CH419281A - Leiteranordnung für Hochstromanlagen - Google Patents

Description

      Leiteranordnung        für        Hochstromanlagen       Die Erfindung     betrifft    eine Leiteranordnung für       Hochstromanlagen    zum Anschluss einer     Vielzahl    von       Einzelstromquellen        mittels        Koaxialkabel    und zur in  duktionsarmen Weiterleitung der     gesammelten    Ein  zelströme an die Last,     mit    verwundenen und ge  kröpften Teilelementen.  



  In bestimmten elektrischen Anlagen, beispiels  weise     für    das Gebiet der Plasmaphysik, kommen ex  trem hohe Stromstärken     zurAnwendung.    Diese Ströme  werden aus Energiespeichern, beispielsweise Kon  densatoren, stossweise     entnommen    und einer Last zu  geführt, die vorwiegend aus einer     einwindigen    Spule  besteht.

   Um extrem hohe     Stromscheitelwerte    im Mo  ment der Einschaltung zu erreichen, ist es erforder  lich, die allein massgebenden induktiven Widerstände  der     Hochstromleitungen        und        Sammelschienen        äus-          serst        gering    zu halten. Es ist bekannt,     derartige    Lei  tungen dadurch niederinduktiv zu machen, dass sie  als Koaxialkabel ausgeführt werden.

   Da die Strom  quelle üblicherweise aus einer     Vielzahl.    von Konden  satoren bzw.     Kondensatorbatterien    bestehen, werden  Koaxialkabel bereits weitgehend     als    Verbindungs  leitungen zwischen diesen zahlreichen     Einzelstrom-          quellen    zur Last bzw. einer     Sammeleinrichtung    be  nutzt.

   Eine     Sammeleinrichtung    oder     Kollektor    ist  notwendig, da es im Hinblick auf die relativ geringe       räumliche        Abmessung    der Lastspule     unmöglich    ist,  die zahlreichen Einzelkabel der Batterien unmittelbar  an die Lastspule     anzuschliessen.    Es ist     erforderlich,     ein Bauelement zu schaffen,

   das einerseits genügend  Raum zum     Anschluss    der     zahlreichen        Einzelkabel     bietet und andererseits den     Hochstrom    auf einem    niederinduktiven Weg der beschränkt bemessenen  Lastspule     zuführt.    Es ist klar, dass dabei der     Energie-          fluss    eine aussergewöhnliche Steigerung der Energie  dichte erfährt.  



  Bei der Konstruktion eines derartigen Schaltungs  bauelementes, das gemäss seiner Aufgabe als Kol  lektor bezeichnet wird, muss in erster Linie die be  reits erwähnte     Forderung    einer extrem kleinen Eigen  induktivität beachtet werden. Weiterhin sind gewisse  Forderungen     bezüglich    der mechanischen Festigkeit  zu beachten, denn infolge der     ungewöhnlich    hohen  Stromstärken wirken beträchtliche mechanische       Kräfte    auf die einzelnen Leiterteile ein, die unter Um  ständen zu einer Explosion des Bauelementes     führen     können.

   Bei dem Bau derartiger Zwischenbauele  mente, die zwischen der vorwiegend induktiven Last  und der     kapazitiven    Energiespeicher die Energielei  tung     vermitteln,    ist ferner zu beachten, dass     hier    ein       schwingungsfähiges    Gebilde     vorliegt.    Nach Auslö  sung der Entladung tritt eine gedämpfte Schwingung  mit einer Frequenz von mehreren Tausend Hertz  auf. Diese relativ hohe Frequenz hat in     Verbindung          mit    den extrem hohen Strömen zur Folge, dass sich  ein beträchtlicher Hauteffekt ausbildet.

   Die massiv  ausgebildeten Leiterteile führen somit in einer relativ  dünnen     Oberflächenschicht    nahezu den vollen     Strom.     Bei Änderung der     räumlichen        Stromflussnchtung,     wie sie insbesondere an den     Anschlusstellen    infolge  der notwendigen     Verkröpfungen    bzw.     Verschränkun-          gen    auftreten, ergeben sich auf Grund des Hauteffek  tes an den     Übergangsstellen    punktförmige     Bereiche,     in denen     ungewöhnlich    hohe Stromdichten auftreten.

    Diese räumlich eng begrenzten Bereiche werden      stark erwärmt und zeigen deshalb häufig Schmelz  erscheinungen besonders an Verbindungsstellen.  



  Ein schematisches Beispiel einer bekannten Lei  teranordnung für Höchstströme, insbesondere in For  schungsanlagen der Plasmaphysik, ist aus     Fig.    1 er  sichtlich. Von einer nicht dargestellten Kondensator  batterie wird über ebenfalls nicht dargestellte     ge-          triggerte    Schaltfunkenstrecken die Lastspule 1 ge  speist. Die Länge dieser Spule ist relativ begrenzt.  Zum Anschluss der     zahlreichen        Kondensatoren    ist ein       Vielfaches    von Koaxialkabeln 2 vorgesehen, die über  einen Zwischenkollektor 3 an das     Hauptsammel-          schienenpaar    bzw. an den Hauptkollektor 4 ange  schlossen sind.  



  Es liegt nun die Aufgabe vor, den einzelnen Lei  tungsteilen an den     Verwindungs-    und     Verkröpfungs-          stellen    der     Hochstromanlage    eine Form zu geben, die  die örtliche     Stromdichtenkonzentrationen    aufgrund  des Hauteffektes, insbesondere an den Kanten band  förmiger Stromschienen, vermeidet. Die Stromdichten  sollen längs des Stromflusses konstant bleiben oder  sich gleichförmig ändern. Im allgemeinen wird mit  der     Annäherung    an die Last wegen deren beschränk  ten räumlichen Abmessungen eine nicht unbeträcht  liche Erhöhung der Stromdichte stattfinden.

   Eine  leichte     Herstellbarkeit    der verschiedenen Leitungs  teile soll ausserdem sichergestellt sein.  



  Die Erfindung besteht darin, dass die     Verwin-          dungsflächen    Teile eines Zylinder- oder eines Kegel  mantels bilden.  



  In den     Fig.    2 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel  der Erfindung dargestellt.  



  Der Grundgedanke der     Erfindung    beruht auf der  Überlegung, dass eine Konstanz der Stromdichte bei  Verwindungen und     Verkröpfungen    bandförmiger Lei  ter beim Auftreten von Hauteffekten nur     dann    er  reicht wird, wenn alle Werkstoffasern des Leiterquer  schnittes bei der Formänderung weder gestreckt noch  gestaucht werden. Anhand der     Fig.    2 sei der Fall  betrachtet, dass ein Band von relativ     geringer    Dicke  von der Lage 5 in die Lage 6 verkröpft werden soll.  Dies lässt sich unter Betrachtung der obigen Richt  linien dadurch erreichen, dass dieses Band auf eine       Zylindermantelfläche    aufgewickelt wird.

   Dieser Vor  gang ist in     Fig.    2 deutlich zu sehen. Bei der Auf  wicklung nehmen alle Längsfasern des Bandes die  Form von Schraubenlinien an, wobei ihre gegensei  tigen Abstände unverändert bleiben. Damit wird eine  Streckung bzw.     Stauchung    der Materialfasern ver  mieden. Die geringfügigen Dehnungsvorgänge in  folge der endlichen Dicke des Bandes sollen hierbei  vernachlässigt werden. Vor der     Aufwicklung    hat das  Leiterband die in     Fig.    3 dargestellte Form. Sind die  beiden Richtungen 5 und 6 nach der     Verkröpfung     nicht parallel, sondern zueinander windschief, dann  ist anstelle der Zylinderfläche eine entsprechende  Kegelfläche für die Aufwicklung des Bandes zu be  nutzen.

      Durch den     Aufwickelvorgang    auf Zylinder- bzw.  Kegelflächen kann ausser der Unversehrtheit der Ma  terialfasern noch erreicht werden, dass die     Krüm-          mungsradien    längs der     Verwindungskante    sich nach  einer gewissen Vorschrift ändern. Auf Grund der  elektrodynamischen Induktionsgesetze ist es bei Lei  tern endlicher Dicke vorteilhaft, beim Übergang von  einer Geraden in eine Krümmung und umgekehrt,  die     hrümmungsradien    stetig ab- und schliesslich nach  dem Scheitelpunkt der Krümmung wieder stetig zu  nehmen zu lassen.

   Diese Bedingung ist Vorausset  zung dafür, dass der Hauteffekt, d. h. die     Zusam-          mendrängung    der Stromdichte an der Oberfläche ihr       geringstmögliches    Ausmass annimmt. Dieser Vor  gang ist etwa vergleichbar mit den     laminaren    Strö  mungen von Flüssigkeiten in     gekrümmten    Kanälen.  



  In der Regel werden bei     Hochstromanlagen    aus       Induktivitätsgründen    eng     aneinanderliegende    Doppel  leiter mit     Isolationszwischenlagen    verwendet. Die       Verkröpfung    durch Aufwicklung auf eine Zylinder  fläche lässt sich auch mit Doppelleitern durchführen  und bringt den weiteren     Vorteil,    dass die Isolations  folie keine mechanischen Deformationen erleidet,  wodurch ihre     elektrische    Spannungsfestigkeit voll er  halten bleibt.  



  In den     Fig.    4 und 5 ist ein technisches Ausfüh  rungsbeispiel eines Leiterteiles für     Hochstromanlagen     dargestellt. Das an der Last anzuschliessende Ende 7  geht nach Verwindung um einen rechten Winkel und       gleichzeitiger    Verbreiterung in die     Anschlussfahnen    8  über. In     Fig.    5 ist die dazu gehörende     Abwicklungs-          fläche    dieses Leiterteiles dargestellt. Die Begren  zungskurven sind bei der Herstellung dieses Rohteiles  gemäss der obengenannten Vorschrift über die all  mähliche Ab- und Zunahme der     Krümmungsradien     ausgeführt.

   Die     Verkröpfung    gemäss Aufwicklung  auf einen     Zylinder    erfolgt bei zwei     aufeinanderlie-          genden    Rohteilen gleichzeitig. Beide     Leiterrohteile     sind durch eine Isolierfolie 9 getrennt, die während  des     Verkröpfungsvorganges    keine Materialbeanspru  chung     erfahren.    Die Enden 7 der beiden Leiterele  mente werden mit einem nicht dargestellten waag  recht verlaufenden     Sammelschienenpaar    der Last  verbunden.

   An die     Stirnseiten    der     jeweiligen        Löt-          fahnenenden    8 wird je ein Bündel von Koaxialkabeln  angeschlossen. Die eng     aneinanderliegenden    Teil  elemente gewährleisten eine     niederinduktive    Fort  leitung von extrem hohen Stromstärken bei hoher  Spannungsfestigkeit.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Leiteranordnung für Hochstromanlagen zum An- schluss einer Vielzahl von Einzelstromquellen mittels Koaxialkabel und zur induktionsarmen Weiterleitung der gesammelten Einzelströme an die Last, mit ver wundenen und gekröpften Teilelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwindungsflächen Teile eines Zylinder- oder eines Kegelmantels bilden.

   UNTERANSPRüCHE 1. Leiteranordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die zugekröpften Teil elemente als Abwickelflächen von Zylindern bzw. Kegeln derart ausgebildet sind, dass sämtliche Krüm- mungsradien der Verwindung längs des Stromlaufes stetig abnehmen und nach dem Scheitelpunkt der Krümmung stetig zunehmen. 2.

   Leiteranordnung nach Unteranspruch 1 mit bandförmigen Leiterelementen, dadurch gekennzeich net, dass die bandförmigen Leiterelemente sich zu Anschlussfahnen verbreitern. 3. Leiteranordnung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente unter Zwischenlage von Isolationsfolien paarweise aufein- anderliegen.