kondensatorgehäuses angeordnet ist. Stets läßt sich bei derartigen
Kondensatoren durch die An,bringung vcii Schirmen innerhalb. der Einzelkondensa.toreii
sowie durch Verwendung der Gehäuse, und Verspann.teile der Einzelkondensatoren.
als Schirm eine weitgehende Herabsetzung der Feldstärken erzielen, so daß die höchste
auftretende Feldstärke stets unterhalb der Gasungsgren.ze liegt.
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Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung können bei größeren
Kondensatoren, die aus einer Anzahl von in besonderen Gefäßen eingeschlossenen Einzelkondensatoren
zusammengesetzt sind, die Gefäße der Einzelkondensatoren mit scharfen Ecken und
Kanten dann ausgeführt werden, wenn zusätzlich an den Ecken und Kanten besondere
abgerun Bete Schirmteile angebracht werden, welche die elektrische Feldstärke herabsetzen.
Aus den Fig. 8 und 9 geht die Anbringung dieser zusätzlichen abgerundeten Schirmteile
37 an scharfkantigen Ecken u. dgl. hervor. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß
die Gefäße der Teilkondensatoren verhältnismäßig kleine Abmessungen erhalten können,
was mit Rücksicht auf das Einbringen dieser Gefäße in Evakuier- und Tränkanlagen
besonders erwünscht ist. Die Ein'ze11condensatoren werden in diesem
Falle
mit ihren Gefäßen zunächst in entsprechenden Behältern evakuiert und mit der Ölfüllung
versehen bzw. ausgekocht. Nachträglich werden dann nach der Behandlung in dem Evakuierbehälter
die zusätzlichen Schirmteile 37 angebaut, worauf erst der Einbau der Einzelkondensatoren
in das gemeinsame Gefäß 31 erfolgt.