DE1916606A1

DE1916606A1 - High voltage transmission device

Info

Publication number: DE1916606A1
Application number: DE19691916606
Authority: DE
Inventors: Peoples Joseph Thomas
Original assignee: Nuclear Chicago Corp
Current assignee: Nuclear Chicago Corp
Priority date: 1968-04-05
Filing date: 1969-04-01
Publication date: 1969-11-27
Also published as: FR2005654A1; NL6905241A

Description

DiPL-INO.DiPL-INO.

HEiMUT GöRTZHEiMUT GÖRTZ

₆ Frankfurt «ω Main 70 Frankfurt, 31.3.1969" ₆ Frankfurt "ω Main 70 Frankfurt, March 31, 1969"

Schnackenhokk, z/- Tel, 61 70 79 txZX/goeSchnackenhokk, z / - Tel, 61 70 79 txZX / goe

NUCLEAR - CHICAGO CORPORATION, Des Piaines, Illinois, USANUCLEAR - CHICAGO CORPORATION, Des Piaines, Illinois, USA

HochspannungsübertragungseinrichtungHigh voltage transmission equipment

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung und insbesondere ein Hochspannungs-Gleichstrom-Ubertragungskabel in einem Hochspannungs-Elektronenbeschleuniger oder dergleichen. The invention relates to a high-voltage direct current transmission device and in particular a high voltage direct current transmission cable in a high voltage electron accelerator or the like.

Die Entwicklung industrieller Anwendung für Hochenergieelektronen-Strahlen haben eine zunehmende Nachfrage nach Hochspannungsbeschleunigern mit sich gebracht, welche nicht nur in der Lage sind, Hochenergie-Elektronenstrahlen zu erzeugen, sondern auch für lange Zeitspannen kontinuierlich arbeiten können. Diese Beschleuniger müssen darüberhinaus relativ preiswert bei der Anschaffung und bei der Unterhaltung sein. Die Erzeugung von Hochenergiestrahlen geladener Teilchen außer Elektronen ist auch für die wissenschaftliche Forschung von besonderem Interesse.The development of industrial application for high energy electron beams have brought about an increasing demand for high-voltage accelerators which are not only capable of high-energy electron beams but can also work continuously for long periods of time. These accelerators must also be relatively inexpensive to purchase and maintain. The generation of high energy beams charged Particle besides electrons is also used for scientific research of special interest.

Ein bereits bekannter Hochspannungsbeschleunigertyp enthält im wesentlichen eine Hochspannungs-Gleichstroraversorgung und ein Kabelsystem zur Übertragung der Hochspannungsenergie auf den Beschleuni-One type of high voltage accelerator already known essentially contains a high-voltage direct current supply and a cable system for transmitting the high-voltage energy to the accelerator

eine ger. Normalerweise benötigt der Beschleuniger darüberhinaus relativ niedrige Spannungsversorgung zur Erzeugung der geladenen Teilchen, die, beschleunigt werden sollen, so daß. auch diese in der Energieversorgungseinheit erzeugt und auf den Beschleuniger über das Kabel-a ger. In addition, the accelerator normally requires a relatively high amount of energy low voltage supply to generate the charged particles, which should be accelerated so that. also these in the power supply unit generated and transferred to the accelerator via the cable

9 0 9 8 4 8/0566 "/-9 0 9 8 4 8/0566 "/ -

- 2 system übertragen werden muss, .- 2 system must be transferred,.

Die Größe der Gleichstromspannung, welche für einige industrielle und weitere Anwendungen, von Beschleunigern von Interesse sind, liegen im Bereich zwischen 100 und 1000 kV (Kilovolt)? Die Schwierigkeit bei der Energieübertragung in Form von Spannungen, dieser Größen, insbesondere solcher in dem Bereich zwischen 300 und 1000- kV, von einem Punkt zu einem anderen über ein Kabel, über die Luft oder über eingelassene Leitungen oder Röhren sind dem Fachmann wohl bekannt» Die Anwendung von Einzelleitungskabeln für Gleichf ; Stromenergieübertragung bei Spannungen im Bereich zwischen JOO^,.:-: und 1000 kV ist vom Standpunkt der erforderlichen Kabelabmessung, und der Kosten nicht wünschenswert; weitere Probleme sind mit dem Verlegen schwerer und dicker Kabel verbunden. Dies trifft- sowohl für Energieübertragung über kurze Strecke¹! zwischen, einer Energie-. Versorgung und einem Beschleuniger als auch insbesondere für Energieübertragung über weite Strecken zwischen einer Generatorstation ψ und entlegenen Gebieten zu«The magnitude of the direct current voltage, which is of interest for some industrial and other accelerator applications, is in the range between 100 and 1000 kV (kilovolts)? The difficulty in transferring energy in the form of voltages of these magnitudes, especially those in the range between 300 and 1000 kV, from one point to another via a cable, via the air or via recessed lines or pipes are well known to those skilled in the art » The use of single line cables for equiv; Electric power transfer at voltages in the range between JOO ^,.: -: and 1000 kV is undesirable from the standpoint of required cable size and cost; other problems are associated with laying heavy and thick cables. This applies to both energy transmission over short distances ¹ ! between, an energy. Supply and an accelerator as well as especially for energy transmission over long distances between a generator station ψ and remote areas to «

Da Hochspannungs-Gleichstromübertraguiig; über weite Strecken als möglicherweise wünschenswerte Alternative zur Hochspannungs-tfechselstromübertragung, insbesondere für unterirdische Kabeleinrichtungen, gegenwärtig untersucht wird, so wird die "erfindungsgemäß⁶ Hochspannuiigs-Gleichstrom-übertragungseinrichtuns in Zukunft verbreitete Anwendung in der Energieübertragungs-Industrie sowie als sehr vorteilhafte Anwendung in Hochspannungsbeschleunigern finden, Because high-voltage direct current transmission; is currently being investigated over long distances as a possibly desirable alternative to high-voltage AC transmission, in particular for underground cable systems, the " ⁶ high-voltage direct current transmission system according to the invention will find widespread use in the energy transmission industry in the future as well as a very advantageous application in high-voltage accelerators,"

909848/056$909848/056 $

■^s ist deshalb Hauptgegenstand dieser Erfindung, eine verbesserte ilochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung zu schaffen. It is therefore the primary object of this invention to provide improved high voltage direct current transmission equipment.

Es ist weiterhin Gegenstand dieser Erfindung, eine verbesserte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung für einen Hochspannungsbeschleuniger zu schaffen.It is a further object of this invention to provide an improved high voltage direct current transmission device for a high voltage accelerator to accomplish.

Weiterhin ist Gegenstand dieser Erfindung eine Methode zur Herstellung einer verbesserten Hochspannungsübertragungseinrichtung.This invention also relates to a method of production an improved high voltage transmission facility.

Xn Übereinstimmung mit der Erfindung ist ein einzelnes abgestuftes Kabel zur Übertragung der Hochspannungs-Gleichstromenergie von einer Energie-Versorgungseinrichtung auf einen Energieverbraucher vorgesehen, wobei das abgestufte Kabel eine Vielzahl konzentrischer Leiter besitzt, die Energieversorgungseinrichtung jeden der Leiter mit einer vorgewählten Spannung versorgt, so daß der innerste Leiter die Hochspannung, der äußerste Leiter eine Bezugsspannung und die dazwischen liegenden Leiter Spannungen führen, welche zwischen der Hochspannung und der Bezugsspannung abgestuft sind. Der Energieverbraucher enthält dabei typischerweise Anschlüsse der Leiter.Xn in accordance with the invention is a single graded Cable for the transmission of high-voltage direct current energy from an energy supply device to an energy consumer provided, wherein the stepped cable has a plurality of concentric conductors, the power supply means each of the conductors supplied with a preselected voltage so that the innermost conductor the high voltage, the outermost conductor a reference voltage and the conductors in between carry voltages, which between the high voltage and the reference voltage are graded. The energy consumer typically contains connections of the conductors.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Hoch-Kabel In a preferred embodiment of the invention in a high cable

spannungs-Elektronenbeschleuniger enthält das abgestufte, ein Hohlrohr, als innersten Leiter mit wenigstens einem isolierten Drahtin der Aushöhlung des Rohres zur übertragung eines Wechselstromsignals für die Versorgung des Heizfadens in dem Beschleuniger.voltage electron accelerator contains the graduated, a hollow tube, as the innermost conductor with at least one insulated wire in the cavity of the tube for the transmission of an alternating current signal for the supply of the filament in the accelerator.

909 a-4 8/0566909a-4 8/0566

Der Hauptvorteil einer abgestuften Kabelübertragungseinrichtung kann darin gesehen werden, daß eine erhebliche Verminderung der Ausdehnung des Kabels für die Energieübertragung bei einer Spannung einer gegebenen Größe ohne Beschränkung der Energieführungsmöglichkeiten erreicht wird. Diese Vorteile gelten für alle Anwendungsgebiete einer abgestuften Kabelübertragungseinrichtung. Weitere Vorteile erscheinen bei der Anwendung in einem Elektronenbeschleuniger, da durch die Anwendung eines abgestuften Kabels zur Lieferung abgestufter Spannungen für die Beschleunigungselektroden die Spannungsteilerwiderstände, welche normalerweise auf der Beschlcunigersäule liegen, in der Energieversorgungseinrichtung angeordnet werden können, wo sie wirksamer gekühlt und damit mehr Strom Z¹Ur Stabilisierung der Elektrodenpotentiale führen können.The main advantage of a stepped cable transmission device can be seen in the fact that a considerable reduction in the expansion of the cable for the power transmission is achieved at a voltage of a given magnitude without limiting the power supply possibilities. These advantages apply to all areas of application of a tiered cable transmission device. Further advantages appear when used in an electron accelerator, since by using a stepped cable to supply stepped voltages for the acceleration electrodes, the voltage divider resistors, which are normally located on the accelerator column, can be arranged in the energy supply device, where they are more effectively cooled and thus more current Z ¹ Can lead to stabilization of the electrode potentials.

Eine Verringerung des Kabeldurchmessers wird erreicht,, weil geringere Gesamtisolation benutzt wird, um z.B. ein Fünftel der Gesamtspannung fünfmal getrennt zu isolieren, als die Gesamtspannung fe einmal. Dies ergibt sich aus der nichtlinearen Beziehung zwischen Isolatordicke und Durchbruchsspannung.A reduction in the cable diameter is achieved because less total insulation is used, e.g. by one fifth of the total voltage Isolate five times separately than the total voltage fe once. This results from the non-linear relationship between Insulator thickness and breakdown voltage.

Bei einer bevorzugten Ausführung dieser Erfindung wird eine Gleichstromspannung von 300 kV über ein Kabel geführt_s welches insgesamt sechs konzentrische Leiter besitzt, die das zentrale Leitungsrohr umgeben, wobei eine erste abgestufte Spannung im Bereich von 290 kV zur Benutzung von der Extraktionselektrode des Beschleunigers vorgesehen ist, und wobei fünf weitere Spannungen abgestuft in im wesentlichen gleichen 60 kV-Schritten bis zum Erdpotential anliegen.In a preferred embodiment of this invention, a direct current voltage of 300 kV is fed via a cable _s which has a total of six concentric conductor, surrounding the central conduit, wherein a first stepped voltage in the range of 290 kV is intended for use by the extraction electrode of the accelerator, and five further voltages being applied in substantially the same 60 kV steps up to earth potential.

909848/0 5 66- "^/- 909848/0 5 66- " ^{/ -}

Es können jedoch abgestufte Leiter mit einer größeren oder geringeren Zahl von Einzelleitern Anwendung finden.However, it can be graded ladder with a larger or smaller size Number of single conductors apply.

Es ist offensichtlich, daß jeder der konzentrischen Leiter fähig ist, wirksam einen beträchtlichen Anteil der Energie trotz der Dünne der leitenden Schicht zu übertragen, da die gesamte Querschnittsfläche jedes Leiters die Fähigkeit der Stromführung bestimmt. Für Energieübertragungen über weite Strecken, wo Energieverluste in dem Kabel bedeutend werden, sind die Vorteile der abgestuften Kabelübertragungseinrichtung erheblich, da die Vielzahl an im wesentlichen parallelen Stromwegen eine große Energieübertragungsfähigkeit dem Kabel verleiht, während gleichzeitig die Abmessung des Kabels auf handlichere Größen reduziert wird.,Darüberhinaus bietet die abgestufte Kabelübertragungseinrichtung die Möglichkeit, Energie an jedem beliebigen Spannungswert abzugreifen, der von dem Kabel geführt wird, was im Hinblick auf eine Energieverteilung weitere Vorteile Hat. Es kann außerdem entsprechend der im wesentlichen parallelen Stromwege in dem Kabel eine Energieeinsparung verwirklicht werden. In der Praxis mag es bei der Energieübertragung über weite Strecken wünschenswert sein, nicht gleichmäßig abgestufte Spannungen von dem innersten zu dem äußersten Leiter und nicht gleiche Stromverteilungen zu erhalten. Entsprechende Abänderungen können aber von dem Fachmann leicht vorgenommen werden.It is evident that each of the concentric conductors is capable is effective in transferring a significant amount of energy despite the thinness of the conductive layer, since the total cross-sectional area of each conductor determines the ability to carry current. For Energy transfers over long distances, where energy losses in become significant to the cable are the advantages of the tiered cable transmission facility significant, since the plurality of substantially parallel current paths gives the cable great energy transfer capability while at the same time reducing the size of the cable is reduced to more manageable sizes., In addition the graded cable transmission facility offers the possibility of To tap energy at any voltage value that is dependent on the Cable is led, what with a view to power distribution Has other advantages. It can also save energy in accordance with the substantially parallel current paths in the cable be realized. In practice, when transmitting energy over long distances, it may be desirable not to be evenly graded To get voltages from the innermost to the outermost conductor and not equal current distributions. Corresponding changes but can easily be carried out by the person skilled in the art.

iVeitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.iOther features, advantages and possible uses of the new Invention emerge from the accompanying illustrations of exemplary embodiments as well as from the following description.

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BADBATH

Es zeigen!Show it!

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Elektronenbeschleunigers mit abgestufter Spannung, welcher eine erfindungsgemäße abgestufte Kabel-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung enthält,Fig. 1 is a schematic diagram of an electron accelerator with stepped voltage, which is a stepped cable direct current transmission device according to the invention contains,

Fig. 2 «ine Ansicht der mechanischen GrundanOrdnung der Energie- ~ Versorgung, welche schematisch in Fig. 1 dargestellt ist,Fig. 2 A view of the basic mechanical arrangement of the energy ~ Supply, which is shown schematically in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht der Energieversorgung von Fig. 2 von oben, Fig. k eine Ansicht eines bekannten Beschleunigerkopfes,3 shows a view of the energy supply of FIG. 2 from above, FIG. K shows a view of a known accelerator head,

Fig. 5 eine Ansicht der mechanischen Grundanordnung des Beschleunigers nach Fig. 1, und -5 shows a view of the basic mechanical arrangement of the accelerator according to Fig. 1, and -

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsge-P mäßen abgestuften Hochspannungskabels.Fig. 6 is a partially sectioned view of a erfindungsge-P graded high voltage cable.

Die drei Grundbestandteile eines Beschleunigers mit abgestufter Spannung ist eine Stufen-Hochspannungs-Gleichstromversorgung 100, ein Stufen-Hochspannunge-Beschleuniger 200 und ein Stufen-Hochspannungs-Gleichstromübertragungskabel 300. Die Energieversorgung 100 ist eine Art Spannungsverdoppler, bei dem Wechseltromspannüng zunächst tranformiert wird, um ein Hochspannungs-Wechselstromsign'al zu erhalten ,und bei dem dann das Hochspannungs-Wechselstromsignal gleichgerichtet wird, um eine entsprechende Gleiohsi»romspannungThe three basic components of an accelerator with graduated Voltage is a step high voltage DC power supply 100, a step high voltage accelerator 200; and a step high voltage direct current transmission cable 300. The energy supply 100 is a type of voltage doubler, in which the alternating current voltage is initially is transformed to obtain a high voltage alternating current signal, and then the high voltage alternating current signal is rectified to a corresponding Gleiohsi »rom tension

90984 8 /0 56 θ ^-/~90984 8/0 56 θ ^{- /} ~

erzeugen. Die Einzelheiten der Wirkungsweise eines Spannungs-■■■rdopplers können als bekannt angesehen und brauchen daher hier nicht näher beschrieben zu werden.produce. The details of how a voltage ■■■ rdoppler works can be regarded as known and therefore do not need to be described in more detail here.

In Fig. 1 ist eine Reihe von Äquipotentialflächen \₉._fW durch eine Reihe von Gleichrichtern 30, eine Reihe von Widerständen 31 und eine Reihe von Kondensatoren 32 untereinander verbunden. Die elektrische Hauptfunktion dieser Elementengruppe ist die Gleichrichtung, die durch die Gleichrichter 30 erreicht wird, wobei die Kapazitäten 32 als Ubergangsglättungsmittel dienen und die Widerstände 31 für die Äquipotentialspannungsabstufung der Gleichrichterflächen sorgen. Die Äquipotentialfläche 11 dient außerdem als Fläche in einer Reihe von Flächen 11,..,20, welche durch drei Reihen von Kapazitäten kO und einer Reihe von Widerständen kl miteinander verbunden sind. Das soll so verstanden werden, daß das Gleichrichterbezugszeichen 30 eine Vielzahl von Gleichrichtern in Reihe zwischen den jeweiligen Äquipotentialflächen bezeichnet, wenn eine solche Vielzahl aufgrund tatsächlicher Spannungsparameter notwendig ist. Das gleiche gilt für die Widerstands- und Kapazitätenbezugszeichen 31 und 32. Darüberhinaus kann die Zahl und die Art solcher Elemente von Anwendung zu Anwendung entsprechend den Anforderungen wechseln.In Fig. 1 is a series of equipotential surfaces \ ₉ . _f W through a series of rectifiers 30, a series of resistors 31 and a series of capacitors 32 are interconnected. The main electrical function of this group of elements is the rectification, which is achieved by the rectifier 30, the capacitances 32 serving as transition smoothing means and the resistors 31 ensuring the equipotential voltage gradation of the rectifier surfaces. The equipotential surface 11 also serves as a surface in a series of surfaces 11, ..., 20, which are connected to one another by three rows of capacitances kO and a series of resistors kl. It should be understood that the rectifier reference numeral 30 designates a plurality of rectifiers in series between the respective equipotential surfaces when such a plurality is necessary due to actual voltage parameters. The same applies to the resistor and capacitance reference symbols 31 and 32. In addition, the number and type of such elements can change from application to application according to requirements.

Die Flächen 15 und l6 in der Kondensatorreihe von Flächen sind direkt über eine Leitung 29 miteinander verbunden, da diese Flächen auf gleichem Potential liegen« Der Grund hierfür wird klar, wenn die physikalische Funktionsweise der Anordnung später erläutert wird. Die Fläche 20 ist tatsächlich der Boden eines Tanks, welcherAreas 15 and 16 in the capacitor bank of areas are direct Connected to one another via a line 29, since these areas are at the same potential. The reason for this becomes clear when the physical functioning of the arrangement will be explained later will. The surface 20 is actually the bottom of a tank, which

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auf Erdbezugspotential liegt, und die Fläche 1 ist mit einem Deckel 28 des Tanks verbunden, welcher ebenfalls auf Erdbezugspotential liegt.is on earth reference potential, and the area 1 is with a Lid 28 of the tank connected, which is also at ground reference potential lies.

Die Fläche 11 als gemeinsame Fläche der Gleichrichter- und Kapazitätenreihenflachen ist über ein Widerstandselement kO mit der Fläche 21 in einer Reihe von Flächen 21,..,27 verbunden, die durch Widerstände 6O und 6l miteinander verbunden sind. Die Widerstandsbezugszeichen 60 und 6l können tatsächlich einerVielzahl von einzelnen Widerständen entsprechen, die in Reihe zwischen jeder Fläche geschaltet sind. Die Fläche 27 ist mit dem Deckel 28 des Tanks verbunden und liegt demzufolge ebenfalls auf Erdbezugspotential·The surface 11 as the common surface of the rectifier and capacitance row surfaces is connected via a resistance element kO to the surface 21 in a row of surfaces 21, ..., 27, which are connected to one another by resistors 6O and 6l. Resistor numerals 60 and 61 may in fact correspond to a plurality of individual resistors connected in series between each face. The surface 27 is connected to the cover 28 of the tank and is therefore also at ground reference potential.

Die Fläche 6 in der Gieichrichterreihe und die Fläche 15 in der Kapazitätenreihe sind über die Kabel 72 und 71 mit Sekundärwicklungsanschlüssen 73 und 7k eines Hochspannungstransformators 70 verbunden. Die Energieversorgung des Transformators 70 wird über k die Kabel 8l und 82 von einer Energieversorgungs-Einrichtung 80 außerhalb des Tanks zugeführt. Ein Hochspannungs-Wechselstromsignal an den Anschlüssen 73 und 7k wird gleichgerichtet ^ um ein entsprechendes Hochspannungs-Gleichstromsignal auf der Äquipotentialfläche 11 und ebenfalls auf der Äquipotentialfläche 21 zu erhalten. Die Spannujigsabstufung der Äquipotentialflächen 1,...,Il ist eine variable Spannungsabstufung, während die an den Flächen 11,...,20 und den Flächen 21,...,27 eine im wesentlichen konstante Spannungsabstufung mit nur geringen WeIligköätsbeträgen ist."Der Transformator 75 ist ein Isolationstransformator, welcher über Kabel 86 und 87 The surface 6 in the rectifier row and the surface 15 in the capacitance row are connected to secondary winding connections 73 and 7k of a high-voltage transformer 70 via the cables 72 and 71. The energy supply for the transformer 70 is supplied via the cables 81 and 82 from an energy supply device 80 outside the tank. A high-voltage alternating current signal at the connections 73 and 7k is rectified in order to obtain a corresponding high-voltage direct current signal on the equipotential surface 11 and also on the equipotential surface 21. The voltage gradation of the equipotential areas 1, ..., II is a variable voltage gradation, while that at the areas 11, ..., 20 and the areas 21, ..., 27 is an essentially constant voltage gradation with only small quantities. " The transformer 75 is an isolation transformer, which via cables 86 and 87

9098 A 8/056 6 -/-9098 A 8/056 6 - / -

j -— 9 ~j - 9 ~

an die Energieversorgungs-Einrichtung 85 gelegt ist. Er erzeugt ein tfechselstromsignal an seinen Sekundärwicklungsanschlüssen 78 und 79·is placed on the energy supply device 85. He creates an AC signal on its secondary winding terminals 78 and 79

Die elektrische Funktionsweise eines Hochspannungs-Elektronenbeschleunigers 200 wird ebenfalls anhand der Fig. 1 gezeigt. Die Flächen 110,...,HO sind abgestufte Äquipotentialflächen mit Flächen 110,...,Il4, die als Beschleunigungselektroden dienen, einer Fläche 115» die zusammen mit der Schale 122 als Extraktionselektrode dient, und mit einer Fläche II6, welche als Hochspannungsa fläche mit dem Heizfaden 120 verbunden ist. Die Abschirmung 117 ist ebenfalls mit der Fläche HO und dem Heizfaden 120 über die Leitung II8 verbunden. Elektronen, die von dem Heizfaden 120 emittiert werden, werden von den Elektroden 110,...,115 beschleunigt und bilden einen Elektronenstrahl hoher Geschwindigkeit, mit dem zahlreiche Untersuchungen ausgeführt werden können. Bei einigen Anwendungen wird der Elektronenstrahl gradlinig nach derThe electrical functioning of a high-voltage electron accelerator 200 is also shown with reference to FIG. 1. The surfaces 110, ..., HO are graded equipotential surfaces with surfaces 110, ..., Il4, which serve as acceleration electrodes, one Surface 115 »together with the shell 122 as an extraction electrode serves, and with a surface II6, which as a high voltage surface is connected to the filament 120. The shield 117 is also with the surface HO and the filament 120 over the Line II8 connected. Electrons emitted from the filament 120 are accelerated by the electrodes 110, ..., 115 and form a high-speed electron beam with which various examinations can be carried out. at In some applications the electron beam becomes straight after the

«r-«R-

Beschleunigung hin- und hergeführt, um für eine Elektronenbestrahlung über eine bestimmte Materialbreite zu sorgen.Acceleration reciprocated in order for electron irradiation to worry about a certain material width.

Die Energie für die verschiedenen Elemente des Beschleunigers 200 wird von der Energieversorgungseinrichtung 100 über ein abgestuftes Ka: el 3OO zugeführt. Das abgestufte Kabel 3OO besteht aus einer Vielzahl konzentrischer Leiter 210,..,270, die einen zentralen Draht 280 umgeben. Die sieben konzentrischen Leiter 210,..,27O sind an dem einen Ende mit Flächen 21,..,27 in der Energieversorgung 100 über Leitungen 6-1,..· ,67 und am anderen Ende mit FlächenThe energy for the various elements of the accelerator 200 is graded from the energy supply device 100 via a Ka: el 300 supplied. The tiered cable 3OO consists of one A plurality of concentric conductors 210, ..., 270 surrounding a central wire 280. The seven concentric conductors 210, .., 27O are at one end with surfaces 21, .., 27 in the power supply 100 via lines 6-1, .. ·, 67 and at the other end with surfaces

9O9848/0S669O9848 / 0S66

110,...,Il6 in dem Beschleuniger 200 über Leitungen 130,..,135 und eine Leitung Il8 zusammen mit der Abschirmung 117 verbunden. Auf diese Weise werden abgestufte Spannungen an Äquivpotentialflächen 21 ,...,27 in der Energieversorgung 100 direkt mit zugeordneten Flächen 110,...,ll6 in dem Beschleuniger 200 über ein einziges Kabel verbunden. Der zentrale Draht 28ö trägt Wechselspannung von dem Isolationsttransformator 75 zu dem Heizfaden 120, um diesen zu heizen und Elektronenemission für den Beschleuniger zu bewirken.110,..., Il6 in the accelerator 200 via lines 130,. In this way, graduated voltages at equivotential surfaces 21,..., 27 in the energy supply 100 are connected directly to assigned surfaces 110,..., 116 in the accelerator 200 via a single cable. The central wire 286 carries AC voltage from the isolation transformer 75 to the filament 120 to heat it and cause electron emission for the accelerator.

Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils eine Seiten- und eine Oberansicht der mechanischen Anordnung der Spannungsversorgung 100 und ein Ende des abgestuften Kabels 300, welches diesem zugeordnet ist. Es soll erwähnt werden, daß die verschiedenen elektrischen Bauelemente, wie Widerstände, Kondensatoren und Gleichrichter, welche in Fig. 1 schematisch gezeigt werden, räumlich zwischen den einzelnen Scheiben liegen, die als Äquipotentialflächen dienen. Wie man sieht, nimmt der Hochspannurgtransforraator 70 eine ganze Seite der Energieversorgungseinschließung ein und der Isolationstransformator * 75 eine Ecke der Einschließung auf der anderen Seite.Figures 2 and 3 each show a side and top view of the mechanical arrangement of the power supply 100 and an end of the stepped cable 300 associated therewith. It should be mentioned that the various electrical components, such as resistors, capacitors and rectifiers, which are shown schematically in FIG. 1, lie spatially between the individual disks, which serve as equipotential surfaces. As can be seen, the high voltage transformer 70 occupies one entire side of the power supply enclosure and the isolation transformer * 75 occupies a corner of the enclosure on the other side.

Die Scheiben 1,...,27> welche als Äquipotentialflächen dienen, sind auf zwei getrennte Stapelröhren zwischen Deckel 2o und Boden 20 der Einschließung aufgereiht. Die Scheibe .3 ist im Schnitt gezeigt, um ein typisches Querschnittsprofil der Scheiben !,...,27 darzustellen. Wie man sehen kann, sind die Scheiben, welche als Äquipotentialflächen dienen, die die höchste Gleichstromspannung (300 kV) tragen, von dem Deckel 28 und dem Boden 20 der Einschlie-The disks 1, ..., 27> which serve as equipotential surfaces are lined up on two separate stacking tubes between the lid 20 and the bottom 20 of the enclosure. The disk .3 is shown in section, to show a typical cross-sectional profile of the panes!, ..., 27. As you can see, the disks are what are called equipotential surfaces serve, which carry the highest DC voltage (300 kV), from the cover 28 and the bottom 20 of the enclosure

909848/0566909848/0566

"** JL JL ^"** JL JL ^

ßung getrennt und zeigen daher nicht mit ihrer flachen Seite zu einer Erdungsfläche. Die Zwei-Stapelröhrenanordnung wurde aus Raurasparungsgründen in der Energieversorgung geschaffen, so daß die EnergieverSorgungseinschÜeßung kleiner sein kann. Dies ist im Hinblick auf eine Kostenersparnis ganz besonders vorteilhaft, da die Einschließung weniger kostet und der Raumbedarf in der Fabrik oder in dem Laboratorium, der zur Unterbringung der Energieversorgung benötigt wird, kann verringert werden. Darüberhinaus verringert die Trennung der Flächen mit höchster Spannung von dem Deckel und dem Boden der Einschließung mit zwischengeschalteten Flächen abgestufter Spannung die 'Wahrscheinlichkeit eines Funkenüberschlages in der Energieversorgung. Dies ist besonders vorteilhaft, da solche Entladungen einen kostspieligen Ausfall der Einrichtung verursachen; dabei werden leicht Gleichrichter und andere Bauelemente beschädigt ι welche dann in entsprechender Abschältzeit ersetzt werden müssen.ßung separated and therefore do not point with their flat side a ground plane. The two-stack tube arrangement became out Raurasparungs reasons created in the energy supply, so that the energy supply input can be smaller. This is particularly advantageous in terms of cost savings, since the enclosure costs less and the space required in the factory or in the laboratory needed to house the power supply can be reduced. Furthermore reduces the separation of the highest stress surfaces from the top and bottom of the enclosure with intermediates Areas of graduated voltage increase the probability of a sparkover in energy supply. This is particularly advantageous since such discharges cause costly equipment failure; thereby easily rectifiers and others Components damaged ι which then in a corresponding switch-off time need to be replaced.

Einer der Hauptvorteile der Energieversorgung mit abgestuften Flächen ist die Ausdehnungsverringerung, die durch Abstufung des Spannungsabfalles zwischen 300 kV und Erde über eine Vielzahl von Äquipotentialflächen erreicht wird. Es ist wohlbekannt, die Energieversorgungsumschließung mit einem isolierenden flüssigen oder gasförmigen Medium auszufüllen, typischerweise mit einem nichtleitenden OeI. Der Trennungsabstand, der zwischen einem 3OO kV-Punkt und einem Erdpunkt liegt, wäre sehr groß, wenn nur isolierendes OeI zwischen beiden liegen würde. Es wird jedoch ein beachtlich kleinerer Gesamtabstand benötigt, wenn abgestufte FlächenOne of the main advantages of energy supply with tiered The expansion is reduced by grading the voltage drop between 300 kV and earth over a large number of areas Equipotential surfaces is reached. It is well known, the power supply enclosure to be filled with an insulating liquid or gaseous medium, typically a non-conductive one OeI. The separation distance that is between a 300 kV point and an earth point would be very large if only insulating oil were to lie between the two. However, it becomes a notable one smaller total spacing needed if stepped surfaces

9 0 9848/056 69 0 9848/056 6

dazwischen liegen. Dies folgt aus der nichtlinearen Beziehung zwischen Isolatordicke und Durchschlags spannung, so daß ein geringerer Abstand bei einer Füllung mit Isolationsmitteln erforderlich ist, wenn abgestufte Flächen·zwischen 300 kV-Flächen und Erdflächen benutzt werden. Ein weiterer Vorteil ist die zusätzliche Stabilität der Energieversorgung, die als Ergebnis der abgestuften Äquipotentialflächen erreicht wird, welche zur Bildung eines gleichförmigen Spannungsgradienten in der gesamten Energievergungseinschließung dienen.lie in between. This follows from the non-linear relationship between insulator thickness and breakdown voltage, so that a lower Clearance is required when filling with insulation material if there are graded areas between 300 kV areas and earth areas to be used. Another advantage is the additional stability of the energy supply, which as a result of the graduated Equipotential surfaces is reached, which leads to the formation of a uniform stress gradients throughout the energy containment to serve.

«Tie in Fig. 2 gezeigt wird, sind die Kapazitäten-Äquipotential-«Tie shown in Fig. 2 are the capacitances-equipotential-

f
flächen Io,..,19 auf drei isolierenden Säulen oder Stangen k3 auf- f
surfaces Io, .., 19 on three insulating columns or bars k3-

gereiht j die übrigen Kapazitäten-Äquipotentialflächen 11,...,15 sind auf weiteren drei isolierenden Säulen k2 aufgebaut. Die Wlderstands-Äquipotentialflachen 21,...,27 sitzen auf einer einzigen isolierenden Säule 29, welche auf der Fläche l6 aufsitzt. Die Fläche 27 ist mit dem Deckel 28 der Energieversorgungseinschließung verbunden. Die Gleichrichter-Äquipotentialflächen 1, ...,10 sitzen auf einer einzelnen isolierenden Säule 33 ι welche auf der Fläche 11 getragen wird. Die Fläche 1 ist mit dem Deckel 28 der Energieversorgungseinschließung verbunden.in a row j the remaining capacitance equipotential surfaces 11, ..., 15 are built up on further three insulating columns k2 . The resistance equipotential surfaces 21, ..., 27 sit on a single insulating column 29, which is seated on the surface 16. The surface 27 is connected to the cover 28 of the power supply enclosure. The rectifier equipotential surfaces 1,..., 10 sit on a single insulating column 33 which is carried on the surface 11. The surface 1 is connected to the cover 28 of the power supply enclosure.

Typischerweise sind die Flächen 1,...,10 mit der Säule 33 und die Flächen 21,,..,27 mit der Säule 29 mechanisch so konstruiert, daß sie aus der Einschließung als Einheit, z.B. zum Zwecke der Wartung herausgenommen werden können. Darüberhinaus kann eine zusätzliche Fläche oder Scheibe am Boden der GleichrichterreiheTypically the surfaces 1, ..., 10 with the column 33 and the Surfaces 21 ,, .., 27 with the column 29 mechanically constructed in such a way that they can be removed from the enclosure as a unit, e.g., for maintenance purposes. In addition, a additional surface or disk at the bottom of the rectifier row

9098/4 8/0566 -/-9098/4 8/0566 - / -

1,..,10 in Einklappbeziehung mit der Fläche 11 angebracht werden, um eine Polaritetsumkehrung der Energieversorgung durch Umklappen1, .., 10 are attached in a collapsible relationship with the surface 11, a polarity reversal of the energy supply by flipping it over

zu
dieser Einheit ermöglichen.to
enable this unit.

Die Widerstände 51> 52 und 53 sind als Verbindung der Fläche 11 und 21 gezeigt. Diese Widerstände sind Begrenzungswiderstände, welche die mit den Flächen 1,...,10 verbundenen Gleichrichter vor Stromstößen im Falle eines Kurzschlusses im Beschleuniger oder der Verkabelung bewahren.The resistors 51> 52 and 53 are shown as the connection of the surfaces 11 and 21. These resistors are limiting resistors which protect the rectifiers connected to surfaces 1, ..., 10 from current surges in the event of a short circuit in the accelerator or in the cabling.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, erstreckt sich das abgestufte Kabel 300 durch die Flächen 21,..., 27 und die^ jeweiligen konzentrischen Leiter 210,...,270 sind in geeigneter Höhe zur Verbindung mit den jeweiligen Fläche freigelegt. Der zentrale Draht 2O¹O erstreckt sich durch die Flächen 21 und schließt über die Leitung 76 den Isolationstransformator 75 an. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß andere mechanische Zuordnungen zwischen dem abgestuften Kabel 300 und den Flächen 21,...,27 und dem Transformator 75 eingeschlossen sein .können.As shown in Figures 2 and 3, the stepped cable 300 extends through the surfaces 21, ..., 27 and the respective concentric conductors 210, ..., 270 are at the appropriate height for connection to the respective surfaces exposed. The central wire 2O ¹ O extends through the surfaces 21 and closes via the line 76 the isolation transformer 75 at. It should be understood, however, that other mechanical associations between the stepped cable 300 and the surfaces 21, ..., 27 and the transformer 75 may be included.

Eine 3OO kV-Energieversorgung der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnung kann so konstruiert werden, daß sie die Gesamtabmessungen von annähernd 1,5 χ 1,8 χ 1,5 m (5x6x5 feet) besitzt, was etwa die Hälfte der Größe bekannter Energieversorgungen anderer konstruktion mit gleicher Auslegung entspricht. Eine tatsächlich konstruierte Ausführungsform wurde bei 300 kV mit etwa 30 kW Ausgangsleistung betrieben. Vom Standpunkt industrieller EinrichtungenA 300 kV power supply of the type shown in FIGS Arrangement can be designed to fit the overall dimensions of approximately 1.5 x 1.8 x 1.5 m (5x6x5 feet), which corresponds to about half the size of known power supplies of other designs with the same design. One actually The constructed embodiment was at 300 kV with about 30 kW output power operated. From the point of view of industrial facilities

9 09848/05669 09848/0566

- Ik -- Ik -

aus betrachtet, kann eine Energieversorgung dieser Auslegung und einer solchen Gesamtabmessung als wirklicher Erfolg angesehen werden. Darüberhinaus kann eine Erweiterung des Grundkonzepts und der Merkmale dieser Konstruktion zur Erstellung von Energieversorgungen mit einer 1000 kV, 100 kW-Auslegung oder mehr als realisierbar betrachtet werden, wobei die Gesamtausdehnung nur relativ wenig zunimmt und wobei möglicherweise größere Zahlen von Abstufungsflächen auf jeder Stapelröhre vorliegen.viewed from, a power supply of this design and such an overall dimension would be considered a real success. In addition, an extension of the basic concept and the Features of this construction for the creation of power supplies with a 1000 kV, 100 kW design or more are considered to be feasible, with the overall expansion only increasing relatively little and there may be greater numbers of grading areas on each stack tube.

In Fig. k ist ein 300 kV-Elektronenbeschleuniger 400 bekannter Art gezeigt. Ein Paar sperriger Kabel 501 und 502 führen die Hochspannungs—Gleichstromversorgung und ein WechseMromsignal, welches der Gleichstrom-Hochspannung überlagert ist, zu. In diesem Fall wird das Wechselstromsignal auf eine niedrigere Spannung durch den Transformator 350 transformiert, bevor es an den Heizfaden ge-,In Fig. K , a 300 kV electron accelerator 400 of known type is shown. A pair of bulky cables 501 and 502 feed the high voltage DC power supply and an AC signal superimposed on the DC high voltage. In this case, the AC signal is transformed to a lower voltage by transformer 350 before it is applied to the filament.

obgleich dies nicht immer notwendig ist, legt wirdT^'tia ein Signal mit niedrigerer Spannung und höherem Strom in der Energieversorgung erzeugt und direkt über die Kabel den Heizfaden zugeführt werden könnte.although this is not always necessary, will assert a signal of lower voltage and higher current generated in the power supply and directly via the cable Filament could be fed.

Eine große Zahl von Beschleunigungselektroden, z.B. die zwanzigA large number of acceleration electrodes, e.g. twenty

(Fi^ A),
Elektroden 310,...,33O»ist in deren Beschleunigungssäule für eine stabile Arbeitsweise dieses Beschleunigertyps erforderlich,- Ein ' Widerstandsnetzwerk 335 ist erforderlich, um ein Spannungsteilernetzwerk für die jeweiligen Elektroden zu bilden. Einzelne Ringe' aus Isoliermaterial 331 tragen die Elektroden,und die Ringe und die Elektroden sind so abgedichtet, tun eine Vakuumdichte Einschließung zu bilden. Die einzelnen Widerstände in dem Netzwerk 335 müssen klein aber dennoch in der Lage sein, bei hoher Leistung zu ar'-'(Fi ^ A),
Electrodes 310, ..., 330 »are required in their acceleration column for stable operation of this type of accelerator, - A resistor network 335 is required to form a voltage divider network for the respective electrodes. Individual rings' of insulating material 331 support the electrodes, and the rings and electrodes are sealed so as to form a vacuum-tight enclosure. The individual resistors in the network 335 must be small but still be able to work at high power.

90 984 8/0 56 6 -/-90 984 8/0 56 6 - / -

beiten. Diese beiden Forderungen sind nicht leicht miteinander zu vereinigen. Ein ziemlich hoher Strom durch die Widerstände dieses Netzwerkes ist erforderlich, so daß ein Streuelektrnnenstrahl nicht den Wert ihres -IR-Spannungsabfalles unterbricht. Eine praktische Grenze des möglichen Stromwertes ist jedoch durch die Wärmeentwicklung gegeben. Eine zusätzliche Kühlung könnte vorgesehen sein, aber eine solche ist nicht wünschenswert. Daher ist ein 0,5 mA-Strom eine typische Grenze für dieses Widerstandsnetzwerk. Eine Ausdehnung •dieses Anlagenkonzeptes auf einen Beschleuniger mit noch höherer Spannungs- und Leistungsauslegung ist nur dann durchführbar, wenn die Länge der Beschleunigungssäule erheblich vergrößert wird. Längere Energie-Ubertragungskabel wurden bei einer Betriebsweise mit höherer Spannung ebenfalls erforderlich sein. Demzufolge haften diesem Beschleunigeraufbau erhebliche Beschränkungen an, die einen solchen Aufbau als relativ unvorteilhafte Näherung der Konstruktion eines Hochspannungbeschleunigers erscheinen lassen.work. These two demands are not easy to make together unite. A fairly high current through the resistors of this network is required so that a stray radiation does not occur interrupts the value of its -IR voltage drop. A practical one The limit of the possible current value is, however, due to the development of heat given. Additional cooling could be provided, but such is not desirable. Hence a 0.5 mA current a typical limit for this resistor network. An expansion • this system concept to an accelerator with an even higher The voltage and power rating can only be carried out if the length of the acceleration column is increased considerably. Longer power transmission cables were used in one mode of operation with higher voltage may also be required. As a result, there are significant limitations to this accelerator structure such construction as a relatively unfavorable approximation of the construction of a high voltage accelerator.

Im Gegensatz zu dem bekannten Aufbau nach Fig. k wird in Fig. 5 ein Beschleuniger 200 mit abgestuftem Flächenaufbau in etwa gleichem Maßstab gezeigt. Der vergleichsweise einfache Aufbau und die Verminderung der Ausdehnung sind offensichtlich. Der Stufenbeschleuniger 200 besitzt sieben abgestufte Flächen 110,.._fll6, die mit sieben abgestuften Leitern 21O₁... _f 270 eines abgestuften Kabels über Leitungen 130,...,135 und Il8 verbunden sind. Diese sieben abgestuften Flachen sind in einer dreieckigen Anordnung von drei isolierenden Säulen 137 (nur eine ist gezeigt) aufgebaut und ein Kabel 300 führt direkt durch die jeweiligen Flächen wie in der Energieversorgung 200 von Fig₀ 2. Jede der abgestuften FlächenIn contrast to the known structure according to FIG. K , FIG. 5 shows an accelerator 200 with a stepped surface structure on approximately the same scale. The comparatively simple structure and the reduction in size are obvious. The step accelerator 200 has seven stepped surfaces 110, ... _f ll6, which are connected to seven stepped conductors 210 ₁ ... _f 270 of a stepped cable via lines 130, ..., 135 and Il8. These seven stepped surfaces are in a triangular arrangement of three insulating pillars 137 (only one is shown) constructed and a cable 300 passes directly through the respective areas as in the power supply 200 of Figure 2. Each of the stepped surfaces ₀

9 0 9 8 U 8 /0 56 6 . -/-9 0 9 8 U 8/0 56 6. - / -

111,...,115 kann das gleiche Querschnittsprofil wie die Fläche oder Scheibe 3 in der Energieversorgung von Fig. 2 haben.111, ..., 115 can have the same cross-sectional profile as the area or disk 3 in the power supply of FIG.

Verschiedene Konstruktionstypen können für die Beschleunigungssäule 136 angewendet werden, welche grundsätzlich aus innenliegenden Elektroden (nicht gezeigt) und zylindrischen Isolationsgliedern 137a zusammengesetzt ist, die in einer geschichteten Anordnung einen vakuumdichten Abschluß bilden. Die Elektroden können integrierende Bestandteile ihrer jeweiligen Flächen oder Scheiben sein W oder auch getrennte Bauelemente, die auf ihre jeweiligen Flächen aufgesetzt sind. Es ist denkbar, daß die Flächen 111,...,II6 we-Various types of construction can be used for the acceleration column 136, which is basically composed of internal electrodes (not shown) and cylindrical insulating members 137a which, in a layered arrangement, form a vacuum-tight seal. The electrodes can be integral components of their respective surfaces or disks W or also separate components which are placed on their respective surfaces. It is conceivable that the surfaces 111, ..., II6

sind,
sentlich geringer im Durchmesser als in Fig. 5 gezeigt, . so daß die Kanten der Flächen, die aus der Säule 13.6 nur breit genug sind, um die entsprechenden Segmente des Kabels 300 hindurchzulassen. Bei einer solchen Konstruktion sind isolierende Säulen wie die Säule 136 nicht erforderlich zur Halterung der Flächen 111,...,HO, vielmehr können die Isolationsringe 137 selbst die Flächen tragen.are,
significantly smaller in diameter than shown in Fig. 5,. so that the edges of the surfaces that come out of the column 13.6 are only wide enough to allow the corresponding segments of the cable 300 to pass through. With such a construction, insulating pillars such as the pillar 136 are not required to hold the surfaces 111,..., HO, rather the insulating rings 137 themselves can support the surfaces.

^ Typischerweise wird eine zylindrische, gasdichte Abschirmung an der Basisfläche 110 angebracht, die mit einem nichtleitenden flüssigen oder gasförmigen Medium, insbesondere einem isolierenden Gas, gefüllt wird. Dieses Isoliergas sorgt für elektrische Isolation zwischen den jeweiligen Flächen und verhindert eine Entladung oder Funkenüberschlag zwischen ihnen. Möglicherweise können auch die^ Typically a cylindrical, gas-tight shield is used attached to the base surface 110, which is coated with a non-conductive liquid or gaseous medium, in particular an insulating gas, is filled. This insulating gas ensures electrical insulation between the respective surfaces and prevents a discharge or Arcing between them. Possibly also the

·. ·.-.. einer > ■ mit■ einen -inneren Hochvakuum·. · .- .. one> ■ with ■ an internal high vacuum

Flächen 110,...,II6 von vakuumdichten EinschließungYumgeben sein.Surfaces 110, ..., II6 be surrounded by vacuum-tight enclosure Y.

Dies würde weiter die Möglichkeit eines Funkenüberschlages zwischen den Flächen verringern und es würde ein Weglassen der zentralen Beschleunigungssäule 136 insgesamt ermöglichen. -/- This would further reduce the possibility of arcing between the surfaces and would allow the central acceleration column 136 to be omitted altogether. - / -

909848/0566 ■ ^: ' ^! "909848/0566 ■ ^: ' ^! "

Ein naheliegender offensichtlicher Abmessungsvorteil wird durch die Konstruktion eines Beschleunigers entsprechend dem Aufbau mit abgestuften Flächen nach Fig. 5 erreicht. Die Größendifferenz ergibt sich hauptsächlich aus der kürzeren Isoliersäule mit weniger Elektroden. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Spannungsteilerwiderstände in die Energieversorgungseinrichtung gelegt werden, wo sie wirksam gekühlt werden und einen stärkeren Strom (bis zu einer Größenordnung von 2,0 mA) führen können, um den IR-Spannungsabfall zwischen den jeweiligen Flächen in dem Beschleunigersäulen-Bereich zu stabilisieren. Dies gewährleistet eine stabilere Arbeitsweise des Beschleunigers mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit für Entladungen zwischen den Flächen oder zwischen Beschleunigungselektroden. Somit kann der Abstand zwischen den Flächen und Il6 in dem Beschleuniger 200 nach Fig. 5 bis zu etwa 20,5 cm (10 inches) sein, verglichen mit einem Abstand von etwa 45,7 cm (l8 inches) zwischen den Flächen 330 und 340 in dem bekannten Beschleuniger 400 nach Fig. 4. Darüberhinaus ist eine Ausweitung des Aufbaukonzeptes für die Energieversorgung 100 bei Beschleunigern mit größerem Potential als 300 kV auf einfache Weise erreichbar .An obvious obvious dimensional advantage is through the construction of an accelerator corresponding to the structure with stepped surfaces of FIG. 5 is achieved. The size difference mainly results from the shorter insulating column with fewer electrodes. This is made possible by the voltage divider resistors are placed in the energy supply facility, where they are effectively cooled and can carry a larger current (up to the order of 2.0 mA) to avoid the IR voltage drop between the respective areas in the accelerator column area to stabilize. This ensures a more stable operation of the accelerator with a lower probability for discharges between the surfaces or between acceleration electrodes. Thus, the distance between the surfaces and II6 in the accelerator 200 of FIG. 5 up to about 8 inches (10 inches) compared to a distance of about 18 inches (18 inches) between surfaces 330 and 340 in the known accelerator 400 according to FIG. 4. In addition, there is an expansion of the structural concept for the energy supply 100 in accelerators easily achievable with a potential greater than 300 kV .

Weitere, bedeutende Vorteile bedingen die Erfordernis nur eines Kabels 300 zur Verbindung des Beschleunigers 200 mit einer geeigneten Energieversorgung. Diese Vorteile schließen eine einfache Installation ein, bei der das Verbindungskabel leitend angeschlossen wird und den großen Vorteil des abgestuften Kabels selbst, welches geringer im Durchmesser als jedes der Kabel 501 und 502 nach Fig. 4 ist. -/-Other significant advantages include the need for only one cable 300 to connect the accelerator 200 to a suitable one Power supply. These advantages include simple installation in which the connecting cable is conductively connected and takes the great advantage of the stepped cable itself, which is smaller in diameter than either of cables 501 and 502 according to Fig. 4 is. - / -

9098 A 8/0-5 6 6" "9098 A 8 / 0-5 6 6 ""

In Fig, 6 wird eine besondere Ausführungsform eines abgestuften . Kabels gezeigt. Ein hohles Kupferrohr 270 trägt innen einen Draht 280 mit einer dünnen Isolationsschicht 4l6. Eine IsolationsschichtIn Fig. 6 a particular embodiment of a stepped. Cable shown. A hollow copper tube 270 carries a wire inside 280 with a thin insulation layer 416. A layer of insulation

4l5 umgibt das Kupferrohr 270 gefolgt von einer Schicht aus leitendem Material 2l6, welche als dünne Metallfolien-Schicht gezeigt ist, die jedoch auch eine Schicht aus geflochtenem Kupfer oder irgendeinem anderen leitenden Material sein kann. Geflochtenes Kupfer hat sich als vorteilhaft erwiesen, da es eine größere Elastizität als eine Metallfolie aufweist und somit weniger beiBiegebeanspruchuig des Kabels zum Brechen neigt. Ahnliche Schichten isoliegenden Materials werden von Schichten leitenden Materials gefolgt , um das G-Leiterkabel zu vollenden. 210 bezeichnet eine ziem- 415 surrounds copper tube 270 followed by a layer of conductive Material 2l6, which is shown as a thin metal foil layer is, however, also a layer of braided copper or any other conductive material. Braided copper has proven beneficial as it has greater elasticity than a metal foil and therefore less subject to bending of the cable tends to break. Similar layers of insulating material are followed by layers of conductive material to complete the G-conductor cable. 210 denotes a fairly

die lieh dicke Schicht aus geflochtenem Kupfer, die Erdrückführungswicklung des Kabels bildet, welche wieder von einer abschließenden Schicht aus isolierendem Material 401 überdeckt wird.the borrowed thick layer of braided copper, the earth return winding of the cable forms, which again from a final Layer of insulating material 401 is covered.

Ein Verfahren, welches zur Herstellung relativ kurzer (etwa 15)2 m) Länge eines solchen Kabels benutzt wurde, beginnt mit dem Kupferrohr 27O und dem Anordnen eines über die Länge dünnwandigen, in Hitze sich zusammenzxehenden Kunststoffrohr. Dann wird das Rohr erwärmt, so daß es sich über das Kupferrohr zieht und daran befestigt wird. Es bildet die isolierende Schicht 4l5. Eine einzelne Schicht aus Aluminiumfolie (z.B. angenähert 0,01 cm, (4 mills) dick) oder auch eine Schicht aus geflochtenem Kupfer (z.B. angenähert 0,025 cm (lO mills) dick) wird über die Schicht 4l5 gelegt, um den Leiter 260 zu bilden. Dann wird ein weiteres Stück in Hitze sich zusammenziehendes Kunststoffrohr über den Leiter 26O gelegt und erwärmt, um beide an die zuvor gebildete Struktur zu binden. ZwaLte und dritteA process which is used to produce relatively short (about 15) 2 m) Length of such a cable has been used begins with the copper tube 270 and placing a thin-walled, in Heat contracting plastic pipe. Then the pipe is heated, so that it pulls itself over the copper pipe and is attached to it. It forms the insulating layer 415. A single layer made of aluminum foil (e.g. approximately 0.01 cm, (4 mills) thick) or also a layer of braided copper (e.g. approximately 0.025 cm (10 mills) thick) is placed over the layer 415, around the conductor 260 to form. Then another piece becomes contracting in heat Plastic pipe placed over the conductor 26O and heated, to bind both to the structure previously formed. Twelfth and third

909848/056 6 ~^A 909848/056 6 ~ ^A

Stücke von Rohren können verwendet werden, um die Dicke der Isolierschicht nach Wunsch zu vergrößern. Eine Wiederholung des beschriebenen Vorganges ermöglicht den Aufbau jeder beliebigen Zahl konzentrischer Leiter.Pieces of pipe can be used to increase the thickness of the insulating layer to enlarge as desired. Repeating the process described enables any number to be built more concentrically Ladder.

Unter Verwendung dieses Verfahrens, beginnend mit einem Kupferrohr von 0,756 cm (0,298 inches) äußeren Durchmessers und unter Verwendung dünner Aluminiumfolie als leitende Schichten wurde ein Kabel
entsprechend Fig. 6 hergestellt· Der sich ergebende Gesamtdurchmesser des Kabels lag bei etwa 3 Pin ( 1,2 inches ). Das Kabel wurde
erfolgreich bei 300 kV an dem Kupferrrohr 270 und bei angenähert
60 kV-Spannungsabfallen zwischen den jeweiligen Leitern 270, 250, 2^0, 230, 220und 210 getestet. Es wurde auch ein Kabel mit geflochtenem Kupfer als Leitungsschichten hergestellt, welches einen nur
geringfügig größeren Durchmesser wegen der dickeren Schichten des
leitenden Materials hatte. Es wird angenommen, daß auch größere
Spannungen als 300 kV von solchen Kabeln übertragen werden können
und es liegt kein Grund vor, zu bezweifeln, daß ähnlich aufgebaute Kabel für die Übertragung bis zu 1000 kV, vielleicht mit zehn 100 kV-Schritten zwischen der innersten und der äußersten Leiterschicht
hergestellt werden können. Es soll erwähnt werden, daß auch andere Ausführungsforraen gestufter Kabel und andere Herstellungsverfahren im Bereich der Erfindung liegen.Using this procedure, starting with 0.756 cm (0.298 inches) outer diameter copper tubing and using thin aluminum foil as the conductive layers, a cable was made
fabricated according to Figure 6. The resulting overall diameter of the cable was about 3 pins (1.2 inches). The cable was
successful at 300 kV on copper pipe 270 and at approximated
60 kV voltage drop between the respective conductors 270, 250, 2 ^ 0, 230, 220 and 210 tested. A cable was also made with braided copper as the conduction layers, which is only one
slightly larger diameter because of the thicker layers of the
had conductive material. It is believed that larger
Voltages than 300 kV can be carried by such cables
and there is no reason to doubt that similarly constructed cables are capable of transmitting up to 1000 kV, perhaps with ten 100 kV steps between the innermost and the outermost conductor layers
can be produced. It should be noted that other embodiments of stepped cables and other manufacturing methods are within the scope of the invention.

Die Stufenkabel-Hochspannungs-Gleichstromübertragungs-Einrichtung,The step cable high voltage direct current transmission device,

die 4-n Zusannnenwirkung EnergieversoiSmgseinrichtung 100, eines Begebildet wird the 4-n combined action of the energy supply device 100, one being formed

schleunigers 200 und eines abgestuften Kabels 300«^<scheint die all-, gemein vorteilhaften Merkmale einer solchen Einrichtung verangch.au·:Schleunigers 200 and a stepped cable 300 « ^< seems to verangch.au the general, generally advantageous features of such a device:

:'.'_*" " 909848/0566 . ""'* -/-: '.'_ * "" 909848/0566. "" '* - / -

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

- 20 - .- 20 -.

licht zu haben, wenn sie für die Übertragung von Hochspannungs-Gleichstromenergie über große Entfernungen, oberirdisch oder unterirdisch, angewendet wird. In ihrer grundsätzlichen Form enthält eine solche Einrichtung eine Energieversorgung mit einer Reihe von Anschlüssen mit abgestuften Gleichstromspannungen, ein abgestuftes. Kabel mit einzelnen Leitern, die an einem Ende mit den jeweiligen Anschlüssen der Spannungsversorgung verbunden sind, und einem Gerät in außenliegenden Stationen mit Anschlüssen, die mit den jeweiligen Leitern des Kabels am anderen Ende verbunden sind.light to have when used for the transmission of high voltage direct current power over great distances, above or below ground, is applied. In its basic form, such a device includes a power supply with a number of Connections with graduated DC voltages, a graduated. Cables with individual conductors attached at one end to the respective Connections of the power supply are connected, and a device in external stations with connections, which with the respective Conductors of the cable are connected at the other end.

9 0 9 8 A"'8 /'Ö 5 6 69 0 9 8 A "'8 /' Ö 5 6 6

Claims

- 21 claims

1.) High-voltage direct current transmission device, marked by a stepped cable with a multitude of concentric conductors spaced apart from each other due to concentric intervening insulation, with a power supply device for the creation of a

End of preselected voltage to each concentric conductor at a / of the cable, the preselected voltages being graded according to their magnitude from a high voltage at the innermost concentric Conductors up to a voltage reference at the extremity of the concentric conductors, and with an energy consuming one Equipment that is connected to the cable at the other end.

2. Transmission device according to claim 1, characterized in that that the energy consuming device includes means for connecting each of the concentric conductors.

3. Transmission device according to claim 1, characterized in that that the energy consuming device is a charged particle accelerator with a plurality of acceleration electrons, each electrode with is connected to a corresponding concentric conductor.

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. - 22 -

4. Transmission device according to claim 3i characterized g ekennz e refuses that the innermost of the concentric conductors is a hollow tube made of conductive metal, indicated by at least one insulated wire inside the hollow tube for transmitting an alternating current signal together with the Tube and characterized in that the accelerator has a Has heating wire that with the hollow tube and the. Wire is connected.

5. Transmission device according to claim 4, characterized in that that each of the concentric conductors is essentially a single layer of thin metal foil

concentric '
and each of the insulations contains at least one - layer

made of a plastic tube that contracts when exposed to heat.

6. Transmission device according to claim 4, characterized in that that each of the concentric conductors is a single layer of braided metal and each of the concentric insulation contains at least one layer of heat-shrinkable plastic pipe.

7. Transmission device according to claim 1, characterized in that that the energy supply device a plurality of spaced apart areas with preselected Contains stresses and that portions of the stepped cable extend through each of the surfaces, the respective ones Conductors are connected to the assigned surfaces.

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8. Method for producing a transmission system according to Claims. 1 to 7 »characterized by that the stepped cable is manufactured in the following steps:

(1) Attaching a piece to electrically insulating, in Heat contracting pipe over a cylindrical conductor,

(2) heating the tube to fix it to the cylindrical conductor,

(3) repeating steps (l) and (2) as often as necessary, to obtain a preselected thickness of electrically insulating material,

(4) Applying at least one layer of electrically conductive material Material around the insulating tube,

(5) Attaching a piece of electrically insulating, in Heat contracting pipe over the layer of electrically conductive material,

(6) heating the pipe to fix the pipe and foil on the previously made structure, (75 Repeat steps (5) and (6) as often as necessary, to obtain a preselected thickness of electrically insulating material, and

(8) Repeat steps (4) to (7) as often as necessary, to obtain a preselected plurality of concentric layers of conductive material.

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