CH159253A - Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Stösse von sehr hoher Spannung. - Google Patents

Description

  Einrichtung zur Erzeugung     elektrischer    Stösse von sehr hoher     Spannung.       In der Technik, im Laboratorium und in  der medizinischen Praxis erscheint es wieder  holt     wünschenswert,    Spannungen in Höhe  von einigen Millionen Volt zur Verfügung  zu haben. Es sei erinnert an die Prüfung  von     Freileitungsisolatoren,    an die Versuche  zur     Zertrümmerung    von Atomen und an die  Erzeugung extrem harter Röntgen-, Kanal  oder Kathodenstrahlen. Es ist versucht wor  den, die zu diesem Zwecke benötigten Span  nungen in Höhe von einigen Millionen Volt       mittelst    der nach E. Marx gebauten Stoss  anlagen zu erzeugen.

   Sollen jedoch Span  nungen von mehreren Millionen Volt     erreicht     werden, so benötigen diese Stossanlagen einen  sehr grossen Raum und sind ausserdem ausser  ordentlich teuer.  



  Aufgabe der Erfindung ist es daher.  Spannungen beliebiger Höhe, wie sie für die  genannten Zwecke in Frage kommen, be  triebssicher und billig herzustellen. Bei der  Erfindung wird von der Erkenntnis Ge-    brauch gemacht, dass Isolierflüssigkeiten bei  kurzzeitiger Belastung eine überaus grosse  Durchschlagsfestigkeit besitzen. während die  in der Technik gewöhnlich benutzten Öle     hei          Dauerbelastung    nur eine Feldstärke von  40 000 bis 60 000 Volt pro cm und ex  trem gereinigte     Ole    eine solche von 200 000  bis<B>3001000</B> Volt pro ein aushalten.

    Im Gegensatz dazu kann bei kurzzeitiger  Belastung (10-3 bis 10-3     Sek.)    das 01     einr-          Spannun,y    von 500 000 bis 1,3 Millionen  Volt pro cm vertragen. Erfindungsgemäss  wird daher die Einrichtung zur     Her-          vorbringung    elektrischer Stösse von sehr  hoher Spannung derart ausgebildet.     .dass        inin-          destens    die     Stossspannungsvorrichtung,    .deren  Entladungszeit kleiner als     111--3    Sek. ist, in  eine     Isolierflüssigkeit        eingebettet    wird.

       das     Ganze derart, dass unter Ausnutzung der     :ii     Flüssigkeiten auftretenden     Funkenverzöge-          rung    und vermöge .der in Flüssigkeiten mög  lichen Spannungsüberhöhung ein     gedrängter         Zusammenbau erreicht und Durch- und  Überschläge verhindert werden.  



  Umfangreiche Versuche, die     wii    anstell  ten, haben zu dem Ergebnis geführt, dass bei  sehr kurzzeitigem Stoss der     Durschlagswert     für alle Sorten von Öl, auch für extrem ver  unreinigte, nahezu gleich ist, so     @dass    in die  sem Falle also     mit    billigem, verunreinigtem  Öl gearbeitet werden kann. Da die     Endhoch-          spannung    nur sehr kurzzeitig wirkt, ist es  das Gegebene, derartige     Stossspannungsvor-          richtungen    in flüssige Isoliermaterialien ein  zubetten.

   Aus der eben beschriebenen Tat  sache der     Durchschlagsverzögerung    bei kur  zen Zeiten geht aber auch hervor, dass es  nicht möglich ist, die Schaltfunkenstrecke  unter Öl anspringen zu lassen, da in diesem  Fall eine bis zehnfache Spannungsüberhöhung       notwendig    wäre. Die Schaltfunkenstrecken  werden daher vorteilhaft in getrennten, mit  Druckgas gefüllten Kammern untergebracht,  wobei nach unseren Versuchen eine messbare       Verzögerung    nicht eintritt. Diese Kombina  tion hat den Vorteil,     dass    .die sonst bei nor  malen Stossanlagen     notwendigen    grossen Ku  gelfunkenstrecken vollkommen wegfallen  und die ganze Schaltung in kleinen hand  lichen Kammern vonstatten geht.

   Es ist be  kannt, dass die     Durchschlagsfestigkeit    der  Gase bis zu etwa 70     Atrn.    proportional dem  herrschenden Druck ansteigt; wenn somit  etwa die Schlagweite in Atmosphärendruck  bei einer bestimmten Spannung zwischen  Spitzen 10 cm beträgt, wird bei einem Druck  von 10     Atm.    die Schlagweite nur noch 1 cm  betragen. In den kleinen Druckkammern  kann natürlich fast jeder beliebige Druck  eingestellt werden.

   Ein     weiterer    Vorteil  dieser     Ausführungsform        ist,    dass die Regu  lierung dieser Funkenstrecken, um nämlich  verschiedene Spannungen herzustellen,     nicht,     wie bisher, in mechanischer Weise, sondern  einfach durch mehr oder minder starke  Kompression in den Druckkammern erzielt  und der herrschende Druck in einem Mano  meter gemessen werden kann.  



  Um ausserdem     Gleitungen    an den Kon  densatoren zu vermeiden, können     Mittel    vor-    gesehen sein, um die verwendete     Isolier-          flüssigkeit        -unter    einen gewissen Druck zu  setzen. Die     Gleitungen    an den Kondensa  toren leiten im allgemeinen     Durchschlue     der     KonJensatorisolatoren    ein. Die Besei  tigung der     Gleitungen    durch die Erhöhung  des Öldruckes setzt daher die Durchschlags  festigkeit des verwendeten festen     Dielektri-          kums    herauf.

   Die     Gleitungen    können weiter  durch Verwendung einer     Isolierflüssigkeit     besonders hoher     Dielektrizitätskonstante    stark  vermindert     werden.        Beispielsweise    ist es       zweckmässig,    Rizinusöl mit .der     Dielektrizi-          tätskonstante    4, Chlorbenzol mit der     Dielek-          trizitätskonstante    8, oder am günstigsten       Trikresylphosphat    mit der     Dielektrizitäts-          konstante    10 zu benutzen.

   Die     Gleitungen     werden im     allgeminen    durch bei der Schal  tung entstehende     Ilochfrequenzschwingun-          gen    eingeleitet, können also auch durch Be  hinderung der     Hochfrequenzschwingungen     beseitigt werden. Die Unterdrückung von       Hochfrequenzschwingungen    ist aus     @d-er    Ra  diotechnik ausreichend bekannt.  



  Um grosse Dimensionen des die     Stoss-          spannungsvorrichtung    umgebenden Behälters  zu vermeiden,     bezw.        um    nur teilweise mit  hochwertigen Isolierstoffen arbeiten zu müs  sen, kann vorgesehen sein, diesen nur so ,gross  zu machen, wie er zur Aufnahme der Kon  densatoren gerade erforderlich ist     und    diesen  Behälter in einen zweiten grösseren Hüll  behälter hineinzusetzen.

   Da die Flüssigkeit  dieses     Hüllbehälters    nur mit der Endstoss  spannung beansprucht     wird    und nicht mit  der längere Zeit wirkenden     Aufladespan-          nung,    ist es möglich. in diesem     Hüllbehälter     v     erhältnismässig    gut leitende Flüssigkeiten,  etwa Nasser, zu verwenden. Bei Verwen  dung relativ gut leitender Flüssigkeiten ist  es dann natürlich erforderlich, durch eine  weitere Schaltfunkenstrecke dafür zu sorgen,  dass die     Aufladespannung    niemals an dem  geringen äussern Flüssigkeitswiderstand liegt.

    die Hochspannungsstösse dagegen über diese       Schaltfunkenstrecke    mit der Flüssigkeit ver  bunden sind, damit nicht     unerwünschte     Durchschläge an andern Stellen erfolgen.      Gerade die Möglichkeit, einen so billigen  Stoff, wie Wasser, als     Isolierflüssigkeit    zu  verwenden, dürfte es ermöglichen, Spannun  gen von 50 bis<B>100</B> Millionen Volt ohne sehr  grosse Kosten zu erreichen. Die geschilderte  Art von Einrichtungen     gestattet    es, um  grosse Durchführungen zu vermeiden, die  Prüfobjekte, wie Isolatoren oder Entladungs  röhren, innerhalb des     Anlagenhüllbehälters     in geeigneter Form unterzubringen und mit  Hochspannung zu belasten.  



  Zwei besonders zweckmässige Ausfüh  rungsbeispiele der Erfindung sind auf .den  Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:       Fig.    1 einen Längsschnitt .durch eine er  findungsgemässe Einrichtung in schemati  scher Veranschaulichung;       Fig.    Z ist ein Längsschnitt .durch eine  andere     Ausftihrungsform    -der Einrichtung;       Fig.    3 zeigt     in    -grösserem     Massstabe    einen       Längsschnitt    durch eine der Druckgaskam  mern, welche bei dem Stossgenerator nach  der     Fig.    2 verwendet werden.  



  Mit     a        ist    ein vorzugsweise aus Metall  bestehender äusserer     Hüllbehälter    bezeichnet,  der ganz oder teilweise mit Isolieröl b nie  derer Qualität gefüllt ist. An die Stelle des  Öls kann auch Wasser treten. In der     Fig.    1  ist mit     c    die Isolation der Durchführung     j     bezeichnet.

   Diese führt den Stoss zu belie  bigen Verbrauchsapparaten, beispielsweise  Röntgenröhren oder     andern        medizinischen          Apparaturen.    Es können an die Durchfüh  rung auch Isolatoren oder andere Apparate  angeschlossen werden zum     Prüfen    der Durch  schlagsfestigkeit. Innerhalb des äussern       Hüllbehälters    a ist ein zweiter, innerer Be  hälter d angeordnet, :der mit 01 e höherer  Qualität     bezw.    mit einem 01 einer grösseren       Dielektrizitätskonstante        gefiillt    ist.

   Dieser  Behälter d besteht beispielsweise aus einem  senkrecht stehenden Rohr aus     Isalations-          inaterial    und metallenen, also elektrisch lei  tenden obern und untern     Abschlussplatten.     In diesem Behälter d ist die Stossspannungs-         vorrichtung    untergebracht. Der eine Auf  ladewiderstand     f    ist an die     Aufladespan-          nung    angeschlossen, während der zweite Wi  derstand mit der Erde verbunden ist.

   Die       Druckluftsthaltfunkenstrecken    g sind durch  isolierende Rohrleitungen i über ein Mano  meter     k    an eine     Druckluftquelle        angeschlo-,-          sen.    Eine besondere     Vorschaltfunkenstrecke          h    ist am Ende der     Druckluftschaltfunken-          strecke    angeordnet. Die eine Kugel der Fun  kenstrecke h ist bei der     Fig.    1 durch die  Leitung     j    mit dem Abnahmepol des     Stoss-          generators    verbunden.

   Zwischen den einzel  nen Schaltfunkenstrecken liegen die     Kapa7i-          täten    oder Kondensatoren     cf.    deren Belegun  gen zugleich je mit einem     Aufladewiderstand     und einem     Funkenstreckenpol    verbunden  sind. Die Druckluft in den     Schaltkammern     kann in geeigneter Weise, beispielsweise     mit-          telst    eines     Reduzierventils.    geregelt werden.  Das Druckgas wird dabei durch die Leitun  gen     i    den einzelnen Funkenstrecken zuge  führt, und der in den Kammern herrschende  Druck wird an dem Manometer     lc    abgelesen.

    Es ist naturgemäss möglich, dieses Mano  meter direkt als Spannungsmesser zu eichen  und als solchen zu benutzen.  



  Die Ausführungsform nach der     Fig.     ist im wesentlichen die gleiche, jedoch ist in  den metallenen     Hüllbehälter        a    das     Priif-          objekt        l    gebracht worden, welches auf Durch  sehlagsfestigkeit geprüft werden soll. An  Stelle der zu prüfenden Isolatoren     l    kann  auch ein Entladungsrohr treten, so dass vom  Entladungsrohr ausgesandte Strahlen un  mittelbar aus dem Innern der     Apparatur     nach aussen auf     das    zu bestrahlende     Objeki     dringen.  



  Bei der Ausführungsform nach der     Fig.     liegen die Schaltfunkenstrecken in Kam  mern, welche     unten    zum     Ölraum    des Behäl  ters d offen sind, so dass das 01 zum Teil in  die Gefässe der Schaltfunkenstrecken ein  dringen kann. Der     Ölraum    selbst ist durch  eine Rohrleitung     ä    über ein Manometer     I@     entweder an eine     Druckluftquelle    oder auch  an eine Ölspeiseleitung, die unter wahlwei-           sein    Druck gehalten werden kann, ange  schlossen.

   Im Gegensatz zu der Ausfüh  rungsform nach der     Fig.    1 fallen die einzel  nen     Druckluftleitungen,    welche an die     Fun-          kenstreckenkammern    angeschlossen sind, fort.  Der Druck pflanzt sich bei der     Ausfüh-          zungsform    nach der     Fig.    2 gleichmässig durch  das 01 fort, so dass sämtliche     Funkenstrecken     unter gleichem Luftdruck stehen.  



       Fig.    3 zeigt in     grösserem        Massstabe    eine  der in     Fig.    2 verwendeten Funkenstrecken  kammern. In dieser Figur ist mit m die  durch den Öldruck innerhalb der Kammern  hochsteigende     Olmenge    bezeichnet, während  mit n die Zuleitung zu einem     Funkenstrek-          kenpol    p und mit o die Zuleitung zum an  dern     Funkenstreckenpol    p bezeichnet ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Stösse von sehr hoher Spannung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Stoss- spannungsvorrichtung, deren Entladungszeit kleiner als 10-3 Sek. ist, in eine Isolierflüs- sigkeit eingebettet ist, das Ganze derart, dass unter Ausnutzung der in Flüssigkeiten auf tretenden Funkenverzögerung und vermöge der in Flüssigkeiten möglichen Spannungs überhöhung ein gedrängter Zusammenbau erreicht und Durch- und Überschläge ver hindert werden. UNTERANSPRVCHE 1.

   Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass nur die Stoss- spännungsvorrichtung in eine Isolier- flüssigkeit eingebettet ist. ?. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Schalt funkenstrecken in mit einem kompri mierten Gase gefüllten Kammern an geordnet sind. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass der Gasdruck in den Kammern regulierbar ist, so da i die Überschlagsspannung der Funken- strecken und damit die Stossspannung durch Einstellen des Gasdruckes be stimmt wird. 4.

   Einrichtung nach LTnteranspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Druckes in den Kammern ein ge meinsamer Druckregler dient. 5. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Isolier- flüssigkeit unter Druck gesetzt ist, um gleichzeitig mit der Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit der Isolierflüs- sigkeit die Ausbildung von Gleitfunken zu verhindern und damit die Durch schlagsfestigkeit des festen Dielektri- kums .der Kondensatoren zu erhöhen. 6.

   Einrichtung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die Isolier- flüssigkeit derart mit dem Druckgas der Schaltfunkenstrecken kommuniziert, dass die Spannungsregulierung durch Verän derung des Isolierflüssigkeitsdruckes be wirkt werden kann. 7. Einrichtung nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch die Verwendung einer Isolierflüssigkeit mit einer Dielek- trizitätskonstante von mindestens 4.

   B. Einrichtung nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch zwei ineinander an geordnete Behälter, wobei in dem innern Behälter die Stossspannungsvorrichtung in einer hochwertigen Isolierflüssigkeit angeordnet ist, und der äussere Hüll behälter mit einer Flüssigkeit geringe rer Isolationsfähigkeit gefüllt ist. 9. Einrichtung nach Unteranspruch 8, ge kennzeichnet durch die Verwendung von Wasser als Isolierflüssigkeit für den äussern Hüllbehälter. 10.

   Einrichtung nach Unteranspruch 8, mit einer gut leitenden Flüssigkeit als äusse rem Dielektrikum, dadurch gekennzeich net, dass eine besondere Schaltfunken strecke vorgesehen ist, die die Auflade spannung von diesem Dielektrikum fern hält, die Stossspannung aber anschaltet.

   11. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Stoss- spannungsvorrichtung innerhalb eines Hüllbehälters angeordnet ist, welcher bestimmt ist, auch die Versuchsobjekte aufzunehmen, so dass eine isolierende Durchführung für die Stossspannung durch den Hüllbehälter fortfällt.