DE895634C - Anodenrohr fuer Hochspannungsstromrichter - Google Patents

Description

Für die Ionenventile der Hochspannungsgleichrichter ist es bekannt, neben einem größeren oder kleineren Teil der Strombahn oder diesen Teil umgebend nahe den Anoden Leiter anzuordnen, die in der Sperrphase unter eine von der Anode gegen die Kathode abnehmende negative Spannung gesetzt werden und dazu dienen, eine Konzentration des Spannungsabfalles in der Sperrphase in dem Bereich unmittelbar vor der Anode und die daraus entstehende Gefahr einer Rückzündung zu verhindern. Es wurde vorgeschlagen, hierfür entweder eine große Anzahl gitterähnlicher Leiter oder einen zusammenhängenden Leiter von solchem Stoff oder von solcher Ausbildung zu verwenden, daß eine allmähliche Abnahme der Spannung erreicht wird. Die Anordnung einer größeren Anzahl einzelner Leiter einer gitterähnlichen Art, denen verschiedene Spannungen aufgedrückt werden, ist aus mehreren Gründen in der Praxis vorzuziehen. Bei der praktischen Ausbildung dieser Anordnung stellen sich jedoch gewisse, nicht ohne weiteres lösbare Aufgaben. Eine Aufgabe ist die Verhinderung der Ausbreitung der in der Strombahn auftretenden starken Ionisierung durch die Zwischenräume zwischen den verschiedenen Leitern bis zu dem umgebenden Isolator, wo sie Störungen verursachen kann. Eine andere Aufgabe ist, die Strombahn innerhalb angemessener Temperaturgrenzen zu halten, d. h. so, daß die Temperatur weder so niedrig wird, daß die Kathodenflüssigkeit (Quecksilber) im Anodenrohr kondensiert, noch so hoch wird, daß Kathodenflecke sich an den festen Leitern ausbilden können.

Die letztere Gefahr ist in der Regel die größere. Es hat sich nun erwiesen, daß diese beiden 'Aufgaben erfindungsgemäß gleichzeitig gelöst werden können, und zwar durch eine solche Ausbildung der die Strombahn (oder mehrere parallele Strombahnen) berührenden Leitkörper, daß sie den Raum im Anodenrohr zwischen Anode und Kathodenraum mindestens zur Hälfte ausfüllen. Dies bedeutet erstens, daß alle Abstände zwischen Körpern verschiedenen Potentials so kurz werden, wie es etwa dem Höchstwert der Überschlagsspannung bei der im Anodenrohr herrschenden Dampfdichte entspricht. Ferner bedeutet es, daß die Zwischenräume so eng werden, daß der Dampf beim Durchströmen durch diese von der Strombahn nach außen entionisiert wird und kein !Lichtbogen in den Kanälen aufrechterhalten werden kann. Schließlich bedeutet es, daß der Durchmesser des Rohres beträchtlich größer als der der ^lStrombahn wird, was nicht nur den für die Entionisierung verfügbaren Weg zwischen der Strombahn und der Außenwand des Rohres verlängert, sondern auch die äußere Wärmestrahlungsfläche der Leitkörper durch Vergrößerung ihrer Außendurchmesser vergrößert. Die Bestimmung, daß.dieLeitkörper das Anodenrohr mindestens zur Half te ausfüllen sollen, bezieht sich auf ihre äußeren Abmessungen, aber schließt nicht aus, daß in ihnen Hohlräume vorhanden sind, die elektrostatisch als geschlossen aufzufassen sind, so daß dn ihnen keine eine Ionisierung hervorrufen-, den odiar aufrechiferibaltendeni !elektrischen Felder ausgebildet werden können. Solche Hohlräume werden dann ate Teile der Körper .selbst aufgefaßt.

Um innerhalb weiter Grenzen für die Bemessung des Ionenventils eine befriedigende Abführung der Verlustwärme zu sichern, soll für die Abmessungen der Leitkörper noch eine Regel gelten. Da die¹ Erfahrung zeigt, daß die Stromdichte" in der Strombahn ('Welcher Ausdruck im folgenden- benutzt wird, obwohl er auch mehrere parallele Strombahnen einschließen kann) bei etwa demselben Wert für verschiedene Gesamtströme und Spannungen gehalten wenden soll, und da der Spannungsabfall pro Längeneinheit auch etwa der gleiche wind, so wird die Verlustwärme pro Längeneinheit etwa proportional der Durchschnittsfläche der Stronibahn. Da andererseits die Strahlungsfläche pro Längeneinheit nur proportional dem Durchmesser ist, so muß man bei größeren Werten des Gesamtstromes das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser der Körper und dem Höchstdurchmesser der Strombahn erhöhen, und zwar bei einer Verdoppelung der Stromstärke etwa wie von 2 bis 2,8. In diesem Falle kann vielmehr die Regel gelten, daß der Außendurchmasser, in Zentimetern ausgedrückt, von einer Zahl derselben Größenordnung wie die gesamte mittlere Durchschnittsfläche der Strombahn in Quadratzentimetern vertreten wird.

Falls die Rücksicht auf die Kühlung allzu große Werte des Außendurchmassers ergäbe, kann man den letzteren bei denselben gesamten Strahlungsfläche dadurch etwas· vermindern, daß man die axiale Abmessung der Körper am Umfang größer als nahe der Strombahn macht. Mit Rücksicht auf eine geeignete Formgebung wird dies im allgemeinen zur Folge haben, daß die zwischen dem Umfang und der Strioimbahn liegenden Teile von Kegelflächen begrenzt werden, und zwar mit gegen die Enden des Anodenrohres zunehmender Höhe. Diese Formgebung ist auch mit Rücksicht auf die Übarschlagsspannung vorteilhaft.

Eine in der letzterwähnten Weise angeordnete Ausfuhrungsform den Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die den an eine Anode grenzenden Teil der Strombahn eines Ionenventils mit umgebenden Teilen in Seitenansicht mit teilweisem Längsschnitt darstellt.

ι ist die Anode, an die der Strom von oben zugeführt wird. Der der Anode am nächsten liegende Raum ist in der dargestellten Ausf ührungsform von einem Porzellanrohr 2 umgeben, das oben durch einen Deckel 3, der aus Metall sein und gleichzeitig als Anodenleiter dienen kann, vakuumdicht geschlossen und unten, ebenfalls vakuumdicht, an den Kathodenraum 4 angeschlossen ist.

Zwischen der Anode und dem Kathodenraum liegen mehrere leitende Körper 5, denen in der Sperrphase des Ionenventils negative Spannungen von einer gegen den Kathodenraum abnehmenden Höhe aufgedrückt werden. Diese Körper, die wie die Anode aus Graphit oder Eisen bestehen können, haben in dar Mitte Bohrungen 6, die in den verschiedenen Körpern einander gerade gegenüberstehen, so daß sie durchgehende Kanäle für den Stromdurchgang bilden. Gegenüber jedem solchen Kanal befindet sich zweckmäßig auch eine Bohrung 7 in der Anode. Die Anzahl dar Kanäle richtet sich nach der Stromstärke, so daß jederKanal einen Höohststrom von einem annähernd bestimmten Werte leitet und in Zusammenhang damit auch einen hauptsächlich hierdurch bestimmten Querschnitt hat. Dies ist mit Rücksicht auf die Entionisierung während der Sperrphase wünschenswert, indem jedes Ion in dar leitenden Gasstrecke einen kurzen Weg zur nächsten neutralisierenden Oberfläche haben soll. Unter den gegenwärtig im allgemeinen vorkommenden Bietriebsverhältnissen hat es sich für die Erhaltung eines stetigen Betriebes als zweckmäßig erwiesen, die Weite des Kanals etwa 2 cm und die Normalstromstärke je no Kanal (Mittelwert wähnend einer Periode) etwa 5 bis 10 Amp. zu machen. Der Abstand zwischen den Kanälen; soll· in der Regel nicht größer sein, als es mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit nötig ist, wodurch ein Ausgleich von Ionen zwischen den Kanälen und damit der Stromverteilung erleichtert wind. Mit einem aus solchen Gesichtspunkten gewählten Abstand zwischen den Kanälen wird für sie ein Gesamtraum nötig, der etwa zur Hälfte von den Kanälen selbst und im übnigen von den Zwischenwänden aufgenommen wird. Außerhalb dieses Raumes wenden die Leitkörper erfindungsgemäß so weit fortgesetzt, daß ihr Außendurchmessarvorzugsweisewenigstens doppelt so groß wie dar größte Durchmesser des von den Kanälen, d. h. von den Strombahnen, in Anspruch

genommenen Raumes wird. Da außerhalb der Körper, wie in der dargestellten Ausführungsform, sich ein vakuumdichtas isolierendes Rohr 2 befindet, macht man auch den Zwischenraum zwischen diesem Rohr und den Körpern so klein, wie es mit Rücksicht auf die Toleranzen möglich ist, und jedenfalls so klein (höchstens ι cm), daß er von der gleichen Größenordnung wie die freie Ionenweglänge bei der herrschenden Dampfdichte ist. Hierdurch

ίο wird eine Stoßionisierung' im Zwischenraum praktisch ausgeschlossen und ein Überschlag also erschwert. Dieselbe Regel soll für den gegenseitigen Abstand der Spannungsverteilenden Leitkörper, wenigstens nahe der Anode, gelten, weshalb die genannten Körper das Anodenrohr größtenteils ausfüllen. Auf diese Weise erreicht man noch mehrere Vorteile. Erstens wird die Ionisierung des Metalldampfes hauptsächlich auf die eigentlichen Leitkanäle begrenzt, während die Ionisierung außerhalb dieser näher der umgebenden Wand schwach und die Möglichkeit der Zündung eines Lichtbogens in diesen äußeren Räumen minimal wird. Diese Möglichkeit wird durch die geringe Breite des an die Rohrwand grenzenden Raumes noch vermindert.

Ferner wird die äußere Wärmestrafolungisfläche groß im Verhältnis zum Volumen der Strombahn, in dfer die Wärmeentwicklung beim Nennstrom etwa konstant pro Volumeinheit ist. Dieses Verhältnis kann dadurch noch etwas erhöht werden, daß man in der dargestellten Weise die axiale Abmessung der Leitkörper 5 etwas größer am Umfang als unmittelbar an der Strombahn maeht, wobei die zwischen dem Umfang und der Strombahn liegenden Teile von Kegelflächen· mit gegen die Enden des Anodenrohres zunehmender Höhe begrenzt werden. Auch dieAnode selbst erhält zweckmäßig, wie gezeigt, eine entsprechende Gestalt.

Es ist nicht notwendig, daß der Anodenraum außen durch ein zusammenhängendes Isolatorrohr begrenzt wird, obgleich dies bei dem jetzigen Stand der Fugentechnik vorzuziehen sein dürfte. Falls die Leitkörper aus vakuumdichtem Stoff, z. B. aus Eisen oder anderem Metall, bestehen, der mit einem vakuumdichten Isoliermaterial, wie Porzellan oder Steatit, in einer befriedigenden Weise vakuumdicht zusammengefügt wenden kann, können die. Leitkörper außen unmittelbar an das Freie grenzen und zwischen, sie Iisolierringe mit vakuumdichten; Fugen eingelegt werden, so> daß eine zusammenhängende, abwechselnd aus isolierendem und leitendem Stoff bestehende Rohrwand gebildet wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist, daß sowohl die Erhaltung der Leitkörper in richtiger gegenseitiger Lage wie die Stromzuführung zum Aufdrücken* eines geeigneten Potentials im Vergleich mit der dargestellten Ausführungsform wesentlich erleichtert wird.

Falls der Anodenraum in der dargestellten Weise außen von einem zusammenhängenden Porzellanrohr begrenzt ist, ist es nicht gut durchführbar, dieses Rohr voir dem Brennen mit Vorsprängen zu versehen, die ohne weiteres zum Tragen der Leitkörper verwendbar sind, denn die Fo'rmveränderungen beim Brennen des Porzellans sind zu groß, um die Genauigkeit zu ermöglichen, die bezüglich der Lage dar· Leitkörper im Verhältnis zueinander, zur Anode und zum Rohr selbst notwendig ist. Statt dessen wird eis· in der Regel notwendig, das Rohr innen nach dem Brennen durch Schleifen oder Bohren zu bearbeiten. In dieser Weise können Aussparungen vorgesehen werden, in die die Leitkörper durch Bajonettverschluß befestigt werden, aber um das Bearbeiten des Porzellans auf einen Mindestbetrag zu beschränken, ist die in der.Zeichnung dargestellte Ausführung zweckmäßiger. Hier sind in die Leitkörper von außen radiale Löcher 8 gebohrt, beispielsweise drei in jedem Körper, und auf den Umfang gleichmäßig verteilt. Gegenüber den Stellen, wo diese Löcher anzubringen sind, sind im Isolierrohr 2 von innen Scharten 9 ausgeschliffen. Für die Zusammensetzung werden in die Löcher 8 Stifte 10 eingeführt, zweckmäßig aus Porzellan oider anderem keramischem Isolierstoff, worauf diie Leitkörper in ihre Lage gebracht und in ihre axialen Löcher 11 Schrauben 12 mit Kegelköpfen eingeschraubt werden, so daß sie die Stifte 10 in die Scharten 9 hineindrücken und den Leitkörper fest am Platz halten. Die Anode 1 kann, wie gezeigt, in ähnlicher Weise festgehalten werden. Das Einführen erfolgt von dem am nächsten liegenden Rohrende, wodurch das Zusammenfügen erleichtert wird. Durch die Ausführung der Stifte 10 aus Isolierstoff erreicht man unter anderem den Vorteil, daß die Fuge zwischen Leiter und Isolator besser abgeschirmt wird als bei ihrer Ausführung aus Metall.

Nachdem jeder Leitkörper in der beschriebenen Weise in seiner Lage befestigt ist und bevor der nächste eingeführt wird, wird der Stromanschluß hergestellt. Zu diesem Zweck verwendet man biegsame Leiter 13, die durch Löcher in der Isolatorwand eingeführt, an denLeitkörpern mittels Schrauben 14 befestigt und an den Mündungen der Löcher mit MetaHhauben 15 verbunden werden, welche auf Warzen 16 außen am Isolierrohr aufgeglastwerden. Die Warzen können vor dem Brennen geformt werden, da infolge der Biegsamkeit der Leiter 13 keine Genauigkeit erforderlich ist. Die zum Befestigen der Hauben 15 dienende Glasmasse soll möglichst wenig in die Löcher hineindringen, durch die die Leiter geführt werden, damit sie mit dem heißen Metalldampf nicht in Berührung kommt, welcher dann von den verhältnismäßig leichtflüchtigen Bestandteilen deir Masse verunreinigt werden könnte.

Da die Ströme, die den Leitkörpern zuzuführen sind, um diese bei geeignetem Potential zu halten, ziemlich schwach sind und da selbst die besten Isolierstoffe, z. B. Porzellan, bei der Betriebstemperatur der Rohrwand gewöhnlich eine gewisse begrenzte Leitfähigkeit besitzen, kann es in gewissen Fällen möglich sein, den Strom zu den Leitkörpern durch die Rohrwand selbst zuzuführen, die dann zu diesem Zweck mit leitenden Belägen, z. B. aus Metall, einander gegenüber auf der Außen- und Innenseite versehen wird. Die inneren Beläge

werden dann mit den Leitkörperti und die äußeren Beläge mit geeigneten Punkten einer Spannungsquelle verbunden.

Falls in· der Nähe der Kathode besondere Gitter ij für Steuer- oder andere Zwecke angebracht sind, können auch sie in der gleichen Weise wie die Leitkörper 5 feistgehalten und an Stromquellen angeschlossen werden.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anodenrohr für Hochspannungsstroimrichter mit einer Anzahl die Strombahn berührender leitender Körper für die Spannungsverteilung in der Sperrphase, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Körper dertart bemessen sind, d'aß sie den Raum im Anodenrohr zwischen Anode und Kathodenraum mindestens zur Hälfte ausfüllen.

2. Anodenrohr nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Durchmesser der Körpier mindestens; doppelt so groß wie der größte Durchmesser der Strombahn ist.

3. Anodenrohr nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Durchmesser der Leitkörper in Zentimetern eine Zahl derselben Größenordnung wie die gesamte mittlereDurchschnittsilache der Strombahn in Quadratzentimetern bildet.

4. Anodenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Dimension dar Leitkörper größer am Umfang als nahe der Strombahn ist, wobei die zwischen dem Umfang und der Stroimbahn liegenden Teile durch Kegelflachen mit gegen die Enden des Anodenrohres zunehmender Höhe begrenzt werden.

5. Anodemrobr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Leitkörpern untereinander und gegen angrenzende leitende Teile wenigstens nahe der Anode höchstens etwa 1 cm beträgt.

6. Anodenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper aus einem vakuumd'ichten Stoff ausgeführt und am äußeren Rande an zwiisdhienliagenide viakuumidlicäite Isolderringe fest emailliert 'sind, so daß sie zusammeln mit den letzteren das geschlossene Anodenrohr bilden.

7. Anod'enrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laitkörper in einem sie mit einem kleinen Zwischenraum umgebenden.

. Rohr aus vakuumdichtem Isolierstoff, z. B. Porzellan, aufgehängt sind.

8. Anodenrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper an Stiften, zweckmäßig aus keramischem Stoff, die in Löchern im Isolator stecken, aufgehängt sind.

9. Anodenrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Stromzufuhrorgane der Leitkötper an Beläge auf der Innenseite des Isolierrohres angeschlossen, während gegenüberliegende Beläge auf der Außenseite des Rohres mit Punkten einer Spannungsquelle verbunden sind.

10. Anodenrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Stüomzufuhrorgane den Leitkörper Löcher im Isolierröhr durchsetzen, welche Löcher an den äußeren Enden von Warzen umgeben und durch 'auf den Warzen festgeglaste Metallhauben abgedeckt sind, welche als Stromanschlüsse dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen