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Das
technische Gebiet der vorliegenden Erfindung ist das Gebiet der
Stecker für
eine elektrische Hochspannung von fünfzigtausend Volt, die bis
hunderttausend Volt reichen kann (wobei dieser Wert nicht einschränkend ist).
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Industrielle
Anwendungen auf diesem Gebiet erfordern die Durchführung von
Kabeln durch Trennwände,
im Allgemeinen Metalltrennwände,
wobei in den Kabeln eine Hochspannung anliegt, die auch Impulse
mit hoher Stromstärke
wie etwa ein Strom von zehntausend Ampere für eine Dauer von einer Mikrosekunde
sein kann.
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Eine
besondere Schwierigkeit ergibt sich, wenn versucht wird, von einer
koaxialen, isolierten Leitung auf der einen Seite der Trennwand
zu einer nicht isolierten Luftleitung überzugehen, die sich auf der
anderen Seite der Trennwand befindet.
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Auf
diesem Gebiet sind bereits mehrere Ausführungen vorgeschlagen worden.
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Herkömmliche
Materialien, wie etwa diejenigen, die von auf Hochspannungsstecker
spezialisierten Unternehmen vermarktet und unter den eingetragenen
Marken RADIALL®,
ALCATEL®,
ETAT®,
LEYBOLD®,
PFFEIFER®,
VARIAN® oder
auch VEECO® verkauft
werden, sind im Allgemeinen in Form eines Sockels ausgebildet, der
an der Trennwand befestigt ist und auf dem der an dem Ende der koaxialen
Leitung angeordnete Stecker angebracht wird. Um das Durchschlagen
zwischen dem spannungsführenden Ende,
das gewöhnlich „heißer Punkt" genannt wird, und
der Metallwand zu vermeiden, besteht der Stecker auf der Seite der
Luftleitung aus einem Isolator mit einem Formeffekt, der durch Wellen
einen ausreichenden Abstand an der Oberfläche zwischen diesen beiden
Elementen erzeugen soll. Die Erhöhung des
Abstands zwischen dem heißen
Punkt und der Trennwand ermöglicht
es nämlich,
die Lichtbogen-Kriechwegbildung bei einem Durchschlag zu verlängern.
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In
der Konfiguration der oben genannten Stecker weisen diese darüber hinaus
aus offensichtlichen Gründen
der Durchschlagsgefahr keine Abschirmung um den isolierenden Teil
der Luftleitung auf. Der elektromagnetische Schutz endet somit an dem
Anschluss des Koaxialkabels an den Sockel.
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Eine
weitere Ausführung
besteht in dem Versuch, eine dielektrische Kontinuität zu erzeugen,
indem zwischen dem isolierenden Material des Sockels und der Metalltrennwand
Fett oder Öl
eingebracht wird, um die Durchschlagsfestigkeit zu verbessern, indem
jegliche Lufttasche zwischen diesen unterschiedlichen Elementen
vermieden wird. Die Oberflächen-Durchschläge, die
sich an der Verbindungsstelle der Isolatoren und an diesen entlang
ereignen, werden somit durch das Vermeiden der Lufttaschen zwischen
diesen utnerschiedlichen Materialien minimiert. Die maximale Verbesserung,
die derartige Vorrichtungen aufweisen können, ist eine Spannungsfestigkeit,
die lediglich um 20% erhöht
ist.
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Die
Umsetzung dieser Techniken zur elektrischen Isolierung in die Praxis
weist jedoch zahlreiche Nachteile auf, insbesondere wenn man Stecker
realisieren möchte,
die für
Hochspannungsgeneratoren geeignet sind, und insbesondere wenn diese
schnelle Impulse erzeugen müssen.
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Der
Formeffekt der isolierenden Teile der Hochspannungssockel führt meistens
zu sperrigen Vorrichtungen. Die sehr großen Isolatoren dieser Sockel
sind die Ursache für
eine zu große
Induktivität, welche
die Leistung eines Hochspannungsgenerators beeinträchtigen
kann.
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Das
Fehlen einer Abschirmung um den isolierenden Teil der Luftleitung
ist bei der Übertragung von
Impulsströmen
mit steiler Anstiegsflanke besonders störend, da ein großer, abschirmungsloser
Längenabschnitt
einer spannungsführenden
Leitung eine große
Induktivität
bewirkt und somit das Auftreten von gegenelektromotorischen Kräften hervorruft, die
den Durchgang des Stroms zu den hohen Frequenzen behindern. Die
durch die gegenelektromotorischen Kräfte verursachten Verluste können dann dazu
führen,
dass die Verwendung von herkömmlichen
Steckern nicht mehr möglich
ist.
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Die
Verwendung von isolierenden Materialien, die in Öl oder Fett getränkt sind,
weisen auch zahlreiche Nachteile auf. Wenn sich nämlich die
Temperatur als zu niedrig erweist, haben bestimmte Öle die Eigenschaft,
zu gerinnen oder zu kristallisieren. Die Übertragung von sehr starken
Strömen,
die die Ursache für
Lichtbögen
zwischen den leitenden Teilen und für Mikroentladungen auf Ebene
der Nichtleiter sind, tragen ferner zur Verunreinigung der dünnen Ölschichten
bei, indem insbesondere die Hydrolyse eines Teils des Öls katalysiert
wird. Sobald die Fette und Öle
Feuchtigkeit aufgenommen haben, verlieren sie ihre Durchschlagsfestigkeit.
Darüber
hinaus sind diese Ausführungen
sehr sperrig und könnten
nicht an Generatoren kleiner Größe angepasst
werden.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen,
indem eine Trennwanddurchführung
vorgeschlagen wird, bei der der Schutz durch Abschirmung bis zur
Trennwanddurchführung beibehalten
wird und der Teil, der aus der Trennwand hervorragt, klein ist (typischerweise
kleiner als ein Zentimeter, auch für Spannungen in der Größenordnung
von hunderttausend Volt).
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zur Verbindung von Hochspannungskabeln zu realisieren, die nach
dem gleichen Prinzip wie die Trennwanddurchführung konzipiert sein kann.
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Zu
diesem Zweck ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine
Vorrichtung zur Durchführung
einer Trennwand, insbesondere einer Metalltrennwand für ein elektrisches
Koaxial-Hochspannungskabel, mit einem an der Trennwand befestigten Isoliersockel.
Dieser weist ein vorgeordnetes Ende (das herkömmlicherweise die Seite der
Luftleitung bezeichnet) und ein nachgeordnetes Ende (das herkömmlicherweise
die Seite der isolierten Leitung bezeichnet) auf, wobei diese auf
der einen bzw. auf der anderen Seite der Trennwand hervorstehen,
wobei der Isoliersockel dazu geeignet ist, von der leitenden Seele
eines Kabels ohne Verbindungsstelle vollständig durchquert zu werden.
Diese Vorrichtung weist auch primäre Mittel zur mechanischen
Befestigung auf, die am nachgeordneten Ende des Sockels angeordnet
sind und mit sekundären
Mitteln zur mechanischen Befestigung zusammenwirken sollen, die
am ummantelten Abschnitt des Kabels befestigt sind. Diese Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Seele des Kabels an
der Trennwanddurchführung
durch komprimierte Mittel zur elektrischen Isolierung elektrisch
von der Trennwand isoliert ist.
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Der
Kompressionsgrad der Mittel zur elektrischen Isolierung beträgt vorzugsweise
mindestens 30%.
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Die
komprimierten Mittel zur elektrischen Isolierung sind zwischen dem
vorgeordneten, aus dem Isoliersockel ausgehenden Ende und der Trennwand
sowie auf der Ebene des Mittelkörpers
des Isoliersockels zwischen der leitenden Seele des Kabels und dem
Isoliersockel angeordnet.
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Diese
Trennwanddurchführung
kann eine dünne
Isolierschicht vom Typ Folie aufweisen, mit der die Metalltrennwand
auf der Seite des vorgeordneten Endes des Isoliersockels überzogen
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das vorgeordnete, aus dem Isoliersockel ausgehende Ende mit einem
Kragen versehen, der dazu geeignet ist, einen Teil der Mittel zur
elektrischen Isolierung zu enthalten.
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Die
primären
Mittel zur mechanischen Befestigung weisen ein Metallgehäuse auf,
das dazu geeignet ist, mit Hilfe von primären Mitteln vom Typ Schraube-Mutter an dem nachgeordneten
Ende des Isoliersockels befestigt zu werden und sekundäre Mittel
vom Typ Schraube-Mutter aufzunehmen, die mit den sekundären Befestigungsmitteln
zusammenwirken sollen.
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Die
primären
Mittel zur mechanischen Befestigung sind elektrisch leitend und
können
Mittel für den
elektrischen Anschluss aufweisen, die mit der Trennwand zusammenwirken.
Die sekundären
Mittel zur mechanischen Befestigung sind ebenfalls elektrisch leitend
und elektrisch an die Kabelabschirmung angeschlossen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die leitende Seele des Kabel dazu geeignet, mit
elektrisch leitenden Mitteln vom Typ Kugel zusammenzuwirken.
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Diese
Trennwanddurchführung
weist komprimierte Isoliermittel auf, die aus Materialien vom Typ Silikonschwamm
bestehen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung hat diese eine Vorrichtung zur Verbindung von Hochspannungskabeln
zum Gegenstand, mit einem primären
Isolierraum und einem sekundären Isolierraum,
wobei der primäre
Isolierraum und der sekundäre
Isolierraum an einer primären,
leitenden Seele eines ersten Kabels bzw. an einer sekundären, leitenden
Seele eines zweiten Kabels angebracht sind. Diese beiden leitenden
Seelen sollen durch ein Element für den elektrischen Anschluss
verbunden werden. Der primäre
Isolierraum und der sekundäre Isolierraum
sind dazu geeignet, mit primären
Mitteln zur Abschirmungsverbindung bzw. sekundären Mitteln zur Abschirmungsverbindung
umhüllt
zu sein, wobei diese primären
und sekundären
Mittel zur Abschirmungsverbindung sich berühren und fest miteinander verbunden
sind. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die primäre und sekundäre leitende
Seele sowie das Element für
den elektrischen Anschluss mit Hilfe von komprimierten Mitteln zur elektrischen
Isolierung von den primären
und sekundären
Mitteln zur Abschirmungsverbindung elektrisch isoliert sind.
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Diese
Vorrichtung, die komprimierte Isolatoren anwendet, hat den Vorteil
die elektrische Dichtigkeit zwischen zwei leitenden oder nicht leitenden
Elementen zu gewährleisten,
indem jegliche Unebenheit der Schnittstellen gefüllt wird, wodurch das Phänomen des
Durchschlags aufgrund von Oberflächendiskontinuitäten erheblich
verringert werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Vorrichtung
vorgeschlagen wird, bei der ab einem bestimmten angewendeten Kompressionsgrad
das Phänomen
des Durchschlags an der Oberfläche
zugunsten eines Durch schlags im Volumen verschwindet; Durch die
Kompression wird somit die Oberflächen-Durchschlagsfestigkeit
des Isolators stark und merklich verbessert.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, dass diese Technik unabhängig von
der Wahl der Materialien, die die dielektrische Verbindung gewährleisten,
und an die gewünschte
Spannungsfestigkeit angepasst werden kann.
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Die
Vorrichtung, die Gegenstand der Erfindung ist, weist schließlich den
Vorteil auf, die Herstellungskosten der Trennwanddurchführungen
stark zu senken und dabei die Bearbeitungsvorgänge, die bei im Stand der Technik
angewendeten Isolatoren durchgeführt
werden, zu verringern.
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Die
Erfindung kann ferner auf vorteilhafte Weise so angepasst werden,
dass eine Vorrichtung zur Verbindung von Hochspannungskabeln erhalten wird,
deren Ausgestaltung auf dem gleichen Prinzip beruht wie die der
Trennwanddurchführung,
deren Vorteile oben genannt wurden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen
und nicht einschränkenden
Beschreibung.
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Diese
Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 eine
Schnittansicht der Trennwanddurchführung, die an einer Metalltrennwand
befestigt ist;
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2 eine
Draufsicht eines Kabels, das in die Trennwanddurchführung eingesetzt
werden soll;
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3 eine
Schnittansicht der Trennwanddurchführung, wobei die leitende Seele
des Kabels an eine Kugel angeschlossen ist;
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4 eine
Schnittansicht der Trennwanddurchführung, die mit einer Funkenstrecke
für eine Koaxialleitung
zusammenwirkt;
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5 eine
Schnittansicht der Trennwanddurchführung, die mit einem Hochspannungsverteiler mit
geringer Induktivität
für Koaxialkabel
zusammenwirkt;
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6 eine
Längsschnittansicht
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Verbindung von Hochspannungskabeln;
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7 eine
Messtabelle bezüglich
des Materials K495 der Firma Keeling Rubber & Plastics Ltd, die den Werten entspricht,
die die Dicke dieses Isolators in Abhängigkeit von dem Kompressionsgrad, den
dieser erhalten hat, annehmen muss, um einer Durchschlagspannung
an der Oberfläche
in der Größenordnung
von 50 kVolt standzuhalten.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 2 ist eine Vorrichtung
zur Durchführung
einer Trennwand, insbesondere einer Metalltrennwand für ein elektrisches Koaxial-Hochspannungskabel
zu sehen.
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Diese
Vorrichtung 1 besteht aus einem isolierenden, im Wesentlichen
zylindrischen Rotationssockel 5, der drei getrennte Abschnitte
aufweist. Zunächst
den Mittelkörper 18 und
zwei Enden, nämlich ein
vorgeordnetes und ein nachgeordnetes Ende. Diese Vorrichtung kann
an jegliche Trennwanddicke angepasst werden, wobei gegebenenfalls
ein Führungsrohr
zwischengeschaltet ist. Eine Metalltrennwand 2, die diesen
Isoliersockel 5 aufnehmen soll, weist eine Bohrung auf,
in die dieser eingesetzt werden kann. Sobald der Isoliersockel positioniert
ist, wird er befestigt, wobei sein Mittelkörper 18 sich dann in
der Bohrung der Trennwand 2 befindet und seine Enden außerhalb
der Trennwand hervorstehen, wobei das vorgeordnete Ende 14 auf
der Seite der Luftleitung der Trennwand und das nachgeordnete Ende 15 auf
der anderen Seite hervorstehen. Das vorgeordnete Ende 14 weist
einen Kopf auf, der es dem Sockel ermöglicht, sich an der Trennwand 2 abzustützen, während das
nachgeordnete Ende 15 zylindrisch ist und einen Durchmesser
aufweist, der dem des Mittelkörpers
entspricht. Dieses Ende ist mit einem Gewinde versehen und dazu
geeignet, primäre Mittel 7, 8, 9 zur
mechanischen Befestigung aufzunehmen.
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Die
primären
Mittel 7, 8, 9 zur mechanischen Befestigung
bestehen aus einem innen mit einem Gewinde versehenen Ring 9,
der primäre
Mittel vom Typ Schraube-Mutter darstellt und an das nachgeordnete
Ende 15 geschraubt wird, wobei dieser Ring 9 auch
zwei Löcher
mit Innengewinde aufweist, die es mit Hilfe von Schrauben ermöglichen,
sekundäre Mittel 8 vom
Typ Schraube-Mutter zu befestigen, die mit sekundären Mitteln 11 zur
mechanischen Befestigung, die fest mit dem Kabel verbunden sind,
zusammenwirken sollen.
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Es
wird somit die gesamte vorgenannte Vorrichtung von der leitenden
Seele 12 eines Kabels 13 durchquert. Das Kabel 13 dringt
nämlich
in diese Vorrichtung ein, wobei es auf der einen und auf der anderen
Seite ausgeht, ohne dass die leitende Seele dieses Kabels mit irgendeinem
anderen leitenden Teil dieser Vorrichtung in Kontakt ist. Die Isolierung der
Seele 12 wird ferner auf Ebene der Verbindungsstelle zwischen
der Trennwand 2 und dem vorgeordneten Ende 14 des
Sockels über
den komprimierten Isolator 4 vervollständigt, wodurch die Bildung
von Lichtbögen
vermieden wird, die sich von dem heißen Punkt, der das Ende der
Kabelseele darstellt, bis zur Metallwand 2 verbreiten können. Die
Isolierung der Seele 12 wird auch auf der Ebene des Durchgangs der
Metalltrennwand durch den komprimierten Isolator 10 in
Form eines zylindrischen Stopfens vervollständigt, um einen Rückstrom
in den Körper 18 und an
diesen entlang zu vermeiden. Bei einem Fehlen von derartigen Isoliermitteln
könnte
der Lichtbogen das Metallteil 9 erreichen, wobei es von
dem Ende der Seele ausgeht und durch das Innere des Körpers 18 bis
zu dem nachgeordneten Ende 15 verläuft.
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Diese
Verstärkungen
der elektrischen Isolierung werden mit Hilfe von Mitteln 4, 10 zur
elektrischen Isolierung durchgeführt,
die sich an den zuvor genannten Stellen befinden. Es handelt sich
in erster Linie um eine kleine Scheibe 4, die zwischen
dem vorgeordneten Ende 14 des Sockels und der Trennwand 2 angeordnet
ist. Diese kleine Scheibe ist aus komprimierbarem Material hergestellt,
wodurch eine echte elektrische Dichtigkeit zwischen dem vorgeordneten
Ende 14 und der Trennwand 2 realisiert werden
kann. Dieses Ende kann einen Kragen 16 aufweisen, der ein
besseres Halten der kleinen Scheibe gewährleisten und ein Hindernis
für deren
Kriechen mit der Zeit bilden kann. Diese Verwendung von komprimierbaren,
besonders weichen Körpern
ermöglicht die
Realisierung eines sehr kleinen vorgeordneten Endes 14.
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Es
ist anzumerken, dass es im Allgemeinen erforderlich ist, eine dünne Isolierfolie
zwischen der Trennwand 2 und dem vorgeordneten Ende 14 anzuordnen.
Diese dünne
Folie beugt der Bildung von seitlichen, elektrischen Durchschlägen zwischen
der Trennwand 2 und dem vorgeordneten Ende 14 des Sockels 5 vor.
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Es
wird auch ein durchgehend durchbohrter, zylindrischer Stopfen 10 verwendet,
um die elektrische Dichtigkeit zu gewährleisten. Dieser ist in der gleichen
Weise in eine Bohrung im Mittelkörper 18 gedrückt und
dazu geeignet, die leitende Seele 12 des Kabels 13 aufzunehmen
und von dieser durchquert zu werden.
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Durch
diese Vorrichtung, die komprimierbare Isolatoren verwendet, wird
die Bildung von Lichtbögen
an der Oberfläche
zwischen dem heißen
Punkt und der Trennwand oder der Kabelabschirmung vollständig beseitigt
und die Induktivität
im Vergleich zu bereits vorhandenen Systemen, die größer und
nur teilweise abgeschirmt sind, verringert. Durch die Leistung des
Systems ist es nun weder nützlich
noch notwendig, Elemente vom Typ Fett oder Öl zur Verbesserung der Isolierung
zu verwenden, da die Kompression vollständig im Trockenen realisiert
werden kann. Es ist jedoch anzumerken, dass die Erfindung bei Vorhandensein
von Öl
oder Fett genauso funktioniert.
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Das
Kabel selbst besteht aus zwei Abschnitten. Erstens aus der leitenden
Seele 12, bei der sich das Ende auf Ebene des vorgeordneten
Endes 14 des Sockels befindet, wenn das Kabel auf der Vorrichtung
angebracht ist, und zweitens aus dem ummantelten Abschnitt, der
eine Abschirmung um das Kabel aufweist. Es ist anzumerken, dass
die leitende Seele 12 an eine leitende Kugel 17 angeschlossen sein
kann, wie in 3 dargestellt. Dies führt dazu, dass
der Formfaktor verbessert wird, d.h. dass die Spannungsfelder verringert
werden, wobei Spitzeneffekte vermieden werden, und als direkte Folge
davon wird die Spannungsfestigkeit des Steckers erhöht.
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Das
Kabel verfügt
auch über
sekundäre
Mittel 11 zur mechanischen Befestigung, die mit den primären Mitteln 7, 8, 9 zur
mechanischen Befestigung zusammenwirken sollen. Sie befinden sich
auf der Ebene der Verbindungsstelle der Seele mit dem ummantelten
Abschnitt des Kabels und sind an dessen Abschirmung angeschlossen.
Diese Mittel weisen auch einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 11 auf,
wodurch es ermöglicht
wird, das Kabel am Sockel zu befestigen, wenn dieser Abschnitt 11 mit den
sekundären
Mitteln 8 vom Typ Schraube-Mutter zusammenwirken, welche
mit dem nachgeordneten Ende 15 des Sockels 5 zusammenwirken.
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Es
ist auch anzumerken, dass das Kabel 13 an seinem ummantelten
Abschnitt über
eine Abschirmung verfügt,
die über
die elektrisch leitenden primären
und sekundären
Mittel zur mechanischen Befestigung elektrisch an die Metalltrennwand 2 angeschlossen
ist. Mittel für
den elektrischen Anschluss, die sich an den primären Mitteln zur mechanischen Befestigung
befinden, können
aus einem Metallring 6 gebildet sein, der die Trennwand 2 berührt und
somit die Übertragung
des Kontakts bis zur Abschirmung des Kabels 13 gewährleistet.
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Die
Anwendung der oben beschriebenen Vorrichtung ist nicht auf den Übergang
zwischen einem Koaxialkabel und einer Luftlinie beschränkt, sondern
kann auch bei anderen elektrischen Bauteilen wie etwa Funkenstrecken,
Hochspannungsleiter mit geringer Induktivität für Koaxialkabel und auch bei dem
Anschluss von Hochspannungskabeln angewendet werden.
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Mit
Bezug auf 4 ist eine erste Anwendung einer
Vorrichtung gezeigt, die zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen verwendet
und eine Baugruppe bildet, die eine Funkenstrecke für ein Koaxialkabel darstellt.
Diese Trennwanddurchführung
kann auch zur Realisierung einer Sonde mit Hochspannung und Hochfrequenz
und zur Durchführung
von Messungen verwendet werden, die sich auf eine leitende Bodenebene
beziehen. Die Messung kann quasi am Eingang des Kabels erfolgen
und somit direkt unter seiner charakteristischen Impedanz, ohne
dass eine Induktivität
eingebracht wird, die den gewöhnlich
zur Vermeidung von Durchschlägen
erforderlichen elektrischen Längen
entspricht.
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Mit
Bezug auf 6 ist eine Vorrichtung zur Verbindung
von Hochspannungskabeln zu sehen, die die gleiche Art von komprimierten
Isoliermitteln zur Realisierung der elektrischen Dichtigkeit zwischen
den unterschiedlichen Bauteilen verwendet. Diese Vorrichtung weist
zwei Isolierräume
auf, einen primären 19a und
einen sekundären
Isolierraum 19b. Jeder dieser Isolierräume 19a und 19b ist
an der primären,
leitenden Seele 20a eines ersten Kabels 27a bzw.
an der sekundären,
leitenden Seele 20b eines zweiten Kabels 27b angebracht.
Dieses erste und dieses zweite Kabel sind selbstverständlich die
Kabel, die mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung miteinander
zu verbinden sind. Die beiden leitenden Seelen 20a und 20b müssen somit
elektrisch verbunden werden, was mit einem Element 21 für den elektrischen
Anschluss erfolgt, das insbesondere vom Typ Kugel sein kann, in
die die Seelen eingesteckt werden können. Es ist anzumerken, dass
die Isolierräume
so ausgebildet sein können,
dass jeder an seinem Ende eine halbe Kugel aufnehmen kann. Dieser
primäre
Isolierraum 19a und dieser sekundäre Isolierraum 19b sind
mit primären
Mitteln 22a, 23a zur Abschirmungsverbindung bzw.
sekundären
Mitteln 22b, 23b zur Abschirmungsverbindung umhüllt. Diese
primären
und sekundären
Mittel zur Abschirmungsverbindung berühren sich und sind fest miteinander
verbunden, wobei sie jeweils mit der Abschirmung 24a bzw. 24b des
Kabels elektrisch verbunden sind, mit der sie zusammenwirken. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung bestehen diese Mittel jeweils aus zwei getrennten
Abschnitten. Ein erster Abschnitt 22a oder 22b kann eine
Funktion haben, die zu derjenigen analog ist, die für die in 1 dargestellten
primären
Mittel 7, 8, 9 zur mechanischen Befestigung
der Trennwanddurchführung
beschrieben wurde. Der zweite Abschnitt 23a oder 23b kann
dann in der gezeigten Konfiguration mit der Metalltrennwand 2 dieser
gleichen Trennwanddurchführung
gleichgesetzt werden. In diesem Fall handelt es sich somit um eine
Vorrichtung zur Verbindung von Hochspannungskabeln, die für ihre Realisierung
zwei zusammengefügte
Vorrichtungen verwendet, wobei diese Vorrichtungen denjenigen im Wesentlichen ähnlich sind,
die als Vorrichtung zur Trennwanddurchführung beschrieben wurden. In
dieser bevorzugten Ausführungsform
erfolgt ihr Zusammenfügen über die
Abschnitte 23a und 23b der primären und
sekundären
Mittel zur Abschir mungsverbindung, wobei das Zusammenfügen durch
ein Außengewinde
dieser Abschnitte so gewährleistet
werden kann, dass sie fest miteinander verbunden sind und sich berühren.
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Wie
auch bei der zuvor beschriebenen Trennwanddurchführung weist die Vorrichtung
zur Verbindung von Hochspannungskabeln primäre 22a, 23a und
sekundäre
Mittel 22b, 23b zur Abschirmungsverbindung auf,
die von der primären 20a und sekundären, leitenden
Seele 20b sowie von dem Element 21 für den elektrischen
Anschluss elektrisch isoliert werden müssen. Dazu werden komprimierte Mittel 25a, 25b, 26 zur
elektrischen Isolierung verwendet, die den in 1 gezeigten
komprimierten Mitteln 4, 10 zur elektrischen Isolierung
der Trennwanddurchführung ähnlich sind.
Diese komprimierten Mittel 25a, 25b, 26 zur
elektrischen Isolierung befinden sich auch an zwei verschiedenen
Stellen. Zunächst
zwischen jedem Isolierraum 19a oder 19b und der
leitenden Seele des Kabels, mit der er zusammenwirkt. Dieser Teil
der komprimierten Mittel zur elektrischen Isolierung nimmt somit
wie auch bei der Trennwanddurchführung
die Form eines zylindrischen Stopfens an, der die gleichen Eigenschaften wie
derjenige besitzt, der als zylindrischen Stopfen 10 der
Trennwanddurchführung
beschrieben wurde, und der auf die gleiche Weise komprimiert wird.
Der zweite Teil dieser komprimierten Mittel zur elektrischen Isolierung
befindet sich zwischen den Enden gegenüber dem primären 19a und
sekundären 19b Isolierraum.
Dieser Teil nimmt die Form einer kleinen Scheibe 26 an,
die um das Element 21 für
den elektrischen Anschluss angeordnet ist, welches hier im beschriebenen
Ausführungsbeispiel
eine leitende Kugel ist. Diese kleine Scheibe 26 kann auch
der in 1 dargestellten kleinen Scheibe 4 der
Trennwanddurchführung
gleichgesetzt werden, wobei sie die gleichen Merkmale aufweist wie
diese. Die Kompression erfolgt hier durch Klemmen der primären Mittel 22a, 23a zur
Abschirmungsverbindung mit den Mitteln 22b, 23b zur
Abschirmungsverbindung. Wie zuvor erwähnt, kann dieses Klemmen durch
Zusammenschrauben der Teile 23a und 23b erfolgen,
wobei die Kompressionsgrade mit Bezug auf die Kompressionsgrade
eingehalten werden, welche für
die kleine Scheibe 4 der Trennwanddurchführung beschrieben werden.
Diese komprimierten Mittel 25a, 25b, 26 zur elektrischen
Isolierung beugen somit der Bildung von Lichtbögen zwischen den verschiedenen
leitenden Elementen dieser Vorrichtung vor.
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Der
Mechanismus zur Kompression der Mittel 4, 10 zur
elektrischen Isolierung in der Trennwanddurchführung ist der folgende:
Zunächst sei
angemerkt, dass die Kompression auf zwei getrennten Ebenen erfolgt,
wo sie unterschiedlich realisiert wird.
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In
Bezug auf die kleine Scheibe 4, so ist diese vorzugsweise
dazu bestimmt, in den Kragen 16 des Sockels 5 aufgenommen
zu werden und wird durch Klemmen des vorgeordneten, aus dem Sockel 5 ausgehenden
Ende 14 mit der Trennwand 2 komprimiert. Dieses
Klemmen wird durch die Verlagerung der Ringe 6, 9 zur
Trennwand durchgeführt,
was ein Drücken
des Kopfes des Endes 14 gegen diese Trennwand 2 bewirkt.
Wie zuvor angemerkt, kann zwischen der Trennwand und dem vorgeordneten Ende 14 eine
isolierende Folie 3 angeordnet sein.
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Die
anderen Mittel zur elektrischen Isolierung sind durch den zylindrischen
Stopfen 10 gebildet. Dieser kann in den Mittelkörper 18 aufgenommen
werden und wird anschließend
in zwei aufeinanderfolgenden Schritten komprimiert. In einem ersten Schritt
wird der zylindrische Stopfen 10 aufgrund der Abmessungen
seines Außendurchmessers,
der geringfügig
kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung des Mittelkörpers 18,
einer Kompression ausgesetzt, wenn er in die Bohrung des Mittelkörpers 18 eingesetzt
wird. In einem zweiten Schritt wird er durch das Einsetzen mit Kraft
der leitenden Seele 12 des Kabels in die eigene Bohrung
des Stopfens komprimiert, welche vor der Montage durch Bohren realisiert
ist. Dieses Bohren wird nämlich
mit einem geeigneten Bohrer durchgeführt, so dass ein Durchmesser
der Bohrung erhalten wird, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser
der leitenden Seele 12 des Kabels. Diese Art, den Isolator
zu komprimieren, die natürlich nur
ein Beispiel unter anderen ist, führt somit zur gewünschten
Kompression auf der Basis von genauen Abmessungsparametern der verwendeten
isolierenden Elementen, die der Fachmann bestimmen kann.
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Es
ist anzumerken, dass es besser ist, ein abgerundetes, glattes und
leitendes Ansatzstück
(in der Figur nicht gezeigt) zu befestigen, das an das Ende der
Seele geschweißt
ist, damit die Kabelseele den Stopfen durchqueren kann, ohne ihn
zu beschädigen.
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Um
die Parameter zu bestimmen, die bei den Isoliermitteln 4, 10 anzuwenden
sind, nämlich
die zu verwendenden Isolatorabmessungen und der zu verwendende Kompressionsgrad,
wurden stromaufwärts
verschiedene Versuche durchgeführt.
Das hier verwendete Bezugsmaterial, das aufgrund seiner mechanischen
und isolierenden Leistungen bei den Versuchen in Betracht gezogen
wurde, ist ein geschlossenzelliger Silikonschwamm, der unter dem Begriff
K495 bekannt ist und von der Firma Keeling Rubber & Plastics Ltd.
vermarktet wird.
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Die
Versuchsergebnisse werden nachfolgend dargestellt.
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Zunächst bezog
sich die Analyse auf die Untersuchung der Breite des K495 für einen
bestimmten Kompressionsgrad und eine konstante Dicke (von etwa 6,4
mm vor der Kompression). Für
Kompressionsgrade, die bis zu etwa 60% betragen, steigt die Spannungsfestigkeit
mit der Länge
des Isolators und verändert
sich linear mit dieser Länge.
Das Ziel dieser Kompression ist das Füllen der Schnittstellenunebenheiten,
wodurch elektrische Durchschläge
zwischen den verschiedenen isolierenden oder nicht isolierenden
Elementen vermieden werden können. Diese
Kompression bildet somit einen Schutz gegen die Freigabe von Energie
durch den Durchschlag. So wurde beobachtet, dass für eine Dicke
und eine Länge
des Isolators, die mit Hilfe der durchgeführten Versuche zuvor bestimmt
wurden (s. 6), dieser gegen Spannungen
der Größenordnung
von 50 kVolt bei einem Kompressionsgrad von mindestens 30% beständig sein
konnte. Diese Spannung von 50 kVolt ist insofern besonders günstig, als
es ausgehend von diesem Wert bei Vorrichtungen aus dem Stand der Technik
schwierig ist, korrekte Ergebnisse zu erhalten. Es ist anzumerken,
dass diese Werte für
alle Produkte vom Typ Silikonschwamm mit den gleichen technischen
Merkmalen im Wesentlichen identisch sind.
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Bei
den durchgeführten
Versuchen wurde ebenfalls festgestellt, dass für Kompressionsgrade von über 60%
die Durchschlagspannung nicht mehr linear, sondern in Abhängigkeit
von der Quadratwurzel der Isolatorlänge variiert.
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Abschließend zu
dieser Versuchsreihe ist anzumerken, dass die Isolatorlänge keine
Auswirkungen auf den Durchschlagtyp hat. Es wurde nämlich beobachtet,
dass unter einem Kompressionsgrad von etwa 60% die Durchschläge an der
Oberfläche stattfinden,
während
bei einem höheren
Kompressionsgrad die Durchschläge
an der Oberfläche
verschwinden und Durchschläge
im Volumen auftreten lassen, wenn die Spannung steigt.
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Diese
Hürde von
60% ist diejenige, die in Bezug auf das mehrheitlich getestete Produkt,
nämlich K495,
erfasst wurde, sie kann jedoch je nachdem, ob andere ähnliche
Silikonprodukte oder andere Produkte verwendet werden, um einige
Prozent schwanken. Auf diese Weise konnten Schwellenwerte zwischen
etwa 55% und etwa 65% gemessen werden.
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In
einem zweiten Schritt bezogen sich die Versuche auf die Untersuchung
der Veränderung
des Kompressionsgrads für
vorbestimmte Längen
des K495 bei weiterhin konstanter Dicke (etwa 6,4 mm vor der Kompression).
Die Veränderung
der Durchschlagspannung in Abhängigkeit
von dem Kompressionsgrad scheint exponential zu sein. Bezüglich des Durchschlagtyps,
wie bereits erwähnt
vorzugsweise über
einem Kompressionsgrad zwischen 55% und 65%, sind Durchschläge im Volumen
zu beobachten, was zeigt, dass die Kompression die elektrische Festigkeit
merklich verbessert.
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Selbstverständlich können diese
Ergebnisse auf jeglichen Isolator verallgemeinert werden, der die folgenden
Bedingungen erfüllt:
angepasste Spannungsfestigkeit, kleines Volumen zur Einschränkung der
Induktivität,
Unabhängigkeit
gegenüber
der verwendeten Schnittstelle.
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Die
Materialien, die getestet wurden, um die elektrische Isolierung
der Trennwanddurchführung zu
ermöglichen,
sind beide Silikone: das zuvor genannte K495 und Silopren 2540.
Um eine Vorrichtung zur elektrischen Trennwanddurchfüh rung zu
realisieren, kann es nämlich
notwendig sein, in Abhängigkeit von
den Geometrien und von der Umgebung mehrere dielektrische Materialien
zu verwenden.
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Bei
der in der Beschreibung dargelegten Vorrichtung wurde das K495,
ein sehr weiches Material, in Form einer kleinen Scheibe 4 in
den Kragen 16 eingebracht. Der Isolator des Typs Silopren
könnte
in diesem Fall das K495 insofern nicht ersetzen, als die zum Erhalten
der elektrischen Dichtigkeit erforderliche Kompression zu einem
Brechen der Vorrichtung führen
könnte.
Das Silopren wurde in Form eines zylindrischen Stopfens in eine
Bohrung des Mittelkörpers 18 eingesetzt,
da das K495 zu weich ist, um in die Bohrung des Körpers einzudringen,
deren Durchmesser halb so groß ist.
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Nach
der Durchführung
dieser verschiedenen Versuche sind nun die bevorzugten, in Betracht gezogenen
Parameter für
einen Stecker angegeben, der einer Spannung von hunderttausend Volt
standhalten kann:
- – Länge von dem vorgeordneten Ende 14 zu
dem Teil 8: 80 mm
- – Durchmesser
des Körpers 18:
25 mm
- – Durchmesser
des vorgeordneten Endes 14: 70 mm
- – Überstand
des vorgeordneten Endes jenseits der Trennwand: < 10 mm
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Im
Allgemeinen wurde beobachtet, dass der Stecker einen Überstand
des vorgeordneten Endes 14 jenseits der Trennwand 2 mit
einer Länge
aufweist, die für
eine Spannung von fünfzigtausend
Volt weniger als 7 mm und für
eine Spannung von hunderttausend Volt weniger als 10 mm beträgt.
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Selbstverständlich können andere
Isolatoren verwendet werden, sofern sie sowohl auf der elektrischen
als auch auf der mechanischen Ebene gute Ergebnisse liefern.
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Gemäß einem
Prinzip, das dem oben erläuterten
Prinzip im Wesentlichen ähnlich
ist, betrifft eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung eine Vorrichtung
zur Verbindung von Hochspannungskabeln.
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Selbstverständlich können durch
den Fachmann diverse Veränderungen
an der Trennwanddurchführung
sowie an der Vorrichtung zur elektrischen Verbindung vorgenommen
werden, die soeben lediglich beispielhaft und keineswegs einschränkend beschrieben
wurden, ohne den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzumfang
zu verlassen.