Hochspannungskondensator. Die Erfindung bezieht sich auf solche Hochspannungskondensatoren, die aus einer Reihenschaltung von für niedrige Span nungen bemessenen Einzelgliedern aufgebaut sind, und zwar insbesondere aus sogenannten Wickelkondensatoren, bei denen zwei band förmige Metallfolien unter Zwischenfügung einer oder mehrerer ebenfalls bandförmiger Isolierschichten auf einen Dorn aufgewickelt werden. Diese Wickelkondensatoren sind mit sehr geringem Arbeitsaufwand zuverlässig herzustellen, insbesondere wenn nachträglich das eingewickelte, in der Regel saugfähige Isoliermaterial mit Öl vollkommen durch tränkt wird.
Ausserdem lassen sich infolge der geringen Stärke des Dielektrihums leicht so hohe Kapazitätswerte im Einzelkondensa tor erreichen, dass auch die Kondensatorkette noch bei mässigen Dimensionen ausreichende Kapazitätswerte aufweist. Zur Unterbrin gung einer Reihenschaltung derartiger Nickel benutzt man neuerdings gern Ölbe- hälter, deren Mantel aus Isoliermaterial be steht, so dass besondere Durchführungen im Deckel entbehrlich werden und der dafür er forderliche Raum und Geldbedarf erspart wird.
Die Mindestlänge des Isoliermantels ist durch die von der gondensatorspannung be dingte Überschlagstrecke gegeben und man ist naturgemäss bemüht, im Innern die Ein zelkondensatoren so auszubilden und anzu ordnen, dass die durch die Überschlagstrecke gegebene Länge des Isoliermantels auch inne gehalten werden kann.
Bei Kondensatoren für sehr hohe Spannungen, etwa 100,000 Volt und darüber, wie sie zum Beispiel als Kopplungskondensatoren für Hochfrequenz- telephonie oder als 1Vlesskondensatoren Ver wendung finden, bereitet der zweckmässige Aufbau der Teilkondensatoren gewisse Schwierigkeiten. Man sucht nämlich natur- gemäss zunächst einmal die Teilkapazitäten so anzuordnen, dass das Belegungspotential in Richtung der Isolierzylinderachse mög lichst gleichmässig abfällt.
Am einfachsten lässt sich das erreichen, wenn man die ein zelnen scheibenförmig ausgebildeten Wickel längs der Isolierzylinderachse übereinander schichtet. Dabei ergibt sich jedoch der Nach teil, dass man in der Zahl der zur Anwen dung gelangenden Wickel beschränkt ist. Bei einem Kondensator für etwa 100 kV Be triebsspannung muss nämlich der Isolier- zylinder eine Länge von etwa 1 m aufweisen.
Man kann nun dem Kondensatorwickel nicht eine beliebig kleine axiale Länge geben ein fach aus dem Grunde, weil die Isolier- zwischenlage-um einen hinreichenden Betrag über die Metalleinlagen hinausreichen muss, um einen ausreichenden Kriechweg zwischen den beiden Belegungen zu schaffen. Dieser Platzaufwand ist unabhängig von der Breite der Belegungen und muss, um nicht zu viel lediglich von Isoliermaterial angefüllten toten Raum zu erhalten, in einem gewissen Verhältnis zur Breite der Metalleinlage stehen.
Aus diesem Grunde wird man die axiale Länge eines Wickels nicht gut kleiner als 5 cm machen können. Dann kann man aber in der zur Verfügung stehenden Höhe von 1 m nur 20 Wickel unterbringen, so dass auf jeden Wickel eine Betriebsspannung von 5000 Volt entfällt, die bekanntlich in Wickelkondensatoren nur sehr schwer zu be herrschen ist.
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, hat man den Vorschlag gemacht, Wickel zu ver wenden, die auf Dorne verhältnismässig gro ssen Durchmessers mit erheblicher Breite, je doch in mässiger Lagenzahl aufgewickelt sind und nach Abnehmen vom Dorn flach gedrückt werden. Von diesen flach gedrück ten Wickeln kann man eine grosse Anzahl auf einer Länge von 1 m unterbringen und nutzt dabei die zur Verfügung stehende Länge deshalb sehr weitgehend aus, weil die über die Belegung überstehenden Ränder der Isoliereinlagen senkrecht zur Längsrichtung des Isolierzylinders verlaufen und demnach keinen Verlust in @bezug auf die zur Ver fügung stehende Höhe bedingen.
Anderseits hat diese bekannte Anordnung wieder meh rere Nachteile. Zunächst ist bei dem Pressen der einzelnen Kondensatorwickel stets die Möglichkeit einer Beschädigung der Isolier- einlagen gegeben. Ausserdem ist es schwierig, die in axialer Richtung langen Wickel nach ihrer Fertigstellung so vollständig mit 01 zu tränken, dass keinesfalls irgendwelche Luft einschlüsse oder gar luftleere Räume ver bleiben.
Die Erfindung bezweckt, die Vorzüge der in axialer Richtung aufeinander geschich teten Wickel, nämlich die Verwendung in unverändertem Zustand und die leichte Tränkbarkeit zu vereinigen mit dem Vorzug der zuletzt beschriebenen Anordnung, näm lich einer geringeren Spannungsbelastung für den Einzelkondensator. Erfindungsge mäss ist diese Aufgabe dadurch gelöst wor den, dass die Belegungen der einzelnen Wickel mehrfach aufgetrennt sind, zum Zweck, den Wickel in mehrere in Reihe ge schaltete Teilkapazitäten mit niedrigerer Spannungsbeanspruchung aufzuteilen.
Da durch kann, ohne dass an dem mechanischen Aufbau irgend etwas geändert wird, in einer gegebenen Höhe und einer dadurch begrenz ten Zahl von Wickeln eine beliebige Zahl von Teilkapazitäten zur Anwendung kom men.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfin dung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 den Zusammenbau zweier benachbarter Wickel; in Fig. 2 ist der Span nungsverlauf in einer Kondensatoranordnung gemäss der Erfindung schematisch darge stellt; die Fig. 3 bis 7 zeigen eine weitere Verbesserung.
In der Fig. 1 ist mit der strichpunktierten Linie -.-B die Mittel- linie des Isoliermantels bezeichnet. 1 ist ein Teil des Isoliermantels, 2 sind zwei benach barte Kondensatorwickel, die im Schnitt dar gestellt sind, um die Verbindung der Bele gungen untereinander zu zeigen. Der Über sichtlichkeit halber ist darauf verzichtet, die einzelnen Isolierlagen darzustellen.
Die ge strichelt schraffierte Fläche gibt den Quer- schnitt durch das von den einzelnen Isolier- lagen gebildete Isolierpaket 3 wieder. Die Zahl der Belegungen ist der Übersichtlich keit halber stark verringert. Vor allem ist die bei gleichen Werten der Teilkapazität vom Wickelradius abhängige verschiedene Zahl der Lagen nicht eingezeichnet. Die ge strichelt eingezeichneten Radialverbindungen sind in der Praxis nicht vorhanden, sie sollen lediglich andeuten, dass die so verbundenen Belegungsquerschnitte einer gemeinsamen Be legung angehören. Zwischen den beiden be nachbarten Wickeln ist eine Platte 4 aus Iso liermaterial angeordnet, um einen Überschlag zu verhindern.
Bei der Ausführungsform ge mäss Fig. 1 sind, wie sich ohne weiteres aus der Darstellung der Belegungsquerschnitte ergibt, zum Beispiel in jedem Wickel fünf Teilkapazitäten untergebracht.
In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine ganze Kondensatorsäule dargestellt. Mit 1 ist der Isoliermantel bezeichnet, 5 und 6 sind ein metallischer Sockel und Deckel. Inner halb des Isoliermantels sind die einzelnen Wickel 2 übereinander angeordnet, von denen nur ein Teil dargestellt ist. Die Teil kapazitäten in den Wickeln sind schematisch dargestellt. Aus dieser Darstellung ergibt sich, dass der Spannungsabfall vom Metall deckel 6 mäanderförmig zum, Metallsockel 5 verläuft, so dass die bei den vorbekannten Konstruktionen übliche Potentialsteuerung längs des Isoliermantels 1 ebenfalls aufrecht erhalten ist.
Die vorbeschriebene Ausführungsform ist für die in der Starkstromtechnik üblichen Frequenzen geeignet und wird zweckmässig verwendet, weil sie neben den vorn angeführ ten Vorzügen gegenüber bekannten Ausfüh rungsformen noch den Vorteil einer beson ders geringen Anzahl von Verbindungs leitungen hat.
Sie ist jedoch für wesentlich höhere als starkstromtechnische Frequenzen nicht ohne Abänderung brauchbar. Um sie auch für höhere Frequenzen verwendbar zu machen, werden die Teilkapazitäten so ausgebildet bezw. so miteinander verbunden, dass inner- halb der einzelnen Teilkapazitäten der Lade strom in benachbarten Stellen der beiden Be legungen in entgegengesetzter Richtung je doch gleicher Stärke fliesst.
Die Aufteilung der Wickel in mehrere Teilkapazitäten durch wechselweises Auftrennen der Belegungen zwingt nämlich zunächst den Ladestrom, den Kondensatorwickel in einer Richtung spiral förmig zu durchlaufen. Bei den üblichen technischen Frequenzen @ bis beispielsweise 150 Hz bringt diese Tatsache keinerlei Nach teile mit sich.
Bei höheren Frequenzen von beispielsweise<B>50000</B> bis<B>100000</B> Hz, wie sie bei Verwendung eines solchen Kondensators zum Anschluss einer Überlagerungsschaltung an ein Hochspannungsnetz vorkommen, tritt jedoch durch den oben gekennzeichneten Weg des Ladestromes die Induktivität der Wickel so störend in Erscheinung, dass die kapazitive Wirkung des Kondensators zurücktritt gegenüber der unerwünschten Drosselwirkung.
Man kann nun diesen Mangel, ohne wesentliche Fabrikations schwierigkeiten mit in Kauf nehmen zu müs sen, grundsätzlich dadurch beseitigen, dass man den Ladestrom zwingt, innerhalb be nachbarter Teile zusammenwirkender Bele gungen in entgegengesetzter Richtung, je doch mit gleicher Stärke zu verlaufen. In diesem Fall wirken die Belegungen wie bifi- lare Wicklungen mit sehr geringem Leiter abstand, deren Induktivität praktisch ver- nachlässigbar klein ist.
Die übersichtlichste Ausbildung eines Wickels gemäss dieser Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass man auf die wechselweise Auftrennung der Belegun- gen mit ihrem Vorteil, dass nämlich die not wendige Verbindung jeweils einer Belegung benachbarter Teilkapazitäten gleich durch die Belegungen selbst gegeben ist, verzichtet und jeder Teilkapazität getrennte Be legungen zuordnet. In diesem Fall ist man ohne weiteres in der Lage,
die notwendigen Verbindungsleitungen demselben Ende bei der Belegungen zuzuführen, so dass an diesen Enden der Ladestrom seine volle Grösse, aber entgegengesetzte Richtung hat. Die Gegen- sätzlichkeit der Richtung bleibt über die ge samte Belegungslänge aufrecht erhalten. Der Ladestrom nimmt entsprechend dem Ab stand von den Stromzuführungsstellen ab, hat jedoch stets an benachbarten Stellen gleiche Grösse.
Schematisch ist eine solche Anordnung in der Fig. 4 dargestellt, nachdem in Fig. 3 zunächst einmal die Wirkung der wechsel weisen Auftrennung der Belegungen gezeigt ist.
Um die Übersicht zu erleichtern, ist an genommen, dass jede Belegung den Konden- satorwickel nur einmal umschliesst; die Rich tung des Ladestromes ist für eine beliebig herausgegriffene Halbwelle durch einen Pfeil gekennzeichnet. Aus der Darstellung ergibt sich, dass der Ladestrom spiralförmig durch den ganzen Wickel verläuft. Bild 4 zeigt die Auftrennung der Belegungen der art, dass jeder Teilkapazität getrennte Bele gungen zugeordnet sind, wobei die abgeän derte Verbindung der Belegungen ersichtlich ist.
Die Stromrichtung ist wieder durch Pfeile gekennzeichnet. Das Bild zeigt deut lich, dass jede Teilkapazität in bezug auf ihre induktive Wirkung als bifilare Wick lung angesehen werden kann. Die Verbin dungsleitungen sind punktiert eingezeichnet, um das Bild möglichst wenig zu stören; ausserdem sind die Isolierzwischenlagen zwi schen den Belegungen fortgelassen, da sie zur Darstellung des Stromverlaufes un wesentlich sind.
Man kann jedoch die in Fig. 3 veran schaulichte wechselweise Auftrennung der Belegungen innerhalb des Wickels unver ändert beibehalten und trotzdem die Induk- tivität des Wickels auf ein praktisch nicht mehr in Erscheinung tretendes Mass ver ringern, wenn man nämlich die Enden jeder Teilbelegung leitend miteinander verbindet, wobei unter Teilbelegung jeder unaufge- trennte Teil der leitenden Folie verstanden ist.
In der Fig. 5 ist wiederum schematisch dargestellt, wie in diesem Fall die Bele gungen miteinander verbunden sind. Dabei ist die gegenüber Fig. 3 neu hinzugekom- mene Verbindung zwischen den Enden jeder Teilbelegung gestrichelt dargestellt. Das Bild zeigt deutlich, dass bei einer solchen Anord nung jeweils beide Enden der Belegungen einer Teilkapazität mit beiden Enden einer Belegung der benachbarten Teilkapazitäten verbunden sind.
Dadurch wird also genau der gleiche Effekt in bezug auf die induktive Wirkung der Belegungen erzielt wie bei einer Ausführung gemäss Fig. 4. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass die Folie nur wechselweise aufgetrennt zu werden braucht, und dass weiterhin der ohmsche Widerstand des Kondensators auf den vierten Teil der in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsform verringert ist.
Die Endverbindungen der Kondensatoren müssen ausserhalb des im wesentlichen durch die Isoliereinlagen in seinen Dimensionen ge gebenen Wickelkörpers geführt- werden. Sie werden zweckmässig mit einer besonderen Papierhülle umgeben, die bis in den Wickel hinein die Verbindung umhüllt, um die Ge fahr eines Überschlages möglichst zu ver ringern. Ausserdem werden sie vorteilhaft so auf der Stirnfläche der Wickel angeordnet, dass bei Aufeinanderschichtung der Wickel solche Querverbindungen benachbarter Wik- kel nicht unmittelbar aufeinander liegen.
Werden in üblicher Weise zwischen den ein zelnen Wickeln noch Platten aus Isoliermate rial angeordnet, dann wird durch die Quer verbindungen die Überschlagsgefahr gegen über einem Wickel ohne Querverbindungen nicht vergrössert.
Diese Anordnung bietet neben dem oben angeführten hauptsächlichen Vorteil der In duktionsfreiheit noch weitere Vorteile, die es unter Umständen zweckmässig erscheinen las sen, diese Ausführungsform auch bei niedri- gen Frequenzen zu benutzen, wo die sonst unvermeidliche Induktivität nicht stören würde. Durch die Verbindungen wird es nämlich möglich gemacht, von aussen her eine Verbindung mit jeder gewünschten Teilkapa zität des Wickels herzustellen.
Das ist aber ausserordentlich zweckmässig, zum Beispiel in Fällen, wo ein Kondensator für Mess- zwecke benutzt werden soll und auf eine be stimmte Kapazität nachträglich abgestimmt werden muss. Diese Abstimmung kann natur gemäss dem gewünschten Wert am nächsten gebracht werden, wenn man von Teilkapazi tät zu Teilkapazität abgreifen kann und nicht genötigt ist, auf die verhältnismässig grobe Stufung von Wickel zu Wickel zu rückzugreifen.
Aus dem oben angeführten Grunde wird man demnach zweckmässig auch bei Kondensatoren für niedrige Frequenzen mindestens den obern Wickel erfindungsge mäss ausführen, um so die Möglichkeit eines feineren Abgriffes zu haben.
Unter Umständen kann auch die in der Fig. 4 dargestellte Schaltung für den zuletzt erörterten Zweck besonders vorteilhaft ange wendet werden. Wenn man nämlich ohne dies auf die Durchführung des Folienbandes zur Ersparung der leitenden Verbindung zwischen den Belegungen benachbarter Teil kapazitäten verzichtet, dann kann man auch die Teilkapazitäten als besondere konzen trisch ineinander passende Wickel herstellen.
Dabei kann der Feinabgriff in der zuvor beschriebenen Weise vorgenommen werden. Man hat jedoch noch den weiteren Vorteil, dass man die jeweils nicht benötigten Teil kapazitäten entfernen und für einen andern Kondensator verwenden kann. Selbstver ständlich können auch bei dieser Konstruk tion an beiden Enden jeder Belegung Ver bindungsleitungen vorgesehen sein.
In den Fig. 6 und 7 sind schematisch Wickel im Schnitt dargestellt, bei denen die Belegungen der Teilkapazitäten gemäss Fig. 5 bezw. Fig. 4 miteinander verbunden sind. Die Achse der Wickel ist mit A-B bezeich net. 7 ist das von dem Isoliermaterial ge bildete Paket, innerhalb dessen die Belegun gen aufgebaut sind. Mit 8 sind die Ausfüh rungen bezeichnet, deren konstruktive Aus bildung im Prinzip aus der Fig. 6a hervor geht.
Der metallische, zweckmässig blatt- förmige Leiter 8 der Ausführung wird von einer zweckmässig aus Papierband gewickel ten Isolierhülle 9 umgeben, die teils in das Wickelpaket hineinragt, teils aber auch noch einen aus dem Wickelpaket herausragenden Teil der Ausführungsleitung 8 umfasst.
In der Fig. 6 sind fünf zu einem kom pakten Wickel vereinigte Teilkapazitäten dargestellt, bei denen Verbindungsleitungen gemäss Fig. 5 vorgesehen sind. Durch die punktierten innerhalb des Wickelpaketes liegenden Striche sind die zu derselben Strei fenlänge gehörenden Folienquerschnitte be zeichnet. In der Fig. 7 ist die Auflösung des Wickels in fünf konzentrische Teilwickel dargestellt, wobei die Verbindungen gemäss Fig. 4 durchgeführt sind. Der Deutlichkeit halber sind die Verbindungsleitungen auf beide Stirnseiten des Wickels verteilt darge stellt.
Zweckmässig werden sie in der Praxis auf einer Stirnseite angeordnet.