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.
High voltage system. A system consisting of capacitors and valve tubes can be used to generate extremely high voltage direct current (of the order of magnitude of 108 volts). The capacitors are built into two columns and the valves connected in series are arranged between these columns in such a way that two consecutive valves are bridged by a capacitor. The first Ven valve is bridged by a capacitor and an alternating current source connected in series with it.
A metal body or a metal clad body with a smooth rounded surface covers the pillars and forms the high-voltage pole. Since this polar body receives the highest potential, its distance from the walls of the high-voltage room, which are to be considered as earthed parts, must be greater than the required striking distance. If the available space is limited, it is therefore advantageous to dimension the system so that the polar body is approximately in the middle of the high-voltage space.
In order to be able to use the high voltage generated, you have to go back down from the pole body with the power supply lines. Of course, the course of the equipotential surfaces of the electric field is influenced by these lines.
If the electricity consumers are in the same room as the generating plant, difficulties with insulated bushings through the wall can be avoided, but the distances between the high-voltage parts of these electricity consumers and the wall must be dimensioned according to the voltage differences they can withstand.
The aim of the invention is to utilize the space available for a high-voltage installation of the described Gat device as cheaply as possible and thereby to increase the achievable voltage as high as possible. It is based on the consideration that the part of the high-voltage room located above the column system, which is roughly as high as the lower part, can be used to accommodate parts of the system whose potential runs roughly according to the voltage gradient there.
Based on this knowledge, in the high-voltage system according to the invention, the generator column is approximately in the middle of the ground or Ceiling surface of the high-voltage room attached, with you having the highest potential towards the end of the pole body is practically in the geometric center of the high-voltage room is and the consumer in the direction of the extension of the generator column beyond the pole body after the ceiling or respectively. Floor area of the high-voltage room is arranged towards.
The arrangement according to the invention results in a significant saving of space which enables the voltage to be increased. In order to be able to go even higher with the voltage, the space around the polar body can be divided by at least one partition. Intermediate walls made of insulating material, such as impregnated with synthetic resin and compressed fibers, z. B. Pertinax, prevent a direct rollover to a certain extent. But conductive cylinders can also increase voltage reliability, especially if they are kept at a certain voltage for potential control.
Conductive connections between the pole body and the side walls of the high-voltage compartment can be used to control the electrical field. From the wall of the room after the column system, the curvature of the equipotential fields becomes stronger. It is possible to counteract the resulting increase in the voltage gradient by means of suitable potential control. The increase in potential per unit length is then reduced in the vicinity of the column system, and because the dielectric strength mainly depends on the greatest potential gradient, it is increased by this measure.
In order to cause a voltage surge, e.g. B. when a discharge tube breaks down, on the conductive cylinder of the capacitive setting a favorable voltage distribution, it is advantageous to choose the inner conductive cylinder longer than the outer one.
A system according to the invention can be built either for a high positive voltage to earth or for a high negative voltage. It is also possible to set it up so that it is suitable for both cases. For this purpose, the valve bases are appropriately designed so that the valve tubes can be inserted the other way around. This allows the system to be reversed.
The invention is explained in more detail with the aid of the accompanying drawing.
1 shows schematically a hole tensioning system in a known design with consumers arranged next to the column system; Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention in a room of the same dimensions.
In Fig. 1, a column system 2 is built up on the floor 1 of the high-voltage space, which consists of two capacitor columns 3 and 4 with valves 5 in between. The capacitors of each column are connected in series and the voltages of all capacitors of a column are added. The potential difference to earth of the various intermediate members 6, which connect the capacitor plates, increases upwards and the resting on the pillars metal hollow body 7 he holds the highest potential, for. B. a few million volts.
Between this body 7, the polar body, and the earth, a consumer system is arranged to the right of the generator system. The consumer system contains a resistor B. A voltage is tapped from part of this resistor to measure the high voltage. An electrostatic voltmeter, not shown in the figure, is connected between earth and a branch of the resistor, the ratio of the resistance lying parallel to the measuring instrument to the total resistance being, for example, 1: 1000.
The measuring instrument is then always loaded with 1/1000 of the voltage of the pole body and shows the generated high voltage. In a known embodiment, the resistor consists of a large number of carbon resistors, all of which are connected in series and are housed in an oil-filled insulator tube, the total resistance being 1500 megohms.
The consumer system also includes a discharge tube 9, for example an X-ray tube for gamma rays. Such tubes are usually composed of several pieces in which the electrons are accelerated in stages. In order to correctly distribute the voltage over the various stages, another counter stand 10 is provided, from which the corresponding branches are connected to the intermediate electrodes of the X-ray tube 9. A protective resistor 11 is arranged between the tube 9 and the pole body 7. The pole body 7 protrudes slightly beyond the pillar-like parts lying below it in order to make the shape of the equipotential surfaces more favorable.
For the same purpose, its surface is rounded.
The permissible high voltage is determined by the distance a between the pole body 7 and the grounded wall 12 of the high voltage room.
In the arrangement according to FIG. 2, the generator system 2 is not arranged next to the consumer system, but in the upper part of the high-voltage space. The pole body 7 can be kept smaller in its width dimension because it has to cover a lower ger base surface. The distance between this body and the grounded wall 12 of the Hochspannungsrau mes is significantly larger. As a result, a higher voltage can also be allowed.
The measuring resistor 8, the consumer tube 9 and the potentiometer 10 are set up under the pole body. They rest, for example, on a grounded me-tallen table top 13, which also serves as a protective wall for the operating staff working underneath and possibly a patient. A storage table is indicated by 14 in the figure. The grounded end 15 of the discharge tube protrudes through the table top 13 and contains, for example, the grounded anticathode from which the gamma rays emanate.
The height of the electric field is controlled automatically, namely above the pole body 7 by the capacitors of the columns 2 and 3 and below it by the resistors 8 and 10.
In order to prevent flashovers towards the side wall, partition walls made of insulating material or metal (Bew. Metal clad) walls can be arranged. In Fig. 2, such metal partition walls 16, 17 and 18 are provided. They are connected to one another and to the pole body and the wall 12 by resistors 19, 20, 21 and 22. The ratio of these resistances means that the potentials of the various partitions are in hand.
Since too strong Zusammendrän conditions of the equipotential surfaces of the electric field in the vicinity of the pole body can be prevented and you can slide off the strong differences in the potential gradient in the various zones, z. B. the resistances can be dimensioned so that the highest potential gradient is the same in each zone. This significantly increases the permissible voltage of the pole body.
It is also useful to choose the length of the cylinder differently, namely the length of the outer cylinder 16 smaller than that of the cylinder 171 and its length again smaller than that of the cylinder 18, so that the capacity of the cylinders with each other and the Pole body 7 respectively. the wall 12 gebilde th, series-connected capacitors with regard to rapid potential changes according to the desired voltage distribution is dimensioned. The cylinders can be attached to ropes 23 made of insulating material, e.g. B.
Hemp, can be suspended, and insulating tubes containing the potential-controlling resistors can be used for mutual support. -earth.
The excitation apparatus, e.g. B. a transformer 24 and a power source 25 for heating the valves, which are connected in a known manner to the generator power, can be placed on the top wall 26 is.
Conversely, the workplace can be on the ceiling and the column system 2 can be set up on the floor 1, while the consumer system is between polar body 7 and ceiling 26's rule.
If in the above, for example, reference is made to an X-ray tube as a consumer device, the system can also be used for other purposes, e.g. B. for the generation of neutrons can be used. For this purpose, it is generally desirable that the pole body 7 has the positive potential; the valve tubes 5 must then be reversed, that is, the cathode and anode of the valves must be swapped who the. It is now possible without any particular difficulties to design the valve base in such a way that the valve tubes can also be inserted the other way around, so that the polarity of the system can be quickly reversed if necessary.
The two bases of a valve tube must then have contact means for the heating current supply line and be connected to the heating current source. The well-known high-frequency system can be used for valve heating. Also, for the purpose of valve heating, generators 6 can be arranged in the intermediate members, which generators can be driven by a motor at ground potential via insulating shafts.