Elektrischer Kondensator in der Bauart eines Kabels. Kabel, insbesondere Hochspannungskabel besitzen bekanntlich hohe Kapazitäten. Man hat daher in der Praxis oft Kabelstücke be nutzt, wenn man Kapazitäten brauchte. Eine planmässige Herstellung von Kondensatoren in der Bauart von Kabeln hat sich jedoch in der Praxis als unwirtschaftlich erwiesen, weil die Herstellungskosten zu hoch waren. Anderseits würde aber die Möglichkeit der Herstellung von Kondensatoren in dieser Bau art technisch einen Fortschritt bedeuten, da man solche Kondensatoren fabrikationsmässig in beliebigen Längen herstellen kann und sich diese daher besonders für grössere kapa- zitive Einheiten eignen.
Der Bedarf an der artig grossen Kondensatoren ist beträchtlich; man denke nur an die Kompensation der Phasenverschiebung, an Überspannungsschutz ete.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Konstruktion angegeben, die es gestattet, durch eine wesentlich bessere Ausnutzung des Dielektrikums in einem kabelförmigen Kondensator mehr Kapazität unterzubringen, als bisher möglich war. Bisher konnte die günstigste Ausnutzung des Dielektrikums bei einem Hochspannungskabel erreicht werden, wenn man, wie in Fig.1 dargestellt, den äussern Durchmesser der Isolation 2.72 mal so gross wie den Leiterdurchmesser machte.
Unterteilt man jedoch die Isolation durch durchgehende Metallschichten, wie beispiels weise in Fig. 2 angegeben, und schaltet diese nach dem Schema Fig. 3, so gestattet ein solches Kabel die Unterbringung einer Schein leistung, welche bei gleichen AAIaximalgradien- ten und gleicher Spannung mehr als doppelt so hoch ist, wie bei dem in Fig. 1 dargestell ten Kabel. In den Fig. 1 und 2 bedeuten D = die Dielektrika. <I>d =</I> die durch die Dielektrika <I>D</I> gebil deten Kapazitäten. m =die metallischen Schichten.
Das ganze Dielektrikum ist in Fig: 2 in drei Teile eingeteilt; die Teilkapazitäten dl und d, sind untereinander parallel und mit dz in Serie geschaltet (Fig. 3). Die elektrische Be anspruchung 8 des Isolationsmaterials (Gra dient) ist in den Fig. 1 und 2 oberhalb der Querschnitte durch Kurvenzüge veranschau licht.
Die günstige Ausnutzung des Dielektri- kums soll anhand von Beispielen dargelegt werden. Die Kapazität zylindrischer Konden satoren lässt sich bekanntlich nach der Formel:
EMI0002.0003
wo da und di die jeweiligen Durchmesser der beiden metallischen Beläge bedeutet, berech nen. In den folgenden Beispielen soll überall die Dielektrizitätskonstante e = 3.8 und der maximal zulässige Gradient ö max = 6 kV/mm angenommen werden.
Im Kondensator nach Fig. 1 für beispielsweise 60 kV Gebrauchs spannung betrage der Durchmesser von m, 20 mm und von 7n1 54,4 mm. Die Kilometer kapazität errechnet sich zu 0.21 Mfd. Der Kondensator nach Fig. 2 für die gleichen elektrischen Verhältnisse haben folgende Ab messungen
EMI0002.0016
<I>m, <SEP> :</I> <SEP> 12.1 <SEP> mm <SEP> Aussendurchmesser
<tb> m, <SEP> : <SEP> 27.9 <SEP> mm <SEP> 0
<tb> <I>7n1: <SEP> 40 <SEP> mm</I> <SEP> 0 <SEP> und
<tb> <I>nzz</I> <SEP> :
<SEP> 51.4 <SEP> mm <SEP> 0 Unter Berücksichtigung der Schaltung nach Fig. 3 lässt sich die Gesamtkapazität zu 0.42 11Ifd./km also 2 mal so gross wie vorher, errechnen. Berücksichtigt man hierbei, dass der Querschnitt im ersten Beispiel<B>1.125</B> mal so gross ist als wie im zweiten Beispiel, so ergibt sich im zweiten Falle eine 2.25 mal höhere Kapazität pro Volumeneinheit Material und dementsprechend auch 2.25 mal günsti gere Herstellungskosten.
Das Dielektrikuin kann noch besser aus genutzt werden, wenn man eine Konstruktion nach Fig. 4 und Schema Fig. 5, also mit insgesamt fünf Teilkapazitäten, ausführt. Als Beispiel soll ein Kabelkondensator mit
EMI0002.0022
<I>111,i</I> <SEP> von <SEP> 6 <SEP> mm <SEP> Aussendurchmesser
<tb> <I>in,</I> <SEP> " <SEP> 15 <SEP> mm <SEP> 0
<tb> <I>7120</I> <SEP> " <SEP> 25.2 <SEP> mm <SEP> 0
<tb> <I>1a11</I> <SEP> " <SEP> 34.2 <SEP> mm <SEP> 0
<tb> <I>yna <SEP> <B>32</B></I> <SEP> 40.2 <SEP> mm <SEP> 0
<tb> 1123 <SEP> <I>s</I> <SEP> <B>31</B> <SEP> 47.5 <SEP> mm <SEP> 0 angeführt werden.
Die Kapazität errechnet sich auch in diesem Falle zu 0.42 Mfd.'Kin und bezogen auf die Volumeneinheit 2.62 mal so hoch als bei einer Konstruktion nach Fig. I . Mit fortschreitender Unterleitung des Dielek- trikums kann die Ausnutzung des Dielektri- kums noch weiter gesteigert werden.
Die Ausführung nach Fig. 2-5 eignet sich besonders für sehr hohe Spannungen. Für mittlere Hochspannungen kann hingegen eine günstige Ausnutzung auch auf anderer Art erreicht werden. So kann man zum Bei spiel das Dielektrikum durch Metallschichten unterteilen und alle Teilkapazitäten unter einander parallel schalten, wie beispielsweise in Fig. 6 und den dazugehörigen Schema Fig. 7 dargestellt. Oder man kann die Teil kapazitäten auch so vorsehen, dass jede an eine Phase eines Mehrphasennetzes ange schlossen werden kann, wie zum Beispiel in Fig. 8 und .Schema 9 dargestellt.
Letztere Schaltung hat allerdings den Nachteil, dass dann die Kapazitäten der einzelnen Phasen nicht gleich gross sind. Dem kann aber ab geholfen werden, wenn man beispielsweise zwei oder mehr gleiche mehrphasige Konden satoren verwendet und die Teilkapazitäten so schaltet, wie in Schema Fig. 10 angege ben. Ein Ausgleich in den Kapazitäten in einem mehrphasigen Kondensator kann ferner auch durch eine Konstruktion, wie in Fig. 11 und Schema 12 angegeben, erreicht wer den. Wie man sieht, lassen sich sehr viele vorteilhafte Schaltungen der Kapazitäten her stellen, so dass man für jeden besonderen Fall die günstigste Schaltung wählen kann.
Die Herstellung der Kondensatoren bietet nicht die geringsten Schwierigkeiten. Es können hierbei ohne weiteres die aus der Kabeltechnik gesammelten Erfahrungen sinn gemäss verwertet werden. Die Seele wird man zweckmässig aus einem Metall genügen der mechanischer Festigkeit, wie Eisen oder dergleichen anfertigen. Die übrigen metalli schen Zwischenschichten können aus Folien, metallisierten Papieren, Metalldrähten etc. bestehen; sie müssen so beschaffen sein, dass sie dem Trocknungs- sowie Tränkungsprozess, soweit solche in Frage kommen, keine Hinder nisse in den Weg legen.
Die Montage der Kondensatoren kann je nach dem Verwendungszweck beziehungswbise je nach dem zur Verfügung stehenden räum lichen Verhältnissen direkt auf Trommeln, oder in besonderen Gehäusen erfolgen. Die Eisenbandarmatur kann in der Regel ganz weggelassen werden, in den meisten Fällen wird man den metallischen Mantel entbehren können und statt dessen eine Bandage oder dergleichen vorsehen. Bei Unterbringung des Kondensators in ein Gehäuse wird man zweck mässig innerhalb des Gehäuses noch Kabelöl einfüllen. Hierdurch werden gleichzeitig die lsolations- und Kühlungsverhältnisse begün stigt.
Sieht man einen Metallmantel vor, so kann man auch aus Ersparnisgründen mehrere Kondensatoren ein- und derselben Phase be ziehungsweise mehrerer Phasen mit einem gemeinsamen Mantel umgeben.
In Fällen, in welchen die Betriebsspan nung ganz besonders gering ist, empfiehlt sich, dass man einen Hochspannungskonden sator nimmt und diesen über einen Trans formator an die Niederspannung anschliesst, wie etwa in Fig. 13 schematisch dargestellt. Man kann natürlich auch andere bekannte Transformatorenschaltungen benutzen.
Zweckmässig wird man den Transformator neben dem in einem Gehäuse untergebrachten Hochspannungskondensator aufstellen. Durch eine feste oder biegsame Verbindung können die Enden des Hochspannungskondensators direkt in das Gehäuse des Transformators hereingeführt werden. Man hat dann den Vorteil, dass die Hochspannung führenden Teile nirgends der Berührung zugänglich sind.
Eine weitere wesentliche Vereinfachung erhält man, wenn man den Kondensator und den Transformator in ein gemeinsames Ge häuse unterbringt. In diesem Falle muss für eine geeignete Ölfüllung gesorgt werden.
Ferner kann man den mit Schutzmantel versehenen Kondensator ebenfalls in einem Gehäuse unterbringen und in letzterem eine Wasserkühlung vorsehen, wodurch es ermög licht wird, die Beanspruchung und somit die Leistungsfähigkeit des Kondensators höher zu setzen.
Für die Endverschlüsse und Muffen kom men die aus der Kabeltechnik bekannten Konstruktionen in Frage. Die Schaltung, das heisst die elektrischen Verbindungen zwischen den Metallschichten werden in den Endver- schlüssen und den Muffen, wo diese Schichten zugänglich sind, hergestellt.