ELECTRICAL CAPACITOR

Abstract: 1. Electrical capacitor, which is installed in a container and has a disconnecting device, which disconnects the capacitor from a current source when there is an impermissible pressure rise in the container, the pressure relief device being constructed as a disconnection strip with pressure-relief joint, characterized in that the disconnection strip (12) is constructed as an insulating printed circuit board (13) coated with a conductive material (14), and in that in addition there is arranged on the disconnection strip (12) a fuse which isolates the capacitor (5) from the current source when overload currents arise.

Description: Elektrischer Kondensator Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator, der in ein Gehäuse eingebaut ist und eine Abschaltvorrichtung besitzt, die den Kondensator bei unzulässigem Druckanstieg im Gehäuse und bei Uberlastströmen von einer Stromquelle trennt, wobei die Uberdrucksicherung als AbreiEstreifen mit Sollbruchstelle ausgebildet ist. Kondensatoren, insbesondere regenerierfähige Leistung kondensatoren werden grundsätzlich mit Uberdruckabreisssicherungen versehen. Diese Sicherungen sollen verhindern, dass das Kondensatorgehäuse aufplatzt, wenn der Kondensator durch unzulässige Oberlastung oder am Ende seiner Lebensdauer in einen kritischen Zustand kcmmt. Hierbei wird durch die Selbstheilprozesse Gas erzeugt, wodurch im Inneren des Gehäuses ein Druck aufgebaut wird, der die Abreisssicherung oetätigt. Eine derartige Überdruckabreisssicherung ist beispielsweise in der DE-PS 975 024 beschrieben. Dort ist in eine Kondensatorzuleitung ein metallischer Abreissstreifen mit einer Sollbruchstelle unter Spannung eingebaut. Bei Druckanstieg im Gehäuseinneren wird beispielsweise der Gehäuseboden nach aussen gewölbt, wodurch der Abreissstreifen an der vorbestimmten Sollbruchstelle durchtrennt und damit der Kondensator von einer äusseren Stromquelle abgeschal tet wird. Der geschilderte Vorgang, der zum Ansprechen der Abreisssicherung führt, läuft im allgemeinen langsam ab, so dass herkömmliche Uberstromsicherungen aür diesen Zweck nicht herangezogen werden können. Andererseits ist es wa- schenswert, bei hohen Einschaltströmen oder bei einem Kurzschluss, wobei die geschilderten Vorgänge im Millisekundenbereich ablaufen, die genannten kritischen Zustände zu vermeiden. Hierzu ist es erforderlich, zusätzlich zur mechanischen Abreisssicherung noch eine elektrische Überstromsicherung in Reihe zu schalten. Zur Absicherung der Kondensatoren gegen die angeführten Überlastströme und unzulässige Einschaltströme bzw. Kurzschlüsse werden Schaitschütze, Sicherungen (Schmelz- sicherun) oder Drosseln verwendet. Es ist somit erforderlich, zwei unterschiedliche Sicherungen im Kondensator anzuordnen, wodurch einerseits zusätzliche Bauteilekosten und andererseits zusätzliche Herstellungskosten anfallen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abschaltvorrichtung für einen Kondensator der eingangs genannten Art anzugeben, die beide Sicherungsfunktionen vereinigt, sowie preisgünstig herzustellen und einzubauen ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Abreissstreifen als isolierende mit einem leitFähi- gen Material beschichtete Leiterplatte ausgebildet ist. Der Vcrteil der Erfindung besteht darin, dass nur noch ein einziges Bauteil erforderlich ist, das beide Sicherungsfunktionen übernimmt, und das sowohl preisgünstig herzustellen als auh preisgünstig einzubauen ist. Die Stromsicherung kann hierbei sowohl durch den Querschnitt der Sollbruchstelle festgelegt sein, als adch durch eine geätzte Leiterbahn gebildet werden. Es ist vorteilhaft, dass die geschilderte Abschaltvorrichtung derart ausgebildet werden kann, dass insbesondere beim Einsatz in Phasenschieber-Kondensatoren die Absicherung für jede einzelne Phase gemeinsam auf einer Leiterplatte angeordnet werden kann. Gemäss einer Weiterbildung ist der Abreissstreifen unter Biegebeanspruchung im Kondensator angeordnet. Varteilhafte Ausgestaltungen bestehen darin, dass die Anschluss- und Verschaltdrähte in der Leiterplatte durch angequetschte oder gestauchte verlötete Enden auszugsfest befestigt sind, wobei gegebenenfalls zusätzliche elektrische Bauelemente auf der Leiterplatte angeordnet sein können. Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der dazugehörenden Zeichnung zeigen: Fig. 1 den Prinzipaufbau eines Kondensators mit Abschalt vorrichtung, Fig. 2 den Kondensator nach Ansprechen der 4breiOsicherung, Fig. 3 bis Fig. 12 verschiedene Ausführungsformen des Abreiastreifens mit Stromsicherung, Fig.13 den Einbau eines Abreissstreifens mit Stronsicherung In einem Phasenschieber-Kondensator. Fig. 14 und Fig. 16 Abreissstreifen, die an der Schoop schicht des Kondensatorwickels be festigt sind, Fig. 15 und Fig. 17 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 14 und Fig. 16, Fig. 18 den Einbau einer Abschaltvorrichtung in einen Phasenschieber-Kondensator und Fig. 19 und Fig. 20 ausschnittsweise Vergrösserungen der Fig. 18. In der Fig. 1 ist im Prinzip dargestellt, wie ein Kondensatorwickel 5 in einem Gehäuse 9 mit zweipoligem Anschluss 10 angeordnet ist. Das Gehäuse 9 weist einen Gehäuseboden 4 auf, der als Arbeitsmembran ausgebildet ist. Am G- häuseboden 4 ist ein Spannband 2 befestigt, das in eie isolierende Sparnvorrichtung 1 eingreift. In der isolierenden Spannvorrichtung 1 ist ein Abreissstreifen 12 mit Sollbruchstelle 3 eingespannt. Eine Wickelabstützung 6 sorgt dafür, dar ein Zwischenraum zwischen Kondensatorwickel 5 und Gehäuseboden 4 zur Vermeidung von Kurz- schlüssen entsteht. Der Abreissstreifen 12 ist in die gesic'erte Zuleitung 7 des Kondensators eingebaut, während die zweite Wickelzuleitung 8 ungesichert ist. Zwischen den Anschlüssen 10 ist ein Gehäuseanschluss 11 angeordnet. In der Fig. 2 ist dargestellt, dass beim Entstehen eines Druckes im Gehäuse 9 der Gehäuseboden 4 nach aussen gewölbt wird, wodurch der Abreissstreifen 12 an der Sollbruchstelle aufgetrennt und damit der Kondensatorwickel von einer äusseren Stromquelle getrennt wird. In der Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines AbreiBstrei- ofens 12 dargestellt. Der Abrerssstreifen 12 besteht aus einer isolierenden Leiterplatte 13, die mit einem elektrisch leltfähigsn Material 14 belegt, beispielsweise kaschiert, ist. lum Einspannen ist die Leiterplatte 13 mit dem Metallüberzug 14 beispielsweise mit zwei Löchern versehen, in die elektrische Zuleitungen 15, 16 eingehängt und mit dem Metallüberzug i4 an den Stellen 17, 18 verlötet sind. In der Mitte des Abreissstreifens 12 ist die Sollbruchstelle 3 angeordnet. In den Fig. 4 und 3 sind Ausführungsformen des Abreissstreifens 12 dargestellt, bei dem die Sollbruchstelle 3 durch kreis- bzw. rechteckförmiges Sägen, Stanzen (mechanisches Abtragen), Pressen, ätzen oder ähnlichem Materialabtrag hergestellt ist. Bei diesen Ausführungsformen ist die Engstelle 3 gleichzeitig die Stromsicherungs und Abreissstelle. Die Variation der Abreisskraft wird durch die Dicke und die Art des Trägerinaterials (Leiterplatte) bestimmt, nachdem zuvor der Querschnitt der elektrischen Stromsicherung (abhängig vom Material, das im allgemeinen Kupfer ist, und der Materialstärke) festgelegt wurde. Die Abreisskraft der Leiterplatte kann durch verschiedene Füllstoffe, wie z.B. Glasseidenmatte, Gesteinsmehl, Stoffgewebe, mitbestimmt werden. Neben den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen mit einseitig kaschierten Leiterplatten kön.nen auch beidseitig kaschierte Leiterplatten verwendet werden, wodurch beispielsweise die Sollbruchstelle (wegen der höheren elektrischen Leitfähigkeit der beidseitigen Metallbahnen) mit einem engeren Querschnitt versehen werden kann. In den Fig. 6 und 7 sind Ausführungsbeispiele von Abreissstreifen dargestellt, bei denen die Überstromsicherung in Form einer geätzten Leiterbahn 19 vorliegt, die zwischen den Anschlusselementen 16 und 17 angeordnet ist. Hierdurch ergeben sich bessere Gestaltungs möglichkeiten für die Abschaltvorrichtung, da die Sollbruchstelle 3 für die Uberdruckabreisssicherung und die Metallbahn 19 für die Überstrosssicherung unabhängig von einander dimmensioniert werden können. Es ist auch nicht erforderlich, dass die in den Figuren dargestellte lineare Form der Leiterbahn 19 verwendet wird, sondern es können auch beliebige Ätzbilder angewendet werden, wie beispielsweise eine Mäanderform, wenn ein höherer elektrischer Widerstand der Überstromsic.herung gewünscht wird. In der Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform eines Ab reissstreifens 12 dargestellt, der aus einer Leiterplatte 13 mit einseitiger Metallkaschierung 14 besteht. Zusätzlich zur Sollbruchstelle 3 ist auf der unkaschierten Seite der Leiterplatte 13 quer zur Abreissrichtung eine zu sätzliche Engstelle 20 angeordnet, wodurch eine weitere Beeinflussung der Abreisskraft erfolgen kann. In den Fig. 9 und 10 sind Ansichten eines Abreissstreifens 12 wiedergegeben, der gemäss Fig. 8 auf der Rückseite die zusätzliche Engstelle aufweist. Fig. 9 zeigt den Fall der ganzflächig kaschierten Leiterplatte, wo die Engstelle 3 gleichzeitig die Überstromsicherung und die Abreisssicherung festlegt, wogegen Fig. 10 den Abreiss- streifen darstellt, bei dem die geätzte Leiterbahn 19 die Überstromsicherung bestimmt. In den Fig. 11 und 12 sind Ausführungsformen von Abretss- streifen dargestellt, die zum Einsatz bei Phasenschieber- Kondensatoren geeignet sind, .wo jede Phase mit einer Stromsicherung und Abreisssicherung versehen werden soll. Fig. li zeigt einen Abreissstreifetz mit einseitig be scichteter Leiterplatte und in Fig. 12 ist eine zweiseitig beschichtete Leiterplatte dargestellt. Als Stromsicherungen dienen drei geätzte Leiterbahnen 21, 22, 23 und als Abreisssicherung dienen die Sollbruchstellen 24, 25 und 26. In der Fig. 13 ist dargestellt, wie die Abscha,tvorrich- tung gemäss den Fig. 11 und 12 in einem Phasenschieber Kondensator angeordnet ist. Der Kondensator weist drei Wickel 5 auf und ist in ein Gehäuse 9 eingebaut, welches eine Dehn- und Faltensicke 27 besitzt, die gleichzeitig zum Festlegen der Kondensatorwickel 5 dient. Zur Isolierung der Kondensatorwickel 5 gegen das Gehäuse 9 ist eine Isolier- und Haltekappe 28 angeordnet. Das Gehäuse 9 ist mit einem Gehäusedeckel 29 verschlossen und durch einen Doppelfalz 30 hermetisch abgedichtet ist. Im Gehäusedeckei 29 sind elektrisch isoliert drei Anschlüsse 31, 32, 33 angeordnet, die über die Anschlussdrähte 16 mit der Abschaltvorrichtung 12 verbunden sind. Die Abschaltvorrichtung 12 weist als Abreisssicherung die Sollbruchstellen 24, 25, 26 und als Stromsicerung die ge ätzten Leiterbahnen 21, 22, 23 auf. Mittels der ADschluss- und Verschaltdrähte 17 erfolgt der Anschluss der Kondensatorwickel 5. Die Abschaltvorrichtung ist unter Vorspannung in das Gehäuse 9 eingebaut. Bei Druckanstieg im inneren des Gehäuses erfolgt ein Aufbiegen der Dehn- und Faltensicken 27 wodurch der AbIelssstreifen 52 an den Sollbruchstellen 24 bis 26 durchtrennt wird. Bei unzulässigen Überströmen schmelzen die Leiterbahnen 21 bis 23. Die Fig. 11 bis 13 zeigen deutlich, dass die erfindungs gefässe Abschaltvorrichtung wesentlich preisgünstiger als die herkömmlichen Sicherungselemente sind, da bisher in Phasenschieberkondensatoren drei einzelne Ab reisssicherungen und drei einzelne Überstromsicherungen also zusammen sechs Sicherungen, eingebaut werden mussten, wodurch auch die Herstellungskosten wesentlich höher ausfielen. In der Fig. 14 ist das Schnittbild eines Kondensator¯ wickels 3-4 dargestellt, der mit Stirnkontaktschichten 37, 38 versehen ist. Die elektrische Zuleitung erfolgt über Anschlussdrähte 35. Der eine dieser Anschlussdrähte 35 ist direkt mit der Stirnkontaktschicht 37 verbunden, während die Verbindung der Stirnkontaktschicht 38 mit dem anderen Anschlussdraht über die Abschaltvorrichtung 36 erfolgt, die in geeigneter Weise, z. B. durch Schweissen oder Nieten an der Stirnkontaktschicht 38 befestigt ist. In der Fig. 15 ist ein vergröderter Ausschnitt der Ab schaltçorrichtung 36 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Abschaltvorrichtung 36 besteht aus einer isolierenden Leiterplatte, die mit einem elektrisch leitfähigen Material 39 beschichtet ist und eine Sollbruchstelle 40 besitzt. Der Abreissstreifen 36 ist im Kondensator so eingebaut, dass eine Zugbeanspruchung in Pfeilrichtung erfolgt. Bei entstehendem Überdruck im Kondensator wird damit der Abreissstreifen 36 gebogen und bricht an der Sclibruchstelle 40 bis der elektrische Anschluss unterbrochen ist. Die elektrisch leitende Schicht 39 wird dabei vorzugsweise an der Stelle der grössten Dehnung angeordnet. In der F1g. 16 ist ein Ausührungsbeispiel dargestellt, bei dem der Abreissstreifen 36 durch eine dünne, biegsame Leiterpiatte von z. B. ca. 05, mm Dicke gebildet wlrd. Hierbei erfolgt der Einbau derart, dass der Abreissstreifen 36 beim Einbau um ca. 90' in das Kernrohr 41 des Konden- satorwickels 34 abgebogen wird. In der Fig. 17 ist eine vergrösserte Darstellung des Ab reiQstreife,ns 36 angeführt, bei der die Zugbeanspruchung wieder in Pfeilrichtung erfolgt. Im Gegensatz zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel mit starrer Leiterplatte kann bei flexibler Leiterplatte die elektrisch leitende Schicht 39 beliebig vorgesehen werden. In der Fig. 18 ist dargestellt, wie die Abschaltvcrrich tuno 36 in einem Phasenschieber-Kondensator angeordnet ist. Die Abschaltvorrichtung 36 ist hierbei waagerecht eingstsetzt, was eine deutliche Reduzierung der Kondensatorlänge ermöglicht. Zusätzlich können auf der Leiterplatte im Bedarfsfall auf einfache Weise auch elektrische Bauelemente wie beispielsweise Widerstände, Drosseln, Kondensatoren usw. verschaltet werden. Der Phasenschieberkondensator gemäss Fig. 18 weist drei Kondensatorwickel 34 auf und ist in ein Gehäuse 42 eingebaut, welches eine Dehn- und Faltensicke 43 besitzt, die gleichzeitig zum Festleyen der Kondensatorwickel 34 dient. Zur Isolierung der Kondensatorwickel 34 gegen das Gehäuse 42 ist eine Isolier- und Haltekappe 44 angeordnet. Das Gehäuse 42 ist mit einem Gehäusedeckel 46 ver- schlossen und durch einen Doppelfalz 47 hermetisch abgedichtet. Im Geha'sedeckel 46 sind elektrisch isoliert drei Anschlüsse 45 angeordnet, die über Anschlussd?ähte 35 mit der Abschaltvorrichtung 36 verbunden sind. In der Fig. 19 ist die Abschaltvorrichtung 36 vergrössert dargestellt. Dort ist zu erkennen, dass die Anschluss- und Verschaltdrähte 35 in der Leiterplatte 36 auszugsfest befestigt sind, was durch angequetschte oder gestauchte Enden 49 erfolgt, die zusätzlich verlötet bzw. mit Rohrnieten 48 verankert sind. Die Auszugskraft der Drähte 35 muss selbstverständlich grösser als die Abreisskraft der Leiterplatte 36 an der Solibruchstelle sein. In der Fig. 20 ist eine Draufsicht auf die Leiterplatte 36 gemäss Fig. 19 dargestellt. Dort ist zu erkennen, dass die erforderlicnen Sollbruchstellen 40 in der Leiterplatte 30 dadurch erzeugt werden, dass durch einen einzigen Stanzvorgang eine Aussparung 50 erzeugt wird, wodurch die erforderlichen Engstellen 40 hergestellt werden. Die elektrischen Leiterbahnen 39 für die Überstromsicherungen können an der Unter- oder Oberseite oder auch beidseitig angebracht sein. 10 Patentansprüche 20 Figuren

Claims: Electrical capacitor, which is installed in a container and has a disconnecting device, which disconnects the capacitor from a current source when there is an impermissible pressure rise in the container, the pressure relief device being constructed as a disconnection strip with pressure-relief joint, characterised in that the disconnection strip (12) is constructed as an insulating printed circuit board (13) coated with a conductive arterial (14), and in that in addition the conductive material (14) represents a fuse which isolates the capacitor (5) from the current source when overload currents arise. Electrical capacitor according to Claim 1, characterised in that the fuse is located by the cross-section of the pressure-relief joint (3;24,25,26). Electrical capacitor according to Claim 1, characterised in that the fuse is formed by an etched conductor track (19;21,22,23). Electrical capacitor according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the printed circuit board is coated on both sides. Electrical capacitor according to one of Claims 1 to 3, characterised in that in the region of the pressure-relief joint (3) the printed circuit board (13) has an additional constriction (20) on the non-coated surface. Electrical capacitor, especially a power-factor correction capacitor, according to one of Claims 1 to 5, characterised in that for each individual phase the internal overpressure disconnectors and fuses are arranged together on a printed circuit board. Electrical capacitor according to one of Claims 1 to 6, characterised in that the disconnection strip (36) is arranged in the capacitor under bending stress. Electrical capacitor according to Claim 7, characterised in that the connecting and circuit wires (35) are secured non-extractably in the printed circuit board (36) by means of crimped or headed soldered ends (49). Electrical capacitor according to Claims 6 or 7, characterised in that in addition electrical components are arranged on the printed circuit board (36). Electrical capacitor according to one of Claims 7 to 9, characterised in that the electrically conductive layer (39) is arranged at the site of greatest extension.

Inventors: ERHARDT, WERNER, DIPL.-ING. (FH), HUEBSCHER, WILHELM, DIPL.-ING. (FH), Hübscher, Wilhelm, Dipl.-Ing. (FH)
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: H01G1
IPC codes: H01G2