DE1589908A1 - Mit metallisierten Kunststoff-Folien aufgebauter und zusaetzlich getraenkter selbstausheilfaehiger elektrischer Kondensator - Google Patents

Description

• 'Mit metallisierten Kunststoff-Folien aufgebauter und zusätzlich__&etr_änkter selbstausheiifähiger elektrischer Kondensator'. Die Erfindung betrifft einen mit Kunststoff-Folien aufgebauten und zusätzlich getränkten elektrischen Kondensator, bei dem mindestens ein aufmetallisierter, z. B. im Hochvakuum aufgedampfter,gegenpoliger Belag so dünn ist, dass er bei einem Kurzschluss in dem elektrischen Lichtbogen an der Kurzschlußatelle verdampft und dadurch den Kurzschluss zwangsläufig aufhebt. Solche dünnen Beläge mit einer Dicke von etwa 0,05 g.m ermöglichen nicht nur die Selbstausheilung des Kondensators bei Durchschlägen, sondern auch eine wesentliche Verringerung der Abmessungen des Kondensators gegenüber demjenigen mit Metallfolien bei sonst gleichen elektrischen Eigenschaften.
• Eine weitere Raumeinsparung ist durch den Ersatz des im allgemeinen aus Papierfolien (-bändern) bestehenden Dielektrikums und etwaiger weiterer Isolierstoff-Zwischenlagen durch geeignete Kunststoff..
• Folien gegeben, die ausser besseren elektrischen und mechanischen Eigenschaften bereits in Dicken bis herab zu 3 gm oder 2 @.m hergestellt werden können.
• Obyvohl auch die Papierfolien durch entsprechende Füllstoffe in ihren elektrischen (und gegebenenfalls auch mechanischen) Eigenschaften noch verbessert werden können, besitzen die im Kondensator verwendeten Kunststoff-Folien den weiteren Vorteil, dass sie - im Gegensatz zu Kondensator-Papieren - ohne Hohlräume und sonstigen Einschlüsse, also durchweg homogen und stets in gleicher Gifte hergestellt werden können. Grundsätzlich stellen Hohlräume im Dielektrikum, wie sie 1.) durch die mehr oder weniger grosse Porosität des Kondensator-Papiers bedingt sind, 2.) beim tbereinanderwickeln oder -legen der elektrisch leitenden Beläge und der elektrisch nicht leitenden Zwischenlagen und 3.) beim Kurzschluss im Kondensator-Inneren entstanden sind oder entstehen, Gefahrenquellen dar, weil sie zu einer ungleichmässigen Feldverteilung und elektrischen Beanspruchung im Dielekt rikum, zum Glimmen, zur allmählichen Erhöhung des Verlustwiderstandes und damit der Erwärmung und schliesslich zur Zerstörung des Kondensators führen. Aus diesem Grunde ist es bei erhöhter elektrischer Beanspruchung des Dielektrikums, z. B. durch hohe Gleichspannung oder Wechselspannung, notwendig, diese Hohlräume mit einem definierten Zusatzdielektrikum auszufüllen. Bei einem Kondensator, dessen Beläge einschlussfrei auf ihrer Trägerunterlage durch an sich bekannte Verfahren, von denen sich wegen der zur Selbstausheilung notwendigen geringen Dicke das Aufdampfen im Hochvakuum am besten bewährt hat, aufgebracht werden können, lassen sich durch besondere Anordnung der gegenpoligen Beläge auf einer gemeinsamen, als Dielektrikum dienenden Träger-Unterlage jeweils 2 solche beidseitig metallisierten Dielektrikumsfolien derart übereinanderwickeln oder -legen und elektrisch miteinander verbinden, dass die dabei zwischen den einzelnen Lagen entstehenden Hohlräume feldfrei sind. Während nun bei einem mit beidseitig metallisierten Papierfolien aufgebauten Kondensator auch bei dieser Schaltung die durch die Porosität des Papiers bedingten Hohlräume nach wie vor dielektrisch beansprucht werden und deshalb auch ein-solcher Kondensator. mit einem Zusatzdielektrikum getränkt werden muss, brauchte in dieser Hinsicht (Hohlräume im Werkstoff und zwischen Übereinanderliegenden Folien) ein mit metallisierten Kunststoff-Folien aufgebauter Kondensator überhaupt nicht mehr getränkt zu werden. Aber gerade wegen des Selbstheileffektes muss auch bei solchen Kondensatoren, unabhängig von der Anordnung der Beläge und der einzelnen i Folien im Kondensator-Wickel oder -Stapel, mit den bei jedem Durchentstehenden Hohlräumen im Dielektrikum gerecbnet werden, die gasförmige und,loäer elektrisch leitende Zersetzungsprodukte enthalten. Das zu deren Beseitigung bzw. Verhinderung notwendige Zusatz-Dielektrikum soll ausserdem die Eigenschaft haben, die im elektrischen Lichtbogen entstehenden Zersetzungsprodukte in elektrisch nicht leitende Verbindungen umzuwandeln, die dann nach dem jeweiligen Kurzschluss wieder in flüssigen oder festen Zustand übergehen. Solche auf die jeweils z. B. als Hauptdielektrikum srerwendeten Kunststoff-Folien abgestimmten Tränkmittel sind an .sich bekannt (vgl. u. a. DPS 976.509 uhd B 17.422-21g-10/02, bekanntgemacht am 12.3.53). Ebenso ist an anderer Stelle bereits vorgeschlagen und eingehend begründet worden, als Dielektrikum ein- oder beidseitig metallisierte Polycarbonatfolien zu verwenden und den Damit aufgebauten selbstausheilfähigen Kondensator mit Siliconöl zu tränken. Aber selbst diese Kondensatoren sind nur in einem gewissen Bereich brauchbar, wenn auch in diesem den gleichen Kondensatoren mit Papier-Dielektrikum in elektrischer Hinsicht (z. B. Isolationswiderstand, Verlustwinkel, Temperaturfestigkeit) weit überlegen. Sobald jedoch mit erhöhten Spannungen gearbeitet und/oder absichtlich serienmässig Kurzschlüsse erzeugt werden, zeigt sich eine ständig grösser werdende Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften, sodass nach einer gewissen Dauer bzw. Anzahl der Duschschläge der Isolationswiderstand noch unter demjenigen des mit dem gleichen Zusatz-Dielektrikum getränkten Metallpapier-Kondensetors herabgesunken ist. Diesbezügliche Untersuchungen ergaben, dass die KurzschluBstellen im Kunststoff (Polvcarbonat)-Dielektrikum 7war gleichmässig verteilt (woraus auf gleichmässige Spannungsfestigkeit des Dielektrikums geschlossen werden kann) waren. Während jedoch ein Teil dieser Stellen klein und scharf begrenzt und sauber ausgebrannt war, zeigte der andere Teil grössere Brandstellen mit unscharfen, angebräunten Rändern und Randflächen. Die Erklärung dafür muss in einer unvollständigen Durchtränkung des Kondensators mit dem Tränkmittel - in diesem Falle Siliconöl - gesehen werden, das nicht bis zu den mangelhaft ausgebrannten Durchschlagstellen gedrungen war.
• So hatte sich in dieser Hinsicnt die Kunststoff-Folie gerade wegen ihres elektrisch sonst vorteilhafteren dichten Gefüges und ihrer glatten Oberfläche, die nicht erst - wie die Papierf.)lie - vor dem Metallisieren geglättet (gewalzt. oder zusätzlich lac-ciert) zu werden braucht, als der Papierfolie unterlegen gezeigt. Die Aufgabe bestand nun darin, dafür zu sorgen, dasa das zum raube-. reri Ausbrennen der auf eine Kunststoff-Folie aufgebrachten dünnen Metallschicht jeweils geeignete Tränkmittel mit Sicherheit an jeder Kurzschlulßstelle in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Dafür sind bereits Lösungen gefunden worden, die sich jedoch entweder nur . für bestimmte Kondensator-Typen oder nur für bestimmte Anwendungsgebiete eignen oder mit sonstigen gewissen Nachteilen behaftet, sind. Obwohl beim selbstausheilfähigen Metallpapier-Konderisator dieses Problem überhaupt nicht auftritt, weil die Papierfolien durchweg porös sind und deshalb das Tränkmittel überall hindidngen und sich gleichmässig über das ganze Dielektrikum verteilen kann, war man sich auch bereits dariber klar geworden, dass die vorerwähnte Glättung der Oberfläche vor dem Metallisieren, um die infolge Eindringens der Metallteilchen in die Poren des Papiers auftretende Bogenannte Spitzenwirkung im elektrischen Feld zu verhindern, möglichst nur einseitig erfolgen sollte, damit von der anderen - nicht metallisierten - Seite her das Tränkmittel ungehindert in das Papier eindringen und die als schädlich bekannten Poren (Hohlräume) ausfüllen kann. Bei Elektrolyt-Kondensatoren sollen zwar keine Durchschläge auftreten. Andererseits soll jedoch die elektrolytische Flüssigkeit, welche hierbei die Gegenbelegung darstellt, die als Dielektrikum dienende Oxydschicht auf der Anode bei der Tränkung überall gleichmässig erreichen und auch während des Betriebes des Kondensators bedecken. Zu diesem Zwecke wird im allgemeinen das Oxyd-Dielektrikum mit einer saugfähigen Papierschicht (Abstandhalter) bedeckt. Eine Selbstausheilung durch Verdampfen des Metallbelages im elektrischen Lichtbogen ist hierbei weder geplant noch vorhanden. Eine andere Lösung für eine gleichmässige Durchtränkung wurde darin gefunden, dass ausser der Kunststoff-Folie zusätzlich eine Papierfolie mitgewickelt wird, wodurch allerdings der Vorteil der geringeren Kondensator-Abmessungzaieider wieder aufgehoben wird. Schliesslich ist es bekannt geworden, das zum guten Ausbrennen notwendige Zusatz-Dielektrikum in Form einer zusätzlichen Kunststoff-Folie oder -Schicht (mit guten Ausbrenn-Eigenschaften) zum eigentlichen Dielektrikum im Kondensator vorzusehen, z. B. mitzuwickeln (vgl. u. a. DPS 1.1'66.374).
• Die Erfindung ist einen anderen Weg gegangen, der die mit den bekannten Lösungen verbundenen mehr oder weniger grossen Nachteile vermei- det. Ausgehend von der Erkenntnir, dass gerade die glatten Oberflächen der Kunststoff-Folien ein Aneinanderkleben beim bzw. nach dem Aufbau, insbesondere Wickeln des Kondensators, begiir:.stigen und dadurch den Zutritt des sowohl zur guten Selbstausheilung als auch zur Ausfüllung aller Zwischenräume notwendigen Tränkmittels verhindern, schlägt die Erfindung vor, diese glatten Flächen auf der nicht metallisierten Folienseite entweder bereits bei der Folienherstellung zu vermeiden oder wenigstens nachträglich aufzurauhen. Damit bleiben die Vorzüge der Kunststoff-Folie als Dielektrikum voll erhalten und werden erfindungsgemäss durch den weiteren Vorteil der bei dem Papier-Dielektrikum zwangsläufig vorhandenen Eigenschaft einer guten Benetzungsmöglichkeit der Folie und damit der Durchschlagstellen bzw. einer guten Durchtränkung des Kondensators ergänzt. Entsprechende Dauerversuche und bewusst herbeigeführte Xurzschlüsse mit einem Kondensator, der mit Folien aus Polycarbonat mit je einer glatten metallisierten und einer rauben Oberfläche als Dielektrikum aufgebaut und mit Siliconöl getränkt ist, haben die :rwartungen und Anforderungen an einen auch für höhere Betriebsspannungen (höher als etwa 250 V Wechselstrom) geeigneten selbstausheilenden elektrischen Kondensator vollauf bestätigt. In der Zeichnung ist die Erfindung und der erfindungsgemässe Kondensator nochmals bildlich dargestellt. Die Fig. 1 zeiet einen Querschnitt durch den Wickel eines mit zwei einseitig metnllis-.erten Kunststoff(Polycarbonat)-Folien aufgebauten Wickel-Kondtnsators. Darin bedeuten 1 und 4 zwei um einen Wickeldorn oder Wickelkern (spiralig) aufgewickelte Kunststoff-Folien, deren auf' jeweils einer Seite 2 bzw. 5 raube bzw. aufgerauhte Oberflächen zur Aufnahme und gleichmässigen Verteilung des später einzubringenden Tränkmittels (z. B. Siliconöl) bestimmt, während die anderen Seiten jeweils mit den gegenseitig versetzt aufmetallsierten Belägen 3 tzw. 6 bedeckt sind. Die Kontaktierung der Beläge kann dabei unabhängig von der Erfindung in einer der an sich bekannten Arten erfolgen. Ebenso Nässt sich die Erfindung auch bei anderen Ausführungsarten von ge--,ji°ckelten oder gestapelten Kondensatoren, wie z. B. mit mehreren Kapazitäten in einem gemeinsamen Kondensator-Wickel oder -Stapel der mit mehreren Belägen auf der gleichen Seite einer auf der Rückseite rauben oder aufgerauhten Kunststoff-Folie anwenien. In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht die: im Querschnitt gezeigte Wicklung erfindungsgemäss aus einer nichtncetallisierten, jedoch beidseitig rauhen oder aufgerauhten Kunststo:'f-Folie ? undeiner normalen, glatten Kunststoff-Folie 8 mit den 'Meiden gegeneinander versetzt aufmetallisierten gegenpoligen Belägan 9 und 10. Nach Fi.g. 3 ist die Wicklung erfindungsgemäss aus zwei nichtmetallisierten beidseitigen rauhen Kunststoff-Folien 11 und 12 und zwei normalen, glatten Kunststoff-Folien 13 mit den beiden gegenseitig versetzt aufmetallsierten gegenpoligen Belägen 14 und 15 und spiegelbildlich dazu angeordnet 16 mit den gegenpoligen Belägen 17 und 1$ aufgebaut. Der Unterschied zwischen diesen beiden letzterenAu8fLihrungsarten besteht darin, dass im ersten Falle aufgerauhte Kunststoff-Folie und Tränkmittel dielektrisch belastet, im zweiten Fall zwar jede Wickellage die doppelte Anzahl der Kunststoff-Folien aufweist, die aufgerauhten Kunststoff-Folien mit dem Tränkmittel jedoch durch Zusammenschaltung der jeweils nach einer Wickelstirnfläche zu gerichteten Beläge feldfrei sind. Auf' weitere Beispiele kann verzichtet werden. Wesentlich ist, dass der Aufbau des Kondensators derart erfolgt, dass bei einem späteren Durchschlag Kunststoff-Folie, ausbrennfähiger Metallbelag und Tränkmittel gleichzeitig zur ,;ngenseitigen Einwirkung gelangen. In Fig. 4 ist ein Kondensator '»,rgestellt, dessen z. B. zylinderförmiges (Metall- oder 19 an einem Ende geschlossen ist und in einen zentra-.s@u, im allgemeinen mit dem Gehäuse in einem Stück gespritzten Anschlussbolzen 20 mündet. Unter den Rand des zunächst offenen anderen Endes des Zylinderbechers ist nach erfolgtem Einbau des erfindungsgemäss mit Kunststoff-Folien, deren nichtmetallisierte Oberflächen rauh oder aufgerauht sind, aufgebauten und zu tränkenden Kondensator-Wickels 21 der Abschlussdeckel 22 feuchtig.teitsdicbt untergebördelt. Dieser (Isolierstoff-)Deckel. trägt di_'-: Kondensator-Anschlussteile, die mit durch den Deckel riirhenden. Hohlnieten 23

  befestigt sind. Durch diese Hohlniete sind L: 9.e e,n.q;äh.l;_es set1@@ mit

  .ihnen feuchtigkeitsdicht verlöteten [email protected] (-ä ::.::.ue)

  geführt. Soweit keine besonderen Öffnungen im Deckel vorgesehen sind, dienen die zunächst offenen Hohlniete gleichzeitig für die Evakuierung, Trocknung und Tränkung des Kondensator-.Inneren, insbesondere des eingebauten Kondensator-Wickels.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1.) Mit metallisierten aufgebauter und zusätzlich getränkter elektrischer Kondensator, bei dem mindestens ein.aufmetallisierter, z. B. im Hochvakuum aufgedampfter, Belag so dünn ist, dass er bei einem Kurzschluss in dem elektrischen Lichtbogen an der Kurzschlußstelle wegbrennt bzw. verdampft, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallisierten Oberflä, chen der Kunststoff-Folien rauh oder aufgerauht sind. 2.) Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch kekennzeichnet, dass die Kunststoff-Folien aus Polycarbonat bestehen und der Kondensator mit einem Siliconöl getränkt ist.