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Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hochspannungskondensators
-mit einem Mantel aus Isolierstoff und in der Rohrachse versetzten Polbelegungen,
dessen elektrisches Feld: sowohl quer als. -auch längs zu-den Polbelegungen durch
schwebende leitende Einlagen möglichst gleichförmig gemacht ist Es sind bereits
Verfahren bekannt, in das-Dielektrikum von zylinderförmigen- Hochspannungskondensatoren
leitende Einlagen b1, b, usw. aus dünnen Metallfolien oder anderen elektrisch leitenden
Stoffen zwischen die in der Zylinderachsenrichtüng versetzten Polbelegungen so einzubetten,
daß das elektrische Feld zwischen den Polbelegungen besonders in der Längsrichtüng
möglichst gleichförmig wird (vgl. Abb. z). Hierdurch :wird das Auftreten- von Sprüherscheinungen
am Rande der Polbelegungen verhindert, da das gleichförmige elektrische Feld einen
geringeren Wert besitzt als der ohne die leitenden Einlagen am Rande der Polbelegungen
vorhandene Maximalwert des ungleichförmigen Feldes. Bei Zylinderkondensatoren wird
zwar durch die leitenden Einlagen das elektrische Feld senkrecht zu den Polbelegungen
im allgemeinen zu einem ungleichförmigen gemacht, jedoch verschwindet diese Wirkung
um so mehr, je geringer die Wandstärke des Zylinderkondensators im Verhältnis zu
seinem Durchmesser ist. Man hat derartige Kondensatoren bisher mit einem Dielektrikum
versehen, welches aus mit-'Natur- oder Kunstharz getränktem Papier (Hartpapier)
-besteht. Die Polbelegungen sowie die leitenden Einlagen -wurden während des Aufwickelns.
'einer mit- Natur- oder Kunstharz versehenen Papierfahne äuf_ einen Metalldorn in
dieses Dielektriktim - eingebracht. Nach Beendigung- des Wickelprozesses und Überführung
des Natur- oder Kunsth?;rzes in 'einen- harten- Endzustand. durch Ausbacken in'
einem Ofen wurde der so entstandene- rohrförmige Kondensator von seinem- Metalldorn
abgezogen. Solche Zylinderkondensatoren aus Hartpapier besitzen einen großen Mangel
in der Konstitution ihres Dielektrikums. Obwohl die Technik durch Verwendung von
Papier möglichst gleichmäßiger Dicke sowie durch Anwendung von besonderen Druckwalzen,
welche beim Wickelprozeß die sich aufwickelnde Papierfahne möglichst fest gegen
den Wickeldorn-und die bereits aufgewickelten Papierschichten andrücken, Vorkehrungen
getroffen- hat, die Bildung von kleinen Hohlräumen im Dielektrikum zu verhindern,
ist dies nicht
vollständig gelungen. Man hat ferner vorgeschlagen,
an den Stellen, an denen die Ränder der Polbelegungen und leitenden Einlagen sich
befinden, Papierblätter, welche frei von Natur- oder Kunstharz sind, während des
Wickelprozesses als bis zu den Stirnenden des Rohres reichende Fortsetzung der Metallfolien
einzufügen und den Kondensator nach dem Ausbacken im Wärmeofen in einem Bad von
heißem Paraffin nachzubehandeln, zum Zwecke, die von Natur- oder Kunstharz freien
Papierblätter mit Paraffin zu durchtränken. Auch dieses Mittel hat das Dielektrikum
nicht wesentlich verbessern können. Hierzu kommt in allen Fällen die Notwendigkeit,
das Hartpapier durch geeignete Maßnahmen so trocken zu halten, daß der Verlustfaktor
des Kondensators möglichst gering wird. Dies gelingt wegen der Eigenart der Herstellung,
welche in freier Luft geschieht, stets nur unvollkommen, da sowohl das Papier als
auch Natur- und Kunstharz Körper sind, welche einen Restbestand von Feuchtigkeit
nur sehr ungern abgeben. Ihr innerer Gehalt an Feuchtigkeit ist daher abhängig von
dem Feuchtigkeitszustande der umgebenden Luft, welche während der verschiedenen
Herstellungsstufen auf den Kondensator eingewirkt hat. Infolgedessen war es bei
diesen Hartpapierkondensatoren nicht möglich, den Verlustfaktor unter den Wert 0,0045
zu bringen. Im Zusammenhang damit steht die geringe elektrische Feldstärke, welche
ein solcher Kondensator betriebsmäßig dauernd ohne Schädigung aushält. Diese Feldstärke
(effektive Wechselspannung pro Millimeter) beträgt quer zu den Metallfolien höchstens
zooo V /Mm. In der Längsrichtung sind höchstens r 50 V1mm zulässig. Die volle Ausnutzung
der theoretisch hervorragenden Wirkung der schwebenden leitenden Einlagen, das elektrische
Längs- und Querfeld gleichförmig zu machen, ist daher bisher nur in geringem Maße
möglich gewesen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen rohrförmigen Hochspannungskondensator
mit Gehäuse aus Isolierstoff, dessen dielektrisches Feld sowohl quer als auch längs
zu den Polbelegungen durch schwebende leitende Einlagen möglichst gleichförmig gemacht
ist, mit einem Dielektrikum zu versehen, welches vollkommen hohlraumfrei ist und
infolge besserer Trocknungsmöglichkeit einen besonders niedrigen Verlustfaktor besitzt.
Erfindungsgemäß wird. zu diesem Zwecke zunächst über einen passenden Dorn ein Hohlzylinder
aus mit Kunstharz getränktem Papier und unmittelbar hierüber der das elektrische
Feld tragende Teil aus ungetränktem Papier unter Einfügung der Polbelegungen und
schwebenden leitenden Einlagen gewickelt, worauf die Überführung des Kunstharzes
in den unlöslichen Endzustand im Wärmeofen und sodann die Tränkung mit Ö1 im Vakuum,
mit Vorteil ebenfalls in der Wärme, erfolgt. Ein solches Dielektrikum ist vollkommen
hohlraumfrei und trocken herzustellen. Es besitzt aber im Gegensatz zu Hartpapier
nur geringe mechanische Festigkeit und Härte. Es wird daher über den zylindrischen
Vollkern oder Hohlzylinder aus festem und hartem Isolierstoff, z. B. Hartpapier,
Hartgewebe, gewickelt. Das über den zylindrischen Kern bzw. Hohlzylinder aufgewickelte
Papier kann entweder so breit sein, daß es die gesamte Rohrlänge des Kondensators
bildet, oder gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eines nach dem Verfahren gemäß
der Erfindung hergestellten Hochspannungskondensators die Form von schmalen Papierstreifen
nach Art der Isolation von Hochspannungskabeln besitzen. Abb. 2 - zeigt eine Ausführungsart
eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensators. Das mit Isolieröl
getränkte Papierdielektrikum, welches die Polbelegungen und schwebende Metalleinlagen
enthält, ist auf das Isolierrohr c fest aufgewickelt und an seiner Oberfläche mit
einer Bandage d aus Isolierband, Schnur oder ähnlichem fest abgebunden. Das innere
Isolierrohr wird von den Metallkappen e1 und e2 gehalten und ist in der Nähe der
oberen Kappe ei sowie der unteren Kappe e2 mit je einem Loch versehen, welches den
Durchtritt von Isolieröl, in das der Kondensator eingebettet ist, gestattet. Der
äußere Mantel f des Kondensators besteht aus einem festen, öl- und luftdichten Isolierstoff,
z. B. Hartpapier, Hartgewebe oder Porzellan. Die eine Polbelegung ist mit der oberen
Metallkappe e1, die andere mit der Metallkappe e2 leitend verbunden.
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Zur Herstellung eines solchen Kondensators wird dementsprechend das
folgende Verfahren angewendet. Über einen passenden Dorn wird zunächst ein Hohlzylinder
aus mit Kunstharz getränktem Papier gewickelt. Im gleichen Arbeitsgang wird unmittelbar
hierüber der das elektrische Feld tragende Teil aus ungetränktem Papier gewickelt,
wobei gleichzeitig die Polbelegungen und schwebenden leitenden Einlagen eingefügt
werden. Nunmehr wird der soweit fertiggestellte Kondensator, ohne daß der Dorn entfernt
wird, in einen Wärmeofen eingebracht, in welchem das Innere aus kunstharzgetränktem
Papier bestehende Rohr zu Hartpapier ausgebacken wird. Hierauf wird der Dorn entfernt,
der Kondensator in einen Vakuumkessel eingebracht und längere Zeit unter der Einwirkung
von Hitze und Vakuum
getrocknet. Alsdann wird Isolieröl in den Vakuumkessel
so hoch eingelassen, daß der gesamte Kondensator davon bedeckt ist. Es erfolgt nunmehr
die Tränkung des bisher ungetränkten Papiers, welches den das elektrische Feld tragenden
Teil bildet. Die Tränkung mit Isolieröl erfolgt während längerer Zeit ebenfalls
unter Einwirkung von Hitze und Vakuum. Nach Beendigung der Tränkung wird der Kondensator
in sein Gehäuse, welches zunächst aus dem Mantel aus Isolierstoff und der unteren
aufgekitteten Metallkappe besteht, eingesetzt. Sodann werden die Zwischenräume zwischen
Kondensator und Mantel sowie der Raum innerhalb des inneren Isolierrohres mit vorher
evakuiertem Isolieröl ausgegossen und schließlich die obere Metallkappe aufgekittet.
Bei dieser Montage wird gleichzeitig für leitende Verbindung der Polbelegungen mit
den Metallkappen gesorgt.
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Versuche haben ergeben, daß ein solcher Kondensator leicht mit einem
Verlustfaktor von o,ooz und weniger angefertigt werden kann und daß er in der Quer-
und Längsrichtung elektrische Felder, welche um 'das Dreifache stärker sind als
die für einen Zylinderkondensator aus Hartpapier zulässigen Felder, dauernd betriebssicher
aushält. Infolgedessen besitzt der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Kondensator bedeutend geringere Abmessungen als der entsprechende bekannte Hartpapierkondensator
gleicher Kapazität und Spannungssicherheit. Dies ist nicht nur wegen der damit erreichten
bedeutenden @ Preisermäßigung, sondern auch deshalb besonders wichtig, weil im Gebiet
der elektrischen Kraftübertragungmit höchsten Spannungen für die zur Ankopplung
von Hochfrequenzfernmeldeanlagen, zur Fernmessung mit Hochfrequenz sowie zur Spannungsmessung
durch kapazitive Spannungsverteilung erforderlichen Kondensatoranlagen die Aufgabe
besteht, deren räumlichen Umfang möglichst, zu beschränken.
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Der erfindungsgemäß hergestellte Kondensator bietet die gleichen Vorteile
auch bei Benutzung mit Gleichspannung, z. B. in Röntgeneinrichtungen.
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Versuche haben ferner ergeben, daß der erfindungsgemäß hergestellte
Kondensator wegen der fortgeschrittenen Technik in der' Herstellung bester Isolieröle
eine größere Unabhängigkeit der Kapazität in großen Temperaturbereichen besitzt
als irgendein bisher für Höchstspannungen bekannter Kondensator. Diese Eigenschaft
macht ihn bei Freiluftanlagen, welche großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind,
zur Innehaltung der Resonanzabstimmung sowie zur Vermeidung von Fehlmessungen geeignet.
Lästiges Nachstimmen sowie Ungenauigkeit der Spannungsmessung kommen durch Benutzung
des erfindungsgemäß hergestellten Kondensators in Fortfall.
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Abb. 3 zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten Hochspannungskondensator,
dessen Mantel f aus einem Hartpapierrohr besteht, welches unmittelbar auf dem das
elektrische Feld tragenden Teil des Kondensators fest aufsitzt. Ein solcher Kondensator
besitzt bei gleicher Kapazität und Spannungssicherheit noch geringeren Außendurchmesser
als der Kondensator der'Abb. z.
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Er wird ebenso hergestellt wie letzterer, jedoch mit dem Unterschied,
daß, nachdem auf der Wickelmaschine der Hohlzylinder aus kunstharzgetränktem Papier
und darüber das Dielektrikum aus ungetränktem Papier gewickelt sind, gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach: der Erfindung unmittelbar hierüber im
gleichen Arbeitsgang der äußere Mantel aus kunstharzgetränktem Papier gewickelt
wird. Im Wärmeofen wird dann nicht nur. das innere Rohr, sondern auch der äußere
Mantel zu Hartpapier ausgebacken. Die darauf folgende Trocknung und Tränkung im
Vakuum erfolgt wie beim Wickelkondensator gemäß Abb. z, ebenso das Verbinden der
Polbelegungen mit den Metallkappen, das Aufkütten derselben und das Vergießen des
Innenraums mit Isolieröl.
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Abb. q. zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten Kondensator, bei
dem der zylindrische Innenraum durch zwei Vollzylindergl und g? aus festem Isolierstoff,
z. B. mit Isolieröl getränktem Holz, ausgefüllt ist. Diese Ausführungsart besitzt
den Vorzug, daß im Falle eines Durchschlages keine größeren Ölmengen in Brand geraten
können.
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Abb. 5 zeigt eine Ausführungsart, welche zur Aufhängung im Freien
geeignet ist. Der Kondensator besitzt über dem äußeren Mantel aus Hartpapier noch
einen Mantel h aus Porzellan zum Schutz gegen Regen.