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Elektrischer Kondensator in der Bauart eines Kabels.
Kabel, insbesondere Hochspannungskabel, besitzen bekanntlich hohe Kapazitäten und man hat daher in der Praxis oft Kabelstücke benutzt, wenn man Kapazitäten brauchte. Eine planmässige Herstellung von Kondensatoren in der Bauart von Kabeln hat sich jedoch in der Praxis als unwirtschaftlich
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wiirden, grössere kapazitive Einheiten herzustellen.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Konstruktion angegeben, die es gestattet, durch eine wesentlich bessere Ausnutzung des Dielektrikum in einem kabelförmigen Kondensator mehr Kapazität unterzubringen, als bisher möglich war. Bisher konnte die giinstigste Ausnutzung des Dielektrikums bei einem Hochspannungskabel erreicht werden, wenn man, wie in Fig. 1 dargestellt, den äusseren Durchmesser der Isolation 2'72 mal so gross wie den Leiterdurchmesser machte. Unterteilte man jedoch die Isolation durch durchgehende Metallschichten, wie beispielsweise in Fig. 2 angegeben, und schaltet diese nach dem Schema Fig. 3, so gestattet ein solches Kabel die Unterbringung einer Kapazität, welche mehr
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D = die Dielektrika, d = die durch die Dielektrika D gebildeten Kapazitäten, m = die metallischen Schichten.
Das ganze Dielektrikum ist in Fig. 2 in drei Teilen und die Teilkapazitäten d1 und d, untereinander parallel und mit d2 in Serie geschaltet (Fig. 3). Die elektrische Beanspruchung 0 des Isolationsmaterials (Gradient) ist in den Fig. 1 und 2 oberhalb der Querschnitte durch Kurvenzüge veranschaulicht.
Die günstige Ausnutzung des Dielektrikums soll an Hand von Beispielen dargelegt werden. Die
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sich zu 0.21 ; j. F. Der Kondensator nach Fig. 2 für die gleichen elektrischen Verhältnisse habe folgende Abmessungen :
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<tb> m, <SEP> : <SEP> 12-1 <SEP> mm <SEP> Aussendurchmesser
<tb> 1no <SEP> : <SEP> 27-9,.
<tb> ml <SEP> : <SEP> 40 <SEP> " <SEP> \'
<tb> M, <SEP> ! <SEP> : <SEP> 51-4 <SEP>
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Unter Berücksichtigung der Schaltung nach Fig. 3 lässt sich die Gesamtkapazität zu 0'42 p. P/km, also zweimal so gross wie vorher errechnen.
Berücksichtigt man hiebei, dass der Querschnitt im ersten Beispiel 1-125mal so gross ist, als wie im zweiten Beispiel, so ergibt sich im zweiten Falle eine 2-25mal
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kosten.
Das Dielektrikum kann noch besser ausgenutzt werden, wenn man eine Konstruktion nach Fig. 4 und Schema Fig. 5, also mit insgesamt fünf Teilkapazitäten, ausführt. Als Beispiel soll ein Kabelkondensator mit
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<tb> in", <SEP> von <SEP> 6 <SEP> mm <SEP> Aussendurchmesser
<tb> m1 <SEP> ,, <SEP> 15 <SEP> ,, <SEP> ,,
<tb> m0 <SEP> ,, <SEP> 25.2 <SEP> ,, <SEP> ,,
<tb> mi., <SEP> 252 <SEP> s
<tb> m2 <SEP> ,, <SEP> 40.2 <SEP> ,, <SEP> ,,
<tb> m3 <SEP> ,, <SEP> 47.5 <SEP> ,, <SEP> ,,
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angeführt werden. Die Kapazität errechnet sich auch in diesem Falle zu 0'42 uj/cm und bezogen auf die Volumeneinheit 2'62mal so hoch als bei einer Konstruktion nach Fig. 1. Mit fortschreitender Unterteilung des Dielektrikum kann die Ausnutzung des dielektrikums noch weiter gesteigert werden.
Die Ausführungen nach Fig. 2-5 eignen sich besonders für sehr hohe Spannungen. Für mittlere Hochspannungen kann hingegen eine günstige Ausnutzung auch auf andere Art erreicht werden. So kann man z. B. alle Teilkapazitäten untereinander parallel schalten, wie beispielsweise in Fig. 6 und dem dazu gehörigen Schema Fig. 7 dargestellt. Oder man kann die Teilkapazitäten auch so vorsehen, dass jede an eine Phase eines Mehrphasennetzes angeschlossen werden kann, wie z. B. in Fig. 8 und Schema 9 dargestellt. Letztere Schaltung hat allerdings den Nachteil, dass dann die Kapazitäten der einzelnen Phasen nicht gleich gross sind. Dem kann aber abgeholfen werden, wenn man beispielsweise zwei oder mehrere gleiche mehrphasige Kondensatoren verwendet und die Teilkapazitäten so schaltet, wie in Schema Fig. 10 angegeben.
Ein Ausgleich in den Kapazitäten in einem mehrphasigen Kondensator kann ferner auch durch eine Konstruktion, wie in Fig. 11 und Schema Fig. 12 angegeben, erreicht werden. Wie man sieht, lassen sich sehr viele vorteilhafte Schaltungen der Kapazitäten herstellen, so dass man für jeden besonderen Fall die günstigste Schaltung wählen kann.
Die Herstellung der Kondensatoren bietet nicht die geringsten Schwierigkeiten. Es können hiebei ohne weiteres die aus der Kabeltechnik gesammelten Erfahrungen sinngemäss verwertet werden. Die Seele wird man zweckmässig aus einem Metall genügender mechanischer Festigkeit wie Eisen od. dgl. anfertigen.
Die übrigen metallischen Zwischenschichten können aus Folien, metallisierten Papieren, Metalldrähten usw, bestehen ; sie müssen so beschaffen sein, dass sie dem Trocknungs- sowie Tränkungsprozess, soweit solche in Frage kommen, keine Hindernisse in den Weg legen.
Die Montage der Kondensatoren kann je nach dem Verwendungszweck bzw. je nach dem zur Verfügung stehenden räumlichen Verhältnissen direkt auf Trommeln, oder in besonderen Gehäusen erfolgen. Die Eisenbandarmatur kann in der Regel ganz weggelassen, in den meisten Fällen wird man den metallischen Mantel entbehren können und statt dessen eine Bandage od. dgl. vorsehen. Bei Unterbringung des Kondensators in ein Gehäuse wird man zweckmässig innerhalb des Gehäuses noch Kabelöl einfüllen.
Hiedurch werden gleichzeitig die Isolations-und Kühlungsverhältnisse begünstigt.
Sieht man einen Metallmantel vor, so kann man auch aus Ersparungsgründen mehrere Kondensatoren ein-und derselben Phase bzw. mehrere Phasen mit einem gemeinsamen Mantel umgeben.
In Fällen, in welchen die Betriebsspannung ganz besonders gering ist, empfiehlt es sich, dass man einen Hochspannungskondensator nimmt und diesen über einen Transformator an die Niederspannung anschliesst wie etwa in Fig. 13 schematisch dargestellt. Man kann natürlich auch andere bekannte Transformatorenschaltungen benutzen.
Zweckmässig wird man den Transformator neben dem in einem Gehäuse untergebrachten Hochspannungskondensator aufstellen. Durch eine feste oder biegsame Verbindung können die Enden des Hoehspannungskondensators direkt in das Gehäuse des Transformators hereingeführt werden. Man hat dann den Vorteil, dass die die Hochspannung führenden Teile nirgends der Berührung zugänglich sind.
Eine weitere wesentliche Vereinfachung erhält man, wenn man den Kondensator und den Transformator in ein gemeinsames Gehäuse unterbringt. In diesem Falle muss für eine geeignete Ölfüllung gesorgt werden.
Ferner kann man den mit Schutzmantel versehenen Kondensator ebenfalls in ein Gehäuse unterbringen und in letzteres eine Wasserkühlung vorsehen, wodurch es ermöglicht wird, die Beanspruchung und somit die Leistungsfähigkeit des Kondensators höher zu setzen.
Für die Endverschlüsse und Muffen kommen die aus der Kabeltechnik bekannten Konstruktionen in Frage. Die Schaltungen d. h. die elektrischen Verbindungen zwischen den Metallsehichten werden in den Endverschlüssen und den Muffen, wo diese Schichten zugänglich sind, hergestellt.