Kallenberger Experimente mit selbstgebauten Jakobsleitern

Höchstpannungs-Lichtbögen selbst erzeugen
1. Auflage 2009
ISBN: 978-3-7723-3776-5
Verlag: Franzis Verlag
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 157 Seiten

Reihe: Experimente

Dieses Buch beschreibt, wie Sie anhand verschiedener Experimente, die Hoch- und Höchstspannungen erzeugen, solche Leistungen sicher und gut verpackt sichtbar machen.

Autoren/Hrsg.

Kallenberger, Matthias

Inhaltsverzeichnis

1;Cover;1
2;Copyright;4
3;Vorwort;5
4;Wichtige Hinweise! Unbedingt beachten!;7
5;Inhaltsverzeichnis;9
6;1. Einführung;15
6.1;1.1 Geschichte der elektromagnetischen Induktion;15
6.1.1;1.1.1 Erste elektromagnetische Versuche früherer Wissenschaftler;15
6.1.2;1.1.2 Das große Wechselstromnetz;15
6.1.3;1.1.3 Zur Beschaffung von Hochspannungstransformatoren;16
6.1.4;1.1.4 Induktion;16
6.1.5;1.1.5 Lenzsche Regel;17
6.1.6;1.1.6 Allgemeines;18
6.2;1.2 Hochspannungstransformatoren;18
6.2.1;1.2.1 Drehstromtransformatoren;18
6.2.2;1.2.2 Zweiphasen-Transformatoren;19
6.2.3;1.2.3 Einphasen-Transformatoren;19
6.2.4;1.2.4 Allgemeines über Transformatoren;20
6.3;1.3 Beschreibung von Lichtbögen;21
6.3.1;1.3.1 Lichtbögen niederer Hochspannungen;21
6.3.2;1.3.2 Lichtbögen von Höchstspannungen;22
6.3.3;1.3.3 Lichtbögenfärbung;23
6.4;1.4 Gefahren und Vorsichtsmaßnahmen;23
6.4.1;1.4.1 Die Erdung der Apparaturen;23
6.4.2;1.4.2 Gefahren bei Betrieb von Jakobsleitern;24
6.4.2.1;Gefahren durch Ozon;24
6.4.2.2;Gefahren durch UV-Strahlung;24
6.4.2.3;Gefahren durch brennbare Stoffe;24
6.4.2.4;Stromschlag wegen Feuerlöscher;25
6.4.2.5;Gefahr durch unsachgemäße Handhabung;25
6.4.2.6;Gefahren durch Mangel an Konzentration;25
6.4.2.7;Gefahr durch schlechte Anschlussverbindung;25
6.4.2.8;Gefahr durch Unordnung;25
6.5;1.5 Kerne und Wicklungen;26
6.5.1;1.5.1 Kerne;26
6.5.2;1.5.2 Wicklungen;28
6.5.3;1.5.3 Berechnung von Verhältnissen;29
6.5.3.1;Spannungsberechnungen;29
6.5.3.2;Berechnung der Stromstärke;29
6.5.3.3;Berechnung der Leistung;30
6.5.4;1.5.4 Blindwiderstand und Wirkstrom;30
6.6;1.6 Zündabstände und Funkenstrecken;31
6.7;1.7 Energiequellen;31
7;2. Bau von Hochspannungstransformatoren;33
7.1;2.1 "Trockenbau" eines 20-kV-Transformators;33
7.1.1;2.1.1 Isolationspapier;33
7.1.2;2.1.2 Hilfsmittel;34
7.1.3;2.1.3 Spulenkörper;36
7.1.4;2.1.4 Schichtenspannung;37
7.1.5;2.1.5 Richtige Erdung der Sekundärseite;38
7.1.6;2.1.6 Berechnung des 20-kV-Transformators;40
7.2;2.2 Aufbau der Holzspulenkörper;42
7.2.1;2.2.2 Der Sekundärspulenkörper;43
7.2.2;2.2.3 Der Primärspulenkörper;43
7.3;2.3 Wickeln der Spulen;45
7.4;2.4 Köcheln im Wachsbad;49
7.5;2.5 Aufbau der Peripherie des 20-kV-Transformators;51
7.5.1;2.5.1 Isolator;52
7.5.2;2.5.2 Der heiße Pol;52
7.5.3;2.5.3 Verschraubungen;53
7.5.3.1;Verschraubungen allgemein;53
7.5.3.2;Kernverschraubungen;54
7.5.4;2.5.4 Elektroden;54
8;3. Hochspannungsapparatur mit Behälterbau;57
8.1;3.1 Behältermaterial;57
8.2;3.2 Öle;58
8.3;3.3 Unterbau des Behälters;59
8.4;3.4 Kabelzuführung zum Behälter;60
8.5;3.5 Teilbehälterbau;61
8.5.1;3.5.1 Fiberglas-Spulenbehälter für Wicklungen;61
8.5.2;3.5.2 Kunststoff-Spulenbehälter für Wicklungen;63
9;4. Sicherheitsabstände;65
9.1;4.1 Das elektrische Wechselfeld;65
9.2;4.2 Sicherheitsabstände für Menschen;66
9.3;4.3 Sicherheitsabstände in der Apparatur;66
10;5. Lichtbogentätigkeit;69
10.1;5.1 Elektrodenformen;70
10.2;5.2 Weitere Entladungen;72
10.3;5.3 Elektrodenwiderstand und -kapazität;73
11;6. Höchstspannungstransformatoren;77
11.1;6.1 Spulendimension;77
11.1.1;6.1.1 Der Bau der Sekundärspulen;77
11.1.2;6.1.2 Der Bau der Primärspulen;79
11.2;6.2 Schenkelanordnung;80
11.2.1;6.2.1 Waagerechte Anordnung;80
11.2.2;6.2.2 Senkrechte Anordnung;80
11.3;6.3 Behälterbau;81
11.3.1;6.3.1 Kunststoffbehälter;81
11.3.1.1;PE (Poly-Ethylen);82
11.3.1.2;PC(Polycarbonat, Macrolon);82
11.3.1.3;PP (Poly-Propylen, PPS= schwer entflammbar, PPH=Industriekunststoff, PP-Natur);82
11.3.1.4;PVC (Poly-Vinyl-Chlorid);82
11.3.1.5;PMMA (Plexiglas);83
11.3.2;6.3.2 Multiplex- oder Schichtholzbehälter;83
11.3.3;6.3.3 Holzbehälter mit inneren Folienauslage;83
11.3.4;6.3.4 Metallbehälter;86
11.3.5;6.3.5 Glasbehälter;86
11.4;6.4 Spulenkörper;86
11.5;6.5 Behälterdeckel mit Isolatoren;87
11.6;6.6 Zuleitungen zum Transformator;89
11.7;6.7 Ölbefüllung;91
12;7. Bau eines Dreiphasen-Hochspannungstransformators;93
12.1;7.1 Verschiedene Kerne;93
12.1.1;7.1.1 Normbleche;93
12.1.2;7.1.2 Sonderkerne;94
12.1.3;7.1.3 Offene schenkel;94
12.2;7.2 Aufbau der gesammten Apparatur;94
12.3;7.3 Aufbau des Elektrodendreiecks;94
13;8. Transformatoren bei der Arbeit;97
13.1;8.1 400-kV-Hochspannungslichtbogen;97
13.2;8.2 170-kV-Ein-Schenkel-Trafo waagrecht;99
13.3;8.3 170-kV-Ein-Schenkel-Trafo senkrecht;100
13.4;8.4 40-kV-Drehstrom-Hochspannungstrafo;102
14;9. Faradaysche Schutzgitter;105
15;10. Koronabildung;107
15.1;10.1 Korona;107
16;11. Bau eines Holzbehälters;109
16.1;11.1 Holzplattenverbindung;109
16.2;11.2 Verarbeitung von Polyesterharz und Fiberglasmatten;110
16.3;11.3 Anschlussstelle am Holzkasten;112
17;12.Bau eines Elektrodenständers;115
18;13. Wichtige Sicherheitsmaßnahmen;119
18.1;13.1 Für den Menschen;119
18.2;13.2 Für die Apparatur;119
18.3;13.3 Sicherheitsmaßnahmen nach Betrieb;120
19;14. Kabelnormen und Zuleitungen;121
19.1;14.1 Belastete Kabel;121
19.2;14.2 Gegeignete Normen nach Erfahrungswerten;121
19.3;14.3 Anschlussmöglichkeiten;121
20;15. Verklebungen;123
20.1;15.1 Holzleim;123
20.2;15.2 Silikondichtmasse;123
20.3;15.3 Kontaktkleber;123
20.4;15.4 Polyesterharz;124
20.5;15.5 Epoxidharz;124
21;16. Leistungsverluste;125
21.1;16.1 Kernverluste;125
21.2;16.2 Verluste durch Wicklungsdimensionierung;125
21.3;16.3 Verluste durch Netzfilter oder Vorschaltgeräte;125
21.4;16.4 Leistungsverluste durch Kapazitäten;126
21.5;16.5 Kurzschlüsse in der Sekundärspule;126
21.6;16.6 Besondere Leistungsabfälle ;127
21.7;16.7 Tolerierte Leistungseinbußen;127
21.8;16.8 Primärspulenleistung;128
22;17. Handhabung von Ölen;131
22.1;17.1 Pflanzenöl;131
22.2;17.2 Mineralische Öle;131
22.2.1;17.2.1 Böden der Versuchs- und Lagerräume;131
22.2.1.1;Bau eines Bodens für Versuchzwecke;131
22.2.2;17.2.2 Hilfsmittel zur Vermeidung von Ölüberschwemmungen;133
22.2.3;17.2.3 Lagerung des Öls;133
23;18. Abbildungen aus der Werkstatt und dem Versuchskeller;135
24;Anhang;143
24.1;Bezugsquellen für Materilalien;143
25;Herstelleradressen;145
26;Autor des Buches;146
27;Glossar;147
28;Literatur;157

Leseproben

2.4 Köcheln im Wachsbad (S. 49-52)

Bei großen Spulen funktioniert das Köcheln nur in großen Töpfen. Es wird eine Menge Wachs benötigt, das man sich z. B. in einer Kerzenfabrik besorgen kann. Eine weitere Möglichkeit wäre es, in Pfarrämtern nach alten Kerzenresten zu fragen, die oft einen hohen Anteil an Reinwachs haben. In Kerzenfabriken bekommt man günstig Abfallwachs, das farblich etwas verunreinigt ist. Abb. 2.13 Zeigt den Wachstopf mit der Kochplatte. Eine gebrauchte Campingkochplatte eignet sich gut, ein alter Waschtopf komplettiert die Ausrüstung. In der Abb. 2.14 sehen wir den Aufbau der Kochanlage. Man füllt den Topf so, dass der Spulenkörper, der mit seiner Masse den geschmolzenen Sud verdrängt, den Inhalt nicht zum Überlaufen bringt, und schmilzt das Wachs auf. Auf einer glühenden Platte kann geschmolzenes Wachs wie Petroleum aufflammen.

Der ganze Sud kann Feuer fangen. Wenn man feststellt, dass das Wachs schon sehr heiß ist, hängt man die Spule hinein, die sich, durch Holzlatten gesichert, in der Mitte befindet. Würde sie auf dem Topfboden stehen, würde das Holz des Spulenkörpers anbrennen. Dieser Vorgang sollte in einer windstillen Ecke im Freien oder in einer offenen Garage stattfinden, aus der man alle brennbaren Stoffe zuvor entfernt hat. Ein Feuerlöscher in erreichbarer Nähe ist zu empfehlen. Da das Wachs, besonders bei einer größeren Menge, sehr lange braucht, um heiß zu werden, kann es Stunden dauern. Wenn das heiße Wachs seine optimale Temperatur erreicht, treten viele feine Bläschen aus dem Holz des Spulenkörpers, größere Bläschen aus der Wicklung und den einzelnen Schichten. Man lässt die Spule etwa eine Stunde gut kochen, bevor man die Platte abschaltet.

Das Wachs, wird bei dem langsamen Abkühlen zähflüssig und zieht sich wieder zusammen. Wenn die Oberfläche des Suds eine dicke Haut gebildet hat, zieht man die Spule vorsichtig aus dem Topf und wartet so lange, bis alles abgetropft ist. Natürlich fließt auch Material aus den Randzonen. Aber diese Randzonen liegen mit ihrer Bemessung im grünen Bereich, so dass durch diese Luftstellen trotzdem keine Durchschläge stattfinden können. Wenn das Wachs noch warm ist, wird der Spulenkörper gesäubert. Hinterher kann er nicht mehr gesäubert werden, denn das kalte Wachs lässt sich nur schwer abschaben. Das warme Wachs kann sogar mit einem Tuch weggeputzt werden.

2.5 Aufbau der Peripherie des 20-kVTransformators

Wie die Zeichnung in Abb. 2.15 zeigt, kann der Transformator beweglich aufgebaut werden. Auf einer stabilen Grundplatte aus Multiplex oder mehrschichtig stabverleimtem Hartholz, unter dem Bockrollen angebracht sind, ist der Apparat nicht mehr so schwer und kann überall bequem hingeschoben werden. Man hat nun zwei Möglichkeiten, die Elektroden anzuordnen: Entweder baut man sich einen separaten Elektrodenständer oder man befestigt die Elektroden direkt auf dem Trafo. Durch die zweite Variante spart man Stellplatz und die Gefahr, dass man darüber stolpert oder hängenbleibt, ist geringer. Ein Elektrodenständer hingegen hat den Vorteil, dass er von mehreren Trafos verwendet werden kann. Dafür sind allerdings wieder lange Zuleitungen nötig, die immer gesichert aufgebaut werden müssen. Bei einer einzelnen Sekundärspule, die mit dem Kern geerdet ist, erhält man auch nur eine Hochspannungsphase. Es muss also nur ein Isolator angebracht werden.