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Isolationsanordnung für hohe Gleichspannungen Die Erfindung betrifft
eine Isolationsanordnung für hohe Gleichspannungen und besteht darin, daß die zwischen
zwei durch Luft und einen anderen Isolierstoft voneinander getrennten Hochspannungspolen
auftretende Feldbeanspruchung aus der Luft in den Isolierstoff dadurch verlegt wird,
daß als Isolierstoff ein solcher verwendet wird, der die Fähigkeit hat, sich auf
seiner Oberfläche elektrisch aufzuladen und die Aufladungen eine Zeitlang beizubehalten.
Während man bisher bei der Isolierung sowohl von hohen Wechselspannungen als auch
von hohen Gleichspannungen sogenannte feldfreie Räume dadurch schuf, daß auf beiden
Seiten des Isolierstoffs Metallbelegungen, z. B. in Form von Spritzschichten, anggordnet
wurden, die mit den beiden voneinander zu isolierenden Hochspannungspolen verbunden
wurden, geht die Erfindung einen grundsätzlich anderen Weg, indem sie bei der Isolierung
von hohen Gleichspannungen an die Stelle der Metallbelegungen die sich nach Anlegen
der hohen Gleichspannung in hür7ester Zeit auf beiden Seiten des Isolierstoffs bildenden
Aufladungen setzt. Jedem Punkt auf den Oberflächen des Isolierstoffs wird also diejenige
Spannung zugeordnet, die er bekommen muß, damit ein feldfreier Raum geschaffen wird.
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Wenn man bei den bekannten Isolationsanordnungen für hohe Wechselspannungen
die zur Erzielung sogenannter feldfreier Räume vorgesehenen Metallbelegungen, die
mit den beiden voneinander
zu isolierenden Hochspannungspolen verbunden
sind; fortlassen. würde, so würde das sich zwischen den beiden Hochspannungspolen
ausbildende Feld sich teilweise in dem festen Isolierstoff, zum anderen Teil in
den Luftzwischenräumen zwischen den beiden: Hochspannungspolen und dem festen Isolierstoff
befinden.. Infolge der verschieden großen Dielektrizitätskonstanten der Luft und
des festen Isolierstoffs wird die Feldbeanspruchung in der Luft so groß, daß eine
Stoßionisation und damit eine Bildung von Ladungsträgern eintritt. Die dabei entstehende
Wärme führt bald zum Wärmedurchschlag und damit zur Zerstörung des festen Isolierstoffs.
Ordnet man. dagegen unmittelbar auf der Oberfläche der festen Isolierschicht die
auf dem gleichen. Potential wie die Elektroden sich befinden, den Metallbeläge an,
so liegt das. elektrische Feld nicht mehr in der Luft, sondern nur noch in dem festen
Isolierstoff. Die Anordnung der Metallbeläge hat also zur Folge, daß keine Stoßionisation
mehr auftritt, so daß das feste Isoliermittel demzufolge auch nicht zerstört werden
kann.
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Verwendet man nun gemäß der vorliegenden Erfindung zur Isolation von
hohen Gleichspannungen als feste Isolierschicht einen Isolierstoff; welcher die
Fähigkeit hat, sich elektrisch auf seiner Oberflache -aufzuladen: und seine Ladungen
beizubehalfen, so kann auf die Anordnung von Metallbelegungen, auf der Oberfläche
der festen Isolierschicht bei Gleichspannungen verzichtet werden, da die Oberflächen
der Isolierschicht sich aufladen. Die bei der anfangs eingeleiteten Stoßionisation
gebildeten Ladungsträger können nämlich der Oberfläche der festen Isolierschicht
Elektrizität nur so lange zuführen, bis die Oberfläche das Potential der 'ihr gegenüberliegenden
Elektrode erreicht hat: Es bilden sich also auf den- beiden Oberflächen der Isolierschicht
Ladungsschichten. Da bei --dem verwendeten Isolierstoff keine Elektrizität von der
Oberfläche abfließen kann, hört also in dem Augenblick, in dem die Oberflächen die
Potentiale der ihnen gegenlüberliegenden Elektroden erreicht haben, die Stoßionisation
auf, da nunmehr zwischen den Oberflächen der Isolierschicht und den, Elektroden
keine Potentialdifferenz mehr herrscht. Die Feldbeanspruchung ist somit aus -der
Luft in den festen Isolierstoff verlegt. Da jedem Punkt auf den Oberflächen des
Isolierstoffs diejenige Spannung zugeordnet wird., die er bekommen muß, damit ein
feldfreier Raum geschaffen wird; erklärt es sich, daß durch. Anwendung der Erfindung
eine ganz erhebliche Vereinfachung bei der Isolation von hohen Gleichspannungen
erzielt wird: In der Beschreibung sind verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert,
die die erheblichen Vorteile der Erfindung erkennen lassen. Als Isolierstoffe, die
sich auf seiner Oberfläche leicht aufladen lassen und die Ladung eine Zeitlang beibehalten,
eignen sich besonders z. B. Hartgummi, bernsteinähnliche Kunststoffe oder einige
Zelluloseverbindungen.
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Die Erfindung ist für die verschiedensten. Anwendungsgebiete mit Vorteil
brauchbar: Beispielsweise lassen sich gemäß der Erfindung leicht Hochspannungskabel
für Gleichstrom herstellen, :die sich durch einen besonders geringen Querschnitt
gegenüber den bekannten Hochspannungskabeln auszeichneÜ und dabei auch vollkommen
berührungssicher sind. Auch bei Hauben für Röntgenröhren, insbesondere hochspannungssicheren
Röntgenröhrenhauben, kann die Isolationsanordnung gemäß der Erfindung benutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung; wenn: es sich um Anordnungen handelt, bei
denen sich die beiden voneinander zu isolierenden: Hochspannungspole gegeneinander
bewegen; hier versagen die bekannten Mittel zur Schaffung feldfreier Räume vollkommen,
weil es nicht möglich ist, auf dem zwischengeschalteten Isolierstoff mit den beiden
Hochspannungspolen in leitender Verbindung stehende Belege anzubringen. Dies ist
z. B. bei elektrischen Gleichstrommaschinen für hohe Spannungen der Fall, bei denen
als besonders erschwerendes. Moment hinzukommt, daß die durch den Isolierstoff zu
isolierenden. Spannungen an den verschiedenen Stellen verschieden groß sind. Kürz
gesagt, die Isolationsanordnung gemäß der Erfindung ist überall dort vorteilhaft;
wo es sich um sehr hohe Gleichspannungen.handelt. Als Isolierstoff verwendet man
zweckmäßig einen solchen, der sich leicht aufladen läßt und die Ladung möglichst
lange behält, wie z. B. Hartgummi, bernsteinähnliche Kunstharze oder bestimmte Zelluloseverbindungen.
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In der Abb: i ist ein Ausführungsbeispiel für die Isolationsanordnung
gemäß der .Erfindung in ihrer Anwendung bei. einem Hochspannungskabel für Gleichstrom
schematisch dargestellt, und zwar zeigt die Abbildung einen Längsschnitt durch ein
Stück eines solchen Kabels: Die einen hochgespannten Gleichstrom führende Kabelseele
i i ist von einer Mehrzahl darülbergeschobener Rohre r2 aus geeignetem Isolierstoff,
z. B. einer Hartgummiärt, umgeben. Über diese Rohre z2 sind wieder eine Mehrzahl
Rohre 13 aus entsprechendem Isolierstoff geschoben, und.zwar so, daß die Stoßstellen
der Rohre 13 regelmäßig 'in der Mitte zwischen den Stoßstehen der Rohre 12 liegen,
um möglichst lange Kriechwege zu schaffen. Um die Rohre 13 ist schließlich
ein geerdeter Metallmantel 14 herumgelegt, der auch aus einer Mehrzahl aneinanderstoßender,
leitend miteinander verbundener Metällrohre bestehen kann. Es ist auch möglich,
den Metallmantel aus einem Stück herzustellen und ihn, ähnlich wie bei den sogenannten
Kühlrohrleitungen für Hausinstallationen, um die Isolierröhre 13
herumzulegen
und zu falzen. Die Kabelseele i i kann einen beliebigen Querschnitt haben, da zwischen
ihr und den Isolierrohren i2 je ein Luftzwischenraum verbleiben kann. Infolgedessen
braucht man auch nicht darauf zu achten, daß der Draht i i stets in der Mittelachse
der Isolierrohre 12, liegt. Es ergibt sich bei dieser Anordnung gleichzeitig der
Vorteil, daß man bequem, z. B. mittels Durchblasen von Luft, für eine gute Kühlung
sorgen kann, wenn es sich um die Übertragung von hohen Gleichströmen, insbesondere
vorübergehenden Spitzenströmen, handelt. Man kann daher
einen geringeren
Drahtquerschnitt als bisher wählen und so an Kupfer sparen. Auch ohne künstliche
Kühlung sind bei dem dargestellten Kabel die Abkühlungsverhältnisse wesentlich günstiger
als bei den bekannten Kabeln, bei denen man alles daran gesetzt hat, um jeden Lufteinschluß
im Innern zu vermeiden. Ein besonderer Vorteil besteht noch darin, daß man sich
jede beliebige Kabellänge aus den verhältnismäßig kurzen Isolier- und Metallrohren
herstellen kann und auch nachträgliche Verlängerungen von Leitungen leicht durchgeführt
werden können. In der gleichen Weise lassen sich auch Kabelmuffen für die gewöhnlichen
Hochspannungskabel bauen. Ihr wesentlicher Vorteil gegenüber den bekannten Kabelmuffen
besteht darin, daß das Ausgießen mit einer Vergußmasse in Fortfall kommt.
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Die Abb. 2. zeigt eine Isolationsanordnung gemäß der Erfindung schematisch
in ihrer Anwendung bei einem Kabelendv erschluß eines gewöhnlichen Hochspannungskabels.
Die Kabelseele 15 ist in üiblicher Weise von Isolierstoff 16 umgeben, der von einem
geerdeten Mantel 17 umhüllt ist. Der Isolierstoff 16 ragt ein. der Spannungshöhe
entsprechendes Stück aus dem Metallmantel 17 heraus. Auf das Ende des Mantels 17
ist ein Ring 18 aus leitendem Werkstoff, z. B. Messing, gelegt. Ein entsprechender
Ring 19
von demselben Außendurchmesser ist mit der abisolierten Kabelseele
15 leitend verbunden. Das vom Metallmantel 17 befreite, mit der Kabelisolation
versehene Kabelstück wird, beispielsweise mittels Ceresin, so imprägniert, daß die
Oberfläche dieses Isolationsstückes sich gut aufladen kann. Zwischen den beiden
Ringen 18, i9 liegt ein Zylinder 2o aus geeignetem Isolierstoff. Während bei den
bekannten Kabelendverschlüssen der Metallmantel nicht ohne weiteres abgeschnitten
werden kann, sondern kontinuierlich entsprechend dem Feldbild nach außen gebogen
sich noch ein erhebliches Stück fortsetzen muß, wobei gleichzeitig die Isolation
verstärkt werden muß, sind derartige umständliche Maßnahmen bei dem gezeichneten
Kabelendverschluß nicht erforderlich, da auch hier von der Fähigkeit des Isolierstoffs,
sich elektrisch aufzuladen, Gebrauch gemacht ist. Auch Durchführungen können in
ähnlicher Weise hergestellt werden.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet für die neue Isolationsanordnung sind
die Hauben für mit hohen Gleichspannungen betriebene Entladungsröhren, insbesondere
Röntgenröhren oder Kathodenstrahlröhren. In der Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel
für eine nach diesen Gesichtspunkten aufgebaute Röntgenröhrenhaube schematisch unter
Fortlassung aller mit Bezug auf die Erfindung nebensächlicher Einzelheiten dargestellt.
Die Röntgenröhre 2i ist von einem Zylinder 22 aus Isolierstoff von den erwähnten
Eigenschaften umgeben. Darüber sind zwei topfförmige Isolierkörper 23 und 24 mit
den gleichen Eigenschaften geschoben, so daß die Röhre 2r mit ihrenAnschlußstellen
vollständig vonIsolierstoff umgeben ist. Um diese beiden Haubenhälften 23 und 24
ist dann ein geerdeter Metallmantel 25 herumgelegt, der beispielsweise aus zwei
miteinander mechanisch verbundenen Hälften besteht. Er besitzt eine Öffnung 26,
durch welche die mit einer geerdeten Hülle versehenen Hochspannungskabel 27, 28
in die Haube geführt sind. Das die beiden Kathodenzuleitungen 29, 3o enthaltende
Kabel 27 ist ebenso wie das die Anodenzuleitung enthaltende Kabel 28 kurz nach dem
Eintreten in den zwischen den Isolierkörpern 22 und 23 bzw. 24 befindlichen Zwischenraum
von dem Metallmantel befreit, wie in der Zeichnung angedeutet ist. Die nunmehr isolierten
Kabelstücke werden zweckmäßig wie das entsprechende Kabelstück in Abb. 2 imprägniert.