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Gesteuerte Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke Die Erfindung betrifft
eine gesteuerte Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke, bestehend aus einerKette
von hintereinandergeschalteten Teilfunkenstrecken und zu diesen parallel und untereinander
in Reihe geschalteten Widerständen zur Potentialsteuerung der einzelnen Teilfunkenstrecken.
Solche Vorrichtungen werden zur Prüfung von Transformatorwicklungen mit Hilfe von
unterbrochenen Spannungswellen verwendet. Für einen erfolgreichen Verlauf dieser
Prüfungen ist es notwendig, daß die angelegte Spannung innerhalb einer Toleranz
von ± einer Zehntel-Mikrosekunde der gewünschten, seit dem Beginn der Spannungswelle
verflossenen Zeit unterbrochen wird.
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Für Spannungen bis zu 500 000 Volt kann dieser Forderung mit einer
gesteuerten Kugelfunkenstrecke genügt werden. Bei größeren Spannungen weist jedoch
eine Kugelfunkenstrecke große Nachteile auf. In erster Linie scheitert eine solche
Vorrichtung an der erforderlichen Größe der Kugel, da solche großen Kugeln nur sehr
schwierig und mit großen Kosten gefertigt werden können. Außerdem wird bei größeren
Spannungen der Spielraum für den Elektrodenabstand sehr klein, d. h., bei irgendeinem
gegebenen Elektrodenabstand wird der Unterschied zwischen der Minimalspannung, bei
der ein überschlag zwischen den Elektroden einwandfrei gesteuert ausgelöst werden
kann, und der Spannung, bei der ein Überschlag ohne gesteuerte Auslösung erfolgt,
sehr klein, so daß der überschlag zwischen den Elektroden immer unbestimmter wird.
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Es ist bereits eine Funkenstreckenanordnung bekanntgeworden, die aus
einer Hauptfunkenstrecke und einer Hilfsfunkenstrecke besteht, von denen beide zwei
oder mehr hintereinandergeschaltete Teilfunkenstrecken aufweisen. Zu diesen Teilfunkenstrecken
sind parallel und untereinander in Reihe Widerstände zur Potentialsteuerung der
einzelnen Teilfunkenstrecken geschaltet. Außerdem weist diese Funkenstreckenanordnung
eine Einrichtung auf, mit Hilfe derer es möglich ist, einen langsam bewegten Luftstrom
zwischen den Elektroden der Teilfunkenstrecken hindurchzuführen, um die sich zwischen
den Elektroden bildenden aktiven Gase abzuleiten und in ausreichendem Maß Sauerstoff
zur Verbrennung des bei der Elektrodenzerstäubung entstehenden Metallstaubes zuzuführen.
Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß zur größtmöglichen Wirksamkeit des
Luftstromes die Elektroden, welche die Teilfunkenstrecken bestimmen, zu beiden Seiten
des Luftstromes, also in zwei Reihen, angeordnet sein müssen. Dies bedeutet aber
eine unerwünschte Vergrößerung der für die Abschneidesteilheit der Funkenstrecke
maßgebenden Induktivität. Besonders aufwendig in ihrem Aufbau ist die vorbekannte
Anordnung dadurch, daß zu jeder Hauptfunkenstrecke (Leistungsfunkenstrecke) eine
Hilfsfunkenstrecke (Steuerfunkenstrecke) notwendig ist. Außerdem wirkt sich nachteilig
aus, daß aus den obengenannten strömungstechnischen Gründen die gesamte Anordnung
in einem Gehäuse untergebracht sein muß, wodurch eine Variation, insbesondere eine
Vergrößerung der Anzahl der Teilfunkenstrecken entsprechend der angelegten Spannung,
nur schwer möglich ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der
oben angeführten Nachteile eine Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke zu schaffen,
welche auch bei Spannungen von über 500 000 Volt einen genügend großen Spielraum
für den Elektrodenabstand der Teilfunkenstrecken zuläßt, um den Überschlag zwischen
den Elektroden innerhalb einer vorbestimmten Zeittoleranz definiert zu steuern und
auszulösen.
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Erfindungsgemäß wird die vorliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß bei
der eingangs genannten gesteuerten Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke, welche
aus einer Kette von hintereinandergeschalteten Teilfunkenstrecken und aus zu diesen
parallel und untereinander in Reihe geschalteten Widerständen zur Potentialsteuerung
der einzelnen Teilfunkenstrecken
besteht, die Elektroden der Teilfunkenstrecken
in einer geraden Linie angeordnet sind und daß mindestens eine der am einen Ende
der Kette befindlichen Teilfunkenstrecken in an sich bekannter Weise mit einer Triggerelektrode
versehen ist und daß jede der nicht triggerbaren Teilfunkenstrecken hohle und teilweise
aus perforiertem Material bestehende Elektroden derart aufweist, daß die von einer
gezündeten Teilfunkenstrecke ausgehende ultraviolette Strahlung in die nächste noch
nicht gezündete Teilfunkenstrecke gelangt und deren Zündung auslöst.
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Der hier verwendete Ausdruck »perforiertes Metall« umfaßt sowohl ein
Metallnetz als auch ein mit einer Vielzahl von Löchern versehenes Metallblech, eine
durchbrochene Metallplatte od. dgl.
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Die Elektrodenabstände können sich von dem mit einer Auslösevorrichtung
versehenen »gesteuerten« Ende der Teilfunkenstreckenkette aus fortlaufend vergrößern.
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Jede der Teilfunkenstrecken kann zweckmäßig von Kugelflächen begrenzt
sein. Die Begrenzungsflächen der Elektroden der nicht triggerbaren Teilfunkenstrecken
können vorzugsweise aus einem Metallnetz bestehen.
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Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung mehr oder weniger schematisch dargestellt sind.
Im einzelnen zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgestalteten
gesteuerten Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke, F i g. 2 ein Schaltbild der in
F i g. 1 dargestellten Abschneidefunkenstrecke, F i g. 3 einen Schnitt durch einen
Abschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Abschneidefunkenstrecke gemäß
der Erfindung.
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In den F i g. 1 und 2 der Zeichnung ist eine Vorrichtung zum Abschneiden
einer Spannung von 2 000 000 Volt dargestellt. Sie weist eine Kette von vierzig
Teilfunkenstrecken auf, die zwischen einer Halbkugel 1 und vierzig Kugeln 2 bis
41, von denen nur acht dargestellt sind, gebildet ist. Die Kugeln 2
bis 41
sind aus Metallnetz hergestellt und in Kupferringen 42 angeordnet, welche
der Reihe nach auf drei mit Gewinden versehenen Tragstangen 43 aus elektrisch nichtleitendem
Material verstellbar angeordnet sind. Die Tragstangen 43 sind auf einer Grundplatte
44 befestigt. Die Halbkugel 1 besteht aus Metallblech und ist ebenfalls in einem
Kupferring 42 angeordnet, der verstellbar auf den Tragstangen 43
gelagert
ist.
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Die Halbkugel 1 und die Kugeln 5 bis 41 sind mit den jeweiligen sie
umgebenden Kupferringen 42 elektrisch leitend verbunden. Die Kugeln 2, 3 und 4 sind
mit den zugehörigen Kupferringen 42 über - nur aus F i g. 2 ersichtliche - Widerstände
45 verbunden. Vierzig gleich große Widerstände 46 sind zwischen den Kupferringen
42 angeordnet und bilden eine Kette von Widerständen zur Potentialsteuerung.
Der Kupferring am oberen Ende der Kette ist mit einem Hochspannungsanschluß 47 verbunden,
und der Kupferring am unteren Ende der Kette ist auf Erdpotential gelegt. Die Halbkugel
1 und die Kugeln 2, 3 und 4 sind mit Triggerelektroden 48, 49, 50
und 51
versehen. Die Triggerelektrode 48 ist über eine Verzögerungsleitung
52 mit einem Hochspannungsgenerator und die Triggerelektroden 49, 50 und 51 sind
unmittelbar mit den die Kugeln 2, 3 und 4 haltenden Kupferringen 42
verbunden. Ein an den Widerständen 45 auftretender Spannungsabfall wird daher über
den Zündspalt der entsprechenden Kugel 2, 3 oder 4
wirksam (s. F i g. 2).
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Beim Betrieb der Vorrichtung wird am Anfang der Hochspannungswelle
ein Zündimpuls auf die Verzögerungsleitung 52 gegeben. Die Verzögerungsleitung 52
hat eine Verzögerungszeit, die dem gewünschten, zwischen dem Anfang der Hochspannungswelle
und dem Einsetzen des Abschneidevorgangs liegenden Zeitraum entspricht. Die Abschneidefunkenstrecke
ist parallel zu der zu prüfenden Transformatorwicklung geschaltet. Die Hochspannung
liegt daher an der ganzen Funkenstrecke. Die Widerstände 46 bewirken dabei eine
gleichmäßige Spannungsverteilung auf jede Teilfunkenstrecke, wobei beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel bei Anlegen einer Hochspannung von 2 000 000 Volt an jeder Teilfunkenstrecke
eine Spannung von 50 000 Volt auftritt. Die Elektrodenabstände sind dabei so bemessen,
daß bei dieser Spannung kein überschlag erfolgen kann.
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In dem gewünschten Abschneidezeitpunkt gelangt der Zündimpuls auf
die Triggereiektrode 48, wodurch ein überschlag in der ersten Teilfunkenstrecke
erfolgt. Der erste, diese Teilfunkenstrecke überbrückende Widerstand 46 wird kurzgeschlossen,
wobei ein Spannungsimpuls am nächsten Widerstand 45 erzeugt wird, der auf
die Triggerelektrode 49 gelangt und einen überschlag in der zweiten Teilfunkenstrecke
bewirkt. Die dritte und vierte Teilfunkenstrecke werden in ähnlicher Weise durch
die an den Widerständen 45 erzeugten und auf die Triggerelektroden 50 und 51 gelangenden
Spannungsimpulse gezündet. Die fünfte Teilfunkenstrecke besitzt keine Triggerelektrode.
Sobald jedoch in der vierten Teilfunkenstrecke ein überschlag erfolgt, kommt die
volle Spannung über die sechsunddreißig restlichen Teilfunkenstrecken zu liegen,
so daß die Spannung an jeder dieser Funkenstrecken auf 55 555 Volt ansteigt. Dieser
Spannungsanstieg reicht jedoch nicht aus, um die fünfte Teilfunkenstrecke zu zünden,
doch kann die vom überschlag in der vierten Teilfunkenstrecke ausgehende ultraviolette
Strahlung durch den Netzmantel der Kugel 5 hindurchdringen und eine Ionisation der
Luft in der fünften Teilfunkenstrecke bewirken. Diese Ionisation setzt den für einen
überschlag benötigten Spannungswert herab, so daß die anliegende Spannung ausreicht,
um auch in der fünften Teilfunkenstrecke einen überschlag auszulösen. Die vom Überschlag
in der fünften Teilfunkenstrecke ausgehende ultraviolette Strahlung kann durch den
Netzmantel der Kugel 6 in die sechste Teilfunkenstrecke gelangen und dort
einen überschlag bewirken. Die Überschläge in den restlichen Teilfunkenstrecken
werden in ähnlicher Weise durch die durch die Netzmäntel der Kugeln dringenden und
eine Ionisation der Luft in der Funkenstrecke bewirkenden ultravioletten Strahlen
aus der vorhergehenden Teilfunkenstrecke bewirkt.
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Das vorstehend beschriebene Zünden der Teilfunkenstrecken erfolgt
äußerst rasch. Der überschlag kann innerhalb der gewünschten Toleranz von ± einer
Zehntel-Mikrosekunde der gewünschten, seit dem Anfang der Spannungswelle verstrichenen
Zeit gesteuert werden.
In F i g. 3 der Zeichnung ist ein Abschnitt
eines zweiten Ausführungsbeispiels einer gesteuerten Hochspannungs-Abschneidefunkenstrecke
gemäß der Erfindung dargestellt, bei der jede Teilfunkenstrecke von zwei Halbkugeln
60 und 61 aus Metallnetz gebildet ist, die verstellbar auf Metallring
platten 62 und 63 befestigt sind, die durch Stangen 64 aus Isolationsmaterial
voneinander getrennt sind. Jede auf diese Weise gebildete Teilfunkenstrecke befindet
sich innerhalb eines Rohrabschnittes 65 aus Isolationsmaterial. Die Kugeln sind
darin mittels Schrauben 66 und 67 befestigt, die durch die Wand des Rohres 65 hindurchgehen
und in die Ringplatten 62 und 63 eingeschraubt sind. Ein auf den Außenmantel
des Isolationsrohres 65 gewickelter Widerstandsdraht 68 überbrückt die Teilfunkenstrecke
und ist mit den Schrauben 66 und 67 verbunden.
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Der Innendurchmesser des Rohrabschnittes 65 ist im einen Endbereich
69 vergrößert. Im anderen Endbereich 70 ist der Außendurchmesser des Rohrabschnittes
verringert. Die Abschneidefunkenstrecke wird durch eine Zusammenstellung der benötigten
Anzahl von Teilfunkenstrecken gebildet, indem jeweils der Endbereich 69 eines
Rohrabschnittes über den Endbereich 70 des benachbarten Rohrabschnittes geschoben
wird, wobei jeder Endbereich 70 mit einem Schlitz 71 zum Einführen der Schraube
67 versehen ist. Die aneinandergrenzenden Rohrabschnitte sind miteinander durch
zwischen den Schrauben 66 und 67 angeordnete Metallbänder 72 und 73 od. dgl.
elektrisch verbunden. Die Teilfunkenstrecken am einen Ende der Kette sind mit nicht
dargestellten Triggerelektroden in der im Zusammenhang mit F i g. 1 und 2 beschriebenen
Art und Weise versehen.
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Der Überschlag in den Teilfunkenstrecken wird, wie vorstehend beschrieben,
durch die ultraviolette Strahlung ausgelöst, die von einer gezündeten Teilfunkenstrecke
durch den Netzmantel einer Halbkugel hindurch in eine noch nicht gezündete benachbarte
Teilfunkenstrecke gelangt. Die Abschneidefunkenstrecke gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
hat den Vorteil, daß sie zum Transport oder zur Lagerung leicht abgebaut werden
kann und außerdem sehr leicht für jede gewünschte Spannung durch einfache Verbindung
einer entsprechenden Anzahl von Rohrabschnitten 65 ausgelegt werden kann.
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Die beschriebenen Abschneidefunkenstrecken können in mannigfacher
Weise abgewandelt werden. So können beispielsweise die mit einer Triggerelektrode
versehenen Kugeln 2, 3 und 4 in F i g. 1 anstatt aus Metallnetz aus
Metallblech gefertigt sein, da sie nicht für eine ultraviolette Strahlung durchlässig
sein müssen. Außerdem braucht eine Kugel nicht vollständig aus Metallnetz oder durchbrochenem
Metallblech od. dgl gefertigt zu sein, sondern nur in einem solchen Ausmaß perforiert
zu sein, daß eine ultraviolette Strahlung von einer benachbarten Teilfunkenstrecke
in die andere gelangen kann. Die Teilfunkenstrecken brauchen außerdem nicht von
Kugelflächen begrenzt zu sein. Sie können beispielsweise auch als Funkenstrecken
mit gleichmäßiger Feldverteilung ausgebildet sein. Für bestimmte Zwecke hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, die Teilfunkenstrecken so abzustufen, daß im Betrieb der
Vorrichtung die Feldstärke zwischen aufeinanderfolgenden Teilfunkenstrecken vom
gesteuerten Ende der Kette her allmählich abnimmt. Dies kann durch eine Abstufung
der in F i g. 1 dargestellten Widerstände 46 oder der in F i g. 3 dargestellten
Widerstände 68 bewirkt werden, doch wird es im allgemeinen durch eine fortlaufende
Vergrößerung des Abstandes der einzelnen Kugeln voneinander erzielt. Die Anzahl
der Teilfunkenstrecken der Anordnung kann entsprechend der angelegten Spannung und
der Anzahl der mit einer Triggerelektrode versehenen Teilfunkenstrecken am Steuerende
der Anordnung ebenfalls variiert werden.