Kondensator Eigenbau I

Kondensator Eigenbau I

Ich überlege einen Hochspannungskondensator selber zu bauen. Das wird ein großes Projekt und ich fange ganz langsam an mich an das Thema heranzutasten …

Ich habe zwei Ideen, wie ich dabei vorgehen könnte: Variante 1 wären einlaminierte Metallfolien, die ich stapeln und pressen (eventuell verkleben) würde, Variante 2 wären Lagen aus Polyesterlaminat auf die ich die Metallfolien auflaminieren würde. Ich denke, dass die Variante 2 sich im Katastrophenfall besser verhält, weil Glasfaserlaminat sehr gute mechanische Eigenschaften hat. Andererseits ist das Feld auch viel inhomogener als bei der Folienvariante und vielleicht deswegen ein Katastrophenfall viel wahrscheinlicher?

Zuerst probiere ich jedenfalls Variante 1 aus:

  1. Schablone herstellen
  2. mit der Schablone Stücke aus Alufolie ausschneiden
  3. mit der Schablone auf den Laminierfolien die Position der Folienstücke anzeichnen
  4. Folienstücke einlegen
  5. Kontaktstreifen aus Alufolie einlegen und umklappen
  6. durch den Laminator laufen lassen
  7. fertige Laminate wechselseitig verkehrt aufschichten (vier Stück)
  8. den Stapel abschließend noch einmal einlaminieren um Luft so gut wie möglich zu entfernen (das wird später bei dickeren Stapeln natürlich nicht mehr möglich sein
  9. nachmessen

Ein wichtiges Problem, dass ich bemerkt habe, ist, dass es extrem schwierig ist, die Folie richtig glatt und ohne Fremdkörper einzulaminieren, was natürlich eine Grundbedingung für einen richtig guten Kondensator ist.

Herstellung

Aussschneiden

Ausschneiden

Markieren

Markieren

Fertiger Stapel

Kondensator

Messung und theoretische Überlegungen

Die Kapazität eines Plattenkondensators (aus zwei Platten) ist relativ einfach zu berechnen:

(1)   \begin{align*} C = \epsilon_{0} \epsilon_{r} \frac{A}{d} \end{align*}

ok, \epsilon_{0} ist schonmal  \epsilon_{0} = 8.854\cdot 10^{-12}\ C^{2}/N\ m^{2} und \epsilon_{r} von Polyethylenterephthalat, aus dem die Laminierfolien vermutlich sind, beträgt laut CRC Handbook of Chemistry and Physics \epsilon_{r} = 3.25.

Die Folienabschnitte sind 127 mm breit und 190 mm hoch, A ist also A=24130\ mm^{2}.

Der Abstand d der beiden Metallfolien voneinander sollte d = 2\cdot 80\ \mu m = 160\ \mu m sein.

Damit ergibt sich für ein Folienpaar:

(2)   \begin{align*} C = 4.3\ nF \end{align*}

Den Kondensator sollte man eigentlich als Parallelschaltung von zwei Einzelkondensatoren betrachten können, das sollte im Ergebnis dann eine Kapazität von

(3)   \begin{align*} C_{gesamt} = 2\cdot \ 4.3\ nF = 8.6 \ nF \end{align*}

ergeben.

Die Messung

Messung

Die Messung ergibt eine Kapazität von 8.8 nF. Soweit scheint die Vorgehensweise doch gar nicht so schlecht zu sein und die Schichtdicke tatsächlich relativ gleichmäßig und kontrollierbar zu sein. Ich hätte ehrlich gesagt sehr viel schlechtere Resultate erwartet.

Da ich insgesamt als Ziel für den fertigen „richtigen“ Kondensator eine Kapazität von 30 nF anpeile und wegen höherer Spannungsfestigkeit auf 250 µm Laminierfolien wechseln werde würde ich wohl mit rund 20 solcher Platten für den fertigen Kondensator hinkommen.


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2 comments

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  1. Andre
    Andre 10 Mai, 2013, 20:31

    Ich habe eine Weile lang solche selbstlaminierten Kondensatoren zur ´lyse-freien Messung von Bodenfeuchte verwendet.

    „Richtige“ HV-Kondensatoren baut man besser mit ordentlicher Luftisolireung, wobei es natürlich auch auf die Spannung und damit die Überschlagsfestigkeit (PixDaumen = 1mm/1KV) ankommt.

    Ich baue solche HV-Drehkos aus CNC.gefertigten Aluplatten für Magnetische Loops im Amateurfunk. I.d.R braucht man Festigkeiten bis zu 10KV, dementsprechend groß werden die Dinger…

    Ein sehr schäönes Programm und das ohne überflüssigen Hirnschmalz zu berechnen findet man hier:
    http://pisica.de/software/amateurfunk.php
    („Kondensator berechnen“)

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    • Dr. Stack van Hay
      Dr. Stack van Hay 11 Mai, 2013, 00:53

      Danke für den Link!
      Klar Luft ist langlebig und homogen, super Sache das! Hat halt ein lausiges \epsilon_{r} und schlechte Durchschlagfestigkeit. Bei Zielgröße 40 kV und 30 nF wird das dann schon groß.

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