SE515643C2 - Kondensatorelement för en kraftkondensator, metod för dess framställning samt kraftkondensator innefattande dylikt kondensatorelement - Google Patents

Description

25 30 35 - » - . - . 5152643 ligtvis två, sådana belagda filmer på varandra och lindas till en rulle så att elektrodskikten kapacitivt kopplas till varandra. För bildandet av själva kraftkondensatorn kopplas ett flertal kondensatorelement ihop seriellt och parallellt och innesluts i en behållare. För att öka kraftkondensatorns fyllnadsgrad plattas i vissa fall kondensatorelementen ihop, innan de kopplas samman och placeras i behållaren. Det dielektriska materialet i kondensatorelementets filmer är vanligen polypropen eller polyetentereftalat, och elektrodmaterialet är vanligen aluminium, zink eller en legering av dessa båda.

Den självläkande egenskapen erhålls genom val av de dielektriska filmerna och elektrodskikten så att elek- trodskikten vid elektriskt genomslag genom någon av fil- merna förångas lokalt runt felstället, varvid felstället isoleras elektriskt. För att självläkningen skall fungera måste elektrodskikten vara tunna, varför elektrodmateria- let vanligtvis förångas på filmen för bildande av elek- trodskikten. Självläkningen fungerar effektivast, om de dielektriska filmerna är tunnare än ungefär 15 mikro- meter, vilket innebär, att spänningen över filmerna inte kan tillåtas bli speciellt hög. Genom inre seriekoppling är det dock möjligt att öka spänningen över kondensator- elementet utan att öka spänningen över filmerna.

För åstadkommande av den inre seriekopplingen har konden- satorelementet två eller flera elektrodskikt som är anordnade mellan två närliggande filmer, vilka elek- trodskikt är elektriskt isolerade från varandra genom obelagda partier på filmerna. Vid spänningssättning av kondensatorelementet erhåller dessa elektrodskikt olika potentialer, vilket innebär att spänningsgradienter längs filmernas gränsskikt mellan angränsande elektrodskikt uppstår. Om ett överslag mellan två angränsande elek- trodskikt sker, kan detta kortsluta kondensatorelementet och göra kondensatorelementet obrukbart. Om energin i 10 15 20 25 30 35 . - . . . 4 515 643 kondensatorelementet är stor, kan en sådan kortslutning dessutom skada närliggande kondensatorelement och orsaka stora skador på den kraftkondensator, i vilken konden- satorelementen ingår. För att erhålla erforderlig elek- trisk hållfasthet måste därför bredden på de obelagda partierna dimensioneras så att överslag mellan elek- trodskikten inte sker. Eftersom den elektriska hållfast- heten är betydligt lägre längs en films yta än tvärs denna, måste betydande säkerhetsmarginaler användas vid denna dimensionering.

Det ovan beskrivna kravet på hög elektrisk hållfasthet mellan elektrodskikt med olika potentialer kommer dock i konflikt med önskemålet att minimera arean av de obelagda partierna för att öka volym- och materialutnyttjandet i kondensatorelementet. En vanlig åtgärd för att öka den elektriska hàllfastheten mellan elektrodskikten är att helt eller delvis impregnera kondensatorelementet med en lämplig impregneringsvätska. Den därvid ökade elektriska hållfastheten kan utnyttjas till att minska arean hos de obelagda partierna och/eller öka den tillåtna spänningen över kondensatorelementet. Generellt är det dock önskvärt att undvika impregneringsvätskan på grund av risken för läckage och brand, miljöaspekter, tillverkningstekniska aspekter med mera.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är bland annat att frambringa ett kondensatorelement, som i impregnerat eller oimpregnerat tillstånd uppvisar ett bättre volym- och materialutnyttjande och/eller klarar en högre spän- ningsbelastning än motsvarande kända impregnerade respek- tive oimpregnerade kondensatorelement.

Kondensatorelementet enligt uppfinningen kännetecknas av att en fast förbindelse av ett dielektriskt material är 10 15 20 25 30 35 n.. 4 515 643 anordnad i nämnda område och förenar filmerna med var- andra.

Metoden enligt uppfinningen kännetecknas av att nämnda filmer förenas inom nämnda område genom en fast förbin- delse av ett dielektriskt material.

Kraftkondensatorn enligt uppfinningen kännetecknas av att en fast förbindelse av ett dielektriskt material är anordnad i nämnda omràde och förenar filmerna med var- andra.

Genom uppfinningen erhàlls en förbättrad elektrisk hàll- fasthet i nämnda område. Detta kan utnyttjas till att minska områdets storlek, vilket bidrar till ett bättre volym- och materialutnyttjande i kondensatorelementet och därmed i kraftkondensatorn. Den förbättrade elektriska hállfastheten kan alternativt utnyttjas till att öka spänningsbelastningen över kondensatorelementet. Genom den ökade elektriska hàllfastheten kan ocksâ, i vissa applikationer, oimpregnerade kondensatorelement användas i stället för impregnerade.

Enligt en utföringsform av uppfinningen àstadkoms den fasta förbindelsen genom sammansmältning av filmerna i nämnda omrâde, vilket leder till att det i elektrisk hàllfasthetssynpunkt känsliga gränsskiktet mellan fil- merna helt eller delvis försvinner.

Enligt en utföringsform av en kraftkondensator enligt uppfinningen, innefattar kraftkondensatorn ett flertal kondensatorelement, vilka har en i huvudsak cirkulär- -cylindrisk form, anordnade vid varandra så att deras axialriktningar sammanfaller, och är anslutna till var- andra sà att de bildar en seriekopplad kondensatorstapel.

I en sàdan kraftkondensator för högspänning är tekniken att använda inre seriekopplingar i kondensatorelementen 10 15 20 25 30 35 5 515 643 uppenbart fördelaktig, eftersom antalet seriekopplade kondensatorelement kan reduceras. Tekniken är speciellt fördelaktig tillsammans med ovannämnda teknik för själv- läkning. Eftersom fungerande självläkning kräver speciellt tunn metallbeläggning och de strömmar som flyter genom metallen genererar aktiv förlusteffekt (värme) så betyder tunnare skikt högre förluster. Ett sätt att reducera förlusterna utan att kompromissa med kravet på tunn metallbeläggning är att välja en form på den metallbelagda filmen, och därmed en form pà konden- satorelementet, så att metallbeläggningens mått vinkel- rätt mot ihoprullningsriktningen minskas och längden på rullen ökas. Konsekvenserna av detta blir, om inte inre seriekoppling tillgrips, att de cylindriska kondensator- elementen får en relativt liten höjd i förhållande till diametern. Att seriekoppla många sådana element, vilket krävs för högspänning, blir kostnadsmässigt ofördelak- tigt. Med inre seriekopplingar kan alltså flera serie- kopplade delkondensatorer automatiskt byggas in i ett cylinderformat kondensatorelement med en ur tillverk- ningssynpunkt optimal relation mellan höjd och diameter, och med goda självläkande egenskaper.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer att förklaras närmare i det följande med hänvisning till ritningarna, där Figur 1 visar schematiskt en sektion av en bana för form- ning av ett kondensatorelement med en inre seriekoppling, Figur 2 visar schematiskt en första utföringsform av del- banor för bildning av en bana enligt figur 1, Figur 3 visar ett godtyckligt tvärsnitt av en bana såsom denna föreligger i ett kondensatorelement med en inre seriekoppling enligt uppfinningen, 10 15 20 25 30 35 , u.. =. 1.» Figur 4 visar schematiskt en andra utföringsform av del- banor för bildning av en bana enligt figur 1, Figur 5 visar schematiskt en tredje utföringsform av del- banor för bildning av en bana enligt figur 1, Figur 6 visar schematiskt en produktionsutrustning för framställning av ett kondensatorelement med en inre seriekoppling enligt uppfinningen, Figur 7 visar schematiskt en sektion av en bana för form- ning av ett kondensatorelement med tvà inre seriekopp- lingar, Figur 8 visar schematiskt en första utföringsform av del- banor för bildning av en bana enligt figur 7, Figur 9 visar schematiskt en produktionsutrustning för framställning av ett kondensatorelement med två inre seriekopplingar enligt uppfinningen, Figur 10 visar ett godtyckligt tvärsnitt av tvà pà var- andra följande varv av en bana sàsom denna föreligger i ett kondensatorelement med två inre seriekopplingar enligt uppfinningen, Figur ll visar en utföringsform av en kraftkondensator enligt uppfinningen, Figur 12 visar ytterligare en utföringsform av tvà del- banor för bildning av ett kondensatorelement enligt upp- finningen, Figur 13 visar en andra utföringsform av en kraftkonden- sator enligt uppfinningen, 10 15 20 25 30 35 , .nu 7 515 643 Figur 14 visar ett längdsnitt av ett alternativt utfö- rande av ett kondensatorelement, och Figur 15 visar två seriekopplade kondensatorelement av det i figur 14 visade slaget.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I figur 1 visas schematiskt en sektion av en bana 1 för formning av ett kondensatorelement för en kraftkondensa- tor, vilken bana 1 är bildad genom sammanläggning av en första delbana 2 och en andra delbana 3. En första utfö- ringsform av delbanorna 2, 3 före sammanläggningen visas närmare i figur 2. Banan 1 består av första och andra, kontinuerliga filmer 4, 5 av lämpligt dielektriskt mate- rial och tre åtskilda elektrodskikt 6, 7, 8 av lämpligt metallmaterial. Såsom framgår av figur 1 är de första och andra elektrodskikten 6, 7 inneslutna mellan de två fil- merna 4, 5, medan det tredje elektrodskiktet 8 är beläget på banans 1 ena sida. De två inneslutna elektrodskikten 6, 7 är elektriskt åtskilda genom ett långsträckt område 9, som initialt har formen av ett inneslutet utrymme, som bildas vid sammanläggningen av de två delbanorna 2, 3 och som således avgränsas av de två inneslutna elektrodskik- ten 6, 7 och motstàende ytpartier 10, ll av filmerna 4, 5. riktning, vara kontinuerliga eller diskontinuerliga, i De tre elektrodskikten kan, sett i banans längs- vilket senare fall elektrodskikten är uppdelade i segment av förutbestämd dimension i banans längsriktning så att två efter varandra belägna segment antingen är elektriskt sammanbundna genom en eller flera säkringsbryggor eller elektriskt åtskilda med ett mellanrum som sträcker sig tvärs banan. Vid den i figur 1 visade utföringsformen är elektrodskikten 6, 7, 8 kontinuerliga. Såsom framgår av figur 2 innefattar den nämnda första delbanan 2 den nämnda första filmen 4 och det nämnda tredje elektrod- skiktet 8, medan den nämnda andra delbanan 3 innefattar 10 15 20 25 30 35 n u.. . . u - | - K . » » m 8 515 645 den nämnda andra filmen 5 och de nämnda första och andra elektrodskikten 6, 7. Den första filmen 4 har två parallella, längsgående kanter 12, 13 och två från var- andra vända ytor 14, 15, som sträcker sig mellan nämnda kanter 12, 13. Den fràn den andra delbanan 3 vända ytan 14 är delvis belagd med ett metallmaterial för bildning av nämnda tredje elektrodskikt 8, som har en bredd som är förutbestämt mindre än filmens 4 bredd så att ytpartier 16, 17 fria från metalliskt elektrodmaterial erhålles närmast kanterna 12, 13. Den mot den andra delbanan 3 vända ytan 15 är helt fri från metalliskt elektrodmate- rial. Den andra filmen 5, som är i huvudsak lika bred som den första filmen 4, har två parallella, längsgående kanter 18, 19 och två från varandra vända ytor 20, 21, som sträcker sig mellan nämnda kanter 18, 19. Den mot den första delbanan 2 vända ytan 20 är delvis belagd med ett metallmaterial för bildning av nämnda två, åtskilda elek- trodskikt 6, 7, som sträcker sig från respektive kant 18, 19. De två elektrodskikten 6, 7 har tillsammans en bredd som är förutbestämt mindre än filmens 5 bredd så att det i samband med figur 1 nämnda ytpartiet ll erhål- les mellan de två, mot varandra vända inre kanterna 22, 23 av elektrodskikten 6, 7, vilket ytparti 11 är fritt från metalliskt elektrodmaterial. Den från den första delbanan 2 vända ytan 21 är helt fri från metalliskt elektrodmaterial.

Beläggningen av metallmaterial på de dielektriska filmer- nas ytor sker företrädesvis på känt sätt med screentryck- nings- eller förångningsteknik. Vid förångningstekniken påförs en oljemask ytan via en roterande vals, varefter filmen bringas att passera framför en öppning igenom vilken förångad metall avsätts på ytan i enlighet med den påförda masken. Vid screentryckningstekniken anbringas det ledande elektrodmaterialet filmen direkt från en lämpligt mönstrad vals. 10 15 20 25 30 35 9 515 643 I figur 3 visas ett godtyckligt tvärsnitt av banan 1 såsom det föreligger i kondensatorelementet, innan änd- anslutningar har utförts. Elektrodskikten 6 och 8 är kapacitivt kopplade till varandra och seriellt med dessa är elektrodskikten 8 och 7 kapacitivt kopplade till var- andra för bildande av kondensatorelementets interna seriekoppling på känt sätt. Såsom framgår av tvärsnittet enligt figur 3 har i enlighet med föreliggande uppfinning filmerna 4, 5 förenats inom nämnda område 9 genom en bryggliknande, fast förbindelse 24 av ett dielektriskt material. Genom att de två elektrodskikten 6, 7 är konti- nuerliga är den nämnda fasta förbindelsen 24 också konti- nuerlig, vilket inses av det faktum att tvärsnittet är godtyckligt valt i banans längsriktning. Den fasta för- bindelsen 24 kan, sett i ett tvärsnitt, utfylla hela det från början inneslutna utrymmet, såsom visas i figur 3, eller delvis utfylla detta, så att utrymmet liksom de två mot varandra vända ytpartierna 10, 11 helt respektive delvis försvinner. Härigenom erhålles en förbättrad elek- trisk hållfasthet i området 9 mellan de två åtskilda elektrodskikten 6, 7. Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen åstadkommes den fasta förbindelsen 24 genom sammansmältning av filmernas 4, 5 motstående ytpar- tier 10, 11, varigenom en fast förbindelse erhålles, som uppvisar en elektrisk hållfasthet som är i paritet med filmernas 4, 5 elektriska hållfastheter. Enligt en annan utföringsform av uppfinningen åstadkommes den fasta för- bindelsen med hjälp av ett vidhäftningsmedel, t.ex. ett lämpligt lim, som sammanfogar filmernas 4, 5 motstående ytpartier 10, 11.

Den i figur 1 visade banan 1 kan bildas genom sammanlägg- ning av andra delbanor än de i figur 2 visade delbanorna 2, 3. banor. Figur 4 visar en andra utföringsform av två del- Figurerna 4 och 5 är exempel på sådana andra del- banor för bildning av banan visad i figur 1, där de första och andra elektrodskikten 6, 7 är belagda på fil- 10 l5 20 25 30 35 O l 515 643 mens 4 yta 15, som vänder mot den andra delbanan 3. Figur 5 visar en tredje utföringsform av två delbanor för bild- ning av banan visad i figur 1, där det första elektrod- skiktet 6 är belagt pà filmens 4 yta 15, som vänder mot den andra delbanan 3.

En metod för framställning av ett kondensatorelement med en bana 1 enligt figur 3 beskrives i det följande med hänvisning till figur 6, som schematiskt visar en lämplig produktionsutrustning. Produktionsutrustningen innefattar en första roterbar axel 25 för en första materialrulle 26, en andra roterbar axel 27 för en andra materialrulle 28, en roterbar lagringsaxel 29 för upprullning av banan 1 för bildning av kondensatorelementet 30, ett värme- alstringsdon i form av en plastsvetsanordning 31 och tvà ledvalsar 32, som är anordnade intill varandra. Vid fram- ställningen av kondensatorelementet 30 placeras en rulle av delbanan 2 enligt figur 2 pà axeln 25 och en rulle av delbanan 3 enligt figur 2 pä axeln 27. Delbanorna 2, 3 löper fram till ledvalsarna 32, där de sammanläggs och bildar en bana 1 enligt figur 1, varvid nämnda omràde 9 i form av nämnda utrymme bildas genom inneslutning mellan den andra delbanans 3 elektrodskikt 6, 7 och filmernas 4, 5 mot varandra vända ytpartier 10, 11. Banan 1 passe- rar plastsvetsanordningen 31, vilken innefattar en till en lämplig temperatur upphettad aktiv del 33, som har formen av en rulle med en förutbestämd bredd som är något mindre än bredden hos området 9. Plastsvetsanordningen 31 är så placerad, att den aktiva delen 33 rullar pà banan 1 mitt för området 9. Vid banans 1 passage framför den aktiva delen 33 upphettar denna filmerna 4, 5 lokalt så att de sammansmälter och helt utfyller nämnda utrymme, varpå de stelnar och i området 9 bildar en fast förbin- delse 24 såsom visas i figur 3. I stället för ett värmealstringsdon innefattande en aktiv del som fysiskt ansluter till banan, såsom har beskrivits ovan, kan alternativt ett värmealstringsdon användas, som berö- 10 15 20 25 30 35 ll 515 643 ringsfritt àstadkommer plastsvetsningen, till exempel ett värmealstringsdon som utnyttjar ultraljuds- eller laser- teknik. För att förhindra att de inneslutna elektrodskik- ten 6, 7 skadas vid sammansmältningen av filmerna 4, 5 måste det säkerställas, att värmetillförseln lokaliseras till området 9. Detta sker företrädesvis med hjälp av en kylfälla (ej visad) som lämpligen är utformad som en eller ett flertal kylda rullar, som vid svetsanordningens 31 aktiva del 33 eller i banans 1 riktning strax före eller efter denna pressas mot banan 1 mitt för nämnda elektrodskikt 6, 7. aktiva delen 33 dessutom användas till att kontrollera Dessa rullar kan tillsammans med den banans 1 lindningsspänning, som är en viktig parameter vid framställning av lindade kondensatorelement. Efter sammansmältningen av filmerna 4, 5 lindas banan 1 pà lag- ringsaxeln 29 så att den första delbanan 2 bildar inner- varv och den andra delbanan 3 yttervarv, dvs. sä att den första filmens 4 yta 14 vetter mot lagringsaxeln 29 och den andra filmens 5 yta 21 mot kondensatorelementets 30 mantelyta.

I de fall den fasta förbindelsen àstadkommes med hjälp av ett vidhäftningsmedel, anbringas företrädesvis vidhäft- ningsmedlet vid det ena eller båda av filmernas 4, 5 ytpartier 10, 11, innan delbanorna 2, 3 sammanläggs för bildningen av banan 1, dvs. före ledvalsarna 32. Applice- ringen av vidhäftningsmedlet görs företrädesvis med ett appliceringsdon som anligger mot delbanornas 2, 3 ytpar- tier 10, ll.

Figur 12 visar ytterligare en utföringsform av tvà del- banor 2, 3 för bildning av ett kondensatorelement inne- fattande den i figur 3 visade banan 1. Den första del- banan 2 i figur 12 är identisk med den i figur 2 visade första delbanan 2. I den andra delbanan 3 bildas filmen 5 av tvà filmdelar 62, 63 av dielektriskt material. Varje filmdel 62, 63 är pä den sida som vänder mot den första 10 15 20 25 30 35 ~ - - - . . . . . . .- 12 515 645 delbanan 2 delvis belagd med ett elektrodskikt 6, 7 av metallmaterial. Varje filmdel 62, 63 har ett obelagt kantparti 64, 65, som sträcker sig längs den längsgående kant 66, 67, som vänder mot den motstàende filmdelen 63, 62. så anordnade att de obelagda kantpartierna 64, 65 delvis Såsom framgår av figur 12 är filmdelarna 62, 63 överlappar varandra. Vid bildning av ett kondensatorele- ment utifrån delbanorna 2, 3 i figur 12 lindas delbanorna 2, 3 till en rulle, varvid de överlappande kantpartierna 64, 65 lokalt utsätts för ett högt tryck, sammanpressas, flyter ut och utfyller det i figur 3 visade området 9 mellan elektrodskikten 6, 7. Kantpartierna 64, 65 samman- fogas därvid med varandra och med den första delbanans 2 film 4, och bildar den i figur 3 visade fasta förbindel- sen 24. Mängden tillgängligt utfyllningsmaterial regleras av överlappningsgraden, dvs. ju större överlappning, desto mer tillgängligt material. Det är i detta samman- hang viktigt, att lindningsspänningen är hög så att de överlappande kantpartierna 64, 65 och filmen 4 samman- fogas. Den ovan beskrivna metoden kan kombineras med den tidigare beskrivna metoden innefattande värmealstringsdon för lokal uppvärmning av området mellan elektrodskikten 6, 7. fattande det tidigare nämnda vidhäftningsmedlet. Om ett Metoden kan också kombineras med en metod inne- kondensatorelement med två eller flera interna seriekopp- lingar önskas, används företrädesvis fler än två film- delar vid bildning av delbanorna.

Uppfinningen kan givetvis utsträckas till att omfatta filmer med två eller flera inre seriekopplingar, i vilket fall produktionsutrustningen företrädesvis innefattar medel för bildning av fasta förbindelser mellan filmerna vid kondensatorelementets alla inre seriekopplingar.

Figur 7 visar en bana 34 för formning av ett kondensator- element med två inre seriekopplingar. Banan 34 är bildad genom sammanläggning av två delbanor 35, 36, vilka visas 10 15 20 25 30 35 .u- 13 515 643 i figur 8. Den första delbanan 35 har en dielektrisk film 4 som på den yta 14 som vänder bort från den andra del- banan 36 delvis är belagd med två kontinuerliga elek- trodskikt 37, 38. Elektrodskikten 37, 38 sträcker sig i delbanans 35 längsriktning och är på ytan 14 så anordnade att ett làngsträckt ytparti 39 fritt från metallmaterial erhålles mellan elektrodskikten 37, 38, och ett lång- sträckt ytparti 40 fritt från metallmaterial erhålles längs den ena av filmens 4 längsgående kanter 13. Ytpar- tiet 39 begränsas följaktligen av två, mot varandra vända inre kanter 56, 57 hos elektrodskikten 37, 38. Filmens 4 yta 15, som vänder mot den andra delbanan 36, är helt fri från metalliskt elektrodmaterial. Den andra delbanan 36 har en dielektrisk film 5 som på den yta 20 som vänder mot den första delbanan 35 delvis är belagd med två kon- tinuerliga elektrodskikt 41, 42. På samma sätt som vid den första delbanan 35 sträcker sig elektrodskikten 41, 42 i delbanans 36 längsriktning och är så anordnade på ytan 20 att ett långsträckt ytparti 43 fritt från metallmaterial erhålles mellan elektrodskikten 41, 42, och ett långsträckt ytparti 44 fritt från metallmaterial erhålles längs den ena av filmens 5 längsgående kanter 18. Ytpartiet 43 begränsas följaktligen av två, mot var- andra vända inre kanter 58, 59 hos elektrodskikten 41, 42. Filmens 5 yta 21, som vänder från den första del- banan 35, är helt fri från metalliskt elektrodmaterial.

Vid sammanläggningen av delbanorna 35, 36 bildas ett första område 45 i form av ett inneslutet utrymme genom inneslutning mellan elektrodskikten 41, 42, ytpartiet 43 och ett mot ytpartiet 43 stående ytparti 46 hos filmens 4 yta 15.

En produktionsutrustning för framställning av ett konden- satorelement med två inre seriekopplingar visas i figur 9. Såsom den i figur 6 visade produktionsutrustningen innefattar produktionsutrustningen i figur 9 en första roterbar axel 25, en andra roterbar axel 27, en roterbar 10 15 20 25 30 35 14 515 643 lagringsaxel 29 för kondensatorelementet 30 och tvà led- valsar 32. Vidare innefattar produktionsutrustningen tvà värmealstringsdon i form av en första plastsvetsanordning 47 och en andra plastsvetsanordning 48, vilka vardera innefattar en till lämplig temperatur upphettad aktiv del 49, 50. Vid framställningen av kondensatorelementet 30 placeras en rulle 51 av den i figur 8 visade första del- banan 35 på axeln 25, och en rulle 52 av den i figur 8 visade andra delbanan 36 pà axeln 27. Såsom vid den tidi- gare i samband med figur 6 beskrivna metoden leds del- banorna 35, 36 till ledvalsarna 32 där delbanorna 35, 36 sammanläggs till banan 34, varvid det i figur 7 visade området 45 bildas. Banan 34 passerar framför den första plastsvetsanordningens 47 aktiva del 49 som, pà samma sätt som vid den tidigare beskrivna metoden, i området 45 bildar en första fast förbindelse 53 (se figur 10) av ett dielektriskt material mellan banans 34 filmer 4, 5. Där- efter lindas banan 34 till en rulle sä att banans 34 undre sida, dvs. den sida på vilken elektrodskikten 37, 38 är belägna, ansluter till föregående varv hos banan 34, dvs. till den andra filmens 5 yta 21. Därvid bildas ett andra område 54 i form av ett inneslutet utrymme som begränsas av elektrodskikten 37, 38, ytpar- tiet 39 och ett mot ytpartiet 39 stående ytparti (ej synligt) pà filmens 5 yta 21. Det inneslutna utrymmet passerar framför den andra plastsvetsanordningens 48 aktiva del 50, som i området 54 upphettar filmerna 4, 5 lokalt så att de sammansmälter och helt utfyller utrym- met. Dà filmerna 4, 5 därpå stelnar bildas i omrâdet 54 en andra fast förbindelse 55 (se figur 10) av ett dielek- triskt material mellan filmerna 4, 5. Eftersom plast- svetsanordningen 48 mäste tillföra värme till omràdet 54 genom elektrodskiktet 41, är det viktigt att effektiva kylfällor (ej synliga) för bort överskottsvärme fràn elektrodskiktet 41 så att detta inte skadas. 10 15 20 25 30 35 15 515 643 Figur 10 visar ett godtyckligt tvärsnitt av ett konden- satorelement som har framställts enligt metoden beskriven ovan i samband med figur 9. I figuren 10 syns tvà pà var- andra följande lager av banan 34H 34", där de tvâ översta filmerna 4', 9 hör till det ena lagret och de tvà nedersta filmerna 4", 5" hör till det andra lagret. I varje lager är filmerna 4', 5; 4", 5” i området 45', 45” förenade med varandra genom den fasta förbindelsen 53Z 53". Varje lager av banan 34fl 34” är i området 54 förenat med angränsande lager genom den fasta förbin- delsen 55. I denna utföringsform är alltsä filmen 4" när- belägen filmen 5” och filmen 52 och filmen 9 är närbe- lägen filmen 4” och filmen 4H Figur 11 visar en första utföringsform av en kraftkonden- sator 60 enligt uppfinningen, vilken kraftkondensator 60 innefattar ett flertal sammankopplade kondensatorelement 61 av den ovan beskrivna typen med förenade filmer.

Kraftkondensatorn 60 är i övrigt uppbyggd pà konventio- nellt sätt med en behållare av metall och porslins- eller polymergenomföringar. Kondensatorelementen 61 är pà kon- ventionellt sätt rullade till rullar och tillplattade.

Figur 13 visar en andra utföringsform av en kraftkonden- sator 60 enligt uppfinningen. Kraftkondensatorn 60 inne- fattar ett flertal, i det här fallet fyra, kondensator- element 61 av den ovan beskrivna typen med förenade fil- mer. Kondensatorelementen 61 har en i huvudsak cirkulär- -cylindrisk form, och är anordnade på varandra så att deras axialriktningar sammanfaller. Angränsande konden- satorelement 61 är vid sina ändytor elektriskt anslutna till varandra så att kondensatorelementen 61 bildar en seriekopplad stapel. Kraftkondensatorn 60 innefattar vidare en behållare 68 med en i huvudsak cirkulär-cylind- risk form, i vilken stapeln av kondensatorelement 61 är innesluten så att kondensatorelementens 61 och behålla- rens 68 axialriktningar sammanfaller. Kondensatorelemen- 10 15 20 25 30 35 16 515 643 ten i stapelns ändar är elektriskt anslutna till var sitt anslutningsdon 69, 70 som löper genom var sin av behålla- rens ändpartier 71, 72, vilka anslutningsdon 69, 70 bil- dar kraftkondensatorns anslutningsterminaler. Behållaren 68 är företrädesvis av ett elektriskt isolerande mate- rial.

Figur 14 visar i ett längdsnitt ett alternativt utförande av ett kondensatorelement 61 av den ovan beskrivna typen med förenade filmer. Kondensatorelementet 61 är uppdelat i tre subelement 73, 74, 75, vilka är koncentriska med en gemensam axel. Det yttersta subelementet 73 är i det när- maste rörformigt och omsluter med ett litet avstånd det mellersta subelementet 74. På liknande sätt omsluter det mellersta subelementet 74 det innersta subelementet 75.

Med andra ord har hos radiellt intilliggande subelement det yttre en centralt genomgående kanal med en i huvudsak cirkulär-cylindrisk form som nära ansluter till det inre subelementet. Det innersta subelementet 75 har en central genomgående kanal 76. De olika subelementen har olika radiell tjocklek, med den minsta tjockleken hos det yttersta. På det sättet har de i huvudsak samma kapaci- tans. Mellan subelementen 73, 74, 75 är isolation 77 anordnad. Subelementen 73, 74, 75 är kopplade i serie.

Två radiellt intilliggande subelement har sin respektive ena kopplingspunkt vid samma ände. Således är det yttersta subelementet 73 medelst kopplingsorganet 78 anslutet till det mellersta subelementet 74 vid konden- satorelementets 61 ena ände, och det mellersta subelemen- tet 74 är medelst kopplingsorganet 79 anslutet till det innersta subelementet 75 vid kondensatorelementets 61 andra ände. På det sättet erhålles att anslutningarna 80, 81 för kondensatorelementet 61 förläggs till var sin ände av detta. Om antalet subelement är större än tre, t.ex. fem eller sju, så fortsätter man att växelvis koppla samman kopplingspunkterna i subelementens ändar på samma sätt. 10 15 20 25 30 35 u.. 7 1 515 643 I figur 15 illustreras hur ett flertal kondensatorelement av det i figur 14 visade slaget kopplas samman i serie.

Figuren visar två sådana 61a, 61b. Det undre kondensator- elementets 61b anslutning 81 vid det inre subelementets 75 övre ände är kopplad till det övre kondensatorelemen- tets 61a anslutning 80 vid det yttre subelementets 73 nedre ände. Mellan kondensatorelementen 61a, 61b är isolation 82 anordnad för att klara de potentialskillna- der som uppstår vid detta slag av kondensator.

Uppfinningen kan utsträckas till att omfatta ett för- enande av filmerna genom en fast förbindelse i andra utrymmen än de som definierar inre seriekopplingar, till exempel mellan segmenterade elektrodskikt med samma potential. Fasta förbindelser som sträcker sig i huvudsak tvärs banans längsriktning kan därvid erhållas. Uppfin- ningen kan också, i de fall kondensatorelementet lindas till en rulle så att varv av dielektrisk film anordnas mot varandra, utsträckas till att med en fast förbindelse förena de i figurerna 7 och 8 visade ytpartierna 40 och 44 med motstående ytpartier hos motstàende filmer, såsom visas i högra delen av figur 10.

Typiska dimensioner för ett kondensatorelement i form av en rulle är en diameter på 100-300 mm, en hàldiameter på 20-90 mm, företrädesvis minst 30 mm, och en höjd på 50-800 mm. Ett sådant kondensatorelement är avsett för en spänning på ca 1-15 kV. Ett kondensatorelement med en diameter på exempelvis 200 mm, en hàldiameter på 50 mm och en höjd på 150 mm är avsett för en spänning på ca 4-10 kV. Över fyra sådana kondensatorelement kopplade i serie, såsom i figur 13, kan således spänningar upp till ca 40 kV kopplas. Filmerna består företrädesvis av polypropen och har en konstant tjocklek som företrädesvis ligger i intervallet 5-15 mikrometer. Elektrodskikten består företrädesvis av en legering av aluminium och zink 10 15 20 25 30 35 18 515 643 och har en ytresistivitet som företrädesvis ligger i intervallet 5-40 Q/Ü. Det till i form av en rulle lin- dade kondensatorelementet kan i vissa applikationer plattas ihop innan det kopplas samman med andra konden- satorelement och placeras i en behållare för bildning av kraftkondensatorn. Uppfinningen kan tillämpas vid impreg- nerade såväl som vid oimpregnerade kondensatorelement.

Uppfinningen kan också tillämpas vid kondensatorelement där ett eller flera av elektrodskikten är sektionerade, dvs. är uppdelade i mindre delområden eller segment. 000114 Pl453SE.T0l

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 u n.. 19 515 643 P A T E N T K R A V inne- fattande ett flertal filmer (4, 5) av dielektriskt mate- rial och ett flertal elektrodskikt (6, 7, 8; 37, 38, 41, 42) av metallmaterial, varvid minst tvà sådana elek- trodskikt (6, 7; 37, 38, 41, 42) är belägna mellan två

1. Kondensatorelement för en kraftkondensator, närbelägna filmer (4, 5) av nämnda flertal filmer (4, 5) pà avstånd fràn och vid sidan av varandra för bildning av ett område (9; 45, 54), vilket är fritt fràn metallmate- rial, kännetecknat av att en fast förbindelse (24; 53, 55) av ett dielektriskt material är anordnad i nämnda omrâde (9; 45, 54) och förenar filmerna (4, 5) med varandra.

2. Kondensatorelement enligt krav 1, kännetecknat av att det är format av en kontinuerlig bana (1; 34), som innefattar nämnda tvä närbelägna filmer (4, 5), nämnda minst två elektrodskikt (6, 7; 41, 42) och ytterligare minst ett elektrodskikt (8; 37, 38) vilket är beläget på en sida av en av filmerna (4, 5) som av metallmaterial, vänder fràn den andra filmen (5, 4), där nämnda område (9; I avgränsat av motstàende ytpartier (10, 11; 43, 46) av de som initialt har formen av ett utrymme, är 5) och inre motstàende kanter (22, 23; 58, 59) av de två elektrodskikten (6, 7; 41, 42), vilket utrymme (9; 45) sträcker sig i två filmerna (4, banans (1; 34) längsriktning.

3. Kondensatorelement enligt krav 1 eller 2, känneteck- nat av att nämnda minst tvà elektrodskikt (6, 7; 37, 38, 41, 42) har olika potentialer.

4. Kondensatorelement enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att nämnda förbindelse (24; 53, 55) är bildad genom en lokal sammansmältning av nämnda tvà när- belägna filmer (4, 5). 10 15 20 25 30 35 nu ~ - ~ . n v

5. Kondensatorelement enligt nàgot av kraven 1-4, kånnetecknat av att minst en av nämnda tvà filmer (5) innefattar minst tvà filmdelar (62, 63) som i nämnda omràde (9) överlappar varandra, och att nämnda förbin- delse (24) är bildad genom lokal förening av nämnda tvà filmer (4, 5).

6. Kondensatorelement enligt nàgot av kraven 1-3, kännetecknat av att nämnda förbindelse (24; 53, 55) innefattar eller är bildad av ett vidhäftningsmedel.

7. Kondensatorelement enligt något av kraven 1-6, kännetecknat av att nämnda förbindelse (24; 53, 55) har en elektrisk hàllfasthet som är i paritet med nämnda tvà närbelägna filmers (4, 5) elektriska hàllfasthet.

8. Kondensatorelement enligt något av kraven 1-7, kånnetecknat av att nämnda flertal elektrodskikt (6, 7, 8; 37, 38, 41, 42) är belagda pà nämnda flertal filmer (4, 5) genom en föràngningsteknik eller en screentryckningsteknik.

9. Metod för framställning av ett kondensatorelement (30) för en kraftkondensator, vilket kondensatorelement (30) formas av ett flertal filmer (4, 5) av dielektriskt material och ett flertal elektrodskikt (6, 7, 8; 37, 38, 41, 42) av metallmaterial, varvid minst två sådana elek- trodskikt (6, 7; 37, 38, 41, 42) anordnas mellan två när- belägna filmer (4, 5) av nämnda flertal filmer (4, 5) pà avstånd fràn och vid sidan av varandra för bildning av ett område (9; 45, 54), vilket är fritt fràn metallmate- rial, kännetecknad av att nämnda filmer (4, 5) förenas inom nämnda omrâde (9; 45, 54) genom en fast förbindelse (24; 53, 55) av ett dielektriskt material. 10 15 20 25 30 35 . . . | a n - . - » v . 21 515 643

10. Metod enligt krav 9, kännetecknad av att konden- satorelementet (30) formas av en kontinuerlig bana (1; 34), som innefattar nämnda tvà närbelägna filmer (4, 5), nämnda minst tvà elektrodskikt (6, 7; 41, 42) och ytterligare minst ett elektrodskikt (8; 37, 38) av metallmaterial, vilket är beläget pà en sida av en av filmerna (4, 5) som vänder fràn den andra filmen (5, 4), där nämnda område (9; 45), som initialt har formen av ett utrymme, avgränsas av motstàende ytpartier (10, 11; 43, 46) av de tvá filmerna (4, 5) och inre mot- stående kanter (22, 23; 58, 59) av de två elektrodskikten (6, 7; 41, 42), vilket utrymme sträcker sig i banans (1; 34) längsriktning.

11. ll. Metod enligt krav 10, kännetecknad av att banan (34) efter bildningen av nämnda fasta förbindelse (53) lindas till en rulle sà att ett andra omrâde (54) fritt fràn metallmaterial bildas mellan tvâ pà varandra följande varv av banan (34), och att nämnda filmer (4, 5) förenas inom nämnda andra omrâde (54) genom en fast förbindelse (55) av ett dielektriskt material.

12. Metod enligt något av kraven 9-11, kännetecknad av att nämnda filmer (4, 5) sammansmältes lokalt för bild- ning av nämnda förbindelse (24; 53, 55).

13. Metod enligt nägot av kraven 9-12, kännetecknad av att minst en av nämnda två filmer (5) innefattar minst tvà filmdelar (62, 63), som i nämnda område (9) bringas att överlappa varandra åtminstone delvis, och att nämnda filmer (4, 5) under inverkan av tryck och/eller värme förenas lokalt i nämnda område (9) för bildning av nämnda förbindelse (24).

14. Kraftkondensator (60) innefattande minst ett konden- satorelement (61), vilket innefattar ett flertal filmer (4, 5) av dielektriskt material och ett flertal elek- 10 15 20 25 30 35 , .nu 22 515 643 trodskikt (6, 7, 8; 37, 38, 41, 42) av metallmaterial, varvid minst två sådana elektrodskikt (6, 7; 37, 38, 41, 42) är belägna mellan två närbelägna filmer (4, 5) av nämnda flertal filmer (4, 5) på avstånd från och vid sidan av varandra för bildning av ett område (9; 45, 54), vilket är fritt från metallmaterial, kännetecknad av att en fast förbindelse (24; 53, 55) av ett dielektriskt material är anordnad i nämnda område (9; 45, 54) och förenar filmerna (4, 5) med varandra.

15. Kraftkondensator (60) enligt krav 14, kännetecknad av att kondensatorelementet (61) innefattar ett flertal subelement (73, 74, 75) anordnade koncentriskt relativt varandra, varvid hos radiellt intilliggande subelement det yttre har en centralt genomgående kanal med en i huvudsak cirkulär-cylindrisk form som nära ansluter till det inre subelementet.

16. Kraftkondensator (60) enligt krav 15, kännetecknad av att antalet subelement (73, 74, 75) i kondensator- elementet (61) är udda och att dessa är kopplade i serie med varandra.

17. Kraftkondensator (60) enligt något av kraven 14-16, kännetecknad av att den innefattar ett flertal av nämnda kondensatorelement (61), vilka har en i huvudsak cirku- lär-cylindrisk form, är anordnade vid varandra så att deras axialriktningar sammanfaller, och är anslutna till varandra så att de bildar en seriekopplad kondensator- stapel. 000114 Pl453SE.TOl