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Im wesentlichen achsial elektrisch beanspruchter Isolator von rohr-oder kniippelartiger
Gestalt.
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zu erzielen, muss man die Feldstärke in der Längserstreckung des Isolators möglichst gleichmässig machen, oder anders ausgedruckt, man muss den Äquipotentialflächen, die auf dem Isolator enden, möglichst gleichen Abstand verschaffen.
Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der ein rohrartiger Isolator, an dem die Spannung zwischen den beiden Enden des Rohres herrscht, zylindrische gegeneinander gestaffelte, leitende Einlagen im Innern des Isoliermaterials aufweist, die ein radiales elektrisches Feld hervorrufen und durch die das axiale Feld an den Rändern der Einlagen und damit an der Oberfläche des Isolators beeinflusst wird.
Die mittleren Umfangslinien der zylindrischen Einlagen liegen auf der Mantelfläche eines Kegels. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass es sich durch geeignete Bemessung der Einlagen erreichen lässt, das Feld über die ganze Längserstreckung des Isolators einigermassen gleichmässig zu verteilen, während bei gewöhnlichen rohr-oder knüppelartigen Isolatoren ohne Einlagen eine starke Feldkonzentration an den Enden des Isolators stattfindet.
Die Erfindung betrifft nun eine Weiterbildung dieser bekannten Anordnung. Erfindungsgemäss liegen die Umfangslinien der leitenden Einlagen auf den Mantelflächen eines oder mehrerer hintereinander liegender Doppelkegel. Die Staffelung der Einlagen in Form von ein oder mehreren Doppelkegeln hat
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stärke des Isolators ganz erheblich vermindert werden kann. Beispielsweise beträgt die Wandstärke bei der Ausbildung der leitenden Einlagen in Form eines Doppelkegels gegenüber einem einfachen Kegel nur etwa die Hälfte. Sind mehrere Doppelkegel vorhanden, so vermindert sich die Wandstärke noch wesentlich mehr.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen derartigen Stiitz- oder Hängeisolator an einem Ausführungsbeispiel. Das Isolierrohr 1 ist in bekannter Weise aus Papier gewickelt, 2 und 3 sind die beiden Kappen an den Enden des Isolators. In das Innere des Isoliermaterials sind nun metallische Einlagen 5, z. B. aus Stanniol, eingewickelt. Die Einlagen besitzen die Form von in axialer Richtung verhältnismässig kurzen Zylindern ; ausserdem sind sie in axialer Richtung gegeneinander gestaffelt, so dass ihre mittleren Umfangslinien nahezu auf der Mantelfläche eines Doppelkegels mit dem Öffnungswinkel a bzw. den beiden
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förmig. Die Lage der Äquipotentialflächen im Isolator bzw. in seiner nächsten Umgebung ist in Fig. 1 durch die Linien 9 angedeutet.
Die Stärke der Staffelung der einzelnen Zwischenschichten bzw. die Neigung der Mittellinien 6 und 7 oder der Öffnungswinkel a des Kegels bestimmt das Verhältnis der radialen zur axialen Feldstärke im Isolator. Um einen Durchschlag im Isolator zu vermeiden, wird man daher den Öffnungswinkel a so wählen, dass die Durchschlagsspannung höher liegt als die Überschlagsspannung. Bei einem aus Papier gewickelten Isolator kann man das Verhältnis der Durchschlagsfestigkeit und der Oberflächenfestigkeit des Papiers bis zu etwa 16 wählen. Dadurch ist auch der Kegelwinkel a gegeben, er beträgt dann etwa 3 bis 40.
Ohne Berücksichtigung der Feldstreuung oder der Nebenkapazitäten muss man zur gleichmässigen Aufteilung der Spannung längs der kapazitiven Kette die Kapazität zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Einlagen gleich gross machen. Berücksichtigt man die Nebenkapazität jedes Belages gegen den einen und den andern der zu isolierenden Metallteile (der beiden Fassungen 3 und 2), so führt man die Grösse der Kapazitäten zweckmässig ein wenig verschieden aus, u. zw. so, dass die Spannungsverteilung bei Einschluss der Wirkung der kapazitiven Nebenströme gleichförmig genug wird. Es kann aber auch wünschenswert sein, die Spannungsaufteilung längs der Mantelfläche des Isolators nicht nur gleichmässig zu machen, sondern noch einen Schritt weiter zu gehen und die Feldstärken an den mit Metallfassungen oder Kappen bewehrten Enden noch weiter zu verringern.
Dazu ist es nur erforderlich, die Kapazität der Belegungen in der Nähe der Kappen 3 und 4gegeneinander ein wenig grösser zu halten, so dass die Spannung bei ihrer Verteilung über alle hintereinander geschalteten Kapazitäten dort geringer bleibt. Hiedurch wird ein Überschlag am Isolator, der im allgemeinen von den metallischen Kappen ausgeht, auch bei hohen Über- spannungen sehr weitgehend verringert.
Fig. 2 der Zeichnung zeigt an der Kurve 10 die Spannupgsverteilung an einem Isolator etwa gemäss der Fig. 1, wenn dieser keine leitenden Einlagen besitzt. Die Gerade 11 gibt die gleichförmige Spannungsverteilung an, wenn die Kapazität zwischen den einzelnen Zwischenschichten etwa gleich gross ist. Die
Kurve 12 zeigt die Spannungsverteilung an, wenn die Kapazität der Zwischenschichten an den Enden des Isolators grösser ist als in der Mitte.
Die gegeneinander gestaffelten zylindrischen Einlagen im Isolator sind zweckmässig alle durch eine gleichstarke Isolationssehicht voneinander getrennt. Bei gleicher axialer Länge der einzelnen zylindrischen Einlagen ergeben sich aber dabei je nach der Grösse des Radius der einzelnen Einlagen verschiedene Kapazitäten für diese. Um eine gleichmässige Kapazitätsaufteilung in einem solchen Fall zu erreichen, kann man den zylindrischen Schichten mit geringerem Durchmesser eine grössere axiale Länge geben als denen, die in der Nähe des Aussenmantels liegen.
Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine derartige Anordnung. Die einzelnen zylindrischen gegeneinander gestaffelten Einlagen verlaufen hier nur an der einen Seite ihrer Ränder längs den Mantellinien 6 und 7 eines Kegels, während die Begrenzungslinie für die zweiten Ränder infolge der grösseren axialen Länge der inneren Einlagen nach einer Kurve 8 verläuft. Selbstverständlich könnte man aber die Anordnung auch so wählen, dass, ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 1, die einzelnen Einlagen mit ihren mittleren Umfangslinien auf den Mantellinien eines Kegels liegen, so dass in Fig. 3 die Ränder der
Einlagen beiderseitig auf gekrümmten Linien liegen.
Fig. 4 zeigt einen Hängeisolator, bei dem die Zwischenschichten drei Doppelkegel bilden, so dass bei gleicher Isolierlänge nur ein Drittel der Wandstärke wie gemäss Fig. 1 notwendig ist. Man kann auf diese Weise rohrformigelsolatoren herstellen, die auch bei einer hoheren Spannung beiihrer grossen erforderlichen Isolationslänge nur mässige Wandstärke benötigen.
Die Anordnung der einzelnen zylindrischen Einlagen längs der Mantelfläche eines oder mehrerer Doppelkegel ermöglicht auch eine leichte Befestigung der Metallfassungen oder Kappen an dem Ende des Isolators, ohne dass dabei die leitenden Schichten verletzt werden. Die Metallfassung am Ende des
Isolators kann z. B. nach Fig. 5 der Zeichnung in denjenigen Teil des Isolators eingeschraubt werden, der keine leitenden Einlagen besitzt.
Am einfachsten erscheint die Herstellung des neuen Isolators zunächst bei Verwendung von aufgewickeltem Papier als Baustoff. Bei Verwendung für das Freie muss man den Isolator alsdann durch einen Lacküberzug oder durch einen keramischen Überwurf wetterbeständig machen oder ihn durch Regenschirme gegen Zersetzung schützen. Man kann das gleiche Prinzip aber auch bei Isolatoren aus
Porzellan, Glas oder beliebigem andern Material anwenden, indem man mehrere Rohre einzeln oder nacheinander herstellt und die leitenden Einlagen in den Zwischenschichten der übereinander zu schiebenden
Rohre anordnet. An Stelle von eingewickelten Metallfolien wird man hier besser eine Metallbespritzung anwenden, die beim Aufeinanderbrennen der verschiedenen Rohre haltbarer ist und einen besseren Luft- abschluss gewährleistet.
In jedem Falle können die leitenden Einlagen in ganz beliebiger Weise aufgebaut werden : als
Metallfolien, als Drahtgewebe, als dünne Fäden, als aufgespritzte Schichten usw. Wesentlich ist nur, dass sie eine ausreichende, an sich nicht hohe Leitfähigkeit besitzen, die den erforderlichen Ausgleich der Spannung längs der Einlagen bewirkt.