DE527245C - Isolator fuer Durchfuehrung einer zylindrischen Elektrode durch die OEffnung einer Metallplatte - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
15. JUNI 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE

William Dubilier in New York

ist in Anspruch genommen.

Der Gegenstand der Erfindung ist ein Isolator, insbesondere für Hochspannungen, zur Durchführung einer zylindrischen Elektrode durch die öffnung einer Metallplatte, der aus einer oder aus zwei hohlen Schalen besteht. Er wird nach der Erfindung derart ausgebildet, daß die Schale oder jede von den an verschiedenen Seiten der Metallplatte angebrachten Schalen eine Kugelkalotte von solehern inneren Radius bildet, daß die elektrischen Kraftlinien von Elektrode zu Elektrode ununterbrochen in den Schalenwandungen verlaufen. Eine solche Bauweise gestattet es, eine genügende Festigkeit mit möglichst kleinen Energieverlusten im Isolator zu verbinden. Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen Isolator zur Durchführung eines zylindrischen Leiters kugelförmig auszuführen, und zwar so, daß die äußere Kugelfläche von den Kraftlinien nicht geschnitten wird. Man hat aber den Isolator dabei als eine Vollkugel ausgeführt, die den ganzen sie axial durchlaufenden Teil des Durchführungsleiters eng umfaßt. Ein derartiger Isolator muß bei Hochspannung und insbesondere bei Hochfrequenz beträchtliche Verluste aufweisen, da hierbei eine unverhältnismäßig große Masse des Isolatorkörpers durch die elektrischen Kraftlinien durchzogen ist und zu den Verlusten beiträgt. Man kann zur Verringerung der Verluste diese Masse nicht einfach durch die Verminderung des Kugelradius reduzieren, da hierbei die beiden Elektroden in bedenkliche Nähe aneinanderkommen, die Kriechfläche aber, die die Kugeloberfläche darstellt, vermindert wird, so daß eine Überschlagsgefahr entsteht. Bemißt man aber den Kugelradius zur Erzielung einer großen Kriechfläche reichlich genug, so verursacht, wie oben gesagt, die dadurch bedingte große Masse des Isolatorkörpers bedeutende Verluste. Dadurch, daß man den Isolatorkörper nach der Erfindung als Kugelkalotte ausbildet, kann man mit einer viel kleineren Körpermasse auskommen und die Verluste bedeutend reduzieren, ohne daß hierbei eine bedeutende Einbuße an Festigkeit mit in Kauf genommen wird, da ja, wie aus der Festigkeitslehre bekannt ist, die hohlen kugelschalenartigen Gebilde, wenn auch ihre Wände verhältnismäßig dünn sind, eine hervorragende Festigkeit besitzen.

Es waren zwar bereits Isolatoren bekannt, die aus hohlen Schalen zusammengestellt sind. Diese Schalen hatten aber die Gestalt von kegelartigen oder zwiebelartigen Kuppeln mit unter spitzem Winkel nach dem Gipfel zu zusammenlaufenden Wänden, so daß hier vom

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konformen Verlauf des Isolatorkörpers mit den Kraftlinien kerne Riede * sein kann.

Erst durch die der vorliegenden Erfindung

zugrunde liegende Kombination wird das

Problem eines möglichst leichten, festen und verlustfreien Isolators in befriedigender Weise gelöst.

Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung dargestellt.

Abb. ι ist eine Schnittansicht eines Isolators nach der Erfindung und seines elektrostatischen Feldes in der Nähe der Anschlußklemme.

Abb. 2 und 3 stellen in einem kleineren Maßstab eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht desselben Isolators dar und Abb. 4 seine Verwendung zur Durchführung eines Kondensatoranschlusses.

Zo Abb. 5 ist ein axialer Schnitt durch die Linie 5-5 der Abb. 6 bei einer anderen Ausführungsform des Isolators.

Abb. '6 ist eine Draufsicht desselben.
Die in Abb. 1, 2 und 3 dargestellte Durchführung eines Kondensatoranschlusses zeigt einen Anschlußbolzen 1, der von einem Isolator 2 umgeben ist. Der letztere ist an einer Tragplatte 3 angeordnet, deren runde öffnung 4 einen viel größeren Durchmesser hat als der des Bolzens 1. Der Bolzen geht durch Isolator2 in den Scheitelstellen4 hindurch; das Zusammenhalten des Isolators mit der Durchführung und mit der Supportplatte 3 wird durch geeignete Mittel hervorgebracht, z. B. ähnlich denen, die in Abb. 4 bis 6 dargestellt sind. Die im" wesentlichen kugelartige Gestalt des Isolators ist nach der Erfindung durch den Verlauf des elektrostatischen Feldes zwischen dem Anschlußbolzen 1 und der Supportplatte 3 bestimmt, das im wesentlichen auch in Kugelflächen verläuft; eine derartige Übereinstimmung der Isolatorform mit dem Verlauf der Kraftlinien führt zu praktisch minimalen Verlusten.
In Isoliermaterialien für elektrische Leitungen tritt bei hochfrequenten Strömen eine unter dem Namen dielektrische Hysteresis bekannte Erscheinung auf. Sie äußert sich in Verlusten innerhalb des Isoliermaterials und verursacht seine Erwärmung. Diese Verluste sind, wie bekannt, im allgemeinen proportional mit der Frequenz und mit dem Quadrat der Felddichte des durch den Betrag der Spannung pro Längeneinheit des Dielek-.55 trikums bestimmten elektrostatischen Fluxes. Durch mathematische Berechnungen kann man beweisen, daß die Verluste die kleinsten für einen kugelförmigen Isolator sind. Die nachstehend angeführte Tabelle gibt verschiedene relative Werte dieser Verluste sowie, auch der Kapazität des Isolators bei verschiedenen Formen. Aus dieser geht gleichfalls hervor, daß auch die Kapazität am kleinsten für die sphärische Form ist. Dieser geringe Wert der Kapazität bedingt, daß der dielektrische Flux für die Kugelform des Isolators die kleinste Felddichte hat und daher auch die niedrigsten Verluste erzeugt.

sphärisch 1 1

konisch i,i 2.3

zylindrisch 2,9 5,8

Diese Zahlen sind relativ und auf die Verluste bzw. Kapazität des sphärischen Isolators bezogen, die gleich 1 angenommen sind. Die sphärische Isolatorform ist besonders durch die Feld verteilung zwischen derPlatte3 und dem Bolzen 1 bedingt; der durch den Bolzen 1 fließende Hochfrequenzstrom erzeugt ein elektrisches Feld, das, wie in der Abb. 1 dargestellt ist, in einem bestimmten Abstand vom Mittelpunkt: der Öffnung 4 sich an "eine Kugelform nähert. Es kann nämlich nachgewiesen werden, daß das elektrostatische Feld um einen durch eine runde öffnung durchgehenden Leiter bei einem bestimmten Abstand von der öffnung im wesentlichen kugelförmig ist. Dieser Abstand beträgt wenigstens das i,5fache des Öffnungsradius.

Die Abb. 1 zeigt, daß die Kraftlinien 5 bei der Entfernung vom Öffnungsrand immer mehr gekrümmt werden und in einem gewissen Abstande von der öffnung 4 praktisch kreisförmig verlaufen, wie die Linien 6 zeigen. Auch die Abmessungen der Durchführungsanordnung werden für die möglichst kleinen Verluste gewählt. Wenn der Durchmesser der öffnung 4 noch kleiner wäre, so würde dadurch die Fluxdichte größer, und wenn der Isolator 2 kleiner gemacht wird, d. h. wenn sein Durchmesser ebenfalls verringert wird entsprechend der neuen Feldverteilung um den Leiter 1, so wird dies zum Resultate führen, daß der Isolator, in dem jetzt ein Feld größerer Dichte verläuft, auch größere Verluste hat. Damit die Felddichte nicht zu groß wird, muß also der sphärische Isolator bestimmte, nicht zu kleine Dirnensionen haben und seine Kapazität muß auch entsprechend klein sein.

Auch wenn der Isolator den ganzen Raum um den Leiter 1 ausfüllt, sind seine Verluste größer, als wenn er inwendig hohl ausgeführt **5 ist. Er wird daher zweckmäßigerweise schalen- oder kuppeiförmig aus passendem Material, z. B. Porzellan, so ausgebildet, daß er sich dem Verlaufe der Kraftlinien zwischen der Platte 3 und dem Lager 1 anpaßt.

Von den beiden schalen- oder kuppeiförmigen Hälften 2 des Isolators wird die eine

über und die andere unter der Tragplatte 3 möglichst koaxial mit ihrer öffnung angebracht, so daß der Stromzuführungsbolzen 1 durch den Mittelpunkt der öffnung durch-

Wenn die beschriebene Durchführung, wie bei der Abb. 4 zum Stromanschluß eines Kondensators verwendet wird, so bildet die Platte 3 zweckmäßigerweise einen Gehäuse-

deckel des Kondensators. Sie ist an dem Gehäuse 9 durch passende Schrauben 13 befestigt.

Der Zuführungsbolzen, bei 7 und 8 mit Schraubengewinden versehen, geht durch den Isolator 2, die Deckelplatte 3, einen Abstandhalter 11 und Druckkopf 12 hindurch. Der letztere dient zur Abstützung der an ihn durch Preßschraube 15 angepreßten Kondensators.ektionen 16. Die beiden Teile des Isolators 2 sind an die Deckelplatte 3 durch das Drehen der beiden Schraubenmuttern 10 an den Gewinden 7 und S des Stromzuführungsbolzens angepreßt. Das zwischen dem Preßkopf 12 und dem Isolator eingeklemmte röhrenförmige Distanzstück 11 trägt oben ein keilförmiges oder konisches Unterlegsstück 11'. Dieses und ein ähnliches unter der oberen Schraubenmutter 10 befindliches konisches Unterlegsstück 11' werden in die entsprechenden Öffnungen der Isolierhälften 2 durch den Druck der oberen Schraubenmutter 10 eingepaßt und dienen zur festeren Zusammenhaltung und Zentrierung der Durchführung.

Die in Abb. 5 und 6 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von der vorher beschriebenen nur dadurch, daß hier die beiden Isolatorschalen 2 zwischen einem auf dem Stromzuführungsbolzen 1 durch einen Bolzen 18 befestigten Bund 17 und Unterlegsscheiben 19' der oberen Muttern io' eingeklemmt sind. Die beiden Schalen stützen sich auf Polstern 19 und sind zur Zentrierung durch ringförmige Wülste 20 der Platte 3 umgeben.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Isolator für Durchführung einer zylindrischen Elektrode durch die Öffnung einer Metallplatte, der aus einer oder aus zwei hohlen Schalen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale oder jede von den an verschiedenen Seiten der Metallplatte angebrachten Schalen eine Kugelkalotte von solchem inneren Radius bildet, daß die elektrischen Kraftlinien von Elektrode zu Elektrode ununterbrochen in den Schalenwandungen verlaufen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   Berlin, gedruckt in der reiciisdruckereI

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