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Endverschluß für Hochspannungskabel verschiedenen Aufbaues
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Die Erfindung betrifft einen universell einsetzbaren Endverschluß
für elektrische Hochspannungskabel'nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieser
Endverschluß dient für den Einsatz.mit Hoch- oder Höchstspannungskabeln verschiedener
Dimensionen und/oder unterschiedlicher Bauart, z.B. mit Öl-, Papier/Masse-oder Kunststoff-isolierten
bzw. Öl- oder Gas-Druckkabeln.
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Es ist schon seit langem bekannt (GB-PS 228 525), bei Kabelendverschlüssen
für Höchstspannungskabeln das elektrische Feid mit Hilfe von Kondensatoreinlagen
in der Endverschlußkeule linear zu steuern, gegebenenfalls in Verbindung mit einer
in deren Fußbereich ausgebildeten, felderweiternden Elektrode.
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Die Herstellung solcher Endverschlukeulen ist jedoch aufwendig und
erfordert große Geschicklichkeit des Monteuers, da die Keule am Montageort aus Bändern
erstellt, sowie in einen Isolierkörper eingebaut, und dieser mit entsprechenden
Endarmaturen ausgestattet werden muß.
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Im Hinblick auf unterschiedliche Kabeltypen, z.B. kunststoffisolierte
oder öl- bzw. gasdruckisolierte Hoch- und Höchstspannungskabel verschiedener Dimensionen,
ist aber auch die Lagerhaltung einer Vielzahl von unterschiedlich bemessenen und/
oder gestalteten Isolierkörpern, Armaturen und sonstigen für den Aufbau eines solchen
Endverschlusses notwendigen Teilen erforderlich.
Es versteht sich,
daß auch dies den Herstellungsaufwand von Kabe)endverschlüssen für Kabel unterschiedlichen
Aufbaues und/oder Dimensionen erheblich erhöht Ein in jüngerer Zeit aus DE-GM 80
21 618 beksnntgewordener Endverschluß für polyäthylenisolierte Hochspannungskabel
weist - ähnlich dem vorausgehend beschriebenen Endverschluß -eine das Leiterende
umgebende Abschlußkeule auf, die unter Einfügung von leitenden Einlagen zur kapazitiven
Feldsteuerung lagenweise aus Bändern aufgebaut,und anschließend verschweißt und
vernetzt ist, so daß sie einen einheitlich homogenen Körper bildet. Dieser ist im
unteren Bereich konisch gestaltet und mit einer felderweiternden Elektrode in Form
einer dort aufgebrachten Schicht aus halbleitenden Bändern und einer darüber gewickelten
Schicht aus Kupferdraht bzw. Litze versehen. Diese Elektrode wird bei der Montage
mit der Abschirmung des Kabels elektrisch leitend verbunden und somit geerdet. Ebenso
wie bei dem aleren Endverschluß ist auch hierbei die Herstellung der Endverschlußkeule
mit erheblichem Arbeitsaufwand und zugleich, da montageabhängig, mit einem Unsicherheitsfaktor
verbunden. Desgleichen sind um die Wickelkeule ein äußerer Isolierkörper und entsprechende
Endarmaturen erforderlich, die ebenfalls in verschiedenen Größen und Ausführungen
auf Lager gehalten werden müssen, mit dem vorerwähnten Nachteil.
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Schließlich ist auch noch ein im Baukastensystem aus im weseitlichen
gleichgestalteten Teilen zusammensetzbarer Endverschluß mit kapazitiver Feldsteuerung
sowie einer felderweiternden Elektrode im Fußbereich aus DE-OS 21 54 082 bekannt.
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geworden. Dieser Endverschluß besteht, abgesehen von den Endarmaturen,
im wesentlichen aus einer die Isolierung eines abzuschließenden Kabelendes umgebenden
flexiblen isolierenden Hülle, die von einer kapazitiven Feldsteuerung in Form einer
Vielzahl von abwechselnd angeordneten leitenden bzw. isollerenden
Ringscheiben
zusammengesetzt ist. Diese sind in bezug auf die Kabelachse in radialen Ebenen,
quasi in Reihenschaltung übereinander angeordnet, wobei die oberste der leitfähigen
Scheiben mit der leiterpotentialaufweisenden Kopfarmatur, und die unterste leitfähige
Scheibe über eine zweiteilige felderweiternde Elektrodenanordnung, welche ihrerseits
aus einem leitfähig gemachten und einem isolierenden Kunststoffformteil besteht,
mit der geerdeten Fußarmatur bzw. der äußeren Leitschicht des Kabels verbunden sind.
Die gesamte Kondensatoranordnung ist in einem äußeren Isolierkörper eingeschlossen,
der seinerseits aus mit mechanischen Verbindungseinrichtungen, z.B. Bajonettverschlüssen
oder Schraubverbindungen, vorgefertigten und so zussmmenachließbaren Teilringen
aus einem geeigneten Gießharz bzw.-Gemisch zusammengesetzt ist.
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In einer Ausführungsform ist dieser Endverschluß aus einer Mehrzahl
von vorgefertigten Ringteilen, bestehend aus je einem Abschnitt des Außenisolators
sowie einem Abschnitt der inneren flexiblen Isolierhülle und einer Mehrzahl von
koaxial dazwischen angeordneten Kondensatorlementen, zusammengesetzt, welche zu
deren elektrisch und mechanisch festen sowie flüssigkeitsdichten Zusammenschluß
ausgebildet sind. In einer weiteren Ausführungsform dieses Endverschlusses kann
die flexible innere Isolierhulle so bemessen sein, daß zwischen ihrer Innenfläche
und der Oberfläche der Kabelisolierung ein Ringspalt verbleibt, welcher mit Öl gefüllt
ist, wobei in der Kopfarmatur ein Vorrats- bzw. Expansionsraum für das Isolieröl
eingebaut ist.
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Der besagte Endverschluß läßt sich aus den vorgefertigten Teilen in
verschiedenen Längen zusammensetzen, die bausteinartig miteinander verbunden werden
können, um eine das Feldpotential allmählich und im wesentlich linear abbauende
EndverschluS-garnitur zu bilden, entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen,
wie Spannungshöhe, Luftfeuchtigkeit etc. Die so geschaffene Anpassungsfähigkeit
dieses Endverschlusses bedingt jedoch schwerwiegende Nachteile, deren wesentlicher
darin liegt, daß eine Vielzahl von radial angeordneten Kondensatorelementen
erforderlich
ist, um den Feldlinien-Durchgriff zu begrenzen und eine ausreichende Feldsteuerwirkung
zu erreichen.
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Dies sowie das Erfordernis der Ausbildung sowohl der Kcndensatorelemente
als auch der übrigen Baukastenteile dieses bekannt ten Endverschlusses und seiner
Endarmaturen mit kompliziert gestalteten Verbindunge- und Zusammenschlußeinrichtungen
füh ren jedoch zu einem so hohen Herstellungsaufwand, daß hierdurch der Vorteil
einer weitgehenden Anpassungsfähigkeit des Endverschlusses an unterschiedliche Betriebsbedingungen
mehr als aufgewogen wird. Ein weiterer Nachteil dieses Endverschlusses liegt darin,
daß die radiale Anordnung der Kondensatorelemente zu einer raumaufwendigen Konstruktion
mit großem Durchmesser führt, weshalb er aus Platzgründen für viele Anwendungszwecke,
z.B an Transformatoren- und/oder Hochspannungsschalter-Gehäus en nicht einsetzbar
ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen universell einsetzbaren, das
elektrische Feld möglichst linear steuerns den Endverschluß mit möglichst geringen
Abmessungen zu schaffen, der die erforderliche elektrische und mechanische Festigkeit
in hohem Maße aufweist, wobei der Übergang von der äußeren Leitschicht eines abzuschließenden
Kabels zu der kapazitiven Feldsteuerung des Endverschlusses unter Vermeidung einer
unzulässig hohen Feldkonzentration gewährleistet ist, und hierzu ein Baukastensystem
mit einer geringen Anzahl vorgefertigter Bauteile anzugeben, das eine problemlose
Anpassung dieses überganges und somit des Endverschlusses an Kabel unterschiedlicher
Art und/oder Dimensionen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erwindung
gelöst. Dieser liegt der Gedanke der funktionsmäßigen und räumlichen Aufteilung
bzw Trennung des Endverschlusses in einen das Feld kapazitiv steuernden, mechanisch
und elektrisch
festen, starren Isolierkörper und einen diesem
zugeordneten, an verschiedene Kabltypen und -Durchmesser anpassungsfähigen, felderweiternden
Bauteil zugrunde.
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Weitere Ausgestaltungen und verschiedene Ausführungsvarianten der
Erfindung sind mit den Unteransprüchen 2 bis 13 angegeben, von welchen die Ansprüche
2 und 3 die Ausgestaltung des Isolierkörpers dieses Endverschlusses und die Ansprüche
4 bis 7 verschiedene Ausführungsvsrianten des diesem im Fußbereich zugeordneten
Bauteiles betreffen. Die Ansprüche 8 bis 10 beziehen sich auf Einrichtungen im Fußbereich
des Endverschlusses für dessen Einsatz mit anderen als kunststoffisolierten Kabeltypen,
z.B. Öl- oder Papier/Masse-Kabel, während die Ansprüche 11 bis 13 Mittel angeben,
um die Außenfläche des Isolierkörpers besonders beständig und kriechstromfest sowie
gegenüber Umweltbedingungen unempfindlich zu machen.
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Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem darin, daß mit gegenüber
dem Stand der Technik wesentlich einfacheren, montagefreundlicheren und somit wirtschaftlicheren
Mitteln der lineare Feldabbau im Kabelendbereich bewirkt wird, wobei sich die Ausbildung
und Anordnung einer Endverschlußkeule oder dergleichen innerhalb des Isolierkörpers
erübrigt. Dies bringt den weiteren Vorteil einer raumsparenden schlanken Bauweise
mit sich, welche den problemlosen Einsatz dieses Endverschlusses an Transformator-
oder Schaltergehäusen bzw. sonstigen elektrischen Geräten mit geringer Anschlußfläche
ermöglicht.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfintlung liegt in der vielseitigen
Anpassungsfähigkeit dieses Endverschlusses als Folge der besonderen Ausgestaltungen
seines dem Fuß des Isolierkörpers auswechselbar zugeordneten und in diesem Bereich
das elektrische Feld im Einklang mit der kapazitiven Feldsteuerung des Isolierkörpers
erweiternden Bauteiles. Es genügt somit die Lagerhaltung einer geringen Anzahl nur
hinsichtlich der vorgesehenen Betriebsspannungsbereiche unterschiedlich
bemessener
Isolierkörper sowie einiger Typen des dem Isolatorfuß zugeordneten Bauteiles für
alle üblichen Kabeltypen und -dimensionen.
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Wesentlich ist hierzu, daß die kapazitiven Feldsteuerelemente als
einander in Abständen übergreifende koaxiale Kondensatorb einlagen innerhalb der
Wandung des mechanisch festen und starren, vorzugsweise zylindrischen Isolierkörpers
angeordnet sind, der eine Kopfarmatur trägt, und an dessen Fußbereich eine Fußarmatur
befestigt ist, und daß ihm ein Bauteil auswechselbar zugeordnet ist, das sowohl
mit einer felderweiternden Elektrode als auch mit einem Abstandadapterabschnitt,
bzw.
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- für eine refraktive Felds teuerung, deren Einsatz mit Mit teil spannungskabeln
an sich bekannt ist - ohne Elektrode als felderweiterndes Adaptionsteil ausgebildet
ist.
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Der Isolierkörper ist aus einem nichtkeramischen Werkstoff, z.B. einem
Gießharz, Hartpapier oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff als Hohlzylinder
mit einer sich radial auswärts erstreckenden'rotationssymmetrischen Ausnehmung im
Inneren seines Fußbereiches ausgebildet 7 welche der Aufnahme des zugeordneten Bauteiles
dient. Die Ausnehmung ist entsprechend der Außenkontur des zugeordneten Bauteiles
bemessen und gleich diesem an ihrer oberen Begrenzungsfläche kegelig sowie an ihrer
äußeren Begrenzungsfläche zylindrisch oder leicht konisch ausgestaltet und zumindest
über einen Abschnitt der letzteren elektrisch leitfähig gemacht. Das zugeordnete
Bauteil kann je nach dem Verwendungszweck des Endverschlusses verschiedentlich ausgestaltet
sein, wie nachstehend näher erläutert ist.
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Vorteilhaft ist ferner die Umhüllung des Isolierkörpers mit einem
besonders kriechstromfesten Isolierstoff, z.B. einem Silikonkautschuk, wobei die
Hülle, insbesondere für den Ein satz in Freiluft, auch mit hiervon abstehenden,
mechanischen Schirmen ausgebildet sein kann,
Nachstehend ist die
Erfindung unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile derselben anhand von in
der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen im Halbschnitt: Fig. 1 einen für den Einsatz
mit einem kunststoffisolierten Hochspannungskabel adaptierten Endverschluß Fig.
2 eine für den Einsatz mit einem Papier/Masse-isolierten Kabel adaptierte Ausführungsvariante
desselben, Fig. 3 eine im Fußbereich für eine refraktive Feldsteuerung eingerichtete
Ausführungsvariante Fig. 4 eine Ausführungsvariante des Endverschlusses mit teilweise
in den Isolatorfuß verlegter felderweiternder Steuerung, Fig. 5 den Endverschluß
der Pig. 4 mit refraktiver felderweiternder Steuerung, Fig. 6 eine Ausführungsvariante
mit zugeordnetem kegeligen Bauteil, Fig. 7 einen Endverschluß der gleichen Art,
der für den Einsatz mit öl- oder auch gasdruckisolierten Kabeln eingerichtet ist.
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In allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- bzw. Anwendungsvarianten
des Endverschlusses sind sein zylindrischer oder leicht konischer Isolierkörper
mit 1, und ein ihm zugeordnetes felderweiterndes Bauteil mit 2 bezeichnet. Eine
Kopfarmatur 3 und eine Fußarmatur 4 kennen auf dem Isolierkörper auf verschiedene
Weise angeordnet, bzw. an dessen Fußbereich 11 befestigt, z.B. in dessen Wandung
teilweise eingesetzt, daran festgeklebt, oder am Fußende angeschraubt sein, wie
dies insbesondere in den Fig. 1 bzw. 2 angedeutet ist. Hierzu können bei der Anfertigung
des Isolierkörpers 1 Gewindebuchsen in dessen Fußbereich 11 eingesetzt werden. Wesentlich
ist bei diesem Isolierkörper 1 die Anordnung einander konzentrisch
übergreifender
kapazitiver Feldsteuerelemente 5 in dessen Wandung. Die Anzahl dieser Elemente ,
die aus Metallfolie, leitend gemachter Kunststoffolie, Ruß- oder Graphitschichten9
in Lagen gewickelten Metallfasern oder dergleichen bestehend können, richtet sich
nach der vorgesehenen Länge des Isolierkörpers bzw. dem Spannungsbereich, für den
er ausgelegt ist Sie kann für den Einsatz mit Höchstspannungskabeln bis zu 20 betragen.
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Der Isolierkörper 1 ist als Hohlzylinder oder Hohlkegel mit einer
sich von dessen zentraler Durchgangsöffnung in seinem Fußbereich 11 radial auswärts
erstreckenden Ausnehmung 7 ausgebildet. Diese ist an ihrer oberen Begrenzungsfläche
9 kegelig, sowie an ihrer äußeren Begrenzungsfläche 8 zylindrisch oder weicht konisch
ausgestaltet. Die äußere Begrenzungsfläche 8 ist zumindest über einen Abschnitt
10 der letzteren elektrisch leitfähig gemacht. Dementsprechend ist auch das in diese
Ausnehmung 7 einsetzbare, dem Fußbereich 11 des Isolierkörpers 1 auswechselbar zugeordnete
Bauteil 2 ausgebildet Dieses ist zugleich, z,B. mit einer felderweiternden Elektrode
12, zur Verhinderung des Auftretens einer unzulässig hohen elektrischen Feldstärke
in diesem Bereich 9 und zum Ausgleich von Querschnittsdifferenzen zwischen der Isolierung
eines abzuschliessenden Kabels 21 und der Durchlaßöffnung les Isolierkörpers 1 eingerichtet.
Der elektrisch leitfähige Abschnitt 10 der äußeren Begrenzungsflache 8 der rotationssymmetrischen
Ausnehmung 7 des Isolierkörpers 1 geht unmittelbar in das äußerste bzw.
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unterste kapazitive Feldsteuerelement 5 des Isolierkörpers 1 über.
Der leitfähige Abschnitt 10 kann - über die felderweiternde Elektrode 12 des Bauteiles
2 - der leitenden Durchverbindung dieses kapazitiven Steuerelementes 5 mit der die
Abschirmung eines abzuschließenden Hochspannungskabels 21 bildenden äußeren Leitschicht
14 desselben dienen. Wie in Fig. 3 und 5 gezeigt ist, kann dieser leitfähige Abschnitt
10 aber auch als Außenelektrode eines refraktiven Feldsteuersystems in diesem Bereich
dienen, wobei zusätzlich eine leitfähige Verbind dung zwischen dem Abschnitt 10
und er äußeren Leitschicht 14
eines abzuschließenden Kabels 21
eingerichtet wird.
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Bei einer in Fig. 4 und 7 gezeigten Variante des Isolierkörpers 1
ist in dessen Fußbereich 11 ein Stück des Bauteiles 2 mit wenigstens einem Abschnitt
15 seiner felderweiternden Elektrode 12 integriert, wobei der Adapterabschnitt des
Bauteiles 2 als gesondert auswechselbares Adapterstück 13 ausgebildet ist. Für den
Einsatz des Endverschlusses mit kunststoffisolierten Kabeln ist das Bauteil 2 aus
einem isolierenden oder leitfähig gemachten elastomeren Kunststoff vorgefertigt
und an seiner im wesentlichen konischen, vorzugsweise konkav gekrümmten Unterfläche
mit einer elektrisch leitenden Schicht 6 als felderweiternde Elektrode 12 ausgebildet.
Das Bauteil 2 bzw. das Adapterstück 13 kann aus einem elastomeren, gegenüber dem
Isolieröl vorzugsweise unempfindlichen Isolierstoff vorgefertigt sein.
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In dieser Ausführungsform kann das Bauteil 2 bzw. das Adapterstück
13 als refraktives Feldsteuer- und Adaptionsteil aus einem elastomeren Isolierstoff
vorgefertigt sein, der gegenüber jenem des Isolierkörpers 1 und der Kabelisolierung
eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante aufweist. Als solcher kommt z.B.
ein Kunststoff auf Äthylen-Propylen-Kautschukbasis in Betracht.
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Für den Abschluß von Höchstspannungskabeln aller Arten ist das Bauteil
2 bzw. das Adapterstück 13 zumindest in seinem im wesentlichen trichterförmig, vorzugsweise
mit einer konkaven Krümmung ausgestalteten unteren Bereich elektrisch leitfähig
gemacht, z.B. mit einer die felderweiternde Elektrode 12 zumindest teilweise bildenden
elektrisch leitenden Schicht 6 ausgebildet.
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Hingegen ist für den Einsatz des Endverschlusses mit Papier/ Masse-
oder dergleichen isolierten Kabeln, z.B. Ölkabel oder Gasaußendruckkabel, die Ausbildung
dieses Bauteiles 2 bzw.
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Adapterstückes 13 als sich auswärts im wesentlichen konisch
verjüngender
Wickel aus isolierendem Band, z.B. Papier-, bepppapier- oder Kunststoff-Folienband
vorgesehen, auf dessen konkav gekrümmter Unterfläche als felderweiternde Elektrode
12 die elektrisch leitende Schicht 6, z.B. aus Rußpapier oder Kupfergewebeband,
angeordnet, insbesondere aufgewickelt ist.
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Ein solcher Wickel kann problemlos in der gewunschten Form und Dicke
erstellt werden. Er bringt den Vorteil seiner Öl= oder Masse-Durchlässigkeit mit
sich, so daß sich besondere Maßnahmen für den Durchsatz von Öl oder Masse erübrigen.
Aus dem freien Ende der Kabelisolierung austretendes Öl oder Masse füllt den ringiörmigen
Spaltraum 23 innerhalb der Durchlaßöffnung des Isolierkörpers 1 und durchsetzt das
als Bandwickel ausgebildete zugeordnete Bauteil 2. Das Öl bzw. die Masse gelangt
in einen öl- oder massegefüllten EabeleinfLihrungstrichter 16, der an die Fußarmatur
dicht aneschlossen, z.B. an den Fuß des Isolierkörpers 1 bzw. an der Grundplatte
dicht angeschraubt oder an der letzteren angelötet bzw. angeschweißt ist, und über
einen Nippel 22 mit einem nicht gezeigten Expansionsgefäß für die Isoliermasse bzw.
das Isolieröl verbunden werden kann.
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Bei den Ausführungsvarianten dieses Endverschlusses mit dem aus einem
alastomeren Ieolierstoff vorgefertigten Bauteil 2 ist für den Einsatz mit Ölkabeln
oder dergleichen zumindest ein vom Inneren des Kabeleinführungstrichters 16 zum
ringförmigen Spaltraum 23 im Inneren des Isolierkörpers 1 führender Kanal 17 vorgesehen.
Dieser kann in Form einer durchgehenden, gegebenenfalls zur Achsrichtung des Endverschlusses
geneigten Bohrung im Fußbereich 11 des Isolierkörpers 1 oder durch das Bauteil 2
bzw. das Adapterstück 13 führende Bohrung oder auch zwischen Längsnuten 18 an der
Mantelfläche des Bauteiles 2 und/oder der dieser anliegenden Begrenzungsfläche 8
im Inneren des Isolierkörperfußbereiches 11 ausgebildet sein, wie dies in Fig. 7
gezeigt ist. Besonders vorteilhaft ist der Kanal 17 im wesentlichen mit wendelförmigem
Verlauf gestaltet, so daß einmal der Weg des ölgefüllten Kanales wesentliche länger
ist, als bei geradem Verlauf desselben, welcher im wesentlichen dem
Verlauf
der Feldlinien folgt, und sich der Verlauf des Kanales 17 hierbei vom Verlauf der
Feldl-ien wesentlich unterscheidet.
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Die Vorabausbildung mit den Ölkancilen 17, 18 bringt erhebliche Montagevorteile,
da sich Wickelarbeiten .s Montageort erübrigen.
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Insbesondere für den Freilufteinsatz kann der Isolielkörper 1 an seiner
Mantelfläche vorteilhaft mit einer sich von der Kopfarmatur 3 bis an die Fußarmatur
4 erstreckenden Hülle 19 aus einem besonders kriechstromfesten Isolierstoff, z.B.
einem Silikonkautschuk, umschlossen, und diese in Abständen mit kriechstromfesten
Schirmen 20 bestückt sein. Wenn die kriechstromfeste Hülle 19 aus mit je einem Schirm
20 vorgefertigten und vorzugsweise mit dem gleichen Isolierstoff dicht miteinander
verbundenen Abschnitten zusammengesetzt ist, bildet sie einen absolut dichten Überzug
an der Oberfläche des Isolierkörpers 1, der dessen Kriechstromfestigkeit und Lebensdauer
sehr wesentlich erhöht.
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