Kondensatoren: Dielektrikum Bemessung Anwendung

ISBN-13: 9783642950698 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 335 str.

F. Liebscher; W. Held

Opis

Del' Kondensator ist seit 200 J ahren als Speicher elektrischer La dungen bekannt. Er wurde jedoch erst etwa am Anfang dieses Jahr hunderts in die Nachrichtentechnik und 2 bis 3 .Jahrzehnte spateI' in die Starkstromtechnik in groBerem MaJ3e eingefUhrt. Unsere Kenntnisse von den Isolierstoffen waren um 1900 noch gering. Ihre Vielzahl, ihre unterschiedliehe Struktur, ihre oft ungenugende Reinheit, del' Mangel an geeigneten MeBgeraten erschwerten die Erforschung del' Vorgange, die in den Isolierstoffen unter dem EinfluB des elektrischen Feldes und del' Temperatur ablaufen. 11ehrere Theorien wurden zur Besehreibung del' Vorgange entwickelt. Die anfangs gebrauchlichen Dielektrika, wie Glimmer, Glas, Wachs u. a., waren fur die Anwendung in groBem "Cmfang wenig geeignet. In den letzten Jahrzehnten wurden hoch beanspruchbare Dielektrika ge funden, wie keramische lIassen mit hoher Dielektrizitatskonstante, das auBerst dunne Dielektrikum des Elektrolytkondensators, verlustarme Kunststoffolien und YOI' aHem das Dielektrikum aus getranktem Papier. Jedes Dielektrikul1l hat sich sein Anwendungsgebiet erobert. Daruber wird in diesem Buch berichtet; YOI' allem abel' ist vom dunnschichtigen Papier-Dielektrikul1l die Rede, dessen, yirtschaftliche Bedeutung die del' anderen Dielektriken uberragt. Die Papierisolat.ion hat. sich nach Vervollkommnung del' Papiere und Trankmittel sowie del' Trocknungs- und Trankverfahren hervorragend bewahrt.. Sie wird fur Transformat.oren, Kabel, Kondensat.oren del' Stark strom- und )l"achrichtentechnik usw. in groBem Umfang angewendet. Hervorgehoben sei an dieser Stelle del' Kondensator fUr groBe Leistungen, del' in den Energieversorgungsnetzen in standig wachsendel1l MaDe die induktive Blindleistung del' Leitungen, Transforl1latoren, Motoren kOl1l pensiert und damit die Energieerzeuger in den Kraftwerken entlastet."

Spis treści

I. Grundlagen.- A. Zusammenstellung einiger Grundbegriffe.- 1. Kapazität und Dielektrizitätskonstante.- 2. Ladung, Energieinhalt, Anziehungskraft.- 3. Blindleistung und Leistungsfaktor.- 4. Der Verlustfaktor.- 5. Die Reihenschaltung verschiedener Dielektriken.- B. Materie im elektrischen Feld.- 1. Die Dielektrizitätskonstante der Isolierstoffe. Atompolarisation, polare Moleküle, die Dipoltheorie.- 2. Die Leitfähigkeit der Isolierstoffe. Theorien der dielektrischen Verluste.- 2.1 Allgemeines.- 2.2 Nachladung, Ladungsrückstand und Isolationswiderstand des Schichtkondensators.- 2.3 Leitfähigkeit und dielektrische Verluste bei Wechselspannung.- 2.4 Aufbau der technischen Isolierstoffe.- II. Der Papierkondensator.- A. Das Dielektrikum.- 1. Die Baustoffe.- 1.1 Das Papier.- 1.11 Die Arten des Kondensatorpapieres.- 1.12 Die Herstellung des Kondensatorpapieres.- 1.13 Die Eigenschaften des Kondensatorpapieres.- 1.14 Die Prüfung der Kondensatorpapiere.- 1.2 Das Tränkmittel.- 1.21 Die Arten des Tränkmittels und Gesichtspunkte für ihre Auswahl.- 1.22 Die Eigenschaften der Chlordiphenyle.- 1.23 Die Eigenschaften der Mineralöle.- 1.24 Einfluß des Gas- und Wassergehaltes auf das dielektrische Verhalten der Tränkmittel.- 1.25 Alterung der Tränkmittel; Inhibitoren und Stabilisatoren.- 1.3 Die übrigen Baustoffe.- 1.31 Die Belegungen, Leitungen und Durchführungen des Leistungskondensators.- 1.32 Die Isolierung zwischen Wickelpaket und Gehäuse; sonstige Isolierstoffe.- 1.33 Das Gehäuse und sonstige Bestandteile.- 1.34 Die Prüfung der Baustoffe auf Verunreinigungen.- 2. Grundsätzliches zur Bemessung des Dielektrikums.- 2.1 Das elektrische Feld am Rande der Belegungen.- 2.2 Das elektrische Feld im Wickelinneren.- 2.3 Wirkungen der hohen Feldstärken.- 2.4 Abhilfemaßnahmen.- 3. Die elektrischen Vorgänge bei Gleich- und Wechselspannung und bei Stoßbeanspruchung.- 3.1 Die Vorgänge im Dielektrikum bei Gleichspannung.- 3.11 Der Gleichstromwiderstand des trockenen und getränkten Papieres in Abhängigkeit von Wassergehalt, Temperatur und Feldstärke.- 3.12 Erwärmung, Durchschlag, elektrochemische Alterung und Lebensdauer bei Gleichspannung.- 3.13 Die Abhängigkeit der Nachladung, des Nachladestromes, des Rückstromes und der Rückspannung von Aufladezeit und Temperatur.- 3.2 Die Vorgänge im Dielektrikum bei Wechselspannung.- 3.21 Die Vorgänge in Abhängigkeit von der Temperatur.- 3.22 Die dielektrischen Vorgänge in Abhängigkeit von der Frequenz.- 3.23 Die dielektrischen Vorgänge in Abhängigkeit von der Feldstärke.- 3.24 DK und Verlustfaktor in Abhängigkeit von Tränkmittel-DK und Papierdichte. Feldstärke in der Papierfaser.- 3.3 Die Vorgänge im Kondensator bei stoßartiger Beanspruchung.- 3.4 Alterung und Lebensdauer.- 3.41 Begriffserklärungen.- 3.42 Alterungsursachen.- 3.43 Die Lebensdauer.- 3.5 Der elektrische Durchschlag des Papierdielektrikums.- 3.51 Der Felddurchschlag. Der Einfluß von Vorentladungen.- 3.52 Der Einfluß der Fehlerstellen und der Papierlagenzahl.- 3.53 Prüfung mit Gleich- oder Wechselspannung?.- 4. Die thermischen Vorgänge.- 4.1 Die Wärmeerzeugung im Kondensator.- 4.11 Die dielektrischen Verluste im Papier.- 4.12 Die Ionenleitverluste im Tränkmittel.- 4.13 Die Stromwärmeverluste.- 4.2 Die Wärmeabfuhr.- 4.21 Der innere Wärmewiderstand.- 4.22 Der äußere Wärmewiderstand.- 4.3 Erwärmung im stationären Betrieb und Kippleistung.- 4.4 Erwärmung im instationären Betrieb.- 4.5 Erwärmung und Abkühlung unter besonderen Betriebsbedingungen.- 4.51 Der Freiluftkondensator bei hoher und tiefer Temperatur.- 4.52 Der Innenraumkondensator.- 4.6 Wärmedurehschlag.- 4.61 Der Wärmedurchschlag des Leistungskondensators.- 4.62 Der Wärmedurchschlag nach K. W. Wagnee.- B. Bemessung und Aufbau.- 1. Der Papier-Folien-Kondensator.- 1.1 Der Leistungskondensator für Netzfrequenz.- 1.11 Die Entwicklung der Bauarten.- 1.12 Bemessung und konstruktive Ausführung von Kondensatoren für Parallel- und Reihenkompensation.- 1.2 Der Leistungskondensator für Mittelfrequenz.- 1.3 Stoßkondensatoren.- 1.31 Der Stoßstromkondensator.- 1.32 Der Stoßspannungskondensator.- 1.4 Weitere Kondensatoren.- 1.41 Überspannungsschutzkondensatoren.- 1.42 Glättungskondensatoren.- 1.43 Kopplungskondensatoren.- 1.44 Kapazitive Spannungswandler.- 2. Der Metallpapierkondensator.- 2.1 Das Metallpapier.- 2.2 Die Selbstheilung.- 2.3 MP-Kondensatoren für Gleichspannung, MP-Stoßkondensatoren.- 2.4 Der MP-Kondensator für Wechselspannung.- C. Die Herstellung.- 1. Der Kondensatorwickel und das Wickelpaket.- 2. Trocknung, Entgasung, Tränkung.- 3. Bau- und Prüfbestimmungen.- III. Kondensatoren mit anderem Dielektrikum.- A. Der Kunststoffolienkondensator.- 1. Styroflexkondensatoren.- 2. Der Lackfilmkondensator.- B. Der Glimmerkondensator.- C. Der Keramikkondensator.- D. Der Elektrolytkondensator.- E. Glas-, Preßgas-, Vakuumkondensatoren.- IV. Die Anwendung des Kondensators.- A. Der Leistungskondensator für Wechselspannung.- 1. Die Kompensation der Blindleistung in Energieversorgungsnetzen.- 1.1 Die Kompensation der Blindleistung in Europa, Amerika und Japan.- 1.11 Europa.- 1.12 USA.- 1.13 Japan.- 1.2 Vergleich der Wirtschaftlichkeit der rotierenden Maschinen und Kondensatoren.- 1.21 Generatoren der Kraftwerke.- 1.22 Blindleistungsmaschinen.- 1.23 Große Drehstrommotoren.- 1.3 Wirtschaftlichkeit der Blindleistungskompensation durch Kondensatoren. Blindleistungstarife.- 1.4 Einzel-, Gruppen- und Zentralkompensation. Bestimmung der Leistung einer Kondensatoranlage.- 1.5 Der Kondensator im Netz.- 1.51 Das Einschalten.- 1.52 Das Ausschalten.- 1.53 Das Entladen.- 1.54 Oberschwingungen im Netz, ihre Entstehung und Beseitigung.- 1.6 Der Reihenkondensator.- 1.61 Der Reihenkondensator im Mittelspannungsnetz.- 1.62 Der Reihenkondensator im Höchstspannungsnetz.- 2. Weitere Anwendungsgebiete des Leistungskondensators für Wechselspannung.- 2.1 Die Kompensation der Blindleistung in Elektrowärmeanlagen.- 2.2 Die Blindleistung bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).- 2.3 Die Kompensation der Blindleistung des Deutschen Elektronen-synchrotons.- B. Der Kondensator als Speicher elektrostatischer Energie.- 1. Vergleich elektrischer Energiespeicher.- 2. Anlagen mit Stoßstromkondensatoren.- 3. Anlagen mit Stoßspannungskondensatoren.- 4. Überspannungsschutz durch Kondensatoren.- C. Weitere Anwendungen des Kondensators.- 1. Kapazitive Spannungswandler und Kopplungskondensatoren.- 2. Glättungskondensatoren.- 3. Der Kondensator im Prüffeld und Laboratorium.- 4. Motorkondensatoren.- 5. Kondensatoren zur Kompensation von Leuchtstofflampen.- 6. Störschutz- und Berührungsschutzkondensatoren.- 7. Kondensatoren der Nachrichtentechnik.