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Vorrichtung zum Löschen einer Entladungsröhre mit Quecksilberkathode
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Löschen einer gas-oder dampfgefüllten Entladungsröhre mit Queck- silberkathode, insbesondere zur Verwendung in mit Gleichstrom gespeisten Hochspannungs- anlagen mit grosser Leistungsfähigkeit.
Die Erfindung bezweckt, eine Verbesserung einer Löschvorrichtung zu schaffen, mittels welcher das Löschen durch einen Spannungsstoss erfolgt, der aus einem vorher aufgeladenen
Kondensator erhalten wird, welcher im Zeit- punkt der Löschung über ein Schaltorgan einen Entladestoss auf eine oder mehrere Hilfselektroden der Entladungsröhre gibt. Dieses
Löschverfahren eignet sich im allgemeinen vorzüglich zum Löschen von Röhren mit einer
Quecksilberkathode mit Rücksicht auf den Umstand, dass es möglich ist, in der äusserst kurzen, zum Löschen verfügbaren Zeitdauer den Kathodenfleck verschwinden zu lassen und so die Entladung abzubrechen.
Diesem Verfahren haftet aber vielfach der Nachteil an, dass die nach dem Löschen an die Entladungsröhre zurückkehrende Spannung, die meistens wesentlich grösser ist als die vor dem Löschen vorhandene Brennspannung, gleichfalls an dem Parallelzweig auftreten wird, der aus der Reihenschaltung des oben erwähnten Schaltorgans und des Löschkondensators besteht. Dies bedeutet, dass der Löschkondensator für eine viel höhere Spannung ausgebildet werden muss, als es auf Grund seiner Funktion in der Löschperiode erforderlich ist. Dieser Nachteil tritt insbesondere in den Fällen auf, in denen Entladungsröhren mit Quecksilberkathode wegen ihrer grundsätzlichen Fähigkeit zum Durchlassen von verhältnismässig grossen Strömen von der Grössenordnung von Hunderten von Ampere bei sehr hohen Spannungen, z. B. von der Grössenordnung von Zehntausenden von Volt, verwendet werden.
Es kann dann ausserdem vorkommen, dass das Schaltorgan, der Kondensator und das zu ihm parallelgeschaltete Speisegerät sofort nach dem Löschen einen Stromstoss zu bewältigen haben, der ein Vielfaches des Löschstromes, z. B. hundertmal so gross, sein kann. Dieser Nachteil kann allerdings für das Speisegerät dadurch vermieden werden, dass letzteres zeitweise ausgeschaltet wird, was aber eine zusätzliche Handlung erfordert. Auch liegt der Nachteil vor, dass der Löschkondensator mehr oder weniger entladen, unter bestimmten
Verhältnissen sogar umgeladen wird und für die nächste Löschung nicht rechtzeitig genug wieder verfügbar ist.
Letzteres ist insbesondere er- schwerlich, wenn die Entladungsröhre wegen ihrer Funktion in einer bestimmten Schaltung periodisch gezündet und gelöscht werden muss.
Die erfindungsgemässe Verbesserung besteht darin, dass in Reihe mit dem Löschkondensator und dem Schaltorgan ein zweiter Hilfskondensator liegt, dessen Kapazität im Verhältnis zu der Kapazität des Löschkondensators derart gewählt ist, dass er die nach dem Löschen zurückkehrende Spannung an der Entladungsröhre in der Hauptsache aufnimmt. Es wird mit Rücksicht auf das Vorhergehende einleuchtend sein, dass mit dem Ausdrucken der Hauptsache" hier ein solcher Teil der Spannung gemeint ist, dass die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten können.
Wenn z. B. die nach dem Löschen an der Entladungsröhre zurückkehrende Spannung einige Kilovolt beträgt, was bei einer Energie- übertragung mit Gleichstrom von hoher Spannung vorkommen kann, und die für das Löschen am Löschkondensator liegende Spannung von der Grössenordnung von Hunderten von Volt, z. B.
500 Volt, ist, so wird die Spannung nach dem Löschen höchstens von der gleichen Grössenordnung sein. Im allgemeinen kann gesagt werden, dass das Verhältnis zwischen den Kapazitäten des Löschkondensators und des Hilfskondensators 50-100 beträgt, wobei die Kapazität des Löschkondensators natürlich durch die zur Löschung erforderlichen Energiemenge bedingt ist.
Obgleich der Hilfskondensator in bezug auf die Hochspannung isoliert sein muss, ist dies mit Rücksicht auf die geringe Kapazität gegenüber derjenigen des Löschkondensators keinesfalls ein Nachteil, sondern nur vorteilhaft im Vergleich zu dem Falle, dass der Hilfskondensator nicht vorhanden wäre und der verhältnismässig grosse Löschkondensator in bezug auf die gleiche hohe Spannung isoliert sein müsste, da zur Erzielung der benötigten Isolierung der
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Umfang eines Kondensators etwa dem Quadrat der Spannung proportional ist.
Um in besonderen Fällen ein Wiederzünden der Röhre infolge von Schwingungserscheinungen (Unstabilität) der Entladung zu vermeiden, welche auftreten, wenn nach der Löschung die zurückkehrende Spannung an der Röhre an den zu ihr parallelliegenden Kondensatoren liegen bleiben würde, ist es erwünscht, sofort nach dem Löschen das Schaltorgan zu öffnen, was stromlos erfolgen kann, sobald der Hilfskondensator von der zurückkehrenden Spannung aufgeladen ist und praktisch kein Ladestrom mehr fliesst. Obgleich grundsätzlich als Schaltorgan'jeder geeignete Schalter verwendbar ist, ist es vorteilhaft, eine
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da infolge der Ventilwirkung das Auftreten von Schwingungen dann jedenfalls vermieden werden kann.
In vielen Fällen wird der Hilfskondensator nach erfolgter Löschung nach einiger Zeit so weit entladen sein, dass die Hauptröhre nach der Wiederzündung wieder aufs neue gelöscht werden kann, in der Weise, dass man mittels des Schaltorgans den aufs neue aufgeladenen Löschkondensator sich über den Hilfskondensator wieder über die Röhre entladen lässt. Falls die Zeitpunkte der Löschung weit genug auseinanderliegen, werden bezüglich der Löschung keine Schwierigkeiten auftreten. Es kommt aber häufig vor, dass die Röhre so schnell nacheinander gezündet und gelöscht werden muss, dass die Entladung des Hilfskondensators zu langsam vor sich geht.
Für solche Fälle ist in der erfindungsgemässen Vorrichtung der Kondensator von einem ausschaltbaren oder nicht ausschaltbaren veränderlichen Widerstand von solchem Werte überbrückt, dass es möglich ist, die Entladung sich innerhalb einer einstellbaren Zeitdauer abspielen zu lassen. Dies spielt insbesondere eine Rolle, wenn die Hauptröhre periodisch, z. B. 50 mal in der Sekunde, selbsttätig gezündet und gelöscht werden muss. Der gewünschte Effekt kann dadurch erreicht werden, dass zu dem Hilfskondensator ein Widerstand parallelgeschaltet wird, der derart bemessen ist, dass die Entladung des Kondensators innerhalb der Zeitdauer der Periode weit genug fortgeschritten ist. Die Zeitkonstante RC muss dazu von derselben Grössenordnung sein wie die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Löschungen.
Es sei hiezu bemerkt, dass infolge des Vorhandenseins des Widerstandes nach erfolgter Löschung der Hauptröhre an der Hilfsröhre gleichfalls eine hohe Spannung auftreten wird, durch welche in der Hilfsröhre unverhofft von neuem eine Bogenentladung hervorgerufen werden könnte. Bei Verwendung einer Hilfsentladungsröhre mit einer'Quecksilberkathode lässt sich dieser Nachteil aber mit Sicherheit durch eine solche Wahl des Widerstandswertes beseitigen, dass der etwaige Strom weit unter dem Mindeststrom einer Quecksilberkathode liegen würde. Hiedurch können Störungen im Löschverfahren infolge des Durchschlags der Hilfsentladungsröhre nicht auftreten. Bei Verwendung anderer Schaltorgane, z.
B. einer Hilfsentladungsröhre mit einer Glühkathode, braucht der Überbrückungswiderstand nicht vor dem Ablauf des Löschverfahrens und der Unterbrechung des Parallelzweiges eingeschaltet zu sein. Im Falle der Verwendung einer derartigen Röhre tritt die über den Widerstand an der Röhre liegende Spannung erst dann auf, wenn der Stromdurchgang durch die Röhre bereits unterbrochen ist. Diese Massnahme ist erforderlich mit Rücksicht auf die bekannte Tatsache, dass es für eine Gasentladungsröhre mit einer Glühkathode keine Mindeststromstärke gibt, bei der die Entladung abbricht. Die Massnahme ist gleichfalls vorteilhaft bei einer Röhre mit Quecksilberkathode, falls in ihr unter dem Einfluss von Gasdruck und Spannung zwar keine Bogenentladung, sondern eine Glimmentladung auftreten würde.
Mit der Hauptentladungsröhre kann grundsätzlich sowohl Wechselspannung als auch Gleichspannung geschaltet werden.
Die erfindungsgemässe Schaltung hat sich insbesondere beim Ausschalten von grossen Leistungen bei hoher Gleichspannung von einigen Zehntausenden von Volt als wirksam erwiesen.
Beim Ausschalten dieser grossen Gleichstrom- leistungen ist die beste Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung diejenige, bei der als Hilfsentladungsröhre eine Röhre mit einer Quecksilberkathode verwendet wird, da eine Wiederzündung der Hilfsentladungsröhre nach dem Löschen der Hauptentladungsröhre infolge der äusserst geringen Zeitdauer von 10-9 Sekunden, innerhalb welcher der Kathodenfleck verschwindet, mit Sicherheit vermieden werden kann, auch wenn der Hilfskondensator dauernd vom Widerstand überbrückt ist.
Schwingungserscheinungen in der Hauptentladungsröhre infolge einer Kapazität parallel zu der Röhre können daher, sogar bei den höchsten Spannungen, selbsttätig vermieden werden.
Für ein gutes Verständnis der Wichtigkeit der Erfindung für das Ausschalten von Hochspannungsgleichstrom mittels eines Löschstosses aus einem Kondensator auf eine parallel zum Schalter liegende Entladungsröhre wird in dieser Beziehung bemerkt, dass eine der Ursachen für den Umstand, dass bisher in der Starkstromtechnik Ströme bei solchen Spannungen nicht ausgeschaltet werden konnten und daher keine Schaltvorrichtungen für diesen Zweck im Handel erhältlich waren, in dem bisher nicht zu vermeidenden Schwingungsproblem liegt. Die Verwendung eines Hilfskondensators nach der Erfindung schafft hiefür eine Löschungsmöglichkeit, die in verbesserter Form zu der Kombination mit einer Quecksilberkathodenhilfsentladungs-
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für die Aufladung des Kondensators 12 erforderlich ist. Darauf bricht der Strom ab.
Der auf diese Weise aus dem Hauptkondensator erhaltene Stromstoss verursacht in dem aus dem Kondensator 6, der Röhre 8, dem Kondensator 12 und der Röhre 1 bestehenden Kreis einen kurzzeitigen Spannungsfall an der Anode 5 der Röhre 1 (gegebenenfalls eine negative Spannung), durch welchen die Hauptentladungsröhre 1 gelöscht wird. Bekanntlich ist ein Spannungsfall während 10-9 Sekunden bereits ausreichend, um den Kathodenfleck einer Entladungsröhre mit Quecksilberkathode verschwinden zu lassen.
In diesem Zeitpunkt wird zwischen der Anode und der Kathode der Röhre 1 die zurückkehrende Spannung von z. B. einigen Zehntausenden von Volt auftreten. Das Verhältnis zwischen den Kapazitäten der Kondensatoren 6 und 12 ist derart gewählt, dass diese Spannung in der Hauptsache am Kondensator 12 auftritt.
Im beschriebenen Falle ohne den Widerstand 13 kann eine genügende Löschung nach der Wiederzündung der Röhre 1 mittels der Zündelektrode 4 erst stattfinden, wenn der Kondensator 12 sich auf irgendeine Weise in genügendem Masse entladen hat. Ohne Verwendung des Widerstandes 13 ist dies praktisch nicht gut möglich, wenn das Löschen periodisch, z. B. 50 mal in der Sekunde, erfolgen muss. Der Wert des Widerstandes 13 ist nun derart gewählt, dass das Produkt RC von der Grössenordnung der Dauer einer Periode oder kleiner ist, wodurch die Entladung des Kondensators 12 - nach einer Löschung-in genügendem Masse erfolgt ist, bevor die nächste Löschung stattfindet.
Infolge des Vorhandenseins des Widerstandes 13 wird nach der Löschung an der Röhre 8 zwar eine hohe Spannung auftreten. Der Wert des Widerstandes ist andererseits aber derart gewählt, dass, wenn die Hilfsentladungsröhre 8 aufs neue leitend werden sollte, der durch diese Röhre fliessende Strom weit unter dem Mindeststrom der Quecksilberkathode bleiben würde, so dass Störungen infolge einer Bogenentladung in der Hilfsentladungsröhre 8 nicht auftreten können.
Nach der Löschung der Hauptentladungsröhre 1 ist der Löschkondensator 6 inzwischen wieder aus dem Speiseapparat 7 bis auf die volle Spannung aufgeladen und es kann nach der Wiederzündung der Hauptentladungsröhre 1 periodisch die nächste Löschung dadurch stattfinden, dass die Hilfsentladungsröhre 8 periodisch gezündet wird.
Wenn die Hilfsentladungsröhre 8 durch ein anderes Schaltorgan, z. B. eine Funkenstrecke, ersetzt wird, ist die beschriebene Wirkung grundsätzlich dieselbe. Die Spannung des Kondensators 6 wird bei Verwendung einer Funkenstrecke mit Rücksicht auf die Durchschlagspannung einer Funkenstrecke im allgemeinen höher sein müssen, oder es werden Mittel, z. B. eine Induktionsspule, vorhanden
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sein müssen, um den Durchschlag der Funkenstrecke zu bewirken. Auch andere Schaltelemente, die periodisch mit der erforderlichen Geschwindigkeit ein-und ausgeschaltet werden können, sind verwendbar, jedoch ist eine Entladungsröhre mit Quecksilberkathode auch wegen ihrer nahezu trägheitslosen Wirkung zu bevorzugen. Als solche kann jede Entladungsröhrentype mit Quecksilberkathode verwendet werden.
Es empfiehlt sich, eine Röhre mit kapazitiver Zündelektrode zu verwenden, da die für diese erforderliche Zündenergie in bezug auf die für andere Entladungsröhrentypen erforderliche Zündenergie sehr gering ist. Eine solche Röhrentype ist gleichfalls als Hauptentladungsröhre verwendbar.
Beim Ausschalten eines Gleichstroms von 6 Amp. bei 20 Kilovolt mit der in der Figur dargestellten Schaltung betrug die Kapazität des Hilfskondensators 12 etwa 0-1-0-05 jj, F und die des Hauptkondensators 6 einige Mikrofarad, während der Wert des Widerstandes 13 von der Grössenordnung von 50.000 bis 100.000 Ohm war. Die Spannung am Kondensator 6 war etwa 600 Volt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Löschen einer gas-oder dampfgefüllten Entladungsröhre mit Quecksilberkathode mittels eines Spannungsstosses aus einem zuvor aufgeladenen Kondensator, der im Zeitpunkte der Löschung über ein Schaltorgan einen Entladestoss auf eine oder mehrere Hilfs- elektroden der Entladungsröhre gibt, insbesondere zur Verwendung in Hochspannungsgleichstromanlagen mit hoher Leistungsfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Löschkondensator und dem Schaltorgan ein zweiter (Hilfs-) Kondensator liegt, dessen Kapazität im Verhältnis zu der Kapazität des Hauptkondensators derart gewählt ist, dass er die nach der Löschung zurückkehrende Spannung an der Entladungsröhre in der Hauptsache aufnimmt.