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Gehäuse für Funkenstreckenanordnungen, insbesondere Lichtbogenstromrichter
(Marx Stromrichter), für sehr hohe Spannungen Bei Funkenstreckenanordnungen,insbesondere
L ichtbogenstromrichtern (MarX-Stromrichtern), für sehr hohe Spannungen steht das
Gas, das sich in der Lichtbogenkammer befindet, unter hohem Absolutdruck. Die elektrische
Festigkeit im Innern der Lichtbogenkammer ist daher so groß, daß Gasdurchschläge
oder Überschläge längs der inneren Isolierwand nicht zu erwarten sind, zumal die
elektrische Feldverteilung im Innern der Lichtbogenkammer diesbezüglich ausgesprochen
günstig ist. Wesentlich ungünstigere Verhältnisse sind aber an der Außenwandung
dieser Lichtbogenkammer vorhanden, denn die Außenwandung wird von Luft, welche nur
unter Atmosphärendruck steht, umgeben. Die Isolierteile müssen daher wesentlich
größere überschlagslängen besitzen, als dies nur mit Rücksicht auf die für die Innenwandung
der Lichtbogenkammer geltenden Verhältnisse erforderlich sein würde. Sofern die
Lichtbogenkammer einen kleinen Durchmesser besitzt, besteht außerdem noch die Gefahr,
daß Gleitentladungen auf der Außenwand auftreten, welche von denjenigen Stellen
der Isolierteile ausgehen, an denen übermäßig hohe Feldbeanspruchungen der Oberflächen,
insbesondere in angenähert tangentialer Richtung, vorhanden sind.
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Man war also bisher aus diesen Gründen gezwungen, die äußeren Abmessungen
der Lichtbogenkammer weit über das Maß hinaus zu vergrößern, das sie auf Grund der
inneren Abmessungen der Lichtbogenkammern, die sich aus den Feldbeanspruchungen
im Innern der Kammern ergeben, haben müßten. Abgesehen von dem hierdurch sich ergebenden
Mehraufwand an Werkstoff wird die Herstellung einer größeren Lichtbogenkammer, insbesondere
bei größeren Durchmessern, teuer und schwierig, da es sich ja dabei um Hochdruckbehälter
handelt.
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Diese Nachteile vermeidet die Erfindung dadurch, daß erfindungsgemäß
der eigentliche Druckbehälter zur Erhöhung seiner Überschlagsfestigkeit, d. h. zur
Verhinderung der Bildung von elektrodenlosen Entladungen auf seiner iäußeren Oberfläche,
in einen Schutzbehälter eingebaut und der Zwischenraum mit Luft, Gas oder Flüssigkeit
gefüllt ist, deren Druck bzw. Durchschlagsfestigkeit höher als diejenigen von Luft
unter Atmosphärendruck, aber geringer als diejenigen des Gases in der Lichtbogenkammer
sind.
Das Gehäuse gemäß der Erfindung ist in der Zeichung in beispielsweiser
Ausführungsform veranschaulicht.
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Mit i und 2 sind die Elektroden des Lichtbogenstromrichters und mit
3 die Lichtbogenkammer bezeichnet. Zwischen den Elektroden i und 2 bildet sich das
elektrische Feld 4 etwa in der in der Abbildung schematisch gezeichneten Weise aus.
Ist der Hochdruckbehälter 3 von Außenluft umgeben, so besteht die Gefahr; daß das
elektrische Feld 4 zu so hohen Beanspruchungen auf dem entsprechenden Teil der Außenwand
des Isolierzylinders 5 führt, daß die Durchschlagsfeldstärke an diesen Stellen überschritten
wird und sog. elektrodenlose Entladungen auftreten.
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Eine Verlängerung des Zylinders 5 bringt keine wesentliche Verbesserung,
weil dadurch die elektrodenlosen Entladungen nicht beseitigt werden und diese Teilüberbrückung
ihre ungünstige Wirkung auch weiterhin beibehält; denn bei einer Verlängerung des
zylindrischen Teiles der Druckkammer 3 Würde man lediglich den wenig beanspruchten
Teil des Isolierzylinders verlängern. Der hochbeanspruchte Teil des Isolierzylinders
bleibt hierbei jedoch unverlängert, da die Länge dieses Teiles allein von dem Elektrodenabstand
abhängt, der aber nicht vergrößert werden kann, ohne die Wirkungsweise des Lichtbogenstromrichters
in unerwünschter Weise zu verändern.
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Durch die elektrodenlosen Entladungen entsteht nämlich nicht nur eine
Überbrückung des betreffenden Teiles der Außenwand bzw. der dort befindlichen Luft,
sondern es treten dadurch auch Ionisationen auf, welche die Durchschlagsspannung
der von diesen Entladungen nicht unmittelbar betroffenen Zylinderteile herabsetzen.
Diese Herabsetzung der Überschlagsspannung kann daher nur vermieden werden durch
die Beseitigung des Iönisationsherdes, also durch die Verhinderung der elektrodenlosen
Entladungen, was nun dadurch vermieden werden kann, daß die Durchschlagsfestigkeit
des die eigentliche, unter hohem Druck stehende Lichtbogenkammer 3 umgebenden Stoffes.
(Luft, Gas usw.) erhöht wird. Eine Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit kann man
bei Gasen in bekannter Weise durch Erhöhung des Druckes erzielen.
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Zu diesem Zweck ist die Lichtbogenkammer 3 in eine weitere Kammer
9 (Schutzbehälter) eingebaut. Der Raum 6 zwischen beiden Kammerwänden ist mit Luft,
Gas oder mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren Isolierfestigkeit höher als die Isolierfestigkeit
von Luft unter Atmosphärendruck ist.
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Nimmt man beispielsweise an, daß die elektrische Festigkeit zwischen
den Elektroden i und 2 so hoch sein ruß, daß ein Absol-utdrtick des Gases von 2o
Atmosphären erforderlich ist, dann ist die Innenwand des Zylinders 5 normalerweise
nicht elektrisch gefährdet, wohl aber die Außenwand; denn für die die Außenwand
umgebende Luft besteht eine elektrische Beanspruchung, die kaum geringer ist als
die Beanspruchung der Innenwand.
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Dann beträgt die Durchschlagsfestigkeit der Außenluft aber nur ein
Zwanzigstel des Gases in der eigentlichen Lichtbogenkammer. Wenn also an der Außenwand
keine Entladungen auftreten sollen, so muß der Zylinder 5 einen sehr großen Durchmesser
besitzen, damit der Abstand zwischen den Elektroden i und 2 einerseits und dem Zylinder
5 anderseits so groß ist, daß trotz der geringen Festigkeit der Außenluft keine
Entladungen eintreten können. Dies bedeutet konstruktiv eine große Erschwerung;
denn die Wandungen des Zylinders 5 und die Böden 7 und 8 müssen dann entsprechend
große Kräfte aushalten. Dadurch aber, daß der Stoff, der den Zylinder 5 umgibt,
eine höhere elektrische Festigkeit bekommt als die Luft von Atmosphärendruck, wird
die Anordnung konstruktiv wesentlich erleichtert, da der Zylinder 5 dann einen kleinen
Durchmesser erhalten kann. Wenn nämlich der Raum zwischen den Zylindern 5 und 9
unter einen Absolutdruck von beispielsweise 3 Atmosphären gesetzt wird, dann wird
die Durchschlagsfestigkeit verdreifacht, so daß erst bei etwa dreifacher Beanspruchung
durch das elektrische Feld Entladungen an der Außenwand des Zylinders 5 auftreten
können. Durch das Gehäuse nach der Erfindung erhält man daneben noch den Vorteil,
daß die große Schutzkammer 9 nur durch einen wesentlich geringeren Druck beansprucht
wird, so daß hier konstruktive Schwierigkeiten nicht auftreten können. Weiterhin
entsteht der Vorteil, daß die Außenüberschlagslänge des Außenzylinders nicht von
der des Innenzylinders abhängig ist. Dies wirkt sich besonders bei Freiluftanlagen
aus, da. hier nur noch für die Außenwand des Zylinders 9 Sorge für die übliche Erhöhung
der Überschlagsspannung getragen werden muß. Die Länge des Zylinders 5 kann ferner
wesentlich kleiner werden, als dies z. B. nach den Normen des VDE. möglich wäre,
da. die in Freiluftanlagen zusätzlichen Beanspruchungen desselben durch Verschmutzungen
(Regen usw.) fortfallen und zugleich ja der den Zylinder 5 umgebende Stoff eine
höhere Durchschlagsfestigkeit besitzt.
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Die Art des Aufbaues kann in konstruktiver Hinsicht sehr verschieden
gewählt werden. In vielen Fällen wird man den Schutzzylinder 9 bei der Montage nachträglich
anbringen. Andererseits ist es aber auch möglich
und insbesondere
bei Anlagen für sehr hohen Druck zweckmäßig, den äußeren Zylinder 9 fest aufzustellen
und die kleinere Hauptkammer 3 in die Schutzkammer nachträglich einzusetzen. Sofern
der Lichtbogenstromrichter im Innern eines Gebäudes aufgestellt ist, Wird es gegebenenfalls
genügen, den Schutzzylinder 9 nur so lang zu machen, daß er nur das zu schützende
Oberflächengebiet der Lichtbogenkammer 5, d. h. nur das Gebiet hoher elektrischer
Beanspruchung, durch den Lichtbogen umgibt. Sofern aber der Lichtbogenstromrichter
im Freien aufgestellt ist, ist es zweckmäßig, die Länge des Schutzzylinders 9 wesentlich
größer zu wählen als die Länge des Druckbehälters 3 und auf der Außenwandung des
Schutzzylinders 9 die bei Freiluftausführungen üblichen Rippen vorzusehen.
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Zur Füllung des Schutzzylinders 9 kann man entweder normale Preßluft
oder auch das Löschmittel des Stromrichters verwenden. Im letztgenannten Falle ist
es dann zweckmäßig, den Schutzzylinder zum Zwecke seiner Füllung mit der Betriebsgasleitung
des Stromrichters über Reduzierventile zu verbinden. Zur Füllung des Schutzzylinders
können ferner zusätzlich noch Verdichter vorgesehen werden.