NL8502688A - HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH HIGH ENERGY DENSITY. - Google Patents
HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH HIGH ENERGY DENSITY. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8502688A NL8502688A NL8502688A NL8502688A NL8502688A NL 8502688 A NL8502688 A NL 8502688A NL 8502688 A NL8502688 A NL 8502688A NL 8502688 A NL8502688 A NL 8502688A NL 8502688 A NL8502688 A NL 8502688A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- capacitor
- dielectric
- thickness
- paper
- voltage
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims description 221
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 57
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 37
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 28
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 20
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 18
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 15
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 13
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 11
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 11
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 10
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 10
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 3
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 3
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 claims description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 21
- 239000010408 film Substances 0.000 description 20
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N Carbon disulfide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004359 castor oil Substances 0.000 description 3
- 235000019438 castor oil Nutrition 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- ZEMPKEQAKRGZGQ-XOQCFJPHSA-N glycerol triricinoleate Natural products CCCCCC[C@@H](O)CC=CCCCCCCCC(=O)OC[C@@H](COC(=O)CCCCCCCC=CC[C@@H](O)CCCCCC)OC(=O)CCCCCCCC=CC[C@H](O)CCCCCC ZEMPKEQAKRGZGQ-XOQCFJPHSA-N 0.000 description 3
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical group [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- WQYVRQLZKVEZGA-UHFFFAOYSA-N hypochlorite Chemical compound Cl[O-] WQYVRQLZKVEZGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 2
- 229920006267 polyester film Polymers 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010011376 Crepitations Diseases 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 1
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 1
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/005—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/005—Electrodes
- H01G4/015—Special provisions for self-healing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/20—Dielectrics using combinations of dielectrics from more than one of groups H01G4/02 - H01G4/06
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Description
4 I4 I
4 -1- 25058/JF/tv4 -1-25058 / JF / TV
Korte aanduiding: Hoogspanningscondensator met hoge energiedichtheid. Beschrijving.Short designation: High voltage capacitor with high energy density. Description.
5 De uitvinding heeft betrekking op een elementaire hoogspannings condensator met hoge energiedichtheid voor energieopslag-, ontlaad-, commutatie- of filtertoepassingen, gevormd van twee door ten minste een uit diëlektricum bestaand blad gescheiden geleidende bekleedsels.The invention relates to an elementary high voltage capacitor with high energy density for energy storage, discharging, commutation or filtering applications, formed of two conductive coatings separated by at least one dielectric sheet.
De onderhavige uitvinding is de perfectionering en de uit-10 breiding van het gebied van toepassingen van een werkwijze, die aanvankelijk is geopendbaard in de Duitse octrooiaanvrage nr. 3 312 076. Deze aanvrage beschrijft een type condensator met een energiedichtheid, die 3 3 groter is dan 0,5 J/cm en 1,2 J/cm kan bereiken, terwijl volgens de stand van de techniek voorafgaand aan deze aanvrage nooit een energie 3 15 van 1 J/cm was te bereiken.The present invention is the perfection and expansion of the field of applications of a method initially disclosed in German Patent Application No. 3 312 076. This application describes a type of capacitor with an energy density greater than 3 than 0.5 J / cm and 1.2 J / cm, while prior art has never achieved an energy of 1 J / cm prior to this application.
Het gebied tussen 0,5 en 0,8 J/cm^ is zeker wel bereikt, maar uitsluitend door condensatoren, die een bijzonder diëlektricum gebruiken (polyvinylideenfluoride met de merknaam "K-film"). Welnu deze condensatoren met "K-film" bereiken deze energiedichtheid echterv ten koste van 20 zulk hoge diëlektrische verliezen, dat deze condensatoren volledig zijn uitgesloten voor toepassingen, waar de condensator op aanhoudende wijze moet werken en op een zekere frequentie. Ze zijn dus beperkt tot toepassingen met een zeer gereduceerde werkfrequentie, zoals de hartdefibril-lator. Deze condensatoren hebben anderzijds vanwege dit speciale diëlek-25 tricum een Jouleprijs, die 3 tot 4 maal zo hoog is als die van condensatoren met een gangbaar diëlektricum. Het type condensator, dat het onderwerp vormt van deze Duitse octrooiaanvrage, die de ongerieven van "K-film" niet heeft, is dus alleen kunnen worden beschouwd voor een energiedichtheid 3 van meer dan 0,5 J/cm in het merendeel van de andere gevallen dan de 30 hartdefibrillator.The range between 0.5 and 0.8 J / cm 2 has certainly been reached, but only by capacitors using a special dielectric (polyvinylidene fluoride with the brand name "K-film"). Now, these "K-film" capacitors really achieve this energy density at the cost of such high dielectric losses that these capacitors are completely excluded for applications where the capacitor has to operate continuously and at a certain frequency. Thus, they are limited to applications with a very reduced operating frequency, such as the cardiac defibrillator. On the other hand, because of this special dielectric tricum, these capacitors have a Joule price, which is 3 to 4 times higher than that of capacitors with a conventional dielectric. The type of capacitor, which is the subject of this German patent application, which does not have the inconveniences of "K-film", can thus only be considered for an energy density 3 of more than 0.5 J / cm in the majority of the other cases than the 30 cardiac defibrillator.
Het is dit feit, dat aanvraagster heeft gemotiveerd het toepassingsgebied van deze aanvankelijke uitvinding uit te breiden en te perfectioneren. In feite was de eerdere aanvrage beperkt tot een toepassingsgebied, dat identiek is aan of dichtbij dat van de hartdefibril-35 lator ligt en aanvraagster heeft nu de toepassing van haar condensator aan andere gebieden dan de hartdefibrilator aangepast, waarin een energiedichtheid vat 0,5 tot 1,2 J/cm^ tot nu toe niet bekend was. Een andere motivatie van 03 ü l o o o ‘ ' >· -2- 25058/JF/tv aanvraagster ligt in het feit dat de energiedichtheden van 0,5 tot 1,2 3 J/cm , die eerder zijn verkregen, slechts zijn verkregen bij enige prototypes en het was vervolgens onmogelijk dezelfde waarden te verkrijgen voor nieuwe series. Het doel van de onderhavige uitvinding bestaat dus 5 eveneens uit het definiëren van basisprincipes, die aan de oorsprong van deze energiedichtheden liggen, ten einde deze op een betrouwbare manier te kunnen reproduceren en zelfs deze voorbij te streven om waarden groter 3 dan 2 J/cm te bereiken. Wat betreft de nieuw voorziene gebieden, zijn deze die van een elementaire hoogspanningscondensator met hoge energie-10 dichtheid en met zeer talrijke toepassingen, zoals energieopslag, ontlading, commutatie en filtering.It is this fact that the applicant has motivated to expand and perfect the scope of this initial invention. In fact, the previous application was limited to an area of application which is identical to or close to that of the cardiac defibrillator and Applicant has now adapted the application of its capacitor to areas other than the cardiac defibrillator in which an energy density is 0.5 to 1.2 J / cm 2 was not known so far. Another motivation of 03 ü looo ''> · -2-25058 / JF / tv applicant lies in the fact that the energy densities of 0.5 to 1.2 3 J / cm, previously obtained, were only obtained with some prototypes and it was then impossible to obtain the same values for new series. Thus, the object of the present invention is also to define basic principles, which are at the origin of these energy densities, in order to be able to reproduce them reliably and even to surpass them to values greater than 2 J / cm reach. As for the newly envisioned areas, they are those of a basic high voltage capacitor with high energy density and with very numerous applications such as energy storage, discharge, commutation and filtering.
De uitvinding voorziet hiertoe in een elementaire condensator , van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft, dat bij elk bekleedsel ten minste een uit een eerste diëlektricum bestaand blad 15 behoort, dat elk bekleedsel is gevormd van een metallisering met een weerstand per oppervlakteëenheid van 2 tot 30 ohm, aangebracht op een tweede diëlektricum, dat bestaat uit een drager met een vezelige structuur, die de regeneratie bevordert, zodat de condensator regeneratief (zelf-herstellend) is, dat de condensator is geïmpregneerd met een vloeibaar 20 diëlektricum en dat de aard en de dikte van elk van de diëlektrica evenals het vloeibare diëlektricum zo zijn gekozen, dat op het moment waarop de condensator is onderworpen aan de nominale spanning ervan de verhouding tussen het elektrische veld en de doorslagsfeerkte in hoofdzaak gelijk is voor elk van de diëlektrica.The invention provides for this purpose an elementary capacitor of the type mentioned in the preamble, characterized in that each coating comprises at least one sheet 15 consisting of a first dielectric, each coating being formed of a metallization with a resistance per surface unit of 2 to 30 ohms, applied to a second dielectric, which consists of a support with a fibrous structure, which promotes regeneration, so that the capacitor is regenerative (self-repairing), that the capacitor is impregnated with a liquid dielectric and that the nature and thickness of each of the dielectrics as well as the liquid dielectric are chosen so that at the time when the capacitor is subjected to its nominal voltage, the ratio of the electric field to the breakdown atmosphere is substantially equal for each of the dielectrics.
25 Dit kenmerk beschrijft de basismiddelen voor het in de praktijk brengen van de uitvinding. De prestaties die dank zij deze middelen kunnen worden verkregen zijn het best samen te vatten door twee grootheden: het gemiddelde elektrische veld dat heerst in het diëlektricum van de condensator wanneer deze op de nominale spanning ervan werkt, 30 dit veld is ongeveer 200 V/pm tot meer dan 400 V/pm en de soortelijke energiedichtheid van de condensator bij deze zelfde spanning, die van 3 3 0,5 J/cm tot meer dan 2 J/cm is. Trouwens zal verderop worden aangetoond hoe deze twee prestaties, die het markantst zijn voor een condensator van het hierboven beschouwde algemene typ^ met elkaar zijn verbonden.This feature describes the basic means of practicing the invention. The performance that can be obtained thanks to these means is best summarized by two quantities: the average electric field prevailing in the capacitor's dielectric when it operates at its nominal voltage, this field is approximately 200 V / pm to more than 400 V / pm and the specific energy density of the capacitor at this same voltage, which is from 3 3 0.5 J / cm to more than 2 J / cm. Moreover, it will be shown below how these two performances, which are the most striking for a capacitor of the general type considered above, are interconnected.
35 Dit hoge elektrische veld en deze hoge energiedichtheid worden bereikt dank .zij twee dominerende factoren; deze twee factoren, die elkaar wederzijds versterken voor het verkrijgen van de gegeven resultaten -50 2 68 8 - -3- 25058/JF/tv 4 * zijn de volgende: 1. De zelfherstellende eigenschap.This high electric field and this high energy density are achieved thanks to two dominant factors; these two factors, which mutually reinforce each other to obtain the given results -50 2 68 8 -3- 25058 / JF / tv 4 * are the following: 1. The self-healing property.
2. De nagenoeg totale exploitatie van de doorslagsterkte, oftewel diëlektrische stijfheid van elk van de diëlektrica dank zij een 5 verdeling van elektrische velden in evenredigheid met de stijfheid van elk van de diëlektrica.2. The almost total exploitation of the dielectric strength, ie dielectric stiffness of each of the dielectrics, thanks to a distribution of electric fields proportional to the stiffness of each of the dielectrics.
Definitie: In de gehele beschrijving wordt onder "nominale spanning" ("rated voltage") de maximale gebruiksspanning van de condensator verstaan. Deze komt overeen met een normaal gebruik, dat wil zeggen met 10 een voldoende veiligheidsmarge, maar bij toepassingen waar zekere beperkingen, anders dan de-spanning zelf, zwak of gemiddeld zijn. Deze beperkingen zijn bijvoorbeeld de herhalingsfrequentie, wanneer de condensator ontlaad wordt benut, de temperatuur of andere parameters. Indien zekere van deze parameters zijn verhoogd, zal de condensator'kunnen werken in 15 "derating", op een bepaalde benuttingsspanning, kleiner dan de "nominale" spanning.Definition: Throughout the description, "rated voltage" means the maximum operating voltage of the capacitor. This corresponds to normal use, ie with a sufficient safety margin, but in applications where certain limitations, other than the voltage itself, are weak or moderate. These limitations are, for example, the repetition frequency when the capacitor is discharged, the temperature or other parameters. If certain of these parameters are increased, the capacitor will be able to operate in "derating", at a certain utilization voltage, less than the "nominal" voltage.
1. Zelfherstellingseigenschap:1. Self-repair feature:
De zelfherstelling is de eigenschap een isoleringsgebrek te "herstellen" wanneer dit plaatsvindt door verdamping van de metallisering 20 in het doorslaggebied. Men kan dus de uit diëlektricum bestaande eenheid, geplaatst tussen de twee bekleedsels tot in een zeer hoge mate exploiteren, aangezien de gebrekken die optreden worden geëlimineerd. Deze eigenschap staat het dus toe de isoleringsgrenswaarde van de eenheid van diëlektrica te benaderen, wat ook het niveau is, waarop- deze grenswaarde zich bevindt.The self-repair is the property of "repairing" an insulation deficiency when this occurs by evaporation of the metallization 20 in the breakdown region. Thus, the dielectric unit interposed between the two coatings can be exploited to a very high degree, since the defects that occur are eliminated. Thus, this property allows to approach the insulation limit value of the unit of dielectrics, whatever the level at which this limit value is.
25 Het is de rol van het tweede diëlektricum en de karakteristieken van de metallisering die deze zelfherstellende functie verzekeren. In feite is de zelfherstellende werkwijze reeds meerdere decennia bekend, maar is nooit benut in de door de onderhavige uitvinding uiteengezette omstandigheden en is dus nooit met dezelfde resultaten uitgevoerd. In het bijzonder 30 is deze werkwijze nooit tegelijk gebruikt op het niveau van spanning, energie en elektrisch veld waar de uitvinding dit toestaat; want op zekere van deze niveaus kan het verschijnsel niet meer worden gestuurd en versneld de vernietiging van de condensator. Dit probleem is perfect gesteld in het Franse octrooi nr. 79 08 375, waarvan hierna de formulering wordt 35 aangehaald: "Het is bekend dat gedurende de besturingen voor de vervaardiging of de benutting van dergelijke condensatoren, de gebreken van hetIt is the role of the second dielectric and the characteristics of the metallization that ensure this self-healing function. In fact, the self-healing method has been known for several decades, but has never been utilized under the conditions set forth by the present invention and thus has never been performed with the same results. In particular, this method has never been used simultaneously at the voltage, energy and electric field levels where the invention allows; for at some of these levels the phenomenon can no longer be controlled and accelerates the destruction of the capacitor. This problem is perfectly addressed in French Patent No. 79 08 375, the wording of which is cited below: "It is known that during the controls for the manufacture or utilization of such capacitors, the defects of the
35 0 2 68 S35 0 2 68 S
\ * ï -4- 25058/JF/tv diëlektricum aanleiding geven tot plaatselijke ontladingen in de vorm van bogen, die het gemetalliseerde bekleedsel plaatselijk oxideren of doen verdampen. Deze ontladingen zijn nuttig, want zij herstellen zo de normale isolering.. Dit proces wordt "herstelling” genoemd. Voor conden-5 satoren van een zeker type en spanningen, die hoger zijn dan enkele honderdtallen volt, is de voor een van deze plaatselijke ontladingen beschikbare energie zo, dat de condensator ten minste plaatselijk kan worden vernietigd. Dit risico is des te groter omdat de in een condensator opgeslagen energie evenredig is aan het kwadraat van de spanning, 10 hetgeen het gevaar van vernietiging in het geval van hoogspanningscon-densatoren verergert”.25058 / JF / TV dielectric give rise to local arcs in the form of arcs which locally oxidize or vaporize the metallized coating. These discharges are useful because they restore normal isolation. This process is called “repair.” For capacitors of a certain type and voltages higher than several hundred volts, one of these local discharges is available energy such that the capacitor can be destroyed at least locally This risk is all the greater because the energy stored in a capacitor is proportional to the square of the voltage, which exacerbates the danger of destruction in the case of high voltage capacitors ".
De oplossing voor dit probleem, voorgesteld door het Franse octrooi nr. 79 08 375 is het gemetalliseerde bekleedsel onder te verdelen in talrijke delen door niet-geleidende lijnen, verkregen door een laser-15 bundel, ten einde de genoemde energie op het moment van een herstelling te begrenzen. De waarden van de spanning, het veld en de energie die het toelaten de laatstgenoemde oplossing te bereiken zijn 1500 V, 187 V/ym (1500 V : 8 ym) en 112 J.The solution to this problem, proposed by French Patent No. 79 08 375, is to divide the metallized coating into numerous parts by non-conductive lines obtained by a laser-15 beam, in order to provide the said energy at the time of a limit repair. The values of voltage, field and energy that allow to reach the latter solution are 1500 V, 187 V / ym (1500 V: 8 ym) and 112 J.
Maar de in dit octrooi voorgestelde oplossing heeft de volgende 20 ongemakken:But the solution proposed in this patent has the following 20 inconveniences:
Complexiteit voor de demetallisering door een laserbundel, verlies van capaciteit als gevolg van deze demetallisering, verlies van capaciteit in werking op het moment waarop een van de tussenruimten worden gescheiden. Anderszijds zijn de waarden van de spanning, het veld 25 en de energie, verkregen volgens dit octrooi lager dan die van de onderhavige uitvinding, waarbij de waarden respectievelijk van 600 V tot ten minste 8000 V, 200 V/ym tot meer dan 400 V/ym en tot aan 500 J of meer zijn voor een elementaire condensator.Complexity for the demetallization by a laser beam, loss of capacity as a result of this demetallization, loss of capacity in operation when one of the gaps are separated. On the other hand, the values of the voltage, field and energy obtained according to this patent are lower than those of the present invention, the values being from 600 V to at least 8000 V, 200 V / ym to more than 400 V /, respectively. ym and up to 500 J or more are for an elementary capacitor.
De in de onderhavige octrooiaanvrage gegeven oplossing leidt 30 dus tot resultaten die zeer interessant zijn, terwijl eenvoudige middelen worden gebruikt, omvattende een metallisering met een weerstand per oppervlakteëenheid van 2 a 30 ohm, aangebracht op het tweede diëlektricum, bestaande uit een drager met een geïmpregneerde vezelige structuur. Met andere woorden ligt deze karakterisering, behorend bij andere elementen 35 van de onderhavige uitvinding, aan de basis van een perfecte "beheersing” van het herstellingsverschijnsel en dat zelfs voor extreme waarden van de spanning, het veld en energieën, die hierboven zijn gegeven. Deze beheersing kan worden onderstreept door de volgende constateringen: 8502 68 8 \ » - * -5- 25058/JF/tv - wanneer een condensator volgens de uitvinding wordt onderworpen aan een herstelling, hetzij als gevolg van een zekere werkingsduur, hetzij omdat de nominale spanning ervan is gepasseerd, is de op het moment van deze herstelling gedissipeerde energie altijd een zeer 5 klein gedeelte van de totale energie van de condensator, bijvoorbeeld 1%. Zo zal een condensator volgens de uitvinding opgeladen tot 5000 V bijvoorbeeld een daling van de spanning ervan tot 4980 V als gevolg van een herstelling te zien geven. De geringheid van de spanningsdaling en de daling van de energie op het moment van de herstelling is het gevolg 10 van het feit dat de stroom, die circuleert naar de plaats die herstelt, wordt begrensd door de betrekkelijk hoge weerstand per oppervlakteëenheid van de gemetalliseerde laag.The solution given in the present patent application thus leads to results which are very interesting, while simple means are used, comprising a metallization with a resistance per surface unit of 2 to 30 ohms, applied to the second dielectric, consisting of a carrier with an impregnated fibrous structure. In other words, this characterization, associated with other elements of the present invention, underlies perfect "control" of the repair phenomenon even for extreme values of the voltage, field and energies given above. control can be underlined by the following observations: 8502 68 8 \ "- * -5- 25058 / JF / tv - when a capacitor according to the invention is subjected to a repair, either due to a certain duration of operation or because the rated voltage the energy dissipated at the time of this repair is always a very small part of the total energy of the capacitor, for example 1%, for example, a capacitor according to the invention will be charged to 5000 V, for example a drop in its voltage up to 4980 V due to a repair The slightness of the voltage drop and the drop in energy at the time of the repair This results from the fact that the current circulating to the repair site is limited by the relatively high resistance per unit area of the metallized layer.
- omdat anderzijds de dikte van het metaal zeer gereduceerd is, zal de massa van het te verdampen metaal gering zijn. Een opmerkelijke 15 karakteristiek van de condensator volgens de uitvinding is dat de spanning van de condensator niet hoeft te dalen om de herstellingsstroom te doen stoppen, deze stopt zelf vanwege de óppervlakteweerstand en de fijnheid van de laag.on the other hand, because the thickness of the metal is very reduced, the mass of the metal to be evaporated will be small. A remarkable characteristic of the capacitor according to the invention is that the voltage of the capacitor does not have to drop in order to stop the repair current, it stops itself because of the surface resistance and the fineness of the layer.
- een demonstratie van de uitstekende beheersing van de her-20 stelling in een condensator volgens de uitvinding is het volgende experiment: men neemt een condensatorwikkeling volgens de uitvinding en men doorprikt meerdere lagen diëlektricum van de wikkeling met een naald tot een diepte van ongeveer 1 mm, loodrecht op de as ervan, waarna men terugtrekt. Daarna laadt men de condensator. Bij de eerste oplading zijn 25 er enkele zeer zwakke knetteringen (aangezien de wikkeling zich in de lucht bevindt), waarna de isolering opnieuw definitief tot stand zal zijn gebracht.- a demonstration of the excellent control of the recovery in a capacitor according to the invention is the following experiment: one takes a capacitor winding according to the invention and several layers of dielectric of the winding are pierced with a needle to a depth of about 1 mm. , perpendicular to its axis, after which one retreats. The capacitor is then charged. On the first charge, there are some very weak crackles (since the winding is in the air), after which the isolation will again be finalized.
2. Exploitatie van de twee diëlektrica in dezelfde verhouding.2. Operation of the two dielectrics in the same ratio.
Dit tweede deel van de hoofdkarakterisering versterkt zich met 30 de herstellingseigenschap, want terwijl deze laatste het toestaat te gaan tot aan de isoleringsgrenswaarde, staat het tweede deel het toe deze grenswaarde te verhogen tot nooit bereikte waarden. In feite staat het feit de verschillende parameters van de diëlektrica zodanig te kiezen dat het elektrische veld in elk in een constante verhouding staat met 35 betrekking tot de diëlektrische stijfheid ervan, toe de twee diëlektrica in eenzelfde mate te exploiteren, bijvoorbeeld 80%. Dank zij deze werkwijze zal de eenheid van het diëlektricum beter worden geëxploiteerd en èoÖ2 633 -6- 25058/JF/tv • ?This second part of the main characterization is reinforced by the recovery property, because while the latter allows to go up to the isolation limit value, the second part allows to increase this limit value to never reached values. In fact, the fact that the different parameters of the dielectrics are chosen so that the electric field in each is in a constant relationship to its dielectric stiffness allows the two dielectrics to be exploited to the same extent, for example 80%. Thanks to this method, the unit of the dielectric will be better exploited and èoÖ2 633 -6-25058 / JF / tv •?
VV
kan men een gemiddeld elektrisch veld bereiken van een niveau zonder precendent. De waarden van het verkregen gemiddelde elektrische veld in de verschillende uitvoeringsvormen van de uitvinding gaan van 200 V/ym tot meer dan 400 V/ym. Welnu, eenvoudig is aan te tonen dat voor een 5 gewikkelde condensator de soortelijke energiedichtheid d is d = 2 E2 met ε = absolute diëlektrische constante van het vacuüm o 10 ε = relatieve diëlektrische constante van het diëlektricum r E = elektrisch veld in het diëlektricum.one can achieve an average electric field of a level without precendent. The values of the average electric field obtained in the various embodiments of the invention range from 200 V / ym to more than 400 V / ym. Well, it is easy to demonstrate that for a 5-wound capacitor the specific energy density d is d = 2 E2 with ε = absolute dielectric constant of the vacuum o 10 ε = relative dielectric constant of the dielectric r E = electric field in the dielectric.
22
Daar d evenredig is aan E is het duidelijk dat aangezien de uitvinding een elektrisch veld toelaat dat meer dan het dubbele is van 15 dat van de stand van de techniek (300 a 400 V/ym tegen 150 V/ym) dit resulteert in een energiedichtheid voor de condensatoren die meer dan 4 maal zo groot is.Since d is proportional to E, it is clear that since the invention allows an electric field that is more than double that of the prior art (300 to 400 V / ym versus 150 V / ym) this results in an energy density for capacitors that are more than 4 times larger.
Een voorkeurswerkwijze voor de gelijke exploitatie van de twee diëlektrische films bestaat uit het feit de types van deze twee diëlek-20 trica evenals de diëlektrische vloeistof, die deze impregneert zodanig te kiezen, dat voor elk van de geïmpregneerde diëlektrica de verhouding tussen de weerstand ervan en het maximale elektrische veld ervan in hoofdzaak gelijk is. De constante van deze verhouding moet in het bijzonder worden geverifieerd op het verhoogde niveau van het elektrische veld dat 25 de uitvinding voorziet. Het is natuurlijk zo dat de impregneringsvoorwaarden (temperatuur, mate van vacuüm, duur van de behandeling) het toelaten op deze verschillende parameters in te werken. Een dergelijke werkwijze om in te werken op de gunstige verdeling van de elektrische velden in een gemengd diëlektricum is in het geheel niet bekend en is op zichzelf in 30 tegenspraak met de gewone aanvaarde elektrische wetten. In feite hangt in het geval van een gemengd diëlektricum het elektrische veld in elk van de twee diëlektrica af van meerdere parameters van deze diëlektrica. Laten we figuur 1a beschouwen.A preferred method for the equal exploitation of the two dielectric films consists in choosing the types of these two dielectrics as well as the dielectric liquid which it impregnates so that for each of the impregnated dielectrics the ratio between their resistance and its maximum electric field is substantially equal. The constant of this ratio must in particular be verified for the increased level of the electric field envisaged by the invention. It is of course true that the impregnation conditions (temperature, degree of vacuum, duration of the treatment) allow to act on these different parameters. Such a method of acting on the favorable distribution of the electric fields in a mixed dielectric is not known at all and per se contradicts the ordinary accepted electric laws. In fact, in the case of a mixed dielectric, the electric field in each of the two dielectrics depends on multiple parameters of these dielectrics. Let's consider Figure 1a.
De twee diëlektrica (1) en (2) hebben hetzelfde oppervlak, 35 dikten e^ en e^, relatieve diëlektrische constanten ε^ en ε^, soortelijke weerstanden r^ en r^ en indien men de condensator tot een spanning ü laadt, vertoont deze in elk van de diëlektrica velden en en treedt over elk 8δ δ 2 6 8 8 -7- 25058/JF/tv « · van de diëlektrica een spanning en e^ op.The two dielectrics (1) and (2) have the same area, 35 thicknesses e ^ and e ^, relative dielectric constants ε ^ and ε ^, resistances r ^ and r ^ and if one charges the capacitor to a voltage ü this in each of the dielectrics fields and a voltage and e ^ occurs across each 8δ δ 2 6 8 8 -7-25058 / JF / tv «· of the dielectrics.
De stand van de techniek neemt universeel aan dat in het geval van een dergelijk gemengd diëlektricum de velden E2 en bijgevolg de spanningen U2 functies zijn van de diëlektrische constanten s1 en ε2· 5 Men laat zien dat (1) \ _ e1 e2 Ü1 ε2 el ^ Welnu deze betrekking is alleen waar voor een theoretische condensator, die geen lekweerstand heeft. Dergelijke lekweerstanden en R2 zijn in figuur 1b parallel aan de condensatoren en C2 aangegeven, die de twee diëlektrica 1 en 2symboliseren. In het merendeel van de praktische toepassingen is de betrekking (1) waar, want R1 en R2 kunnen 15 als oneindig worden beschouwd. Indien men de condensatoren en C2 in serie beschouwt en zonder lekweerstanden, heeft men (2) ^2 Ö1 ' C2 20 De vooronderstelling R^ en oneindig is in praktisch alle toepassingen van de stand van de techniek gerechtvaardigd, want alle bekende condensatoren werken in een "zwak" elektrisch veld (kleiner dan 200 V/ym). Onder deze omstandigheden vertoont de soortelijke weerstand van het diëlektricum, die men op een conventionele wijze kan uitdrukken 25 in ft.m maar ook in ΜΩ-yF voor een diëlektricum zoals bijvoorbeeld polyetheentereftalaat een waarde van 50.000 ΜΩ.μΡ. Deze waarde, die in de literatuur wordt gegeven voor alleen een veld van enkele volt/ um, komt overeen met een tijdconstante van 50.000 seconden, dat wil zeggen 14 uur. Aangezien de laadtijd van een condensator altijd duidelijk lager 30 is dan deze tijd, zal de isoleringsweerstand niet de tijd hebben de verdeling van de spanningen zoals uitgedrukt door de betrekkingen (1) en (2) te modificeren.The prior art universally assumes that in the case of such a mixed dielectric the fields E2 and consequently the voltages U2 are functions of the dielectric constants s1 and ε2.5 It is shown that (1) \ _ e1 e2 Ü1 ε2 el ^ Well, this relationship is only true for a theoretical capacitor, which has no leakage resistance. Such leakage resistors and R2 are shown in Figure 1b in parallel with the capacitors and C2, which symbolize the two dielectrics 1 and 2. In most of the practical applications, the relationship (1) is true, because R1 and R2 can be considered infinite. If one considers the capacitors and C2 in series and without leakage resistances, one has (2) ^ 2 Ö1 'C2 20 The premise R ^ and infinite is justified in practically all applications of the prior art, because all known capacitors operate in a "weak" electric field (less than 200 V / ym). Under these conditions, the resistivity of the dielectric, which can be expressed in a conventional manner, is 25 in ft.m but also in ΜΩ-yF for a dielectric such as, for example, polyethylene terephthalate, a value of 50,000 ΜΩ.μΡ. This value, which is given in the literature for only a field of a few volts / µm, corresponds to a time constant of 50,000 seconds, i.e. 14 hours. Since the charging time of a capacitor is always clearly less than this time, the insulation resistance will not have the time to modify the distribution of the voltages as expressed by relations (1) and (2).
Onder de omstandigheden van de uitvinding daarentegen, die in het bijzonder bestaan uit het zo dicht mogelijk benaderen van het grens-35 veld, toegelaten door de diëlektrica, dat wil zeggen hun intrinsieke stijfheid, zijn de soortelijke weerstanden van de diëlektrica niet meer dan een breukdeel van die, welke in de literatuur worden gegeven en worden dusUnder the conditions of the invention, on the other hand, which in particular consist of approaching as close as possible to the boundary field allowed by the dielectrics, ie their intrinsic stiffness, the resistances of the dielectrics are no more than a fraction of those which are given in the literature and thus become
S53 2 6 8 SS53 2 6 8 S
* ** *
VV
-8- 25058/JF/tv de isoleringsweerstanden en R^, evenals de tijdsconstanten R^ en I?2 Cg voldoende klein om de verdeling van de spanningen teweeg te brengen volgens de betrekking 5 f3) \ h 0, = 8, dat wil zeggen 10 (4) U1 U2 · R1 R2 ..25058 / JF / tv the insulating resistors and R ^, as well as the time constants R ^ and I? 2 Cg, sufficiently small to cause the distribution of the voltages according to the relationship 5, i.e., 8, i.e. say 10 (4) U1 U2R1 R2 ..
Wanneer men zich verplaatst in het geval waarin en U2 hun maximale waarden hebben bereikt, zeer dicht bij de doorslag, heeft men 15 (5) = max R1 R2When moving in the case where and U2 have reached their maximum values, very close to the breakdown, one has 15 (5) = max R1 R2
Gegeven dat het maximale veld van elk van de 20 diëlektrica E1 max en E2 max (diëlektrische stijfheid) optreedt, evenals hun respectieve soortelijke weerstand en r2 en de dikten van de diëlektrica, verkrijgt men: (6) E^ max e^ Eg max e2 25 r1 8, " r2 e2 dat' wil zeggen (7) E1 max E2 max 30 5 ~FÏ~Given that the maximum field of each of the 20 dielectrics E1 max and E2 max (dielectric stiffness) occurs, as well as their respective resistivity and r2 and the thicknesses of the dielectrics, one obtains: (6) E ^ max e ^ Eg max e2 25 r1 8, "r2 e2 ie" (7) E1 max E2 max 30 5 ~ FÏ ~
Een betrekking die zich in principe vertaalt in een voorkeurswerkwijze van de keuze van de diëlektrica en de impregneringsomstandig-heden, voorzien door de uitvinding.A relationship which basically translates into a preferred method of selecting the dielectrics and impregnation conditions provided by the invention.
35 Maar toch moet worden opgemerkt dat de betrekking (7) slechts geldt op een zuiver theoretisch vlak. In feite is het in de praktijk beter zich te beperken tot de benutting van betrekkingen (3) of (4) die de totale 350 2 6 8 e * * -9- 25058/JF/tv isoleringsweerstand van een dikte van de gegeven laag tot stand doet komen in plaats van de soortelijke weerstand ervan. Want voor het verkrijgen van de betrekkingen (6) en (7) heeft men de hypotheses = r^ e^ en Rg = r^ aangenomen, terwijl experimenten hebben aangetoond dat deze 5 hypotheses niet zijn geverifieerd voor dunne diëlektrische films , onderworpen aan hoge velden. Geconstateerd is dat voor dergelijke films R geen lineaire functie van de dikte is, dat wil zeggen de soortelijke weerstand geen constante is. Voor bijvoorbeeld polyesterfilms van 3 tot 5 pm is de soortelijke weerstand veel geringer dan voor een dikte van 10 8 tot 12 ym. Deze soortelijke weerstanden worden natuurlijk altijd in een sterk veld gemeten. De keuze van de diëlektrica moet dus geschieden volgens betrekking (4) en er moet rekening worden gehouden met dikten van bepaalde diëlektrica.35 Nevertheless, it should be noted that the relationship (7) applies only on a purely theoretical level. In fact, in practice it is better to limit yourself to the utilization of relations (3) or (4) which increase the total 350 2 6 8 e * * -9- 25058 / JF / tv insulation resistance from a thickness of the given layer to instead of its specific resistance. For to obtain the relations (6) and (7) the hypotheses = r ^ e ^ and Rg = r ^ have been assumed, while experiments have shown that these 5 hypotheses have not been verified for thin dielectric films, subject to high fields . It has been found that for such films R is not a linear function of the thickness, i.e. the resistivity is not a constant. For example, for polyester films of 3 to 5 µm, the resistivity is much lower than for a thickness of 8 to 12 µm. These resistances are of course always measured in a strong field. The selection of the dielectrics must therefore be made according to relation (4) and account must be taken of thicknesses of certain dielectrics.
Laten we een eenheid beschouwen (figuur 1a), gevormd van twee 15 diëlektrica, waarvan het ene (1) een vaste stof is en is gevormd uit een homogeen plastic materiaal en het andere (2) poreus en vezelig is, waarbij het geheel is geïmpregneerd met een isolerende olie. Indien men deze diëlektrica bestudeert op het vlak van hun soortelijke weerstand, kan men als eerste benadering aannemen dat het diëlektricum 2 zich 20 gedraagt als een oliereservoir en een groot deel van de karakteristieken van laatstgenoemde bezit, terwijl het diëlektricum 1, dat een vaste stof is, in essentie de karakteristieken van het materiaal heeft, dat dit vormt. Volgens de wetenschap van de stand van de techniek neemt men aan, dat wanneer een dergelijk vast diëlektricum alleen of in combinatie 25 met een ander wordt benut en wanneer dit is geïmpregneerd met olie, laatstgenoemde slechts dient voor het versterken van zwakke punten van het diëlektricum en het verbeteren van de diëlektrische stijfheid van deze plaatsen. Men rekent ook op een verkleining van de corona-effecten in het bijzonder op het niveau van de randen en kanten. Voor wat betreft de 30 soortelijke weerstand van een vast diëlektricum, neemt men altijd aan dat dit altijd een karakteristiek heeft, die enkel eigen is aan het materiaal zelf. In het kader van de resultaten van de onderhavige uitvinding daarentegen, en in elk geval voor sterkere velden, die worden voorzien, heeft het diëlektricum 1 een soortelijke weerstand die niet constant is, maar 35 allereerst evenredig is aan de dikte van de film, die is gekozen, en vervolgens is voor een gegeven dikte deze soortelijke weerstand (of de weerstand in het geval van deze bepaalde dikte) een functie, die afneemtLet's consider a unit (figure 1a), formed from two 15 dielectrics, one (1) of which is a solid and formed of a homogeneous plastic material and the other (2) is porous and fibrous, with the whole impregnated with an insulating oil. If one studies these dielectrics in terms of their resistivity, the first approximation is that the dielectric 2 behaves like an oil reservoir and has a large part of the characteristics of the latter, while the dielectric 1, which is a solid , in essence, has the characteristics of the material that it forms. According to the prior art, it is believed that when such a solid dielectric is used alone or in combination with another and when it is impregnated with oil, the latter serves only to strengthen weaknesses of the dielectric and improving the dielectric stiffness of these places. One also counts on a reduction of the corona effects, in particular on the level of the edges and edges. As for the resistivity of a solid dielectric, it is always assumed that it always has a characteristic inherent only in the material itself. In the context of the results of the present invention, on the other hand, and in any case for stronger fields, which are envisaged, the dielectric 1 has a resistivity which is not constant, but is first of all proportional to the thickness of the film, which is and then for a given thickness this specific resistance (or the resistance in the case of this particular thickness) is a function that decreases
. : 6 8 S. : 6 8 S
-10- 25058/JF/tv met het elektrische veld. Ten slotte is deze soortelijke weerstand niet uitsluitend aan het materiaal gebonden, maar is sterk een functie van de olie, die dit impregneert. Deze ontdekking is per ongeluk gedaans Aanvraagster heeft een eerste condensator volgens de 3 5 uitvinding tot stand gebracht, die een energiedichtheid van 1,3 J/cm had, verkregen op een perfect betrouwbare en reproduceerbare manier.-10-25058 / JF / TV with the electric field. Finally, this resistivity is not exclusively bound to the material, but is strongly a function of the oil which impregnates it. This discovery is accidentally made. Applicant has produced a first capacitor according to the invention, which had an energy density of 1.3 J / cm, obtained in a perfectly reliable and reproducible manner.
Deze condensator werd geïmpregneerd met siliconenolie. Vervolgens heeft aanvraagster een tweede condensator vervaardigd, die exact identiek aan de eerste was, maar geïmpregneerd met ricinusolie.This capacitor was impregnated with silicone oil. Subsequently, the applicant produced a second capacitor, which was exactly identical to the first, but impregnated with castor oil.
10 De laadspanning van deze tweede condensator kon niet meer bereiken dan 75% van de spanning van de voorgaande condensator en de energiedichtheid ervan was dus verminderd tot 56% van die van de eerste condensator. Welnu de isoleringskarakteristieken van de ricinusolie zijn praktisch evengoed als die van de siliconenolie. Door het berekenen van 15 de energie in elk van de diëlektrica van de eerste condensator heeft men geconstateerd dat de energie in het diëlektricum 1 ongeveer 85% van de totale energie ervan vertegenwoordigt. Het energietekort van de tweede condensator moet dus ten minste voor een groot deel afkomstig zijn van het diëlektricum 1, aangezien deze condensator 44% van de totale energie 20 ervan heeft verloren. Dit energietekort van de tweede condensator kan dus niet alleen afkomstig zijn van het diëlektricum 2 hetgeen het gevolg is van de weerstand of de stijfheid van dit diëlektricum en de olie ervan. Aangezien de diëlektrische stijfheid van de olie van de tweede condensator evengoed was als die van de eerste, kan het energietekort van het 25 diëlektricum 1 niet een kwestie zijn van de diëlektrische stijfheid, maar alleen een modificatie van de weerstand en een slechte verdeling van de spanningen met betrekking tot de stijfheden, zoals de uitvinding dit leert.The charge voltage of this second capacitor could not reach more than 75% of the voltage of the previous capacitor and its energy density was thus reduced to 56% of that of the first capacitor. Well, the insulating characteristics of the castor oil are practically as good as those of the silicone oil. By calculating the energy in each of the dielectrics of the first capacitor, it has been found that the energy in the dielectric 1 represents about 85% of its total energy. Thus, the energy shortage of the second capacitor must at least largely come from the dielectric 1, since this capacitor has lost 44% of its total energy. Thus, this energy shortage of the second capacitor cannot only come from the dielectric 2 due to the resistance or stiffness of this dielectric and its oil. Since the dielectric stiffness of the oil of the second capacitor was as good as that of the first, the energy shortage of the dielectric 1 may not be a question of the dielectric stiffness, but only a modification of the resistance and poor distribution of the voltages with regard to the stiffnesses, as taught by the invention.
Het blijkt dus dat de olie een rol speelt in de weerstand 30 en de soortelijke weerstand van het diëlektricum 1, hetgeen voor zover bekend niet algemeen wordt aangenomen voor een vast diëlektricum. Op grond van de proefneming heeft aanvraagster de volgende verklaring aangenomen: de mogelijke reden is dat de dunne films van plastic materiaal een zeker aantal microgaten hebben. Het aantal van deze gaten per opper-35 vlakteëenheid is omgekeerd evenredig aan de dikte. Boven een zekere dikte, zijn de films waarschijnlijk "dicht". Deze microgaten zijn fijn genoeg om geen doorslag van het diëlektricum met zich te brengen. Ze onderscheiden λ)2688 -11- 25058/JF/tv zich enerzijds van "kraters" van de film, die scheuren of barsten over een gedeeltelijke diepte van het diëlektricum zijn, maar die groter zijn en de doorslag bij een zekere spanning teweegbrengen en anderzijds van "microholten", die microscopische holten zijn, die zijn gevuld met lucht 5 of olie, maar niet onderling sterk in verbinding staan. De microgaten zijn wat betreft hen, min of meer gevuld met impregneringsolie voldoende talrijk voor een dunne film om bij verhoogd veld door hun parallelle aanwezigheid een stroom door de olie, waarmee deze zijn gevuld, te geleiden. Deze stroom.is het gevolg van ionisatieverschijnselen, of van onzuiverheden, of de rest-10 vochtigheid van de olie. Dit vertaalt zich in een virtuele verlaging van de isoleringsweerstand van de film. Dit verschijnsel voegt zich bij de polarisatie- en ionisatiestromen van het materiaal zelf en riskeert te worden vermengd met de laatstgenoemden. Maar in de omstandigheden van de onderhavige uitvinding is de aanwezigheid van de stroom 15 door microgaten noodzakelijk. Het is door het doen variëren van de typen olie en hun impregneringsomstandigheden en door het meten van de lek-weerstanden (bij verhoogd veld) van de gerealiseerde condensatoren, dat aanvraagster weerstandsveranderingen heeft gevonden, zoals die, welke geen geleiding door de mechanische doorgangen van het diëlektricum 1 20 gevuld met olie kan bewerkstelligen. Indien de plastic film dicht was geweest, zou de olie niet een dergelijke invloed hebben kunnen bezitten.It thus appears that the oil plays a role in the resistance 30 and the resistivity of the dielectric 1, which is not generally known for a solid dielectric. On the basis of the experiment, the applicant has adopted the following statement: The possible reason is that the thin films of plastic material have a certain number of micro-holes. The number of these holes per area unit is inversely proportional to the thickness. Above a certain thickness, the films are probably "dense". These micro holes are fine enough not to cause breakdown of the dielectric. They differ λ) 2688 -11- 25058 / JF / tv on the one hand from "craters" of the film, which are cracks or fissures over a partial depth of the dielectric, but which are larger and cause the breakdown at a certain voltage and on the other hand of "micro-cavities", which are microscopic cavities, which are filled with air or oil, but are not strongly connected to each other. As far as they are concerned, the micro-holes are more or less filled with impregnating oil sufficient for a thin film to conduct a current through the oil with which they are filled, due to their parallel presence, at elevated field due to their parallel presence. This current is due to ionization phenomena, or impurities, or the residual moisture of the oil. This translates into a virtual decrease in the insulation resistance of the film. This phenomenon joins the polarization and ionization currents of the material itself and risks mixing with the latter. However, in the conditions of the present invention, the presence of the flow through micro-holes is necessary. It is by varying the types of oil and their impregnation conditions and by measuring the leakage resistances (at elevated field) of the realized capacitors that the applicant has found resistance changes, such as those which do not conduct through the mechanical passages of the dielectric 1 filled with oil. If the plastic film had been closed, the oil could not have had such an effect.
In het voorbeeld van de hierboven beschreven tweede condensator was dus het energietekort een gevolg van de verlaging van de weerstand (figuur 1) aangezien het veld in het diëlektricum 1 zeer is 25 verkleind als gevolg van de invloed van de betrekking (3). Het veld in het diëlektricum 2 is evenveel hoger en heeft de grenswaarde ervan bereikt voor een veel kleinere spanning, van deze condensator met betrekking tot de eerste. De overmatige verkleining van in deze tweede condensator is bevestigd door zelfontladingsmetingen. Deze metingen vertalen de totale lekweerstand van de condensator, waarin R^ voor een belangrijk deel is opgenomen. Men kan eveneens verifiëren dat de zelfontlading een deel van de energie betreft, die alleen afkomstig kan zijn van het di-elektricum 1. Het beschreven experiment toont aan dat de energiedichtheid van de eerste condensator rust op de weerstandbetrekkingen, voorzien door 35 de uitvinding, die in de tweede condensator zijn verslechterd door het :?02 6csThus, in the example of the second capacitor described above, the energy shortage was due to the reduction in resistance (Figure 1) since the field in the dielectric 1 is greatly reduced due to the influence of the relationship (3). The field in the dielectric 2 is the same higher and has reached its limit for a much smaller voltage of this capacitor with respect to the first. The excessive size reduction in this second capacitor has been confirmed by self-discharge measurements. These measurements translate the total leakage resistance of the capacitor, in which R ^ is largely included. It can also be verified that the self-discharge involves part of the energy, which can only come from the dielectric 1. The described experiment shows that the energy density of the first capacitor rests on the resistance relations provided by the invention, which in the second capacitor have deteriorated by the:? 02 6cs
► A► A
-12- 25058/JF/tv veranderen van het impregneermiddel. Het is verder mogelijk dat een ricinusolie van een andere aard, of die is onderworpen aan een andere behandeling, kan beantwoorden aan de voorwaarden van de uitvinding.-12- 25058 / JF / tv change the impregnation agent. It is further possible that castor oil of a different nature, or that has been subjected to a different treatment, may meet the conditions of the invention.
Andere typen olie, mineraal of organisch zijn ook denkbaar.Other types of oil, mineral or organic are also conceivable.
5 Een opmerkelijk effect in de condensatoren volgens de uitvinding is het feit, dat het verdelingsproces van de spanningen van de twee diëlektrica als functie van de isoleringsweerstanden (of de lekweerstanden) slechts vanaf een sterk veld beginnen, waar nu juist deze goede verdeling belangrijk is.A remarkable effect in the capacitors according to the invention is the fact that the distribution process of the voltages of the two dielectrics as a function of the insulation resistances (or the leakage resistors) only start from a strong field, where precisely this good distribution is important.
10 Terwijl de isoleringsweerstand daalt voor de een of de ander van de twee diëlektrica naarmate het elektrische veld aanzienlijk (bijvoorbeeld 70 of 80%) het maximale veld benadert, is het niet zeker dat deze isoleringsweerstandvermindering in dezelfde verhouding optreedt voor elk van de diëlektrica. Bij zekere toepassingen van de uitvinding wordt 15 de diëlektrische stijfheid of het elektrisch grensveld voor elk van de diëlektrica geëxploiteerd tot ongeveer 80%. Het feit dat in dit diëlek-tricum slechts weinig doorslag optreedt, toont aan dat de isoleringsweerstanden bij dit verhoogde elektrische veld zich verminderen in verhoudingen die in elk geval gunstig zijn voor de goede verdeling van 20 de elektrische velden over de twee diëlektrica. De vermindering van de isoleringsweerstand bij verhoogd elektrisch veld treedt reeds op gedurende het laden van de condensator. Wanneer het elektrische veld in een van de diëlektrica het grensveld benadert, en dus de isoleringsweerstand van dit diëlektricum automatisch afneemt, neemt het elektrische veld ervan minder 25. snel toe, terwijl het veld van het andere diëlektricum sneller gaat toenemen. Men begrijpt dit verschijnsel, indien men het hierboven beschreven vervangingsschema beschouwt. Eveneens gedurende een lading heeft de verandering van een isoleringsweerstand als functie van het veld tot gevolg dat in elk van de diëlektrica de verhouding tussen het effectieve 30 elektrische veld en het elektrische grensveld in hoofdzaak hetzelfde blijft en garandeert ook de omstandigheden die het onderwerp van de uitvinding zijn. Hoe meer het elektrische veld het grensveld benadert, des te zwakker wordt de isoleringsweerstand. Deze zelfregulering werkt natuurlijk slechts in een zeker bereik. Indien voor een gegeven diëlek-35 tricum het grensveld ervan is bereikt terwijl de condensator slechts op een breukdeel van de maximale verwachte spanning is, zal de condensator deze spanning dus niet kunnen bereiken. De oplossing zal in dit geval 850 2 6 3 8 -13- 25058/JF/tv bestaan uit het beter kiezen van de isoleringsweerstanden enWhile the insulation resistance drops for one or the other of the two dielectrics as the electric field approaches (eg 70 or 80%) the maximum field, it is not certain that this insulation resistance reduction occurs in the same ratio for each of the dielectrics. In certain applications of the invention, the dielectric stiffness or the electric boundary field for each of the dielectrics is exploited to about 80%. The fact that only little breakdown occurs in this dielectric shows that the insulating resistances at this increased electric field decrease in ratios which are in any case favorable for the good distribution of the electric fields between the two dielectrics. The reduction of the insulating resistance at elevated electric field already occurs during the charging of the capacitor. When the electric field in one of the dielectrics approaches the boundary field, and thus the insulation resistance of this dielectric automatically decreases, its electric field increases less rapidly, while the field of the other dielectric increases faster. This phenomenon is understood when one considers the replacement scheme described above. Also during a charge, the change of an insulation resistance as a function of the field means that in each of the dielectrics the ratio between the effective electric field and the electric boundary field remains substantially the same and also guarantees the conditions which are the subject of the invention to be. The more the electric field approaches the boundary field, the weaker the insulation resistance becomes. Naturally, this self-regulation only works in a certain range. Thus, if its boundary field is reached for a given dielectric while the capacitor is only at a fraction of the maximum expected voltage, the capacitor will not be able to reach this voltage. The solution in this case 850 2 6 3 8 -13- 25058 / JF / tv will be to better choose the insulation resistances and
De vermindering van de isoleringsweerstand bij verhoogd elektrisch veld is bewezen met behulp van de volgende meetinrichting: men heeft een condensator volgens de uitvinding gerealiseerd, gevormd van een laag 5 van gemetalliseerd papier en twee lagen polyester (voor elk bekleedsel) en een vloeibaar diëlektricum, bestaande uit siliconenolie. Deze condensator had een capaciteit van ongeveer 20 μ F. Tussen de klemmen van deze condensator was een uitwendige weerstand van 1 Gigaohm (G ohm) gemonteerd.The reduction of the insulating resistance at elevated electric field has been proven by means of the following measuring device: a capacitor according to the invention has been realized, formed of a layer 5 of metallized paper and two layers of polyester (for each coating) and a liquid dielectric, consisting of from silicone oil. This capacitor had a capacitance of approximately 20 μF. An external resistor of 1 Gigaohm (G ohm) was mounted between the terminals of this capacitor.
De condensator werd geladen met een gelijkspanning van 4280 V en de afne-10 ming van de spanning in de tijd werd geregistreerd. De ontlaadkromme vertoonde slechts geringe afwijkingen met betrekking tot de theoretische ontlaadkromme van een perfecte condensator (zonder verliezen) over een weerstand van 1 G ohm. Men leide hieruit af dat de inwendige weerstand van de condensator op de spanning van 4280 V veel groter dan 1 G ohm is, 15 in de orde van 100 G ohm. Bij eenzelfde proefneming werd dezelfde condensator geladen tot 6000 V, hetgeen op de nominale spanning ervan is: na 38 minuten was de spanning reeds gedaald tot 5000 V. Indien men deze spanningsdaling als het resultaat van een constante isoleringsweerstand beschouwd, parallel aan de weerstand van 1 G ohm maar inwendig van de 20 condensator (R1 + R2), heeft zij een waarde van 1,55 G ohm. Door het analyseren van de helling van de ontlaadkromme in de onmiddelijke buurt van .het ogenblik waarop de volledige lading werd bereikt heeft men een helling gevonden, die uitermate kleiner is dan die, welke een exponentiële aard zou hebben en men heeft daaruit een ogenblikkelijke tijds-25 constante kunnen afleiden, die kleiner is dan een seconde op dat bepaalde ogenblik van de kromme. Deze verkleinde tijdconstante oefent reeds haar invloed uit aan het einde van de laadbewerking en verandert reeds gunstig de intensiteiten van het veld in de diëlektrica voordat het laden is beëindigd. Vanaf het begin van de laadkromme begint de tijdconstante, 30 die dus zeer kleinis, toe te nemen om na een zekere tijd de waarde te bereiken, die deze heeft aan het eind van de kromme, die van een exponentiële aard is. Deze toeneming is zo snel, dat de condensator-zeer snel een hoge isoleringsweerstand bereikt. Zodra de vereffening van de spanningen Ui en volgens de uitvinding is beëindigd, worden de lekken zeer gering.The capacitor was charged with a DC voltage of 4280 V and the voltage drop over time was recorded. The discharge curve showed only minor deviations from the theoretical discharge curve of a perfect capacitor (without losses) over a 1 G ohm resistor. It was deduced from this that the internal resistance of the capacitor to the voltage of 4280 V is much greater than 1 G ohm, 15 on the order of 100 G ohm. In the same experiment, the same capacitor was charged to 6000 V, which is at its nominal voltage: after 38 minutes, the voltage had already dropped to 5000 V. If this voltage drop is considered the result of a constant insulation resistance, parallel to the resistance of 1 G ohm but inside of the capacitor (R1 + R2), it has a value of 1.55 G ohm. By analyzing the slope of the discharge curve in the immediate vicinity of the moment when the full charge was reached, one has found a slope that is extremely smaller than that which would have an exponential nature and one has an instantaneous time 25 can derive a constant that is less than a second at that particular moment of the curve. This reduced time constant already exerts its influence at the end of the loading operation and already favorably changes the intensities of the field in the dielectrics before the charging is finished. From the beginning of the loading curve, the time constant, which is therefore very small, begins to increase, after a certain time reaching the value it has at the end of the curve, which is of an exponential nature. This increase is so rapid that the capacitor very quickly achieves a high insulation resistance. As soon as the equalization of the voltages Ui and according to the invention has ended, the leaks become very small.
35 De isoleringsweerstand of de tijdsconstante, die sterk zijn afgenomen bij het begin van de ontlaadkromme, geven de afneming aan van ten minste een van de isoleringsweerstanden van de in serie geplaatste Λ O Si *5 3 0 Ö 9 -14- 25058/JF/tv diëlektrica (R^ R^) . De sterke verkleining van de isoleringsweerstand bij nadering van de waarde van het grensveld heeft nog het volgende effect, dat gunstig is voor de levensduur van de condensators indien men aanneemt dat de beschreven condensator voor de eerste keer tot een 5 spanning van 6000 V wordt opgeladen, dan zou elk element van condensator C.j, C2, dat overeenkomt met elk diëlektricum 1 en 2 van figuur 1b dezelfde lading Q accumuleren indien er geen zelfontlading door de isolerings-weerstanden was. De-zelfontlading, die in het algemeen niet hetzelfde is voor de twee diëlektrica heeft tot gevolg dat een van de twee elementen 10 van condensator of na een zekere tijd een kleinere lading zal bevatten dan de andere. Indien men nu de gehele condensator naar het uitwendige ontlaad om 0 V aan de klemmen ervan te meten, zullen de elementen van condensator en niet volledig zijn ontladen als gevolg van hun verschillende lading voor de ontlading: degene die geen 15 inwendige ladingsverliezen heeft gehad blijft gedeeltelijk geladen met de beginpolariteit en de andere zal zijn geladen met een inverse polariteit. De spanningen die resteren aan de klemmen van deze conden-satorelementen zijn voldoende klein opdat de isoleringsweerstand als oneindig kan worden beschouwd. De elementen en kunnen dus hun 20 lading over een lange periode, bijvoorbeeld enkele weken of maanden behouden. Indien men de condensator herlaadt, moet de laadstroom eerst het condensatorelement, waarvan de polariteit is geïnverteerd volledig opladen en vervolgens deze opladen in de richting van de laadstroomj indien men een zekere lading op de condensator aanneemt, zal dit conden-25 satorelement een kleinere lading nemen dan de andere en bijgevolg een kleinere spanning en zal dus minder een beroep doen gedurende volgende ladingen.35 The insulation resistance or the time constant, which have decreased sharply at the beginning of the discharge curve, indicates the decrease of at least one of the insulation resistances of the series-installed Λ O Si * 5 3 0 Ö 9 -14- 25058 / JF / tv dielectrics (R ^ R ^). The sharp decrease in the insulation resistance when approaching the value of the boundary field has the following effect, which is favorable for the life of the capacitors if one assumes that the described capacitor is charged to a voltage of 6000 V for the first time, then each element of capacitor Cj, C2 corresponding to each dielectric 1 and 2 of Figure 1b would accumulate the same charge Q if there was no self-discharge through the insulating resistors. De-discharging, which is generally not the same for the two dielectrics, results in one of the two capacitor elements 10, or after some time, containing less charge than the other. If one now discharges the entire capacitor to the external to measure 0 V at its terminals, the capacitor elements and will not be fully discharged due to their different charge for the discharge: the one that has not had 15 internal charge losses remains partial charged with the initial polarity and the other will be charged with an inverse polarity. The voltages remaining at the terminals of these capacitor elements are sufficiently small that the insulation resistance can be considered infinite. The elements and thus can maintain their charge over a long period of time, for example several weeks or months. If one charges the capacitor, the charging current must first fully charge the capacitor element, the polarity of which is inverted, and then charge it towards the charging current, if one assumes a certain charge on the capacitor, this capacitor element will take a smaller charge than the others and consequently a smaller voltage and will therefore appeal less during subsequent charges.
Dit theoretische effect dat niet kan worden waargenomen met meettechnieken is onderstreept door experimenten met niet de geïsoleerde 30 diëlektrica die de condensator vormen (omdat men de veldintensiteiten in kwestie niet kan toepassen op geïsoleerde diëlektrica met een tamelijk groot oppervlak zonder permanent doorslagen te hebben), maar met twee complete condensatoren (condensatorwikkelingen) van verschillende capaciteit. Twee in serie geplaatste condensatoren zijn op dezelfde 35 manier opgebouwd als de afzonderlijke diëlektrica van een enkele condensator, zoals hierboven aangegeven; natuurlijk treedt dit alleen op, indien men een tamelijk grote verhoogde spanning aanlegd opdat een van de tweeThis theoretical effect that cannot be observed with measurement techniques has been underlined by experiments with not the insulated dielectrics forming the capacitor (because one cannot apply the field intensities in question to insulated dielectrics with a fairly large surface area without having permanent breakdowns), but with two complete capacitors (capacitor windings) of different capacities. Two series-mounted capacitors are constructed in the same manner as the individual dielectrics of a single capacitor, as noted above; of course, this only occurs if one applies a fairly large elevated voltage so that one of the two
8 5 δ 2 6 8 S8 5 δ 2 6 8 S
% -15- 25058/JF/tv condensatoren de grensveldwaarde ervan bereikt en veel verliezen vertegenwoordigt of zelfherstelling. Na een ontlading en een permanente kortsluiting van de serieschakeling is gemeten dat de twee condensatoren geladen bleven met inverse polariteiten, vertegenwoordigende ongeveer 5 1Ö% van de gedurende de lading bereikte spanning. Dit effect, dat in een werkelijke condensator is waargenomen blijkt voordelig te zijn, wanneer men dergelijke condensatoren in serie schakelt, omdat een ongelijke verdeling van de spanning moet worden verwacht als gevolg van gelijke capaciteiten. Ook kan gedurende de lading een ogenblikkelijk 10 verschil tussen de spanningen optreden.% -15- 25058 / JF / tv capacitors reach their limit value and represent many losses or self-repair. After a discharge and a permanent short circuit of the series circuit, the two capacitors were measured to remain charged with inverse polarities, representing approximately 51% of the voltage achieved during the charge. This effect, which has been observed in an actual capacitor, proves to be advantageous when such capacitors are connected in series, because uneven voltage distribution is to be expected due to equal capacitances. An instantaneous difference between the voltages can also occur during the charge.
Dergelijke gebreken door een slechte verdeling van de spanning brengt geen gebrek met zich mee voor het in serie plaatsen van de condensatoren volgens de uitvinding, allereerst omdat de condensator niet wordt verwoest dank zij een zelfherstelling wanneer men de grenswaarde 15 van het gemiddelde veld bereikt (of het grensveld van een van de di-elektrica) en vervolgens omdat na de ontlading men in aanwezigheid is van een lading met inverse polariteit, die een condensator tegen een overlading gedurende een andere lading beschermt.Such defects due to a poor voltage distribution does not cause a failure to place the capacitors according to the invention in series, firstly because the capacitor is not destroyed thanks to a self-repair when the limit value 15 of the average field is reached (or the boundary field of one of the dielectrics) and then because after the discharge one is in the presence of a charge with inverse polarity, which protects a capacitor from an overcharge during another charge.
De elementaire condensator volgens de uitvinding is dus in 20 het bijzonder geschikt om een groot aantal elementen in serie te plaatsen en deze inseriesehakeling vormt een voorkeurstoepassing waarop teruggekomen zal worden.Thus, the elementary capacitor according to the invention is particularly suitable for placing a large number of elements in series and this inserter arrangement is a preferred application which will be discussed again.
De zojuist beschreven principes zijn systematisch geverifieerd voor elementaire condensatoren met spanningen tussen 2 kV en 20 kV en 25 door als eerste diëlektricum polyetheentereftalaat te nemen en als tweede diëlektricum papier (gemetalliseerd). Er is rekening mee gehouden dat de energiedichtheid, die over het gehele bereik van spanningen kan worden verkregen, niet uniform is. De energiedichtheid, 'gegeven voor de gebruiksorastandigheden van een gewenste strengheid haalt een boven-30 waarde van 1 J/cm^ voor een spanning van ongeveer 5 tot 8 kV (voorbeeld: condensator van 7 kV verkregen met papier met een dikte van 7 ym met een metallisering van 5 a 10 Ω per oppervlakteëenheid en polyetheentereftalaat met een dikte van 14 ym in twee lagen van 7 ym, het geheel geïmpregneerd met siliconenolie, waarbij het gemiddelde elektrische veld 3 35 333 V/ym was; energiedichtheid 1,6 J/cm ).The principles just described have been systematically verified for elementary capacitors with voltages between 2 kV and 20 kV and 25 by using polyethylene terephthalate as the first dielectric and paper (metallized) as the second dielectric. It has been taken into account that the energy density, which can be obtained over the entire range of voltages, is not uniform. The energy density given for the usage conditions of a desired severity exceeds 1 J / cm @ 2 for a voltage of about 5 to 8 kV (example: 7 kV capacitor obtained with 7 µm thick paper with a metallization of 5 to 10 Ω per surface unit and polyethylene terephthalate with a thickness of 14 ym in two layers of 7 ym, completely impregnated with silicone oil, the average electric field being 3 35 333 V / ym; energy density 1.6 J / cm ).
Voor de elementaire condensatoren tussen ongeveer 5 kV en 2 kV kan net zoals tussen ongeveer 8 kV en 20 kV de energiedichtheid progres- 35£2 68 8 ----- - -------------^ -16- 25058/JF/tv 3 sief afnemend worden verkregen van 1 J/cm tot aan waarden, die kleiner 3 zijn dan of gelijk aan 0,5 J/cm . De oorzaken van deze afneming zijn de totaal verschillende waarden en volgens de uitvinding zijn andere perfectioneringen of inrichtingen uitgevoerd.For the elementary capacitors between about 5 kV and 2 kV, like between about 8 kV and 20 kV, the energy density can progress- 35 £ 2 68 8 ----- - ------------- ^ 25058 / JF / tv 3 decreasing sively from 1 J / cm to values less than or equal to 0.5 J / cm. The causes of this decrease are the totally different values and according to the invention other perfections or devices have been carried out.
5 Tussen 5 kV en 2 kV:5 Between 5 kV and 2 kV:
De vermindering van de energiedichtheid was het gevolg van een technologische beperking voor een van de gebruikte diëlektrica.The reduction in energy density was due to a technological limitation for one of the dielectrics used.
Laten we het geval nemen van een condensator die een nominale spanning van 3 kV moet hebben. Om een energiedichtheid in de orde van 3 10 1 J/cm te hebben moet deze werken met een elektrisch veld van 300 V/ym (experimenteel resultaat voortvloeiend uit eerder werk). De dikte van het diëlektricum moet dus 3000/300 = 10 ym zijn.Let's take the case of a capacitor that must have a nominal voltage of 3 kV. To have an energy density of the order of 3 10 1 J / cm, it must operate with an electric field of 300 V / ym (experimental result from previous work). Thus, the thickness of the dielectric should be 3000/300 = 10 µm.
Welnu het is intuïtief dat voor het nemen van hetzelfde gemiddelde veld deze bij benadering dezelfde verdeling van dikte moet hebben 15 bij het nemen van dezelfde diëlektrica. In het geval van de hierboven beschreven condensator van 7 kV was de verhouding van de dikte van het papier met betrekking tot de totale dikte van het diëlektricum 6/20', zijnde 30%. Door deze regel toe te passen op de voorziene condensator van 3 kV zou deze dus respectieve dikten van het papier en het pol-yetheen-20 tereftalaat moeten hebben van 3 ym en 7 ym.Well, it is intuitive that for taking the same average field it should have approximately the same thickness distribution when taking the same dielectrics. In the case of the 7 kV capacitor described above, the ratio of the thickness of the paper to the total thickness of the dielectric was 6/20 ', being 30%. Thus, by applying this rule to the provided 3 kV capacitor, it should have respective thicknesses of the paper and the poly-ethylene-20 terephthalate of 3 µm and 7 µm.
Welnu, er bestaat geen papier dat commercieel ter beschikking staat met een dikte .'van minder dan 6 ym. Aanvraagster is dus beperkt geweest bestaand papier van 6 ym te nemen en dit te associëren met een polyetheentereftalaat van 4 ym. De ongunstige verdeling van de di-25 elektrica had tot gevolg dat de verkregen condensator in plaats van het hebben van de spanning van 3 kV in werkelijkheid slechts 2 kV had en 3 slechts een energiedichtheid bereikte van 0,43 J/cm . Deze energiedichtheid was in feite nog acceptabel met betrekking tot de stand van de techniek, maar om dichter bij de waarden te komen, voorzien door de 30 uitvinding, heeft aanvraagster een papier ontwikkeld met een dikte, minder dan 6 ym.Well, there is no commercially available paper with a thickness of less than 6 µm. Thus, the applicant has been limited to take existing 6 µm paper and associate it with a 4 µm polyethylene terephthalate. The unfavorable distribution of the dielectric means that instead of having the voltage of 3 kV, the capacitor obtained actually had only 2 kV and 3 only reached an energy density of 0.43 J / cm. In fact, this energy density was still acceptable with the prior art, but in order to get closer to the values envisaged by the invention, Applicant has developed a paper having a thickness of less than 6 µm.
Een eerste techniek voor het vervaardigen van papier met een dikte van kleiner dan 6 ym bestaat uit het uitgaan van bestaand papier van 6 ym en de dikte ervan door persen of kalanderen te verminderen.A first technique for manufacturing paper with a thickness of less than 6 µm consists of going out of existing 6 µm paper and reducing its thickness by pressing or calendering.
35 De dikte die men zo kan verkrijgen is ongeveer 4 ym, hetgeen het reeds toelaat de energiedichtheid van de condensatoren met een diëlektricum met een totale dikte van 8 a 12 m (verhouding van het papier 1/3 tot 1/2) Λ " « Λ A Λ Λ35 The thickness thus obtainable is about 4 µm, which already allows the energy density of the capacitors with a dielectric with a total thickness of 8 to 12 m (ratio of the paper 1/3 to 1/2) Λ "« Λ A Λ Λ
0¾ 3 * .1 3*1, Ο W0¾ 3 * .1 3 * 1, Ο W
ΟΟΟ % -17- 25058/JF/tv % sterk te verbeteren.ΟΟΟ% -17- 25058 / JF / tv% greatly improve.
Volgens een voorkeurstechniek van de uitvinding bewerkstelligt men het persen door het papier bloot te stellen aan een relatieve vochtigheid van 20% tot 40% en aan een temperatuur van 60°C tot 120°C.According to a preferred technique of the invention, pressing is accomplished by exposing the paper to a relative humidity of 20% to 40% and a temperature of 60 ° C to 120 ° C.
5 Het is voordelig het persen te bewerkstelligen door rollen, waartussen het papier, bestaand als uitgangsmateriaal, passeert. In de plaats van het bevochtigen van het papier met water, meer in het bijzonder door waterdamp, kan men het ook bevochtigen met een vernis, die de structuur van .het papier fixeert na het persen of met een chemisch produkt, in het 10 bijzonder een produkt, dat de vezels zacht maakt. Men kan ook tegelijk meerdere van deze werkwijzen toepassen.It is advantageous to effect the pressing by rolling, between which the paper, existing as starting material, passes. Instead of wetting the paper with water, more particularly by water vapor, it can also be wetted with a varnish which fixes the structure of the paper after pressing or with a chemical product, in particular a product that softens the fibers. Several of these methods can also be used simultaneously.
Als gevolg van de niet-verwaarloosbare speling van de lagers van de rollen is het moeilijk nauwkeurig een uitermate dunne spleet (bijvoorbeeld 4 ym) tussen de twee rollen in te stellen, zoals nood-15 zakelijk zou zijn dit te doen om de gewenste dikte te verkrijgen. Om dit probleem op te lossen,beoogt de uitvinding een inrichting, die ten minste twee cilindrische rollen omvat, die in nauw contact met elkaar zijn, waarvan een wordt aangedreven en die in tegengestelde richting draaien. De oratrek van een van de rollen heeft een rechthoekige uit-20 snijding, waarvan de lengte ten minste gelijk is aan de grootte van het papier en de diepte kleiner is dan de dikte van het papier, dat als uitgangsmateriaal wordt benut. Dit maakt een nauw contact van de rollen buiten de uitsnijding mogelijk en de noodzakelijke .dikte van de spleet is gegarandeerd op de plaats van de uitsnijding. De pers- of pletwerk-25 wijze kan een zekere tijd duren,opdat de vorm van de natuurlijke cellulosevezels, die het papier vormen, zich kan veranderen door een soort kruip.Due to the negligible clearance of the roller bearings, it is difficult to accurately set an extremely thin gap (eg 4 µm) between the two rollers, as would be necessary to achieve the desired thickness. to gain. To solve this problem, the invention contemplates an apparatus comprising at least two cylindrical rollers in close contact with each other, one of which is driven and which rotates in opposite directions. The orator stretch of one of the rollers has a rectangular cut-out, the length of which is at least equal to the size of the paper and the depth is less than the thickness of the paper used as starting material. This allows close contact of the rollers outside the cutout and the necessary gap thickness is guaranteed at the cutout location. The pressing or crushing process may take a certain time so that the shape of the natural cellulose fibers that form the paper can change with a kind of creep.
Een variant van de uitvinding, gebaseerd op hetzelfde principe, bestaat uit het bevochtigen van ten minste een kant van het verkrijgbare 30 condensatorpapier, dat bijvoorbeeld een .dikte van 6 ym heeft, met een oplosmiddel of een celluloseweekmaker en vervolgens het papier te persen.A variant of the invention, based on the same principle, consists of wetting at least one side of the available capacitor paper, which, for example, has a thickness of 6 µm, with a solvent or a cellulose plasticizer and then pressing the paper.
Men gebruikt een zodanige hoeveelheid oplosmiddel, dat ten minste een deel van de vezelige structuur van het condensatorpapier intact blijft.An amount of solvent is used such that at least part of the fibrous structure of the capacitor paper remains intact.
Als weekmaker kan men kooldisulfide (CS2) gebruiken.Carbon disulfide (CS2) can be used as a plasticizer.
35 Bij zekere van deze technieken is het zelfs denkbaar een papier, dunner, dan 4 ym te verkrijgen en toch condensatoren volgens de uitvinding te realiseren met een totale dikte van het diëlektricum van 5 tot 8 ym.With some of these techniques it is even conceivable to obtain a paper thinner than 4 µm and yet realize capacitors according to the invention with a total dielectric thickness of 5 to 8 µm.
85 0 2 68 8 * *85 0 2 68 8 * *
VV
\ -18- 25058/JF/tv\ -18-25058 / JF / TV
Een andere techniek voor het verkrijgen van papier met een zeer geringe dikte volgens de uitvinding berust op het feit dat door het vernietigen van het membraan van de natuurlijke cellulosevezels men de cellulosevezeltjes kan verkrijgen, die tegelijk dunner en dichter 5 zijn dan de vezels die ze vormen. De papierpap, die dient voor de gebruikelijke vervaardiging van'.papier bezit reeds 10% tot 20% van dergelijke cellulosevezeltjes. Deze vezeltjes kunnen uit de papierpap worden onttrokken, eventueel verdund met water, door depot onder inwerking van de natuurlijke zwaartekracht of door centrifugeren. De dikkere cellulose-10 vezels zetten zich makkelijker af dan de vezeltjes, die fijner zijn.Another technique for obtaining very thin thickness paper according to the invention is based on the fact that by destroying the membrane of the natural cellulose fibers one can obtain the cellulose fibers, which are at the same time thinner and denser than the fibers they form . The paper pulp, which is used for the conventional production of paper, already has 10% to 20% of such cellulose fibers. These fibers can be extracted from the paper paste, possibly diluted with water, by depot under the effect of natural gravity or by centrifugation. The thicker cellulose-10 fibers deposit more easily than the fibers, which are finer.
Indien men het condensatorpapier uitgaande van deze vezeltjes, zoals voorzien in een uitvoeringsvorm, vervaardigd, kan dit papier worden vervaardigd met een dikte, die kleiner is dan die van het traditionele papier, omdat de cellulosevezeltjes veel dunner zijn dan de vezels en 15 omdat dit resulteert in een uitermate fijne laag; en dit ondanks een mechanische vervlechting, die nog voldoende is tussen de vezeltjes, die aanwezig zijn in de vorm van een weefsel. Bovendien bevorderen deze platgemaakte vezeltjes een toeneming in de dichtheid van 50% en een overeenkomstige afneming van de poreusheid, hetgeen aan de oorsprong 20 ligt van de mogelijkheid van de toeneming van het elektrische veld.If the capacitor paper is manufactured from these fibers, as provided in one embodiment, this paper can be made with a thickness smaller than that of the traditional paper because the cellulose fibers are much thinner than the fibers and because this results in an extremely fine layer; and this despite a mechanical interleaving still sufficient between the fibers which are present in the form of a fabric. In addition, these flattened fibers promote a 50% density increase and a corresponding decrease in porosity, which is at the origin of the possibility of the electric field increase.
Naaldboomcellulosevezels hebben een diameter tussen 3 en 6 ym en een lengte van ongeveer 200 ym, terwijl de overeenkomstige vezeltjes een diameter van ongeveer 0,2 tot 0,4 ym en een lengte van ongeveer 3 a 4 ym hebben. Daarentegen hebben microvezeltjes die niet 25 van belang zijn, een veel kleinere diameter van ongeveer 0,06 ym tot 0,08 ym.Coniferous cellulose fibers have a diameter between 3 and 6 µm and a length of about 200 µm, while the corresponding fibers have a diameter of about 0.2 to 0.4 µm and a length of about 3 to 4 µm. In contrast, microfibers of no interest have a much smaller diameter from about 0.06 µm to 0.08 µm.
Het is ook mogelijk grotere hoeveelheden cellulosevezeltjes te verkrijgen door de cellulosevezels met ultrageluid te behandelen.It is also possible to obtain larger amounts of cellulose fibers by treating the cellulose fibers with ultrasound.
De frequentie van het ultrageluid zal bij voorkeur moeten liggen tussen 30 400 kHz en 600 kHz.The ultrasound frequency should preferably be between 400 kHz and 600 kHz.
Het membraan van de cellulosevezels kan ook worden vernietigd door chemische produkten om de vezeltjes te verkrijgen. Dit kan worden bewerkstelligd door een hypochlorietoplossing waarvan het chloor bij vrijkoming het membraan verwoest.The membrane of the cellulose fibers can also be destroyed by chemical products to obtain the fibers. This can be accomplished by a hypochlorite solution, the chlorine of which destroys the membrane.
35 Onafhankelijk van de hoofdmotivatie van aanvraagster, die het hebben van een verminderde papierdikte wa^ om het toe te staan een optimale verhouding van dikte met betrekking tot het bijbehorende 85 0 2 6 8 8 -19- 25058/JF/tv diëlektricum te hebben (polyetheentereftalaat) gaat deze bewerking vergezeld van andere gunstige effecten: de hierboven beschreven conden-satorpapieren zijn minder dik dan de handelspapieren. Of ze zijn verkregen uitgaande van een grotere dikte of van kleinere vezels hebben zij dus 5 een hogere dichtheid en hebben bijgevolg het voordeel van het bieden van minder microholten dan normaal papier; dit resulteert in een diëlektrische stijfheid die veel groter is dan die van klassieke papieren.Regardless of applicant's main motivation, that having a reduced paper thickness to allow it to have an optimum ratio of thickness with respect to the associated 85 0 2 6 8 8 -19-25058 / JF / tv dielectric ( polyethylene terephthalate), this operation is accompanied by other beneficial effects: the capacitor papers described above are less thick than the commercial papers. Thus, whether they are obtained from a greater thickness or from smaller fibers, they have a higher density and therefore have the advantage of providing fewer micro-cavities than normal paper; this results in a dielectric stiffness much greater than that of conventional papers.
De benutting van dergelijke papieren volgens de uitvinding maken de condensator kleiner, omdat het papier minder volume inneemt, 10 dat enerzijds de soortelijke capaciteit toeneemt en anderzijds het papier kan worden blootgesteld aan veldintensiteiten die veel hoger zijn dan mogelijk is met de traditionele papieren, hetgeen het toelaat de spanning van de condensator te vergroten en bijgevolg de opgeslagen energie, met betrekking tot traditionele condensatoren., 15 Een ander voordeel, geboden door dit nieuwe papier is zijn geschiktheid voor een optimale metallisatie. De metallisatie van traditionele papieren vertoont vaak metaalpunten, die diep in de poriën van het papier doordringen, ondanks een afzetting van vernis. Deze metaalpunten zijn de oorsprong van doorslagen. Het nieuwe papier, dat 20 minder poriën heeft, zal minder zijn onderworpen aan deze doordringing.The utilization of such papers according to the invention makes the capacitor smaller, because the paper takes up less volume, which on the one hand increases the specific capacity and on the other hand the paper can be exposed to field intensities that are much higher than is possible with the traditional papers, which makes it allows to increase the voltage of the capacitor and consequently the stored energy, with respect to traditional capacitors., 15 Another advantage offered by this new paper is its suitability for optimal metallization. The metalization of traditional papers often shows metal points, which penetrate deep into the pores of the paper, despite a deposit of varnish. These metal points are the origin of punches. The new paper, which has 20 fewer pores, will be less subject to this penetration.
Voor wat betreft de metalliseringswerkwijze, is deze eveneens geperfectioneerd. De traditionele werkwijze bestaat uit het verdampen van het metaal, bijvoorbeeld zink, in essentie onder een rechte hoek op een band van papier. Een nieuwe metalliseringswerkwijze van het condensatorpapier, 25 voorgesteld in het kader van de onderhavige uitvinding voorziet in het aanbrengen van het metaal onder een scherpe hoek van minder dan 75°, bij voorkeur onder een hoek tussen 10° en 45°, waarbij een hoek tussen 25° en 45° nog de voorkeur verdient. Het verdient de voorkeur dat het traject van de metaaldeeltjes een component in de richting van het 30 traject van het papier heeft, maar andere oriënteringen van het traject van de metaaldeeltjes zijn mogelijk. De genoemde uitvoeringsvorm biedt het voordeel dat de deeltjes niet diep in de eventuele poriën van de papierband kunnen doordringen, omdat zij het papier onder een schuine richting ontmoeten. Dit is slechts essentieel op de verhoogde gedeelten 35 van het papierwaar het metaal wordt aangebracht. Dit resulteert in een vergroting van de diëlektrische stijfheid van het papier en bijgevolg een benutting van de condensator op een nog hogere spanning.As for the metallization process, it has also been perfected. The traditional method consists of evaporating the metal, for example zinc, essentially at right angles to a strip of paper. A new metallization method of the capacitor paper proposed in the context of the present invention provides for applying the metal at an acute angle of less than 75 °, preferably at an angle between 10 ° and 45 °, with an angle between 25 ° and 45 ° is still preferred. It is preferred that the range of the metal particles has a component in the direction of the range of the paper, but other orientations of the range of the metal particles are possible. The said embodiment offers the advantage that the particles cannot penetrate deeply into the possible pores of the paper web, because they meet the paper in an oblique direction. This is essential only on the raised portions 35 of the paper where the metal is applied. This results in an increase in the dielectric stiffness of the paper and, consequently, a utilization of the capacitor at an even higher voltage.
8502 6888502 688
VV
-20- 25058/JF/tv-20-25058 / JF / TV
Een inrichting voor het bewerkstelligen van de raetallisering van het hierboven beschreven condensatorpapier is gekenmerkt door het feit dat het traject van de op het papier aan te brengen metalen deeltjes zo is dat de invalshoek van de deeltjes scherp is.An apparatus for effecting the rationalization of the above-described capacitor paper is characterized in that the range of the metal particles to be applied to the paper is such that the angle of attack of the particles is sharp.
5 Dank zij dit nieuwe papier met een dikte van 2,5 tot 6 pm zal men dus voordelig volgens de uitvinding condensatoren tussen 2 en 5 kV kunnen realiseren. Met de dunnere versie van het papier of met de bijzondere impregneringsomstandigheden zijn zelfs modellen denkbaar tussen 600 V en 2 kV.Thanks to this new paper with a thickness of 2.5 to 6 µm, it will thus be advantageous to be able to realize capacitors between 2 and 5 kV according to the invention. With the thinner version of the paper or with the special impregnation conditions, even models between 600 V and 2 kV are conceivable.
10 Tussen 8 kV en 20 kV10 Between 8 kV and 20 kV
De progressieve daling van de energiedichtheid, geconstateerd bij de modellen tussen 8 kV en 20 kV, heeft een andere oorzaak, die gewoonlijk het kanteffect wordt genoemd. Schrijvers hebben aangetoond dat de rand van de metalen laag, die het bekleedsel vormt, op die 15 plaats in het diëlektricum een elektrisch veld vormt, dat groter is dan in de rest van de laag, hetgeen op die plaats doorslagen met zich brengt op spanningen die veel lager zijn, dan in de andere gebieden.The progressive drop in energy density, observed in the models between 8 kV and 20 kV, has another cause, commonly referred to as the edge effect. Writers have shown that the edge of the metal layer forming the coating forms an electric field at that location in the dielectric which is larger than in the rest of the layer, resulting in breakdowns at voltages at that location. are much lower than in the other areas.
In het onderhavige geval zijn deze doorslagen niet vernietigend aangezien ze zich vertalen in herstellingen, maar ze beperken op zichzelf sterk 20 de benuttingsspanning van de condensator. Verschillende werken hebben aangetoond dat de verhouding tussen het veld van de kant en het homogene veld van het diëlektricum een functie is van de vierkantswortel uit de dikte van het diëlektricum. Deze betrekking is eveneens experimenteel geverifieerd.In the present case, these breakdowns are not destructive as they translate into repairs, but they per se greatly limit the utilization voltage of the capacitor. Several works have shown that the relationship between the side field and the homogeneous field of the dielectric is a function of the square root of the thickness of the dielectric. This relationship has also been experimentally verified.
25 Dit feit brengt met zich dat de condensatoren volgens de onderhavige uitvinding in principe een kanteffect hebben, dat optreedt bij een spanning, die veel hoger ligt dan bij de bekende condensatoren, aangezien voor een gegeven spanning volgens de onderhavige uitvinding wordt gewerkt bij een veld, dat meer dan het dubbele is, dus met een 30 halve dikte. Deze condensatoren volgens de uitvinding staan het dus toe door hun eigen principe te worden gemonteerd bij spanningen, die het dubbele zijn van die van bekende condensatoren voordat het niveau wordt bereikt waarop het kanteffect optreedt.This fact implies that the capacitors according to the present invention in principle have a side effect, which occurs at a voltage which is much higher than with the known capacitors, since for a given voltage according to the present invention one works with a field, which is more than double, so with a half thickness. Thus, these capacitors according to the invention allow, by their own principle, to be mounted at voltages that are twice that of known capacitors before reaching the level at which the edge effect occurs.
Dank zij dit feit en in vooruitzicht op de vorming van batterijen 35 van condensatoren in serie is volgens de uitvinding de optimale spanning van de onderhavige elementaire condensatoren gefixeerd op een waarde van ongeveer 5 a 8 kV om voordeel te putten uit de maximale energie- 85 0 2-58 8 * -21- 25058/JF/tv dichtheid voor de totale batterij. Het is natuurlijk zo dat het maken van elementaire condensatoren van 8 tot 20 kV gebaseerd op het principe van de uitvinding niet wordt uitgesloten, hetzij met een energiedicht- 3 heid kleiner dan 1 J/cm , hetzij met een grotere energiedichtheid, indien 5 aan de uitvinding een supplementaire perfectionering wordt toegevoegd.Thanks to this fact and in view of the formation of batteries 35 of capacitors in series, according to the invention, the optimum voltage of the present elementary capacitors is fixed at a value of about 5 to 8 kV to take advantage of the maximum energy 85 0 2-58 8 * -21- 25058 / JF / tv density for the total battery. Of course, making elementary capacitors from 8 to 20 kV based on the principle of the invention is not excluded, either with an energy density less than 1 J / cm, or with a higher energy density, if 5 at the invention, an additional perfection is added.
Een dergelijke perfectionering bestaat in het bijzonder in het geval, waarin het diëlektricum 2 is gevormd door meerdere lagen, uit het opnemen tussen twee van dergelijke lagen van een diëlektrische laag 1, maar niet gemetalliseerd. Men zal dus bijvoorbeeld voor elk 10 bekleedsel de structuur kunnen hebben: diëlektricum 2 (gemetalliseerd) -diëlektricum 1 - diëlektricum 2 (niet-gemetalliseerd) - diëlektricum 1.Particularly in the case where the dielectric 2 is multilayered, such perfection consists of incorporating a dielectric layer 1, but not metallized, between two such layers. For example, it will be possible to have the structure for each coating: dielectric 2 (metallized) -dielectric 1 - dielectric 2 (non-metallized) - dielectric 1.
De verdeling van de elektrische velden als functie van de diëlektrische stijfheden zal op dezelfde manier worden gemaakt voor een diëlektricum 2 dat is gemetalliseerd,of niet en wat ook de inrichting van de 15 verschillende lagen is.The distribution of the electric fields as a function of the dielectric stiffnesses will be made in the same way for a dielectric 2 that is metallized or not and whatever the arrangement of the 15 layers.
Men kan eveneens opmerken dat het maximale exploitatie-principe van een gemengd diëlektricum volgens de onderhavige uitvinding eveneens kan worden toegepast in het geval van een niet-herstellende condensator, die is voorzien van dikke bekleedsels (bijvoorbeeld 20 aluminiumbladen) in plaats van gemetalliseerde bekleedsels.It should also be noted that the maximum exploitation principle of a mixed dielectric according to the present invention can also be applied in the case of a non-recoverable capacitor which is provided with thick coatings (e.g. 20 aluminum sheets) instead of metallized coatings.
Een voordelige toepassing van de condensator volgens de uitvinding is de vorming van serie- en/of serie/parallelbatterijen.An advantageous application of the capacitor according to the invention is the formation of series and / or series / parallel batteries.
Zoals hierboven aangegeven zullen dergelijke elementaire condensatoren bijvoorbeeld spanningen van 5 tot 8 kV hebben, indien men een maximale 25 energiedichtheid nastreeft. De diameter van de elementaire wikkelingen kan variëren tussen 10 en 100 mm en de hoogte tussen 20 en 100 mm. Een zeer bruikbare vorm is bijvoorbeeld een wikkeling met een diameter van 50 mm en een hoogte van 80 mm. Voor een groot deel van de denkbare toepassingen moet echter de condensator geschikt zijn voor de ontlading 30 van zeer aanzienlijke stromen. Welnu volgens zekere literatuurplaatsen (bijvoorbeeld het tijdschrift Electronique de Puissance nr. 1, aanvulling op nr. 724 van 9 september 1983, blz. 69) zijn de condensatoren met gemetalliseerde bekleedsels in principe uitgesloten voor zeer sterke stromen (500 A tot 50.000 A voor een elementaire condensator). In het 35 kader van de onderhavige uitvinding daarentegen is aanvraagster verrast te constateren dat in zekere gevallen het mogelijk is op een herhaalde manier en zonder schade stromen in de orde van 10.000 A af te geven met gg 0 9 £ ς ® -22- 25058/JF/tv condensatoren volgens de uitvinding. Dit is zeer verrassend, indien men de hoge weerstand per oppervlakteëenheid beschouwd van de bekleedsels (bijvoorbeeld 7,5 Ω). Om dit feit te verklaren wordt de volgende opmerking gemaakt: een condensator is gevormd van banden met een afgewikkelde 5 lengte L en een hoogte h (die overeenkomt met de hoogte van de wikkeling). Men kan dus de afgewikkelde condensator beschouwen als gevormd door een aantal achter elkaar verbonden vierkanten, maar parallel gebonden op het niveau van de schoopage (metallisatie van de laterale sneden van de wikkeling), wanneer de condensator is afgewikkeld. De inwendige weerstand 10 van de condensator is dus omgekeerd evenredig aan deze verhouding L/h voor de gegeven filmweerstand. Welnu de dikte van het diëlektricum zoals in de condensatoren volgens de uitvinding is zeer gering voor een gegeven spanning met betrekking tot de bekende condensatoren (factor kleiner dan 1/2), de lengte L zal dus meer dan het dubbele zijn voor een gegeven 15 wikkelingssectie met betrekking tot de bekende condensatoren. Het is vanwege deze reden dat in de condensatoren volgens de uitvinding de verhoudingen L/h bijzonder hoog zijn in het spanningsgebied onder beschouwing (500 V tot 10.000 V) en ze laten topstromen van 5-000 A tot 100.000 A toe voor een elementaire condensator en bieden zeer lage 20 inductanties. De grotere verhoudingen L/h en bijgevolg de sterkste stromen worden verkregen voor een platte condensatorvorm met aanzienlijke wikke-lingsdiameters (bijvoorbeeld 70 mm) met betrekking tot de hoogte (bijvoorbeeld 25 mm).As indicated above, such elementary capacitors will have, for example, voltages of 5 to 8 kV, if one strives for a maximum energy density. The diameter of the elementary windings can vary between 10 and 100 mm and the height between 20 and 100 mm. A very useful form is, for example, a winding with a diameter of 50 mm and a height of 80 mm. However, for many of the conceivable applications, the capacitor must be capable of discharging very significant currents. According to certain references (for example Electronique de Puissance magazine No. 1, supplement to No. 724 of September 9, 1983, page 69), the capacitors with metallized coatings are in principle excluded for very strong currents (500 A to 50,000 A for a elementary capacitor). In the context of the present invention, on the other hand, the applicant is surprised to find that in certain cases it is possible to deliver currents in the order of 10,000 A in a repeated manner and without damage with gg 0 9 £ ς -22-25058 / JF / TV capacitors according to the invention. This is very surprising if one considers the high resistance per surface unit of the coatings (for example 7.5 Ω). To explain this fact, the following comment is made: a capacitor is formed of tapes with an unwound length L and a height h (corresponding to the height of the winding). Thus, the unwound capacitor can be considered to be formed by a number of squares connected one behind the other, but tied in parallel at the level of the scoopage (metallization of the lateral cuts of the winding), when the capacitor is unwound. The capacitor internal resistance 10 is thus inversely proportional to this ratio L / h for the given film resistance. Since the thickness of the dielectric as in the capacitors according to the invention is very small for a given voltage with respect to the known capacitors (factor smaller than 1/2), the length L will therefore be more than double for a given winding section with regard to the known capacitors. It is for this reason that in the capacitors according to the invention the ratios L / h are particularly high in the voltage range under consideration (500 V to 10,000 V) and they allow peak currents from 5-000 A to 100,000 A for an elementary capacitor and offer very low 20 inductances. The larger ratios L / h and consequently the strongest currents are obtained for a flat capacitor shape with significant winding diameters (e.g. 70 mm) with respect to the height (e.g. 25 mm).
Deze sterke stromen zijn des te uitzonderlijker naarmate de 25 benutte metallisering fijner is, bijvoorbeeld 7,5 Ω per oppervlakte- eenheid. Dit resultaat berust op hetzelfde principe van de condensatoren en hun geometrie. Voor het echter nog terugdringen van de grensstroom (of het verlengen van de levensduur) kan men de zone van de rand van de metallisering met een factor 2 a 5 (bijvoorbeeld 1 tot 3 Ω per oppervlakte-30 eenheid) versterken op de plaats van de schoopage in het niet-actieve deel van de condensator (marge van het andere bekleedsel). Want het is in dit gebied dat de stroomdichtheid het sterkst is. Een ander voordeel van de vlakke wikkelingsvorm die hierboven is genoemd is de realisatie van de hoogspanningscondensator door opstapeling van dergelijke· in serie 35 geschakelde elementen in een buis.These strong currents are all the more exceptional the finer the metallization used, such as 7.5 Ω per unit area. This result is based on the same principle of the capacitors and their geometry. However, to reduce the limit current (or extend the service life), the zone of the edge of the metallization can be strengthened by a factor of 2 to 5 (for example 1 to 3 Ω per surface-30 unit) at the location of the scoopage in the non-active part of the capacitor (margin of the other coating). Because it is in this area that the current density is strongest. Another advantage of the flat winding form mentioned above is the realization of the high-voltage capacitor by stacking such series-connected elements in a tube.
Om het doel van de uitvinding beter te begrijpen zal nu alleen als illustratief voorbeeld en niet limitatief een in de bijbehorende 8502 688 -23- 25058/JF/tv tekening weergegeven uitvoeringsvorm worden besproken, in welke tekening: Figuur 1 een schematische weergave van een condensator met gemengd diëlektricum is;To better understand the object of the invention, an embodiment shown in the accompanying 8502 688-23-25058 / JF / tv drawing will now be discussed as an illustrative example only, in which drawing: Figure 1 shows a schematic representation of a capacitor with mixed dielectric;
Figuur 1b het vervangingsscheraa volgens de uitvinding van de 5 voorgaande condensator geeft;Figure 1b shows the replacement screen according to the invention of the preceding capacitor;
Figuur 2 een voorbeeld is van de opbouw van de films van de condensator volgens de uitvinding;Figure 2 is an example of the construction of the films of the capacitor according to the invention;
Figuur 3a en 3b wikkélingsvormen volgens de uitvinding geven; Figuur 4 de schematische weergave van een inrichting voor de 10 papiermetallisering is;Figures 3a and 3b show winding shapes according to the invention; Figure 4 is a schematic representation of a paper metallization device;
Figuur 5 een inrichting voor het drukken van het papier voor condensatoren is, weergegeven volgens een zijaanzicht; enFigure 5 is an apparatus for printing the paper for capacitors, shown in a side view; and
Figuur 6 een langsdoorsnede volgens de lijn VI-VI van figuur 5 is.Figure 6 is a longitudinal section taken on the line VI-VI of Figure 5.
' 15 Figuur 1a geeft de schematische weergave van een condensator met gemengd diëlektricum. De twee diëlektrica 1 en 2 hebben respectieve dikten e^ en eg en zijn opgenomen tussen twee bekleedsels 3 en 3’, die dienen om de condensator met bijvoorbeeld de respectieve polariteiten + en - op te laden en te ontladen. De twee diëlektrica 1 en 2 hebben 20 respectievelijk relatieve diëlektrische constanten ε1 en €g en wanneer de condensator is geladen tot de nominale spanning U ervan zijn de respectieve elektrische velden en Eg en zijn de soortelijke weerstanden bij deze velden en Tg. De spanningen die optreden over de klemmen van de twee diëlektrica zijn 01 en Ug.Figure 1a shows the schematic of a mixed dielectric capacitor. The two dielectrics 1 and 2 have respective thicknesses e and e and are sandwiched between two covers 3 and 3, which serve to charge and discharge the capacitor with, for example, the + and - polarities, respectively. The two dielectrics 1 and 2 have 20 relative dielectric constants ε1 and € g, respectively, and when the capacitor is charged to its nominal voltage U are the respective electric fields and Eg and the resistances at these fields and Tg. The voltages that occur across the terminals of the two dielectrics are 01 and Ug.
25 Figuur 1b geeft het vervangingsschema van de condensator van figuur 1a. Dit vervangingsschema is in het geheel niet conventioneel, het is karakteristiek voor de uitvinding en geeft een voorkeurswerkwijze voor de exploitatie van de twee diëlektrica in dezelfde verhouding weer, zoals voorzien door conclusie 1. Deze werkwijze, bij voorkeur voorzien 30 door conclusie 3, bestaat uit het zeggen dat de verdeling van de spanningen U.j en üg aan de klemmen van de condensatoren en Cg, die de diëlektrica 1 en 2 symboliseren, beantwoordt aan de betrekking 35 B1 " R, wanneer de condities van de uitvinding zijn vervuld in het bijzonder bij verhoogd elektrisch veld. Deze betrekking is grotendeels ontwikkeld en gerechtvaardigd in de voorafgaande tekst.Figure 1b shows the replacement diagram of the capacitor of Figure 1a. This replacement scheme is not conventional at all, it is characteristic of the invention and represents a preferred method of exploiting the two dielectrics in the same ratio as provided by claim 1. This method, preferably provided by claim 3, consists of saying that the distribution of the voltages Uj and üg at the terminals of the capacitors and Cg, which symbolize the dielectrics 1 and 2, corresponds to the relationship 35 B1 "R, when the conditions of the invention are fulfilled especially at elevated electric field This relationship has been largely developed and justified in the preceding text.
Πλ fl OFlλ fl O
*9 * j? «w» V V v -24- 25058/JF/tv* 9 * j? «W» V V v -24- 25058 / JF / tv
Figuur 2 geeft een uitvoeringsvoorbeeld van een condensator volgens de uitvinding. Zij toont twee raeerlaagsvlakken A en B die op precies dezelfde manier zijn gevormd. Elk meerlaagsvlak is gevormd van een papier 5 (5'), dat overeenkomt met het diëlektricum 2 van figuur 5 1, voorzien van een metalen laag 4 (41), uitgevoerd in zink en bladen van plastic materiaal 6 en 7 (polyetheentereftalaat) of "MYLAR", die overeenkomen met het diëlektricum 1 van figuur 1a. Het papier 5 (51) met de gemetalliseerde laag 4 (4*) wordt hier gemetalliseerd papier genoemd. De metallisering kan het geeft niet aan welke kant van het 10 papier zijn. Dat wil zeggen dat deze eveneens kan zijn geplaatst tussen de lagen 5 (5’) en 6 (6f). Het papier 5 (5*) zelf is lakpapier. De lak-laag bestaat uit celluloseacetaat maar kan ook van celluloseacetobutyraat zijn. De laklaag verzekert een glad oppervlak, waarvan de dikte ongeveer 0,5 micrometer is. De metalliseringslaag 4 loopt niet tot aan de rechter-15 kant van het papier 5, maar bereikt en passeert de linkerrand terwijl de metalliseringslaag 4' niet loopt tot aan de linkerkant van het papier 5', maar de rechterkant bereikt en passeert. De aldus voorziene marges van elke kant zijn 4 mm. Daarenboven zijn de twee meerlaagsvlakken met hun respectieve metalliseringen iets lateraal met betrekking tot elkaar 20 verplaatst (ongeveer 1 mm). Deze verplaatsing is niet in de tekening weergegeven. De papieren 5 (5’) en de bladen van plastic 6 (6') en 7 (7’) hebben dezelfde grootte. De linker- en rechterzijkanten van de vlakken A en B van figuur 2, verkregen wanneer de condensator is gewikkeld, zijn voorzien van een metalen laag 8 en 9, verkregen door het 25 spuiten van zink (schoopage). Voor zeer sterke stromen kan men verder hetzij deze schoopages vertinnen of verfoeliën, hetzij het spuiten of aanbrengen van andere metalen op de zinklagen 8, 9 of in plaats van deze lagen. Deze schoopages brengen het contact tot stand tussen de metalliseringen 4 (4') om het mogelijk te maken de verbindingsdraden 30 te solderen. De metalliseringslagen 4 (4’) hebben een weerstand per oppervlakteëenheid van 7,5 Ω en een dikte van 5 nm (nanometer). Onder deze zinklaag bevindt zich een zilverlaag met een dikte van 0,2 tot 0,5 nm. Het droge papier heeft een soortelijke isoleringsweerstand, die overeenkomt met ongeveer 10.000 Μ Ω.μ F (gemeten bij zwak elektrisch 35 veld). Wanneer dit papier is geïmpregneerd met siliconenolie heeft dit papier een soortelijke isoleringsweerstand die overeenkomt met ongeveer 15000 Μ Ω.μ F en een diëlektrische stijfheid van ongeveer 200 V/μ.Figure 2 shows an embodiment of a capacitor according to the invention. She shows two rawer layer planes A and B which are formed in exactly the same way. Each multilayer surface is formed from a paper 5 (5 ') corresponding to the dielectric 2 of Figure 5 1, provided with a metal layer 4 (41) made of zinc and sheets of plastic material 6 and 7 (polyethylene terephthalate) or " MYLAR "corresponding to the dielectric 1 of FIG. 1a. The paper 5 (51) with the metallized layer 4 (4 *) is called metallized paper here. The metalization can not indicate which side of the 10 paper. This means that it can also be placed between layers 5 (5 ') and 6 (6f). The paper 5 (5 *) itself is lacquer paper. The lacquer layer consists of cellulose acetate, but can also be of cellulose acetobutyrate. The lacquer layer ensures a smooth surface, the thickness of which is approximately 0.5 micrometers. The metallization layer 4 does not run to the right-hand side of the paper 5, but reaches and passes the left edge while the metallization layer 4 'does not run to the left-hand side of the paper 5', but reaches and passes the right side. The margins thus provided on each side are 4 mm. In addition, the two multilayer surfaces with their respective metallizations are displaced slightly laterally with respect to each other (about 1 mm). This displacement is not shown in the drawing. The papers 5 (5 ") and the sheets of plastic 6 (6") and 7 (7 ") are the same size. The left and right sides of the faces A and B of Figure 2, obtained when the capacitor is wound, are provided with a metal layer 8 and 9, obtained by spraying zinc (scoopage). For very strong currents, it is further possible to either tin or paint these scoops, or to spray or apply other metals to the zinc layers 8, 9 or instead of these layers. These scoops establish contact between the metallizations 4 (4 ') to allow solder of the bonding wires 30. The metallization layers 4 (4 ") have a resistance per surface unit of 7.5 Ω and a thickness of 5 nm (nanometer). Below this zinc layer is a silver layer with a thickness of 0.2 to 0.5 nm. The dry paper has a specific insulation resistance, which corresponds to approximately 10,000 Μ Ω.μ F (measured at weak electric field). When this paper is impregnated with silicone oil, this paper has a specific insulation resistance equivalent to about 15000 Μ Ω.μ F and a dielectric stiffness of about 200 V / μ.
O % Λ 0 Sö OO% Λ 0 Sö O
O +J ^ iia ö Ö Ö -25- 25058/JF/tvO + J ^ iia ö Ö Ö -25- 25058 / JF / TV
De soortelijke isoleringsweerstand van polyester is 50.000 Η Ω.μ F (eveneens bij een zwak veld gemeten waarde) en de diëlektrische stijfheid ervan is ongeveer 600 V/μ. De papierlagen 5 (5') en de twee lagen van plastic materiaal 6 (6*) en 7 (7*) hebben elk een dikte van 7 ym.The specific insulation resistance of polyester is 50,000 Η Ω.μ F (also measured at a weak field) and its dielectric stiffness is approximately 600 V / μ. The paper layers 5 (5 ') and the two layers of plastic material 6 (6 *) and 7 (7 *) each have a thickness of 7 µm.
5 De grootte van de in figuur 2 zichtbare vlakken is 80 mm voor het voorbeeld in kwestie. De lengte van de vlakken, niet zichtbaar in figuur 2, is 100 ra. Wanneer het geheel van deze vlakken is opgewikkeld tot een diameter van 74 mm en de condensator is geschoopt en geïmpregneerd met siliconenolie, is de capaciteit van een dergelijke wikkeling 22,5 μ F.5 The size of the surfaces visible in figure 2 is 80 mm for the example in question. The length of the faces, not visible in figure 2, is 100 ra. When all of these faces are wound up to a diameter of 74 mm and the capacitor is scooped and impregnated with silicone oil, the capacity of such winding is 22.5 μF.
10 De gereedzijnde wikkeling (figuur 3a) is met een band beslagen met behulp van een zelfklevende polyesterfilm met een dikte van ongeveer 70 ym, sterk strak getrokken om te beletten dat de wikkeling zich ontrolt. Dank zij dit beslaan, zullen de buitenste windingen goed worden gehandhaafd en niet kunnen loslaten. Dit is belangrijk opdat de 15 energie van de herstellingen die worden voortgebracht in dit gebied ook gering blijven aan het uitwendige van de wikkeling. De films zijn gewikkeld met een trekkracht van 20 tot 25 N (newton). De diëlektrische constanten van het polyetheentereftalaat is 3,2, de diëlektrische constante van het met diëlektrische vloeistof geïmpregneerde papier is 20 4,8. Het geheel van het gemengde diëlektricum dat aldus is gevormd neemt aldus een diëlektrische constante van 4,2 aan. Deze elementaire condensator heeft een nominale spanning van 7.000 V en als gevolg van de capaciteit van 22, 5 μ F ervan een energie van 551 J. Het volume 3 3 ervan is 344 cm en de energiedichtheid ervan 1,6 J/cm . Wanneer deze 25 wordt opgeladen tot 7.000 V is het gemiddelde elektrische veld in het diëlektricum 333 V/μ. Deze heeft een waarde L/h van 1250 en ondersteund de laadstromen van ongeveer20.000 A. Monsters van elementaire condensatoren worden regelmatig genomen uit elke vervaardigingscharge en worden geïmpregneerd om testen en verificaties uit te voeren. Men meet 30 met de oscilloscoop en een registratieïnrichting hun laadcurven tot aan de nominale spanning van 7.000 V en tot aan een testspanning van 7700 V. Indien er herstellingen zijn moeten deze zwak zijn en bij volgende ladingen verdwijnen. Vervolgens registreert men de zelfontladingscurve, zoals hiervoor beschreven en vergelijkt men deze met de referentiekromme 35 van een elementaire standaardcondensator. Men analyseert de ontlaad-kromme en men berekent de tijdconstanten en isoleringsweerstanden op verschillende vooraf bepaalde punten van de kromme, evenals de exploi- 4 8502 688 ♦ -26- 25058/JF/tv tatiewaarde van elk van de diëlektrica. In het normale geval vindt men bijvoorbeeld 70 tot 80% van elk van hen. Deze verificaties staan het toe de kwaliteit van de diëlektrica te bewaken en eventueel te corrigeren en bovenal de kwaliteit van de olie en de condities van de 5 impregnering. In feite was het voor het kennen van de principes van de gelijke exploitatie van de twee diëlektrica en de invloed van de iso-leringsweerstanden bij verhoogd veld, zoals geopenbaard in de onderhavige uitvinding, onmogelijk op een reproduceerbare manier en in serie condensatoren te verkrijgen, die het te verwachten veld en de 10 te verwachten energiedichtheid bereiken. Aanvraagster heeft zeker enkele unieke prototypen verkregen, die deze waarden bereikten,-maar door puur toeval en het was onmogelijk deze resultaten terug te vinden, tot aan het moment van de ontdekking van de principes die hier zijn aangegeven, die het aanvraagster hebben mogelijk gemaakt systematisch 15 de parameters te beheersen. Als voorbeeld is de impregneringstemperatuur 100°C, het vacuüm 10_<i tot 10~J mm Hg en de impregneringsduur 24 h tot 48 h. Maar deze omstandigheden worden continu opnieuw aangepast en kunnen ook variëren van het ene model tot het andere.The finished winding (Figure 3a) is band-wrapped using a self-adhesive polyester film approximately 70 µm thick, tightened tightly to prevent the winding from unwinding. Due to this fogging, the outer windings will be well maintained and will not let go. This is important so that the energy of the repairs generated in this region also remains low on the outside of the winding. The films are wound with a tensile force of 20 to 25 N (newton). The dielectric constants of the polyethylene terephthalate is 3.2, the dielectric constant of the paper impregnated with dielectric liquid is 4.8. The whole of the mixed dielectric thus formed thus assumes a dielectric constant of 4.2. This elementary capacitor has a nominal voltage of 7,000 V and, due to its 22.5 μF capacity, has an energy of 551 J. Its volume 3 3 is 344 cm and its energy density is 1.6 J / cm. When charged to 7,000 V, the average electric field in the dielectric is 333 V / μ. This has a value L / h of 1250 and supports the charging currents of approximately 20,000 A. Samples of elementary capacitors are regularly taken from each manufacturing batch and impregnated to perform tests and verifications. Their loading curves are measured with the oscilloscope and a recording device up to the nominal voltage of 7,000 V and up to a test voltage of 7,700 V. If there are repairs, they must be weak and disappear with subsequent charges. Then the self-discharge curve is recorded as described above and compared with the reference curve 35 of a basic standard capacitor. The discharge curve is analyzed and the time constants and isolation resistances at various predetermined points of the curve are calculated, as well as the exploitation value of each of the dielectrics. Normally, for example, 70 to 80% of each of them is found. These verifications allow to monitor and if necessary correct the quality of the dielectrics and above all the quality of the oil and the conditions of the impregnation. In fact, to know the principles of the equal exploitation of the two dielectrics and the influence of the elevated field isolation resistors as disclosed in the present invention, it was impossible to obtain in a reproducible manner and in series capacitors, achieve the expected field and the 10 expected energy density. Applicant has certainly obtained some unique prototypes, which reached these values, but by pure chance and it was impossible to find these results, until the discovery of the principles indicated here, which enabled the applicant to be systematically 15 control the parameters. As an example, the impregnation temperature is 100 ° C, the vacuum 10-1 to 10 ~ mm Hg and the impregnation time 24 hours to 48 hours. However, these conditions are continuously adjusted again and can also vary from one model to another.
De condensatoren, waarvan de vervaardiging zojuist is 20 beschreven, zijn het vaakst bestemd om in dozen te worden geplaatst, hetzij afzonderlijk, hetzij in de vorm van batterijen. Een voorbeeld van een batterij bestaat uit twee wikkelingen van het beschreven type, parallel geschakeld en de een boven de ander geplaatst in een doos van aluminium met een diameter van 75' mm en een hoogte van 180 mm. De 25 wikkelingen kunnen hetzij voor, hetzij na montage in de doos worden geïmpregneerd. Een voorkeurstechniek bestaat uit het monteren in de doos van de wikkelingen, nog niet geïmpregneerd maar vooraf droog gemaakt in de doos met de deksel erop maar de gaten voor de doortocht van de draden op het niveau van de klemmen open latend. Deze gaten 30 staan de behandeling toe. De wikkelingen in het inwendige van de dozen worden vervolgens drooggemaakt onder vacuüm gedurende ongeveer 48 h, vervolgens onder vacuüm gedurende ongeveer 25 h geïmpregneerd. De doos wordt op hetzelfde moment met olie gevuld. Aan het eind van de bewerking, nadat het vacuüm is opgeheven, maar zonder de condensatoren 35 uit hun bad te halen, kan men de afsluiting van de doorgangsgaten bewerkstelligen door het solderen onder olie.The capacitors, the manufacture of which has just been described, are most often intended to be placed in boxes, either individually or in the form of batteries. An example of a battery consists of two windings of the described type, connected in parallel and one placed above the other in a box of aluminum with a diameter of 75 mm and a height of 180 mm. The windings can be impregnated in the box either before or after mounting. A preferred technique consists of mounting the windings in the box, not yet impregnated but pre-dried in the box with the lid on but leaving the holes for the passage of the wires at the level of the clamps. These holes 30 allow the treatment. The wraps in the interior of the boxes are then dried under vacuum for about 48 h, then impregnated under vacuum for about 25 h. The box is filled with oil at the same time. At the end of the operation, after the vacuum has been released, but without removing the capacitors from their bath, one can accomplish the sealing of the through holes by soldering under oil.
De verkregen condensator heeft een capaciteit van 45 μ F en 8502 615 -27- een nominale spanning van 7000 V. Deze vindt zijn toepassing in bijvoorbeeld ontlading in flitslampen, gebruikt voor vaste stof lasers of fotokopieerinrichtingen. Indien de frequentie van de herhaling van ontladingen kleiner is dan of gelijk aan ongeveer 1 Hz, dan zal de 5 condensator op de nominale spanning of iets daaronder kunnen werken.The capacitor obtained has a capacitance of 45 μ F and 8502 615 -27- a nominal voltage of 7000 V. This is used, for example, in discharge in flash lamps, used for solid state lasers or photocopiers. If the frequency of repetition of discharges is less than or equal to about 1 Hz, then the 5 capacitor will be able to operate at the nominal voltage or slightly below.
Indien deze frequentie hoger is, bijvoorbeeld 20 a 30 Hz zal de condensator worden gebruikt in "derating" op een spanning van 2000 a 3000 V.If this frequency is higher, for example 20 to 30 Hz, the capacitor will be used in "derating" at a voltage of 2000 to 3000 V.
Deze zelfde elementaire condensator kan eveneens dienen voor de vorming van batterijen voor zeer hoge spanning en/of zeer hoge energie, door 10 serie- en/of parallelmontage. De spanningen kunnen verschillende honderdtallen kV bereiken en meerdere Megajoules. Zekere modellen zijn geschikt voor de montage van Marxgeneratoren.This same elementary capacitor can also serve to form batteries for very high voltage and / or very high energy, through series and / or parallel mounting. The voltages can reach several hundred kV and several Megajoules. Certain models are suitable for mounting Marx generators.
Een tweede voorbeeld bestaat uit een elementaire condensator, die dezelfde typen en dikten diëlektricum benut, maar in plaats van 15 een langwerpige cilinder te realiseren zoals hiervoor (figuur 3) realiseert men een platte cilinder (figuur 3b) door films met een hoogte van 25 mm te nemen. De hoogte van de wikkeling zal dus 25 mm zijn, de diameter 74 mm, het volume 107,5 cm , de capaciteit 4,5 μ F, de nominale 3 spanning 7000 V, de energie 110 J, de energiedichtheid 1 J/cm en het 20 gemiddelde veld 333 V/ym. De lengte van de films is 100 m en de verhouding L/h 4000. Deze elementaire condensator kan stromen afgeven van 50.000 tot 100.000 A. De energiedichtheid van dit model is kleiner dan die van het voorgaande model, want de verhouding van de marge, die zich twee maal verhult achter de grootte van het vlak is aanzienlijker.A second example consists of an elementary capacitor, which uses the same types and thicknesses of dielectric, but instead of realizing an elongated cylinder as before (figure 3), a flat cylinder (figure 3b) is realized by films with a height of 25 mm to take. The height of the winding will therefore be 25 mm, the diameter 74 mm, the volume 107.5 cm, the capacity 4.5 μ F, the nominal 3 voltage 7000 V, the energy 110 J, the energy density 1 J / cm and the 20 mean field 333 V / ym. The length of the films is 100 m and the ratio L / h 4000. This elementary capacitor can deliver currents from 50,000 to 100,000 A. The energy density of this model is smaller than that of the previous model, because the ratio of the margin, which hiding twice behind the size of the plane is more significant.
25 Het grote belang van dit model is de aanzienlijke verhouding L/h ervan, dus de geschiktheid ervan voor hoge stromen, evenals de geringe hoogte. In feite is deze elementaire condensator bestemd voor het vormen van batterijen door opstapeling van deze platte cilinders in een buis met een diameter van 75 mm. Men zal dus zo een condensator 30 van ongeveer 50 kV met 8 elementen opgestapeld-hebben, d.w.z. een hoogte van de buis van ongeveer 200 mm. Een dergelijke condensator is bijvoorbeeld bruikbaar bij gaslasers. Modellen van 100 kV zijn eveneens mogelijk, die onder andere toepassing vinden in de Marxgeneratoren. Maar aangezien de energiedichtheid met een hoogte van de wikkeling van 25 mm zwakker 35 is als gevolg van de verhouding van de marge, is eveneens voorzien in modellen van elementaire condensatoren met hoogten tussen 25 en 80 mm.25 The great importance of this model is its considerable L / h ratio, ie its suitability for high flows, as well as its low height. In fact, this elementary capacitor is intended to form batteries by stacking these flat cylinders in a tube with a diameter of 75 mm. Thus, one would have a capacitor 30 of about 50 kV with 8 elements stacked, i.e., a tube height of about 200 mm. Such a capacitor can be used, for example, with gas lasers. 100 kV models are also possible, which are used in the Marx generators, among other things. However, since the energy density with a winding height of 25 mm is weaker due to the ratio of the margin, models of elementary capacitors with heights between 25 and 80 mm are also provided.
Een derde toepassingsvoorbeeld bestaat uit een elementaire condensator die op dezelfde manier is gemaakt als de eerste (figuur 2 35 0 2 68 8 —---—··— —A third application example consists of a basic capacitor made in the same way as the first (Figure 2 35 0 2 68 8 —---— ·· - -
* » V* »V
-28- 25058/JF/tv en 3a) maar met dikten van 6 μιη voor de papierlagen 5 en 5' en van 5 pm voor elk van de lagen 6, 6’ en 7, 7'. De diameter van de wikkeling 3 is 49 mm, het volume 150 cm , de capaciteit 15 μ F, de nominale spanning 3 5000V, de energie 187 J, de energiedichtheid 1,25 J/cm en het gemiddelde 5 veld 312,5 V/ym. De lengte van de films is 53 m en de verhouding L/h is 662. Deze elementaire condensator laat het toe stromen van 10.000 A af te geven. Hij kan in een batterij zijn gemonteerd zoals het eerste model in een doos met een diameter van 50 mm en een hoogte van 180 mm.-28- 25058 / JF / tv and 3a) but with thicknesses of 6 µ for the paper layers 5 and 5 'and of 5 µm for each of the layers 6, 6' and 7, 7 '. The diameter of the winding 3 is 49 mm, the volume 150 cm, the capacity 15 μ F, the nominal voltage 3 5000 V, the energy 187 J, the energy density 1.25 J / cm and the average 5 field 312.5 V / ym. The length of the films is 53 m and the ratio L / h is 662. This elementary capacitor allows to flow 10,000 A currents. It can be mounted in a battery like the first model in a box with a diameter of 50 mm and a height of 180 mm.
De verkregen condensator van 30 μ F en 5000 V wordt benut op zijn 10 nominale spanning, bijvoorbeeld als hartdefibrillatorcondensator.The resulting capacitor of 30 μ F and 5000 V is used at its 10 rated voltage, for example as a cardiac defibrillator capacitor.
Voor andere toepassingen, zoals zekere vaste stof laser of fotokopieerinrichtingen zal hij kunnen werken op hetzij zijn nominale spanning, hetzij op een lagere spanning volgens de werkcondities. De beschreven elementaire condensatoren kunnen ook worden gebruikt voor .15 batterijen voor zeer hoge spanningen en energieën.For other applications, such as certain solid state laser or photocopiers, it will be able to operate at either its nominal voltage or at a lower voltage according to the operating conditions. The described basic capacitors can also be used for .15 batteries for very high voltages and energies.
Een vierde model benut het nieuwe gemetalliseerde papier van 4 pm (4,5 , 4r, 5') en een enkele film van polyetheentereftalaat in de plaats van de films 6, 7> 6', 7' met een dikte van 4 pm. De vlakken met een lengte van 80 mm zijn gewikkeld op een houder van 3 mm uit twee 20 stukken, die na het wikkelen wordt teruggetrokken. De diameter is 20 mm, het volume 25 cm^, de capaciteit 12 p F, de spanning 3 kV en de energie 3 54 J. Het gemiddelde veld is 375 V/p en de energiedichtheid 2,15 J/cm .A fourth model uses the new 4 µm (4.5, 4r, 5 ') metallized paper and a single film of polyethylene terephthalate instead of the films 6, 7> 6', 7 'with a thickness of 4 µm. The 80 mm long surfaces are wound on a 3 mm two-piece holder which is retracted after the winding. The diameter is 20 mm, the volume 25 cm ^, the capacity 12 p F, the voltage 3 kV and the energy 3 54 J. The average field is 375 V / p and the energy density 2.15 J / cm.
Dit is bijvoorbeeld een condensator voor een implanteerbare defibrillator. Zijnde gegeven dat in een dergelijk^apparaat de condensator zeer weinig 25 wordt gebruikt en slechts geladen blijft voor een zeer korte tijd, kan het diëlektricum worden gebruikt voor beide grenswaarden die men aanneemt voor industriële toepassingen. Men komt zo op het benutten van de diëlektrica op meer dan 90% van hun stijfheid. Evenzo kan dit model onder deze omstandigheden zelfs het aangegeven veld en de aangegeven 30 energiedichtheid passeren.For example, this is a capacitor for an implantable defibrillator. Given that in such an apparatus the capacitor is used very little and only remains charged for a very short time, the dielectric can be used for both limits assumed for industrial applications. This brings the utilization of the dielectrics to more than 90% of their stiffness. Likewise, under these conditions, this model can even pass the indicated field and the indicated energy density.
Een vijfde en laatste voorbeeld benut hetzelfde diëlektricum als het vierde maar is gewikkeld tot aan een diameter van 74 mm. Hij heeft-een capaciteit van 172 p F en een nominale spanning van 2,5 kV.A fifth and final example uses the same dielectric as the fourth but is wound up to a diameter of 74 mm. It has a capacity of 172 p F and a nominal voltage of 2.5 kV.
Zijn benuttingsspanning varieert tussen 2 kV en 3 kV in overeenstemming 35 met de benuttingscondities, die hem een energiedichtheid geven tussen 3 1 en 2,25 J/cm . De toepassingen zijn verschillend (laser, defibrillatie, ruimtevaart, enz.). In het vierde voorbeeld kan met het papier van 4 pm even- 8502 688Its utilization voltage varies between 2 kV and 3 kV in accordance with the utilization conditions, which give it an energy density between 3 1 and 2.25 J / cm. The applications are different (laser, defibrillation, aerospace, etc.). In the fourth example, the 4 µm paper can also be 8502 688
* I* I
-29- 25058/JF/tv eens vervangen door het papier met vezeltjes van 2,5 pm en films nemen van polyetheentereftalaat van 2,5 ym tot 4 pm. Met grootten van de films van 40 tot 80 mm en wikkelingsdiameters van 15 tot 20 mm. kan men andere modellen realiseren voor een implanteerbare defibrillator met 3 5 capaciteiten van 10 tot 30 p F en energiedichtheden tussen 2 en 3 J/cm .-29- 25058 / JF / tv once replaced with the paper with 2.5 µm fibers and films of polyethylene terephthalate from 2.5 µm to 4 µm. With film sizes from 40 to 80 mm and winding diameters from 15 to 20 mm. other models can be realized for an implantable defibrillator with 3 capacities from 10 to 30 p F and energy densities between 2 and 3 J / cm.
Resumerend kunnen dezelfde eenheden van diëlektrica worden benut bij verschillende velden en energiedichtheden, in overeenstemming met de werkingsomstandigheden en/of de nagestreefde levensduur: 3 - 150 tot 300 V/μη en 0,4 tot 1,2 J/cm voor commutatie- en ÏO ontlaadfiltreertoepassingen, waarbij het gemiddelde werkvermogen of de levensduurvereisten zijn verhoogd. Deze modellen zijn eveneens te benutten onder hun niveau (derating) voor zeer strenge voorwaarden.In summary, the same units of dielectrics can be utilized at different fields and energy densities, according to the operating conditions and / or target life: 3 - 150 to 300 V / μη and 0.4 to 1.2 J / cm for commutation and ÏO discharge filtering applications, where the average operating power or service life requirements are increased. These models can also be used under their level (derating) for very strict conditions.
3 - 300 tot 400 V/μη en 1,2 tot 2 J/cm voor commutatie- of ontlaadfiltreertoepassingen, waarbij de condities minder zwaar zijn 15 (bijvoorbeeld uitwendige defibrillatorenof lasers met geringe herhalings-frequentie).3 - 300 to 400 V / μη and 1.2 to 2 J / cm for commutation or discharge filtering applications, where conditions are less severe (eg external defibrillators or low repetition rate lasers).
3 - 400 tot 500 V/pm en 2 tot 3 J/cm voor toepassingen met een zeer geringe benuttingsgraad. Bijvoorbeeld: implanteerbare defibrillator, 500 schokken maximaal.en ontlading nagenoeg onmiddelijk na de lading.3 - 400 to 500 V / pm and 2 to 3 J / cm for applications with a very low utilization rate. For example: implantable defibrillator, 500 shocks maximum. And discharge almost immediately after the charge.
20 Verschillende materialen zijn te benutten zonder de principes van de uitvinding te wijzigen: - andere metalen of elementen zijn mogelijk voor de metallisatie: aluminium, zilver, goud, paladium of puur amorfe koolstof; - andere diëlektrica zijn mogelijk in plaats van diëlektricum 25 1: polypropyleen, polycarbonaat, polysulfide, polystyreen, enz...Different materials can be used without changing the principles of the invention: - other metals or elements are possible for the metallization: aluminum, silver, gold, paladium or pure amorphous carbon; - other dielectrics are possible instead of dielectric 25 1: polypropylene, polycarbonate, polysulfide, polystyrene, etc ...
- andere vezelige structuren zijn mogelijk in de plaats van het diëlektricum 2; - andere impregnatieoliën beantwoordend aan de criteria van de uitvinding zijn mogelijk.- other fibrous structures are possible in place of the dielectric 2; other impregnation oils meeting the criteria of the invention are possible.
30 Figuur 4 die de metalliseringsinrichting van het papier beschrijft is een weergave, die niet op schaal is,van een ruimte in vacuüm 100, waarin zich een uitgangsspoel 102 van condensatorpapier bevindt en een spoel 104 waarop het condensatorpapier 107 zal worden gewikkeld. Het condensatorpapier 106 passeert over de afleidriemschijven 108 en in het 35 bovenste deel van de holte in vacuüm 100 passeert deze voor een diafragma 110, 112. Een verbinding 101 loopt .naar een vacuümpomp. In de vacuüm-ruimte 100 bevindt zich een smeltkroes 116, waarin zink tot verdampingFigure 4 describing the paper metallization device is an unscaled representation of a space in vacuum 100 containing an output coil 102 of capacitor paper and a coil 104 on which capacitor paper 107 will be wound. The capacitor paper 106 passes over the diverting pulleys 108 and in the upper part of the cavity in vacuum 100 it passes for a diaphragm 110, 112. A connection 101 passes to a vacuum pump. In the vacuum space 100 there is a crucible 116 in which zinc is allowed to evaporate
3% Λ 9 £ Q3% Λ 9 £ Q
>* i. vi D 0 ö> * i. vi D 0 ö
♦ V♦ Q
-30- 25058/JF/tv is verwarmd. De elektroden 120 en 122, die zijn verbonden met een negatieve spanning brengen een dampneerslag op de rollen 102 en 104 met zich. Het traject naar de rollen 102 en 104, die de metaaldamp zou moeten nemen zonder de elektroden 120 en 122 5 is met stippellijnen aangegeven. De plaats van een andere elektrode 124, die zich bevindt op een positieve potentiaal is voorzien achter het papier 107 op de plaats van een uitsparing 126 in het diafragma 110, 112. De uitsparing 126 is zijdelings verplaatst met betrekking tot de smeltkroes 116 zodat de metaalband afkomstig van de smeltkroes 10 116 een invalshoek van 45° maakt met het papier 106 door de uitsparing 126. Indien dit noodzakelijk blijkt te zijn kan deze hoek anders worden gekozen.-30- 25058 / JF / TV is heated. The electrodes 120 and 122, which are connected to a negative voltage, produce a vapor deposit on the rollers 102 and 104. The path to rollers 102 and 104, which the metal vapor should take without electrodes 120 and 122, is indicated by dotted lines. The location of another electrode 124, which is at a positive potential, is provided behind the paper 107 at the location of a recess 126 in the diaphragm 110, 112. The recess 126 is displaced laterally with respect to the crucible 116 so that the metal tape coming from the crucible 116 makes an angle of incidence of 45 ° with the paper 106 through the recess 126. If this proves necessary, this angle can be chosen differently.
In het voorbeeld is de afstand tussen de smeltkroes 116, die in tantaal is gerealiseerd en het papier '106 op de plaats van de 15 inval van de metaalband achter de uitsparing 126 30 cm.Volgens de toepassing kan deze afstand zich bevinden tussen 15 cm en 30 cm. De O o temperatuur van het metaal ligt tussen 400 C en 800 C. De lineaire snelheid van .het papier ligt tussen 2 m/min en 4 m/min. Het potentiaalverschil tussen de potentiaal UQ van de smeltkroes en de potentiaal 20 U+ van de elektrode 124, die positief is met betrekking tot UQ is 400 V tot 800 V. De elektroden 120 en 122-bevinden zich op het potentiaal, die -:100 V tot -200 V negatief met betrekking tot de -2 smeltkroes is. De druk van de vacuümruimte 100 is ongeveer 10 torr -5 tot 10 torr. De dikte van de metaalafzetting op het papier hangt 25 af van de temperatuur-van het metaal, de invalshoek op het papier, de snelheid van het papier, de spanningen, de druk in de ruimte 100 en de afstand tussen de smeltkroes en het papier.In the example, the distance between the crucible 116, which is realized in tantalum and the paper '106 at the location of the incidence of the metal strip behind the recess 126, is 30 cm. According to the application, this distance can be between 15 cm and 30 cm. The O o temperature of the metal is between 400 C and 800 C. The linear speed of the paper is between 2 m / min and 4 m / min. The potential difference between the potential UQ of the crucible and the potential 20 U + of the electrode 124, which is positive with respect to UQ, is 400 V to 800 V. The electrodes 120 and 122 are at the potential, which is -: 100 V to -200 V negative with respect to the -2 crucible. The pressure of the vacuum space 100 is about 10 torr -5 to 10 torr. The thickness of the metal deposit on the paper depends on the temperature of the metal, the angle of attack on the paper, the speed of the paper, the stresses, the pressure in the space 100 and the distance between the crucible and the paper.
Fig. 5 en 6 tonen een schematische tekening van een inrichting, die drie metalen rollen 200, 202, 204 omvat, waarvan de assen zich in . 30 hetzelfde vlak bevinden. De rol in het midden 200 wordt aangedreven en draagt door wrijving de rotatiebeweging over op de andere rollen. De omtrek van de middenrol 200 hééft een inkeping 206 van 85 mm lengte en een diepte van 4 ym. Een band 208 van condensatorpapier uit de handel met een dikte van 6 ym loopt eerst van de uitgangsrol 210 en passeert 35 onder een dampbuis 21:2 die dient voor het bevochtigen van het papier;Fig. 5 and 6 show a schematic drawing of an apparatus comprising three metal rollers 200, 202, 204, the shafts of which are in. 30 are on the same plane. The center roller 200 is driven and frictionally transfers the rotational movement to the other rollers. The circumference of the center roll 200 has a notch 206 of 85 mm in length and a depth of 4 µm. A 6 µm thick condenser paper tape 208 first runs from the output roll 210 and passes 35 under a vapor tube 21: 2 which serves to wet the paper;
Vervolgens passeert hij tussen de bovenrol· 202 en de middenrol 200 en vervolgens tussen de middenrol 200 en de benedenrol 204. De Ώ 0 2 6 8 8 -31- 25058/JF/tv papierband passeert alleen in de uitsparing 206. Het geperste papier wordt gewikkeld op de rol 214. Op de plaats van de middenrol 200 is voorzien in een tweede buis 216 voor het -op het papier aanbrengen van de waterdamp, vernis of een ander produkt volgens de te bewerkstelligen 5 bewerking. De buis 212 impregneert het papier met een relatieve vochtigheid tussen 25% en 35%. De rollen 200 en 204 worden gehouden op een temperatuur tussen 80°C en 110°C door kwartslampen met een infrarode emissie, die zijn opgenomen in deze rollen. Maar andere verwarmingstechnieken zijn mogelijk. De rollen 200 en 204 hebben 10 dezelfde diameter van 30 cm. De middenrol 200 draait rondom een as, die is verbonden met een frame 222, terwijl de bovenrol 202 en de benedenrol 204 kunnen worden verplaatst in de richting van de hoogte en tegen de rol 200 worden gedrukt door hydraulische inrichtingen met zuigercilinders 224. De inrichtingen 224 met zuigercilinders worden 15 gevoed door een hydraulische pomp 226. Regelinrichtingen staan het toe de druk in te stellen, en dus de kracht te bepalen waarmee de rollen tegen elkaar worden gedrukt. In het uitvoeringsvoorbeeld bedraagt deze 2 2 druk ongeveer 1000dN/cm tot 1500 dN/cm . Het papier wordt aangedreven met een snelheid van 8 m/min tot 10 m/min. Het papier dat de pers-20 inrichting verlaat heeft een dikte van 4 ym tot 4,2 ym. Een pletting zonder bevochtiging door enkel de temperatuur en druk van de rollen is eveneens raogelijk.Then it passes between the top roll · 202 and the center roll 200 and then between the center roll 200 and the bottom roll 204. The Ώ 0 2 6 8 8 -31- 25058 / JF / tv paper tape passes only in the recess 206. The pressed paper is wound on the roll 214. At the location of the center roll 200, a second tube 216 is provided for applying the water vapor, varnish or other product to the paper according to the operation to be effected. The tube 212 impregnates the paper with a relative humidity between 25% and 35%. Rollers 200 and 204 are maintained at a temperature between 80 ° C and 110 ° C by infrared emission quartz lamps included in these rolls. But other heating techniques are possible. The rolls 200 and 204 have the same diameter of 30 cm. The center roller 200 rotates about an axis connected to a frame 222, while the top roller 202 and the lower roller 204 can be moved in the height direction and pressed against the roller 200 by hydraulic piston cylinder devices 224. The devices 224 piston cylinders are fed by a hydraulic pump 226. Control devices allow to adjust the pressure, and thus determine the force with which the rollers are pressed together. In the exemplary embodiment, this pressure is about 1000dN / cm to 1500 dN / cm. The paper is driven at a speed of 8 m / min to 10 m / min. The paper exiting the press 20 has a thickness of 4 µm to 4.2 µm. A crushing without moistening by only the temperature and pressure of the rollers is also possible.
Het aldus vervaardigde papier heeft een dichtheid van 3 3 ongeveer 1,4 g/cm tot 1,5 g/cm . Papier dat is vervaardigd door het 25 uitsluitend toepassen van de vezeltjes heeft dezelfde dichtheid. De diëlektrische stijfheid stijgt tot 400 V/um (indien het papier is gedrenkt in siliconenolie). Dit papier leent zich in het bijzonder goed voor de metallisatie. Het is overigens denkbaar de weerstand per opper-vlakteëenheid voorzien door de onderhavige uitvinding voorbij 30 Ω 30 te 'vergroten, hetzij door het metalliseren van bestaand papier, hetzij door het benutten van het nieuwe papier en/of de hierboven beschreven nieuwe metalliseringswerkwijze.The paper thus prepared has a density of about 3 1.4 g / cm to 1.5 g / cm. Paper made using only the fibers has the same density. The dielectric stiffness increases to 400 V / um (if the paper is soaked in silicone oil). This paper is particularly well suited for metallization. Incidentally, it is conceivable to increase the resistance per surface unit provided by increasing the present invention beyond 30 Ω 30, either by metallizing existing paper, or by utilizing the new paper and / or the new metallization process described above.
33
Ten slotte wordt opgemerkt dat de in de tekst in J/cm gegeven soortelijke energiedichtheden eveneens kunnen worden uitgedrukt in 35 gewichtsenergieëenheden. De door de condensatoren volgens de uitvinding verkregen waarden zijn dus 0,5 tot 1 J/g, terwijl de beste waarden gevonden in de stand van de techniek voor het beoogde bereik 0,1 tot 0,2 J/g zijn.Finally, it is noted that the specific energy densities given in the text in J / cm can also be expressed in 35 weight energy units. Thus, the values obtained by the capacitors of the invention are 0.5 to 1 J / g, while the best values found in the prior art for the intended range are 0.1 to 0.2 J / g.
3502 6883502 688
Claims (24)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843436122 DE3436122C2 (en) | 1984-03-28 | 1984-10-02 | Electric capacitor |
| DE3436122 | 1984-10-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8502688A true NL8502688A (en) | 1986-05-01 |
Family
ID=6246903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8502688A NL8502688A (en) | 1984-10-02 | 1985-10-02 | HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH HIGH ENERGY DENSITY. |
Country Status (14)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR860003636A (en) |
| AU (1) | AU4827285A (en) |
| CA (1) | CA1285035C (en) |
| CH (1) | CH666368A5 (en) |
| DK (1) | DK445285A (en) |
| ES (1) | ES8800782A1 (en) |
| GB (1) | GB2167234B (en) |
| GR (1) | GR852387B (en) |
| IE (1) | IE56879B1 (en) |
| IT (1) | IT1215603B (en) |
| NL (1) | NL8502688A (en) |
| NO (1) | NO853872L (en) |
| SE (1) | SE8504489L (en) |
| ZA (1) | ZA857600B (en) |
-
1985
- 1985-09-27 SE SE8504489A patent/SE8504489L/en not_active Application Discontinuation
- 1985-10-01 CH CH4234/85A patent/CH666368A5/en not_active IP Right Cessation
- 1985-10-01 GB GB08524137A patent/GB2167234B/en not_active Expired
- 1985-10-01 DK DK445285A patent/DK445285A/en not_active Application Discontinuation
- 1985-10-01 AU AU48272/85A patent/AU4827285A/en not_active Abandoned
- 1985-10-01 NO NO853872A patent/NO853872L/en unknown
- 1985-10-02 NL NL8502688A patent/NL8502688A/en not_active Application Discontinuation
- 1985-10-02 CA CA000492059A patent/CA1285035C/en not_active Expired - Fee Related
- 1985-10-02 ZA ZA857600A patent/ZA857600B/en unknown
- 1985-10-02 ES ES548130A patent/ES8800782A1/en not_active Expired
- 1985-10-02 IT IT8567842A patent/IT1215603B/en active
- 1985-10-02 GR GR852387A patent/GR852387B/el unknown
- 1985-10-02 IE IE2415/85A patent/IE56879B1/en not_active IP Right Cessation
- 1985-10-02 KR KR1019850007251A patent/KR860003636A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT8567842A0 (en) | 1985-10-02 |
| GB2167234B (en) | 1988-05-18 |
| IT1215603B (en) | 1990-02-22 |
| ES548130A0 (en) | 1987-12-01 |
| CH666368A5 (en) | 1988-07-15 |
| SE8504489L (en) | 1987-03-28 |
| GR852387B (en) | 1986-02-04 |
| NO853872L (en) | 1986-07-14 |
| KR860003636A (en) | 1986-05-28 |
| IE852415L (en) | 1986-04-02 |
| CA1285035C (en) | 1991-06-18 |
| DK445285A (en) | 1986-04-03 |
| ZA857600B (en) | 1986-05-28 |
| IE56879B1 (en) | 1992-01-15 |
| AU4827285A (en) | 1986-04-10 |
| ES8800782A1 (en) | 1987-12-01 |
| GB2167234A (en) | 1986-05-21 |
| SE8504489D0 (en) | 1985-09-27 |
| DK445285D0 (en) | 1985-10-01 |
| GB8524137D0 (en) | 1985-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1314174B1 (en) | Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes | |
| US5862035A (en) | Multi-electrode double layer capacitor having single electrolyte seal and aluminum-impregnated carbon cloth electrodes | |
| US6730439B2 (en) | Heat-resistant separator | |
| US20110165318A9 (en) | Electrode formation by lamination of particles onto a current collector | |
| US7920371B2 (en) | Electrical energy storage devices with separator between electrodes and methods for fabricating the devices | |
| US20080089006A1 (en) | Electrode for energy storage device | |
| US20120040243A1 (en) | Electrode formation from a powdered mixture | |
| EP1552538A2 (en) | Double-layer capacitor, use of the same, and method for increasing the maximum charges of double-layer capacitor electrodes | |
| NL8502688A (en) | HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH HIGH ENERGY DENSITY. | |
| EP0121231B1 (en) | High energy and high direct voltage discharge capacitor | |
| RU2686690C1 (en) | Film capacitor | |
| JPS6286707A (en) | High voltage high energy density capacitor | |
| EP0104786A2 (en) | Capacitor comprising metallized polypropylene film | |
| DE3436122A1 (en) | Electrical capacitor | |
| FR2574586A1 (en) | High-voltage capacitor of high energy density | |
| DE10333550A1 (en) | Electrochemical double layer capacitor comprises electrodes of different polarity, and a porous flat separator arranged between the electrodes and made from a layer of material in which a structure is embossed containing recesses | |
| JPH0121613B2 (en) | ||
| DE102008000947A1 (en) | Electrode for lithium ion polymer cells, includes electrode conductor, primer and electrode mass, where electrode conductor has purified cleaning paste | |
| WO1993011549A1 (en) | Power capacitor | |
| DE2526588C3 (en) | Capacitor impulse welding process and apparatus for practicing the process | |
| JP3439238B2 (en) | Electrolytic capacitor | |
| Aguzzoli | Impregnation technique assessment on the electrochemical behaviour of an aluminium electrolytic capacitor | |
| JPH0121543Y2 (en) | ||
| Meyrueix et al. | Gas generation into dielectric liquids subjected to high AC fields, and its relation with partial discharges in high voltage equipment | |
| JPH06504410A (en) | power capacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BV | The patent application has lapsed |