DE597533C - Einrichtung zur Umformung hoher Spannungen mittels einer druckgasbeblasenen Funkenstrecke - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Umformung hoher Spannungen mittels einer druckgasbeblasenen Funkenstrecke Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umformung hoher Spannungen, bei welcher der Überschlag zwischen zwei Elektroden mit einem vorzugsweise nicht homogenen Feld und die Löschung des Lichtbogens durch einen Druckgasstrahl zur Anwendung gelangt. Es ist versucht worden, das dieser Umformung zugrunde liegende Prinzip mit einer Ausführungsform gemäß Abb. x zu verwirklichen. Hierin ist a eine rohrförmige Elektrode, durch welche Druckgas in den Raum b strömt. Dieser wird durch die isolierenden Wände cl, c2 und durch die düsenförmig ausgebildete Gegenelektrode d abgeschlossen. Das durch a einströmende Gas strömt durch die Öffnung der Elektrode d in der Weise wieder ab, daß in dem Raum b ein Druck zustande kommt und zugleich eine dauernde Erneuerung des Gases stattfindet. Infolge der Unhomogenität des elektrischen Feldes setzt beim Anlegen einer genügend hohen Spannung der Überschlag stets am Rande der Düsenelektrode, etwa bei e, ein und wird durch die Gasströmung nach der Öffnung f geführt. Diese Gasströmung längs der Oberfläche der Elektrode d ist sehr ungleichförmig verteilt. Sie nimmt vom Rande aus bis zum Ansatz der Düsenöffnung allmählich zu, um dann in der Öffnung selbst sprunghaft anzusteigen. Dies entspricht aber keineswegs den Bedingungen, die zur Löschung des Lichtbogens erforderlich sind. Zunächst ist eine stetige, nicht zu langsame Verlegung der Lichtbogenfußpunkte erwünscht, damit an den Elektroden keine lokale Überhitzung stattfindet und kein zu starker Abbrand eintritt. Ferner ist zu beachten, daß ein Wechselstromlichtbogen bereits in sich eine sehr günstige Vorbedingung zur Löschung enthält, indem er jedesmal beim Stromdurchgang durch Null kurzzeitig erlischt. Demnach ist eine Gasströmung erwünscht, die den Lichtbogen während seiner Brenndauer so auf der Elektrodenoberfläche entlang führt, daß er gerade zum Zeitpunkt seines Stromnulldurchganges das Gebiet hoher Strömungsgeschwindigkeit in der Düsenöffnung erreicht. Naturgemäß ist es bei der beschriebenen Anordnung sehr schwierig, die Strömung so zu verteilen, daß die Lichtbogenbewegung in dieser Weise vor sich geht. Der Lichtbogen wird wahrscheinlicher das Gebiet hoher Strömungsgeschwindigkeit entweder zu früh erreichen und dadurch sehr in die Länge gezogen werden, was seinen Widerstand vergrößert und den Wirkungsgrad des Umformers verringert, oder der Lichtbogen hat bei seinem Stromnulldurchgang das Gebiet hoher Strömungsgeschwindigkeit noch nicht erreicht und findet daher nicht die erforderlichen Löschbedingungen vor.
• Durch die Erfindung soll nun eine druckgasbeblasene Funkenstrecke so ausgebildetwerden, daß sich die Lichtbogenfußpunkte unter möglichster Ausnutzung der Elektrodenflächen annähernd gleichmäßig verlagern, ohne zu einer Stelle sprunghafter Zunahme der Gasströmung zu gelangen, die den Lichtbogen unnötig in die Länge ziehen könnte. Dies wird dadurch erreicht, daß der Austrittsquerschnitt für das Druckgas aus der Funkenkammer in eine größere Anzahl kleiner auf den Elektroden befindlicher Öffnungen (Ringspalte) aufgeteilt wird. Zugleich wird durch geeignete Formgebung der Elektrodenflächen (Krümmung) und Verteilung der Austrittsöffnungen bewirkt, daß eine Grenzschichtabsaugung an einer oder beiden Elektroden zustande kommt, unter deren Einfluß die Lichtbogenfußpunkte mehr oder weniger gleichmäßig nach den Rändern der Elektroden fortbewegt werden.
• Es ist zwar bereits eine Ventilationsanordnung für Hohlelektroden von Stoßfunkenstrecken bekanntgeworden, bei welcher durch Löcher in den Elektroden Außenluft vermittels eines Unterdruckes angesaugt wird. Bei dieser bekannten Anordnung soll jedoch durch die Öffnungen in den Elektroden lediglich eine Kühlwirkung und ein Abführen der gesundheitsschädlichen sowie ionisierten Gasteile erzielt werden. Ferner ist dabei keine solche Einwirkung auf die Fußpunkte des Lichtbogens beabsichtigt oder möglich, daß ein stetiges Wandern derselben im Sinne der Lichtbogenlösc4ung zustande kommt. Dies ist' aber gerade bei einer Funkenstrecke zur Umformung hoher Spannungen erwünscht.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abb. 2 dargestellt. Die Elektroden a und b befinden sich in der durch den Isolierzylinder c umhüllten Funkenkammer. Das kontinuierlich strömende Druckgas tritt durch die Elektrode a ein und durch kleine Bohrungen f in den beiden Elektroden a und b wieder aus. Der wahrscheinliche Verlauf der Druckgasströmung ist durch Strömungslinien angedeutet. Daraus ist erkennbar, daß an der Oberfläche der Elektroden eine tangentiale Gasströmung besteht, die denan der Stelle geringsten Elektrodenabstandes gezündeten Lichtbogen in Richtung der Lochreihen f bewegt. Die lebhafte Strömung vor und in den Lochreihen der Elektroden ist beim Stromnulldurchgang für eine Löschung ausreichend, wobei der Lichtbogen stets kleiner bleibt als dem maximalen Elektrodenabstand in der Nähe des Isolierzylinders c entspricht. Um eine ausreichende Lichtbogenbewegung auf der Elektrode a zu erzielen, ist diese auf ihrer ganzen Oberfläche mit einer Anzahl kleiner Bohrungen versehen, während bei der Elektrode b sich die Bohrungen nur nach dem Rand zu befinden. Die in dem mittleren Teil der Elektrode a gelegenen Austrittsöffnungen haben den besonderen Zweck, einen Teil des durch das zentrale Zuflußrohr einströmende Gas durch Absaugung der sog. Grenzschicht kräftig umzulenken, also derjenigen Schicht, welche den Übergang zwischen der Oberfläche der Elektrode und der Gasströmung bildet und entweder nur eine relativ schwache Gasbewegung oder Wirbelungen aufweist. Hierdurch wird der Gasstrom längs der Oberfläche der Elektrode a in Richtung der Lochreihen am äußeren Elektrodenumfang geführt.
• Das Ausführungsbeispiel bezieht sich in erster Linie auf Gleichrichteranlagen. In diesem Fall wird durch eine in der Abb. 2 nicht zum Ausdruck gebrachte, unhomogene Ausbildung des elektrischen Feldes erzielt, daß der Überschlag stets nur in einer der beiden Halbwellen einer Periode erfolgt. Es läßt sich die Erfindung aber auch bei den umgekehrt wirkenden Wechselrichteranlagen anwenden, bei denen also Gleichstrom in Wechselstrom verwandelt wird. Ferner besteht die Möglichkeit, den Erfindungsgedanken sinngemäß bei der Frequenzumformung mit gesteuerten Entladungsstrecken auszuführen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Umformung hoher Spannungen mittels einer druckgasbeblasenen Funkenstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt für das Druckgas aus der Funkenkammer in eine größere Anzahl kleinerer, in den Elektroden befindlicher Öffnungen aufgeteilt ist, welche so verteilt sind, daß eine stetige Zunahme der Gasströmung längs der Oberfläche in Richtung der Lichtbogenbewegung auftritt.
2. 2. Funkenstrecke nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine solche Krümmung der Elektrodenflächen und Verteilung der Austrittsöffnungen, daß unter dem Einfluß der Grenzschichtabsaugung die Lichtbogenfußpunkte bis zum Erlöschen des Lichtbogens annähernd stetig verlagert werden.
3. 3. Funkenstrecke nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (a) als dem Innern der Funkenkammer zugewandter Ringwulst ausgebildet ist, durch dessen lichten Querschnitt das Druckgas der Funkenkammer zuströmt. q..
4. Funkenstrecke nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (b) die Form einer Halbkugel besitzt, die der Ringelektrode symmetrisch gegenübersteht.
5. 5. Funkenstrecke nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode, durch welche das Druckgas in die Funkenkammer eintritt, auf der ganzen Oberfläche mit Austrittsöffnungen versehen ist, während sich diese auf der Gegenelektrode nur nach dem äußeren Rande zu befinden.