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Schirmkörper für Transformatoren und Drosselspulen mit in den Isolierstoff
eingelegten leitenden Belägen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schirmkörper
für Transformatoren und Drosselspulen aus Isolierstoff mit eingelegten leitenden
Belägen, bei dem die leitenden Beläge unmittelbar an Schichten aus Isoliermaterial
angrenzen. Derartige Schirmkörper haben bekanntlich die Aufgabe, scharfkantige Teile
abzuschirmen, um vorzeitige Entladungserscheinungen zu verhindern.
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Infolge der Verschiedenheit der Wärmekoeffizienten der Bestandteile
des Schirmkörpers, d. h. durch Schrumpfung, sind meistens Risse nicht zu vermeiden,
in denen Ionisation und Entladungen stattfinden, die bis zur Zerstörung führen können.
Es ist bekannt, solche Risse in gewickelten oder geschichteten Isolierkörpern, z.
B. aus Papier und Kunstharz = Hartpapier, mit einem flüssigen, später erstarrenden
Isolierstoff, z. B. Paraffin, aufzufüllen.
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Weiter ist schon bekanntgeworden, bei diesen Körpern, um die Risse
an vorausbestimmten Stellen erscheinen zu lassen und sie dadurch unter Kontrolle
zu halten, künstliche Risse in Gestalt von Lagen aus ungetränktem und unbehandeltem
Papier einzuschichten, die das Nachtränkungsmittel bis tief in den Isolierkörper
einziehen.
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Bei derartigen Isolierkörpern mit Metalleinlagen, z. B. Kondensatordurchführungen,
bei denen naturgemäß die Gefahr der Rißbildung in der Grenzschicht zwischen Metalleinlage
und benachbarter Isolierstofflage am größten ist, besteht die Lösung darin, derartige
künstliche Risse im Gebiet zwischen den Metalleinlagen anzubringen, um die sonst
unvermeidlichen Schrumpfrisse direkt an den Metalleinlagen zu verhindern.
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Um Hohlräume und durch Hohlräume im elektrischen Feld verursachte
Ionisation zu vermeiden, ist es im Kabelbau bekannt, Isolationsschichten aus hohlraumfreiem
Isolierstoff, z. B. Zellulose-Äther, zubereitetem Zellstoff usw., vorzunehmen, die
dann ein- oder beidseitig mit einer elektrisch leitenden Schicht, z. B. durch Graphitieren,
Karbonisieren oder Metallisieren, versehen wird. Zur Isolation des Kabels werden
dann mehrere solcher Schichten ineinandergelegt. Diese hohlraumfreien Isolierschichten
stellen also den Isolierstoff zwischen zwei an Potential liegenden Elektroden -
den Leitbelägen. Sie sind teuer herzustellen und haben nicht dieselbe elektrische
Festigkeit wie gewickeltes Isolierpapier, so daß sich diese Technik nicht eingeführt
hat. Bei dieser bekanntgewordenen Kabeltechnik erscheinen die Hohlräume und Lufteinschlüsse
zwischen den leitenden Schichten der benachbarten hohlraumfreien Isolierschichten,
so daß an ihnen keine Spannung anliegt und sie keine Ionisation verursachen können.
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Diese Lufteinschlüsse befinden sich sonst meist an den Grenzstellen
zwischen den leitenden Einlagen und dem Isolierstoff bzw. an den Grenzflächen der
verschiedenartigen Isolierstoffe und können, wie ohne weiteres ersichtlich ist,
bei der Verwendung von mechanisch festem Isoliermaterial auch bei länger anhaltender
Vakuumbehandlung infolge der Materialdichte senkrecht zur Schichtfläche nur sehr
schlecht, zumindest aber nicht vollständig entweichen, so daß nur die relativ schmale
Stirnfläche des weichen Papiers übrigbleibt, durch dessen gesamte Schichtlänge die
Lufteinschlüsse hindurchwandern müssen. Aus diesem Grunde ist eine vollständige
Entgasung nur mit großem Aufwand zu erreichen.
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Ein weiterer Nachteil dieser Schirmkörper ist darin zu sehen, daß
durch die physikalisch verschiedene Beschaffenheit der aneinander angrenzenden Materialien,
also Weichpapier an Hartpapier bzw. umgekehrt, sich beispielsweise bei der Wärmebehandlung
verschiedene Formänderungen der betreffenden Materialschichten ergeben. Diese haben
auf der der Spannung zugekehrten Seite des Belages zur Folge, daß der leitende Belag
reißt oder daß zwischen Belag und Belagverkleidung Spalte entstehen, in denen dann
wieder Vorentladungen einsetzen können.
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Diese Nachteile lassen sich durch die vorliegende Erfindung vermeiden.
Diese besteht darin, daß bei einem Schirmkörper für Transformatoren und Drosselspulen
mit in den Isolierstoff eingelegten leitenden Belägen, die mit metallischen Leiterstreifen
zur Anlenkung und zur Stromableitung versehen sind, erfindungsgemäß das Trägermaterial
der leitenden Schicht aus demselben saugfähigen Isolierstoff besteht
wie
die dem Feld zugekehrte Seite der Isolierverkleidung des Schirmkörpers.
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Die leitende Schicht wird dadurch hergestellt, daß dasselbe Isolierpapier,
das für die Isolierung aufgewickelt wird, durch Tränken, Bestäuben, Bespritzen od.
dgl. mittels einer leitenden bzw. halbleitenden Substanz, wie Graphit oder Ruß,
leitend gemacht wird.
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Da diese dünnen und relativ schlecht leitenden Schichten nicht in
der Lage sind, größere Ströme zu führen, ist es schon bekannt, diese Schichten durch
ein kurzschlußwindungsfreies Gitterwerk von Metallstreifen zu hinterlegen, das die
Ströme an sich zieht und ableitet. Dieses Gitterwerk dient ebenfalls zur Anlenkung
der leitenden Schicht an ein gewünschtes Potential.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Isolierung und des Trägermaterials
der leitenden Schicht aus demselben Isolierstoff ist weitestgehend die Gewähr gegeben,
daß etwa infolge Wärmebeeinflussung entstehende Gestaltsänderungen der betreffenden
Materialien im Bereich der interessierenden Feldstärke gleichmäßig sind, wodurch
sich größere gegenseitige mechanische Spannungen an den übergangsstellen der beiden
Materialien, insbesondere zwischen Belag und Isolierstoff, vermeiden lassen.
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Diese Anordnung weist den weiteren Vorteil auf, daß jetzt etwa vorhandene
Gaseinschlüsse im interessierenden Feldstärkebereich auch senkrecht zur Schichtrichtung
des saugfähigen, also porösen Materials entweichen können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an Hand der
schematisch dargestellten Zeichnung im einzelnen noch näher erläutert.
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über den in F i g. 1 mit 10 bezeichneten Transformatorkern ist ein
Isolierzylinder 11 aus mechanisch festem oder auch aus saugfähigem Material geschoben,
auf den Schichten 12 aus saugfähigem Papier aufgebracht sind. Auf diesen Schichten
aus saugfähigem Papier 12 sitzt ein Leitbelag, der aus einer Lage mittels Graphit
oder Ruß leitend gemachten Papiers besteht und in einer Zylindermantelfläche 13
angeordnet ist. Auf diesen Leitbelag folgen wieder Schichten aus saugfähigem Material,
also etwa Papier, die im gezeigten Beispiel mit 14
bezeichnet und deren Stärke
jeweils zweckentsprechend wählbar sind. Es dürfte ohne weiteres einzusehen sein,
daß die äußeren Papierschichten, die als Isolationsverkleidung des Leitbelages dienen,
die Entfernung von Gasen und Feuchtigkeit vom Leitbelag bzw. von den entsprechenden
Zwischenräumen zwischen Leitbelag und den Isolierschichten I2 und 14 in radialer
Richtung -sehr begünstigen. Zur Anlenkung und zur Abfuhr der im Belag fließenden
Ströme werden auf der dem elektrischen Feld abgekehrten Seite des Belages metallische
Leiterstreifen vorgesehen.
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Grundsätzlich kann man, soweit es die mechanischen Verhältnisse zulassen,
auf Schichten aus mechanisch festem Material auch verzichten. In diesem Fall können
die Gaseinschlüsse auf beiden Seiten des Belages senkrecht zur Schichtrichtung austreten,
so daß auf beiden Seiten eine hohe dielektrische Festigkeit erreicht wird. Solche
Beläge wird man dann verwenden, wenn beide Flächen des Belages spannungsbeansprucht
sind, wie es z. B. bei Schilden zwischen zwei Lagen oder innerhalb der Hauptisolation
zwischen Ober- und Unterspannungswicklung oder zwischen Wicklung und Kessel zutrifft.
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In diesem Fall müßten die metallischen Streifen zur Abfuhr der im
Belag fließenden Ströme auf beiden Seiten von je einem leitenden Belag abgedeckt
werden, damit die Streifenkanten nicht die Ursache von hohen Feldstärken sind.
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Ein solcher Doppelbelag ist in F i g. 2 schematisch dargestellt. 17
und 19 sind dabei die beiden leitenden Beläge, zwischen denen die Metallstreifen
18 zur Stromableitung angeordnet sind. Die leitenden Beläge sind auf beiden Seiten
eingebettet und isolierverkleidet. Die Verkleidung wird gebildet aus den saugfähigen
Schichten 15 und 16.