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Abschirmelektrode für Hoch- oder Höchstspannungsgeräte
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Die Erfindung betrifft eine Abschirmelektrode für Hoch-oder Höchstspannungsgeräte
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Abschirmelektroden dieser Art sind beispielsweise durch die DE-OS
21 44 498 bekanntgeworden und sie bestehen im wesentlichen aus einer Vielzahl von
einzeln herzustellenden teller- oder polygonförmigen Elektroden, für deren Befestigung
und Abstützung stets ein besonderes, apparate-oder anlagegebundenes Gerüst aus tragfähigen
Eonstruttionsteilen erforderlich ist. Wenn bei dieser vorbekannten Anordnung wegen
der erforderlichen Abmessungen die Abschirmelektrode und das Traggerüst aus transporttechnischen
Gründen auch in Einzelteile zerlegbar sind, so ist der Aufbau materialaufwendig
und der Zusammenbau an der Baustelle relativ kompliziert und zeitraubend.
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Durch die DE-AS 22 62 537 ist es ferner bekanntgeworden, eine form-
und spannungsfeste Abschirmung aus vorgefertigten Teilen ohne komplizierte Verbindungs-
und Tragekonstruktionen aufzubauen, wobei die Teile zum Abschirmen so ausgebildet
sind, daß sie sich ohne Hilfsteile zu verschieden geformten Körpern zusammensetzen
lassen und
ihre Verbindungsstellen frei von Spannungsfeldkonzentrationen
sind. Hierzu werden einteilige, rohrförmige Gerad-und Bogenstücke hergestellt, die
nach ihrer Herstellung durch Aneinanderreihung zur e#ndgültigen Abschirmelektrode
zusammengesetzt werden. Es handelt sich hierbei somit um rohrförmige, d.h. ringsum
völlig geschlossene Einzelteile, die, abgesehen von einem verhältnismäßig großen
Materialaufwand noch den Nachteil aufweisen, daß es keine Öffnung zum Mittelpunkt
des Abschirmdurchmessers hin gibt.
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Darüber hinaus müssen die einzelnen Rohrstücke in Spezialvorrichtungen
nach mehreren Richtungen hin gedrückt oder geprägt werden.
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Sowohl bei Änderungen des Abschirmdurchmessers als auch bei Änderung
der Elektrodenradien sind neue und bei großen Elektroden recht aufwendige Werkzeuge
erforderlich, so daß der konstruktive und fertigungstechnische Aufwand bei diesen
vorbekannten Anordnungen erheblich ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Abschirmelektrode
der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau der Elektrodeneinzelteile
eine Vielzahl von Elektrodenformen bei geringem Montageaufwand hergestellt werden
kann, wobei gleichzeitig der Transportaufwand für die Elektrodeneinzelteile gering
sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Mit dem Gegenstand der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt,
daß eine sich selbsttragende und verwindungssteife Abschirmelektrode geschaffen
wird, deren Beplankung aus Blechzuschnitten besteht, deren Form und Blechstärke
sich aus der räumlichen Lage der Spanten ergibt, so daß man eine vollständige oder
wenigstens annähernd vollständige Umhüllung bzw. Abschirmung der Räume zwischen
den Spanten erhält. Durch Anderung des Zuschnittes der Beplankungen lassen sich
Abschirmelektroden mit beliebigen Durchmessern herstellen, während unterschiedliche
Formen der Spanten unterschiedliche Radien der Abschirmelektrode ergeben. Alle Spanten
einer bestimmten Elektrodenausführung sind vorzugsweise gleich, d.h. unabhängig
von der Beplankung ausgebildet. Damit kann der Aufwand für die Werkzeuge zur Herstellung
der Spanten gering gehalten werden. Die Elektrodeneinzelteile, nämlich die Spanten
und die Beplankungen lassen sich als ebene Teile platzsparend aufeinander- oder
ineinandergeschichtet transportieren. Insbesondere können Spezialwerkzeuge zum Drücken,
Hammer oder anderweitigen Verformen der Elektrodenoberfläche entfallen. Man erhält
eine völlig glatte Oberfläche der Elektrode, wodurch unerwünschte Spannungsfeldkonzentrationen
vermieden werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
erfaßt.
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An Hand der Zeichnung werden an Ausführungsbeispielen weitere Einzelheiten
und Vorteile der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Teilausschnitt einer Abschirmelektrode mit
quergeschnittenen Spanten gemäß der Erfindung; Fig. 2 die Seitenansicht eines C-förmigen
Spantes mit angedeuteter Beplankung und Trennebenen für die ein- oder mehrfache
Unterteilung eines Spantes; Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Kopfstück eines Spantes
mit den Auflageflächen der zu beiden Seiten sich anschließenden Beplankung, wobei
der Spant selbst aus zwei Förmigen Spantenteilen zu einem T-förmigen Spant zusammengesetzt
ist; Fig. 4 Abwicklungen von Blechzuschnitten, die zwischen je zwei Spanten angebracht
werden; Fig. 5 die teilkreisförmige Anordnung von C-förmigen Spanten, deren Längsmittelebenen
IM sich im gemeinsamen Mittelpunkt MP treffen; Fig. 6 eine Abschirmelektrode mit
nach außen hin geöffneten C-förmigen Spanten zur Abschirmung einer Wanddurchführung;
Fig. 7 eine geänderte Ausführungsform für T-förmige Spanten mit zusätzlicher Beplankung
im Mittelteil des Topfes; Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Abschirmelektrode
zur Abschirmung der Verbindungsstelle zweier Prüftransformato ren in Kaskadens chaltung
und Fig. 9 eine Ansicht und teilweise einen Längsschnitt durch eine halbkugelförmige
Kopfelektrode eines Prüftransformators.
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In Fig. 1 ist ein Teil einer vorzugsweise zylindrisch geformten Abschirmelektrode
in der Abwicklung dargestellt. Die Abschirmelektrode 1 besteht im wesentlichen aus
den doppel-L-förmigen oder T-förmigen Spanten 2, 3, die mit rechteckigen, doppeltrapezförmigen
oder wenigstens annähernd doppeltrapezförmigen Blechzuschnitten als Beplankung 4
verbunden sind. Als Bleche hierfür eignen sich insbesondere korrosionsbeständige
Stahlbleche, aber auch Bleche aus elektrisch gut leitfähigem Material, wie Kupfer,
Aluminium, Legierungen hieraus oder dergleichen. Auch mit Metallüberzügen kaschierte
Kunststoffe können eingesetzt werden.
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Die doppel-L-förmigen Spanten 2 bestehen aus zwei in der Seitenansicht
vorzugsweise C-förmigen, O-förmigen, ovalen oder elliptischen, ruckenseitig an den
T-ngsschenkeln Lts T2 aneinandergelegten Spantenteilen 5, 6, die - wie aus Fig.
3 ersichtlich - mittels Schrauben 7 lösbar miteinander verbunden sind. Grundsätzlich
sind auch andere lösbare Verbindungen für die Spantenteile 5, 6 denkbar. Die Spanten
2, 3 selbst bestehen vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl, Stahllegierungen oder
aus Aluminiumguß und sie können vorzugsweise im Gieß-, Schmiede- oder Rollverfahren
hergestellt werden. Die Spantenköpfe E1 K2 sind bei beiden Ausführungsarten - T-
oder doppel-L-förmige Spanten - mit Absätzen 8 versehen, die als Auflagefläche für
die Beplankung 4 dienen. Die Tiefe 9 der Absätze 8 entspricht vorzugsweise genau
der Blechstärke der Beplankung 4, damit eine möglichst glatte, stufen- oder kantenlose
Oberfläche der Abschirmelektrode 1 erzielt wird.
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Im Bereich der Absätze 8 sind Bohrungen 10 angebracht, die zur Aufnahme
von Befestigungsmitteln, wie Schrauben oder Niete 11 mit vorzugsweise versenkbaren
Köpfen, dienen. Die Köpfe gi, K2 der im Querschnitt E oder T-förmigen Spanten 2,
3 weisen eine ballig ausgeführte Kopffläche 12 sowie äußere und innere Abrundungen
13, 14 auf, damit auch hier keine unerwünschten Feldkonzentrationen auftreten können.
Letzteres gilt gleichermaßen auch für die in Fig. 1 alternativ dargestellten C-förmigen
Spanten 2 mit T-förmigem Querschnitt.
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Besonders vorteilhaft sind die in der Ansicht C-förmigen, O-förmigen,
ovalen oder elliptischen Spanten 2, 3 in Übergrößen dann zu transportieren, wenn
sie in der Mittelebene M oder in hierzu benachbarten Ebenen M1, M2 aufgetrennt und
an der Trennstelle mittels einer Steckverbindung, eines Scharnieres oder dergleichen
mechanisch fest verbunden sind. In diesem Falle können die einander ähnlichen, vorzugsweise
gleich großen Schenkel A, B der Spanten 2, 3 aufeinandergelegt werden, so daß sie
beim Transport flächenmäßig relativ wenig Platz beanspruchen.
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Als Steckverbindungen eignen sich beispielsweise Verbindungen nach
Art eines Schub-Kippriegels oder eines Bajonettverschlusses.
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Für die Herstellung einer zylinderförmigen oder teilzylinderförmigen
Abschirmelektrode - wie in Fig. 5 dargestellt - ist für die Beplankung 4 ein Blech
zu verwenden, das in der Abwicklung die Form eines Doppeltrapezes mit ebenen Kanten
oder Rändern 15 oder mit ver-
rundeten bzw. tonnenförmig ausgebauchten
Kanten oder Rändern 16 aufweist. Die Doppeltrapezform der Beplankung 4 ist durch
die Schrägstellung der Spanten 2 bedingt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Einander
benachbarte Spanten 2 schließen hierbei einen Winkel G~ ein, der abhängig vom Außendurcbmesser
der Abschirmelektrode 1 und der Anzahl der Spanten 2 ist. Die Längsmittelebenen
IM der Spanten 2 treffen sich also in dem gemeinsamen Mittelpunkt MP. Die Blechzuschnitte
der Beplankung 4 besitzen dann - je nach der Größe des Winkels d - die in Fig. 4
ausgezogen dargestellte Doppeltrapezform 16 mit unterschiedlichen.mittenseitigen
Breiten B und endseitigen Breiten b.
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Hierbei entspricht die größte, mittenseitige Breite B der Beplankung
4 dem äußeren Umfang bzw* Teilumfang der Abschirmelektrode 1, geteilt durch die
Teilung, d.h. durch die Anzahl der Spanten 2, 3, abzüglich des Abstandes Ab zweier
Beplankungstafeln 4, 4 an den Befestigungsstellen, wie dies in Fig. 3 dargestellt
ist. Andererseits entsprechen die kleinsten endseitigen Breiten b der Beplankung
4 dem inneren Umfang bzw. Teilumfang der Abschirmelektrode 1, geteilt durch die
Teilung, d.h. wiederum durch die Anzahl der Spanten 2, 3 , abzüglich des Abstandes
Ab zweier Beplankungstafeln 4, 4.
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Mit der in Fig. 5 dargestellten gestrichelten Linie X, ist die Begrenzung
der zum Elektrodenmittelpunkt MP hin ausgerichteten Öffnung der C-förmigen Spanten
2 verdeutlicht. Der von den freien Spantenenden bestimmte Öffnungswinkel liegt vorzugsweise
im Bereich zwischen 300
und 900, um etwa notwendige mechanische
Verbindungen zwischen den Spanten 2, 3 und dem abzuschirmenden elektrischen Gerät
auch noch nach der Fertigstellung der Abschirmelektrode 1 nachträglich herstellen
zu können.
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Während Fig. 5 eine Abschirmelektrode 1 mit zum Elektrodenzaittelpunkt
MP hin offenen C-förmigen Spanten 2 zeigt, ist in Fig. 6 eine Ausführungsform einer
Abschirmelektrode 1 mit nach außen geöffneten C-förmigen Spanten 3 dargestellt,
die beispielsweise zur Abschirmung eines Durchbruches 17 durch eine Wand oder eine
Mauer 18 dienen kann. Die Beplankungen zwischen den Spanten 3 sind wiederum mit
der Ziffer 4 gekennzeichnet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Beplankung 4 den Raum zwischen
den Spanten 2-2 bzw. 3-3 im Sinne einer Hüllkurve vollständig umhüllt. In diesem
Falle sind dann zusätzliche Vorkehrungen zum. Verhindern des Eindringes von Regen-
oder Spritzwasser in die zu schützenden Hoch-bzw. Höchstspannungsgeräte nicht erforderlich,
da die Abschirmelektrode 1 nach der Erfindung diesen Schutz automatisch bietet.
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Anstelle der in Fig. 2 dargestellten C-förmigen Spanten 2, 3 (Seitenansicht)
können auch O-förmige, ovale, elliptische oder ähnlich geformte Spanten verwendet
werden, wenn eine in sich geschlossene toroidförmige oder teiltoroidförmige oder
auch tunnelförmige Hochspannungselektrode 1 hergestellt werden soll.
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Je nachdem, ob die Längsmittelebenen IM der Spanten 2, 3 unter einem
Winkel o~ zueinander geneigt angeordnet sind oder parallel zueinander verlaufen,
so daß sich die Längsmittelebenen IM benachbarter Spanten 2, 3 nicht in einem gemeinsamen
Punkte schneiden, kann eine Vielfalt von Elektrodenformen hergestellt werden. Insbesondere
können sich kreisförmige mit ebenen Elektrodenteilen ablösen, so daß praktisch jede
beliebige Elektrodenform erzielt werden kann.
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Die Beplankungen 4 bestehen vorzugsweise aus elektrisch leitendem
Material, wie Aluminium, Kupfer oder aus Legierungen dieser Werkstoffe. Auch ist
es grundsätzlich möglich, im Falle nicht elektrisch leitender Elektrodenwerkstoffe
die Elektrodenoberfläche mit elektrisch leitenden Werkstoffen zu beschichten.
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Fig. 7 zeigt im Querschnitt eine geänderte Ausführungsform für die
T-förmigen Spanten 3, wobei der Spantenkopf K beiderseits der Mittel ebene M3 mit
Ausnehmungen 19, 20 versehen ist, in die die nach innen abgewinkelten Enden 21,
22 der Beplankungen 4 eingreifen. Der beiderseits der Ausnehmungen 19, 20 liegende
zentrale Kopfteil ZX ist von einer zusätzlichen Beplankung 23 umfaßt, deren nach
innen abgewinkelte Randteile 24, 25 an die Randteile 21, 22 der Beplankungen 4 zwischen
den Spanten 3-3 lücken los angrenzen. Damit erhält man eine Elektrodenoberfläche
mit optimalem Ausnutzungsgrad Fig. 8 zeigt die Verwendung einer Abschirmelektrode
1 gemäß der Erfindung als abschirmende Umhüllung an der
Verbindungsstelle
zweier Prüftransformatoren in Kaskadenschaltung, wobei von den beiden Prüftransformatoren
lediglich die Gehäuseteile 26, 27 sowie der metallische Deckel 28 des unteren Gehäuses
26 und der metallische Boden 29 des oberen Gehäuses 27 schematisch dargestellt sind.
Die wiederum C-förmig ausgebildeten Spanten 3 sind aus Gründen einer Gewichtsersparnis
mit Perforationen 30 versehen. Die Beplankungen von Spant 3 zu Spant 3 sind wiederum
mit 4 bezeichnet. Mit der Positionsziffer 31 ist ein zylindrisches Hüllblech gekennzeichnet,
das den zylindrischen Raum zwischen den Beplankungen 4 im Bereich des Bodens 29
der oberen Kaskadenstufe und den Beplankungen 4 im Bereich des Deckels 28 der unteren
Kaskadenstufe umschließt.
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Fig. 9 schließlich zeigt die Anwendung der Erfindung zur Schaffung
einer halbkugelförmigen Abschirmelektrode, beispielsweise als Kopfelektrode eines
Prüftransformators mit sehr großem Kopfdurchmesser und hoher Nennspannung.
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Die wiederum T-fö.rmigen Spanten 3 sind mit ihren oberen Enden 32
mit einem topfförmigen Knotenblech 33 verbunden, das der gesamten Abschirmelektrode
1 den notwendigen mechanischen Halt verleiht. Die unteren Enden 34 der T-förmigen
Spanten 3 laufen frei aus. Die Beplankungen zwischen den Spanten 3 sind wiederum
mit 4 bezeichnet.
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Mit der Erfindung wird eine Abschirmelektrode 1 für Hoch- oder Höchstspannungsgeräte
geschaffen, die vielseitig einsetzbar ist, beispielsweise für Prüftransformatoren,
Stoßgeneratoren, Gleichspannungsanlagen, Meß-
teiler, Meßwandler,
Durchführungen, Leitungen oder vergleichbare Geräte. Sie zeichnet sich durch eine
Vielzahl von Vorteilen aus, wie die einfache Herstellung der Elektrodeneinzelteile,
deren kostengünstiger Transport und deren einfache Montage. Darüber hinaus erfüllt
die erfindungsgemäße Abschirmelektroae für Hoch- oder Höchstspannungsgeräte die
gestellten hochspannungstechnischen Forderungen in optimaler Weise, da alle scharfen
Kanten, Stufen, Absätze oder zu kleine Radien abgeschirmt werden können.
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Im Falle der Herstellung eines in sich geschlossenen Toroids aus O-förmigen
oder ovalen Spanten und kreisringförmigen Beplankungen kann das letzte Elektrodenteilstück
über ein entsprechendes Fenster in der vorangehenden Elektrodenbeplankung montiert
werden. Dieses Fenster wird man bevorzugt an eine solche Stelle der Hochspannungselektrode
legen, an der zukünftig keine oder nur eine geringe Feldstärke herrscht.
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