DE316990C - - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
- H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges
- H01B17/44—Structural association of insulators with corona rings
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- Power Engineering (AREA)
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Description
Wenn man an die Enden eines beispielsweise zylinderförmigen Stabes aus Isolationsmaterial (Porzellan usw.) die Spannung einer
Stromquelle legt und die Spannung allmählich steigert, so tritt bei einer gewissen Spannung,
der sogenannten Anfangsspannung, zunächst an den Enden des Stabes Glimmentladung
auf. Beim weitern Steigern der Spannung breitet sich diese über den ganzen Mantel des
ίο Isolators aus und leitet schließlich den Überschlag
ein.
Daß sich die Glimmentladung zuerst an den Enden des Stabes ausbildet, deutet darauf
hin, daß dort die elektrische Feldstärke einen bedeutend höheren Betrag besitzt als z. B.
in der Mitte des Stabes; die angelegte Spannung verbreitet sich also nicht gleichmäßig über die ganze Länge des Isolators.
Ähnliche Erscheinungen treten auch bei den in der Technik verwendeten Isolatoren
auf. Da das Isoliermaterial durch die Glimmentladung stark angegriffen wird, ist ein Isolator
im Betrieb nur für Spannungen zu gebrauchen, die unterhalb der Anfangsspannung liegen. Aus
wirtschaftlichen Gründen ist es deshalb erwünscht, Einrichtungen an Isolatoren zu treffen,
durch welche die Werte für die Anfangsspannung in die Höhe gerückt werden,· oder
durch welche die Glimmentladung vollständig unterdrückt wird; denn dadurch kann ein und
derselbe Isolator für höhere Spannungen verwendet werden. Nach dem eben Dargelegten
ist dies dadurch möglich, daß man die Spannungsverteilung längs des Isolators in der
geeigneten Weise beeinflußt.
Eine Anordnung, die diesen Zweck erfüllt, ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Sie betrifft die Verwendung; von geeigneten Metallflächen, die an oder zwischen den Isolierkörpern
derart angebracht und bemessen sind, daß durch die von ihnen bewirkte Konfiguration
des elektrischen Feldes die Spannungsverteilung an den Isolatorkörpern die gewünschte
wird.
Die Bedingungen, denen die Kapazitätsflächen zu diesem Zweck genügen müssen,
ergeben sich aus folgenden theoretischen Grundlagen: Für ein System von η in irgendeinem
Dielektrikum angeordneten elektrischen Leitern (Metallflächen), die das Potential F1, F2,
F3 . . .Vn besitzen und an denen die Lade-,ströme
/,, J2, J3 . . . Jn mit der Periodenzahl.
— von außerhalb des Systems eintreten, gelten „
die folgenden Beziehungen zwischen Strömen j und Spannungen (vgl! H. Haus rath, die
Untersuchung elektrischer Systeme ■ auf Grundlage der Superpositionsprinzipien, Springer
1907):
._ Λ
Ii= C1(V1 —. Vn) + CV2(V2— Vn)+ : ■ ■ +C1 (η-D-(Fn-Ji-Fn);
= C12(F1 -r Vn) + C2 (F2 — Vn) + :·'··+ £,(»_,)(Fn-!- FB);
^-x = C1 (B _ D (F1 — Vn) -f C2 (B._ j, (F3 — Fn) +·.·.+ C(B _-;) (F^1 — Vn)
Dabei können noch die Koeffizienten C3 nach der Beziehung
C/ = — ^ C1Vc; (k = i)
ic=Ί
durch die —- Koeffizienten C^ ersetzt
werden. Diese, sind identisch mit den Kapazitäten des Vollständigen Ersatzschemas, die
in diesem Schema zwischen den Punkten i und k
liegen. Durch diese Koeffizienten ist unter gegebenen Betriebsbedingungen die Verteilung
der Spannungen bestimmt.
Man kann nun die Metallflächen derart dimensionieren und gegeneinander anordnen,
daß die Koeffizienten Werte erhalten, die eine gewünschte Verteilung der Spannungen auf
.den Metallflächen und hiermit auch auf und in. dem Isolator bedingen.
Sind z. B. die Metallflächen in der Reihenfolge ι bis. η hintereinander angeordnet, so
ergeben sich die Bedingungen für die beispielsweise auf diesen gleichmäßig verteilte Spannung,
indem man setzt: .
V1-Vn = H-V; V2-Vn =
I)-F; usw.
Wird ferner angenommen, daß an der Leiteroberfläche ι das Potential einer Hochspcnnungsleitung,
an η das der Erde liegt und daß an keiner weiteren Fläche eine Strömung von
außen in das System eintritt, so ergibt sich, wenn man zugleich die C; eliminiert und c
für u>C schreibt:
/1 = [cn -H 2C13 + 3C14 -(-..._(-(«_ 2)cj („ _!) + (» — I)C1n] · F;
O = [—c12 + C23 + C24 -f ■ ■ · -f (n — 3)c2(„__l) -f (« — 2)c2ll] ■ F;
(2)
O = [—(» — 2) C1(B^1)
Für η =4 ergibt sich z. B.
• · · C(„ _ 2) (H _ j
/1 = (Ca2 + 2C13+ 3C14) · F;
O = (—c12 + C23 + 2C24) · V;
O = (-2C18-C23 + C34) · F.
(3)
Nimmt man / und F als gegeben an, sq
kann man, da nur (n — 1) Bedingungen durch
.55 die Gleichungen gestellt sind, noch über
nln — ι) π τ r ■ r-
—!—^ η + ι Bedingungen frei verfugen.
. In der E. T. Z. 1914, S. 4141st vorgeschlagen,
die bei Hängeisolatorenketten auftretende ungleichmäßige Spannungsverteilung auf die
einzelnen Glieder durch je einen Metallschirm zwischen je zwei Isolatorglieder zu beseitigen
(Verwendung geschirmter Isolatoren). Dabei wird über die noch freien Bedingungen in
folgender Weise verfügt: 1. die Teilkapazitäten Cj(J-+!) sollen gegen die übrigen groß sein.
Setzt man diese Bedingung in das allgemeine Gleichungssystem (2) ein, so ergibt sich:
A = C12-F;
O = (— C12+ C23). F;
O = [—C{n _
Hieraus ergibt sich, daß bei Verwendung
ίο geschirmter Isolatoren die Spannungsverteilung
nur dann gleichmäßig ist, wenn 2. alle a (J+1)
einander gleichgemacht werden, was auch dort vorausgesetzt wird. Das wesentliche
Merkmal der dortigen Anordnung zur gleicL-mäßigen Verteilung der Spannung auf die einzelnen
Glieder . von Hängeisolatoren besteht also darin, daß jedes Glied eines Hängeisolators
mit einem Metallschirm versehen wird, und daß die Metallschirme unter sich gleich groß
und voneinander gleich weit entfernt sind. Um die notwendige Bedingung zu eriüllen,
daß die Teilkapazitäten c,- (;+1) groß gegen die
übrigen sind, müssen dabei die Metallschirme eine im Vergleich zum Umfang sehr große
Oberfläche besitzen. Dies bringt gewisse Nachteile mit sich: Abgesehen von den großen
Kosten für die Schirme und die längeren notwendig werdenden Mastausleger besieht die
Gefahr, daß die Ränder der Schirme in zu große Nähe zueinander kommen, wenn die
Isolatorenkette nicht vollständig gestreckt ist oder pendelt; dadurch wird leicht ein Überschlag
eingeleitet. Ferner hat man es nicht mehr in der Hand, den Kapazitätsstrom inncrhalb
gewisser Grenzen zu halten, die anderweitige Rücksichten fordern (Ladestrom des ganzen Leitungsnetzes).' Des weiteren haben
Versuche gezeigt,, daß ein zwischen zwei Schirmen entstehender Lichtbogen um so
weniger nach außen gegen die Ränder der Schirme zu getrieben wird, je größer die
Schirme gemacht werden; es besteht also die Gefahr, daß das Isoliermaterial vom Lichtbogen
getroffen, erhitzt und zerstört wird.
Endlich muß man die Porzellankörper der Isolatoren den Metallschirmen anpassen, wenn
man unter den Schirmen eine zweckmäßige Feldverteilung erreichen will.
In den Fig. 1 bis 8 sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angegeben, welche
sowohl bei Hängeisolatoren wie auch bei Stützisolatoren und Durchführungen anwendbar sind.
In Fig. ι bedeutet α einen beispielsweise
zylinderförmigen Isolator, auf den Metallscheiben b aufgeschoben oder in Rillen eingelassen
sind. Die Scheiben sind kreisförmig gezeichnet, sie können aber auch eine andere,
z. B. eine ovale Form haben. Sind die Scheiben untereinander gleich groß und von gleicher
Form, so müssen sie in verschiedener Ent(n-i,n]--'V. r
fernung voneinander angeordnet werden (Fig. 2),
sind sie dagegen verschieden groß oder von verschiedener Form, so können sie in gleicher
oder verschiedener Entfernung voneinander angeordnet werden. Der Isolator selbst braucht
keine zylindrische Form zu haben; zwischen den Platten können auch Rillen sein, der
Isolator kann auch glockenförmig ausgebildet sein oder irgendeine in der Technik gebräuchliche
Form haben. Die Metallscheiben werden dann auf die Mäntel aufgesetzt. ' Bei
solchen Isolatoren mit komplizierten Formen sind unter Umständen Metallscheiben verschiedener
Form nötig, z. B. glockenförmige Scheiben (Fig. 4), oder Scheiben mit konischem
Querschnitt (Fig. 5 und 6). Bei hohen Spannungen empfiehlt.es sich zur Vermeidung der
Strahlung die Scheiben. an den Rändern abzurunden oder zu verdicken (Fig. 4/5 und 6).
Ferner kann es zur Erhöhung der Wärmeabfuhr erwünscht sein, den Scheiben eine
möglichst große Oberfläche zu geben (Fig. 7).
Bei. Isolatoren für sehr hohe Spannungen
kann es erwünscht sein, den Isolator nicht aus einem Stück auszuführen, sondern aus
mehreren kleineren Isolatoren α zusammenzusetzen (Fig. 8). Die Metallscheiben dienen
dann zugleich als Befestigungsmittel für die Isolatoren, und zwar können die Isolatoren
mit. den Metallplatten fest verschraubt sein. Wendet man den Erfindungsgedanken auf die
bis jetzt gebräuchlichen Hängeisolatoren an, so muß man 1. die Metallschirme der einzelnen
Isolatoren verschieden groß machen, und zwar wird die Abstufung gewöhnlich derart sein,.
daß der kleinste Schirm am Aufhängepunkt,
der größte am' Leitungsträger sich befindet. Je nach der Höhe und Form des Porzellankörpers
eines Gliedes können 2. auch noch auf den Porzellankörpern eine oder mehr Scheiben angeordnet werden, so daß auf je
ein Glied des Hängeisolators mehrere Metallschirme treffen. ■
Vergleicht man die theoretischen Grundlagen der vorliegenden Erfindung mit denen
der Anordnung in der E. T.Z., so erkennt man folgendes: Es gilt auch hier das Gleichungssystem
(2), über die noch freien Bedingungen ist hier jedoch anders verfügt. Es sind also
hier weder die Teilkapazitäten c ^ +^2- groß
gegen die übrigen, noch unter sich gleich gemacht. Aus Fig. ι ist z. B. ersichtlich, daß
die Teilkapazitäten c,(, + 1) zum Teil kleiner
als die übrigen sind (mittlere Scheiben), zum Teil größer (Endscheiben), zum Teil gleich
groß, oder von der gleichen Größenordnung. Auf diese Weise ergeben sich eine Reihe von
Vorteilen für die vorliegende Erfindung. So hat man z. B. vollständig freie Hand in der Wahl
der Absolutwerte der Koeffizienten : Mit Rücksicht auf die zulässigen Dimensionen der
ίο Metallflächen und die Größe des Ladestromes
der ganzen Leitungsanordnung wird man die Koeffizienten möglichst klein hallen; man
darf jedoch nicht unter ein gewisses Maß gehen, damit nicht die Oberflächenleitfähigkeit
des Isolierkörpers die Spannungsverteilung zu sehr beeinflußt. Durch die kleineren Abmessungen
werden natürlich alle Nachteile der oben angegebenen Anordnung vermieden,
d. h. die Kosten der Metallscheiben und der Ausleger werden billiger, die Ränder können
• einander nicht zu nahe kommen, der Lichtbogen entsteht an den Rändern, das Isoliermaterial
ist also nicht gefährdet. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ferner
der, daß sich die ganze Anordnung ohne weiteres auch auf Tragisolatoren und Durchführungen
anwenden läßt. Dadurch, daß man über die Koeffizienten frei verfügen kann, kann die
Anordnung jeder Form von Isolatoren angepaßt werden, man braucht also nicht den Isolierkörper mit Rücksicht auf die Metallscheiben
zu formen, sondern kann ihn mit Rücksicht auf andere Forderungen (mechanitche
Festigkeit usw.) ausbilden. Endlich hat man es wegen der größeren Anzahl von Scheiben
und der freien Wahl der Abstufung nach Abstand, Größe und Form in der Hand, die Feldverteilung feiner und günstiger einzuregulieren.
Bei so komplizierten Formen -der Isolierkörper und Metallischen ist allerdings eine
exakte Berechnung mit Hilfe des Gleichungssytems nicht mehr ausführbar, aber auch nicht
erforderlich, da man durch experimentelle Untersuchungen leicht die Anordnung herausfinden
kann, welche die gewünschte Spannungsverteilung bewirkt. Im allgemeinen ist die Wirkung der Metallflächen um so besser, je
mehr sich ihre Flächen von denen entfernen, die ohne Metallflächen Äquipotentialflächen
waren.
Claims (2)
1. Anordnung zur Vermeidung von Vorentladungen
bei Isolatoren, gekennzeichnet durch im wesentlichen senkrecht zur Isolatoroberfläche
sich erstreckende Metallflächen, die bei gleicher Form und Größe in verschiedenen Abständen, bei verschiedener
Form oder Größe in gleichen oder verschiedenen Abständen voneinander angeordnet sind, so daß die Spannung auf
dem Isolator gleichmäßig verteilt wird.
2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator
aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, deren Zusammenhang mit den Metallscheiben
fest oder gelenkig sein kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE316990C true DE316990C (de) |
Family
ID=569663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DENDAT316990D Active DE316990C (de) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE316990C (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE963886C (de) * | 1951-03-13 | 1957-05-16 | Bbc Brown Boveri & Cie | Aus Gliedisolatoren aufgebauter ein- oder mehrbeiniger Stuetzisolator in Hoechstspannungsanlagen |
DE1102229B (de) * | 1959-06-30 | 1961-03-16 | Licentia Gmbh | Isolator fuer hohe und hoechste Spannungen |
DE1134436B (de) * | 1959-07-28 | 1962-08-09 | Fischer Ag Georg | Anordnung zur Vergleichmaessigung des Spannungsabfalles an Freileitungs-Isolatorenketten |
DE1160049B (de) * | 1959-05-06 | 1963-12-27 | Bayerische Schrauben Und Feder | Anordnung zur Vergleichmaessigung der Spannungsabfalles an einer Vollkernisolatorenkette mittels mindestens eines Steuergliedes in Form von Ringen |
-
0
- DE DENDAT316990D patent/DE316990C/de active Active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE963886C (de) * | 1951-03-13 | 1957-05-16 | Bbc Brown Boveri & Cie | Aus Gliedisolatoren aufgebauter ein- oder mehrbeiniger Stuetzisolator in Hoechstspannungsanlagen |
DE1160049B (de) * | 1959-05-06 | 1963-12-27 | Bayerische Schrauben Und Feder | Anordnung zur Vergleichmaessigung der Spannungsabfalles an einer Vollkernisolatorenkette mittels mindestens eines Steuergliedes in Form von Ringen |
DE1102229B (de) * | 1959-06-30 | 1961-03-16 | Licentia Gmbh | Isolator fuer hohe und hoechste Spannungen |
DE1134436B (de) * | 1959-07-28 | 1962-08-09 | Fischer Ag Georg | Anordnung zur Vergleichmaessigung des Spannungsabfalles an Freileitungs-Isolatorenketten |
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