SE526328C2 - Kraftkondensator - Google Patents

Description

00 00 0 0 0 0 00 0 000 0 0 0 0 00 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 00 00 00 0000 00 00 0 0 0 20 25 30 5 2 6 5 2 8 _ 2 är tre. Den första av kondensatorerna i en kedja är därvid ansluten till en ledning för överföring av elkraft till den förbrukande komponenten. Ledningen för överfö- ring av elektrisk kraft är anordnad på ett visst avstånd från marken eller från punkter i omgivningen som elektriskt har jordpotential. Detta avstånd är beroende av spänningen hos ledningen. Kondensatorerna är därvid kopplade i serie från den första kondensatorn, vilken är ansluten till ledningen, och nedåt. En andra kondensator som är anordnad vid en motsatt den första kondensatorn belägen ände av kedjan av seriekopplade kondensatorer är ansluten till jordpotential eller till en punkt i det elektriska systemet som har nollpotential, t ex icke-jordade 3-fas system. Antalet kondensatorer och konstruktionen av dessa bestäms så att den tillåtna spänningen, även kallad märkspänningen, över de seriekopplade konden- satorerna motsvarar spänningen hos ledningen. Ett flertal kondensatorer är där- vid seriekopplade och anordnade i stativ eller på plattformar som är isolerade från jordpotential. Ett sådant kondensatorbatteri innefattar således ett flertal olika komponenter och är relativt materialkrävande. Det erfordras vidare en relativt ro- bust konstruktion för att stativet/plattformen skall tåla yttre påverkan l form av vind, jordbävning etc. Det erfordras därmed ett omfattande arbete för att bygga upp ett sådant kondensatorbatteri.

Långa ledningar för växelspânning är induktiva och förbrukar reaktiv ef- fekt. Kondensatorbatterier för så kallad seriekompensering är därför anordnade med inbördes avstånd utmed en sådan ledning för generering av den erfordrade reaktiva effekten. Ett flertal kondensatorer är seriekopplade för kompensering av det induktiva spänningsfallet. Vid ett kondensatorbatteri för seriekompensering tar seriekopplingen av kondensatorer, till skillnad från ett shuntbatteri, vanligtvis en- bart upp en del av spänningen hos ledningen. De i kondensatorbatteriet för serie- kompensering ingående kedjorna av seriekopplade kondensatorer är vidare an- ordnade i serie med ledningen som skall kompenseras.

Ett konventionellt kondensatorbatteri innefattar ett flertal kondensatorer.

En sådan kondensator innefattari sin tur ett flertal kondensatorelement i form av kondensatorrullar. Kondensatorrullarna är tillplattade och staplade ovanpå var- andra, bildande en stapel på exempelvis 1 m. Ett mycket stort antal dielektrikum- filmer med mellanliggande metallskikt kommer att vara anordnade parallella i sta- pelns höjdled. Då en över stapeln anbringad spänning ökar, kommer stapeln att komprimeras något i höjdled på grund av Coulomb-krafter, som verkar mellan 20 30 metallskikten. Vid en sänkning av spänningen kommer av samma orsak stapeln att expandera något i höjdled. Den bildade stapeln har en bestämd mekanisk re- sonansfrekvens, eller egenfrekvens, vilken är relativt låg. Den mekaniska reso- nansfrekvensen hos stapeln förstärks av specifika frekvenser hos strömmen, vil- ket kan resultera i ett kraftigt oljud. En sådan frekvens utgörs av nätfrekvensen, vilken definieras av strömmens grundton och är vanligtvis 50 Hz. Förstärkning av den mekaniska resonansfrekvensen kan emellertid även åstadkommas av över- toner hos strömmen.

Exempel på en kraftkondensator av detta kända slag beskrivs i US 5,475,272. Däri beskrivs således en högspänningskondensator uppbyggd av ett flertal kondensatorelement travade på varandra och placerade i en gemensam behållare. Behållaren är på konventionellt sätt gjord av metall. Dess elektriska genomföringar år gjorda av porslin eller polymer. l skriften beskrivs olika alterna- tiva kopplingar för sammankoppling av kondensatorelementen i serie eller paral- rent. f En nackdel med en kondensator av känd typ, exempelvis av det slag som beskrivs i den ovan nämnda US 5,475,272, är att de ingående kondensator- elementen måste isoleras fràn behållaren. lsolationen måste klara spännings- påkänningar betydligt högre än kondensatorns märkspånning. Man önskar fylla behållarvolymen så effektivt som möjligt med kondensatorelement. Deras yttre, tillplattade form är ogynnsam med avseende på elektrisk fåltförstärkning på grund av utstickande folier, små radier etc. De måste också sammankopplas via interna kopplingsledare på ett sätt som ofta skapar ytterligare lokala 'ojämnheter i den elektriska fältbilden. Detta leder till stora elektriska hållfasthetskrav på lsolationen mot behållaren.

Vid kondensatorer av känd typ, exempelvis enligt US 5,475,272, är kon- densatorelementen impregnerade med olja. Oljan är även anordnad att omge kondensatorelementen och fylla ut utrymmet mellan dessa och behållarens vägg.

Oljan är tillfredsställande ur isolationssynpunkt, men medför även vissa nackde- lar. Skador på behållaren eller bristande tätning kan leda till att olja läcker ut, vil- ket kan skada kondensatorns funktion och dessutom kontaminera omgivningen.

En ytterligare nackdel med en konventionell kraftkondensator är den ljud- alstring som uppkommer. Ljudalstringen blir kraftigast då de vibrationer som ge- nereras av den elektriska spänningsbelastningen sammanfaller med kondensa- 'I DIGI O' OI 20 25 30 u o: nu oo ". ...f n o n u o u Y I ICQ Ü I o u c n o o n ll n o n n n n : z o' 'I : 'I . 'U .U k ""' :" :.'s o o o o 0 o I I a u o o nu av nu nu o o 526 4 torns mekaniska resonansfrekvens. Resonansfrekvensen är proportionell mot kvadratroten ur kvoten mellan kondensatorpaketets styvhet vinkelrätt mot elek- trodskikten och omvänt proportionell mot paketets utsträckning vinkelrätt mot elektrodskikten. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en kraftkondensator som undanröjer de ovan beskrivna nackdelarna och som ur elektriskt säkerhetssynpunkt kan användas utomhus.

Redogörelse för uppfinningen Detta ändamål har enligt uppfinningens första aspekt uppnåtts genom att enkraft- kondensator av det i patentkravets 1 ingress angivna slaget innefattar de speciella särdragen, att behållaren äri huvudsak cylindrisk och på sin mantelyta innefattar åtminstone ett krypsträcksförlängande utsprång av huvudsakligen ett andra poly- mermaterial och att behållaren är av ett material som huvudsakligen innefattar ett första polymermaterial. i Genom att behållaren är av ett material som innefattar ett första polymer- material reduceras behovet av isolering mellan kondensa-torelementen och behål- laren. Därmed försvinner även risken för genomslag mellan kondensatorelemen- ten och behållaren. Vidare kan kondensatorns elektriska anslutningar göras myck- et enkla och erforderlig krypsträcka mellan dessa kan delvis erhållas av själva be- hållaren. Med reducering av behovet av isolation och genom att de elektriska genomföringarna kan förenklas blir kondensatorn förhållandevis kompakt så att möjligheten till uppbyggnad av kompakta kondensatorbatterier erbjuds.

Mat-erialvalet för behållaren gör att behållaren i viss mån blir eftergivlig och uppvisar ringa känslighet för sprickbildning och kombinerar god isolationsförmåga med andra önskemål som hållfasthet, hanterbarhet och kostnad.

Genom behållarens cylindriska form kan åstadkommas att den nära om- sluter kondensatorelementen så att en kompakt kondensator erhålls, vilken dess- utom får en form som är tillverkningstekniskt fördelaktig och elektriskt gynnsam.

De krypsträcksförlängande utsprången av icke-ledande material medför att en tillräcklig krypsträcka uppnås även vid utomhusanvändning i regn och fukt.

Med en lämplig design av utsprången medförs även att tillräcklig kylning av kon- densatorn uppnås. Vanliga benämningar på utsprången är även rillor respektive flänsar. Benämningen rillor används vanligen när det främsta syftet med utsprång- 20 25 30 526 328 s en är att förlänga krypsträckan och benämningen flänsar används vanligen när det främsta syftet med utskotten är att kyla en anordning. Med lämplig design fungerar utspràngen både som krypsträcksförlängare och som kylflänsar.

Enligt en föredragen uttöringsform av den uppfunna kondensatorn är kon- densatorelementen inneslutna i åtminstone ett isolationsmedium som år i ett annat tillstånd än vätsketillstånd inom kondensatorns arbetstemperaturintervall.

Genom att på detta sätt ersätta den olja som normalt används som isola- tionsmedium elimineras risken för att oljeläckage uppstår vid skador på behållaren eftersom ingen fri flytande olja är närvarande.

Enligt ett föredraget utförande av den närmast ovan nämnda före- dragna utföringsformen är isolationsmediet, behållaren och behållarens utsprång samtliga till största delen av en härdplast, baserad på till exempel epoxi, polyester eller polyuretan.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande av den ovan nämnda föredragna utföringsformen är isolationsmediet, behållaren och behàllarens utsprång samtliga till största delen av gummi, företrädesvis silikongummi.

Silikongummi är ett material som är väl lämpat för samtliga de uppgifter som de nämnda komponenterna har att fylla och öppnar möjlighet till ett fördelak- tigt tillverkningsförfarande.

Därvid är vid det närmast ovan angivna utförandena ett föredraget alterna- tiv att de nämnda komponenterna är av samma slag av polymermaterial, baserad pà till exempel epoxi, polyester, polyuretan eller silikongummi. Speciellt fördelak- tigt är därvid att utforma dessa komponenter i ett enda stycke.

En sådan kondensator blir mycket gynnsam ur tillverkningsteknisk syn- punkt och resulterar i en robust och tålig kondensator.

Enligt en speciellt föredragen utföringsform av den uppfunna kraftkonden- satorn är behållaren och behållarens utsprång av olika polymermaterial. Fördelen med detta utförande är att vardera material kan optimeras för respektive kompo- nents funktion. Genom att för behållaren använda ett annat polymermaterial än i utsprången kan behållaren bibringas erforderliga hållfasthetsegenskaper medan lägre anspråk i detta avseende ställs på materialet i utsprången.

Ett lämpligt och ändamålsenligt material för behållaren är därvid polyeten och för utsprången silikongummi eller EPDM (eten-propengummi). Denna materi- 20 25 30 526 328 6 alkombination utgör därmed ytterligare en föredragen utföringsform av den upp- funna kraftkondensatorn.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är behållaren av fiberarme- rad härdplast och utspràngen av silikongummi eller EPDM (eten-propengummi).

Enligt ännu en fördragen utföringsform är isolationsmediet silikon i geltills- tànd. lsolationsmedium av detta slag kan anbringas pà ett enkelt sätt i vätskeform och bringas att gela så att nämnda läckagesäkerhet uppnås.

Enligt ytterligare en utföringsform är isolationsmediet en härdplast, base- rad på exempelvis epoxi, polyuretan eller polyester.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar behållaren på sin mantelyta åtminstone ett stort utsprång med en tjocklek i intervallet 2-25 mm, företrädesvis 4-16 mm, en radiell längd på utspràngen i intervallet 20-90 mm, företrädesvis 25- 70 mm och ett avstånd mellan utspràngen i intervallet 20-200 mm, företrädesvis 30-90 mm. Enligt en alternativ utföringsform täcks väsentligen hela kraftkondensa- torns mantelyta av de stora utspràngen. Enligt ytterligare ett alternativt utförande är det även möjligt att infoga ett eller flera mindre utspràng mellan de stora utspràngen.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av uppfinningen täcks vä- sentligen hela kraftkondensatorns mantelyta av små utsprång med en tjocklek i in- tervallet 0,2-10 mm, företrädesvis 1-4 mm och en radiell längd i intervallet 5-50 mm, företrädesvis 10-25 mm. Genom att anordna ett flertal små utsprång uppnås en ökad yta för luftkylning pà kondensatorns utsida liksom en fördröjning av sol- uppvärmning, detta säkerställer att kondensatorn ej blir överhettad.

Enligt ännu en föredragen utföringsform är ett flertal små utspràng anord- nade mellan två stora utsprång. De små utspràngen enligt denna utföringsform har en tjocklek i intervallet 0,2-10 mm och en radiell längd i intervallet 5-30 mm. De stora utspràngen, enligt denna utföringsform, har en tjocklek i intervallet 2-10 mm och en radiell längd på utspràngen i intervallet 20-60 mm. Ett mönster av ett flertal små, vanligen mellan 10 och 30 stycken, och ett stort utsprång upprepas utefter väsentligen hela kondensatorns längd. De små utspràngen är optimerade för max- imal kylning, medan de stora utspràngen är utformade för att ge förbättrad över- slagsprestanda.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform innefattar kondensatorn etti cylinderriktningen förlöpande rörelement som sträcker sig genom samtliga kon- 0 II 0 I) IQ O 0 0 0 IQ 0 0000 U I OO O. O O 0 O O O Iøøø 0 OI 000! 00 0000 0 I 0 Q 0 0 I I O i I I O I Q I 0 0 0 II OO IQ II 20 25 30 526 S28 fiiziëf» 7 densatorelement i behållaren. Med hjälp av ett sådant rörelement säkerställs kon- densatorns mekaniska hällfasthet och stadga. Enligt en föredragen utföringsform är rörelementet armerat, alternativt anordnas ett separat rör i anslutning till rörele- mentet som en ytterligare förstärkning.

Enligt ytterligare en utföringsform armeras behållaren för att säkerställa kondensatorns mekaniska hàllfasthet och stadga.

Ovan angivna fördelaktiga utföringsformer av den uppfunna kraftkonden- satorn anges i de av kravet 1 beroende patentkraven.

Uppfinningens ändamål har enligt en andra aspekt uppnåtts genom att ett förfarande av det i patentkravets 23 ingress angivna slaget innefattar de speciella åtgärderna att en i huvudsak cylindrisk behållare tillverkas av ett material som i huvudsak innefattar ett första polymermaterial och förses pà sin mantelyta med krypsträcksförlängande utspràng av ett andra polymermaterial och kondensator- elementen inkapslas i behållaren.

Genom att vid tillverkning använda nämnda material för kondensatorns behållare och på angivet sätt anbringa utspràng kan en kraftkondensator av det slag som anges i patentkravet 1 åstadkommas och som uppvisar de fördelar som beskrivits ovan i anslutning till beskrivning av den uppfunna kondensatorn.

Vid en föredragen utföringsform av det uppfunna förfarandet sker tillverk- ning av behållaren, anbringande av utspràngen och inkapslande av kondensator- elementen i ett isolationsmedium genom formsprutning. Forrnsprutningen innebär ett rationellt tillverkningsförfarande där en kondensator av det slag som beskrivits ovan och med de fördelar en sådan har kan åstadkommas enkelt och kostnadsef- fektivt. a ' Enligt en föredragen utföringsform av det uppfunna förfarandet då form- sprutning tillämpas, sker denna i ett enda steg och med ett enda material. Detta innebär att möjligheten till rationellt tillverkningsförfarande tas till vara pà ett opti- malt sätt.

Enligt en alternativ föredragen utföringsform då formsprutning tillämpas sker denna i två steg. l det första steget innesluts kondensatorelementen i isola- tionsmediet. I det andra steget sker tillverkning av behållaren, och anbringande av utspràngen. Vid det första steget används ett polymermaterial som har lägre vis-. kositet än det material som används i det andra steget. Vid detta utförande åstad- 20 25 30 526 328 " 8 koms en anpassning av materialet för de olika komponenterna till de respektive funktioner dessa har att fullgöra.

Vid en ytterligare föredragen utföringsform av tillverkning anbringas kon- densatorelementen initialt på ett rörelement som sträcker sig genom samtliga kon- densatorelement. Därmed erhålls ett mekaniskt stöd för kondensatorelementen.

Vid en ytterligare en föredragen utföringsform av det uppfunna förfarandet tillhandahålls ett cylindriskt polymerrör för bildande av behållaren, utsprången an- bringas på polymerröret och kondensatorelementen placeras i behållaren, som fylls med ett isolationsmedium. Vid ett sådant förfarande kan materialet för behål- laren optimeras för dess ändamål och materialet i utsprången behöver ej begrän- sas till motsvarande material.

Enligt en föredragen utföringsform armeras rörelementet, alternativt an- bringas ett separat rör i anslutning till rörelementet som förstärkning.

Enligt ytterligare en utföringsform armeras behållaren.

Vid föredragna utföranden av den närmast ovan angivna utföringsformen anbringas utsprången enligt någon av metoderna formsprutning, genom att de lin- das i spiral runt polymerröret eller genom att de tillhandahålls som prefabricerade manschettliknande element som träs på röret. Vardera av dessa metoder har för- delar ur olika aspekter och där de aktuella tillverkningsbetingelserna kan vara av- görande för vilken som är lämpligast.

Enligt en föredragen utföringsform beläggs polymerröret med RTV-silikon (Room Temperature Vulcanlzation) eller LSR (Liquid Silicone Rubber) innan ut- spràngen anbringas. Detta underlättar adhesionen mellan utsprången och poly- merröret och möjliggör att utföra utsprången i gummimaterial såsom silikongummi.

Beläggningen fungerar även som ett skydd för polymerröret när utsprången ej an- bringas utefter hela polymerröret.

Vid ytterligare en föredragen utföringsform anbringas utsprången på poly- merröret genom formsprutning och polymerröret ytbehandlas före formsprutning- en. Liksom vid den närmast föregående utföringsformen underlättats därmed ad- hesionen då utsprången är av gummi.

Företrädesvis innefattar ytbehandlingen att ytan tvättas med ett lösnings- medel, därefter ytbehandlas och sedan beläggs med en primer, dessa åtgärder f skapar goda förutsättningar för adhesionen. 00 00 0 O I O 0 I 0 0 0 0 0 00 0 0000 0 0 I I I DIGI O O I OIOO 00 0 00 0000 0 00 0000 00 0000 0 0 O 0 0 0 0 0 I 0 0 0 0 0 0 0 'I OI IQ 20 25 30 526 328 i I' 9 Enligt ytterligare en föredragen utföringsform anbringas ett mekaniskt stöd för polymerröret före formsprutningen. Därmed kan undanröjas risken att polymer- röret deformeras under formsprutningen.

Ovan angivna och andra föredragna utföringsformer av det uppfunna för- farandet anges i de av patentkravet 23 beroende patentkraven.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskriv- ning av fördelaktiga utföringsformer av densamma under hänvisning till medföljan- de ritningar.

Kort beskrivning av figurerna Figur 1 är en schematisk perspektiwy av en kondensator av det slag vid vilken föreliggande uppfinning är lämplig att tillämpa.

Figur 2 visar en detalj av figur 1 .

Figur 3 är en graf illustrerande värmeutvecklingen i ett kondensatorelement i en kondensator enligt fig. 1.

Figur 4 är ett förstorat radiellt delsnitt genom detaljen i figur 2.

Figur 4a är ett snitt motsvarande fig. 4, men illustrerande ett alternativt ut- förande.

Figur 4b är ett snitt motsvarande figur 4, men illustrerande ytterligare ett al- ternativt utförande.

Figur 5 är ett längdsnitt genom ett kondensatorelement enligt ett alternativt utförande.

Figur 6 visar två sammankopplade kondensatorelement enligt figur 5.

Figur 7 I är ett längdsnitt genom en kondensator enligt uppfinningen och illu- strerar ett första utföringsexempel pà dess tillverkning.

Figur 8 är ett längdsnitt genom en kondensator enligt uppfinningen och illu- strerar ett andra utföringsexempel pà dess tillverkning.

Figur 9 är ett längdsnitt genom en kondensator enligt uppfinningen och illu- strerar ett tredje utföringsexempel pà dess tillverkning.

Figur 10 är ett längdsnitt genom en kondensator enligt ett fjärde utföringsexempel.

Figur 11 är ett längdsnitt genom en kondensator enligt ett femte utföringsex- empel.

O O I IOOI C C CIO' 0 00 00 0 0 0 0 0 0 0 00 000 0 0 0 0 00 0000 20 25 30 526 328 10 Redogörelse för fördelaktiga utföringsexempel av uppfinningen l figur 1 visas den principiella utformningen av en kondensator enligt upp- finningen. Den består av en yttre behållare 1 av polyeten som omsluter i detta fall fyra stycken kondensatorelement 2a-2d. Behållaren 1, liksom kondensatorele- menten 2a-2d är cirkulär-cylindriska. Kondensatorelementen 2a-2d är seriekopp- lade. l vardera ände av kondensatorn är en anslutningsterminal 3, 4 anordnad.

Vardera terminal består av ett ledande bleck som år infäst i behållargodset och sträcker sig genom detta. Mellan kondensatorelementen 2a-2d och behållaren är en gel 10 anordnad. Gelen tjänar som elektrisk isolation och termisk ledare.

I figur 2 visas ett enskilt kondensatorelement. Detta består av metallbe- lagda polymerfilmer hårt hoprullade till en rulle. Kondensatorelementet 2 har ett centralt axiellt genomgående hål 6 som kan användas för kylning av elementet.

Typiska dimensioner för ett sådant kondensatorelement är en diameter på 20-400 mm, företrädesvis 150-250 mm, en håldiameter på 10-250 mm, företrädesvis minst 50 mm och en höjd på 50-800 mm, företrädesvis 125-200. Ett sådant kon- densatorelement är avsett för en spänning på ca 1-100 kV. Ett kondensatorele- ment med en diameter på exempelvis 180 mm, en håldiameter på 60 mm och en höjd på 150 mm är avsett för en spänning på ca 1-20 kV. Med fyra sådana kopp- lade i serie, såsom i figur 1, erhålls således upp till 80 kV. Med åtta stycken er- hålls 160 kV etc.

I kondensatorelementet 2 uppstår värmeförluster med inre uppvärmning av elementet som följd. Maxtemperaturen är kritisk för dimensioneringen av kon- densatorelementet. Figur 3 visar temperaturen T i förhållande till radien Fl, där C är centrum av kondensatorelementet. l en cylindrisk volym med homogen värme- generering, och utan någon öppning i centrum, kommer temperaturprofilen i radi- ell led att få ett utseende enligt streckad kurva i figur 3. Om kondensatorelemen- tet är utformat med en öppning i centrum 6 med radien Ri blir temperaturprofilen i enlighet med den heldragna kurvan i figur 3. Vidare möjliggörs kylning vid behov.

Den erhållna temperaturprofilen blir då enligt den prickade kurvan i figur 3. Ge- nom lämpliga val av Fli, den yttre radien Ry samt den elektriska effekten, och så- ledes förlusterna, kontrolleras maxtemperaturen i kondensatorelementet. Cent- rum-öppningen 6 i vardera kondensatorelement 2 kan också utnyttjas för centre- ring av kondensatorelementen. Därvid träs kondensatorelementen upp på ett centreringsrör som löper genom samtliga kondensatorelement. 20 25 30 | Q a 0 un 0 o 526 328 11 l figur 4 visas ett förstorat radiellt delsnitt genom ett kondensatorelement i figur 2. Delsnittet visar två intilliggande varv av den metallbelagda filmen. Filmen 8a resp 8b är ca 10 um tjock och materialet är polypropen. Metallskiktet 9a, 9b är ca 10 nm tjockt och utgörs av aluminium eller zink eller en blandning av dessa som före hoprullningen àngats pá polypropenfilmen. Tekniken att framställa ett kondensatorelement på detta sätt är i sig förut känd, varför en närmare detaljerad beskrivning torde vara överflödig. Alternativt kan kondensatorelementen byggas upp med filmfolieteknik där propylenfilm och aluminiumfolie rullas ihop. Att an- vända metalliserad film har dock fördelen av att vara självläkande och medger högre elektrisk pàkänning och högre energidensitet än med filmfolietekniken.

Metallskiktet täcker plastfilmen från dess ena sidokant fram till ett kort stycke fràn dess andra sidokant. Ett randområde 16a av filmen 8a är således utan metallbeläggning. På motsvarande sätt är ett randomràde 16b av filmen 8b utan metallbeläggning. Det fria randområdet 16b hos filmen 8b är dock vid mot- satt ändkant än den hos filmen 8a. Elektrisk anslutning för skikt 9a erhålls i figu- ren sett vid övre änden av elementet och vid undre änden för skikt 9b, så att man àt ena hållet får pluselektrod och åt det andra minuselektrod. För effektiv elektrisk kontakt kan ändpartierna vara metallsprayade, tex med zink.

Vid det modifierade utförandet enligt figur 4a är kondensatorelementet ut- fört med så kallad inre seriekoppling. Här år metallskiktet 9a, 9b på vardera plast- film 8a, 8b uppdelad i tvà partier 9a', 9a", respektive 9b', 9b", åtskilda av en obe- lagd del 17a, resp 17b. Det är även möjligt att dela upp metallskikten i flera parti- er än tvà. Vardera par av metallskiktspartier, t ex 9a' och 9b', bildar ett delkon- densatorelement, vilka är seriekopplade. l figur 4b visas en variant av det modifierade utförandet enligt figur 4a där metallskiktet 9a pà endast den ena plastfilmen 8a är uppdelad i tvà partier 9a', 9a" åtskilda av en obelagd del 17a medan metallskiktet 9b på den andra plastfil- men 8b är odelat. Vardera av partierna 9a' och 9a" sträcker sig ända ut till fil- mens 8a kant sá att den elektriska anslutningen i detta fall sker till en och samma film 8a. Metallskiktet 9b på den andra plastfilmen slutar pà båda sidorna ett stycke 16a, 16b från filmens kant och är således ej elektriskt anslutet, åt något hàll. l figur 5 visas i ett längdsnitt ett alternativt utförande av ett kondensator- element 2' enligt uppfinningen. Kondensatorelementet är uppdelat i tre subele- 20 30 526 328 12 ment 201, 202, 203, vilka är koncentriska med den gemensamma axeln beteck- nad A. Det yttersta subelement 201 är i det närmaste rörformigt med en insida 204 som med ett litet avstånd omsluter det mellersta subelementet 202. På lik- nande sätt har det mellersta subelementet en insida 205 som nära omsluter det innersta subelementet 203. Det innersta subelementet 203 har en central genom- gående kanal 206. De tre subelementen har olika radiell tjocklek, med den minsta tjockleken hos den yttersta. På det sättet har de i huvudsak samma kapacitans.

Mellan subelementen är isolation 207 anordnad.

Subelementen är kopplade i serie. Två radiellt intilliggande subelement har sin respektive ena kopplingspunkt vid samma ände. Således är det yttersta subelement 201 medelst kopplingsorganet 210 anslutet till det mellersta subele- ment 202 vid kondensatorelementets 2' ena ände, och det mellersta subelemen- tet 202 är medelst kopplingsorganet 211 anslutet till det innersta subelementet 203 vid kondensatorelementets 2' andra ände. På det sättet erhålls att anslut- ningarna 212, 213 för kondensatorelementet 2' förläggs till varsin 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 pà samma sätt.

I figur 6 illustreras hur ett flertal kondensatorelement av det i figur 5 vis-a- de slaget kopplas samman i serie. Figuren visar två sådana kondensatorelement 2'a, 2'b. Det undre kondensatorelementets 2'b anslutning 212 vid det inre subele- mentets 203 övre ände är kopplad till det övre kondensatorelementets 2'a anslut- ning 213 vid det yttre subelementets 201 nedre ände. Mellan kondensatorele- menten är isolation 214 anordnad för att klara de potentialskillnader som upp- kommer vid detta slag av kondensatorelement.

Figur 7 är ett snitt genom en kraftkondensator enligt ett första utföringsex- empel av uppfinningen. Kondensatorn är uppbyggd av ett antal cylindriska kon- densatorelement 2a, 2b, 2c av det slag som närmare beskrivs i anslutning till fig. 1-6. Kondensatorelementen 2a, 2b, 2c är koaxiellt uppträdda på ett cylindriskt rör 20 av ett isolerande material med tillräckliga hållfasthetsegenskaper för att utan risk för vibrationer kunna uppbära tyngden av kraftkondensatorn. Det cylindriska röret 20 kan vara mekaniskt förstärkt, tex genom armering, alternativt komplette- ras det cylindriska röret 20 med ett separat rör (ej visat). Det cylindriska röret kan vara massivt eller ihåligt. Kondensatorelementen 2a, 2b, 2c är inneslutna i en cy- 20 25 30 526 328 Û I I i b to va» coon Coco Icon 13 lindrisk behållare 22. l behållaren finns ett isolationsmedium 21 som omsluter kon- densatorelementen 2a, 2b, 2c. På behållarens 22 utsida är ett antal krypsträcks- förlängande utsprång 23 anordnade i form av cirkulära rillor. lsolationsmediet 21, behållaren 22 och utsprången 23 är av ett och sam- ma material och bildar ett enda stycke.. Materialet är ett polymermaterial, baserad på t ex epoxi, polyuretan, polyester eller gummi, företrädesvis silikongummi.

Tillverkningen av behållaren 22 , lsolationsmediet 21 och utsprången 23 sker genom formsprutning. Före formsprutningen anordnas kondensatorelemen- ten 2a, 2b, 2c på det centrala röret 20 med förutbestämda lika stora avstånd mel- lan varandra. Därefter sker formsprutningen i ett enda slag där såväl lsolations- mediet 21 som behållaren 22 och dess utsprång 23 bildas. l anslutning till form- sprutningen kan kondensatorn förses med (icke visade) ändförslutningar genom vilka de elektriska anslutningarna är dragna.

Figur 8 är ett snitt motsvarande figur 7 genom en alternativ utföringsform.

Enda skillnaden mellan figur 7 och figur 8 är att vid utförandet enligt figur 8 är iso- lationsmediet 21 a av ett annat material än materialet i behållaren 22a och dess ut- språng 23. lsolationsmediet 21 a är vid detta utförande av en första polymerkvali- tet. Polymermaterialet i lsolationsmediet 21a har lägre viskositet än det i behålla- ren 22a och utsprången 23a. Även vid utförandet enligt figur 8 tillverkas behållare 22a, lsolationsmediet 21 a och utsprång 23 genom formsprutning. l detta fall sker dock formsprutningen i två steg. I det första steget formsprutas lsolationsmediet 21a in emellan kondensa- torelementen 2a, 2b, 2c, efter att kondensatorelementen först har monterats på rö- ret 20. l det .andra steget formsprutas behållaren 22a och utsprången 23a på den efter det första steget erhållna enheten.

Vid tillverkningen enligt de metoder som beskrivits i anslutning till figur 7 och 8 kan det vara fördelaktigt att vidta åtgärder som skyddar kondensatorelemen- ten 2a, 2b, 2c och andra (icke visade) komponenteri kondensatorn såsom resi- stenser och anslutningar från att skadas av det tryck som appliceras vid form- sprutningen.

Kondensatorelementen 2a, 2b, 2c kan med fördel även förses med skydd som hindrar syre och vattenånga att tränga fram till dessa. Detta eftersom vissa . polymermaterial har en förhållandevis stor permeabilitet för gaser. Kondensator- 20 25 A30 526 528 14 I 0 a o - n o I o o n I o o u n o ao elementen 2a, 2b, 2c kan även förbehandlas för åstadkommande av en god adhe- sion av polymermaterial, som till exempel silikongummi, till dessa.

Figur 9 är ett snitt genom en kraftkondensator enligt ett speciellt fö- redraget utföringsexempel. Behållaren 22b utgörs av ett cylindriskt polymerrör, lämpligtvis av polyeten. På behållaren är ett antal utsprång 23b anordnade. Dessa är lämpligen av silikongummi eller EPDM. Enligt denna speciellt föredragna utfö- ringsform extruderas behållaren 22b av polyeten och utsprången 23b anbringas mot polyetenröret genom formsprutning direkt på röret. För att uppnå erforderliga hàllfasthetskrav kan behållaren 22b vara förstärkt t ex genom armering.

Enligt ett alternativt utförande av det närmast angivna utföringsexemplet är behållaren 22b av fiberarmerad härdplast och utsprången 23b av silikongummi el- ler EPDM.

Enligt ytterligare ett alternativt utförande är utsprången 23b anbringade pà polymerröret genom att de lindas på röret i en spiral eller att de som prefabricera- de manschettliknande element dras på röret. Kondensatorelementen 2a, 2b, 2c placeras på röret 20 i behållaren 22b och behållaren fylls med ett lsolationsmedi- um 21b, lämpligen silikon.

Utsprången visade i figur 7-9 täcker väsentligen hela kraftkondensatorns mantelyta och har en tjocklek t1 i intervallet 2-25 mm, företrädesvis 4-16 mm, en radiell längd L1 på utsprången i intervallet 20-90 mm, företrädesvis 25-70 mm och ett avstånd a1 mellan utsprången i intervallet 20-200 mm, företrädesvis 30-90 mm.

Enligt ett alternativt utförande infogas ett eller flera mindre utsprång mellan de sto- ra utsprången (ej visat).

Figur 10 är ett längdsnitt genom en kraftkondensator enligt ytterligare ett utföringsexempel. Utsprången 23c i figur 10 är betydligt mindre än utsprången 23b som beskrivs ovan och som visas i figur 9. Ett utsprång 23c enligt figur 10 har en tjocklek t2 i intervallet 0,2-10 mm, företrädesvis 1-4 mm, en radiell längd L2 i inter- vallet 5-50 mm, företrädesvis 10-25 mm, och en axiell delning a2 som är 5-25 mm.

Utsprången är lämpligen av silikongummi eller EPDM och är anordnade på ett po- lymerrör, lämpligen av polyeten. Utsprången fungerar som krypsträcksförlängare och vid behov även som kylflänsar för kondensatorn.

Figur 11 är ett snitt genom en kraftkondensator enligt ytterligare ett utfö- ringsexempel. Behållaren 22c utgörs av ett cylindriskt polymerrör, lämpligen av po- lyeten. På behållaren är ett antal utsprång 23d, 23e anordnade. Dessa är lämpli- c coon q; 0 o o o 000 0 on Oc oo o; O. CO 20 30 526 328 15 gen av silikongummi eller EPDM. Ett mönster av ett stort utspràng 23e och ett fler- tal små utspràng 23d upprepas utefter kondensatorns hela längd. Typiska dimensioner för ett litet utspràng 23d enligt figur 11 är en tjocklek t2 i intervallet 0,2-10 mm, en radiell längd L2 i intervallet 5-30 mm och en axiell delning a2 på 5- 25 mm. Typiska dimensioner för ett stort utspràng 23e enligt figur 11 är en tjocklek t3 i intervallet 2-10 mm och en radiell längd L3 i intervallet 20-60 mm. Utspràngen kan ha ett annat geometriskt utseende än visat i figur 11, vilket styrs av tillverkning och prestanda hos kraftkondensatorn.

Hos en kraftkondensator enligt någon av figurerna 7-11 är det cylindriska röret 20 vanligen mekaniskt förstärkt, tex genom armering, alternativt anordnas ett separat rör (ej visat) i anslutning till det cylindriska röret 20. Det cylindriska röret 20 är massivt eller ihäligt.

Vid tillverkning av en kraftkondensator enligt figurerna 7-11 sker vanligen tillverkningen av utsprången 23, 23a-f genom formsprutning. Före formsprutningen anordnas vanligen kondensatorelementen 2a, 2b, 2c på det centrala röret 20 med förutbestämda avstånd mellan varandra.

En kraftkondensator med en behållare med utspràng tillverkade enligt nå- got av ovanstående sätt kan tillverkas så att behällarämnet med utspràng direkt motsvarar kondensatorns storlek. Metoden kan även utföras så att behållarämnet tillverkas i löpande längd, varefter lämpliga till kondensatorns storlek anpassade längder kapas från detta.

För att underlätta adhesionen mellan utsprången 23b och behållaren 22b kan behållaren beläggas med silikon innan utsprången anbringas.

Vid det i figur 7-11 visade utföringsexemplen är behållaren utmed hela sin längd försedd med utspràng. I mànga fall kan det räcka med några få eller ett en- da sådant utspràng för att uppnå erforderlig krypsträcka. Med lämplig design kan utsprången även ha till uppgift att förbättra kylningen av kondensatom och att fungera som solskydd för att minska uppvärmningen av kondensatorn i de fall den är placerad så att den utsätts för solstrålning. Färgen pà utskotten bör lämpligen vara i en ljus färg, tex vit eller grà, för att minska soluppvärmningen av kondensa- torn.

Vid tillverkning enligt de ifigurerna 8-11 illustrerade utföringsexemplen är det viktigt att åstadkomma god adhesion mellan materialet i behållaren 22b, före- trädesvis polyeten och materialet i utsprången 23b, företrädesvis silikongummi. 20 25 o o ø o e.

I o 526328 16 För att uppnå detta får behållaren 22b före anbringandet undergå en ytmodifiering som kan uppnås på ett flertal olika sätt.

Ett vanligt känt sätt är att rengöra ytan med ett lösningsmedel och därefter låta ytan torka. Därefter ytbehandlas ytan för att kemiskt förändra ytegenskaperna så att adhesionsområden för en efterföljande applicering av primer skapas. Ytbe- handlingen kan ske genom att man använder sig av en oxiderande låga, koronaur- laddningar eller mikrovågsplasma.

I ett avslutande steg appliceras sedan en primer. Sedan ytan fått torka formsprutas utsprången 23b på ytan.

Vid tillverkning enligt de i figurerna 7-11 illustrerade utföringsexemplen appliceras vanligen en diffusionsspärr (ej visad) av ett för ändamålet lämpligt ma- terial, till exempel polyamid på behållaren 22, 22a-d. Dlffusionsspärren appliceras exempelvis genom extrudering tillsammans med behållaren 22, 22a-d. Vid behov appliceras även en diffusionsspärr (ej visad) på röret 20.

Uppfínningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen utan fackmannen kan givetvis modifiera den pà ett flertal sätt inom ramen för den av patentkraven definierade uppfinningen. Således är uppfinningen inte begränsad till det visade arrangemanget av stora och små utskott utan detta kan varieras så att till exempel fem små utskott omges av två större utskott.

Vidare är uppfinningen inte begränsad till de angivna utföranden av be- hållaren i kombination med angivet utförande av utsprången, utan samtliga ut- föranden av behållaren kan kombineras med vilken som helst av de angivna utfö- randena av utsprången.

Uppfínningen är inte heller begränsad till formsprutning, utan behållare, utsprång och isolation kan tex tillverkas genom gjutning.

Claims (40)

10 20 25 30 526 328 17 PATENTKRAV

1. Kraftkondensator innefattande minst ett kondensatorelement (2a-2d) inne- slutet i en i huvudsak cylindrisk behållare (1, 22-22c) av ett material som huvud- sakligen innefattar ett första polymermaterial och där behållaren (1, 22-22c) på sin mantelyta innefattar ett flertal utsprång (23-23e), kännetecknad av att utspràngen (23-23e) huvudsakligen är av ett andra polymermaterial, och att utspràngen år ut- formade för att kyla kondensatorn.

2. Kraftkondensator enligt patentkravet 1, kännetecknad av att kondensa- torelementet/-en (2a-2d) är inneslutet/-na i åtminstone ett isolationsmedium (10, 21, 21a) som är i ett annat tillstànd än vätsketillstånd inom kondensatorns arbets- temperatu rintervall.

3. Kraftkondensator enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att det för- sta polymermaterialet och det andra polymermaterialet är av samma slag av po- lymermate rial.

4. Kraftkondensator enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att isolationsmediet (10, 21, 21 a), behållaren (1, 22-22c) och behållarens ut- språng (23-23e) samtliga till största delen är av gummi, företrädesvis silikongum- mi.

5. Kraftkondensator enligt patentkravet 4, kännetecknad av att isolations- mediet (10, 21, 21 a), behållaren (1, 22-22c) och behållarens utsprång (23-23e) är av samma slag av gummi.

6. Kraftkondensator enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknad av att isolationsmediet (10, 21, 21 a), behållaren (1, 22-22c) och behållarens utsprång (23-23e) samtliga till största delen är av en härdplast.

7. Kraftkondensator enligt patentkrav 6, kännetecknad av att isolationsme- diet (10, 21, 21 a), behållaren (1, 22-22c) och behållarens utsprång (23-23e) är av 10 20 25 30 526 528 18 samma slag av härdplast, och att hârdplasten är baserad på ett av följande mate- rial; epoxi, polyuretan, polyester.

8. Kraftkondensator enligt något av patentkraven 4-7, kännetecknad av att isolatlonsmedlet (10, 21), behållaren (1, 22-22c) och utspràngen (23-23e) är form- sprutade i ett enda stycke.

9. Kraftkondensator enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att behålla- ren (1, 22a-22c) och behâllarens utspràng (23a-23e) är av olika polymermaterial.

10. Kraftkondensator enligt patentkravet 9, kännetecknad av att behållaren (1, 22a-22c) är av polyeten och utspràngen (23a-23e) är av silikongummi eller EPDM.

11. Kraftkondensator enligt patentkravet 9, kännetecknad av att behållaren (1, 22a-22c) är av fiberarmerad härdplast och utspràngen (23a-23e) är av silikon- gummi eller EPDM.

12. Kraftkondensator enligt något av patentkraven 9- 11, kännetecknad av att isolationsmediet (10, 21, 21a) är silikon i geltillstànd.

13. Kraftkondensator enligt något av patentkraven 9- 11, kännetecknad av att isolationsmediet (10, 21, 21a) är baserad på en härdplast.

14. Kraftkondensator enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att utspràngen (23-23e) innefattar åtminstone ett utspràng med en tjocklek (t1) i intervallet 2-25 mm, företrädesvis 4-16 mm, och en radiell längd (L1) i intervallet 20-90 mm, företrädesvis 25-70 mm.

15. Kraftkondensator enligt något av patentkraven 1-13, kännetecknad av att utspràngen (23-23e) innefattar åtminstone ett utspràng (23c) med en tjocklek (t2) i intervallet 0,2-10 mm, och en radiell längd (L2) i intervallet 5-50 mm. 10 15 20 25 30 526 328 19

16. Kraftkondensator enligt patentkrav 15, kännetecknad av att utsprången har en tjocklek (t2) i intervallet 1-4 mm, och en radiell längd (L2) i intervallet 10-25 mm.

17. Kraftkondensator enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att väsentligen hela kraftkondensatorns mantelyta är täckt av ett flertal av ut- sprángen (23-23e).

18. Kraftkondensator enligt något av patentkraven 1-13, kännetecknad av att utsprången (23-23e) utgörs av ett eller flera små utsprång (23c, 23d) med en tjocklek (t2) i intervallet 0,2-10 mm och en radiell längd (L2) i intervallet 5-30 mm, och att de små utspràngen (23c, 23d) är anordnade i anslutning till åtminstone ett större utsprång (23e) med en tjocklek (t3) i intervallet 2-10 mm och en radiell längd (L3) i intervallet 20-60 mm.

19. Kraftkondensator enligt patentkrav 18, kännetecknad av att utsprången innefattar ett mönster med ett flertal små utspràng (23d), i intervallet 10-20 styck- en, och ett stort utsprång (23e), och att mönstret upprepas utefter väsentligen hela kondensatorns mantelyta.

20. Kraftkondensator enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att kondensatorn innefattar åtminstone ett i cylinderriktningen förlöpande rör- element (20) som sträcker sig genom vardera kondensatorelement (2a-2d).

21. Kraftkondensator enligt patentkrav 20, kännetecknad av att rörelementet (20) är förstärkt genom armering av rörelementet.

22. Kraftkondensator enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att behållaren (1 , 22a-22c) är förstärkt genom armering av behållaren.

23. Förfarande vid tillverkning av en kraftkondensator som innefattar minst ett kondensatorelement (2a-2d) inneslutet i en i huvudsak cylindrisk behållare (1, 22a- 22c) som tillverkas av ett material som i huvudsak innefattar ett första polymerrna- terial och på sin mantelyta förses med ett flertal utspràng (23-23e), kännetecknat 20 25 30 526 328 20 av att utsprången (23-23e) tillverkas av ett andra polymermaterial, att utspràngen utformas för att kyla kondensatorn, och att kondensatorelementet/-en inkapslas i behållaren (1, 22a-22c).

24. Förfarande enligt patentkravet 23, kännetecknat av att kondensatorelementet/-en (2a-2d) bringas att inneslutas i åtminstone ett isolationsmedium som är i ett annat tillstànd än vätsketillstànd inom kondensatorns arbetstemperaturintervall.

25. Förfarande enligt patentkravet 24, kännetecknat av tillverkning av behål- laren, anbringande av utspràngen, inkapslande av kondensatorelementet/-en och inneslutandet i isolationsmediet àstadkoms genom formsprutning.

26. Förfarande enligt patentkravet 25, kännetecknat av att materialet är gum- mi, företrädesvis silikongummi.

27. Förfarande enligt patentkravet 25 eller 26, kännetecknat av att formsprut- ningen sker i ett enda steg och med ett enda material.

28. Förfarande enligt patentkravet 25 eller 26, kännetecknat av att formsprut- ningen sker i två steg, varvid i ett första steg kondensatorelementet/-en (2a-2d) in- nesluts i isolationsmediet och i ett andra steg tillverkas behållaren (1, 22-22c), och utspràngen (23a-23e) anbringas, och där det vid det första steget som material används ett polymermaterial som har lägre viskositet än det polymermaterial som används i det andra steget.

29. Förfarande enligt patentkravet 23, kännetecknat av ett cylindriskt poly- merrör tillhandahålls för bildande av behållaren (1, 22-22c), att utsprången (23a- 23e) anbringas pà polymerröret, varvid röret företrädesvis är av polyeten, och att kondensatorelementet/-en (2a-2d) placeras i polymerröret.

30. Förfarande enligt något av patentkraven 25-29, kännetecknat av att var- dera kondensatorelement (2a-2d) före formsprutning anbringas pá ett genom var- dera kondensatorelement sig sträckande rörelement (20). 10 15 20 25 30 526 328 21

31. Förfarande enligt patentkrav 30, kännetecknat av att rörelementet (20) förstärks genom armering av rörelementet (20).

32. Förfarande enligt något av patentkraven 29-31, kännetecknat av att ut- sprången (23a-23e) anbringas på behållaren (1, 22a-22c) genom formsprutning, genom att de lindas i spiral runt behållaren eller genom att de tillhandahålls som prefabricerade manschettliknande element och som träs på behållaren.

33. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att behållaren (1, 22-22c) förstärks genom armering av behållaren.

34. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att ett diffusionsskikt anbringas på behållaren (1, 22-22c).

35. Förfarande enligt patentkravet 32, kännetecknat av att behållaren (1, 22- 22c) beläggs med silikon innan utsprången anbringas.

36. Förfarande enligt patentkravet 29, kännetecknat av att utsprången an- bringas på behållaren (1, 22-22c) genom formsprutning och att behållaren ytmodi- fieras före formsprutningen.

37. Förfarande enligt något av patentkraven 29-36, kännetecknat av att ett mekaniskt stöd anbringas för behållaren före formsprutningen.

38. Användning av en kraftkondensator enligt något av patentkraven 1-22 vid spänningar som överstiger 1 kV, företrädesvis minst 5 kV.

39. Användning av en kraftkondensator enligt något av patentkraven 1-22 i ett system .för överföring av växelström.

40. Användning av en kraftkondensator enligt något av patentkraven 1-22 i ett system för överföring av likström.