DE652690C - Einrichtung zum Erzeugen kurzzeitiger elektrischer Stoesse sehr hoher Spannung, insbesondere fuer medizinische und atomphysikalische Zwecke - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
8. NOVEMBER 1937

- REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 e GRUPPE 37

21e B 361.

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. September 1930 ab

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen kurzzeitiger elektrischer Stöße sehr hoher Spannung, insbesondere für medizinische und atomphysikalische Zwecke.' Die bisherigen, im allgemeinen nach dem Verfahren von E. Marx erbauten Stoßanlagen werden ausschließlich in Luft von Atmosphärendruck betrieben. Wenn es jedoch darauf ankommt, Spannungen von mehr als ι Million Volt zu erzeugen, sind diese Apparaturen infolge ihres großen Raumbedarfs nur mit großen Kosten herzustellen und deshalb für kleinere Unternehmungen und insbesondere auch für Laboratorien und medizinische Zwecke schwer verwendbar.

Es ist aber bereits bekannt, die mit einer Stoßspannung zu untersuchenden Geräte und andere Einrichtungen, die mit Hochspannung betrieben werden, mit Öl oder Druckgas zu isolieren.

Die Erfindung benutzt zur Lösung dieser Aufgabe eine an sich bekannte Tatsache, nämlich die, daß die Funkenspannung bei flüssigen Dielektriken stark von der Geschwindigkeit der Spannungssteigerung abhängt. Die Wirkung stoßförmig angelegter Spannungen ergibt, daß zum Durchschlag die Spannung um so höher steigen muß, je kürzer die Stoßspannungsdauer ist. Dies wirkt sich besonders dann vorteilhaft aus, wenn die Einrichtung benutzt wird, um kurzzeitige elektrische Stöße sehr hoher Spannung zu erzeugen.

Allgemein richten sich die Durchschlagwerte von mit Gleich- oder Wechselspannung beanspruchter Isolierflüssigkeit nach der Reinheit der Isolierflüssigkeit. Bei Beanspruchung der Isolierflüssigkeit verschiedenartigen Reinheitsgrades mit Stoßspannung zeigte es sich, daß der Durchschlagwert von Isolierflüssigkeit ζ. B-. für alle Sorten von öl, auch für extrem verunreinigte Sorten, nahezu gleich ist und daß nur die Dauer des Stoßes die entscheidende Rolle spielt, so daß also bei Stoßanlagen auch mit billigem, verunreinigtem öl gearbeitet werden kann.

Aus der eben beschriebenen Tatsache der Verzögerung bei kurzen Zeiten geht aber auch hervor, daß es nicht möglich ist, die Schaltfunkenstrecken unter öl gleichzeitig und bei der gleichen Spannung anspringen zu lassen, da in diesem Fall eine mehrfache Spannungsüberhöhung notwendig wäre. Gemäß der Erfindung werden daher die stoßspannungführenden Teile der Anlage in einer Isolierflüssigkeit angeordnet, wobei die Entladungszeit auf den Verbraucher von Beginn der Ent-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Arno Brasch in Ascona, Schweiz, und Dr. Fritz Lange in Charkow, Union der Sodalistischen Sowjet-Republiken.

ladung bis 2U deren Schluß kleiner als ιo~^s Sekunden ist; jedoch werden getrennt von den in der Isolierflüssigkeit angeordneten, die Stoßspannung führenden Teilen die Schal.tfunkenstrecken in mit einem komprimierten Gas gefüllten Kammern untergebracht, mit dem Erfolg, daß bei ihnen eine meßbare Ver-¹ zögerung der Entladungszeit nicht eintritt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die ίο sonst bei normalen Stoßanlagen notwendigen großen Kugelfunkenstreeken wegfallen und der ganze Schaltvorgatig in kleinen handlichen Kammern vonstatten geht. Die Regulierung dieser Funken strecken zum Einstellen verschiedener Spannungen wird auch nicht mehr.) wie bisher, auf mechanischem Wege, sondern ■ . einfach durch mehr oder minder starke Kompression der Luft oder des Gases in den Druckkammern erzielt, wobei der ihnen gemeinsam aufgedrückte, der Spannung proportionale Druck mit einem Manometer gemessen und die Regulierung derartiger Hochspannungsstoßanlagen wesentlich vereinfacht werden kann.

An sich ist es bereits bekannt, Funkenstrekken in komprimierter Luft arbeiten zu lassen. Zusätzliche Gleitentladungen an den Kondensatoren werden vorteilhaft dadurch vermieden, daß die verwendete Isolierflüssigkeit unter einen gewissen Druck gesetzt wird. Weiterhin können diese Gleitentladungen,.die durch Hochfrequenzvorgänge bei der Schaltung hervorgerufen werden, durch Verwendung einer Isolierflüssigkeit hoher Dielektrizitätskonstante stark vermindert werden.

Um zu große Dimensionen des Druckbehälters zu vermeiden bzw, nur teilweise mit hochwertigen Isolierstoffen arbeiten zu müssen, ist vorgesehen, diesen nur so groß zu machen, wie es zur. Aufnahme der Aufladewiderstände, Zündfunkenstrecken und Kondensatoren gerade erforderlich ist, und diesen Behälter in einen zweiten, größeren Füllbehälter hineinzusetzen. Da die Flüssigkeit dieses äußeren Behälters nur mit "der Endstoßspannung beansprucht wird und nicht mit der längere Zeit wirkenden Aufladespannung, ist es möglich, als Isolierflüssigkeit für den äußeren Behälter Wasser oder eine Flüssigkeit mit ähnlich geringer Leitfähigkeit zu verwenden. Bei Verwendung derartiger Flüssigkeiten ist es dann natürlich erforderlich, durch eine weitere Schaltfunkenstrecke dafür zu sorgen, daß die Aufladespannung niemals an dem geringen äußeren Flüssigkeitswiderstand liegt, die Hochspannungsstöße dagegen über diese Schaltfunkenstrecke, mit der Flüssigkeit verbunden sind, damit keine Durchschläge an anderen Stellen erfolgen. Gerade die Möglichkeit, einqn so billigen Stoff, wie Wasser, als Isolierflüssigkeit zu verwenden, dürfte es ermöglichen, extrem hohe Spannungen von etwa 50 bis 100 Millionen Volt ohne sehr große Kosten zu erreichen. Die geschilderte Art von ÄlStoßgeneratoren gestattet es, um große Durch- ^fcühruhgen. zu vermeiden, die Prüfobjekte, wie isolatoren oder Entladungsröhren, innerhalb rd'es Anlagenhüllbehälters unterzubringen und mit Hochspannung zu belasten.

Außer dem Vorteil des gedrängten Zusammenbaues vermöge der in einer Isolierflüssigkeit möglichen Spannungsüberhöhung ergibt sich noch eine erhebliche Verkleinerung der Verlustkapazität gegen Erde, so daß die Aufladespännung besser ausgenutzt wird. 7S

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι einen Längsschnitt durch einen Stoßgenerator in schematischer Veranschaulichung;

Abb. 2 ist ein Längsschnitt durch eine andere Aus füh rungs form des Stoßgenerators;

Abb. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt .durch die kommunizierende Druckfunkenstrecke, welche bei dem Stoßgenerator nach der Abb. 2 verwendet wird.

Mit α ist ein vorzugsweise aus Metall bestehender äußerer Hüllbehälter bezeichnet, der ganz oder teilweise mit Isolieröl b niederer Qualität gefüllt ist. An Stelle des Öles kann auch Wasser treten. In Abb. 1 ist mit c der Durchführungsisolator bezeichnet, welcher den Stoß zu beliebigen Verbrauchsapparaten, beispielsweise Röntgenröhren oder anderen medi- zinischen Apparaturen, führt. Es können an die Durchführung aber auch Isolatoren oder andere Apparate angeschlossen werden zum Prüfen der Durchschlagsfestigkeit. Innerhalb des äußeren Hüllbehälters α ist ein anderer ioo Behälter d angeordnet, der mit öl e höherer Qualität bzw. mit einem öl einer größeren Dielektrizitätskonstante gefüllt ist. In diesem Behälter d sind Aufladewiderstände / angeordnet. Der eine Widerstand ist an die Aufladespannung angeschlossen, während der zweite Widerstand mit der Erde verbunden ist. Innerhalb des Behälters d befinden sich ferner in Kammern die Druckluftschaltfunkenstrecken g, welche durch isolierte Rohrleitungen i über ein Manometer k an eine Druckluftquelle angeschlossen sind. Eine besondere ■ Schaltfunkenstrecke h ist den Druckluftschaltfunkenstrecken und den Kondensatoren vorgeschaltet. Die eine Kugel dieser Funkenstrecke h ist bei Abb. 1 durch die Leitung / mit dem Abnahmepol des Stoßgenerators bzw. der Durchführung c verbunden. Zwischen den einzelnen Schaltfunkenstrecken Hegen die Kapazitäten oder Kondensatoren q, deren BeIegungen einerseits mit dem Aufladewiderstand und andererseits mit den jeweiligen Funken-

streckenpoien verbunden sind. Durch Regelung der Druckluft, die durch die Leitungen i den einzelnen Funkenstrecken zugeführt wird, wobei der Druck unmittelbar am Manometer k abgelesen werden kann, ist es möglich, das Manometer als Spannungsmesser zu eichen, und als solchen zu benutzen. Die Spannung, kann daher in verschiedenen Grenzen wahlweise geändert werden, entsprechend der Höhe

ίο des Druckes, der durch Ventile o. dgl. eingestellt werden kann.

Die Ausführungsform nach Abb. 2 ist im wesentlichen'die gleiche, jedoch ist innerhalb der Hülse α eine Apparatur / gebracht worden, welche auf Durchschlagsfestigkeit geprüft werden soll.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 sind zwei Hängekettenisolatorglieder dargestellt, die unmittelbar zwischen die Vorschaltfunkenstrecke h und den äußeren Behälter a gelegt sind und in der Apparatur selbst geprüft werden. An Stelle der zu prüfenden Isolatoren/ kann auch ein Entladungsrohr treten, so daß die vom Entladungsrohr ausgesandten Strahlen unmittelbar aus dem Innern der Apparatur nach außen auf das zu bestrahlende Objekt dringen.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 liegen die Schaltfunkenstrecken g in Kammern, welche zumölraum des Behälters d offen sind, so daß das Öl zum Teil in die Kammern der Schaltfunkenstrecken eindringen kann." Der ölraum selbst ist durch eine Rohrleitung! über ein Manometer k entweder an eine Druckluftquelle oder auch an eine Ölspeiseleitung, die unter wahlweisem Druck gehalten werden kann, angeschlossen. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Abb; 1 fallen die einzelnen Druckluftleitungen, welche an die Funken-Streckenkammern angeschlossen sind, fort. Der Druck pflanzt sich bei der Ausführungsform nach Abb. 2 gleichmäßig durch die Ölflüssigkeit fort, so daß sämtliche Funkenstrekkenkammern unter gleichem Luftdruck stehen.

Abb. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab eine der in Abb. 2 verwendeten Funkenstrecken innerhalb ihrer Kammer. In dieser Abbildung ist mit m die durch den Öldruck innerhalb des Gefäßes hochsteigende Ölmenge bezeichnet, während mit η die Zuleitung zu einem und mit 0 die Zuleitung zum anderen Funkenstreckenpol p bezeichnet ist.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung zum Erzeugen kurzzeitiger elektrischer Stöße sehr hoher Spannung, insbesondere für medizinische und atomphysikalische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßspannungführenden Teile der Anlage in einer Isolierflüssigkeit, die zugehörigen Schaltfunkenstrecken jedoch in mit einem komprimierten Gas gefüllten Kammern angeordnet sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern von einer gemeinsamen Druckgasquelle gespeist werden und die Spannungsregulierung durch Regelung des Gasdruckes arfolgt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgendem, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierflüssigkeit unter·Druck gesetzt ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierflüssigkeit derart mit dem Druckgas der die Schaltfunkenstrecken enthaltenden Kammern kommuniziert, daß die Spannungsregulierung durch Veränderung des Öl- druckes bewirkt werden kann.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung von Isolierflüssigkeit hoher Dielektrizitätskonstante.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch.die Verwendung zweier ineinander angeordneter Behälter; in dem inneren Behälter ist die Stoßanlage in einer hochwertigen Isolierflüssigkeit angeordnet, der äußere Behälter ist mit einer Flüssigkeit geringerer Isolationsfähigkeit gefüllt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wasser als Isolierflüssigkeit für den äußeren Behälter.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7 mit Wasser oder einer Flüssigkeit ähnlicher geringer Leitfähigkeit als- äußerem Dielektrikum, dadurch gekennzeichnet, daß eine besondere Schaltfunkenstrecke vorgesehen ist, die die Aufladespannung von diesem Dielektrikum fernhält, die Stoßspannung aber anschaltet.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungerzeugende Vorrichtung und die mit der Stoßspannung zu belastende Vorrichtung (zu prüfender Isolator, Kathodenstrahlrohr o. dgl.) derart innerhalb eines gemeinsamen Behälters angeordnet sind, daß keine isolierende Durchführung für die Stoßspannung benötigt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen