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Gleichstromhochspannungsanlage zur Erzeugung konstanter Gleichspannung
mit Kondensatoren und Ventilen nach der Greinacher-Vervielfachungsschaltung Ein
besonderer Vorteil der für Gleichstromhochspannungserzeugung vielfach verwendeten
Greinacher-Vervielfachungsschaltung, deren Wirkungsweise als bekannt unterstellt
werden: kann, liegt in dein Umstand, daB infolge Aufteilung der Gesamtspannung in
Teilspannungsstufen die einzelnen Kondensatoren und Ventilröhren im allgemeinen
nur mit dem doppelten Scheitelwert der an der Schaltanordnung wirksamen Wechselspannung
beansprucht werden. In Abb. z ist eine dreistufige Anlage als Beispiel dargestellt,
an deren Knotenpunkten b, c, d, e, f und g die innerhalb einer Periode
des zugeführten Wechselstromes auftretenden Höchstwerte der Gleichspannung eingetragen
sind; U sei hierbei der Scheitelwert der Sekundärspannung des. Transformators T.
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Mau erkennt, daß die linken Kondensatoren C2, C4 und C6 an einer im.
wesentlichen konstanten Spannung vom. absoluten Betrag 2 U liegen, während die Spannung
der rechten
Gruppe mit den Kondensatoren Cl, C3 und C5 um den gleichen
absoluten Betrag 2 U pulsiert, so daß die einzelnen Ventilröhren V1 ... 1B
ebenfalls mit einer pulsierenden Spannung vom absoluten Betrag 2. U beansprucht
werden.
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Die eingetragenen Spannungswerte, beziehen sich auf den Leerlaufbetrieb
einer solchen Anordnung; bei Belastung treten infolge des veränderlichen Ladungsentzuges
der verschiedenen Kondensatoren kleinere oder größere Spannungsverlagerungen auf,
die bei plötzlichen groben Belastungsstößen eine- dementsprechend hohe Spannungsüberbeanspruchung
einzelner Elemente! zur Folge haben: Wird z. B.. an dem Knotenpunkt g mit dem Leerlaufpotential
6 U Strom. entnommen, so bricht zunächst hier die Spannung von 6 U mehr oder weniger
merklich zusammen. Dadurch erhöht sich aber gleichzeitig zunächst die an dem obersten
Glied liegende Spannung, die momentan über den vorher erwähnten Betrag von 2 U ansteigt.
Da durch die Verringerung der Spannung an dem Punkt g nunmehr auch den übrigen Kondensatoren
Ladung entzogen wird, weil inzwischen auch das Potential des Punktes f erheblich
gesunken ist, so wird die Potentialverteilung der einzelnen Ventilröhren durch die
Entladeströme. der verschiedenen Kondensatoren weit über den zulässigen Wert des
Betriebsstromes hinaus beansprucht werden können.
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Ein solcher plötzlicher Ladungsentzug liegt bei einem Durch- oder
Überschlag eines zwischen die Punkte a und g geschalteten Objektes z. B. im Falle
einer Prüfung auf Spannungssicherheit vor. Im extremen Fall, in dem der Punkt g
also an Erde gelegt ist und mit dem Punkt a kurzgeschlossen erscheint, ist somit
die gesamte Spannungsvervielfachungsschaltanordnung überbrückt. Es ist ohne weiteres
einzusehen, daß infolge von Spannungsverlagerungen sowohl an den Ventilen I'1 .
. . L', als auch an dem Kondensator C6 außerordentlich hohe Spannungen, besonders
in den letzten Stufen, liegen und diese Elemente auch momentan mit recht erheblichen
Ausgleichströmen belastet sind. Statt der Spannung vom Absolutbetrag :z U liegt
nämlich an dem Kondensator C6 eine Spannung von q. U und an der Ventilröhre h5 sogar
eine Spannung von 6 U. Der momentane Kurzschlußstrom ist einerseits durch den Spannungsbetrag
von q. bzw. 6 U, der aus der Potentialverlagerung resultiert, und andererseits durch
den an sich sehr geringen Widerstand der Kurzschlußüberbrückung gegeben.
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Um. die einzelnen Elemente, insbesondere die Ventile V1
... hg, die am meisten gefährdet sind, hiergegen zu schützen, müßte man sie
also so dimensionieren, daß sie diesen an sich nur kurzzeitig und im übrigen auch
nur vereinzelt auftretenden Überbeanspruchungen gewachsen sind. Daß dieses aber
eine erhebliche Verteuerung der Anlage mit sich bringen würde, liegt auf der Hand,
abgesehen von dem Umstand, daß vielfach einer solchen Maßnahme, insbesondere bei
den Ventilen für höchste Spannungen, heute überhaupt noch Grenzen der technischen
Ausführba,rkeit gezogen sind. Eine in dieser Richtung bekanntgewordene Lösung besteht
darin, die Ventilkathoden so zu bemessen, daß sich ein möglichst großer Strom ausbilden
kann, durch den im extremen Fall mit unendlicher Ergiebigkeit der Ventilkathoden
an sich Potentialverlagerungen vermieden werden könnten. Da aber praktisch niemals
ein innerer Widerstand der Generatorsäule gleich Null erreicht werden kann, der
einer unendlichen Stromergiebigkeit der Ventilkathoden entspräche, bleibt stets
eine Gefährdung der Anlage vorhanden, wenn es zufällig zu einem satten äußeren Kurzschluß
kommt und der diesem entsprechende Kurzschlußstrom von den Ventilröhren nicht mehr
abgegeben werden kann. Dazu kommt, daß solche Ventile noch mit dem Nachteil behaftet
sind, daß sie eine hohe Zündspannung benötigen und an einen kleinen Temperaturbereich
gebunden sind. Diese Lösung hat daher gerade bei Ventilröhren mit hohen Spannungen
oder bei Anlagen mit hohen Leistungen kaum Aussicht auf einen Erfolg.
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Man hat ferner versucht, durch Einfügung eines Schutzwiderstandes,
der den an dem Punkt g der Schaltung entnommenen; Strom begrenzt, eine gewisse Dämpfung
des Kurzschlusses zu erzielen, doch hat sich gezeigt, daß eine solche Anordnung,
die im extremen Fall des vollkommenen Durch- oder Überschlages völligen Schutz gewähren
soll, nur eine sehr beschränkte Brauchbarkeit aufweist, weil sie bereits bei mäßiger
und an sich im Hinblick auf Leistungsfähigkeit und Spannungshaltung der Anlage noch
durchaus zulässigen Stromentnahme einen recht erheblichen Spannungsabfall und einen
auf die Dauer unerträglichen Energieverlust zur Folge hat.
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Demgegenüber besteht das Wesen der erfindungsgemäßen Anordnung darin,
daß unter Verwendung von. Ventilen, die etwa für den doppelten Betrag der Scheitelspannung
der Sekundärwicklung des Eingangstransformators bemessen sind, zwischen den Punkten
höchsten gleichbleibenden und pulsierenden Leerlaufpotentials der beiden Kondensatorgruppen
eine vorzugsweise von einem Hartpapierroh- umgebene Funkenstrecke angeordnet ist,
deren Ansprechspannung um ein
geringes über jenem doppelten Betrag
der Scheitelspannung liegt.
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Die Erfindung liegt also nicht schlechthin in der Anwendung einer
oder mehrerer Schutzfunkenstrecken als einer vorsorglichen Maßnahme -im Sinne der
üblichen und an sich bekannten Schutzfunkenstrecken für Gleichstromhochspannungsanlagen,
sondern in der Erkenntnis, daß gerade bei der Greinacher-Vervielfachungsschaltung
die Funkenstrecke sich am vorteilhaftesten zur Befriedigung eines hier auftretenden
besonderen Bedürfnisses nach einer Schutzeinrichtung gegen Potentialverlagerungen,
die bei Ladungsentzug infolge des inneren Widerstandes der Gene ratorkette auftreten,
eignet. Die erfindungsgemäße Anwendung der Schutzfunkenstrecke hat vor allem den
für die Greinacher-Schaltung bedeutsamen Vorteil, daß normale handelsübliche Ventile
verwendet werden können.
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Die Funkenstrecke, die vorzugsweise parallel der Röhre Vs (Abb. i:)
oder/und dem Kondensator C6 geschaltet wird, erhält eine Ansprechspannung, die etwas
über dem eingangs erwähnten theoretischen Wert von z U liegt, so daß sie stets bei
einer Spannungsverlagerung infolge eines plötzlichen Belastungsstoßes anspricht,
sobald die an dem betreffenden Element wirksame Spannung der zulässigen Überwert
überschreitet. Der über die Funkenbahn fließende Strom bewirkt sowohl eine Stromentlastung
des jeweiligen Elementes als auch insbesondere einen Ausgleich der Ladungen und
damit der Spannungen. Sobald der Gefahrenzustand beseitigt ist, erlischt die Funkenstrecke
von selbst.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, parallel zu mehreren Elementen
eine gemeinsame Schutzfunkenstrecke vorzusehen, wenn es zweckmäßig erscheint, den
Schutz außer auf das Ventil V, oder/und den Kondensator C, noch auf weitere Elemente
zu erstrecken und tdiese nicht für sich einzeln durch zusätzliche Funkenstrecken
geschützt werden. Im allgemeinen wird das. aber nur bei vielgliedrigen Anlagen höchster
Spannungen erforderlich werden, bei denen schon eine verhältnismäßig geringfügige
Überschreitung der regelmäßigen: Betriebsbeanspruchungsspannung von, 2 U Störungen
oder Defekte, an den einzelne Elementen erwarten läßt. Da es sich bei Anlagen der
vorliegenden Art in der Hauptsache um solche für relativ hohe Spannungen handelt,
bei denen Sprühverluste durch Korona auftreten, so wird erfindungsgemäß die Funkenstrecke
in ein Hartpapierrohr gemäß Abb.2 eingebaut, das unter Umständen auch noch mit einer
Gas-oder Flüssigkeitsfüllung versehen wird. Da sich zwischen den beiden, Kondensatorgruppen
beim Aufbau der Schaltungsanordnung in der bekannten Form eines leiterähnlichen
Gebildes zur Abstützung der beiden Säulen ohnedies Hartpapierrohre befinden, so
ist es schließlich ohne weiteres möglich, auch die Funkenstrecke mit einem solchen
Abstützrohr mechanisch zu vereinigen. .