Lehrbuch der Hochspannungstechnik, Softcover reprint of the original 1st ed. 1959

Professor LESCR hat von 1946 bis 1956 am Lehrstuhl für Elektrotech­ nik der Technischen Hochschule Fridericiana zu Karlsruhe zugleich mit Vorlesungen über elektrische Antriebe und Bahnen und elektrische Anla­ gen, in einer zuletzt dreisemestrigen Vorlesung, die Grundlagen der Hoch­ spannungstechnik gelehrt. Der Stoff dieser Vorlesung "Hochspannungs­ technik" und ein Teil der Vorlesung über "Elektrische Isolierstoffe" bil­ den den Grundstock des vorliegenden Buches. Dieses Lehrbuch der Hochspannungstechnik bietet aber weit mehr als diesen Vorlesungsstoff. Vor allem war es das Ziel von Prof. LESCR, dem Konstrukteur und dem interessierten Ingenieur die notwendigen Unterlagen und Grundlagen in kurzer, moderner Form in die Hand Z\l geben. Aus, sowohl für den Praktiker wie auch für den Studierenden wichtigen Gründen, wurde der sehr umfangreiche Inhalt so komprimiert wie nur möglich wiedergegeben. Der Text ist sehr knapp gehalten und das gebotene Zahlenmetarial in Form von Diagrammen und Tabellen und das Anschauungsmaterial in Form von Bildern ist äußerst umfangreich und entspricht jeweils dem neuesten Stand der Technik. So konnte trotz des weitreichenden Inhalts ein wirtschaftlicher Umfang des Buches er­ zielt werden. Der Inhalt ist in drei Teile (A, B, C) aufgegliedert: Die Grundlagen (Teil A) vermitteln eine kurze Zusammenfassung der elektrostatisch zu behandelnden Feldbeanspruchungen. Sie geben ferner einen Überblick über die im Laboratorium und im Prüffeld verwendeten Hochspannungs­ erzeuger und Meßgeräte (§ 5). Es wird hier also die Frage behandelt, wie die Feldbeanspruchungen zustande kommen.

1 Einleitung.- Bedeutung und Arbeitsgebiete der Hochspannungstechnik.- A. Grundlagen.- 2 Das elektrostatische Feld.- 2.1 Dielektrische Feldgrößen.- 2.2 Das Feldbild.- Superposition.- 2.3 Verschiedene Dielektriken im Feld.- Reihenschaltung verschiedener Dielektriken.- Brechung.- 2.4 Feldkräfte, Feldenergie.- Kraft auf geladene Teile und auf Elektroden.- Mechanische Druck- und Zugspannungen im Feld und an Grenzflächen.- 2.5 Ladestrom. Kondensator an Wechselspannung.- Scheitelspannungsmesser.- Ladestrom, Kapazität und Feldstärke.- 2.6 Unvollkommenes Dielektrikum.- Gleichspannungsfeld am geschichteten Dielektrikum.- Wechselspannungsfeld am geschichteten Dielektrikum.- 2.7 Mischdielektrikum.- 2.8 Verluste im elektrischen Feld.- 2.9 Hochspannungs-Verlustmessung.- 3 Berechnung des Feldes einfacher Elektrodenanordnungen.- 3.1 Plattenkondensator.- 3.2 Kugelelektroden. Zwei konzentrische Kugeln.- Zwei isolierte Kugeln nebeneinander.- 3.3 Spiegelung. Kugel und Ebene.- Spiegelung an Kugelflächen. Außenfeld des Dipols.- 3.4 Das radiale ebene Zylinderfeld. Koaxiale Zylinder.- Parallele Zylinder; Leiter und Ebene.- Zylinder — Ebene, Leiter über Erde im Abstand h.- 3.5 Schirmwirkung eines Erdseiles.- 3.6 Bündelleiter. Seilfaktor.- 3.7 Andere Elektrodenformen.- Spitze. Kanten.- 3.8 Oberflächengradient der Feldstärke an Isoliertrennflächen Isolierbarriere. Transformator. Säulen-Endisolierung.- 3.9 Randfeld der Plattenelektrode.- 3.10 Graphisch-rechnerische Ermittlung des Feldbildes.- 3.11 Ausmessung von Feldern.- 4 Anwendungen und Ergänzungen.- 4.1 Kapazitive Spannungsteilung. Reihenschaltung der Kapazitäten.- Kettenschaltung der Kapazitäten.- Kapazitive Induktion von Ladungen und Aufladungen von isolierten Metallteilen.- Abschirmungen.- 4.2 Feldformung, Potentialsteuerung. Potentialsteuerung durch Parallelimpedanz.- 4.3 Elektrodenfreie kapazitive Potentialsteuerung, Kondensator-Durchführung.- 4.4 Mehrelektroden- und Mehrphasensysteme. Betriebskapazität.- 4.41 Kapazitätsberechnung in Mehrelektrodensystemen.- 4.42 Praktische Berechnung der Potentialkoeffizienten und der Teilkapazitäten einer Freileitung (Zweiphasen-Leitung).- 4.43 Allgemeine Definition der Betriebskapazität.- 4.5 Drehstromleitung im Normalbetrieb.- 4.51 Ladeströme im Normalbetrieb des Drehstromnetzes.- 4.52 Die Dreiphasenleitung im Normalbetrieb.- 4.6 Kapazitive Unsymmetrie. Erdschluß im Drehstromnetz.- Erdkurzschluß, Erdschlußlöschung.- 4.7 Allgemeine Netzunsymmetrie. Nullpunktsverlagerung.- 4.8 Einige Zusätze.- 5 Hochspannungserzeugung, insbesondere im Laboratorium und im Prüffeld.- 5.1 Formen der Hochspannung.- 5.2 Hochspannungs-Prüftransformatoren.- 5.3 Hochfrequente Hochspannung.- 5.4 Hohe Gleichspannung. Elektrostat. Gleichspannungsgeneratoren.- 5.5 Hohe Gleichspannung durch Gleichrichtung.- 5.6 Stoßspannungs-Erzeugung.- 5.7 Hochspannungsmeßtechnik. Spannungsmessung.- 5.8 Aufzeichnung des zeitlichen Spannungsverlaufs.- 5.9 Meßkondensatoren, Hochspannungswiderstände. Spannungsteiler.- B. Dielektrische Festigkeit.- 6 Entladungsvorgänge.- 6.1 Die Entladungen im Dielektrikum.- 6.2 Bewegung der Ladungsträger im gasförmig erfüllten Feldraum.- 6.3 Dunkler Vorstrom.- 6.4 Entstehung von Ladungsträgern mit freien polaren Ladungen.- Raumionisierung.- Oberflächenionisierung.- 6.5 Ionisierungsvorgänge.- 6.6 Ionisierungsquellen.- 6.7 Vernichtung der freien Ladungsträger.- 6.8 Ausbildung der Entladung im Gas. Townsend Lawine.- 6.9 Raumladungsverstärkte Ionisierung. Kanalentladung Raether.- 6.10 Polaritätseffekt im inhomogenen Feld.- 6.11 Zeitlicher Ablauf der Entladungen, Zündverzögerung.- 7 Gasentladungen.- 7.1 Verschiedene Mechanismen bei verschiedener Feldausbildung.- 7.2 Durchbruchsspannung im homogenen Feld.- 7.3 Kugelfunkenstrecke zur Spannungsmessung.- 7.4 Inhomogenes Feld. Teilentladung. Charakteristische Spannungen.- 7.5 Einfluß von Luftdichte, Luftbewegung und Feuchtigkeit.- 7.6 Stoßkennlinie des Durchbruchs und Frequenzabhängigkeit.- 7.7 Schirm zwischen den Elektroden im inhomogenen Feld.- 7.8 Korona.- 8 Durchbruch, Lichtbogen, Blitz, Überschlag.- 8.1 Strom-Spannungs-Charakteristik der Entladungen.- 8.2 Lichtbogen bei Normaldruck.- 8.3 Verhalten freier Lichtbögen.- 8.4 Schalter.- 8.5 Gleichstromabschaltung.- 8.6 Wechselstrom-Abschaltung.- 8.7 Wechselstrom-Schalter.- 8.8 Blitz.- 8.9 Oberflächen-Entladungen.- 8.10 Kriechweg.- 9 Feste und flüssige Dielektriken.- 9.1 Einleitung.- 9.2 Elektrizitäts-Leitung im festen Dielektrikum.- 9.3 Leitfähigkeit und dielektrische Verluste.- 9.4 Innerer elektrischer Durchbruch fester Dielektriken.- 9.5 Durchbruch eingeleitet durch Ionisation.- 9.6 Wärmedurchbruch.- 9.7 Elektrochemische Zerstörung.- 9.8 Isolierflüssigkeiten. Gas- und Wassereinfluß.- 9.9 Lebensdauer.- 10 Die festen und flüssigen Isolierstoffe der Technik.- 10.1 Überblick und Einleitung.- 10.2 Keramik, Glas, Metalloxyde.- 10.3 Glimmer und Glimmer-Erzeugnisse.- 10.4 Faserstoffe.- 10.5 Isolierkunststoffe.- 10.6 Isolieröle.- 10.7 Chlorierte Kohlenwasserstoffe.- 11 Konstruktionen.- 11.1 Isolatoren für Freileitungen, Schaltanlagen und Geräte.- 11.2 Transformatoren, Wandler und Maschinen.- 11.3 Kabel und isolierte Leitungen.- 11.4 Kondensatoren.- 11.5 Übliche elektrische Beanspruchungen und Isolierabmessungen.- C. Netzvorgänge und Spannungsbeanspruchung.- 12 Übersicht über die im Betrieb bestehenden Spannungsbeanspruchungen. Überspannung und Ausbreitung.- 12.1 Schwingungsmöglichkeiten als Eigenwerte der Anlagen. Verhalten von Anlageteilen bei Auftreten von Ausgleichsvorgängen.- 12.2 Thomsonsche Schwingung (freie Schwingungen).- Literatur zu 12.1 u. 12.2 Einschwingspannung.- 12.3 Verteilte Leitungskonstanten. Wanderwellen. Entstehung. Charakteristische Daten der Rechteckstirnwelle.- Schalten von Leitungen und Eigenschwingen. Einschalten einer langen Leitung.- Entladung einer unter Spannung stehenden Leitung.- 12.4 Verformung von Wanderwellen bei Ausbreitung längs der Leitung 346 Entstehung der endlichen Stirnsteilheit.- Verformung von Wanderwellen durch Dämpfung.- 12.5 Reflexion von Wanderwellen.- 12.6 Praktische Anwendungen der Reflexionen infolge Wellenwiderstandsänderungen.- Wirkung eines Überspannungsabieiters.- Wirkungsweise und Aufbau von Überspannungsableitern.- Ansprechspannung von Überspannungsableitern.- Die Restspannung von Ventilableitern.- Der Schutzbereich eines Über spannungsableiters.- Literatur zu 12.6 Überspannungs-ableiter.- 12.7 Transformatoren-und Maschinenwicklungen bei Stoß.- Betrachtung der Wicklung mit festem Wellenwiderstand (stark konzentrierte Kapazitäten und Induktivitäten).- Die Transformatoren- und Maschinenwicklung, im Ersatzbild als Kettenleiter dargestellt.- Der zeitliche Verlauf der Spannungen in einer Wicklung bei Stoßbeanspruchung.- Die Steuerung der Anfangsspannungsverteilung.- Literatur zu 12.7 Verhalten von Transformatoren bei Stoßbeanspruchung.- 13 Erregung von erzwungenen Schwingungen und Ausgleichvorgängen.- 13.1 Potentialverlagerung der Grundwelle bei Betriebsspannungen.- 13.2 Oberwellen der Netzspannung als Erreger von Überspannungen..- 13.3 Überspannungen durch nicht sinusförmige Vorgänge. Ferroresonanz, Kippschwingungen.- Potentialverlagerung des Sternpunktes dreier Spannungswandler gegenüber dem Netzsternpunkt (Netzfrequente Spannungsverlagerung).- Kippschwingungen.- Erzeugung von Kippschwingungen durch Zusammenwirken von R, C und einer Glimmentladung bzw. einer Glimmentladungsröhre.- 13.4 Überspannungen durch Schalten im Netz.- Einschalten eines induktiven Kreises.- Einschalten von Kapazitäten.- 13.5 Abschalten induktiver Kreise.- Aperiodisches Abschalten eines Kurzschlusses durch eine Sicherung oder einen Schalter.- Abschalten eines Schwingkreises.- Abschalten eines Kurzschlusses.- Abschalten kleiner Ströme.- Abschalten leerlaufender Transformatoren.- 13.6 Abschalten kapazitiver Last.- 13.7 Mehrphasiges Schalten.- 13.8 Erdschluß als Überspannungserreger.- Erdschluß im Einphasennetz.- Erdschluß im Drehstromnetz (vgl. 4.6).- 13.9 Der aussetzende Erdschluß.- 13.10 Starre Sternpunktserdung.- 14 Zusammenstellung der tatsächlichen Beanspruchungen.- 14.1 Die Netzbeanspruchungen.- 14.2 Störungs- und Schadensstatistik.- 14.3 Folgerungen.- A (zu 3.4) Hilfsfaktoren zur Berechnung der maximalen Feldstärke an der Leiteroberfläche und der Kapazität im Zylinderfeld.- B Betriebsgrößen für Hochspannungsleitungen, Widerstand, Kapazitäten, Reaktanz.- C Luftdichte und Luftfeuchtigkeit.- D Spannungsmessung mit der Kugelfunkenstrecke.