P h y s I k u n d t e c h n I k d e r g e g e n w a r t abteilung fernmeldetechnik
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Z u s a m m e n s t e llu n g d er zu d e n K u r v e n in A bb. 142 . . . 146 N r. d e r K u rv e P a p ie r a r t • O b erfläch e D icke m m A sch eg eh alt 1 H a d e rn m a s c h .-g la tt 0,010 0,20% 2 H a d e m m a s c h .-g la tt 0,010 0,42% 3 S u lfitz e llsto ff m a s c h .-g la tt 0,012 0 ,60% 4 S u lfitz e llsto ff s a tin ie rt 0,010 0 ,60% 5 N a tro n z e lls to ff s a tin ie rt 0,010 0 ,60% 6 N a tro n z e llsto ff m a s c h .-g la tt 0,011 0 ,56% S t r a i m e r , K o n d en sa to r 10 1 4 6 K a p . 8. P a p ie r , H a r tp a p i e r Die Verlustfaktoren sind bei fallender Temperatur und im Vakuum auf genommen, um durch die somit vorausgegangene E r w ä r m u n g Feuchtigkeitseinflüsse zu mildern. In Abb. 142 sind die Verlustfak torkurven für die unimprägnierten Papiere angegeben. Es zeigt sich, daß maschinenglatte Papiere fast durchweg einen kleineren Verlust faktor haben als satinierte Papiere. Es kann angenommen werden, daß m 100 60 20 tlac 'e rn p 7 p ie r Hsety. V / Hm ; - - - <■0 20 t/a tronpt p te r .f _ __ ---- ■ / 'mpt. S 60 4 20 20 00 60 T em p era tu r ~ ~ ° 0 A b b . 144. V e rlu stfa k to r v o n ö lim p rä g n ierten , aber n ic h t g a n z g e tr o ck n e te n H a d ern p a p ieren in A b h ä n g ig k e it v o n der T em p eratu r (nach N a u k ). S • ilf/ti a p ier S sa tJ < - ---- — < rJ . dfTlÿl. 20 00 Temperatur - 60 80 100 720 A b b . 145. V e rlu stfa k to r u n d K a p a z itä t b ei P a ra ffin im p rä g n ieru n g der Papiere in A b h ä n g ig k e it v o n der T em peratur (n ach N a u k ). durch das Zusammenpressen bei der Satinierung der Grad der In hom ogenität und damit der Verlustfaktor erhöht wird. Das A n steigen der Verluste m it fallender Temperatur unter 60° C ist auf geringfügige Feuchtigkeitsaufnahme trotz Trocknung und Aufbewah rung im Vakuum zurückzuführen. In Abb. 143 sind die Temperaturabhängigkeiten der Verlustfaktoren für dieselben Papiersorten aber m it Ölimprägnierung (hellgelbes Transformatorenöl, Viskosität 5, Englergr. bei 20°C, Dielektrizitäts konstante 2,1) angegeben. Wie man sieht, ändert sich der Charakter der Kurven gegenüber den Kurven für den unimprägnierten Zustand (gestrichelte Kurven) nicht. Die Verluste liegen lediglich etwas höher. In welch starkem Maße Spuren von Feuchtigkeit auch bei öl getränkten Papieren den Verlustfaktor erhöhen, zeigt Abb. 144. Die Verlustkurven der paraffinierten Papiere sind in Abb. 145 zusam m en gestellt. Der Verlauf bleibt in seinem Charakter gegenüber dem un- getränkten Zustand auch hier erhalten. Es findet lediglich wieder eine kleine Erhöhung (Parallelverschiebung der Kurven) statt. Bei einer Imprägnierung von beispielsweise Sulfitpapieren m it einer Öl- harzmischung (3 Teile Öl, 1 Teil Kolophonium) dagegen ändert sich der Charakter der Kurven grundlegend, wie Abb. 146 zeigt. Die Ab weichungen gegenüber den Kurven für das unimprägnierte Material (gestrichelte Kurven) sind sehr groß. (Bei der Kurve 3 und 4 beträgt die Säurezahl 39,0, bei den Kurven 3 a und 4a dagegen 41,9.) Über d ie D u r c h s c h la g s f e s t ig - k e i t von Papier ist folgendes zu sagen. Durch das P a sc h e n sc h e Zündspannungsgesetz ist für Papier wickel m it Lufteinschlüssen eine Grenzspannung definiert. Liegt die Betriebsspannung über dieser Grenz spannung, so findet, wie bereits er w ähnt, eine teilweise Ionisierung des Dielektrikums statt. Es tritt dabei zunächst nur eine Erhöhung des Verlustfaktors ein, der vollkommene Durchschlag erfolgt erst bei sehr viel größeren Spannungen. Wie die von G. N a u k (Abb. 147) angegebene Kurve für die Durchschlagsspannung eines Papierwickels als Funktion der Dauer der Belastung zeigt, fällt die Durchschlags spannung m it zunehmender Belastungszeit. Diese Beobachtung be- P a p ie r 147 Temperatur -~°C A b b . 146. V erlu stfa k to r v o n S u lfit -Papier b e i Ö l-H arz-G erm schtränkung in A b h ä n g ig k e it v o n der T em peratu r (n ach N a u k ). 'S "t *000 I £ 2000 4 700 200 Zeit-^sec. A b b . 147. D u rch sch la g ssp a n n u n g ein es P a p ierw ick elk o n d en sa to rs in A b h ä n g ig k e it v o n der B e la stu n g sz e it (n ach N a u k ). weist, daß es sich um einen Wärmedurchschlag handelt. Bei längerer Belastungsdauer kann sich die schon durch eine relativ kleine Spannung erzeugte Verlustwärme in für die Zerstörung hinreichen dem Maße auswirken. Bei kürzeren Belastungszeiten ist zur^ Hervor rufung der gleichen Zerstörungswirkung durch Wärme der ^Einfluß 1 0 * 148 K a p . 8. P a p ie r , H a r tp a p ie r einer höheren Belastungsspannung erforderlich. H at der Papier wickel durch äußere Erwärmung erhöhte Temperatur, so sinkt die Durchschlagsspannung, wie sie Abb. 148 (nach G. N a u k für 3 Sorten von N atron papier zeigt. D ie Kurven der Abb. 149 geben den Verlauf des Verlustfaktors im Durchschlagsgebiet als Funktion der Zeit wieder. DieBetriebstemperatur und die Durchschlagsspannung sind angegeben. Bei der höchsten Temperatur (76° C) steigt der Verlustfaktor sehr stark an, die Durchschlagsspannung beträgt 1610 V olt, die Zeit bis zum Durchschlag etw a 13 Minuten. Bei der niedrigsten Temperatur (10°C) A b b . 149. V e rlu stfa k to r e in e s P a p ie rw ic k e lk o n d e n - sa to r s in A b h ä n g ig k e it v o n der B e la stu n g s z e it b e i v e r sc h ie d e n e n B e tr ie b ste m p e r a tu r e n (D u r c h sc h la g s- S p a n n u n g en a n g e g e b e n ) (n a ch N a u k ). 10 80 JO 00 Z eit~ ~ m in ist der Anstieg des Verlustfaktors ein sehr langsamer, die Durch schlagsspannung liegt m it 2200 V olt sehr viel höher und die Zeit bis zum Durchschlag beträgt über 40 Minuten. Geschichtete Preßstoffe, Hartpapiere Ein wichtiges elektrotechnisches Anwendungsgebiet von Papier (aber auch von Textilstoffen wie Leinen, Baumwolle, Seide, Jute) ist die Verarbeitung zu Preßstoffen. D ie Faserbahnen (bzw. die Ge webebahnen) werden mehrfach geschichtet und m it natürlichen Harzen (Schellack, Kopal, Glypthal) oder meistens m it künstlichen Harzen (z. B. härtbaren Phenoplasten wie Bakelit; siehe Seite 136ff.) getränkt und unter Druck und Hitze zusammengepreßt und verfestigt. Firm en N a tro n p a p ie re 50 700 150 Temperatur— °C A b b . 148. R e la tiv e D u r c h sc h la g sfe stig k e it v o n P a p ie rw ic k e lk o n d e n sa to r en in A b h ä n g ig k e it v o n der ä u ß eren T em p era tu r (n ach N a u k ). bezeichnungen derartiger Werkstoffe sind beispielsweise: Geax, Per- tinax, Repelit, Trolitan, Turbonit, Durcoton. Papier wird zuweilen auch ohne Bindem ittel zusammengepreßt: Vulkanfiber, Preßspan. Sofern es sich bei den geschichteten Stoffen m it Bindemitteln, was meistenteils der Pall ist, um Papier als Ausgangs material handelt, spricht man von Hartpapier. Normales Hartpapier hat 12 . . . 15 Papierlagen pro Millimeter. Die Hartpapiere werden im Kondensatorbau selten als Dielektrikum verwandt. Die Verlust faktoren sind insbesondere bei Hochfrequenz zu groß. Jedoch sind Hartpapiere für untergeordnete Isolationszwecke (Klemmleisten, Ge häuse, Montageplatten usw.) wohl geeignet. Hartpapier wird in der Form von Platten, Rundrohren, Stäben, aber auch sehr verwickelt ge formter Preßstücke geliefert. Die Oberfläche kann mit Kunstharzlack oder Öllack glänzend lackiert werden. Für die Prüfung von Hartpapieren sind folgende VDE-Leit- sätze auf gestellt worden: V D E 0324 Leitsätze zur Prüfung von Hartpapieren, VDE 0325 Leitsätze zur Prüfung von gewickelten Hartpapierrohren m it kreisförmigem Querschnitt (Rundrohre), V DE 0326 Leitsätze für die Prüfung von Hartpapierformstücken. Hartpapiere haben ein spezifisches Gewicht von 1,2 . . . 1,4 gern- 3 . Die Biegefestigkeit beträgt 1300 . . . 1700 kgem-2 , die Zugfestigkeit 1000 kgem-2 , die Brinellhärte ist 40. Hartpapiere sind in Luft und Öl auch bei hohen Temperaturen noch beständig. Bestes Hartpapier vermag eine Temperatur von 140° C auszuhalten. Mechanisch nach teilig ist die Spaltbarkeit in Richtung der Faser. Je feiner die Schich tung des Werkstoffes ist, desto besser ist die mechanische Bearbeit barkeit. Die elektrischen Eigenschaften der Hartpapiere sind wie folgt anzugeben: Oberflächenwiderstand (1 Minute nach Anlegen von 1000 Volt und nach vierstündiger Trocknung bei 70° C ): VDE-Ver- gleichszahl 4. — D ielektrizitätskonstante: 3,6 . . . 4,5, Durchschlags festigkeit : 100 . . . 400 kVcm-1 , bei besonders hochwertigem Material 450 . . . 600 kVcm-1 . — Verlustfaktor: tg d — 24 • 10-4 . . . 50 • 10“ 4 (800 H z ); t g ö = 200 • IO"4 . . . 400 • IO"4 (1 M H z); tg «5 = 300 • 10~4 . . . 550 • 10“ 4 (10 MHz) je nach Sorte und Feuchtigkeitszustand. Hartpapiere sind relativ stark hygroskopisch. Man hat jedoch in neuerer Zeit auch tropenfeste Hartpapiere entwickelt. K a p it e l 9 D ie p h ysikalischen Grundlagen des E lektrolytkondensators Bei geeigneter elektrolytischer Behandlung bildet sich auf der Oberfläche von Aluminium, Tantal, Niobium, Zirkon und Titan eine Oxydhaut m it hohem spezifischen. Widerstand. Das Metall, das mit K a p . 9. D ie p h y s ik a l. G ru n d la g e n d es E le k tr o ly tk o n d e n s a to r s 1 4 9 150 K a p . 9. D ie p h y s ik a l. G ru n d la g e n d e s E le k t r o ly t k o n d e n s a t o r s der Oxydhaut überzogen wird, ist beim elektrolytischen Prozeß die Anode. An dieser entwickelt sich Sauerstoff, der die Oxydation be wirkt. Die Oxydschiebt ist porös. In die Poren lagert sieb freier Sauerstoff ein. Die Oxydschiebt und der eingelagerte Sauerstoff — beide zusammen auch Sperrschicht genannt — bilden das Dielektrikum Kathodenm etall Elektrolyt lKathode) Alum inium . (Anode) 32uF-320Mt A b b . 151. D er R e sts tr o m ein es E le k tr o ly tk o n d e n sa to r s in A b h ä n g ig k e it v o n der S p a n n u n g (F a b r ik a t P h ilip s ). A b b . 150. S ch em a tisch er A u fb a u e in e s E le k tr o ly tk o n d e n s a to r s. des Elektrolytkondensators (Abb. 150). Der Elektrolyt ist als K athode aufzu fassen. Die Oxydschicht ist außer ordentlich dünn. Ihre Dicke hegt in der Größenordnung von 10-6 cm. Die Dielektrizitätskonstante schwankt zwi schen 7,5 und 17,8 je nach Metall und Elektrolyt. Bei der Oxydschicht, die sich auf Aluminium (A120 3) bildet, be trägt die Dielektrizitätskonstante 7,5 . . . 10. Sie ist im niederfrequen ten Gebiet kaum frequenzabhängig. Der Verlustfaktor der Oxyd schicht beträgt im Niederfrequenzgebiet tg d = 200 . . . 600 • 10- 4 . Die Zusammensetzung des Elektrolyten ist sehr verschieden. Bei Verwendung von Aluminium als Anode sind für den E lektrolyten u. a. folgende Kom binationen möglich: N a 2B 40 7, Borsäure m it Zusatz von Boraten, KHaAsO^ H 2S 0 4 + S 0 3, H 2S 0 4 (80% ig), Zitronensäure, N a2M o04, N a2W 0 4, K M n04, K 3CoCy6, K 2NiCy4, K 3FeCy6, K 2C r04, K 2ZnCy4, K 2C 0 3, K A 102. Die Oxydschicht hat S p e r r w ir k u n g nur in R ichtung Anode— Elektrolyt—Kathode. Die Sperrwirkung ist indes keine vollkommene. Es fließt ein sogenannter „R eststrom “, auch „Verluststrom“ genannt, der spannungsabhängig ist, wie Abb. 151 beispielsweise zeigt. Bei hohen Spannungen steigt der „R eststrom “ sehr stark an. Es setzt Funken durchschlag durch die Sperrschicht ein. Der Reststrom ist abhängig von der Temperatur des Elektrolyten. Er steigt m it der Temperatur an, wie Abb. 152 beispielsweise zeigt. Legt man die Spannung in um K a p . 9. D ie p h y s ik a l. G ru n d la g e n d e s E le k tr o ly tk o n d e n s a to r s 1 5 1 gekehrter Richtung an, d. h. gibt man dem Elektrolyten positives Potential, so ist keine Sperrwirkung vorhanden; es fließt ein erheb licher, nur durch den Widerstand des Elektrolyten bedingter Strom. Es besteht also eine elektrolytische Gleichrichterwirkung, indem der Strom in Richtung E lektrolyt— Oxydschicht nur geringen Wider stand, in Richtung Oxydschicht— Elektrolyt dagegen sehr großen W iderstand findet. Man muß unterscheiden zwischen einer Gleichstrom- und einer Wechselstromsperrwirkung. Wird nämlich durch einen Strom in Richtung E lektrolyt— Oxydschicht das Oxyd wieder zu Metall reduziert, so kann sich in einem derartigen elektrolytischen System bei reiner 32/u f - J 2 0 m Temperatur °C A b b . 153. F orm iertm gsspan- A b b . 152. D er R e ststr o m ein es E le k - m rng ein er ele k tr o ly tisc h e n tr o ly tk o n d e n sa to r s in A b h ä n g ig k e it Z elle b e i k o n sta n te m S tro m in vo n Ser T em peratur (F a b rik a t P h ilip s ). A b h ä n g ig k e it v o n der Z eit. W echselstrombelastung keine Sperrschicht bilden, da in der negativen Halbwelle die schichtbildende Wirkung der positiven Halbwelle be seitigt wird. In diesem Falle hat man nur eine Sperrwirkung für Gleich strom bzw. pulsierenden Gleichstrom. Die Oxydschicht wird im Formierungsprozeß gewonnen. Legt man nach dem Aufbau des Elektrolytsystem s an Anode und Kathode eine konstante Spannung, so fließt zunächst ein dem relativ großen Leit wert des Elektrolyten entsprechend hoher Strom, Formierungsstrom genannt. Der an der Anode sich niederschlagende Sauerstoff ruft nun Oxydation des Anodenmaterials hervor bzw. lagert sich, wie schon erwähnt, in die Poren der Oxydschicht ein. In dem Maße, wie nun auf diese Weise der Aufbau der Sperrschicht vor sich geht, sinkt gleichzeitig der Eormierungsstrom auf den Wert des sogenannten Reststroms herab. Betrachtet man den F o r m ie r u n g s p r o z e ß bei konstanter Eor- mierungsstromstärke, so ergibt sich für den zeitlichen Verlauf der Spannung an der elektrolytischen Zelle die schematische Darstellung der Abb. 153. Die Spannung steigt zunächst bis zum Werte Upu fast proportional m it der Zeit an. Bei der Spannung UFu, der sogenannten Funkenspannung, setzt Funkenbildung ein. Urnax ist die Maximal spannung des elektrolytischen Systems. Die elektrolytische Ventilwirkung kann durch die Erscheinung der „ k a lt e n E l e k t r o n e n e m i s s i o n “ erklärt werden. Aus der Glüh- katkoden-Rökrentechnik ist bekannt, daß Elektronen bei relativ ge ringen Oberflächenfeldstärken aus Metallen nur austreten können, wenn die kinetische Energie der freien im Metall vorhandenen E lek tronen durch Erwärmung desselben für die Leistung der A ustritts arbeit genügend groß gemacht wird. Bei sehr großen Feldstärken — in der Größenordnung von 107 Voltcm -1 aber vermögen Elektronen auch aus kalten Metallen auszutreten. Im Falle des Elektrolytkondensators herrscht nun an der Ober fläche der Anode bzw. an der Berührungsfläche des Elektrolyts m it der Oxydschicht eine Feldstärke, die in der für kalte Elektronen emission notwendigen Größenordnung liegt, da die Schicht so außer ordentlich dünn ist (Größenordnung 10“ 6 cm). Das Metall der Anode des Elektrolytkondensators vermag nun, da es freie Elektronen besitzt, sehr viel leichter dieselben in die Oxydschicht zu em ittieren als der E lektrolyt, bei dem die Elektronen an Ionen gebunden sind. L egt man nun an die elektrolytische Zelle die Spannung in richtiger Richtung, d. h. so, daß der E lektrolyt negativ ist, so ist die Em ission (Reststrom) äußerst gering, legt man dagegen die Spannung in verkehrter Richtung Download 104 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
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