DE2201792A1

DE2201792A1 - Vorrichtung zum Erzeugen einer Gleichhochspannung

Info

Publication number: DE2201792A1
Application number: DE19722201792
Authority: DE
Inventors: Alexandre Pierson
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-01-15
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1972-08-03
Also published as: BE777712R; CH563078A5; IT1048395B; US3708740A; GB1380642A

Description

Dr.-lnrj. >' ^Z i''' 9 5 Π 1 7 Q

β München 22, Steinedorfstr. W *. fc W I # vl C,

410-18.175P 14. 1. 1972

Commissariat ä 1'Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Vorrichtung zum Erzeugen einer Gleichhochspannung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Gleichhochspannung ausgehend von einer Wechselstromquelle mit einer aus der Wechselstromquelle gespeisten übertragerwicklung und mehreren Zellen, die jede eine mit der übertragerwicklung induktiv gekoppelte Sekundärspule und außerdem je eine von der jeweiligen Sekundärspule gespeiste Gleichrichterschaltung enthalten, welch letzte für alle Zellen ausgangsseitig in Serie geschaltet sind, nach Patent ... (Patentanmeldung P 19 14 000.2-32).

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung, mit deren Hilfe sich eine Gleichhochspannung, die eine Größe von mehreren hundert Kilovolt überschreiten kann, aus einer Wechselspannung erzeugen läßt, kann mit einem Isoliertransformator gekoppelt

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werden, um elektrische Leistung von einem Potentialniveau auf ein anderes zu übertragen.

Im Hauptpatent (in der Hauptanmeldung) ist eine Vorrichtung dieser Art beschrieben und beansprucht, die eine aus einer Wechselstromquelle gespeiste Übertragerwicklung, die vorzugsweise aus einer einzigen leitenden Windung besteht, und mehrere Zellen aufweist, von denen jede eine induktiv mit der Ubertragerwicklung gekoppelte Sekundärspule und eine aus der entsprechenden Sekundärspule gespeiste Gleichrichterschaltung enthält, wobei die Ausgänge der Gleichrichterschaltungen aller dieser Zellen in Serie geschaltet sind, so daß sich an den Ausgangsklemmen der aus allen Gleichrichterschaltungen gebildeten Gesamtschaltung eine Potentialdifferenz ergibt, die gleich der Summe aus den von den einzelnen Zellen gelieferten Potentialdifferenzen ist.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Gleichhochspannung der im Hauptpatent (der Hauptanmeldung) definierten Bauart zu schaffen, die der Gesamtheit der von der Praxis gestellten Anforderungen und insbesondere der Forderung nach einfachem Aufbau und einfacher Herstellung besser entspricht.

Dazu ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Gleichhochspannung der eingangs erwähnten Art vorgesehen, die sich dadurch kennzeichnet, daß sie mindestens einen an eine Quelle für eine niedrige Wechselspannung angeschlossenen und die Ubertragerwicklung bildenden leitenden Stab enthält, daß die Zellen entlang des oder der leitenden Stäbe aufgereiht sind und Jeweils einen den jeweiligen Stab umschließenden magnetischen Körper enthalten, daß die zugehörigen Sekundärspulen

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in einer Vielzahl von Windungen auf den betreffenden magnetischen Körper aufgebracht sind und daß jede Zelle einen Modul mit einer Tragplatte bildet, die mit einem Satz fluchtender Bohrungen versehen ist, die einen freien Durchgang für den oder die leitenden Stäbe gestatten.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Er-■ findung ist Jeder leitender Stab haarnadelförmig gekrümmt und mit einer elektrischen Isolierung versehen. Jede Tragplatte ist mit einem zweiten Satz von Bohrungen für den Durchgang von gegen die Tragplatte! isolierten Stangen für die Ausrichtung der Tragplatten und mit Mitteln zum Anpressen der durch isolierende Zwischenstücke voneinander getrennten Tragplatten aneinander und an eine Grundplatte ausgerüstet, die mit dichten Durchführungen für die Enden jeden Zweiges eines leitenden Stabes versehen ist und den Boden für einen Behälter bildet, der alle Zellen umgibt und ein elektrisch isolierendes Gas enthält.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besitzt die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zwei leitende und mit einer elektrischen Isolierung versehene Stäbe, die eine offene Schleife mit zwei Zweigen bilden, deren freie Enden für Jede Schleife untereinander und mit einem Pol einer drei phasigen Quelle für niedrige Wechselspannung verbunden sind, deren beide andere Pole Jeweils mit den beiden restlichen freien Enden verbunden sind, sowie eine Mehrzahl von entlang jedes der leitenden Stäbe angeordneten Zellen, von denen jede eine mit der Gesamtheit der Zweige gekoppelten magnetischen •Körper, drei in einer Vielzahl von Windungen auf den betreffen den magnetischen Körper aufgebrachte Sekundärwicklungen und eine Gleichrichterschaltung enthält, wobei Jeder magnetische

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Körper auf einem Potential eines Punktes der ihm zugeordneten Gleichrichterschaltung liegt und die Ausgänge aller Gleichrichterschaltungen in Serie geschaltet sind.

Eine gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der Erfindung gebaute Vorrichtung enthält einen abgedichteten Behälter für die Aufnahme eines isolierenden Gases und kennzeichnet sich dadurch, daß sie in Kombination miteinander mindestens einen geraden und nackten Stab aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit, der mindestens zum Teil in dem Abdichtungsbehälter liegt und zusammen mit einem massiven und ebenfalls nackten Leiter für die Stromrückführung eine an eine Wechselstromquelle niedriger Spannung angeschlossene Primärwicklung mit nur einer Windung bildet, sowie eine Mehrzahl von entlang des oder der nackten Stäbe aufgereihten Zellen enthält, von denen jede einen um den Stab oder die Stäbe herum gelegten magnetischen Körper, eine in einer großen Zahl von Windungen auf den jeweiligen magnetischen Körper aufgebrachte Sekundärwicklung und eine Gleichrichterschaltung enthält, wobei die Ausgänge aller Gleichrichter in Serie geschaltet sind. Die magnetischen Körper sind mit Vorteil wie in den vorhergehenden Fällen mit einem elektrischen Potential verbunden, das nahe bei dem Potential am Ausgang der zugehörigen Gleichrichterschaltungen liegt.

Diese letzte Anordnung ermöglicht den Verzicht auf eine feste Isolierung, wie sie mindestens auf einem Teil der leitenden Schleifen bei den oben beschriebenen beiden ersten AusfUhrungsformen vorgesehen ist, und die Übertragung der Aufgabe einer Isolierung dieses Leiters auf die ihn umgebende Gasatmosphäre, wodurch eine für die Spannungshaltung problematische Verschiebung der Isolierung entlang des Stabes ausgeschlossen und außerdem Schwierigkeiten für die Formgebung vermieden werden, wie sie bei mit einer festen und dicken Isolierung ver-

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sehenen Stäben auftreten können.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet jede Zelle einen Modul, der als Ganzes abnehmbar ist und eine mit einer Bohrung oder einem Satz von Bohrungen versehene Tragplatte besitzt, die einen freien Durchgang des oder der leitenden Stäbe ermöglicht, wobei der Durchmesser ausreicht, daß sich zwischen dem Stab und der Tragplatte ein die nötige Isolierung gewährleistender Gasring ausbildet. Vorzugsweise sitzt auf der Tragplatte rund um den oder die Stäbe ein Schutzring.

Ist die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung für eine Speisung mit dreiphasigem Wechselstrom bestimmt, so besitzt sie mit Vorteil zwei nackte leitende Stäbe, und jede Zelle enthält drei Sekundärwicklungen, die jede auf einem Arm des beide Stäbe vollständig umschließenden Magnetkreises angeordnet sind, wobei die Rückführung des Wechselstroms über einen mit den Stäben verbundenen Leiter erfolgt.

Die Zellen ruhen mit Vorteil auf einem Balken aus isolierendem Material, der an einer Wand des Behälters befestigt ist. Dieser Balken weist vorzugsweise einen Querschnitt in Form eines U mit zu dem Stab oder den Stäben parallelem Grund auf, und die Tragplatten aller Zellen sind in Tragnuten in den isolierenden Balken eingeschoben, was nach Herausziehen der Stäbe ein Zurückziehen der Zelle als Ganzes unter Gleiten in den Tragnuten ermöglicht. Nach der Montage wird der Balken durch einen abnehmbaren Deckel vervollständigt, der dem Grunde des U gegenübersteht und die Lage der Zellen sichert. Der Leiter für die Stromrückführung geht mit Vorteil zwischen der Wand des Behälters und dem Balken durch, auf dem die übrigen elektrischen Verbindungen

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angeordnet sind.

Im folgenden soll die Erfindung anhand bevorzugter AusfUhrungsbeispiele näher beschrieben werden, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. Dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 einen schematisch gehaltenen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung als Ganzes,

Fig. 2 eine Unteransicht für einen Elementarmodul der Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Detailansicht für die Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 4 das elektrische Prinzipschaltbild für die Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 5 ein Detail für eine AusführungsVariante, Fig. 6a, 6b und 6c elektrische Schaltschemata,

Fig. 7 eine schematisch gehaltene Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform in Form eines durch die Achse und zwei isolierte leitende Stäbe gelegten Schnittes,

Fig. 8 eine Unteransicht für einen Elementarmodul der Vorrichtung von Fig. 7 in Form eines Schnittes entlang der Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 und 10 Detailansichten für die Vorrichtung von Fig. 7 zur Veranschaulichung des Einschiebens einer Zelle und dieser Zelle während des Herausziehens und

Fig. 11 ein elektrisches Prinzipschaltbild für die Vorrichtung von Fig. 7.

Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung besitzt einen rohrförmigen Stützrahmen 1 für die Abstützung des Bodens 2 eines Behälters 3 gegenüber dem Erdboden. Der Behälter 3 enthält eine Mehrzahl von Modulelementen 4a, 4b, ... 4m, die im folgenden der Einfachheit halber in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 4 bezeichnet werden sollen und vertikal übereinander

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angeordnet und voneinander durch isolierende Zwischenstücke 5 getrennt sind.

Jedes Modulelement 4 besitzt eine Tragplatte 6. Diese Tragplatte 6 1st mit vier Bohrungen 7» 8, 9 und 10 versehen, von denen die erste und die dritte für den Durchgang der Zweige 11 und 14 eines haarnadelförmig ausgebildeten Stabes 13 .und die zweite und die vierte für den Durchgang der Zweige 12 und 15 eines zweiten und ebenfalls haarnadelförmig ausgebildeten Stabes 16 bestimmt sind. Die Tragplatte 6 besitzt außerdem drei Bohrungen 17» 18 und 19, die um 120 ° gegeneinander versetzt sind (Fig. 2) und dem Durchgang von Zugstangen 20 dienen. Die leitenden Stäbe 13 und 16 sind mit einer leitenden Seele 21 ausgebildet, die in eine Isolierung 22 von zum Widerstehen der Potentialdifferenz zwischen der Hochspannung und der Masse aus reichender Dicke eingebettet sind. Der Stapel aus den Modulele- raenten 4 und den Zwischenstücken 5 wird durch Zugstangen 22 zusammengehalten, die an ihrem oberen Teil an einem Druckring und an ihrem unteren Teil am Boden 2 des Behälters 3 Abstützung finden.

Jede Tragplatte 6 besteht aus amagnetischem Material wie beispielsweise Aluminium und trägt einen magnetischen Körper 26 mit drei Armen 27, 28 und 29 für drei Sekundärwicklungen 30, 31 und 32 mit einer großen Anzahl von Windungen, die sternförmig angeordnet und mit einer Gleichrichterschaltung gekoppelt sind, die aus Siliziumdioden 33, 34 und 35, die elektrisch zu einer Graetz-Brückenschaltung (Fig. 4) zusammengeschaltet sind, und aus Filtern besteht, die durch einen Kondensator 39 von im allgemeinen einigen zehn Nanofarad gebildet sind.

Sobald die dargestellte Vorrichtung Hochspannung führt, dienen Widerstände 36, 37 und 38 von Jeweils einige Megohm,

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die in Serie geschaltet sind, zur Entladung der Filterkondensatorön 39· Sie vermeiden außerdem einen totalen Leerlaufbetrieb, der zu einem Spannungsungleichgewicht zwischen den verschiedenen Modulelementen 4 führen könnte, aus dem sich dann Spannungsdurchbrüche auf der Höhe der Isolierungen ergeben könnten. Ein Widerstand 41 von mindestens einigen tausend Ohm und hoher momentaner Belastbarkeit und der Filterkondensator 39 verbinden jeweils zwei übereinander liegende Tragplatten 6. Der Widerstand 4l begrenzt ein~n zufälligen Kurzschlußstrom in der Vorrichtung auf einen so geringen Wert, daß die Dioden 33 während der für das Ansprechen eines in der Zeichnung nicht dargestellten Schutzsystems erforderlichen Zeit nicht beschädigt werden können, gewährleistet aber eine langsame Entladung des Kondensators 39, der auf die Spannung einer Stufe aufgeladen ist. Die Gesamtheit der Widerstände 41 ersetzt mit Vorteil den üblichen globalen Schutzwiderstand, der sonst am Ausgang eines Hochspannungsgenerators angeschaltet wird.

Jede Tragplatte 6 wird auf einem Potential gehalten, wie es am Ausgang der ihr zugeordneten, also beispielsweise ihr vorangehenden oder ihr folgenden Gleichrichterschaltung herrscht, und die verschiedenen Gleichrichterschaltungen sind von einem Modulelement zum nächsten in Serie geschaltet, wobei das unterste Modulelement 4a an seiner Tragplatte 6 auf Erdpotential liegt. Damit die Ränder der Tragplatten 6 nicht abbröckeln, sind insbesondere die Tragplatten 6, die auf höherem Potential liegen, mit einem Schutzring 40 versehen.

Die Tragplatte 6 mit dem höchsten Potential, also die Tragplatte 6 des Modulelements 4m, ist mit einer Kuppel 42 überbaut, die mit einer metallischen Zwinge 43 einer Hochspannungsdurchführung 45 in Verbindung steht, die aus einer isolierenden Muffe und einem konischen Körper 48 besteht. Die Muffe 46 besitzt eine

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Schulter' 46a, die mit einem Ring 46b für das dichte Anpressen an eine Kante eines Deckels 47 für den Behälter 3 zusammenwirkt. Der Körper 48 ist in die Muffe 46 eingeschoben und darin durch einen Anschlag 49 an einer Mutter 50 festgelegt, um das Ende eines Hochspannung führenden Ausgangskabels 51 festzuklemmen. An seinem in die Kuppel 42 eingeführten Ende steht die leitende Seele 52 des Kabels 51 in Berührung mit einer Feder 53 und über eine leitende Wand 54 mit einer zweiten Feder 55 sowie über diese mit der Zwinge 43.

Zwischen den Tragplatten 6 mit dem höchsten Potential sind Teilungskondensatoren 57 eingeschaltet, die eine geeignete Potentialteilung für den Fall einer raschen Spannungsänderung infolge eines ausgangsseitigen Kurzschlusses gewährleisten. Zwischen der Kuppel 42 und dem Druckring 24 ist ein Widerstand für die Messung der abgegebenen Hochspannung eingeschaltet, der plattenförmig ausgebildet ist und einen Wert von einigen tausend Megohm hat.

Die unteren Enden der Zweige 11 und 14 und 12 und 15 der Stäbe 13 und 16 gehen durch vier dichte Durchführungen 59 hindurch, und ihre freien Enden sind mit drei Verbindungsstäben 60, 61 und 62 eines Transformators 63 für dreiphasige Niederspannung verbunden. Der Transformator 63 kann über einen Autotransformator gespeist werden, der Spannungsänderungen zwischen 0 und 220 Volt zuläßt, um auf diese Weise die ausgangsseitige Hochspannung leicht regeln zu können. Die leitenden Seelen 21 der haarnadelförmig ausgebildeten Stäbe 13 und 16 sind hohl (Fig. 3), und an einem seiner Enden ist Jeder Stab I3 und l6 über ein Schütz mit einer Speiseleitung 65 für ein Kühlmittel verbunden, während sein anderes Ende an ein Abzugrohr 66 angeschlossen ist. Weitere Schütze 67 verbinden den Behälter 3 mit Rohren 69 und 70 für die

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Zuführung und Abführung eines isolierenden Gases wie beispielsweise Schwefelhexafluorid, und ein Manometer 71 ermöglicht eine Überwachung, die zeigt, ob das Gas den erforderlichen Druck aufweist.

Die Arbeitswelse der oben beschriebenen Vorrichtung ähnelt der der Vorrichtung nach dem Hauptpatent (der Hauptanmeldung). In den Stäben I3 und l6 fließen dreiphasige Ströme hoher Intensität und gewährleisten eine Speisung der magnetischen Körper 26 und das Auftreten von Wechselspannungen an den Enden der Sekundärwicklungen 30, 31 und 32, welche Spannungen einzeln gleichgerichtet und anschließend in Reihe geschaltet werden.

Fig. 6a, 6b und 6c veranschaulichen den Übergang von der elektrischen Schaltung für die Vorrichtung nach dem Hauptpatent (der Hauptanmeldung) (Fig. 6a) zu der Schaltung für den dreiphasigen Generator entsprechend der vorliegenden Erfindung (Fig. 6c).

In Fig. 6a bis 6c bezeichnen die BezugsSymbole x₂ und x, die beiden vertikalen Stäbe, das Bezugssymbol x, den der Stromrückführung dienenden Leiter, der beispielsweise durch den metallischen Behälter für die gesamte Vorrichtung gebildet wird, die Bezugszahlen 27, 28 und 29 wie oben die drei Zweige eines dreiphasigen Magnetkreises, und es gibt so viele Magnetkreise wie Zellen im Hochspannungsgenerator in Serie geschaltet sind. Wenn man die Stäbe X₁, x₂ und x, zu der in Fig. 6b dargestellten Konfiguration verformt, anschließend an dieser Fig. 6b eine Drehung um l80° und eine anschließende Längung der Stäbe X₂ und x, vornimmt, wie dies in Fig. 6c veranschaulicht ist, so ändert sich am elektrischen Schaltplan nichts. Fig. 6c, die das elektrische System nach der vorliegenden Erfindung wiedergibt, ist da-

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her elektrisch äquivalent mit Fig. 6a, die der Konfiguration nach dem Hauptpatent (der Hauptanmeldung) entspricht.

Die Montage der dargestellten Vorrichtung gestaltet sich besonders einfach. Auf dem Boden 2 des Behälters 3 werden der Reihe nach die Modulelemente 4 aufgestapelt, wobei die Zwischenstücke 5 eingefügt werden, anschließend werden die Führungsstangen 20 eingeführt, die an ihren unteren Enden in Füßen 72 Aufnahme finden. Sodann werden die Zweige der Stäbe und 16 zum Eingriff gebracht, während der schleifenfö'rmige Teil 73 ohne Eingriff bleibt. Anschließend kann man auf dem Boden 2 einen Mantel 74 anbringen und befestigen, sodann den Deckel kj aufsetzen und schließlich den Transformator 63 anbringen und anschließen.

Ein in Fig. 1 bis 3 veranschaulichter Generator kann beispielsweise mit einer Quelle für technischen Wechselstrom arbeiten und zwölf übereinander gestapelte Modulelemente 4 enthalten, von denen Jedes eine Gleichhochspannung von 25 kV liefert, so daß sich eine Ausgangsgleichspannung von 3OO kV ergibt, und dieser Generator kann in einem Behälter von 130 cm Höhe und 6O cm Durchmesser Aufnahme finden. Der dreiphasige Speisetransformator 63 hat eine Leistung von 10 kVA, eine Eingangsspannung von 220 Volt und eine Ausgangsspannung von 12 Volt. Die leitenden Seelen 21 der Stäbe 13 und l6 bestehen aus Kupfer und werden im Leerlauf von einem Magnetisierungsstrom von ca. 180 A durchflossen, während sie bei Vollast einen Strom in der Größenordnung von 850 A führen. Die Widerstände 41 haben eine Größe von I5.OOO Ohm, und die Kondensatoren 57 besitzen eine Kapazität von 1.000 pF.

Bei einer Ausführungsvariante für die Erfindung, wie sie in Fig. 5 veranschaulicht ist, besitzt der Generator eine Hoch-

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Spannungsdurchführung am Boden 2^f. Dieser Boden 2' ist mit einem Isolierrohr 75 versehen, in dem ein Kabel 76 durch den Boden 2' hindurchgeführt ist. Das Kabel 76 selbst besitzt eine dicke Isolierhülle 77 und ist außerdem von den Platten durch ein Rohr 75 getrennt, das durch zu diesem Zwecke in den Platten vorgesehene Bohrungen hindurchgeht. Das obere Ende des Isolierrohres 75 trägt ein Kontaktstück 78, das mit dem Kabel 76 und der oberen Platte verbunden ist. Der größeren Klarheit halber sind die Bauteile in Fig. 5* die bereits oben beschriebenen Bauteilen entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen unter Beifügung eines Indexstriches bezeichnet.

Die in Fig. 1 bis 5 dargestellte Vorrichtung benutzt dünne Stäbe mit einer festen Isolierung; bei der Ausführungsform nach Fig. 7 bis 11 dagegen werden die Stäbe durch sie umspülendes Gas isoliert.

Fig. 7 bis 9 zeigen einen elektrischen Hochspannungsgenerator, der einen zylindrischen Behälter 101 besitzt, der durch einen Boden 102 und einen oberen Deckel 103 dicht abgeschlossen ist, die mittels Schraubbolzen befestigt sind. Der Behälter ist mit einer Leitung mit einem Ventil 102 versehen, das die Einführung eines Gases mit hoher Dielektrizitätskonstante wie beispielsweise Schwefelhexafluorid ggf. unter einem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck gestattet. Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Manometer ermöglicht eine überprüfung, ob der erforderliche Gasdruck erreicht ist.

Die dargestellte Vorrichtung, die für einen Betrieb mit dreiphasigem Strom bestimmt ist, besitzt zwei gerade und zueinander parallele Stäbe 104 und 106 aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit, die in den Behälter 101 durch in dessen Boden 102 angeordnete dicht eingesetzte

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isolierende Hüllen eintreten. Die Stäbe 104 und 106 sind massiv und ohne Isolierung ausgeführt, sie werden gegen die anderen im Behälter 101 enthaltenen Bauteile durch das darin enthaltene Gas isoliert, das gleichzeitig der Abführung der entstehendient
den Jouleschen Wärme/und die Verwendung von Stäben mit einem inneren Kanal für den Umlauf von Kühlmittel unnötig macht. Anzumerken bleibt, daß dieses Gas in der Nachbarschaft der Stäbe eine viel höhere Temperatur annehmen kann, als dies bei einem üblichen Hochspannungsisoliermaterial wie beispielsweise imprägniertem Papier möglich wäre, was eine erheblich höhere Stromdichte in den Stäben zuläßt. Die Leitung für die Rückführung des Wechselstromes von den Stäben 104 und 106 besteht aus einer leitenden Platte 108 (Fig. 8 und 11), die mit den Stäben 104 und 106 über einen dreieckigen Bügel 110 (Fig. 7) verbunden ist. Das untere Ende der Platte 108 ist über einen Bügel 111 mit einem Ausgangsstecker 112 verbunden, der den Boden 102 in, einer in der Zeichnung nicht dargestellten dicht eingesetzten und isolierenden Hülle durchquert. Da die Stäbe 104 und 106 und die Platte 108 ebenso wie der Behälter 101 auf einem mittleren Potential gegenüber Masse liegen und von einem Wechselstrom mit niedriger Spannung durchflossen werden, stehen die Hüllen für den Ausgangsstecker 112 und die Stäbe 104 und 106 nur unter geringer Spannung und brauchen wenig Platz.

In dem Behälter 101 sind mehrere Moduln übereinander angeordnet, die entsprechend viele Stufen bilden, die Jeweils einen Bruchteil der gesamten Hochgleichspannung des Generators liefern. Diese Moduln, die insgesamt mit der Bezugszahl 114 und einzeln unter Beifügung von Indizes a, b, ... m bezeichnet sind, zeigen alle praktisch den gleichen Aufbau, so daß im folgenden nur der Modul 114a im einzelnen beschrieben wird. Diese Stufe des Generators besteht aus einem als Ganzes entnehmbaren Modul, der eine isolierende Tragplatte 116 enthält, die beispielsweise aus

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einem glasfaserverstärkten Kunstharz besteht und von zwei Löchern für den freien Durchgang der Stäbe 104 und 106. durohbohrt wird. Die Platte 116 trägt einen magnetischen Körper 118, der die Stäbe 104 und 106 vollkommen umgibt und aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität besteht. Die drei transversalen Zweige 120, 122 und 124 des Körpers 118 tragen Je eine Sekundärwicklung 126, 128 bzw. 130 mit einer hohen Anzahl von Windungen. Die drei Sekundärwicklungen 126, 128 und 130 sind sternförmig geschaltet und mit Gleichrichterschaltungen gekoppelt, die beispielsweise aus Siliziumdioden bestehen und zu einer Graetzschen Brückenschaltung vereinigt sein können. Die elektrische Schaltung ist unten im einzelnen beschrieben.

Da es zwischen den Stäben 104 und 106 einerseits und der Platte 116 andererseits kein festes Isoliermaterial gibt, ist die Platte II6 mit Vorteil rund um die Stäbe 104 und IO6 mit einem rohrförmigen Schutzring 132 versehen, der über die Platte 116 bis zu einer Höhe hinausragt, die über die der Sekundärspulen 126, 128 und 130 hinausgeht.

Die Moduln 114a, 114b, ... Il4m können auf verschiedene Weise zusammengehalten werden. Jedoch ist es besonders günstig, eine in Fig. 7 bis 10 veranschaulichte Tragstruktur zu verwenden, die aus einem vertikalen Balken 134 besteht, den man sich aus einem im Querschnitt U-förmigen Teil und einem Deckel zusammengesetzt denken kann, die beide aus einem kriechfesten Isoliermaterial bestehen. Dabei kann man für den Balken 134 insbesondere das gleiche Material verwenden wie für die Tragplatten 116. Der U-förmlge Teil besteht aus mehreren zusammengesetzten Teilen. Er enthält eine Grundplatte I36 und zwei parallele Flügel I38, die mit der Grundplatte 136 durch Schrauben 140 verbunden sind. In die Flügel I38 sind Nuten 142

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(Fig. 9 und 10) eingearbeitet, in denen die Ränder der Platten der einzelnen Moduln 114a, Il4b, ... Il4mgleitend geführt sind. Sind die Platten 116 eingesetzt, so kann man auf den Flügeln gegenüber der Grundplatte 136 einen der Grundplatte 156 entsprechenden Deckel 144 befestigen. Zur Vermeidung jeglicher Vibration können Befestigungsschrauben 145 vorgesehen sein. Die Grundplatte 136, die Flügel 138 und der Deckel 144 für den Balken 1J4 sind am Boden 102 über einen verschraubten Rahmen 146 befestigt.

Die Platte II6 des obersten Moduls Il4m, der auf der höchsten Gleichspannung gegenüber Masse liegt, ist mit einer Kuppel 148 (Fig. 7) versehen, an die über den Deckel 103 ein mit strichpunktierten Linien angedeuteter Hochspannungsausgang angeschlossen ist, der von üblicher Bauart sein kann und daher nicht näher beschrieben wird. Dieser Hochspannungsausgang kann insbesondere ähnlich gebaut sein wie der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene. Die Kuppel 148 besitzt zwei Kröpfungen I50, die sich in die Abschirmungsringe für den Modul Il4m einschieben. In gleicher Weise kann ein Hochspannungsausgang durch den Boden 102 hindurch vorgesehen sein, der ein in ein Isolierrohr geführtes isoliertes Kabel enthält, das an seinem oberen Teil über einen gasdichten metallischen Stopfen elektrisch mit der Kuppel 148 verbunden ist. Das Isolierrohr durchquert den Boden 102 des Behälters 101 in einer gasdichten Durchführung 151 (Fig. 10).

Die Platte 108 liegt nahe der zylindrischen Wandung des Behälters 101 (Fig. 8) außerhalb einer Schürze 153, die auf dem Boden 102 ruht und auf Masse liegt, so daß sie Spitzeneffekte vermeldet.

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Jedem Modul Il4 ist ein Schutzring 152 von gleichem Potential zugeordnet, der die gleiche Rolle spielt wie der um den Balken 1J54 herumgelegte. Dieser Schutzring 152 ist auf der Tragplatte 116 des jeweiligen Moduls 114 durch vier Mechanismen befestigt, von denen jeder aus einem einen Flügel 138 des Balkens 134 durchquerenden Stößel 154 und aus einem Finger I56 besteht, der auf dem Schutzring 152 sitzt und in einer Kugel endet, die sich In eine endseitige Kappe des zugehörigen Stößels 154 einschieben läßt. Bei der dargestellten AusfUhrungsform sind nur zwei der vier Stößel 154 im Sinne einer Festlegung betätigt. Dazu setzen sie sich aus einer Gewindestange und einer die Kappe tragenden Hülse mit Innengewinde zusammen. Für die Freigabe eines Schutzringes genügt es daher, die beiden Kappen zu lösen und damit die Kugeln freizugeben.

Das elektrische Schaltschema der Vorrichtung kann dem der oben beschriebenen Vorrichtung sehr ähnlich sein. Die Schaltung ist schematisch In Fig. 11 wiedergegeben, wobei nur eine Zelle der Vorrichtung dargestellt 1st. Die drei Sekundärwicklungen 126, 128 und IJO der Zelle sind sternförmig geschaltet und mit Gleichrichterschaltungen gekoppelt, die für Jede Sekundärwicklung 126, 128 oder 1J50 aus zwei Gleichrichtern 158 und 160 bestehen, die beispielsweise in Kaskade geschaltete Siliziumdioden sein können. Diese Dioden sind über am Balken 134 angebrachte und'in der Zeichnung nicht sichtbare Verbindungen zu einer Graetzschen Brückenschaltung zusammengeschlossen, wobei die Verbindungen eine Reihenschaltung der verschiedenen Zellen sicherstellen.Natürlich können auch Filterkondensatoren und Ausgleichwiderstände vorgesehen sein.

Die Stäbe 104 und 106 und die Platte 108 sind mit einem Generator I61 für die Speisung mit Wechselstrom über drei Transformatorwicklungen I62, 164 und 166 verbunden, die auf

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einem in der Zeichnung nicht dargestellten Magnetjoch sitzen, das unterhalb des Behälters 101 angeordnet ist und die Stäbe 104 und 106 umgibt. Der Generator l6l kann einen Autotransformator enthalten, der eine Regelung der ausgangsseitigen Hochspannung ermöglicht.

Die Montage und die Demontage der beschriebenen Vorrichtung beispielsweise für den Austausch einer schadhaft gewordenen Zelle gestaltet sich extrem einfach. Wenn man beispielsweise Zugang zur Zelle Il4l bekommen will, beginnt man mit der Abnahme des Behälters 101. Der vom Balken 134 getragene Stapel von Zellen bleibt dann auf dem Boden 120 ruhen. Sodann entfernt man die Stäbe 104 und 106, indem man sie nach oben zieht. Sodann hebt man den Deckel 144 vom Balken Ij54 und entfernt die Kuppel 148 und die Äquipotentialringe für die Zellen Il4m und 1141. Dann braucht man nur noch die Zelle 1141 abzutrennen und sie unter Verschieben ihrer Tragplatte Il6 in den Nuten 142 des Balkens 1^4 herauszuziehen. Sodann führt man eine neue Zelle anstelle der ausgetauschten Zelle ein, stellt die elektrischen Verbindungen wieder her, bringt die Äquipotentialringe an ihren Platz, führt auch die anderen Bauteile wieder zurück und schließt den Behälter 101.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die dargestellte Vorrichtung die Erzielung der angestrebten Ergebnisse ermöglicht. Das völlige Fehlen von fester Isolierung auf den Stäben schaltet jegliches Kriechrisiko aus. Auch gibt es keinerlei Schwierigkeiten bei der Formgebung für die Stäbe, da diese gerade und vollwandig ausgeführt werden können, da ja die Kühlung durch das in unmittelbarem Kontakt mit dem Metall stehende Gas bewirkt wird. Die Querabmessungen werden bei gleicher Gleichspannungsdifferenz für den Fall einer gasförmigen Isolierung

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größer als für den Fall einer festen Isolierung und gestatten eine Vergrößerung des in den Stäben fließenden Wechselstromes und damit eine Vergrößerung des dem Generator entnehmbaren Gleichstromes. Der isolierende Balken 134 ermöglicht es, auf die Anordnung von Druckorganen für die Zellen zwischen der Kuppel und dem Behälter zu verzichten, die den Stapel der Zellen und Isolierstücke zusammenhalten sollen, bei denen das Kriechen nur schwer zu beherrschen ist.

Die dargestellten AusfUhrungsbeispiele sind zahlreicher Abwandlungen fähig, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird. So können beispielsweise die Transformatorwicklungen l62, 164 und 166 im Inneren des Behälters angeordnet sein, wobei 5Le primärseitig beispielsweise über durch den Boden hindurchgefUhrte Leitungen aus dem Wechselstromnetz gespeist werden können.

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Claims

Patentansprüche

1 .JVorriohtung zum Erzeugen einer Gleichhochspannung ausgehend von einer Wechselstromquelle mit einer aus der Wechselstromquelle gespeisten Übertragerwicklung und mehreren Zellen, die jede eine mit der Ubertragerwicklung induktiv gekoppelte Sekundärspule und außerdem je eine von der jeweiligen Sekundärspule gespeiste Gleichrichterschaltung enthalten, welch letzte für alle Zellen ausgangsseitig in Serie geschaltet sind, nach Patent ... (Patentanmeldung P 19 IA 000.2-32), dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen an eine Quelle für eine niedrige Wechselspannung angeschlossenen und die Ubertragerwicklung bildenden leitenden Stab enthält, daß die Zellen entlang des oder der Stäbe aufgereiht sind und jeweils einen den Jeweiligen Stab umschließenden magnetischen Körper enthalten, daß die zugehörigen Sekundärspulen in einer Vielzahl von Windungen auf den betreffenden magnetischen Körper aufgebracht sind und daß jede Zelle einen Modul mit einer Tragplatte bildet, die mit einem Satz fluchtender Bohrungen versehen ist, die einen freien Durchgang für den oder die leitenden Stäbe gestatten.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Stäbe jeweils die Form einer Haarnadel aufweisen und mit einer elektrischen Isolierung versehen sind und daß die Tragplatten mit einem zweiten Satz von Bohrungen für den Durchgang von gegen die Tragplatten isolierten Stangen für die Ausrichtung der Tragplatten und mit Mitteln zum Anpressen der durch isolierende Zwischenstücke voneinander getrennten Tragplatten aneinander und an eine Grundplatte ausgerüstet sind, die mit dichten Durchführungen für die Enden jeden Zweiges eines Iei-

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tenden Stabes versehen ist und den Boden für einen Behälter bildet, der alle Zellen umgibt und ein elektrisch isolierendes Gas enthält.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei leitende und mit einer elektrischen Isolierung versehene Stäbe, die eine offene Schleife mit zwei Zweigen bilden, deren freie Enden für jede Schleife untereinander und mit einem Pol einer dreiphasigen Quelle für niedrige Wechselspannung verbunden sind, deren beide andere Pole jeweils mit den beiden restlichen freien Enden verbunden sind, sowie eine Mehrzahl von entlang jedes der leitenden Stäbe angeordneten Zellen, aufweist, von denen Jede eine mit der Gesamtheit der Zweige gekoppelten magnetischen Körper, drei in einer Vielzahl von Windungen auf den betreffenden magnetischen Körper aufgebrachte Sekundärwicklungen und eine Gleichrichterschaltung enthält, wobei jeder magnetische Körper auf einem Potential eines Punktes der ihm zugeordneten Gleichrichterschaltung liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle einen Modul bildet, der eine Tragplatte besitzt, die einen ersten Satz von fluchtenden Bohrungen für den freien Durchgang der beiden Zweige jedes die Primärseite bildenden leitenden Stabes und einen zweiten Satz von Bohrungen für den Durchgang von gegen die Tragplatten isolierten Ausrichtstäben enthält, und daß Mittel zum Anpressen der durch isolierende Zwischenstücke voneinander getrennten Tragplatten aneinander und an eine mit dichten Durchführungen für die freien Enden aller Zweige versehene Grundplatte vorgesehen sind, die den Boden eines alle Zellen umgebenden Behälters bildet.

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5· Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Anpressen der Tragplatten ein auf die am weitesten von den freien Enden der leitenden Stäbe entfernte Tragplatte wirkender Druckring und diese Tragplatte und die Grundplatte miteinander verbindende Zugstangen vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatten aus Metall bestehen und mit einem Schutzring versehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Boden des Behälters bildende Grundplatte aus amagnetischem Metall besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5. 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Boden des Behälters bildende Grundplatte fest mit einem den Behälter verlängernden Rahmen verbunden ist, der als Träger für einen Transformator für die Speisung der Stäbe dient.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tragplatte eine Gleichrlehterschaltung mit Siliziumdioden, einen Pilterkondensator und Schutzwiderstände trägt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Tragplatten Schutzwiderstände mit hoher Belastbarkelt angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen aufeinanderfolgenden Tragplatten höheren Potentials Kondensatoren mit Kapazitäten von einigen Hundert Plkofarad eingefügt sind.

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Deckel für den Behälter eine dichte Hochspannungsdurchführung vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatten fluchtende Bohrungen für den Durchgang eines Isolierrohres enthalten, das eine Hochspannungsleitung umschließt und eine Hochspannungsdurchführung durch den Boden des Behälters bildet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen geraden nackten Stab aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit enthält, der mindestens teilweise in einem für die Aufnahme eines Gases mit hoer Dielektrizitätskonstante bestimmten Behälter verläuft und gemeinsam mit einem massiven und nackten Leiter für die Stromrückführung eine von der Quelle für niedrige Wechselspannung gespeiste Primärwicklung mit einer Windung für den übertrager bildet, und daß die Zellen entlang des nackten Stabes in Stufen angeordnet sind und jeweils einen den bzw. die Stäbe umschließenden magnetischen Körper und mindestens eine auf diesen magnetischen Körper aufgebrachte Sekundärwicklung mit hoher Windungszahl enthalten.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle einen im Ganzen abnehmbaren Modul bildet und eine mit einer Bohrung oder einem Satz von Bohrungen versehene Tragolatte besitzt, die einen freien Durchgang des oder der leitenden Stäbe ermöglicht und deren Durchmesser für die Ausbildung eines für die Isolierung zwischen Stab und Tragplatte gegen die anliegende Hochspannung ausreichenden Gasringes genügt.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß auf den Tragplatten rund um den oder die leitenden Stäbe je ein Abschirmungsring angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Module auf einem Balken aus isolierendem Material sitzen, der an einer Wand des 3ehälters befestigt ist und einen U-förmigen Querschnitt mit zu dem oder den Stäben parallelem Grund aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatten der Zellen in Tragnuten im isolierenden Balken einschiebbar sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß Jede Zelle einen rund um den Balken angeordneten äquipotentialen Ring besitzt, der mit der zugehörigen Tragplatte über den Balken durchquerende Haltestößel verbunden ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch l8 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Balken einen abnehmbaren isolierenden Deckel besitzt, der parallel zu seinem Grunde verläuft und eine Festlegung der Tragplatten der Zellen ermöglicht.
21. Vorrichtung nach Anspruch l8, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Stäbe für die unabhängige Abnahme einer beliebigen Zelle mittels Verschieben in den Tragnuten des Baikens nach oben abnehmbar sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Speisung mit dreiphasigem Wechselstrom zwei nackte leitende Stäbe besitzt und jede

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Zelle drei Sekundärwicklungen, die jede auf einem Arm eines beide Stäbe vollständig umgebenden Magnetkreises angeordnet sind, wobei die Rückführung des Wechselstromes über einen mit den Stäben verbundenen Leiter erfolgt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter für die Wechselstromrückführung mit den Stäben über einen oberhalb des Zellenstapels im Behälter angeordneten Bügel verbunden ist.

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