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Lichtbogenstromrichter mit Schirm- und Hauptelektroden In Lichtbogenstromrichtern,
beispielsweise Marx-Stromrichtern, erfolgt die Löschung des Lichtbogens durch einen
DTuckgasstrom, der entweder aus einer Elektrode aus- und in die andere einströmt
oder dem Raum zwischen den Elektroden radial zu- und durch die Elektroden axial
abströmt. In beiden Fällen wird, nachdem der Lichtbogen bereits zerrissen ist, ein
Teil des ionisierten Gases noch eine bestimmte Zeit, die durch die Strömungsgeschwindigkeit
gegeben ist, im Lichtbogenraum bleiben und wie eine Flamme oder sonstige Spitze
gegenüber der anderen Elektrode wirken. Aus diesem Grunde muß man dem @.ichtbogenstromrichter
eine hohe Sicherheit gegen Rückzündung mit anderen Mitteln geben, wie beispielsweise
durch großen Elektrodenabstand oder hohen Druck des Gases USW.
Diese Mittel
haben jedoch den wesentlichen Nachteil, daß durch sie die Lichtbogenspannung und
damit die Verlustleistung des Lichtbogens erhöht wird, so daß eine natürliche Grenze
besteht, wo diese Mittel keinen weiteren Erfolg mit sich bringen, sondern die Rückschlagsicherheit
des Ventils wieder verschlechtern. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und insbesondere
in Verbindung mit größeren Elektrodenabständen treten weitere Schwierigkeiten hinsichtlich
der Wirbelfreiheit der Strömung auf, da es bisher nicht gelungen ist, einen freiströmenden
Gasstrahl Tiber einen größeren Abstand konzentriert zu halten.
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Man hat nun zwar versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu beseitigen,
daß man jeder Hauptelektrode eine Schirm- bzw. Zündelektrode zugeordnet und das
Löschmittel in
der Mitte zwischen den beiden Hauptelektroden radial
zugeführt und über die beiden Hauptelektroden abgeführt hat. Hierdurch kann man
wohl eine gewisse Erhöhung der Rückzündsicherheit erreichen. Bei der Verwendung
der Lichtbogenstromrichter für hohe Spannungen - reicht aber auch diese Maßnahme
nicht aus, und zwar um so weniger, als sich gezeigt hat, daß auch die Zuordnung
einer Schirmelektrode zu jeder Hauptelektrode noch keinerlei Sicherheit für eine
wirbelfreie Gasströmung innerhalb des Lichtbogenraumes bietet. Auch die Verwendung
von Gasführungskörpern zwischen den Schirmelektroden bei einer bekannten Anordnung
schafft keine wesentlich besseren Verhältnisse.
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Alle diese Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt
und damit der Marx-Stromrichter wesentlich verbessert, daß bei einem Lichtbogenstromrichter
mit Schirm- und Hauptelektroden in strömendem Löschmittel, bei dem jeder Hauptelektrode
eine Schirm- bzw. Zündelektrode zugeordnet ist und das Löschmittel in der Mitte
zwischen den beiden Hauptpolen radial zugeführt wird und über die beiden Hauptpole
abgeführt wird, der Raum zwischen den Schirmelektroden durch zwei oder mehrere zusätzliche
Schirme unterteilt ist und diese Schirme als Zündelektroden dienen.
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Hierdurch wird das Sperrgebiet zwischen den Schirmelektroden in zwei
Hälften unterteilt, so daß bei einem Durchschlag der einen, Hälfte desLichtbogenstromrichters
die andere Hälfte immer noch bei geeigneter Bemessung ir: der Lage ist, die Sperrung
des Stromrichters in der Sperrzeit aufrechtzuerhalten. Der bei der Löschung des
Lichtbogens auftretende Schwanz von heißem ionisiertem Gas kann nun nicht mehr,
bevor er in eine Schirm- bzw. Hauptelektrode geblasen wird, gegenüber der anderen
Hauptelektrode als Spitze wirken. Die in der Mitte der Sperrstrecke erfindungsgemäß
angeordneten Schirme, die zugleich als Zündschirme dienen, haben je eine axial angeordnete
düsenartige Öffnung, durch die das Gas nach jeder Seite des Schirmpaares in die
Sperrstrecke in Richtung auf die Hauptelektroden zu ausströmt. Hierdurch wird erreicht,
daß das Löschgas im ganzen Verlauf seiner Strömung durch den Löschraum eine hohe
Geschwindigkeit besitzt. Außerdem wird der Lichtbogen, der durch diese Düsen hindurchbrennt,
durch das radial von allen Seiten zuströmende Gas sehr genau zentriert; er brennt
in der Achse der Düsen und damit im Gebiet höchster Gasgeschwindigkeit. Hierdurch
wird der Löschprozeß außerordentlich beschleunigt. Durch den Umstand, daß diese
Düsenanordnung nach beiden Seiten des Sperrgebietes hin wirksam ist, wird die Entionisierungszeit
gegenüber der früheren Anordnung mit einseitiger Beblasung des Löschraumes halbiert.
Sollte die erreichbare Zeitspanne bis zur Sperrfähigkeit des Stromrichters noch
nicht ausreichen, so kann man auch eine mehrmalige Unterteilung des Lichtbogenraumes
vorsehen.
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Nicht nur für die Löschung und Sperrfestigkeit, sondern auch für die
Zündung erhält man günstigere Verhältnisse als bisher, insbesondere dann, wenn die
in dem Raum zwischen den Schirmelektroden angeordeten zusätzlichen Schirme einen
Doppelschirm bilden, zwischen dessen Teilen der Hilfslichtbogen oder der Hilfsüberschlag
eingeleitet wird. Der Hilfslichtbogen kann dann durch eine Gasströmung, beispielsweise
zu einer Doppelschleife, nach beiden Elektroden hin ausgeblasen werden. Hierbei
können die Schirme oder Zündelektroden entweder ganz aus Metall oder aus Isolierstoff
bestehen bzw. mit isolierender Oberfläche versehen sein, wobei nur für die Ansatzpunkte
des Hilfslichtbogens leitende Flächen eingesetzt oder ausgespart sind.
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Durch die Erfindung werden somit folgende wesentliche Verbesserungen
des Stromrichters erzielt: i. eine erhebliche Verbesserung der Löschwirkung des
Gases durch Erzielung eines geschlossenen Gasstrahles in jedem Teilgebiet des Sperraumes,
der den Lichtbogen zentrisch einhüllt, und ein Ausweichen des Lichtbogen aus der
Zone höchster Gasgeschwindigkeit dadurch verhütet, daß in der den Gasstrahl bildenden
Düse keine Metallteile (Hauptelektroden), die den Abbranderscheinungen und damit
Formänderungen unterworfen sind, oder Lichtbogenfußpunkte vorhanden sind 2. eine
Erhöhung der Löschgeschwindigkeit des Stromrichters dadurch, daß das Löschgas aus
dem Schirmpaar nach zwei Seiten ausströmt; 3. eine wesentliche Erhöhung der Durchschlagssicherheit
in der Sperrzeit durch Aufteilung des Sperrgebietes in elektrisch voneinander unabhängige
Abschnitte, wodurch erreicht wird, daß bei einem Durchschlag eines Teilabschnittes
die Sperrspannung von dem verbleibenden gesunden Abschnitt gehalten wird; .l. eine
bessere und sichere Zündung des Stromrichters durch Verwendung der zusätzlichen
Schirme als Zündelektroden.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Mit i sind die Hauptpole, mit 2 die Schirmelektroden und mit 3 die gleichzeitig
als Zündelektroden dienenden zusätzlichen Schirme bezeichnet. Die Anordnung ist
in diesem Fall völlig symmetrisch, um möglichst günstige Strömungsv
erhältnisse
in Verbindung mit der radialen Gaszuströmung zu erhalten. Die Richtumg der Gasströmung
ist mit Pfeilen bezeichnet, wobei angenommen ist, daß das gesamte Gas aus dem Raum
zwischen den Zündelektroden 3 dem Lichtbogenraum zuströmt. Selbstverstän;dl.ich
kann auch noch von einer anderen Stelle der Kammer her eine Gasströmung eingeführt
-tverden; jedoch muß erfindungsgemäß dafür gesorgt werden, daß die Strömungsgeschwindigkeiten
aller Gasströmungen annähernd gleich sind, so daß Wirbelbildungen möglichst vermieden
werden. Die Zündelektroden haben in der Nähe ihrer mittleren Öffnung den geringsten
Abstand, so daß der Zündlichtbogen in der Nähe dieser mittleren Öffnung entsteht
und durch .die Gasströmung nach beiden Seiten gl.eichmäßig zu einer Schleife ausgeblasen
wird. Diese Schleife ist in der Abbildung ebenfalls dargestellt. Zweckmäßig kann
man (aber muß nicht) rings um die mittlere öffnung der Zündelektrode zusätzliche
Öffnungen q. anbringen, um einen Teil des Gasstromes zur Einhüllung des Hilfslichtbogens
und des späteren Hauptlichtbogens zu verwenden.
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Diese zusätzlichen Öffnungen sind jedoch nicht unbedingt erforderlich,
da durch die Zuführung des Gases zwischen den Zündelektroden der Lichtbogen selbsttätig
in der öffnung der Zündschirme zentriert wird. Um diese Wirkung möglichst sicher
zu erhalten, kann man auch in dem Raum zwischen den Zündelektroden einen Strömungsverteiler,
beispielsweise aus Draht- oder Fasergewebe, ver-,venden, der die Gasströmung vergleichmäßigt.
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Das Potential der als Schirme wirkenden Zündelektrodenpaare soll vorzugsweise
durch beliebige Spannungsteiler so gesteuert werden, daß jeweils der günstigste
Wert der Sperrspannung erreicht werden kann, d. h. bei symmetrischen Anordnungen
soll eine symmetrische Potentialaufteilung über der Sperrstrecke erreicht werden.