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.
Device for generating electrical surges of very high voltage. In technology, in the laboratory and in medical practice, it appears repeatedly desirable to have voltages of several million volts available. It is worth remembering the testing of overhead line insulators, the attempts to break up atoms and the generation of extremely hard X-rays, ducts or cathode rays. Attempts have been made to generate the voltages of several million volts required for this purpose by means of the pusher systems built according to E. Marx.
If, however, voltages of several million volts are to be achieved, these pusher systems require a very large space and are also extremely expensive.
It is therefore the object of the invention. Tensions of any amount, as they come into question for the purposes mentioned, be reliable and cheap to produce. The invention makes use of the knowledge that insulating liquids have an extremely high dielectric strength when subjected to brief loads. While the oils commonly used in technology can only withstand a field strength of 40,000 to 60,000 volts per cm and extremely purified oils of 200,000 to 3001,000 volts per cm.
In contrast to this, with short-term loads (10-3 to 10-3 seconds) the oil can withstand a voltage of 500,000 to 1.3 million volts per cm. According to the invention, the device for producing electrical surges of very high voltage is therefore designed in this way. .that at least the surge voltage device, .whose discharge time is less than 111-3 seconds, is embedded in an insulating liquid.
the whole thing in such a way that, using the spark delay occurring in liquids and by virtue of the excessive voltage increase possible in liquids, a compact assembly is achieved and breakdowns and flashovers are prevented.
Extensive tests carried out by wii have led to the result that, in the event of a very brief impact, the breakdown value is almost the same for all types of oil, even for extremely contaminated oil, so that in this case with cheap, contaminated oil can be worked. Since the final high voltage is only effective for a very short time, it is necessary to embed such surge voltage devices in liquid insulating materials.
However, from the fact of the breakdown delay at short times just described, it is also clear that it is not possible to let the switching spark gap start under oil, since in this case a voltage increase of up to ten times would be necessary. The switching spark gaps are therefore advantageously housed in separate chambers filled with pressurized gas, whereby, according to our tests, there is no measurable delay. This combination has the advantage that the large ball spark gaps otherwise required in normal impact systems are completely eliminated and the entire circuit takes place in small, handy chambers.
It is known that the dielectric strength of gases is up to about 70 Atrn. increases proportionally to the prevailing pressure; thus, if the impact distance in atmospheric pressure at a certain voltage between peaks is 10 cm, at a pressure of 10 atm. the striking distance is only 1 cm. Of course, almost any pressure can be set in the small pressure chambers.
Another advantage of this embodiment is that the regulation of these spark gaps, namely to produce different voltages, is not achieved mechanically, as before, but simply by more or less strong compression in the pressure chambers and the prevailing pressure is measured in a manometer can be.
In order also to avoid slipping on the capacitors, means can be provided to put the insulating liquid used under a certain pressure. The slides on the capacitors generally initiate breakthroughs in the capacitor insulators. Eliminating the slides by increasing the oil pressure therefore increases the dielectric strength of the solid dielectric used.
The slippage can further be greatly reduced by using an insulating liquid with a particularly high dielectric constant. For example, it is advisable to use castor oil with a dielectric constant of 4, chlorobenzene with a dielectric constant of 8, or, best of all, tricresyl phosphate with a dielectric constant of 10.
The slips are generally initiated by the pigeon hole frequency oscillations that occur during the switching, so they can also be eliminated by preventing the high frequency oscillations. The suppression of high-frequency vibrations is well known from @ d-er radio technology.
In order to avoid large dimensions of the container surrounding the surge voltage device, respectively. in order to have to work only partially with high-quality insulating materials, provision can be made for this to be made only as large as it is required to accommodate the capacitors and to put this container into a second, larger envelope container.
Since the liquid in this enveloping container is only stressed with the final surge voltage and not with the charging voltage that acts for a longer period of time, it is possible. To use relatively well conductive liquids, such as water, in this envelope container. When using relatively good conductive liquids, it is of course necessary to use an additional switching spark gap to ensure that the charging voltage is never due to the low external liquid resistance.
the high-voltage surges, on the other hand, are connected to the liquid via this switching spark gap so that undesired breakdowns do not occur at other points. It is precisely the possibility of using such a cheap substance as water as an insulating liquid that should make it possible to achieve voltages of 50 to <B> 100 </B> million volts without very high costs. The type of facilities described allows, in order to avoid large bushings, to accommodate the test objects, such as insulators or discharge tubes, in a suitable form within the system envelope and to load them with high voltage.
Two particularly useful Ausfüh approximately examples of the invention are shown on the drawings. It shows: FIG. 1 a longitudinal section through a device according to the invention in a schematic illustration; Fig. Z is a longitudinal section through another embodiment of the device; Fig. 3 shows, on a larger scale, a longitudinal section through one of the pressure gas chambers which are used in the surge generator according to FIG.
With a, preferably made of metal, the outer shell container is designated, which is completely or partially filled with insulating oil b never those quality. The oil can also be replaced by water. In FIG. 1, c designates the insulation of the implementation j.
This leads the shock to any consumer devices, for example X-ray tubes or other medical devices. Insulators or other devices can also be connected to the bushing to test the dielectric strength. Inside the outer shell container a, a second, inner Be container d is arranged, respectively: the higher quality with 01 e. is filled with an 01 with a larger dielectric constant.
This container d consists, for example, of a vertical tube made of insulation material and metal, ie electrically conductive upper and lower end plates. The surge voltage device is housed in this container d. One charging resistor f is connected to the charging voltage, while the second resistor is connected to earth.
The compressed air maintenance spark gaps g are connected to a compressed air source by insulating pipes i via a manometer k. A special series spark gap h is arranged at the end of the compressed air switching spark gap. In FIG. 1, one ball of the spark gap h is connected to the pickup pole of the shock generator by the line j.
Between the individual switching spark gaps there are capacitors or capacitors, etc., whose assignments are each connected to a charging resistor and a spark gap pole. The compressed air in the switching chambers can be used in a suitable manner, for example by means of a reducing valve. be managed. The compressed gas is fed through the lines i to the individual spark gaps, and the pressure prevailing in the chambers is read on the manometer lc.
It is of course possible to calibrate this manometer directly as a voltmeter and to use it as such.
The embodiment according to the figure is essentially the same, but the test object 1, which is to be tested for resistance to penetration, has been placed in the metal envelope container a. A discharge tube can also be used in place of the insulators 1 to be tested, so that rays emitted by the discharge tube directly penetrate the object to be irradiated from inside the apparatus to the outside.
In the embodiment according to the figure, the switching spark gaps are located in chambers which are open at the bottom to the oil chamber of the container d, so that the 01 can partially penetrate the vessels of the switching spark gaps. The oil chamber itself is connected by a pipe - via a pressure gauge I @ - either to a source of compressed air or to an oil feed line that can be kept under pressure as required.
In contrast to the embodiment according to FIG. 1, the individual compressed air lines which are connected to the spark gap chambers are omitted. In the embodiment according to FIG. 2, the pressure propagates evenly through the 01, so that all spark gaps are under the same air pressure.
Fig. 3 shows one of the spark gaps used in Fig. 2 chambers on a larger scale. In this figure, m denotes the amount of oil that rises due to the oil pressure within the chambers, while n denotes the supply line to one spark gap pole p and o denotes the supply line to the other spark gap pole p.