Hochspannungsanlage. Für die Erzeugung von Gleichstrom ausserordentlich hoher Spannung (in der Grössenordnung von 108 Volt), kann man ein aus Kondensatoren und Ventilröhren beste hendes System verwenden. Die Kondensato ren sind zu zwei Säulen aufgebaut und die in Reihe geschalteten Ventile sind zwischen diesen Säulen derart angeordnet, dass je zwei aufeinanderfolgende Ventile von einem Kon densator überbrückt werden. Das erste Ven til wird von einem Kondensator und einer mit diesem in Reihe geschalteten Wechsel stromquelle überbrückt.
Ein Metallkörper oder ein metallbekleide ter Körper mit glatter abgerundeter Ober fläche deckt die Säulen ab und bildet den Hochspannungspol. Da dieser Polkörper das höchste Potential erhält, müssen seine Ab stände von den Wandungen des Hochspan nungsraumes, die als geerdete Teile zu be trachten sind, grösser sein, als die verlangte Schlagweite. Wenn der zur Verfügung stehende Raum beschränkt ist, ist es aus die sem Grunde vorteilhaft, die Anlage so zu bemessen, dass der Polkörper ungefähr in der Mitte des Hochspannungsraumes liegt.
Um die erzeugte Hochspannung anwen den zu können, muss man von dem Polkörper mit den Stromzuführungsleitungen wieder heruntergehen. Selbstverständlich wird durch diese Leitungen der Verlauf der Aquipoten- tialflächen des elektrischen Feldes beein flusst.
Sind die Stromverbraucher in demsel ben Raum wie die Erzeugungsanlage ange ordnet, so lassen sich zwar Schwierigkeiten mit isolierten Durchführungen durch die Wand vermeiden, aber die Abstände der hochspannungführenden Teile dieser Strom verbraucher von der Wand müssen doch ent sprechend den von ihnen auszuhaltenden Spannungsdifferenzen bemessen sein.
Die Erfindung bezweckt, den für eine Hochspannungsanlage der beschriebenen Gat tung verfügbaren Raum möglichst günstig auszunutzen und dadurch die erreichbare Spannung möglichst hoch zu steigern. Sie geht von der Erwägung aus, dass der ober halb des Säulensystemes liegende Teil des Hochspannungsraumes, der ungefähr ebenso hoch ist wie der untere Teil, dazu benutzt werden kann, Teile der Anlage unterzubrin gen, deren Potential ungefähr gemäss dem dort vorhandenen Spannungsgradienten ver läuft.
Auf Grund dieser Erkenntnis wird bei der Hochspannungsanlage nach der Erfin dung die Generatorsäule ungefähr in der Mitte der Boden- bezw. Deckenfläche des Hochspannungsraumes angebracht, wobei ihr das höchste Potential gegen Ende aufweisen der Polkörper praktisch in der geometrischen Mitte des Hochspannungsraumes sich befin det und der Verbraucher in der Richtung der Verlängerung der Generatorsäule über den Polkörper hinaus nach der Decken- bezw. Bodenfläche des Hochspannungsraumes hin angeordnet ist.
Die erfindungsgemässe Anordnung ergibt eine bedeutende Raumersparnis, die eine Steigerung der Spannung ermöglicht. Um mit der Spannung noch höher gehen zu kön nen, kann der Raum rings um den Polkörper durch mindestens eine Zwischenwand unter teilt sein. Zvischenw ände aus Isoliermaterial, etwa mit Kunstharzstoff getränkte und zu sammengepresste Faserstoffe, z. B. Pertinax, verhindern bis zu einem bestimmten Grade einen direkten Überschlag. Aber auch lei tende Zylinder können die Spannungssicher heit erhöhen, besonders wenn sie zur Poten tialsteuerung auf eine bestimmte Spannung gehalten werden.
Für die Steuerung des elektrischen Feldes können leitende Verbin dungen zwischen dem Polkörper und den Seitenwänden des Hochspannungsraumes dienen. Von der 'Wandung des Raumes nach dem Säulensystem wird die Krümmung der Äquipotentialfelder stärker. Es ist möglich, der hiedurch bedingten Zunahme des Span nungsgradienten durch gegeignete Potential steuerung entgegenzuwirken. Die Potential zunahme pro Längeneinheit wird dann in der Nähe des Säulensystemes herabgesetzt, und weil die Durchschlagfestigkeit hauptsächlich von dem grössten Potentialgradient abhängt, wird sie durch diese Massnahme erhöht.
Um zu bewirken, dass sich durch einen Spannungsstoss, z. B. bei Durchschlag einer Entladungsröhre, über die leitenden Zylin der kapazitiv eine günstige Spannungsvertei lung einstellt, ist es vorteilhaft, die innern leitenden Zylinder länger zu wählen, als die äussern.
Eine Anlage nach der Erfindung kann entweder für hohe positive Spannung gegen Erde oder für eine hohe negative Spannung gebaut werden. Es ist auch möglich, sie so einzurichten, dass sie für beide Fälle geeig net ist. Zu diesem Zweck sind die Ventil sockel zweckmässig so beschaffen, dass die Ventilröhren umgekehrt eingesteckt werden können. Hierdurch kann die Anlage umge polt werden.
An Hand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung näher dargelegt.
Fig. 1 stellt schematisch eine Tlochspan- nungsanlage in bekannter Ausführung mit neben dem Säulensystem angeordneten Ver brauchern dar; Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anlage nach der Erfindung in einem Raum von glei chen Abmessungen.
In Fig. 1 ist auf dem Boden 1 des Hoch spannungsraumes ein Säulensystem 2 aufge baut, das aus zwei Kondensatorsäulen 3 und 4 mit dazwischen geschalteten Ventilen 5 besteht. Die Kondensatoren jeder Saüle sind in Reihe geschaltet und es werden somit die Spannungen sämtlicher Kondensatoren einer Säule addiert. Der Potentialunterschied gegen Erde der verschiedenen Zwischenglieder 6, welche die Kondensatorbeläge verbinden, nimmt nach oben hin zu und der auf den Säulen ruhende metallene Hohlkörper 7 er hält das höchste Potential, z. B. einige Millionen Volt.
Zwischen diesem Körper 7, dem Polkörper, und der Erde ist rechts von dem Generatorsystem ein Verbrauchersystem angeordnet. Das Verbrauchersystem enthält einen Widerstand B. Von einem Teil dieses Widerstandes wird eine Spannung abgegrif fen zum Messen der Hochspannnung. Ein in der Figur nicht angegebenes elektrostatisches Voltmeter ist zwischen Erde und einer Ab- zweigung des Widerstandes angeschlossen, wobei das Verhältnis des parallel zum Mess- instrument liegenden Widerstandes zum gan zen Widerstand zum Beispiel 1 : 1000 be trägt.
Das Messinstrument wird dann immer mit 1/1000 der Spannung des Polkörpers bela stet und zeigt die erzeugte Hochspannung an. In einer bekannten Ausführung besteht der Widerstand aus einer grossen Anzahl von Kohlenwiderständen, die alle in Reihe ge schaltet und in einem ölgefüllten Isolator rohr untergebracht sind, wobei der Gesamt widerstand 1500 Megohm beträgt.
Zu dem Verbrauchersystem gehört ferner eine Entladungsröhre 9, beispielsweise eine Röntgenröhre für Gammastrahlen. Solche Röhren werden meistens aus mehreren Teil stücken zusammengesetzt, in denen die Elek tronen stufenweise beschleunigt werden. Um die Spannung über die verschiedenen Stufen richtig zu verteilen, ist ein weiterer Wider stand 10 vorgesehen, von dem entsprechende Abzweigungen mit den Zwischenelektroden der Röntgenröhre 9 verbunden sind. Zwischen der Röhre 9 und dem Polkörper 7 ist ein Schutzwiderstand 11 angeordnet. Der Pol körper 7 ragt etwas über die unter ihm lie genden säulenartigen Teile hinaus, um die Form der Äquipotentialflächen günstiger zu gestalten.
Zu demselben Zwecke ist seine Oberfläche abgerundet.
Die zulässige Hochspannung wird durch den Abstand a zwischen dem Polkörper 7 und der geerdeten Mauer 12 des Hochspan nungsraumes bestimmt.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 2 ist das Generatorsystem 2 nicht neben dem Verbrau chersystem, sondern im obern Teil des Hoch spannungsraumes angeordnet. Der Polkörper 7 kann dadurch in seiner Breitenabmessung kleiner gehalten werden, weil er eine gerin gere Grundoberfläche zu überdecken hat. Der Abstand zwischen diesem Körper und der geerdeten Wand 12 des Hochspannungsrau mes wird dadurch bedeutend grösser. Demzu folge kann auch eine höhere Spannung zu gelassen werden.
Der Messwiderstand 8, die Verbraucherröhre 9 und das Potentiometer 10 sind unter dem Polkörper aufgestellt. Sie ruhen zum Beispiel auf einer geerdeten me tallenen Tischplatte 13, die gleichzeitig als Schutzwand für das darunter arbeitende Be dienungspersonal und gegebenenfalls einen Patienten dient. Ein Lagerungstisch ist in der Figur mit 14 angedeutet. Das geerdete Ende 15 des Entladungsrohres ragt durch die Tischplatte 13 hindurch und enthält zum Bei spiel die geerdete Antikathode, von der die Gammastrahlen ausgehen.
In der Höhe wird das elektrische Feld automatisch gesteuert, und zwar oberhalb des Polkörpers 7 durch die Kondensatoren der Säulen 2 und 3 und unterhalb desselben durch die Widerstände 8 und 10.
Um Überschläge nach der Seitenwand hin zu verhindern, können Zwischenwände aus Isoliermaterial oder auch metallene (bew. me tallbekleidete) Wände angeordnet werden. In Fig. 2 sind solche metallene Zwischenwände 16, 17 und 18 vorgesehen. Sie sind durch Widerstände 19, 20, 21 und 22 untereinander und mit dem Polkörper und der Mauer 12 verbunden. Durch das Verhältnis dieser Widerstände hat man die Potentiale der ver schiedenen Zwischenwände in der Hand.
Da durch kann ein zu starkes Zusammendrän gen der Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes in der Nähe des Polkörpers verhindert werden und man kann die starken Unter schiede des Potentialgradienten in den ver schiedenen Zonen abglitten, z. B. können die Widerstände so bemessen werden, dass der höchste Potentialgradient in jeder Zone der selbe ist. Die zulässige Spannung des Pol körpers wird dadurch bedeutend erhöht.
Zweckmässig ist auch die Länge der Zy linder verschieden zu wählen, und zwar die Länge des äussern Zylinders 16 kleiner als die des Zylinders 171 und dessen, Länge wieder klei ner als die des Zylinders 18, damit die Kapa zität der von den Zylindern untereinander und dem Polkörper 7 bezw. der Mauer 12 gebilde ten, in Reihe geschalteten Kondensatoren mit Rücksicht auf rasche Potentialänderungen entsprechend der gewünschten Spannungs verteilung bemessen wird. Die Zylinder kön- nen an Seilen 23 aus isolierendem Stoff, z. B.
Hanf, aufgehängt sein, und zur gegenseitigen Abstützung können Isolierröhren, welche die potentialsteuernden Widerstände enthalten, benutzt. -erden.
Die Erregerapparate, z. B. ein Transfor mator 24 und eine Stromquelle 25 für die Heizung der Ventile, die in an sich bekannter Weise mit dem Generatorstrom verbunden sind, können auf der Deckenwand 26 aufge stellt sein.
Umgekehrt kann sich der Arbeitsplatz auf der Decke befinden und das Säulen system 2 auf dem Boden 1 aufgestellt sein, während das Verbrauchersystem sich zwi schen Polkörper 7 und Decke 26 befindet.
Wenn auch im obigen beispielsweise auf eine Röntgenröhre als Verbraucherapparat Bezug genommen wird, so kann die Anlage auch für andere Zwecke, z. B. für die Erzeu gung von Neutronen, verwendet werden. Hiezu ist es in der Regel erwünscht, dass der Polkörper 7 das positive Potential hat; die Ventilröhren 5 müssen dann umgekehrt an geordnet werden, das heisst Kathode und Anode der Ventile müssen vertauscht wer den. Es ist nun ohne besondere Schwierig keiten möglich, die Ventilsockel so auszuge stalten, dass die Ventilröhren auch umgekehrt darin eingesteckt werden können, so dass die Polarität der Anlage im Bedarsfalle schnell umgekehrt werden kann.
Die beiden Sockel einer Ventilröhre müssen dann Kontaktmittel für die Heizstromzuleitung besitzen und an die Heizstromquelle angeschlossen sein. Für die Ventilheizung kann das bekannte Hoch frequenzsystem benutzt werden. Auch kön nen zu dem Zwecke der Ventilheizung in den Zwischengliedern 6 Generatoren angeordnet sein, die über Isolierwellen von einem auf Erdpotential befindlichen Motor angetrieben werden können.