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Hochspannungsdurchführung für elektrische Apparate, bei der der den
Durchführungsleiter einschließende Isolierhohlkörper mit Druckgas angefüllt ist
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsdurchführung für elektrische Apparate,
bei der der den Durchführungsleiter einschließende Isolierhohlkörper mit Druckgas
angefüllt ist. Eine solche Durchführung kann in ihren Abmessungen verhältnismäßig
klein gehalten werden, da das Druckgas eine hohe dielektrische Festigkeit aufweist.
Durch die Erfindung soll diese Möglichkeit durch Anwendung möglichst hoher Gasdrücke
weitgehends.t ausgenutzt werden. Da jedoch bei sehr hohen Drücken eine Verflüssigung
des Druckgases eintreten kann, so, ist hier zunächst eine Grenze gesetzt. Um jedoch
den Gasdruck noch weiter steigern zu können und bei hohen Drücken die Verflüssigung
des Druckgases; dessen Verflüssigungstemperatur verhältnismäßig hoch liegt, zu verhindern,
werden erfindungsgemäß an der Durchführung wärmeerzeugende Hilfseinrichtungen vorgesehen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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r ist ein Metallkessel oder ein Gefäß, das
einen elektrischen
Hochspannungsapparat, z. B. einen Transformator, enthält, der mit äußeren Leitern
in Verbindung steht. Der Apparat als solcher ist für die Erfindung unwesentlich
und ist aus diesem Grunde nicht näher erläutert. Der Kessel i ist mit einem komprimierten
Gas gefüllt, welches der Isolierung der darin befindlichen Apparateteile dient.
Da derartige Kessel meist groß sind, ist es wünschenswert, das Gas unter einem derartigen
Druck zu verwenden, daß eine Verstärkung der Kesselwand nicht erforderlich ist.
Der Druck wird hierbei ungefähr in der Größenordnung von 21 Atmosphären gehalten.
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Der obere Teil des Kessels i ist mit einem Deckel 2 versehen, der
zwecks sicheren Abschlusses fest mit dem Kessel verschrauht ist. Durch den Deckel
a ist der Isolator des Durchführungsleiters hindurchgeführt, dessen unteres Ende
mittels eines weiteren Leiters mit dem elektrischen Apparat in dem Kessel in gewöhnlicher
Weise verbunden ist, während das obere Ende vermittels einer äußeren Leiterführung
mit anderen Apparaten in Verbindung steht. Die Kammer q. des Isolators ist mit einem
ausgewählten isolierenden und unter Druck stehenden Gas gefüllt. Der Druck in dieser
Kammer ist wesentlich höher als im Kessel i. Der Isolator muß natürlich eine dem
hohen inneren Druck entsprechende Stärke besitzen. Andererseits soll aber der Durchmesser
des Isolators möglichst klein sein.
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Die Durchführung besteht aus einer Röhre aus Faserstoff, z. B. aus
einem Papierwickel, dessen Schichten durch ein Bindemittel, z. B. ein Kondensationsprodukt,
das unter Anwendung von Hitze und Druck in einen festen Zustand übergeführt wird,
verbunden sind. Das untere Ende der Röhre ist im Innern mit einem Schraubengewinde
versehen, um die Kappe 6 aufzunehmen, die aus demselben Werkstoff -,vie die Röhre
bestehen kann und einen Hohlraum ; besitzt, durch welchen der Leiter 3 geführt wird.
An der Kappe ist eine Verschraubung 8 vorgesehen, welche den Anschluß für das untere
Ende des Leiters bildet.
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Im mittleren Teil ist die Röhre etwas erweitert und weist zwei Ringe
g auf, zwischen denen eine Metallmuffe io angeordnet ist, welche wiederum mit dem
Deckel :2 dicht verbunden ist oder einen Teil desselben bildet. Die -Tuffe ist an
ihren Enden mit Gewinde versehen, auf das die überwurfmuttern ii und 12 aufgeschraubt
sind, «-elche die Dichtungen 13 der Ringe g fest gegen die Muffe io pressen,
so daß eine druckfeste Verbindung entsteht. Oberhalb der Mutter 12 ist ein Isolierkörper
14 angebracht. Das obere Ende der Röhre ist mit einer Anzahl von ringförmigen Rippen
15 aus. Isolierstoff versehen, die aus demselben Werkstoff wie die Röhre selbst
besteht. Zwischen den Ringen befinden sich kleine Abstandsringe 16. Diese Ringe
erhöhen die Isolierfestigkeit zwischen dem Ende des zentralen Leiters und dem metallischen
Kessel oder Gefäß und dienen gleichzeitig der Verstärkung der Rohrwandung.
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Das obere Ende der Durchführung, «-elches angeschraubt ist, besteht
aus Porzellan 17, aus Glas oder einem ähnlichen Isolierstoff. Der Isolator ist mit
parallelen Rippen 18 versehen, welche nicht nur der Vergrößerung des Kriechweges,
sondern auch der Verstärkung der Wandung dienen. Wegen der kleinen Oberfläche der
Bohrungswandung können hohe innere Drücke aufgenommen «-erden.
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Wo der Mittelleiter den Isolator verläßt, ist ein Nippel ig und eine
Dichtung 20 Vorgesehen. Diese Teile können in derselben Weise wie die am unteren
Teil der Durchführung beschriebenen ausgeführt sein. Da der obere Teil der Durchführung
mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht, welche feucht und staubig sein kann,
muß die Entfernung zwischen dem Leiterende bei ig und dem Deckel 2 groß sein, um
Überschläge längs der Oberfläche zu vermeiden. Die Entfernung zwischen der Mutter
i i und dem unteren Anschluß 8 muß andererseits den zur Anwendung gelangenden Spannungen
angepaßt sein. Die Gasfüllung der Kammer .f geschieht vermittels eines mit dem Ventil
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versehenen Rohres2i, das durch die Metallmuffe io hindurchgeführt ist.
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Die Röhre 3, die Kappe 6 und der Isolator 17 können ohne Rücksicht
auf den Werkstoff als ein vollständig geschlossener Kessel angesehen werden.
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Zur Isolierung des zentralen Leiters 3 in der Durchführung können
verschiedenartige Gase oder -Mischungen derselben mit hoher dielektrischer Festigkeit
benutzt werden, wie z. B. Tetrachlorkohlenstoff. C C14, entweder allein oder gemischt
mit Luft oder anderen Gasen. lIit einem Gas wie Tetraclilorkohlenstoff ist, wenn
es bei Atmosphärendruck und oberhalb seines Verflüssigungspunktes verwendet wird,
beispielsweise eine Funkenstrecke od. d-1. von 1,5 mm in der Wirkungsweise derjenigen
Funkenstrecke von 30 mm bei Atmosphärenluft gleich. Wenn der Druck des Gases
und die Temperatur erhöht werden, wird gleichfalls sein Wert als Dielektrikum sehr
stark erhöht. Verschiedene für den vorliegenden Zweck besonders geeignete Gase werden
bei Temperatursenkungen und Anwendung eines hohen Druckes flüssig. Stickstoff kann
unter passendem Druck ebenso als Füllung für die Durchführung verwendet werden,
hat aber keine so große Durchschlagsfestigkeit wie Tetrachlorkohlenstoff.
Es
können natürlich auch andere Gase zur Anwendung gelangen, ebenso ist die Verwendung
einer Gasmischung möglich. Natürlich müssen beide Teile - eine hinlänglich hohe
dielektrische Festigkeit für die Spannungen, denen der zentrale Leiter ausgesetzt
ist, aufweisen.
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Die für die Anordnung nach der Erfindung benutzbaren Gase, die durch
eine hohe dielektrische Festigkeit ausgezeichnet sind, weisen eine relativ hohe
Verflüssigungstemperatur auf. Um aber das Isoliermittel auch bei hohen Drücken in
einem gasförmigen Zustand zu erhalten, werden. wärmeerzeugiende Mittel verwendet.
In einigen Fällen kann die notwendige Erwärmung durch den elektrischen Strom selbst
bei seinem Fluß durch den Durchführungsleiter erzeugt werden, oder sie wird durch
äußere Mittel hervorgerufen. Zum Beispiel kann der zentrale Leiter einen erhöhten
Widerstand besitzen oder kann ganz oder zum Teil aus magnetischem Werkstoff bestehen.
Zu diesem Zweck ist eine die Durchführung bei einem passenden Punkt umgebende Spule
23 von isoliertem Draht, welche von einer Wechselstromniederspannungsquelle gespeist
wird, vorgesehen. Der durch die Spule fließende Strom erzeugt Kraftlinien, die durch
das Eisen des Durchführungsleiters gehen und in diesem Wirbelströme und Hystereseerscheinungen
hervorrufen, durch die seine Temperatur erhöht wird, was wiederum bewirkt, daß das
Isoliermittel in der Kammer q. in der gasförmigen Phase erhalten bleibt. Die Wirkung
kann noch dadurch verstärkt werden, daß für die Spule 23 an Stelle eines z. B. 6o-Perioden-@Stromes.
ein Strom hoher Periodenzahl verwendet wird. Für mittlere Erwärmung genügt indessen
der 6o-Perioden-Strom.
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Der Leiter der Durchführung besteht zwecks Vermeidung von Verlusten
aus einem Werkstoff mit niedrigem Widerstand. Wenn eine größere Erwärmung erforderlich
ist, kann der ganze oder ein Teil des Leiters aus einem Werkstoff von hohem Widerstand
bestehen:. Die Kammer kann auch einen Überschuß an flüssigem Tetrachlorkohlenstoff
enthalten, wobei dessen Verdunstung von dem Druck und der Temperatur abhängig ist.
Eine Erhöhung des Druckes zieht eine Erhöhung der dielektrischen Festigkeit des
Gases nach sich. Wie vorher dargelegt, kann die durch den zentralen Leiter erzeugte
Erwärmung das einzige erwärmende Mittel für das Gas sein, oder aber die Erwärmung
des Gases: kann durch außerhalb angebrachte oder durch äußere und innere Mittel
hervorgerufen werden.
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Durch die im vorhergehenden beschriebene Konstruktion können sehr
hohe Gasdrücke verwendet werden, wodurch der Durchmesser des zentralen Leiters verringert
wird. Ein verringerter Leiterdurchmesser erlaubt aber auch eine Verminderung der
radialen Breite der Gasstrecke, welches wiederum eine Verminderung des allgemeinen
Durchmessers der Durchführung nach sich zieht. Die Durchführung ist, obgleich sie
für verschiedene Spannungen brauchbar ist, von besonderem Wert bei Spannungen in
der Größenordnung von ioo,kV und darüber. Der Wegfall einer Isolierung des Leiters
mit festem Isolierstoff ergibt eine wesentliche Verminderung seines Durchmessers.