-
Elektrische Anlage für die Erzeugung hoher Spannungen Die Erfindung
betrifft eine Stoßspannungsanlage. Bei Anlagen dieser Gattung sind bekanntlich eine
Anzahl Kondensatoren über Widerstände parallel und über eine Funkenstrecke in Reihe
geschaltet. Die Kondensatoren werden durch eine Gleichstromquelle aufgeladen. Bei
einer bestimmten Spannung werden die Funkenstrecken durchschlagen, und die Kondensatorladung
fließt über einen Widerstand ab.
-
Die Spannung kann man durch Änderung des Abstandes der Funkenstreckenelektroden
regeln. Je niedriger aber die Spannung gewählt wird (kurze Funkenstrecken), um so
geringer ist die zur Verfügung stehende Energie.
-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, bei der die Spannung auf andere
Weise regelbar gemacht ist. Hierbei ist von der Erkenntnis ausgegangen, daß man
in der Praxis ungeachtet der Höhe der Spannung ungefähr gleiche Energie verlangt.
Bei der Stoßspannungsanlage nach der Erfindung kann man die Spannung stufenweise
ändern, ohne daß die zur Verfügung stehende Energie geändert wird. Erfindungsgemäß
sind für das Umschalten mechanisch miteinander verbundene Umschalter vorgesehen,
mit denen die Kondensatoren gleichzeitig entweder gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit
parallel oder (über Funkenstrecken) in Reihe geschaltet werden können. Die Widerstände
für die Aufladung bleiben in üblicher Weise mit den Kondensatoren verbunden.
-
Sind z. B. zwölf Kondensatoren vorhanden und beträgt die Aufladespannung
ioo kV, so kann man, abgesehen von dem Spannungsverlust finden Funkenstrecken und
Dämpfungswiderständen, eine Spannung von i2ookV erzeugen, wenn alle Kondensatoren
über die Funkenstrecken in Reihe liegen.
-
Es können nun z. B. sechs Serienparallelschalter vorgesehen sein,
mit denen man die zwölf Kondensatoren in sechs Gruppen von je zwei parallel geschalteten
Kondensatoren verteilen kann. Die Spannung wird durch die Parallelschaltung der
Kondensatoren bis auf die Hälfte vermindert, aber die verfügbare Anzahl Wattsekunden
ist dieselbe geblieben. Diese sechs Schalter sind mechanisch
miteinander
verbunden, so daß die Umschaltung von i2oo auf 6oo kV in einem Schaltvorgang erfolgt.
-
Es ist auch möglich, mit acht Umschaltern vier Gruppen von je drei
Kondensatoren oder mit neun Schaltern drei Gruppen von vier Kondensatoren zu bilden,
so daß man die Spannung auf -oo bzw. 3001:V vermindern kann. Auch können mit Hilfe
von zehn Schaltern sechs Kondensatoren parallel geschaltet «-erden. Man erhält dann
eine Spannung von Zoo 1;V. Schließlich ist es auch möglich, wenn noch ein weiterer
Schalter vorgesehen wird, die 12I#iondensatoren.alle parallel zu schalten und dieselbe
Energie bei ioo kV zu verwenden.
-
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Kondensatoren
in Säulen zusammengebaut, in denen sie durch Isolatoren voneinander getrennt sind;
hierbei sind diese Säulen in den Eckpunkten einer regelmäßigen Figur angeordnet.
Die Anzahl der Säulen sei z. B. ;i (ja größer als 2). Eine Säule enthält
dann den ersten und den ia -I- ersten Kondensator und gegebenenfalls rlen 2n- -1-
ersten Kondensator usw. Der zweite Kondensator der Schaltung ist mit dein za.
+ zweiten, dem 2 n -f- zweiten Kondensator usw. zu einer Säule vereinigt.
Die dritte Säule enthält die Kondensatoren mit den Nummern 3, H, -; 3. 2 il
4- 3 usw., die vierte Säule die Kondensatoren :1. n -1- 4., 2 ;a -;-
4 usw. Die Schalter der Kondensatoren i und ii -i- i, 2 und ii J-
2, 3 und ;a + 3 usw. können ganz bequem miteinander mechanisch verbunden
werden, weil diese Kondensatoren. geradlinig übereinander angeordnet sind.
-
Mit Rücksicht auf eine gute räumliche Potentialverteilung und eine
praktische Anordnung ist es vorteilhaft, wenn jeder Kondensator um ein gleiches
Stück höher als der in der Schaltung vorhergehende Kondensator liegt. Liegt z. B.
bei zz. Säulen der ;z -I- erste Kondensator d cm höher als der erste Kondensator,
so wird man den zweiten Kondensator d/-aa cm, den dritten Kondensator
2 d/n cm, den vierten Kondensator 3 dlza cm höher als den ersten anordnen
usw.
-
Um die Schalter möglichst einfach zu gestalten, können diese an radial
nach der Mitte hin sich erstreckenden Auslegern befestigt sein. Hierbei trägt ein
Ausleger gleichzeitig ein festes und ein bewegliches Schaltglied, von denen das
erste mit dem einen und das zweite mit dein anderen benachbarten Kondensator zusammenwirkt.
In die Ausleger können die gebräuchlichen Dämpfungswiderstände untergebracht werden.
Durch diese Anordnung wird erfindungsgemäß der zusätzliche Vorteil erreicht, daß
bei Parallelschaltung von zwei oder mehreren Kondensatoren die zugehörigen Dämpfungsteilwiderstände
automatisch mit parallel geschaltet werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer Stoßspannungsanlage nach der Erfindung
wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
-
Fig. i zeigt das Schaltschema dieses viersäuligen Ausführungsbeispiels.
-
Fig. -2 ist eine perspektivische Darstellung desselben.
-
Fig. 3 ist eine Draufsicht, aus der besonders hervorgeht, wie einfach
diese Anlage ausgestaltet ist, und Fig. 4. gibt schematisch einen Teil der Bewegungsvorrichtung
der Hochspannungsumschalter an.
-
Es sind zehn Kondensatoren vorgesehen, die mit i bis io bezeichnet
sind. Sie haben z. B. eine Kapazität von o,125 ,uF und sind durch Widerstände i
i bis i9 und 2o bis 28 parallel geschaltet, Sämtliche Kondensatoren sind außerdem
durch Serienparallelschalter 29 bis 37 miteinander verbunden. Die Speisespannung
von z. B. 200 kV wird an die Punkte 38 und 39 angelegt. Der Punkt 38 ist z. B. geerdet.
Das Oberspannungsende .Io des Kondensators io ist über eine Funkenstrecke 9:j. und
die Widerstandsreihe 1i bis i9 und A6 mit der Erde verbunden. Zwischen dem Hochspannungspol
97 und der Erde kann ein Prüfobjekt 4.1 angeordnet sein. `'Wird die Anlage in Betrieb
gesetzt, so laden sich die Kondensatoren über die Widerstände i i bis 28 gleichzeitig
auf. Bevor sie die Endspannung erreicht haben, werden die Funkenstrecken-12 bis
5o und 94 durchschlagen. Die Kondensatoren sind dann in Reihe geschaltet, und ihre
Spannungen addieren sich. Der Nennwert der Hochspannung beträgt ioV, wenn L' die
Spannung der Ladestromquelle ist.
-
Werden aber die Schalter 29, 31, 35 und 37 umgelegt, so werden hierdurch
die Kondensatoren i, 2, 3 und .I, 5 und 6, 7 und 8 und 9 und io einschließlich ihrer
Dämpfungsteilwiderstande 98 parallel geschaltet, und es werden somit fünf aus je
zwei parallel geschalteten Kondensatoren bestehende Gruppen gebildet, die über die
Funkenstrecken :I3, .15, .I7 und .I9 in Reihe liegen. Der Nennwert der Spannung
beträgt nun 5 V Volt. Die umgelegten Schalter nehmen dabei die für den Schalter
29 in Fig. i gestrichelt gezeichnete Stellung ein.
-
Wenn außerdem die Schalter 30, 32, 34 und 36 umgelegt werden, so sind
sämtliche Iiondensatoren parallelgeschaltet und beträgt die Spannung L' Volt. In
jedem dieser drei Fälle ist aber die Energie 5 C L'2, wenn C die Kapazität
eines Kondensators ist. Der Schalter 95 ist vorgesehen, um gewünschtenfalls die
Entladungsspannung
regeln zu können. Der Hochspannungspol 97 ist durch den Widerstand 96 ständig
mit der unteren Widerstandsreihe und dadurch mit der Erde verbunden.
-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Kondensatoren in vier Säulen
aufgebaut, die sich in den Eckpunkten eines Quadrats befinden. Die erste Säule enthält
die Kondensatoren z, 5 und 9, die zweite Säule die Kondensatoren 2, 6 und io, die
dritte Säule die Kondensatoren 3 und 7 und die vierte Säule die Kondensatoren 4
und B. Jeder folgende Kondensator liegt um ein gleiches Stück höher als der in der
Schaltung vorhergehende Kondensator. Für die gegenseitigeAbstützung derKondensatoren
einer. Säule dienen die Isolatoren 93, welche kurzzeitig eine Spannung 3 Tl aushalten
müssen, wozu sie aber eine geringere Länge haben' können als bei Dauerbelastungen.
Die Enden der Kondensatoren sind zur Verhinderung von Sprüherscheinungen mit Wülsten
versehen. An diesen sind die Aufladewiderstände befestigt. Auch tragen sie jeder
einen Ausleger, an dessen Ende sich eine als festes Schaltglied dienende Kugel befindet.
An diesen Kugeln ist ein bewegliches Schaltglied -drehbar befestigt. So gehören
z. B. zu dem Kondensator 3 die Ausleger 51 und 52 mit den kugelartigen Schaltgliedern
53 und 54 und den beweglichen Schaltgliedern 55 und 56. Werden die Schalthebel 55
und 56 aufwärts bewegt, so kommt das freie Ende des Schalthebels 55 in die Nähe
des oberen festen Schaltgliedes des Kondensators 2 (in der Zeichnung zufälligerweise
nicht sichtbar). Über den Schalthebel 55 erfolgt dann die Hintereinanderschaltung
der Kondensatoren 2 und 3, weil sich die Funkenstrecke zwischen dem Ende des Schaltgliedes
55 und dem nicht sichtbaren festen Schaltglied des Kondensators 2 bildet. Durch
Regelung des Abstandes zwischen den Elektroden der Funkenstrecken kann man die Spannung,
bei der der Überschlag stattfindet, einstellen. Wird der Schalter abwärtsbewegt;
so, kommt Schaltglied 56 mit dem nicht sichtbaren festen Schaltglied und Schaltglied55
mit dem festen Schaltglied 57 des Kondensators 2 in Berührung, und es liegen die
Kondensatoren 2 und 3 parallel. Als zweites Beispiel sei Kondensator 8 betrachtet.
Dieser hat die Ausleger 58 und 59 mit den kugelartigen festen Schaltgliedern 6o
und 61 und den beweglichen Schaltgliedern 62 und 63. Werden die Schaltliebel62 und
63, die zusammen die beweglichen Schaltglieder eines Serienparallelschalters bilden,
aufwärts bewegt, so kommt das Ende des Schaltgliedes 63 in die- Nähe des festen,
an dem Ausleger 64 befestigten Schaltgliedes 65 des Kondensators 7, und @es wird
zwischen den Schaltgliedern 63 und 65 eine Funkenstrecke gebildet. Das Schaltglied
62 ist hierbei außer Benutzung. Bewegt sich der Schalter abwärts, so werden durch
62 die Kugeln 65 und 6o miteinander verbunden. Desgleichen wird auch die Kugel 61
mit der am Ausleger 66 des Kondensators 7 befestigten Kugel 67 durch den
Schalthebel 63 verbunden, so daß hierdurch die Kondensatoren 7 und 8 parallel
geschaltet sind. Auf diese Weise können z. B. die Kondensatoren der ersten und zweiten
Säule und die Kondensatoren der dritten und vierten Säule gleichzeitig in Reihe
oder gleichzeitig parallel geschaltet werden. Mit den restlichen Schaltern lassen
sich die Kondensatoren der vierten Säule mit den Kondensatoren 5 und 9 der ersten
Säule parallel oder in Reihe verbinden, während auch die Kondensatoren der dritten
Säule mit den Kondensatoren 2 und 6 der zweiten Säule in Reihe oder parallel verbunden
werden können.
-
In Fig. 3 sind die oberen Ausleger der Kondensatoren 8, 9 und 1o ebenso
wie der am Hochspannungspol 97 befestigte Ausleger sichtbar und mit 68, 69 und 7o
bezeichnet. Sie tragen die kugelartigen festen Schaltglieder 6o, 71, 72 und
73 mit den beweglichen Schaltgliedern 62, 74:, 75 und 95. In den Auslegern sind
Dämpfungsteilwiderstände untergebracht, so daß die Kugeln nicht direkt; sondern
über einen Widerstand mit den Kondensatoren verbunden sind.
-
Für die gleichzeitige Bewegung der Schalter dienen die aus isolierendem
Material bestehenden Stangen 76, 77, 78, 79 und 8o. In dem geerdeten metallenen
Fußteil 99, auf dem die Säulen ruhen, befindet sich eine Bewegungsvorrichtung
für die Stangen. Mit der Stange 76 werden die Schalter 29, 33 und 37, mit der Stange
77 die Schalter 30 und 3q., mit der Stange 78 die Schalter 31 und 35 und
mit der Stange 79 die Schalter 32 und 36 bewegt. Die zentrale Stange 8o dient ,nur
zur Bewegung des Schalters 95. An dem Ausleger 7o ist eine Führung 81 für die Stange
8o befestigt. Durch ein Querstück 82 ist der Schalthebel 95 mit der Stange 8o verbunden.
-
Dadurch, daß alle Stangen gleichzeitig bewegt werden, kann die Länge
sämtlicher Funkenstrecken auf ähnliche Weise und in einem Vorgang eingestellt werden.
-
Ein Beispiel dafür, wie man die Betriebsbedingungen nach Wahl ändern
kann, zeigt Fig. 4; dieses Beispiel ist für eine Anlage mit einem Mehrfachen von
vier Kondensatoren, z. B. zwölf Stück, gedacht, also für eine Anlage mit vier Säulen
mit je einer gleichen Anzahl Kondensatoren.
Auf einer in dem Fußteil
99 der Anlage befindlichen Scheibe 83 ruhen die Stangen 76, 77, 78, 79 und
8o. Die Sfiheibe kann durch einen Elektromotor auf- und abwärts bewegt werden (also
in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. q.). Man muß sich vorstellen,
daß die Stangen bei der tiefsten Lage der Scheibe von derselben frei liegen (die
Schalthebel ruhen dann auf den Kugeln) und daß die Scheibe dann mittels eines nicht
gezeichneten Stellhebels um ihre Achse gedreht werden kann.
-
Bringt man die Scheibe aus der Stellung I, die sie in Fig. :I einnimmt,
in die Stellung 1I und bewegt man sie danach aufwärts, so nimmt die Scheibe nur
die Stangen 77, 79
und 8o mit, weil die Stange 76 sich gegenüber einem Loch
8q., die Stange 78 sich gegenüber einem Loch 85 befindet. Die Kondensatoren I und
2, 3 und 4., 5 und 6, 7 und 8, 9 und io und gegebenenfalls der elfte und zwölfte
bleiben parallel geschaltet, während sich zwischen 2 und 3, :4 und 5, 6 und 7, 8
und 9 und gegebenenfalls io und dem elften Kondensator und zwischen dem zwölften
Kondensator und dem Hochspannungspol (bei der Anlage nach Fig. 2 zwischen io und
dem Hochspannungspol 97) die regelbare Funkenstrecken bilden.
-
Bringt man die Scheibe in die Stellung III, so bleiben die Stangen
76, 77 und 78 wegen des Vorhandenseins der Löcher 86, 87 und 88 stehen. Dies hat
nur für den Fall, daß die Anlage ein Mehrfaches von vier Kondensatoren hat, Bedeutung.
Die Kondensatoren werden bei dieser Stellung der Scheibe in Gruppen von vier parallel
geschalteten Kondensatoren verteilt. Wird die Scheibe in die Stellung IV gebracht,
so lasen die Löcher 89, go, 9I und 92 die Stangen 76, 77, 78 und 7 9 durch,
und es wird beim Aufwärtsbewegen der Scheibe 83 nur die Stange 8o und dadurch der
Schalter 95 bewegt. Alle Kondensatoren sind nun parallel geschaltet, und die Spannung
ist auf die niedrigste Stufe eingestellt.
-
Der beschriebene Aufbau der Stoßspannungsanlage hat den Vorteil einer
großen mechanischen Widerstandsfähigkeit, weil das Ganze in Form eines zusammenhängenden
Gerätes ausgestaltet ist, während das Gewicht der Anlage ebenso wie auch der erforderliche
Raumbedarf auf ein Minimum beschränkt wird.