PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60123388T2 23.08.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001254468
Titel KONDENSATORELEMENT FÜR EINEN POWER-KONDENSATOR, POWER-KONDENSATOR MIT EINEM SOLCHEN ELEMENT UND METALLISIERTER FILM FÜR EINEN POWER-KONDENSATOR
Anmelder ABB AB, Västeras, SE
Erfinder ERIKSSON, Esbjörn, S-144 64 Rönninge, SE;
HOLMGREN, Tommy, S-196 16 Ludvika, SE
Vertreter Becker, Kurig, Straus, 80336 München
DE-Aktenzeichen 60123388
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.01.2001
EP-Aktenzeichen 019016393
WO-Anmeldetag 11.01.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/SE01/00037
WO-Veröffentlichungsnummer 2001052286
WO-Veröffentlichungsdatum 19.07.2001
EP-Offenlegungsdatum 06.11.2002
EP date of grant 27.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.2007
IPC-Hauptklasse H01G 4/015(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kondensator-Element für einen Leistungskondensator, einschließlich mindestens einer lang gestreckten Folienschicht dielektrischen Materials und einer Elektrodenschicht aus Metallmaterial, welches auf jeder flachen Seite der Folienschicht angeordnet ist, wobei die zwei Elektrodenschichten in mindestens drei metallisierte Bereiche eingeteilt sind, welche voneinander getrennt sind, um eine innere Reihenschaltung zu bilden, welche eingerichtet ist, einen Laststrom zu leiten. Die drei Bereiche erstrecken sich in Längsrichtung der Folienschicht und mindestens ein Bereich der mindestens drei Bereiche ist in Segmente eingeteilt, welche durch nicht metallisierte Abschnitte getrennt sind und mindestens eine Brücke, welche eingerichtet ist, zwei der Segmente elektrisch miteinander zu verbinden.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Leistungskondensator, welcher ein solches Kondensator-Element umfasst, und auch auf ein metallisiertes Band für einen solchen Leistungskondensator.

In diesem Zusammenhang bezeichnen Leistungskondensatoren Kondensatoren, für Wechselstrom- oder Gleichstromanwendungen für Spannungen von mehr als 1 kV, bzw. vorzugsweise mindestens 5 kV.

Hintergrund der Erfindung

Es ist bekannt, dass in Leistungskondensatoren gerollte Kondensator-Elemente benutzt werden, welche metallisierte Bänder umfassen, die aus übereinander gelegten Folienn von dielektrischem Material und Elektrodenschichten aus Metallmaterial gebildet werden. Es ist ebenso bekannt, die Elektrodenschicht in elektrisch voneinander getrennte, parallele metallisierte Bereiche zu teilen, welche sich in der Längsrichtung der Folien erstrecken, um in Reihe geschaltete Teil-Kondensatoren zwischen den Endoberflächen der Rolle zu erhalten, bekannt als, "innere Reihenschaltung". Es ist weiter bekannt, einen oder mehrere der metallisierten Bereiche in Segmente zu teilen, die durch nicht metallisierte Abschnitte getrennt sind und auch Brücken, die angeordnet sind, die Segmente elektrisch miteinander zu verbinden. Die Segmentierung erhöht den äquivalenten Flächenwiderstand des metallisierten Bereiches, von welchem herausgefunden wurde, dass er sich positiv auf die sogenannte "Selbstregenerierungs-" Kapazität des Kondensator-Elementes auswirkt. Dies bedeutet, dass im Falle einer elektrischen Punktion einer Folienschicht, das Elektrodenmaterial nächst der Fehlerstelle verdampft, durch einen starken aber kurzen Entladungsstrom, welcher bestrebt ist, den Kurzschluss zu passieren. Die Spannungsfestigkeit in diesem Bereich ist wieder hergestellt, wenn das Elektrodenmaterial nächst der Fehlerstelle verdampft ist und das Kondensator-Element sich folglich "selbst regeneriert" hat. Als ein Ergebnis des verlorenen Elektrodenbereiches erzeugt jeder Selbstregenerierungsprozess eine geringe Abnahme in der Kapazität des Kondensator-Elementes. Falls ein Selbstregenerierungsprozess in einem Abschnitt erfolgt, stellen die Brücken sicher, dass ausreichend Energie von benachbarten Elementen übertragen werden kann, um eine effiziente Verdampfung des Elektrodenmaterials um die Fehlerstelle zu ermöglichen. Falls eine erhebliche Fehlfunktion auftritt, z.B. falls die Punktion mehrere Schichten durchläuft, erfolgt ein starker Stromstoß durch die Brücken, die mit dem fehlerhaften Segment verbunden sind. Wenn der Stromstoß ausreichend stark ist, könne die Brücken selber verdampft werden, wobei dann das fehlerhafte Segment isoliert ist. Der Verlust an Kapazität ist in diesem Fall größer, als bei dem Selbstregenerierungsprozess.

Ein segmentiertes, metallisiertes Band für ein Kondensator-Element des obigen Typs ist beispielsweise beschrieben in der Dokument GB 2 298 962 A, im Zusammenhang mit 4. Das darin beschriebene Band, besteht aus einem Film, auf dem sich zwei segmentierte, metallisierte Bereiche befinden. Jedes Segment ist durch Brücken mit zwei seiner benachbarten Segmente verbunden. Der metallisierte Film ist in diesem Fall für ein Kondensator-Element, mit einer inneren Reihenschaltung vorgesehen.

Während des Betriebs, ist das gerollte Kondensator-Element an seinen beiden Endoberflächen, elektrisch angeschlossen und ein Strom, im folgenden Laststrom genannt, fließt fortlaufend zwischen diesen Oberflächen und verursacht Joule-Verluste in dem Kondensator-Element. Der Laststrom folgt dem Weg des geringsten Widerstandes zwischen den Endoberflächen. Im Falle eines Wechselstroms, ist der Wechselstrom selber für einen erheblichen Teil der Joule-Verluste verantwortlich und in dem Fall des Gleichstroms, sind Welligkeitsströme für den größten Teil der Joule-Verluste verantwortlich. Ein Problem bei Kondensator-Elementen, welche das bekannte, metallisierte Band des oben beschriebenen Typs umfassen ist, dass Joule-Verluste in den Brücken während des normalen Betriebes auftreten. Dies ist besonders in Anwendungen so, die Starkstrom beinhalten. Die Erzeugung von Hitze in bekannten Kondensator-Elementen mit einem metallisierten Band des obigen Typs, kann so groß sein, dass sie die Abmessungen des Designs festlegen.

Beschreibung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Probleme zu beseitigen und ein Kondensator-Element bereitzustellen, welches einen segmentierten, metallisierten Bereich umfasst, wo zwei benachbarte Segmente durch eine Brücke, gemäß eines neuen Prinzips elektrisch verbunden werden.

Das Kondensator-Element, welches durch die Merkmale des Anspruchs 1 bestimmt ist und der Leistungskondensator gemäß der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke so angeordnet ist, dass der Laststrom in dem Bereich, der in Segmente eingeteilt ist, hauptsächlich in den Segmenten auftritt.

Das metallisierte Band, gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Brücken, in einem Teil des nicht metallisierten Bereiches angeordnet ist, welche sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten der dielektrischen Folie erstreckt.

Gemäß der Erfindung ist die Brücke so angeordnet, dass der Laststrom, welcher in dem Kondensator-Element auftritt, nicht in großem Ausmaß passiert. Allerdings ist die Brücke so angeordnet, dass ein gewisser Stromaustausch zwischen benachbarten Segmenten, z.B. bei Selbstregenerierungsprozessen oder um kleine Potentialunterschiede auszugleichen, zugelassen wird. Im Gegensatz zum Laststrom, sind die Ströme bei diesem Stromaustausch so gering oder von so kurzer Dauer, dass sie keine großen Joule-Verluste verursachen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Brücken in Teilen von nicht metallisierten Abschnitten angeordnet, welche sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktflächen des Kondensator-Elements erstrecken. Da der Laststrom anstrebt, einem so "direkten " Stromweg wie möglich zu folgen, d.h. er ist bestrebt einem elektrischen Kreis zu folgen, sich senkrecht zu den Kontaktflächen der Kondensator-Elementen erstreckt, und den kürzesten Weg zwischen den Kontaktoberflächen bildet, wird eine Brücke, welche zwei Segmente senkrecht zu diesem elektrischen Stromkreis verbindet, nicht in dem elektrischen Stromkreis des Laststroms eingeschlossen sein. Diese Ausführungsform der Erfindung trägt ebenfalls zu einem hohen Widerstand senkrecht zu der Richtung des Laststroms bei, was vorteilhaft ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, sind die Segmente, die durch die Brücke miteinander verbunden sind, einheitlich ausgebildet.

Gemäß einer Ausführungsform des Leistungskondensators gemäß der Erfindung, umfasst der Leistungskondensator eine Vielzahl von Kondensator-Elementen, die im Wesentlichen eine kreiszylindrische Form aufweisen, die nahe zusammen angeordnet sind, sodass ihre axialen Richtungen übereinstimmen und sind so miteinander verbunden, dass sie einen Reihenschaltungs-Kondensatorstapel bilden. In einem solchen Leistungskondensator für Starkstrom, ist die Technik der Verwendung von inneren Reihenschaltungen in den Kondensatorelementen ein deutlicher Vorteil, da die Anzahl in Reihe geschalteten Kondensatorelementen reduziert werden kann. Die Technik ist besonders vorteilhaft zusammen mit der oben erwähnten Technik zur Selbstregenerierung. Da das erfolgreiche Selbstregenerieren eine besonders dünne Metallbeschichtung erfordert, und die Ströme, die durch das Metall fließen, einen aktiven Leistungsverlust (Hitze) erzeugen, führen dünnere Schichten zu höheren Verlusten. Eine Art die Verluste zu reduzieren ohne die Anforderung nach einer dünnen Metallschicht aufzugeben, ist eine Form für den metallisierten Film und folglich eine Form für das Kondensator-Element zu wählen, sodass die Abmessung der Metallbeschichtung senkrecht zu der Rollrichtung verringert wird und die Länge der Rolle erhöht wird. Wenn keine interne Reihenschaltung benutzt wird, wird die Folge sein, dass die zylindrischen Kondensator-Elemente eine relativ kleine Höhe in Relation zu ihrem Durchmesser erhalten. Eine Reihenschaltung vieler solcher Elemente, welche für Hochspannung benötigt wird, wird angesichts der Kosten nachteilig sein. Deshalb können mit inneren Reihenschaltungen, mehrere in Reihe geschaltete Teilkondensatoren, in ein zylindrisches Kondensatorelement automatisch eingebaut werden, mit einer optimalen Relation zwischen Höhe und Durchmesser, in Hinsicht auf die Herstellung, und mit guten Selbstregenerierungseigenschaften.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei

1 eine erste Ausführungsform von zwei metallisierten Bändern für ein Kondensator-Element gemäß der Erfindung zeigt,

2 einen äquivalenten Schaltplan für die Bänder in 1 zeigt,

3 eine erste Ausführungsform eines Kondensator-Elementes gemäß der Erfindung zeigt,

4 eine zweite Ausführungsform von zwei metallisierten Bändern, für ein Kondensator-Element gemäß der Erfindung zeigt,

5 einen äquivalenten Schaltplan für die Bänder in 4 zeigt.

6 eine erste Ausführungsform eines Leistungskondensators gemäß der Erfindung zeigt,

7 eine zweite Ausführungsform eines Leistungskondensators gemäß der Erfindung zeigt,

8 eine dritte Ausführungsform eines metallisierten segmentierten Bandes gemäß der Erfindung zeigt,

9 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Kondensator-Elementes gemäß der Erfindung zeigt.

10 eine innere Reihenschaltung, von zwei der Kondensator-Elemente, welche in 9 gezeigt sind, darstellt,

11 noch eine weitere Ausführungsform von zwei metallisierten Bändern gemäß der Erfindung zeigt,

12 einen äquivalenten Schaltplan für die metallisierten Bänder, welche in 11 gezeigt sind, zeigt und

13 einen Querschnitt durch die metallisierten Bänder von 1 zeigt, wobei die Bänder in einer vorteilhaften Weise nahe zusammen angeordnet sind.

Beschreibung der Ausführungsformen

1 zeigt eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform von zwei lang gestreckten, metallisierten Bändern 1 und 2, die gemäß der Erfindung auf der übereinander angeordnet sind. Das erste Band 1, umfasst eine lang gestreckte dielektrische Folie 3 einer vorbestimmten Breite, welche sich zwischen zwei parallelen Längsseiten 16, 17 erstreckt. Die obere sichtbare Oberfläche der Folien 3, ist teilweise mit einer dünnen Schicht aus metallischem Elektrodenmaterial beschichtet, welche einen zusammengehörigen metallisierten Bereich 4, einer vorbestimmten Breite bildet. Die untere, nicht sichtbare Oberfläche des Filmes 3, in Richtung des bzw. längs gegenüber des zweiten Bands 2 und ist unbeschichtet. Der Bereich 4 umfasst eine Vielzahl von parallelen, rechteckigen und einheitlichen Segmenten 5, welche sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den langen Seiten 16, 17 der Folien 3 und über die gesamte Breite des Bereichs 4 erstrecken. Die Segmente 5 sind durch Korridor-artige nicht metallisierte Bereiche 6 getrennt, welche sich parallel zu und zwischen den Segmenten 5, d.h. senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten 16, 17 der Folien 3 erstrecken. Der metallisierte Bereich 4 umfasst außerdem Brücken 7 in der Form von metallisierten Bereichen, welche in den nicht metallisierten Bereichen 6 angeordnet sind, um jedes Segment 5 mit seinen nächsten benachbarten Segmenten zu verbinden. Das zweite metallisierte Band 2 umfasst eine lang gestreckte dielektrische Folie 8, mit im Wesentlichen der selben Breite wie die Folie 3 des ersten metallisierten Bandes 1 und erstreckt sich zwischen zwei parallelen Längsseiten 12, 13. Die obere sichtbare Oberfläche der Folie 8 weist in Richtung der unbeschichteten Seite des ersten Bandes 1 und ist teilweise mit einer dünnen Schicht metallischen Elektrodenmaterials beschichtet, welches zwei parallele metallisierte Bereiche 9, 10 bildet, welche sich in Längsrichtung der Folie 8 erstrecken und durch einen Korridor-artigen, nicht metallisierten Abschnitt 11 getrennt sind. Die untere, nicht sichtbare Oberfläche der Folie 8 ist unbeschichtet. Die Bereiche 9 und 10 erstrecken sich zu den entsprechenden Seiten 12, 13 der Folie 8, wo sich die Dicke erhöht, um die elektrische Verbindung des fertigen Kondensator-Elementes zu erleichtern. Zwei lang gestreckte, nicht metallisierte Abschnitte 14, 15, trennen die Segmente 5 und die Längsseiten 16, 17 der Folie 3.

Während der Herstellung einer ersten Ausführungsform eines Kondensator-Elementes gemäß der Erfindung, werden die oben erwähnten Bänder 1, 2 zu einer Rolle gespult, sodass die Folien 3, 8 und das metallische Elektrodenmaterial, mit dem die Folien 3, 8 beschichtet sind, abwechselnde Schichten von Film und Elektroden bilden. Ein solches Kondensatorelement wird in 3 gezeigt, wo die metallisierten Bänder 1, 2 in dem Kondensator-Element 20, teilweise abgerollt sind, um die Struktur des Kondensator-Elementes 20 aufzudecken. Die metallisierten Bereiche 9 und 10, sind an entsprechenden Endoberflächen der Rolle verbunden, welche parallel sind und die Kontaktoberflächen 18, 19, des Kondensator-Elementes 20 bilden. Das Kondensator-Element 20, weist eine innere Reihenschaltung auf, wo der metallisierte Bereich 9 kapazitiv an die Segmente 5, des metallisierten Bereiches 4 gekoppelt ist und wo die Segmente 5 wiederum kapazitiv an den metallisierten Bereich 10 gekoppelt sind. In dem Kondensator-Element 20, ist das metallisierte Band 1 auf jeder flachen Seite, von dem das metallisierte Band 2 umgeben, und das metallisierte Band belegt ist (ausgenommen bei der ersten Umdrehung, des metallisierten Bands 1 welches die innere Oberfläche 21 des Kondensator-Elementes 20 bildet und der letzten Wicklung des metallisierten Bandes 2, welche die Hüllenoberfläche 22 des Kondensator-Elementes 20 bildet). Die kapazitiven Kopplungen finden in dem Kondensator-Element 20 durch beide Folien 3, 8 statt.

2 zeigt einen schematischen äquivalenten Schaltplan für die oben beschriebenen metallisierten Bänder 1, 2. Dank der Konfiguration der metallisierten Bereiche 4, 9, 10, bilden die metallisierten Bänder 1, 2 eine Vielzahl von parallel geschalteten, elektrischen Schaltkreisen 23, mit zwei in Reihe geschalteten Teil-Kondensatoren 24, 25 in jedem Schaltkreis. Ein Teil-Kondensator 24 besteht aus dem metallisierten Bereich 9 und einem der Segmente 5, welche durch die dielektrische Folie kapazitiv aneinander gekoppelt sind. Der andere Teil-Kondensator 25 besteht aus demselben Segment 5 und dem metallisierten Bereich 10, welche mittels derselben Folie 3 aneinander gekoppelt sind. Zwischen den Teil-Kondensatoren 24 und 25, ist jeder elektrische Schaltkreis 23 mit seinem nächsten benachbarten Schaltkreis durch Widerstände 26 verbunden. Die Widerstände 26 bestehen aus den Brücken 7.

Der äquivalente Schaltplan der in der 2 gezeigt ist, ist auch für das Kondensatorelement 20, welches in 3 gezeigt ist, mit dem Zusatz anwendbar, dass die kapazitiven Kopplungen auch durch die Folie 8 erfolgen. Während normalen Betriebsbedingungen, herrscht überwiegend Spannungsausgleich zwischen den elektrischen Schaltkreisen 23, da der Laststrom im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktoberflächen 18, 19 des Kondensator-Elementes 20 fließt. Da die nicht metallisierten Abschnitte 6, die die Segmente 5 trennen, sich ebenfalls senkrecht zu den Kontaktoberflächen 18, 19 erstrecken, wird kein Laststrom durch die Brücken 7 fließen, d.h. durch die Widerstände 26. Anders gesagt, die Brücken 7 verursachen keine Joule-Verluste während des normalen Betriebs, da sie nicht in dem elektrischen Schaltkreis des Laststroms angeordnet sind. Bei einem Selbstregenerierungsprozess in irgendeinem der Segmente, wenn eine elektrische Punktion, durch einen der Folien 3, 8 aufgetreten ist, wird allerdings ein Spannungsungleichgewicht zwischen dem elektrischen Schaltkreis/Segment, in dem die Punktion aufgetreten ist und dessen benachbarten Schaltkreisen/Segmenten auftreten. Die Energie, welche in dem fehlerhaften Segment gespeichert ist, ist gewöhnlich nicht ausreichend, um das metallische Elektrodenmaterial um die Fehlerstelle zu verdampfen, um die Selbstregenerierung zu bewirken. Jedoch fließt durch das Spannungsungleichgewicht Strom von den benachbarten Schaltkreisen/Segmenten zu dem fehlerhaften Schaltkreis/Segment, durch die Widerstände 26/Brücken 7, sodass genug Energie erhalten wird, um eine Selbstregenerierung zu erzielen. Der Strom der während des Selbstheilungsprozesses durch die Widerstände 26/Brücken 7 fließt kann kurzzeitig relativ hoch sein, dauert aber nur so eine kurze Zeit, dass er keine großen Joule-Verluste in ihnen verursacht.

Von dem herstellungstechnischen Aspekt her, kann es schwierig sein, das metallisierte Band 1, welches in Verbindung mit den 1 und 3 beschrieben wurde, so zu beschichten, dass sich die nicht metallisierten Abschnitte 6 exakt senkrecht zu den Längsseiten 16, 17 der Folie 3 erstrecken. Die Herstellung des metallisierten Bandes 1 wird erleichtert, wenn die nicht metallisierten Abschnitte 6 von der senkrechten Richtung zwischen den Längsseiten 16, 17 abweichen können, obschon dies weniger günstig in Hinsicht auf die Verluste ist. Solch ein metallisiertes Band 1 ist, von oben gesehen, in 8 gezeigt, wo die Segmente 5 in der Form eines Parallelogramms vorliegen. Allerdings solange die Abweichung der nicht metallisierten Abschnitte 6, von der senkrechten Richtung zwischen den Längsseiten 16, 17 gering ist, weniger als etwa 10°, wird der Laststrom, im Wesentlichen nur in den Segmenten 5 auftreten, und der Ladestrom welcher die Brücken 7 durchläuft geringfügig sein. Der Laststrom, verursacht daher keine großen Joule-Verluste darin.

4 zeigt eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform zweier lang gestreckter metallisierter Bänder 1, 2, wobei eines auf dem anderen, gemäß der Erfindung, angeordnet ist und 5 zeigt schematisch einen äquivalenten Schaltplan dafür. Das Band 1 umfasst einen dielektrischen Film 3, welcher sich zwischen zwei parallelen Längsseiten 16, 17 erstreckt. Die obere sichtbare Oberfläche der Folie 3 ist teilweise mit einer dünnen Schicht Metallelektrodenmaterial beschichtet, welche zwei identisch metallisierte Bereiche 4 einer vorbestimmten Breite bildet, welche elektrisch isoliert voneinander sind. Die untere nicht sichtbare Oberfläche der Folie 3 ist unbeschichtet. Jeder Bereich 4 umfasst eine Vielzahl paralleler, rechtwinkeliger und einheitlicher Segmente 5, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu den langen Seiten 16, 17 der Folie 3 und über die gesamte Breite des Bereichs 4 erstrecken. Die Segmente 5 sind durch Korridor-artige, nicht metallisierte Abschnitte 6 getrennt, welche sich parallel zu und zwischen den Segmenten 5 erstrecken, d.h. senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten 16, 17 der Folie 3. Jeder Bereich 4 umfasst auch Brücken 7 in der Form von metallisierten Abschnitten, die in den nicht metallisierten Abschnitten 6 angeordnet sind, um jedes Segment 5, elektrisch mit seinem nächsten Nachbarsegment zu verbinden. In dieser Ausführungsform ist jedes Segment 5 mit einem seiner benachbarten Segmente, durch zwei Brücken 7 verbunden. Die zwei metallisierten Bereiche 4 sind durch einen nicht metallisierten Abschnitt 33 eingeteilt, der sich in der längsseitigen Richtung der Folie 3 erstreckt. Zwei lang gestreckte nicht metallisierte Abschnitte 14, 15 trennen die metallisierten Bereiche 4 von den Längsseiten 16, 17 der Folie 3. Das zweite metallisierte Band 2 ist gleichartig dem Band 1, welches in Verbindung mit 1 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass es drei metallisierte Bereiche 9, 10, 36 aufweist. Zwei lang gestreckte nicht metallisierte Abschnitte 11 trennen die metallisierten Bereiche 9, 10 und 36.

Dank der Konfiguration der metallisierten Bereiche 4, 9, 10, 36, bilden die metallisierten Bänder 1, 2 eine Vielzahl von parallel verbundenen, elektrischen Schaltkreisen 23, wie in 5 gezeigt. Diese verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten 16, 17, 12, 13 der Folien 3, 8. Jeder elektrische Schaltkreis 23 weist vier in Reihe geschaltete Teil-Kondensatoren 24, 25, 34, 35, auf, entsprechend drei inneren Reihenschaltungen. Der Teil-Kondensator 24, besteht aus dem metallisierten Bereich 9 und einem der Segmente 5, in dem metallisierten Bereich 4, welche kapazitiv, mittels des dielektrischen Films 8 aneinander gekoppelt sind und der Teil-Kondensator 25 besteht aus dem selben Segment 5 und dem metallisierten Bereich 36, welche kapazitiv, mittels des selben Films 8 aneinander gekoppelt sind. Gleichermaßen bestehen die Teil-Kondensatoren 34 und 35 aus dem metallisierten Bereich 36 bzw. 10 und, einem der Segmente 5 in dem anderen metallisierten Bereich 4. Jeder elektrische Schaltkreis 23 ist zwischen die Teil-Kondensatoren 24 und 25 und zwischen die Teil-Kondensatoren 34 und 35, zu jedem seiner nächsten benachbarten Schaltkreise, mittels Widerständen 26, gekoppelt. Die Widerstände 26 bestehen aus den Brücken 7. Jeder Schaltkreis 23 ist ebenso zwischen die Teil-Kondensatoren 25 und 34 zu jedem seiner nächsten benachbarten Schaltkreise durch den metallisierten Bereich 36 gekoppelt.

11 zeigt noch eine andere Ausführungsform zweier metallisierter Bänder 1, 2 gemäß der Erfindung und 12 zeigt einen Schaltplan dafür. In dieser Ausführungsform weist jedes der Bänder 1, 2 einen metallisierten Bereich 4 auf, umfassend Segmente 5 und Brücken 7, sowie einen nicht segmentierten metallisierten Bereich 9, 10. Die daraus resultierenden Schaltkreise 23, umfassen in diesem Fall drei in Reihe geschaltete Teil-Kondensatoren 24, 25, 34. Der Teil-Kondensator 24 besteht aus dem metallisierten Bereich 9 des Bandes 1 welches kapazitiv mit einem der Segmente 5, des Bandes 2 verbunden ist. Der Teil-Kondensator 25 besteht aus demselben Segment 5, welches kapazitiv mit einem der Segmente 5 des Bandes 1 gekoppelt ist, welches kapazitiv an den metallisierten Bereich 10, des Bandes 2 gekoppelt ist, welches den Teil-Kondensator 34 bildet Die Widerstände 26 bestehen aus den Brücken 7.

Genau wie in dem Fall der metallisierten Bänder 1, 2, welche im Zusammenhang mit der 1 beschrieben wurden, verbinden die Brücken 7 die Segmente 5 miteinander in nicht metallisierten Abschnitten 6, welche sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten 16, 17; 12, 13, der Folien 3, 8 erstrecken oder senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsoberflächen des Kondensatorelementes, wenn ein Kondensatorelement durch Einrollen hergestellt wird. Anders gesagt, die Brücken 7 verbinden die Segmente 5 in einer Richtung miteinander, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Laststrom ist und während des normalen Betriebs läuft im Wesentlichen kein Laststrom durch die Brücken 7/Widerstände 26 d.h. der Laststrom tritt hauptsächlich in den Segmenten 5 auf. Die Joule-Verluste im Zusammenhang mit konventionellen, segmentierten, metallisierten Bändern, werden folglich dank der Anordnung der Brücken vermieden.

13 zeigt einen Querschnitt der metallisierten Bänder 1, 2 von 1, wobei die Bänder 1, 2, vorteilhaft nebeneinander angeordnet sind. Die Fig. zeigt die Folie 3 und eines der Segmente 5, die auf der Folie 3 aufgebracht werden. Sie zeigt ebenfalls die Folie 8 und die metallisierten Bereiche 9 und 10 die auf der Folie 8 aufgebracht wurden. In dieser Ausführungsform, sind die Folien 3, 8 in dem Bereich zwischen den metallisierten Bereichen 9 und 10, in einer durchgehenden Verbindung 55 aus dielektrischem Material, verbunden, vorzugsweise durch verschmelzen der Folien 3, 8. Die durchgehende Verbindung erstreckt sich vorzugsweise entlang der gesamten Länge der Folien 3, 8 sodass man eine erhöhte Spannungsfestigkeit in dem vereinigten Bereich erhält.

6 zeigt eine erste Ausführungsform eines Leistungskondensators 37, gemäß der Erfindung, wobei der Leistungskondensator 37 eine Vielzahl von verbundenen Kondensatorelementen 20 des oben beschriebenen Typs umfasst, bei welchen der Laststrom nicht in den Brücken nicht auftritt. Der Leistungskondensator 37 ist ansonsten in einer konventionellen Art und Weise, mit einem Gehäuse aus Metall und Porzellan- oder Polymerbuchsen konstruiert. Die Kondensatorelemente 20 werden konventionell zu Rollen gespult und abgeflacht.

7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Leistungskondensators 37, gemäß der Erfindung. Der Leistungskondensator 37 umfasst eine Vielzahl von Kondensator-Elementen 20, des oben beschriebenen Typs, in diesem Fall 4, in denen der Laststrom nicht in den Brücken auftritt. Die Kondensator-Elemente 20, sind im Wesentlichen kreiszylindrisch in der Form und sind übereinander angeordnet, sodass ihre axiale Richtung übereinstimmt. Benachbarte Kondensator-Elemente 20 sind an ihren Endoberflächen elektrisch so verbunden, dass die Kondensatorelemente 20 eine in Reihe geschaltete Säule bilden. Der Leistungskondensator 37 enthält auch ein Gehäuse 38, welches im Wesentlichen eine kreiszylindrische Form hat, in der die Säule aus Kondensator-Elementen 20, so enthalten ist, dass die axialen Richtungen des Kondensator-Elementes 20 und des Gehäuses 38, übereinstimmen. Die Kondensator-Elemente an den Enden der Säule sind elektrisch mit den Anschlüssen 39 bzw. 40, verbunden und laufen durch jedes Endstück 41, 42, wobei die Anschlüsse 39, 40 die Verbindungsanschlüsse des Leistungs-Kondensators bilden. Das Gehäuse 38 wird vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gemacht.

9 zeigt in einem Längsschnitt eine alternative Ausführungsform eines Kondensatorelementes 20, welches die oben beschriebenen, metallisierten Bänder aufweist. Das Kondensatorelement 20 ist in drei Unterelemente 45, 46, 47 eingeteilt, welche konzentrisch angeordnet sind und eine gemeinsame Achse aufweisen. Das äußerste Unterelement 45 ist im Wesentlichen röhrenförmig und umschließt das mittlere Unterelement 46 mit einer schmalen Spalte dazwischen. Das mittlere Unterelement 46 umschließt das innerste Unterelement 47, in einer ähnlichen Weise. Das innerste Unterelement 47, weist einen Zentralen Kanal 48 auf, der es durchläuft. Die verschiedenen Unterelemente weisen verschiedene radiale Stärken auf, wobei das Unterelement mit der geringsten Stärke das Äußerste ist. Folglich weisen sie im Wesentlichen dieselbe Kapazität auf. Eine Isolation 49, ist zwischen den Unterelementen 45, 46, 47 angeordnet. Die Unterelemente 45, 46, 47 sind in Reihe geschaltet. Zwei radial aneinander angrenzende Unterelemente weisen eine ihrer Anschlussstellen an demselben Ende auf. Das äußerste Unterelement 45 ist folglich, mittels der Kopplungsvorrichtung 50, mit dem mittleren Unterelement 46, an einem Ende des Kondensator-Elementes 20 verbunden und das mittlere Unterelement 46, ist mittels der Kopplungsanordnung 51 mit dem innersten Unterelement 47, an dem anderen Ende des Kondensator-Elementes 20 verbunden. Die Verbindungen 52, 53 für das Kondensator-Element 20, befinden sich folglich eines an jedem Ende davon. Falls die Anzahl der Unterelemente mehr als drei ist, z.B. fünf oder sieben, sollte die Verbindung der Kopplungs-Punkte an den Enden der Unterelemente, abwechselnd fortgesetzt werden.

Die 10 stellt dar, wie eine Vielzahl von Kondensator-Elementen des in 9 gezeigten Typs, miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Fig. zeigt zwei derartige Elemente 20a, 20b. Die Verbindung 53 von dem unteren Kondensator-Element 20b, an dem oberen Ende des inneren Unterelementes 47, ist t an die Verbindung 52, des oberen Kondensator-Elementes 20a an dem unteren Ende des äußeren Unterelementes 45 gekoppel. Eine Isolation 54 ist zwischen den Kondensator-Elementen 20a, 20b angeordnet, um den Potentialunterschieden, die in diesem Kondensatortyp auftreten, Standzuhalten.

In einem Kondensator-Element gemäß der Erfindung, sind die dielektrischen Folien vorzugsweise aus Propylen und das metallische Elektroden-Material ist vorzugsweise aus einer Zink-Aluminium-Legierung, welche geeignet auf die dielektrischen Folien, in einer bekannten Art und Weise, unter Benutzung einer Aufdruck- oder Eindampftechnik aufgebracht werden. Bei der Eindampftechnik wird ein Ölfilm auf der Oberfläche der dielektrischen Folie, durch eine rotierende Walze aufgebracht, wonach die Folie vor einer Öffnung angepasst wird, durch die verdampftes Metall auf der Oberfläche abgelagert wird, wie durch die Maske vorgegeben. Mit der Aufdrucktechnik wird das leitende Elektrodenmaterial, von einem entsprechend gemusterten Roller, direkt auf die Folie aufgebracht. Die Folien weisen einen Durchmesser auf, der vorzugsweise in dem Bereich zwischen 5-15 Mikrometer liegt. Die metallisierten Bereiche weisen einen spezifischen Flächenwiderstand auf, welcher vorzugsweise in dem Bereich 5-40 &OHacgr; ist, ausgenommen an ihren Längsseiten, wo die metallisierten Bereiche eine erhöhte Stärke und folglich einen geringeren (spezifischen) Widerstand aufweisen.

Typische Abmessungen für ein Kondensator-Element in der Form einer Rolle sind, ein Durchmesser von 100-300 mm, ein Bohrungsdurchmesser von 20-90 mm, vorzugsweise mindestens 30 mm, und eine Höhe von 50-800 mm. Ein solches Kondensatorelement ist für eine Spannung von ca. 1-15 kV vorgesehen. Ein Kondensator-Element mit einem Durchmesser von 200 mm, einem Bohrungsdurchmesser von 50 mm und einer Höhe von 150 mm, ist beispielsweise für eine Spannung von ca. 4-10 kV vorgesehen. Spannungen bis zu ca. 40 kV können folglich über vier solcher Kondensatorelemente, die in Reihe geschaltet werden, angeschlossen werden, wie in 7.

Die Erfindung ist sowohl bei imprägnierten, als auch bei unimprägnierten Kondensatorelementen anwendbar.


Anspruch[de]
Kondensator-Element (20) für einen Leistungskondensator, einschließend mindestens eine lang gestreckte Folienschicht (3) dielektrischen Materials, und eine Elektrodenschicht aus Metallmaterial, angeordnet auf jeder flachen Seite der Folienschicht (3), wobei die zwei Elektrodenschichten in mindestens drei metallisierte Bereiche (4, 9, 10) eingeteilt sind, die voneinander getrennt sind, um eine innere Reihenschaltung zu bilden, die eingerichtet ist, einen Laststrom zu leiten, wobei die mindestens drei Bereiche (4, 9, 10) sich in der Längsrichtung der Folienschicht (3) erstrecken, und wobei von den mindestens drei Bereichen (4, 9, 10) mindestens ein Bereich (4) in Segmente (5) eingeteilt ist, die durch nicht metallisierte Abschnitte (6) getrennt sind, die mindestens einen Teil aufweisen, der sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu Längsseiten (16, 17) der Folienschicht (3) erstreckt, und mindestens eine Brücke (7), die eingerichtet ist, zwei der Segmente (5) elektrisch miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Brücke (7) in dem Teil derart angeordnet ist, dass in dem in Segmente eingeteilten Bereich (4) der Laststrom im Wesentlichen nur in den Segmenten (5) auftritt. Kondensatorelement (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatorelement (20) in der Form einer Rolle vorliegt und zwei parallele Endflächen aufweist, welche die Verbindungsflächen (18, 19) des Kondensatorelements (20) bilden, dass die nicht metallisierten Abschnitte (6) mindestens einen Teil aufweisen, der sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen (18, 19) erstreckt, und dass die Brücke (7) in diesem Teil angeordnet ist. Kondensatorelement (20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5) einheitlich sind. Kondensatorelement (20) nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der in Segmente eingeteilte Bereich (4) eine vorbestimmte Breite aufweist, und dass die Segmente (5) sich im Wesentlichen über die Gesamtheit dieser Breite erstrecken. Kondensatorelement (20) nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens drei innere Reihenschaltungen aufweist. Leistungskondensator (37), dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens ein Kondensatorelement (20) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-5 einschließt. Leistungskondensator (37) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatorelement (20) eine Vielzahl von Unter-Elementen (45, 46, 47) einschließt, die in Bezug auf einander konzentrisch angeordnet sind, wobei das äußerste der radial benachbarten Unter-Elemente einen Kanal aufweist, der im Wesentlichen kreiszylindrisch in der Form ist, der zentral hindurch verläuft, in engem Kontakt mit dem inneren Unter-Element. Leistungskondensator (37) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Unter-Elementen (45, 46, 47) in dem Kondensatorelement (20) ungerade ist und dass diese in Reihe miteinander geschaltet sind. Leistungskondensator (37) nach irgendeinem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vielzahl der Kondensatorelemente (20, 20a, 20b) einschließt, im Wesentlichen kreiszylindrisch in der Form, so angeordnet, dass deren axiale Richtungen miteinander übereinstimmen, und so miteinander verbunden, dass sie einen Reihenschaltungs-Kondensatorstapel bilden. Metallisiertes Band (1) für einen Leistungskondensator, einschließend eine lang gestreckte dielektrische Folie (3) mit zwei parallelen Längsseiten (16, 17) und mindestens einen metallisierten Bereich (4) auf der dielektrischen Folie (3), wobei der Bereich (4) eine Vielzahl von Segmenten (5) einschließt, die durch nicht metallisierte Abschnitte (6) getrennt sind, und eine Vielzahl von Brücken (7), die in den nicht metallisierten Abschnitten (6) angeordnet sind, um die Segmente (5) elektrisch miteinander zu verbinden, wobei die nicht metallisierten Abschnitte (6) mindestens einen Teil aufweisen, der sich senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten (16, 17) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Brücken (7) in dem Teil angeordnet ist, und dass das metallisierte Band (1) auf einem zweiten metallisierten Band (2) angeordnet ist, einschließend eine dielektrische Folie (8), so dass die dielektrische Folie (3) des ersten metallisierten Bands (1) sich zumindest teilweise im Kontakt mit dem dielektrischen Film (8) des zweiten metallisierten Bands (2) befindet, und dass eine permanente Verbindung (55) eines dielektrischen Materials die Folien (3, 8) entlang zumindest eines Teils ihrer Kontaktfläche miteinander vereinigt. Metallisiertes Band (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Brücken (7) in dem Teil angeordnet sind. Metallisiertes Band (1) nach irgendeinem der Ansprüche 10-11, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht metallisierten Abschnitte (6) in dem Teil weniger als 10° von der senkrechten Richtung zwischen den Längsseiten (16, 17) abweichen. Metallisiertes Band (1) nach irgendeinem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5) einheitlich sind. Metallisiertes Band (1) nach irgendeinem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, dass die permanente Verbindung (55) durch Verschweißen der Folien (3, 8) gebildet wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com