CH213807A - Wickelkondensator mit unterteilten Belägen, insbesondere Kondensatordurchführung, und Verfahren und Einrichtung zu seiner Herstellung. - Google Patents

Description

  Wickelkondensator mit unterteilten Belägen, insbesondere Kondensatordurchführung,  und Verfahren und Einrichtung zu seiner Herstellung.    Wickelkondensatoren für Hochspannungs  zwecke bestehen aus einer aufgewickelten  Isolierstoffbahn, in welcher nach jeweils  einer gewissen Anzahl von Isolierstofflagen  ein Metallbelag eingewickelt ist. Die Länge  des Metallbelages ist ungefähr gleich dem  Umfang an der betreffenden Stelle. In glei  cher Weise sind die Durchführungsisolatoren  mit Potentialsteuerung durch Metalleinlagen,  die sogenannten Kondensatordurchführun  gen, gebaut.  



  Es hat sich nun gezeigt, dass alle Hart  papier-Kondensatordurchführungen, die aus  aufgewickelten Isolierstoffbahnen und ein  gewickelten Metallfolien bestehen, im     Betrieb     mit der Nennspannung bei der üblichen mitt  leren Radialbeanspruchung des     Dielektri-          kums    von zirka 10 bis 12     kV    pro cm an den  Rändern der Metallfolien so starke elektrische  Felder aufweisen, dass das     Dielektrikum    dort  auf die Dauer nicht standhält, sondern all  mählich angegriffen wird. Das führt dazu,    den Isolierstoff elektrisch schlechter auszu  nützen, weil man ihn mit Rücksicht auf die  starken Randfelder bemessen und daher dicker       wählen.    muss als sonst nötig.

   Die Erkenntnis,  dass kleine Abstände benachbarter Metallein  lagen günstig wirken, war zwar vorhanden,  doch wählte die bisherige Praxis meist Ab  stände zwischen den benachbarten Metallein  lagen von 2 bis 4 mm, in     Ausnahmefällen    bis  herunter zu 1,5 mm. Man war sich eben -das  genauen Zusammenhanges zwischen Schicht  dicke, Spannung an der Schicht und Korro  sionswirkung des Randes nicht bewusst; es  bedurfte einer eingehenden, jahrelange Dauer  versuche verwendenden Forschung, um hier  über Klarheit zu schaffen.  



  Die     Erfindung    beruht nun auf der Er  kenntnis der     Bedingungen,    unter denen man  das     Dielektrikum    voll auszunutzen in der  Lage ist, ohne dass     Randkorrosionen    auftre  ten. Sie stützt sich auf die Kenntnis jener  Spannung, unter welcher auch bei Jahre      dauernder Beanspruchung keine Randkorro  sionserscheinungen mehr auftreten. Diese  Grenzspannung hat sich identisch mit der  durch einen einfachen Versuch feststellbaren,  sogenannter "Glimmgrenz-Spannung" erwie  sen, das heisst jener Spannung, bei der, selbst  unter der Annahme, dass sich die Belagränder  in Luft befinden würden, mit steigender  Spannung erstmals ein Geräusch oder ein  Anstieg der Verluste beobachtet wird.

   Da ja  die Ränder der leitenden Einlagen in festes  Dielektrikum, meist in Papier und Kunst  harz, eingebettet sind, war diese Feststellung  überraschend. Sie beweist, dass angenommen  werden muss, die Ränder seien in aller  nächster Umgebung mit einer     feinen    Luft  haut von ungefähr Normaldruck umhüllt, ob  wohl sich dies mit den üblichen Unter  suchungsmethoden nicht feststellen lässt.  



  Die Erfindung besteht nun darin, dass  man die Dicke des Dielektrikums zwischen  benachbarten     leitenden    Belägen so klein  macht, dass die zwischen den     betreffenden    Be  lägen auftretende Spannung nicht grösser als  die dieser Isolationsdicke     entsprechende     "Glimmgrenzspannung" wird.  



  Diese Bedingung führt zwar zu beliebig  grossen Abständen, wenn man die elektrische  Festigkeit des Dielektrikums nicht ausnutzt,  also den Kondensator überdimensioniert.  Nützt man sie aber erfindungsgemäss aus, so  bleibt der grösste radiale Abstand benachbar  ter Beläge auf jeden Fall unter 1 mm. Bei  sehr gutem Dielektrikum kann häufig der  Abstand die Dicke einer einfachen Papier  lage erreichen.

   Es ist dann möglich, Hoch  spannungs-Wickelkondensatoren und Kon  densatordurchführungen in der Weise herzu  stellen, dass man die Beläge unabhängig vom  Durchmesser des     Wickels    als     leitende    Strei  fen in kontinuierlicher Folge     ausbildet,    deren  isolierende Abstände     voneinander    in der Um  fangsrichtung nur mindestens so gross sein  müssen, dass die zugehörigen Teilspannungen  nicht zum Überschlag führen.  



  Als Beispiel einer derartigen Anordnung  dient Fig. 1. Darnach sind auf der auf dem  Dorn 1 aufzuwickelnden, einseitig mit Kunst-    harzlösung bestrichenen Papierbahn 2 im ge  genseitigen Abstand a Beläge 9 aufgebracht,  deren Breite     b    in der     Umfangsrichtung    klei  ner ist als der dem zugehörigen Wickeldurch  messer entsprechende Umfang. Die axiale  Länge c der Beläge kann man nun entspre  chend Fig. 1 in einer Entfernung d vorn Pa  pierrand begrenzen. Man kann aber auch den  Belag     über    die gesamte     Axiallänge    anbringen  und     rden    fertigen Wickel nachher konisch  oder nach einer andern zweckmässigen Form,  etwa gemäss     Fig.    4 abdrehen.

   Diese     zeigt     eine     Kondensatordurchführung,    und zwar  unten in Ansicht, oben im Längsschnitt,  deren abgedrehter Wickel 4 auf dem Durch  führungsrohr 21 aufgebracht und aussen mit  der Fassung 22     umgeben    ist. Ferner kann  man die Beläge nach einem beliebigen be  stimmten Gesetz in ihrer     axialen    Länge nach       aussen    zu- oder abnehmen lassen, so dass zum  Beispiel eine     Kondensatordurchführung    nach       Fig.    2 entsteht, deren Aussenform zwar zylin  drisch ist, deren Steuereinlagen 9 jedoch von  innen nach aussen schmäler werden.

   Ein ge  wickelter     Hochspannungskondensator    kann  beispielsweise nach     Fig.    3 mit axial gleich  langen oder nahezu gleichlangen, aber gegen  einander versetzten leitenden Einlagen 9 ver  sehen werden.  



  Wenn     man    nun aber die     leitenden    Einla  gen in so kleinen radialen Abständen anord  net,     stössl        rnan    auf eine Reihe praktischer       Schwierigkeiten.    Sowohl Metallfolien, wie  metallisiertes Papier ergeben eine so erheb  liche Vergrösserung der radialen     Dicke,    dass  die Partien ausserhalb der Beläge unter zu  kleinem Wicklungsdruck stehen. Durch     Aus-          ";lcichspapiere,    die man neben den Belägen  einlaufen lässt, ist praktisch nur eine teil   -eise Kompensation der Dicke möglich und       (las    Herstellungsverfahren fast unerträglich  kompliziert.  



  Zum Gegenstand der Erfindung gehört  daher ein Verfahren, die leitenden Einlagen  auf der     Isolierstoffbahn    des Wickelkonden  sators selbst in so dünner Schicht anzubrin  gen, dass deren Dicke praktisch nicht in Er  scheinung tritt. Dies ist der Fall, wenn deren      Dicke höchstens 1/30 der Isolierstoffbahn  dicke beträgt. Praktisch lässt sich dies zum  Beispiel erreichen, indem man auf die Isolier  stoffbahn in Flüssigkeit suspendierten Koh  lenstoff aufbringt, worauf die Flüssigkeit  verflüchtigt wird. Der Kohlenstoff soll mög  lichst kolloidal verteilt sein, in Form von  Russ, oder noch besser, von Graphit. Eine  geeignete Suspension ist zum Beispiel unter  den Bezeichnungen Hy drokollag, Aquadag  usw. im Handel erhältlich, aber auch gewisse  Arten von Tusche und Druckerschwärze kom  men in Frage.

   Der kolloidalen     Graphitsus-          pension    kann feinstes Metallpulver beige  mengt sein. Die leitende Schicht kann auf  gespritzt, aufgedruckt, aufgestrichen, oder  durch ein elektrisches Feld aufgesprüht wer  den; die Flüssigkeit kann Wasser oder ein  anderer Suspensionsträger sein. Die leiten  den Einlagen können in Isolierabständen  aufgebracht werden, die entweder weniger  oder mehr als ein Wickelumfang betragen.  Speziell können sie auch mehrere Umgänge  ausmachen. Für den Auftrag eignet sich am  besten die nichtlackierte Seite der Isolier  stoffbahn.  



  Die in Fig. 5 als Ausführungsbeispiel für  die Fabrikation dargestellte Wickelmaschine  arbeitet nach dem Spritzverfahren. Sie be  steht aus der bekannten Hartpapier-Wickel  maschine M, der ein Spritzapparat S vorge  lagert ist. Das Papier ist bereits in üblicher  Weise in einer andern Maschine mit einem  Harzfilm lackiert worden. Die Papierbahn 2  läuft auf dem Wickeldorn 1 auf, um nach  und nach einen massiven, zylindrischen  Wickelkörper 4 zu bilden. 3 sind geheizte  Druckwalzen, welche den Harzfilm auf dem  Papier zum Erweichen, Kleben und     nach-          herigen    Erhärten bringen. Die Umdrehungen  des Wickeldorns werden von dem mit einem  Kontaktapparat verbundenen Zählwerk 20  gezählt. Von der Vorratswalze 5 läuft das  Papier 2 über die Umlenkwalze 6 und die  Vorheizwalze 7 der Maschine M zu.

   Zwischen  den Walzen 6 und 7 befindet sich die     Spritz-          vorrichtung    für den Belag. Die leitende Sub  stanz, zum Beispiel in Wasser suspendierter    kolloidaler Graphit, wird durch Düsen 8 auf  die Papierbahn 2 gespritzt, wodurch die Be  läge 9 entstehen. 10 ist der     Druckluftan-          schluss    für die Düsen, 11 .die Zuleitung der  Spritzflüssigkeit, 12 der     Betätigungshebel     der Düsen, der entweder von Hand oder  durch die Magnetspule 13 mittels eines Kon  taktapparates am     -#Vindungszähler    20 auto  matisch gesteuert wird. Zwei     Abdeckbleche     14 zur axialen Begrenzung des Spritzbelages  sind auf einer festen Tragschiene 15 geführt.

    Die Spindel 16 dient zum Einstellen der Ab  deckbleche durch Handkurbel 17 und gege  benenfalls automatischen Antrieb 18; letz  terer für den Fall, dass die axiale     Länge    des  Belages während des Wickelns kontinuierlich  oder nach einer bestimmten Vorschrift ge  ändert werden soll, zum- Beispiel zur Herstel  lung eines Wickels nach     Fig.    2 oder 3. Man  kann aber auch eine     absatzweise    arbeitende       Verstellvorrichtung    anbringen. Zum Einstel  len von Hand ist die     Millimeterskala    19 vor  gesehen.  



  Will man die ganze Papierbreite besprit  zen, so braucht man keine     Abdeckbleche    14.  Für voneinander verschiedene     automatische          Fortschaltgeschwindigkeit    der beiden Bleche  14     verwendet    man zweckmässig zwei Spindeln  16, deren jede eines der     Abdeckbleche    14 an  treibt.    Bei einer Anordnung mit stillstehenden  Düsen, erhalten diese vorteilhaft eine ovale  Austrittsform für den Strahlenquerschnitt,  so dass durch überlappendes Nebeneinander  lagern der Strahlen ein rechteckiger Belag  entsteht.

   Das     Spritzwerk    kann aber auch  aus einer oder einigen     Düsen.    mit sich über  lappenden Spritzkegeln bestehen, welche ent  weder in axialer Richtung wandern, so dass  bei gleichförmig bewegter Papierbahn ein       schraubenlinienartig    begrenzter Belag ent  steht, dessen     Begrenzung    mit ,der Umfangs  linie des Wickels mit Vorteil einen Winkel  zwischen 45 und<B>90'</B> bildet, oder in einer  Schräglinie wandern, so dass ein durch     achsen-          parallele    Linien begrenzter Belag entsteht:

    Selbstverständlich     kann    man in die  Wickelmaschine auch mehrere Isolierstoff-           bahnen    gleichzeitig, also parallel, einlaufen  lassen, von denen bloss eine mit den leitenden  Belägen versehen ist, oder man kann die Pa  piere bogenweise in die Maschine einlaufen  lassen. Ferner kann man mit leitenden Be  lägen versehene Bogen oder Isolierstoffstrei  fen während des Wickelvorganges in die Iso  lierstoffbahn einlegen.  



  Wird die Seitenbegrenzung während des  Wickelvorganges absatzweise verstellt, so  kann man eine Verriegelung zwischen dem  Steuerapparat der Düsen und der Verstell  vorrichtung anbringen, derart, dass die Düsen  nicht spritzen können, wenn     verstellt    wird,  und dass die Abdeckbleche nicht verstellt  werden können, solange gespritzt wird.  



  Ferner ist es natürlich ohne weiteres  möglich, mehrere Spritzeinrichtungen S axial  nebeneinander     anzuordnen,    um auf der glei  chen Wickelmaschine M gleichzeitig mehrere  Wickelkondensatoren herstellen zu können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Wickelkondensator für Hochspannung mit in der Umfangsrichtung unterteilten lei tenden Belägen, insbesondere Kondensator durchführung, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mindestbeanspruchung des Dielek trikums von 10 kV pro cm bei der höchst zulässigen Dauernennspännung, die Anzahl der Beläge in radialer Richtung so gross und daher ihr radialer Abstand voneinander so klein ist, dass bei der genannten Dauernenn spannung zwischen benachbarten Belägen der Wert der "Glimmgrenzspannung" noch nicht erreicht wird. II.

   Verfahren zur Herstellung von Wickel kondensatoren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die leitenden Kon- densatorbeläge auf der Isolierstoffbahn des Wickelkondensators selbst in so dünner Schicht aufgebracht werden, dass deren Dicke praktisch nicht in Erscheinung tritt. III. Einrichtung zur Ausübung des Ver fahrens nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass einer Wickelmaschine zur Herstellung von Isolierstoffwickeln ein Ap- parat zum Aufbringen leitender Beläge vor geschaltet ist.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Wickelkondensator nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der grösste radiale Abstand der leitenden Beläge des Wickels höchstens 1 mm beträgt. 2. Wickelkondensator nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Beläge streifenförmig sind. 3. Wickelkondensator nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Belag- streifen in der Umfangsrichtung höchstens so breit sind, wie der dem ihm zuggeordneten Wickeldurchmesser entsprechende Umfang. 4.

   Wickelkondensator nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Belag streifen unabhängig vom Durchmesser des Wickels in kontinuierlicher Folge in der Um fangsrichtung mit so viel gegenseitigem Iso- lierabstand angeordnet sind, dass dieser zur überschlagsfreien Aufnahme des zwischen den angrenzenden Belägen, vorkommenden Spannungsgefälles mindestens ausreicht. 5.

   Wickelkondensator nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Isolierstoffbahn laufende Begrenzung des Streifens parallel zur Wickelachse verläuft. 6. Wickelkondensator nach Unterauspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Isolierstoffbahn laufende Begrenzung in einer Schraubenlinie verläuft, die mit der Umfangslinie des Wickels einen Winkel zwi schen 45 und 90 bildet. 7. Wickelkondensator nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen sich über die Gesamtbreite der Isolierstoff bahn erstrecken. B.

   Wickelkondensator nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen parallel zu den Stirnkanten der Isolierstoff- bahn begrenzt sind. 9. Wickelkondensator nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Rich tung der Wickelachse gemessene Länge der Streifen verschieden ist. 10. Wickelkondensator nach Unteran spruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Streifen vom Wickeldorn nach dem äussern Wickelumfang hin abnimmt. 11.

   Wickelkondensator nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Belagschicht auf dem Isolierstoff höchstens ein Dreissigstel der Dicke der Iso- lierstoffbahn beträgt. 12. Wickelkondensator nach Unteran spruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag wenigstens zum Teil aus Kohlenstoff besteht. 13. Wickelkondensator nach Unteran spruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag aus kolloidalem Kohlenstoff besteht. 14. Wickelkondensator nach Unteran spruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag aus Russ besteht. 15. Wickelkondensator nach Unteran spruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag aus Graphit besteht. 16. Wickelkondensator nach Unteran spruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kohlenstoff Metall beigemischt ist. 17.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Beläge auf der nicht lackierten Seite der ein seitig lackierten Isolierstoffbahn aufgebracht werden. 18. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Beläge auf den Isolierstoff aufgespritzt wer den. 19. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge auf den Isolierstoff aufgedruckt werden. 20. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge auf den Isolierstoff aufgestrichen werden. 21. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge auf den Isolierstoff durch ein elektrisches Feld aufgesprüht werden. 22.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Beläge streifenförmig in kontinuierlicher Folge in solchen Isolierabständen aufgebracht werden, die weniger als einen Umfang des Wickels an der Stelle des Abstandes betra gen. 23. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge in solchen Isolierabständen voneinander aufge bracht werden, die mehr als einen Umfang des Wickels an der Stelle des Abstandes be tragen. 24. Verfahren nach Unteranspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge in solchen Isolierabständen voneinander aufge bracht werden, die mehrere Umgänge des Wickels betragen. 25.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Isolier stoffwickel zugleich gewickelt werden, von denen wenigstens einer mit den leitenden Be lägen versehen ist. 26. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus in Wasser suspendiertem kolloidalem Graphit ausgetrieben wird. 27. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus Druckerschwärze ausgetrieben wird. 28.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus schwarzer kohlenstoffhaltiger Tusche ausgetrieben wird. 29. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Belagmediums von Hand gesteuert wird. 30. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Belagmediums mit automatischer Steue rung geschieht. 31. Verfahren nach Unteranspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steue rung das Umdrehungszählwerk der Wickel maschine verwendet wird. 32.

   Einrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der aufgebrachten Beläge durch über der Isolierstoffbahn liegende Abdeckkörper begrenzt wird. 33. Einrichtung nach Unteranspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckkör- per in der Achsenrichtung des Wickels ver schiebbar sind. 34. Einrichtung nach Unteranspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeck körper von Hand verstellbar sind. 35. Einrichtung nach Unteranspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeck körper automatisch verstellt werden. 36.

   Einrichtung nach Unteranspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeck körper kontinuierlich verstellt werden. 37. Einrichtung nach Unteranspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeck körper absatzweise verstellt werden. 38. Einrichtung nach Unteranspruch 37, gekennzeichnet durch eine gegenseitige Ver riegelung zwischen der Verstellvorrichtung für die Abdeckkörper und der Steuerung der Aufbringorgane. 39I Einrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass mit Druckgas- arbeitende Spritzdüsen für das Aufbringen der Beläge vorgesehen sind. 40.

   Einrichtung nach Unteranspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzwerk aus mehreren Düsen besteht, die so angeord net sind, dass sich die Strahlenquerschnitte gegenseitig teilweise überdecken. 41. Einrichtung nach Unteranspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen ovale Querschnitte besitzen. 4?. Einrichtung nach Unteranspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen durch ein gemeinsames Hebelwerk gesteuert wer den. 43. Einrichtung nach Unteranspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spritz düsen in axialer Richtung bewegen.