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Hochspannungskondensator.
Die Erfindung bezieht sich auf Hochspannungskondensatoren, wie sie namentlich gebraucht werden, wenn mit Hilfe von Hochfrequenzströmen über Hochspannungsleitungen eine telephoni8ch oder telegraphische Verständigung erzielt werden soll. Kondensatoren für diesen Zweck müssen sehr hohen Anforderungen genügen, und das ist bisher nicht in ausreichendem Masse gelungen. Der Grund dafür liegt teilweise in der Auswahl der Stoffe, die für das Dielektrikum solcher Kondensatoren verwendet worden sind, und teilweise in ihrer Gestaltung. In der Praxis haben am meisten die Kondensatoren Verwendung gefunden, die aus einem hochwertigen, innen und aussen mit Metallbelegungen versehenen gewickelten Papierrohr bestehen.
Dieses Dielektrikum muss gegen Witterungseinflüsse, vor allen Dingen gegen Feuchtigkeit, geschützt werden, und das hat man schon durch einen Übelwurf aus Porzellan zu erreichen versucht. Ein solcher Überwurf liegt aber nicht dicht auf der Papieroberfläche auf, es müssen Füllmassen angewendet werden, und diese geben zu Störungen Veranlassung, und ferner verursachen die Papierkondensatoren vielfach grosse dielektrische Verluste.
Man hat auch schon vorgeschlagen, Porzellan oder Glas als Dielektrikum für Hoehspannungs- kondensatoren zu verwenden. Aber derartige Kondensatoren sind bisher nicht in solcher Ausführung bekannt geworden, in der sie den zu stellenden hohen Anforderungen genügen könnten. Es ist nämlich zu berücksichtigen, dass bei einem Hochspannungskondensator, der für den obenerwähnten Zweck (Leitungstelegraphie) mit einer Hochspannungsleitung verbunden weiden soll, zwei Teile zu unterscheiden sind, nämlich der eigentliche Kondensatorteil, bei dem das Dielektrikum innen und aussen mit leitenden Belegungen versehen ist, und der sogenannte Durchführungsteil, der die von der inneren Belegung des Kondensatorteils zur äusseren Anschlussklemme führende Leitung isolieren soll, an der die Spannung mit voller Höhe wirksam wird.
Hier entsteht die Aufgabe, vorzeitige Randentladungen zwischen der
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Gestaltung des Kondensatorteils bei Kondensatoren, bei denen das Dielektrikum aus Porzellan oder Glas hergestellt war, hat bei bekannten Ausführungsformen Mängel aufgewiesen, beispielsweise den, dass der das Dielektrikum bildende Hohlkörper an der unteren Zuführungsklemme nicht fugenlos abgeschlossen war, wodurch er für Hochspannung unbrauchbar werden musste.
Gegenstand der Erfindung ist ein Hochspannungskondensator, bei dem die vorerwähnten Gesichtspunkte sämtlich berücksichtigt sind und der eine Kombination an sich bekannter Merkmale mit dem Erfolg darstellt, dass er den allerhöchsten Anforderungen genügt. Der Kondensatorteil des Kondensators nach der Erfindung besteht aus einem verhältnismässig dünnwandigen, im wesentlichen zylindrischen, an einem Ende ohne Stossfuge durch einen Boden abgeschlossenen Hohlkörper aus keramischem Stoff oder Glas mit beiderseitigen leitenden Belegungen, und dieser Kondensatorteil ist kombiniert mit einem
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Stoff oder Glas besteht.
Dieser. ist nach Art der elektrischen Hochspannungsdurchführungen geformt, also zylindrisch, kegelförmig oder bauchig ausgeführt, und ist, wie ein solcher, an der Aussenfläche mit Rippen oder Mänteln besetzt, die vorzeitige Randentladungen verhindern.
Ein Kondensator von dieser Kombination kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Am einfachsten besteht der Durchführungsteil aus einem Stück mit dem Kondensatorteil. Aber besondere Vorteile lassen sich erreichen, wenn man beide Teile getrennt herstellt. Man kann dann dem keramischen Stoff, aus dem einerseits das Dielektrikum des Kondensatorteils und anderseits dasjenige des Durchführungsteils hergestellt wird, durch geeignete Mischung der Bestandteile besondere Eigenschaften erteilen, die ihn gerade für den besonderen Verwendungszweck geeignet machen oder man kann Spezialgläser verwenden. Das Dielektrikum des Kondensatorteils muss eine sehr hohe Durchschlagsfestigkeit und eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante haben, dem Dielektrikum des Durchführungsteiles aber muss eine sehr hohe mechanische und thermische.
Widerstandsfestigkeit zukommen. Man kann bei Herstellung aus zwei Teilen auch den Kondensator mehr oder weniger in den Durchführungsteil einschieben, so dass die Bauhöhe geringer wird und der Kondensatorteil geschützt ist.
Der Kondensatorteil kann dann von einer im Durchführungsteil befestigten Metallkapsel umgeben werden, die ihn gegen äussere Verletzungen schützt oder auch ihn trägt.
Der Kondensatorteil wird dann vorteilhaft von mechanischen Beanspruchungen entlastet, wodurch die Betriebssicherheit gesteigert wird.
Insbesondere bei der zweiteiligen Ausführung kann in diesem Falle der Kondensatorteil aus einer "Masse" bestehen, bei welcher dem Gesichtspunkt besonders hoher Durchschlagsfestigkeit noch mehr Rechnung getragen werden kann, als wenngleiehzeitig auch hohe Wideistandsfähigkeit gegenmechanische Beanspruchungen erforderlich ist.
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Besondere Aufmerksamkeit erfordert der Anschluss der Zuleitungen an die Belegungen des Konden- satorteiles. Dieser wird entweder durch Lötung ausgeführt oder, was häufig sehr zweckmässig ist, durch Kontaktfedern, die auf geeignete Weise angepresst werden. Beinahe unbegrenzten Spannungen kann der Kondensator dadurch angepasst werden, dass man ihn, wie die Einzelteile von Hängeisolatoren, zu mehreren aneinanderhängt. Um das zu erleichtern, sind nach der Erfindung beide Enden des Kondensators mit Armaturen nach Art der bei Hängeisolatoren üblichen (Kappen u. dgl.) versehen.
Um die elektrische Feldverteilung in günstiger Weise zu beeinflussen, ist die innere Fläche des Kondensatorteiles in besonderer Weise gestaltet, wie weiter unten noch dargelegt wird.
In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindung in einer Anzahl von Ausführnngsbeispielen erläutert. Fig. 1 ist eine Ausführungsform, bei der Kondensatorteil und Durchführungsteil aus einem Stück bestehen. Eine derartige Ausführungsform ist auch Fig. 2, die aber eine besondere Ausgestaltung der Innenfläche des Kondensatorteils zeigt. Fig. 3-11 stellen verschiedene Ausführungsformen dar, bei einigen von ihnen sind wieder Kondensatorteil und Durchführungsteil einheitlich aus einem Stück hergestellt, bei andern bestehen sie aus gesondert Bergestellten, nachträglich zusammengesetzten Teilen.
Bei all diesen Ausführungsformen sind eigenartige Vorrichtungen für die Stromzuleitung zu den Belegung, en angegeben. Fig. 12 und 13 zeigen Kondensatoren, bei denen Kondensatorteil und Durchführungsteil gesondert ausgeführt und der erstere ganz in den letzteren eigeschoben ist. Fig. 14-17 stellen Kondensatoren nach der Erfindung in umgekehrter Lage wie die bisler aufgezählten Ausführungsformen dar.
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teils (t ist die Kappe 4 aufgesetzt, und auf das obere Ende des Durchfübrungstelles b die Kappe 5. Beide sind nach Art der bei Hängeisolatoren gebräuchlichen Kappenarmaturen ausgeführt und mit Vorrich- tungen 6 versehen, mit Hilfe derer mehrere Kondensatoren dieser Art aneinander gehängt werden können.
Die äussere Belegung 1 des Kondensatorteils ist elektrisch leitend an die Kappe 4 angeschlossen, die innere Belegung 2 durch eine Leitung 7 an die Kappe 5. Der Durchführungsteil hat die Aufgabe, diese Leitung 7 zu isolieren, die an seiner Oberfläche befindliehen Mäntel verhindern Randentladungen von der Kappe 5 zum oberen Ende der äusseren Belegung 1. Die innere Belegung 2 kann sich auch, wie auf der Zeichnung, über die innere Fläche des Durchführungsteiles hin erstrecken. Die äussere Belegung 1 endigt obenin einer Hohlkehle 8 des untersten Mantels 3, am unteren Ende ist der Körper aus keramischem Stoff oder Glas fugenlos abgeschlossen.
Wenn vorstehend von ,,unten" und ,,oben" gesprochen wird, so ist das bezogen auf die in der Zeichnung dargestellte Lage des Kondensators im Betrieb. Eine Bedingung ist diese Lage aber selbst-
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aufgehängt oder aufgestellt werden. Dann müsste aber die Form der Mäntel oder Rippen 3 der jeweiligen räumlichen Lage angepasst werden.
Bei derartigen Kondensatoren treten zwischen den beiden untersten, der Fassungsstelle am nächsten liegenden Schirmen unter Umständen Gleitentladungen auf, die das elektrische Verhalten ungünstig beeinflussen. Solche Gleitentladungenlassen sich in wirksamster Weise verhindern, wenn der Kondensator- teil, wie in Fig. 2, an seiner Innenwandung ungefähr der vorerwähnten Hohlkehle 8 mit einer schräg gegen das Ende des Durchführungsteiles b hin ragenden Ringrippe 9 versehen ist, deren innere Ober- fläche bis oder fast bis zum Rande 10 derart leitend belegt ist, dass diese hohlkehlenförmige leitende Belegung den lückenlosen Anschluss der inneren Kondensatorbelegung 2 bildet.
. ; Die Ringrippe 9 kann, wie in der Zeichnung auf der rechten Seite dargestellt ist, bei 11 etwas nach aufwärts gezogen werden, so dass sich eine Alt Trog bildet, der mit einer Masse-oder Ölfüllung 12 versehen werden kann. Auch hiedurch wird das Auftreten der vorerwähnten Gleitentladungen verhindert, dadurch,
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elektrikum hineinverlegt wird.
Die Leitung 7 ist mit einer Isolierhülse. M umkleidet.
Der Kondensator nach Fig. 3 ist in elektrischer Beziehung noch weiter vervollkommnet. Einmal ist die Ringrippe 9 noch weiter nach oben gezogen, so dass sie die Zuleitung 7 noch auf einer weiteren
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nennenswerte Beanspruchungen in dem Hohlraum des Durchführungsteiles nicht mehr auftreten. Die innere Belegung 2 endet an der Innenfläche des hochgezogenen Teiles 11 der Rippe 9 in einer Hohlkehle 1. 5.
Da, wo sich die Hohlkehle 8 unter dem untersten Mantel 3 des Durchführungsteiles befindet, ist der Kondensatorteil stark eingeschnürt, und das, im Verein mit der Massfüllung 12, bewirkt, dass das elektrische Feld nahezu ganz in das Isoliermittel hineinverlegt ist und deshalb vorzeitige Glimmund Gleitfunkenentladungen an den Rändern der Belegungen 1 und 2 nicht auftreten können. Für Hoch- spannungskondensatoren, die in erster Linie als Kopplungskondensatoren für Hochfrequenztelephonte
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bespritzung oder einen elektrolytischen Niederschlag hergestellt ist, werden zweckmässig verstärkt durch eine zweite Belagschicht 16, die auf elektrolytischem Wege hergestellt wird.
Das erleichtert eine gut leitende Verbindung mit den Anschlussleitungen, auf die grösster Wert gelegt werden muss. In den Zeich- nungen sind die Belegungen 1 und 2 mit strichpunktierten Linien dargestellt, die Verstärkung 16 mit punktierte Linien. Im Ausführungsbeispiel ist die Verbindung mit der Ableitung 7 durch ein federndes Kontaktstück 17 hergestellt, das durch Pufferfedern 18 zwischen einer auf dem Leitungsdraht 7 befestigten Scheibe 19 und der Kappe 5 fest an die innere Belegung angepresst wird. Will man solche Kontaktfedern nicht verwenden, so muss man die Zuleitung mit der Belegung sehr sorgfältig verlöten, so dass möglichst geringe Übergangswiderstände entstehen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen besteht das Dielektrikum des Kondensatorteils und des Durchfiihrungsteils aus einem Stück aus Porzellan oder sonstiger keramischer Masse oder
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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird erfindungsgemäss Kondensatorteil und Durchführungsteil gesondert hergestellt, und beide Teile werden erst nachträglich zusammengesetzt. Alsdann braucht nicht immer der ganze Körper verworfen zu werden, wenn der untere, schwieriger herzustellende Teil fehlerhaft ausfällt, so dass der Gesamtausschuss erheblich herabgemindert wird.
Einen derartigen, aus zwei Teilen zusammengesetzten Kondensator zeigt die Fig. 4. Hier ist der Kondensatorteil a mit dem Durchführungsteil b mittels einer Metallfassung 20 verbunden, in die beide Teile eingekittet sind. In elektrischer Beziehung entspricht der Kondensator nach Fig. 4 in allen Teilen demjenigen nach Fig. 3. ähnliche Ausführungen zeigen die Fig. 5 und 6, mit den Einzelheiten Fig. 7-10. Hier ist eine besondere, aus Metall bestehende Schutzkappe 21 für denjenigen Abschnitt des Kondensatorteiles vorgesehen, der aus dem Durchführungsteil b herausragt. Die Schutzkappe 21 ist mit der Fassung 20 verbunden, sie umgibt den Kondensatorteil entweder frei oder trägt ihn, was namentlich dann wichtig ist, wenn mehrere Kondensatoren aneinandergehängt werden und daher jeder von ihnen eine nicht unerhebliche Gewichtsbelastung aufzunehmen hat.
Zu diesem Zweck ist an die Metallkappe 21 ein besonderer Boden 22 angesetzt, an dem sich die Aufhängearmatur 6, Fig. 1, befindet.
Die Fig. 5-11 zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Herstellung der leitenden Verbindung zwischen der Zuleitung und den Belegungen des Kondensatorteils. Die Verbindung zwischen der Zuleitung 7 und der inneren. Belegung 2, verstärkt durch die Schicht 16, ist durch einen federnden Ring 23 hergestellt, der durch einen Schraubenkopf 24 angepresst wird. Diese Verbindung könnte ersetzt werden durch die in Fig. 10 dargestellte. Hiernach tritt an die Stelle des federnden Ringes 23 ein schmieg- samer Teilring 25, der durch Federn 26 nach aussen an die innere Belegung 2, 16 angepresst wird. Der Ring 25 wäre durch eine besondere Zuleitung 27 mit der oberen Armatur 5 zu verbinden.
Die leitende Verbindung zwischen der äusseren Belegung und der unteren Armatur 22 geschieht durch Kontaktfedern, die in den Fig. 5-9 in verschiedenen Ausführungsformen 28, 29,30 und 31 dargestellt sind. Die Federn sind entweder an der Metallkappe 21 befestigt, z. B. angenietet, Fig. 7,9 oder durch ein Blechband 32 an der äusseren Belegung 1 angeklemmt (Fig. 8).
Nach Fig. 11, in der ein einteiliger Kondensator (Kondensatorteil und Durehführungsteil aus einem Stück) dargestellt ist, ist der Kontakt zwischen der inneren Belegung 2, 16 und der Ableitung 7 durch bürstenartige Federn 33 hergestellt, die mittels einer Hülse 34 durch eine Feder 35 angedrücktwerden. Die Ableitung 7 ist rohrartig ausgebildet, mit diesem Rohr sind die Federn durch eine beiderseits verlötet besondere Leitung 36 leitend verbunden. Das Rohr steht wieder in gut leitender Verbindung mit der oberen Kappe 5. Selbstverständlich könnte die leitende Verbindung zwischen der inneren Belegung 2, 16 und der rohrförmigen Ableitung 7 auch durch eine beide Teile unmittelbar verbindende beiderseits verlötete Leitung 37 erfolgen, wie in der Zeichnung Fig. 11 auf der rechten Seite dargestellt.
In diesem Fall muss, um eine gute Verlötung der Leitung mit der inneren Belegung 2, 16 zu erzielen, die Verstärkungsschicht 16 entsprechend stark ausgeführt werden, was nicht in dem Masse erforderlich ist, wenn die Kontaktfedern 33 Verwendung finden. Mit der inneren Belegung könnte die Leitung 37 übrigens auch durch Galvanisierung anstatt durch Lötung verbunden werden.
Wie schon oben bemerkt, kann bei mehrteiliger Ausführung der Kondensatorteil ganz in den Durchführungsteil hineingeschoben werden, so dass dieser zugleich einen schützenden Überwurf darstellt.
Eine derartige Ausführungsform von Kondensatoren ist in den Fig. 12 und 13 dargestellt. Der Durchführungsteil b ist wiederum, gleich unterhalb der unteren, mit der Hohlkehle 8 versehenen Rippe stark eingezogen, wodurch die Entstehung von Gleitfunken sehr erschwert wird. Der Raum zwischen dem Kondensatorteil a und dem Durchfül1Iungsteil b wird wiederum bis zum Punkt 14 mit Öl oder Ausguss- masse 12 von hoher spezifischer Durchschlagsfestigkeit gefüllt. Kondensatorteil und Durchführungteil sind durch eine Armatur 38 miteinander verkittet, die verglichen werden könnte mit der Armatur 20
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der Fig. 5.
Diese Armatur kann entweder wieder mit einem gabelförmigen Verlängerungsstück 6 aus- gerüstetsein, andas ein anderer Kondensator angehängt werden kann, oder sie kann unten glatt ausgeführt werden, zum Aufstellen auf einer Fläche, wie Fig. 13 zeigt. An einer äusseren Ringrippe 9 des Kondensatorteils ist zweckmässig wieder eine Hohlkehle 1. 5 angeordnet, Fig. 12 rechte Seite, in der die äussere Belegung des Kondensatorteils endigt. Die leitende Verbindung der äusseren Belegung des Kondensatorteils mit der Kappe 5 ist dadurch hergestellt, dass der Ableitungsbolzen 7 mit einem auf den Kondensatorteil und dessen äussere Belegung aufgesetzten Deckel 39 in Verbindung steht, und anderseits durch eine Feder 40 mit der Kappe 5.
Zur Vergrösserung des Krieehweges können Rippen 41 vorgesehen sein.
Die Ausführungsform der Fig. 12 und 13 bietet den besonderen Vorteil, dass der Kondensatorteil, der verhältnismässig dünnwandig hergestellt werden kann, da mit einer Vergrösserung der Wandstärke d : e Kapazität auf allzu geringe Werte zurückgehen würde, im Innern des Durebfiibrungsteiles gegen Beschädigungen geschützt liegt. Das ist wesentlich, weil die Hochspannungskondensatoren im Freien auf den Hochspannungsmasten zum Teil in sehr niedriger Bodenhöhe aufgehängt werden und daher unter Umständen ein willkommenes Ziel für Steinwürfe, Schrotschüsse usw. bilden. Für den Durchführungsteil sind Beschädigungen dieser Art weniger zu befüiehten, weil er starkwandig hergestellt und auch durch die Mäntel 3 einigermassen geschützt ist.
Bei Kondensatoren, de wie vorstehend beschrieben, für die Leitungstelegraphie oder-telephonie auf Hochspannungsfreileitungen verwendet werden, ist auch der Durchfübrungsteil elektrisch hoch beansprucht, wenn auch wesentlich geringer als der Kondensatorteil. Es wäre deshalb vorteilhaft, wenn er anstatt mit Luft, mit einer Isoliermasse gefüllt werden könnte. Das ist aber bei den vorstehend be- schriebenen Kondensatoren nicht wohl möglich, weil bei diesen in Aussicht genommen ist, dass sie so aufgehängt werden, dass der Kondensatorteil ganz oder teilweise tiefer liegt als der Durchführungsteil und deshalb, wenn sie einen gemeinschaftlichen Hohlraum darstellen, dieser ganze Hohlraum mit Masse gefüllt werden müsste, während doch die Füllung des Kondensatorteiles mit Masse zwecklos ist.
Deshalb ist bei den Ausführungsformen, wie sie beispielsweise die Fig. 3 und 4 darstellen, der Kondensatorteil mit der hochgezogenen Ringrippe 9, 11 versehen, durch die ein Raum geschaffen wird, auf dem wenigstens teilweise der Durchführungsteil mit Öl oder sonstiger Masse von geringer Dielektrizitätskonstante und hoher Durchschlagsfestigkeit gefüllt werden kann.
Dieses Hilfsmittel ist entbehrlich, wenn man die Kondensatoren so aufhängt oder aufstellt, dass der Kondensatorteil über dem Durchführungsteilliegt. Gegenüber einer Ausführungsform, wie sie beispiels- weise die Fig. 2 darstellt, ist dann keine andere Änderung nötig, als dass die Mäntel oder Rippen auf dem Durchführungsteil in entsprechende Richtung gestellt werden.
Derartige Ausfübrungsformen sind in Fig. 14 und 15 dargestellt. Fig. 14 zeigt einen hängenden und Fig. 15 einen stehenden Kondensator, bei beidenliegt der Durchführungsteil b unter dem Kondensatorteil (t und ist mit Ausgussmasse 12 vollständig ausgefüllt, was wegen der getroffenen Aufhängung oder Aufstellung ohne weiteres möglich ist. An der Kappe 5 lässt sich durch eine Dichtungsscheibe 42 leicht eine Abdichtung erzielen. In allen übrigen, auch in bezug auf die Stromzuleitung zu den Belegengen, entspricht die Ausführungsform den vorher erläuterten. Aus der Zeichnung ist auch ersichtlich, wie der Kondensator an einen gleichartigen, höher gelegenen aufgehängt ist.
In der Ausführungsform der Fig. 15 ist der Kondensator, nach Art der Fig. 12 und 13, in eine tellerartige Fassung 38 eingekittet, mit der er auf einer Fläche stehen kann. Auch hier lässt sich durch Dichtungsscheiben 42 eine Abdichtung herstellen, so dass der Durchführungsteil ohne weiteres gänzlich mit Ausgussmasse gefüllt werden kann. Kondensatoren dieser Art lassen sich, wie auch die Zeichnung zeigt, ohne weiteres in grosser Zahl säulenartig übereinander aufbauen.
Die beispielsweise in der Fig. 12 dargestellte Einschachtelung des Kondensatorteils in den Durch- führungsteil lässt sich auch bei Ausführungsformen der vorstehenden Art durchführen, also bei solchen, bei denen der Durchführungsteil gänzlich mit der Masse ausgefüllt ist. Derartige Kondensatoren sind in den Fig. 16 und 17 dargestellt, wiederum für hängende und stehende Anordnung. Wie die Zeichnung zeigt, muss man den Kondensatorteil, wie beispielsweise aus Fig. 3 ersichtlich, durch eine verlängerte Ringrippe 11 bis auf die Kappe 5 durchführen, wo wiederum durch Einlegung einer Dichtungsscheibe 42 eine Abdichtung erzielt werden kann.
Wollte man diesen Kondensator umgekehrt aufhängen, so liesse sich der Raum zwischen Durchführungsteil und Kondensatorteil nicht so leicht mit Masse 12 ausfüllen, weil an der Fassung 20, mit der wie bei Fig. 4 Durchführungsteil und Kondensatorteil miteinander verkittet sind, sich nicht so leicht eine Abdichtung erzielen liesse. Bei dieser Durchführungsform ist übrigens der Kondensatorteil wieder durch eine die mechanischen Beanspruchungen aufnehmende Metallkappe 21 geschützt, wie in Fig. 6. Der Kolidensatorteil ist auf der im Durchführungsteil liegenden verlängerten Ringrippe 11 mit Rippe oder Mänteln 43 besetzt, zur Vergrösserung des Kriechweges.
Fig. 17 zeigt eine ebenso ausgeführte stehende Anordnung. Auch hier liesse sich, wenn man den Kondensator umgekehrt aufstellen wollte, eine Abdichtung des mit Masse gefüllten Raumes zwischen Durchführungsteil und Kondensatorteil nicht so leicht herstellen, wie durch die Dichtungsscheibe 42 in der Fassung 38.