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Stromrichterschaltung mit mehreren einanodigen, pumpenlosen und luftgekühlten Quecksilberdampf-Stromrichtergefässen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichterschaltung mit mehreren einanodigen, pumpenlosen und luftgekühlten Quecksilberdampf-Stromrichtergefässen mit Metallgehäuse und In diese isoliert eingesetzter Kathode.
Es Ist bereits bekannt, die Wassertanks von wassergekühlten Stromrichtern zu erden. Bei wasserge- kühlten Stromrichtern sind die Wasserleitungen oft durch isolierende Zwischenstücke, Dichtungsringe und Flanschen unterbrochen, so dass eine elektrische Verbindung nicht bestehen kann. Ferner ist es bekannt, bei Stromrichtern zwischen Kathode und Gehäuse eine Spannung einzufügen, um die Zündung des Lichtbogens zu erleichtern, wobei zur Löschung dieses Bogens vorgeschlagen wurde, das Gehäuse bereits vor dem Löschen negativ zu beaufschlagen.
Bei Stromrichtern der eingangs genannten Art beobachtet man ein Abreissen des Kathodenfleckes, das verschiedene Gründe haben kann. Beim Abfallen des Kathodenstroms eines einzelnen Gefässes von vielen Tausenden von Ampere auf einige Ampere Erregerstrom kann, insbesondere bei hohen Dampfdrücke an der Kathode, der Lichtbogen diffus werden und dadurch. sich nicht mehr auf einen einzelnen Fleck konzentrieren, was dessen Erlöschen nach sich ziehen kann. Es können sich ferner auf dem zwischen Metallgehäuse und Kathode befindlichen Isolator vorübergehend leitende Brücken bilden, so dass sich dann die Brennfleck auf dem Gehäuse ausbilden. Beim Unterbrechen der Brücke kann der Bogen auslöschen.
Man beobachtet, dass die Spannung zwischen Gehäuse und Kathode, welche normalerweise etwa 10 V beträgt, jedoch kurzzeitig absinkt oder ganz verschwindet, was mit den erwähnten leitenden Brücken in Zusammenhang steht.
Die Erfindung bezweckt nun diese schädlichen Strombrücke zu zerstören und stützt sich auf die Erkenntnis, dass es möglich ist, solche Strombrücke durch verhältnismässig hohe Ströme wegzubrennen.
Daher wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, die Metallgehäuse der Stromrichtergefässe untereinander durch elektrische Leitungen zu verbinden.
Sinkt nun die Spannung eines einzelnen Gehäuses aus den beschriebenen Ursachen ab, so fliesst auf dieses Gehäuse dank der Verbindung der Gehäuse ein recht grosser Strom, der Hunderte von Ampère betragen kann, und der von den Metallgehäusen der andern Gefässe geliefert wird. Es ist dies der sogenannte Gehäusestrom, der dadurch zustande kommt, dass im Betrieb ein beträchtlicher Strom positiver Ionen auf das Gehäuse fliesst, der durch einen ebenso grossen Elektronenstrom kompensiert wird, wenn das Gehäuse isoliert ist. Wird jedoch das Potential des Gehäuses relativ zur Kathode abgesenkt, so geht der Elektronenstrom zurück und es entsteht der Gehäusestrom. Das Gehäuse wirkt als sehr grosse Lichtbogensonde.
Wenn nun das Potential eines Gehäuses durch Brückenbildung absinkt, so fliesst momentan der Gehäusestrom der übrigen Gefässe über diese Brücke, wodurch diese zerstört wird, z. B. durch Verdampfen des die Brücke bildenden feinen Quecksilberbelages. Es versteht sich von selbst, dass man durch die konstruktive Ausbildung des zwischen Gehäuse und Kathode liegenden Isolators die Brückenbildung, insbesondere durch rückfliessendes Quecksilber, möglichst zu unterdrücken sucht. Die Erfindung gestattet nun, auch die wenigen Fälle von noch übrig bleibender Brückenbildung zu beheben. Die vorgeschlagene Lösung ist ausserordentlich billig, indem nur einige Kupferschienen benötigt werden.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die Metallgehäuse von einanodigen Stromrichtergefässen über Widerstände an eine kathodenseitige Sammelschiene anzuschliessen. Man erreicht zwar damit bis zu einem gewissen Grade eine galvanische Verbindung zwischen den Gehäusen. Dadurch, dass aber die Gehäuse nicht direkt unter sich, sondern indirekt mit Hilfe von Widerständen über die allen Stromrichtergefässen gemeinsame Kathodensammelschiene verbunden sind, erreicht man nicht die oben beschriebene Wirkung, nämlich das Zerstören der unerwünschten Quecksilberbrücken in einem Gefäss durch den Gehäusestrom der andern Gefässe. Zudem sind Stromrichter bekanntgeworden mit Kühlsysteme für die Metallgehäuse der Einanodengefässe.
Je nach der Art des Kühlmittels, dem Widerstand der Kühlleitungen und der Ausbildung der Übergänge zwischen den einzelnen Leitungsteilen kann sich allenfalls die der Erfindung zu verdankende Wirkung in einem mehr oder weniger ausgeprägten Masse ungewollt auch einstellen.
Eine betriebssichere, vollwirksame und zweckmässige Lösung ergibt sich nur durch eine niederohmig Kupferschienenverbindung entsprechend dem dargelegten Erfindungsgedanken.
Man kann nun noch einen Schritt weitergehen und die gemeinsame galvanische Verbindung an den positiven Pol einer zusätzlichen Gleichspannungsquelle anschliessen, deren negative Klemme mit dem gemeinsamen Anschlusspunkt aller Kathoden verbunden ist. Diese Fremdspannungsquelle (vorzugsweise ein Hilfsgleichrichter) soll einen verhältnismässig grossen ohmschen oder induktiven inneren Widerstand haben, um den vor ihr gelieferten Strom bei einem Schluss zwischen Gehäuse und Kathode oder bei einem starken Ansteigen der Belastung und einer damit verbundenen Erhöhung der Gehäuse-KathodenSpannung zu begrenzen.
Dank der soeben geschilderten Massnahme fliesst bei Brückenbildung in einem der Gefässe ausser dem Gehäusestrom der übrigen Gefässe fast der ganze, der Sammelschiene zugeführte Fremdstrom über diese Brücke. Eine einzige Fremdspannungsquelle steht damit für alle Gefässe in Bereitschaft, was wirtschaftlich tragbar ist. Die parallel geschalteten Gefässe sollen möglichst gegeneinander phasenverschobene Anodenströme führen.
Man könnte grundsätzlich die durch die Erfindung erzielte Wirkung auch'durch individuelle Zuordnung von einzelnen Fremdspannungsquellen zu jedem Gefäss erreichen. Eine derartige Lösung ist aber im Gegensatz zum Vorschlag nach der Erfindung kompliziert und mit zu hohen Kosten verbunden.
Die Erfindung bezieht sich auf pumpenlose Stromrichtergefässe, da deren Gehäuse bis anhin isoliert aufgestellt wurden. Die Erfindung ist besonders wichtig wenn die Leitung pro einzelnes Gefäss 500-1000 kW beträgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stromrichterschaltung mit mehreren einanodigen, pumpenlosen und luftgekühlten Quecksilberdampf-Stromrichtergefässen mit Metallgehäuse und in diese isoliert eingesetzter Kathode, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallgehäuse untereinander durch praktisch widerstandslose elektrische Leitungen verbunden sind.