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Verfahren zur Isolation von Hochspannungsgeräten Die Aufgabe einer
Isolation für Hochspannungsgeräte wird im allgemeinen um so besser gelöst,
je
dichter auf zu isolierenden Metallteilen feste und hochwertige Isolation
anliegt und aufgebracht werden kann. Solche hochwertige Isolation hat im allgemeinen
nicht die Eigenschaften, sich allseitig um jede beliebige Elektrodenform zu legen.
Man hat daher schon daran gedacht, eine festanliegende Isolierschicht in flüssigem
Zustand aufzubringen, die dann erhärtet. Alle diese Verfahren haben jedoch immer
wieder besondere Schwierigkeiten gebracht.
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So ist z. B. bei der Verwendung von Gießharz sowohl die Sprödigkeit
als auch das Wärmeausdehnungsverhalten, das oft von demjenigen des zu umgebenden
Metalles abweicht, eine solche, S#chwierigkeit. Weitere Schwierigkeiten, die auch
bei der Verwendung von Isolierlacken auftreten, bestehen darin, daß es nur sehr
schwer gelingt, das Material ohne Luftblasen aufzubringen. In der Luft mit der relativ
niedrigen Isolationsfestigkeit beginnen dann auch bei sonst ausgezeichneter Isolation
die Vorentladungen.
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Diese Materialien haben oft den weiteren Nachteil, daß sie gasundurchlässig
sind, so daß einmal innerhalb der Isolation verbleibende Feuchtigkeit oder entstandenes
Gas nicht mehr entfernt werden kann und wiederum zu Durchschlägen führt.
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Es sind ferner als Isolationsmittel Gewebe oder Kunststoffbahnen bekannt,
bestehend aus Deckschichten, auf die einzelne Stücke oder Streifen von weni(Yer
oder nicht dehnbaren Stoffe, wie z. B. Cellulosetriacetat, schuppen- oder dachziegelartig
aufgeklebt werden. Ferner sind elastische Bänder als Träger für Glimmerschichten,
die durch Klebstoff miteinander verbunden sind, bekanntgeworden. Solche Gewebe sind.
in erster Linie zum Bewickeln des Wickelkopfes von Spulen elektrischer Maschinen
vorgesehen, dabei werden bekanntlich im Vergleich zu ölgetränkten Hochspannungsgeräten
wesentlich Oleringere Prüfspannungen gefordert, so daß verbleibende Hohlräume nicht
stören.
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Bei diesen bekanntgewordenen Isolierbändern sind die aufgeklebten
hochwertigen Isolierstoffe nicht porös, so daß ein Entfernen von Luft und vollständiges
Durchtränken mit öl für Verwendung öl-
imprägnierter Hochspannungsgeräte
nicht möglich ist. Sie sind daher nur für luft- oder gasisolierte Geräte, insbesondere
für elektrische Maschinen, anwendbar. Ein weiterer Nachteil dieser Stoffe ist, daß
die Schichtdicke der hochwertigen Isolierschicht nicht frei wählbar ist, weil Idas
elastische Trägerband immer wieder die feste, elektrisch hochwertige Schicht geringer
Dicke unterbricht. Stärkere Dicken elekr trisch hochwertiger Schichten sind aus
Gründen der Haltbarkeit nicht herstellbar. Außerdem bereitet die Verarbeitung Schwierigkeiten.
Es ist auch nicht möglich> auf einer Elektrode die elektrisch hochwertige Schicht
mit variierender Dicke aufzubringen. Das ist jedoch erwünscht, um an hochbeanspruchten
Stellen eine dickere durchgehende hochwertige Isolation zu erhalten als an den niedriger
beanspruchten Isolationsstellen.
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Es ist daher eine Lösung erforderlich, die die genannten Nachteile
vermeidet, bei der sich ein Kleben erübrigt und bei der das teuere Herstellverfahren
für vor dem Bewickeln vorgefertigte elastische Bänder mit aufgebrachter elektrisch
hochwertiger Isolierschicht, bestehend aus unterteilten und sich überdeckenden Teilflächen,
vermieden wird.
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Alle diese Nachteile hat die Papierisolation nicht, nur bei in verschiedener
Richtung gekrümmten Metallfonnen den einen erwähnten Nachteil, daß siclf Papier
von selbst nicht überall anlegt.
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Solche Fälle treten z. B. bei der Isolation von Stromwandlem auf,
wo das Problem insofern noch schwieriger als bei der Transformator-Isolation ist,
weil die feste Isolation allein die Spannung zwischen den Elektroden aushalten muß.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolation von Hochspannungsgeräten,
bei denen um eine Elektrode eine Schicht aus dielektrisch hochwertigem, nicht dehnbarem
Material und darüber eine Schicht aus dehnbarem, elastischem Material vorgesehen
ist# bei dem alle die genannten Nachteile dadurch beseitigt sind, daß zunächst die
nicht dehnbare Schicht so locker aufgebracht wird, daß diese sich allen Unebenheiten
der Elektrodenoberfläche anpassen kann
und daß anschließend die
Schicht aus dehnbarem Material in Form einer Bandage aufgebracht wird. Ein dichtes
Anliegen,einer festen, hochwertigen aus Bändem oder Folien bestehenden Isolation
wird dadurch ermöglicht, daß auf eine Schicht dieser Isolation mit entsprechend
den Feldstärken gewählter Dicke eine hinreichend dünne, mechanisch dehnbare und
elastische Schicht, etwa aus elastischem Band, aufgebracht wird, -welche so straff
anliegt, daß die darunterliegende dielektrisch hochwertige Schicht in alle Unebenheiten
der Elektrode gedrückt wird und so die Elektrodenoberfläche dicht verkleidet. Indem
ab-
wechselnd dielektrisch hochwertiges und dielektrisch weniger hochwertiges,
aber dafür festes dehnbares Material vorgesehen wird, kann man beliebig dicke Isolierunuen
bestehend aus einer Schichtun- aus fester Isolation, die überall sehr straff anliegt,
herstellen.
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Ein Beispiel der Erfindung zeigt F i g. 1. Auf die Elektrode
1 wird etwa eine Papierisolation aus Kabelpapier 3 aufgebracht, die
sich noch nicht überall dicht, insbesondere an den konkaven Stellen 2 der Elektrode,
anlegt. Wird nun in der Art eines Kreuzverbandes auf das Kabelpapier 3 etwa
eine Lage Kreppapier 4 vorgesehen, derart, -daß bei gedehntem Aufwickeln das Kreppapier
unter mechanischer Spannung alle konkaven Stellen, jedoch auch konvexe Unebenheiten
abdeckt, so ist die darunterliegende hochwertige Papierisolation gezwungen, die
gleiche dichte Lage einzunehmen, da Papierisolation ja sehr nachgiebig ist, sobald
ein äußerer Druck vorliegt. Das hochwertige Dielektrikum wird so locker aufgebracht,
daß dieses sich allen Unebenheiten der
Elektrodenoberfläche anpassen kann,
indem die Isolation etwa aus sich überlappenden Einzelteilen, Streifen oder gefiedert
bzw, mit entsprechenden Einschnitten versehen ausgeführt wird.
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Es sind auch hochwertige andere Isolierfolien bekannt, die an Stelle
der Papierisolation verwendet werden könnten. Sie haben bei -sehr dünnen Schicht-en
eine sehr hohe spezifische Isolationsfestigkeit. Ihre Verwendung stößt jedoch -deshalb
auf Schwierigkeiten, weil sie entweder die gleiche Eigenschaft wie Papier haben,
sich nicht ohne Zwang allseitig anzuschmiegen, oder sie sind -sehr undurchlässig
für Gase, so -daß sich bei Verwendung dickerer Schichten solcher aufgebrachter Folienstreifen
Schwierigkeit-en bei der vollständigen Entfernung von Luft und Feuchtigkeit einstellen.
Ordnet man nun immer wieder dünne Schichten von gasdurchlässigem, dehnbarem Material,
wie es z. B. Kreppapier darstellt, innerhalb jener Folienschichtung an, so wird
neben der mechanisch festen und dicht anliegenden Auflage gleichzeitig auch eine
gute Entfernung von Luft und Feuchtigkeit, sowie eine gute Durchtränkung mit
Öl bei der Imprägnierung erreicht. Gleichzeitig wird der Wärmeübergang vielfach
günstiger, insbesondere dann, wenn man eine Bandageschicht mit geringerem Wärineübergangswiderstand
verwendet, als die dielektrisch hochwertige Schicht.
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Diese Erfindungsgedanken lassen sich mit der Anordnungeiner Isolation
kombinieren, die abwechselnd aus Papierschichten und ölkanälen besteht und insbesondere
für eine Wandlerisolation anwendbar ist. Der dort gewünschte Effekt wird durch Aufbringen
von dielektrisch weniger hochwertigem, aber sehr elastischem Material innerhalb
der einzelnen Schichten der Papierisolation, insbesondere direkt unterhalb und oberhalb
der Leisten, die den Ölkanal herstellen, vorteilhaft verwirklicht.
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Die dehnbare Isolation braucht dabei überhaupt keine selbstisolierenden
Eigenschaften zu haben, kann also sehr stark porös sein, wie das beim Kreppapier
der Fall ist. Nachder Durchtränkung mit Öl entstehen dann nämlich nur Ölspalte,
deren Tiefe gleich der Dicke jener Schicht ist, die also sehr gering ist. Solche
kurzen Ölstrecken haben aber eine sehr hohe spezifische dielektrische Festigkeit,
so daß sie unbedenklichvorkommen können. Daher braucht dieBandageschicht nicht geschlossen
zu sein, sondern kann aus einzelnen Elementen bestehen, zwischen denen Lükken vorhanden
sind.
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Man kann dann als Bandagematerial auch vollkommen gasundurchlässiges
Material verwenden, auch Isoliermaterial solcher Eigenschaft, welches sich sonst
nicht als geschlossene Isolation eignet, weil eine Entgasung und Tränkung dann nicht
mehr möglich ist. Es gibt viele solcher Kunststoffolien, welche, eine außerordentlich
hohe mechanische Festigkeit, verbunden mit Elastizität und Schmiegsamkeit besitzen,
so daß sie die gestellte Aufgabe gut erfüllen. F i g. 2 zeigt ein Beispiel
dafür, wie man solche Folien in Streifen anordnet in der Ansicht. 1, 3 und
4 sind dabei wiederum Elektrode, Isolierstoff und Bandage. Verlegt man diese Bandageschicht
als Äquipotentialhülle" so entstehen in der Längsrichtung überhaupt keine dielektrischen
Beanspruchungen. Will man die Bandageschicht überhaupt nicht spannungsmäßig belasten,
so legt man sie zwischen zwei leitende oder halbleitende Beläge. Die Bandaggeschicht
drückt dann gleichzeitig den unter ihr liegenden Belag fest auf seine zur Isolationsverkleidung
seiner Unterseite dienende feste Isolation auf. Die beiden Beläge können leitend
miteinander verbunden werden, so daß die Bandage selbst nicht spannungsbeansprucht
ist. Daher kann diese Bandage selbst aus einem metallischen Werkstoff bestehen,
beispielsweise eine Feder sein. Oberhalb dieser Bandaae und des oberen Belages befindet
sich dann wiederum eine Isolationsschicht.
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Verwendet man keine leitenden Beläge, so kann die Bandageschicht selbst
als ein solcher Leitbelag ausgeführt sein, der sich auf einem beliebigen, freien
Potential befinden kann und somit wie ein Kondensatorbelag spannungssteuernd wirkt.
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Diese gemischte Isolation baut man zweckmäßigerweise so auf, daß direkt
an den Elektroden eine so dicke Schicht des hochwertigen Isolierstoffes fest anliegt,
so daß innerhalb dieser Schicht die besonders hohen Feldstärken verlaufen. Die daraufliegende,
Halt- und Auflagedruck auf die Elektroden vermittelnde Bandageschicht ist möglichst
dünn und in ein Gebiet niedrigerer Feldstärken gelegt.
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Ein besonderer Vorteil -der zur Verfestigung dienenden elastischen
Bandageschicht ist, daß ein Kleben der isolierenden Papierschichten, welches ihren
festen Halt gewährleisten soll, diese Isolation aber dielektrisch verschlechtert,
nun nicht mehr erforderlich ist.
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Jene Bandageschicht braucht übrigens den Halt nur eine kurze Zeit
während des Wickeln-s und eventuell der Ofenbehandlung gewährleisten, da bei fertigestellter
Gesamtisolation, jene entweder von selbst die eingenommene Form behält, oder aber
durch äußere Maßnahmen eventuell mit Hilfe einer Halte-oder Preßvorrichtung in dieser
Form gehalten werden
kann. So kann man bei Wandlerwickeln durch
äußere nach vollständig durchgeführter Isolation aufgebrachte Schalen jene Form
festlegen. Aus diesem Grunde darf die Elastizität der Bandageschichten nach einiger
Zeit ermüden und nachlassen, nachdem ihre Haltefunktion nicht mehr erforderlich
ist. Als Material für die Bandage kann man daher die verschiedensten Fabrikate verwenden,
wie Gummi, Textil, Textil mit Gummieinlage, dehnbare Folien, Kreppapier oder ein
aus Fäden bestehendes Netz.
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F i g. 3 zeigt ein Beispiel für die Isolation einer Lötstelle.
Die Bezeichnungen 1, 3, 4 gelten wiederum für Elektrode, Isolation und Bandage.
Mit 5 ist das Lötmaterial bezeichnet.
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F i g. 4 mit den gleichen Bedeutungen für 1, 3, 4 zeigt
schließlich prinzipiell, wie man Isolation und Bandage gewöhnlich mehrere Male hintereinanderschaltet.
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F i g. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von F i
g. 1. Auf die Elektrode 1 sind mehrere sich überlappende Schichten
von Kondensatorpapier 3 gewikkelt, darauf eine Bandage 4, die den Halt gibt.
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Die so geschilderten Isolationsmöglichkeiten eignen sich besonders
für die Isolierung von Stromwan#dlerwickeln, die infolge ihrer vielfältigen Gestalt
immer Schwierigkeiten im Hinblick auf eine eng anliegende feste Isolation bieten.