HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft einen Abstandshalter, der
zwischen zwei Teilen, wie z.B. Elektroden, die sich im
elektrischen Potential unterscheiden, in einem
elektrischen Gerät etc. angeordnet sind, um einen
Isolierabstand zwischen den beiden Teilen zu bilden.
Beschreibung des Standes der Technik
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Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines isolierenden
Abstandshalters gemäß dem Stand der Technik. In der Figur
bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 eine Elektrode mit
einem höheren Potential und eine Elektrode mit einem
niedrigeren Potential als zwei sich im elektrischen
Potential unterscheidende Teile, und das Bezugszeichen 3
bezeichnet plattenförmige Isolierbarrieren, die zwischen
den Elektroden 1 und 2 angeordnet sind, um einen
Überschlag zwischen den Elektroden zu verhindern. Das
Bezugszeichen 4 bezeichnet Einheitsabstandshalter aus
isolierendem Feststoff und mit einer Stabform mit
viereckigem Querschnitt, wobei drei solcher
Einheitsabstandshalter zwischen den Elektroden 1 und 2 mit dem höheren und
dem niedrigeren Potential angeordnet sind, um einen
Isolierabstand zwischen den Elektroden zu bilden und jede
der Isolierbarrieren 3 zwischen den
Einheitsabstandshaltern 4 zu klemmen, wodurch die Barrieren in
ihrer Position gehalten werden.
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Die Einheitsabstandshalter 4 und die Isolierbarrieren 3
unterliegen beim praktischen Einsatz in einem
elektrischen Gerät (nicht dargestellt) o.dgl. Streuungen in
ihren Abmessungen oder in der Rauheit ihrer Oberflächen.
Deshalb ist es nicht immer der Fall, daß der
Zwischenraum zwischen den Elektroden 1 und 2, innerhalb dessen
die Einheitsabstandshalber 4 angeordnet sind,
vollständig mit dein isolierenden Feststoff, wie in Figur 1
gezeigt ist, ausgefüllt ist. In einigen Fällen kann ein
Spalt 5 nämlich im Zwischenraum gebildet werden, wie
beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist. Der
Zwischenraum 5 ist mit einem umgebenden Isoliermedium wie z.B.
Gas (Luft, Sulfurhexafluorid etc.) und einem Isolieröl
(ebenfalls nicht dargestellt) gefüllt. Unter der
Annahme, daß die spezifische dielektrische Konstante des
Isoliermediums im Spalt 5 ε&sub1; ist, die spezifischen
dielektrischen Konstanten der Isolierbarrieren 3 und der
Einheitsabstandshalter 4 gleich ε&sub2; sind, die Länge des
Spaltes 5 im Zwischenraum zwischen den Elektroden 1 und 2 d&sub1;
ist, während das Gesamtmaß der
Feststoffisolatorabschnitte d&sub2; ist, und die Potentialdifferenz zwischen den
Elektroden 1 und 2 V ist, ist die elektrische Feldstärke
Eg im Spalt 5
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Zum anderen ist die durchschnittliche elektrische
Feldstärke E&sub0; zwischen den Elektroden
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Im allgemeinen hat ein isolierendes Feststoffmaterial
(einschließlich eines, das mit einem Isoliermedium
imprägniert ist,) in den meisten Fällen eine höhere
spezifische dielektrische Konstante als ein isolierendes
Medium. Beispielsweise wird hier von dem Fall ausgegangen,
in dem ε&sub1; = 1 und ε&sub2; = 3 ist. Wenn d&sub1;/d&sub2; variiert wird,
ändert sich das aus den Gleichungen (1) und (2)
berechnete und als Feldkonzentrationsfaktor genommene
Verhältnis Eg/E&sub0;, wie durch den in Figur 3 dargestellten Graph
gezeigt wird. Wenn die Länge d&sub1; des Spaltes 5 gering ist,
beträgt der Feldkonzentrationsfaktor maximal 3, d.h. die
Feldstärke Eg im Spalt 5 erreicht das dreifache der
durchschnittlichen Feldstärke E&sub0;. Somit ist der Abschnitt
des Spaltes 5 sehr harten Isolierbedingungen ausgesetzt,
und, falls Eg die dielektrische Festigkeit des
Isoliermediums in diesem Abschnitt übersteigt, kann es zu einer
Teilentladung kommen. Deshalb sollte der Feldstärke Eg
im Spalt 5 bei der Entwicklung des elektrischen Gerätes
sorgfältige Berücksichtigung gegeben werden. Während die
Beschreibung zuvor auf der Grundlage des Falles mit
ε&sub2;/ε&sub1; = 3 erfolgt ist, wird der Feldkonzentrationsfaktor
Eg/E&sub0; größer sein, wobei das Verhältnis ε&sub2;/ε&sub1; größer als 3
ist, so daß besondere Aufmerksamkeit auf die Wahl der
Kombination des Isoliermediums mit dem festen
Isoliermaterial gerichtet werden sollte.
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Bei den herkömmlichen Isolierabstandshaltern, die in der
zuvor beschriebenen Weise konstruiert sind, bestand die
Möglichkeit, daß ein Spalt entstand, wodurch eine lokale
Konzentration des elektrischen Feldes am Spalt
verursacht wurde. Die herkömmlichen Isolierabstandshalter
waren deshalb in der Auswahl des isolierenden
Feststoffes, aus denen die Isolierabstandshalter gebildet
wurden, sowie des Materials für das die Abstandshalter
umgebenden Isoliermedium begrenzt. In einigen Fällen ist
es notwendig gewesen, Gegenmaßnahmen zu treffen wie eine
Vergrößerung des Abstandes zwischen Elektroden oder
ähnlichen Teilen, um die durchschnittliche Feldstärke
zwischen diesen zu senken.
ABRISS DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung will die zuvor erwähnten Nachteile des
Standes der Technik beseitigen.
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Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, einen
Isolierabstandshalter zu schaffen, der eine lokale
Konzentration des elektrischen Feldes nicht verursacht.
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Um die zuvor angegebene Aufgabe zu lösen, weist ein
Isolierabstandshalter gemäß dieser Erfindung die Merkmale
von Anspruch 1 auf.
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Die zuvor angegebenen und weiteren Aufgaben und
neuerungsgemäße Merkmale dieser Erfindung werden
verständlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in
Verbindung mit den bei liegenden Zeichnungen, die nur zum
Zwecke der Darstellung vorgesehen sind und den
Erfindungsgedanken nicht beschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figuren 1 und 2 sind jeweils eine Querschnittsansicht
eines Isolierabstandshalters gemäß dem
Stand der Technik;
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Figur 3 ist ein Graph, der den
Feldkonzentrationsfaktor beim Zustand von Figur
repräsentiert;
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Figur 4 ist ein Querschnitt eines
Isolierabstandshalters gemäß einer Ausführung
dieser Erfindung;
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Figur 5 ist eine Querschnittsansicht eines
Isolierabstandshalters gemäß einer weiteren
Ausführung dieser Erfindung; und
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Figur 6 ist eine Querschnittsansicht eines
Isolierabstandshalters gemäß einer weiteren
Ausführung dieser Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Figur 4 zeigt einen Querschnitt eines
Isolierabstandshalters gemäß einer Ausführung dieser Erfindung. In der
Figur bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 3 Elektroden
mit höherem und niedrigerem Potential und eine
Isolierbarriere ähnlich wie in Figur 1. Die Bezugszeichen 6A
und 6B bezeichnen einen Einheitsabstandshalter aus
isolierendem Feststoff wie Fasermaterial, Keramik,
Kunststoff etc.. Die Einheitsabstandshalter haben jeweils
eine hohle Form, nämlich eine Rohrform mit viereckigem
Querschnitt und weisen einen hohlen Abschnitt 7 und
einen den hohlen Abschnitt 7 umgebenden peripheren
Abschnitt 8 auf. Der hohle Abschnitt 7 ist mit einem
isolierenden Umgebungsmedium, beispielsweise Gas oder
Isolieröl (keines von beiden ist gezeigt), gefüllt. In
derselben Weise wie in Figur 1 sind drei
Einheitsabstandshalter zwischen den Elektroden 1 und 2 mit dem höheren
und dem niedrigeren Potential angeordnet, um einen
Isolierabstand zwischen den beiden Elektroden zu erhalten
und jede Isolierbarriere 3 zwischen den
Einheitsabstandshaltern 6A und 6B zu klemmen. Die Breite W&sub1; des
Einheitsabstandshalters 6A ist kleiner als die Breite W&sub2;
des Einheitsabstandshalters 6B, und die Breite des
hohlen Abschnittes 7 des Einheitsabstandshalters 6A ist
dementsprechend kleiner. Die drei Einheitsabstandshalter
6A und 6B sind so angeordnet, daß die Seitenwände ihrer
peripheren Abschnitte 8 in der vertikalen Richtung in
der Figur in Zickzack-Form gestapelt und nicht entlang
einer geraden Linie zueinander ausgerichtet sind.
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Unter der Annahme daß ein geradliniger Pfad in der Figur
von einem beliebigen Punkt an der Elektrode 1 mit dem
höheren Potential nach unten verläuft, kann dann der
angenommene Pfad nicht mit dem isolierenden Feststoff
allein gefüllt sein, sondern durchläuft unweigerlich
mindestens eine Strecke, in der ein Isoliermedium wie
Gas, Isolieröl etc. vorhanden ist. Falls sogar ein enger
Spalt (nicht dargestellt) wieder an einem Punkt auf dem
angenommenen geradlinigen Pfad entsteht, würde deshalb
eine lokale Konzentration des elektrischen Feldes
niemals an diesem Punkt auftreten. Unter Bezugnahme auf den
durch eine Strich-Punkt-Linie A repräsentierten
geradlinigen Pfad beispielsweise besteht etwa ein Drittel der
Distanz zwischen den Elektroden 1 und 2 mit dem höheren
und dem niedrigeren Potential aus dem hohlen Abschnitt
7. Mit d&sub1;/d&sub2; = 0,5 in Figur 3 beträgt deshalb der
Feldkonzentrationsfaktor für diesen Fall etwa 1,8. Das
Vorhandensein des hohlen Abschnittes 7 verhindert nämlich,
daß das Verhältnis d&sub1;/d&sub2; auf einen Wert nahe Null
reduziert wird, und dementsprechend wird der
Feldkonzentrationsfaktor im Vergleich zum Stand der Technik
gemildert. Eine Konzentration, bei der der mittlere
Einheitsabstandshalter 6B kleiner als die übrigen
Einheitsabstandshalter 6A entgegen der Figur sind, hat ebenfalls
dieselbe Wirkung.
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Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines
Isolierabstandshalters gemäß einer anderen Ausführung dieser
Erfindung,
wobei der Fall dargestellt ist, daß drei in der
Breite unterschiedliche Arten von
Einheitsabstandshaltern 6A, 6B und 6C verwendet werden. In diesem Fall ist
eine weitere Reduktion des Feldkonzentrationsfaktors im
Vergleich mit dem in Figur 4 gezeigten Fall erzielbar.
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Figur 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines
Isolierabstandshalters gemäß einer weiteren Ausführung dieser
Erfindung, wobei der Fall gezeigt ist, daß eine Art von
Einheitsabstandshaltern 6A verwendet wird. Indem die
Einheitsabstandshalter 6A horizontal gemäß der Figur
gegeneinander versetzt gestapelt sind, wird dieselbe
Wirkung wie in Figur 4 erzeugt.
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Wie zuvor beschrieben worden ist, sind die
erfindungsgemäßen Einheitsabstandshalter jeweils mit einer hohlen
Form ausgebildet und so übereinandergestapelt, daß die
Seitenwände der peripheren Abschnitte der
Einheitsabstandshalter nicht in einer Ebene liegen. Die
Konstruktion schließt die Möglichkeit aus, daß der Zwischenraum
zwischen den beiden Teilen wie z.B. den Elektroden zum
größten Teil mit isolierendem Feststoff gefüllt sein
kann, während ein enger Spalt im übrigen kleineren Teil
des Zwischenraumes vorhanden sein kann. Deshalb wird mit
Hilfe dieser Erfindung eine lokale Konzentration des
elektrischen Feldes vermieden.