Elektrisiergerät - the story goes on

Nachdem das mit dem Strom-Kribbeln schon recht gut geklappt hatte, und ich nun wusste, wie man das berechnet, reizte es ich, zu versuchen, mit dem Gerät höhere Spannungen zu erzeugen.

Since the thing with the electricity-prickle worked quite well, and I now knew how to calculate it, I was motivated to try to produce even higher voltages with this device.

 

Ich habe daher schnell eine der Primärspulen durch eine Neue ersetzt, die statt 250 nur 50 Windungen hatte. Die Spule wurde aus dickerem Draht gemacht, um den Widerstand und damit die Dämpfung zu verkleinern. Durch die kleinere Windungszahl reduziert sich quadratisch die Induktivität. Damit die Resonanzfrequenz gleich blieb - nämlich gleich der der Hochspannungsseite - musste der Kondensator entsprechend vergrössert werden.

I therefore substituted one of the primary coils whith another that had only 50 instead of 250 windings. The coil was made of thicker wire to reduce the resistance and the damping. By reducing the number of windings the inductance is reduced quadratically. To Keep the resonance frequency at the same size as that of the high voltage side, the capacitor had to be enlarged.

 

Und das hat auf Anhieb funktioniert. Die Spannung ging auf ca 5000 V hoch. Und mit dem Hochspannungskontakt über dem Daumen konnte man ein kleines, 1mm langes Plasmafähnchen ziehen:

This worked immediately. The voltage went up to about 5000V. And with the high voltage contact over my thumb I could drag a small plasma plume  of 1mm length:

 

 

Auf der Hornhaut spürte ich davon gar nichts. An empfindlichen Hautstellen auf der Hand hat es sich wie kleine Nadelstiche angefühlt.

On the hard skin I didn't feel anything but on more sensitive parts of the hand it felt like stings of needles.

 

Leider war die Freude nicht von langer Dauer.

Nach 10 Minuten funktionierte es nicht mehr (daher konnte ich auch keine besseren Fotos machen).

In der Hochspannungswicklung hatte es elektrische Überschläge zwischen einzelnen Windungen gegeben. Dadurch verdampft die Lackschicht an dieser Stelle und ein Kurzschluss entsteht. 

However my joy was not of Long duration. After 10 minutes it didn't work any longer (therefore I couldn't make better photos).  There had been flashovers between windings in the high voltage coil. If this happens the varnish on the wire evaporates and a short circuit is produced.

 

Da wurde mir schlagartig klar, wozu diese vielen Glimmerscheiben mit den merkwürdigen kleinen Löchern gedient hatten:

At that point it suddenly became clear to me what these many mica slices with the little holes in it had been for:

  

 

Mit den Glimmerscheiben hat man die Wicklung in mehrere (z.B. 4 bis 6) gegeneinander sehr gut isolierte Wicklungspakete unterteilt. Und durch die Löcher hat man vermutlich diese Teilwickungen mit Bindfäden - eine oben und eine unten - an der Glimmerscheibe festgebunden.
With these mica slices they had divided the coil in several (e.g. 4 to 6) packages perfectly isolated against each other.
And the holes must have been used to fasten the coils - one on top one below - to the mica slice.

Unterteilt man eine Wicklung z.B. in vier Pakete, dann  ist in jedem dieser Pakete die maximale Spannung zwischen zwei Windungen im ungünstigsten Fall nur noch 1/4 der Gesamtspannung. Damit kann man die Gefahr von elektrischen Überschlägen stark vermindern.

Die Spulenkörper moderner Hochspannungstransformatoren haben deshalb mehrere Wickelkammern.
If a coil is devided in - let's say - 4 packages, the maximum voltage between two windings is reduced to 1/4 of the total voltage in the worst case. Thus it is possible to reduce the danger of flashovers considerably.
The coil bodies of modern high voltage transformers therefore have several sections.

Die folgende Skizze soll das am Beispiel einer Wicklung mit 4 Windungen deutlich machen:
The following sketch is meant to visualize this taking for the example of a coil comprising of 4 windings:

 

Wenn man die Isolation dann noch weiter verbessern will, kann man die Luft zwischen den Windungen durch Paraffin ersetzen, indem man die Spule ungefähr 10 Minuten lang darin kocht.
To further improve the solation it would be possible to substitute the air between the windings with paraffin wax by cooking the coil in it for 10 minutes or so.

 

Ich werde also irgendwann diese Hochspannungsspulen erneuern. Aber nicht jetzt. Jetzt kommen erstmal andere Projekte an die Reihe.
So eventually I will renew the high voltage coils. But not now. Other projects are waiting in the cue.