DE1539263B2

DE1539263B2 - Elektrischer isolator fuer eine gaszufuhrleitung

Info

Publication number: DE1539263B2
Application number: DE19671539263
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Malibu Calif. Knauer (V.St.A.)
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1966-12-19
Filing date: 1967-11-22
Publication date: 1971-11-11
Also published as: US3520110A; GB1199184A; DE1539263A1; CH489876A; SE339253B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen noch weiter wesentlich herabgesetzt. Es ist sogar so, Isolator für eine Gaszufuhrleitung, bestehend aus daß gemäß der Kennlinie des Paschenschen Gesetzes einem länglichen, an seinen Enden an die Gaszufuhr- jeder einzelne Abschnitt einer Isolierstrecke länger leitung anschließbaren Rohr, das eine Reihe in Ab- sein kann als die gesamte Isolierstrecke eines Isolaständen voneinander angeordneter elektrisch leitender 5 tors, der nur aus einem einzigen Abschnitt besteht. Strecken enthält, die untereinander- durch Isolier- Bei η-Abschnitten wird die Oberflächenfeldstärke strecken verbunden sind und miteinander ein Stück . , . , ι , ,

Gaszufuhrleitung bilden, bei dem%s entlang dem ^{somit auch um weni}§^{er als} T ^{des Wertes herab}" Rohr abfallende elektrische Potential gleichmäßig gesetzt. Daraus folgt, daß die Obernachendurchüber jede der Isolierstrecken aufgeteilt ist, sobald io schlagspannung um mehr als das η-fache anwächst, eine elektrische Spannung an dem Rohr, liegt. Der- Allgemein sei noch bemerkt, daß man bisher beartige Isolatoren sind aus der USA.-Patentschrift strebt war, relativ lange Isolierstrecken vorzusehen, 3 253 402 und aus der Veröffentlichung in IEEE um eine ausreichende Sicherheit gegen Spannungs-Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-Il, 1964, durchschlage zu erzielen. Im Gegensatz dazu erreicht Nr. 1, S. 106, bekannt. 15 man erfindungsgemäß wirkliche Sicherheit gegen

Nachstehend sei kurz erläutert, aus welchen Spannungsdurchschläge durch Verwendung möglichst Gründen diese bekannte Aufteilung einer Gaszufuhr- kurzer Isolierstrecken. Bei gleicher elektrischer leitung der bezeichneten Art zweckmäßig ist. Festigkeit fallen daher erfindungsgemäß gestaltete

In Treibstoffzufuhrsystemen für Ionenbetriebe, die Isolatoren erheblich kürzer aus. Umgekehrt betrachmit Elektronenbeschuß arbeiten, ist es nötig oder 20 tet haben .erfindungsgemäß gestaltete Isolatoren bei doch zumindest wünschenswert, daß eine elektrische gleicher Baulänge wie herkömmliche Isolatoren eine Isolierung besteht zwischen dem mit Hochspannung beträchtlich gesteigerte elektrische Festigkeit, betriebenen Ionenantrieb und dem Treibstoff reservoir. Iq einer bevorzugten Ausführung der Erfindung

Die Treibstoffzufuhrleitung, wobei der Treibstoff bestehen die in Reihe geschalteten Isolierstrecken % ζ. B. Quecksilber sein kann, kann nämlich den uner- 25 aus einem schwach leitenden, hochohmigen Werkstoff wünschten elektrisch leitfähigen Verbindungsweg und bewirken somit eine gleichmäßige Potentialbilden. Bei bekannten Treibstoffzüfuhrsystemen wurde auf teilung entlang dem Isolator. Der Isolator nach die elektrische Isolierung dadurch bewerkstelligt, daß der erwähnten USA.-Patentschrift 3 253 402 besteht ein Abschnitt aus isolierendem Werkstoff in die . _zwar gleichfalls aus einer Reihenschaltung einzelner Zufuhrleitung eingebaut wurde. Der Treibstoff wird 30 Isolierstrecken. Diese Strecken dienen dort jedoch als Gas oder Dampf durch diesen Abschnitt geschickt nur zur räumlichen Abgrenzung und Isolierung der und ist selbst ein Isolator, solange der Druck inner-. einzelnen Elektroden gegeneinander, nicht jedoch halb des isolierenden Abschnitts sowie dessen Länge _ZUr Potentialaufteilung. Denn diese wird dort dadurch in geeigneter Weise gewählt werden. erreicht, daß eine progressiv ansteigende Spannung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 35 an die einzelnen Elektroden gelegt wird. Während Isolator für eine Gaszufuhrleitung der bezeichneten also die Isolierstrecken bei der vorerwähnten be-Art zu schaffen, bei dem die Wahrscheinlichkeit des kannten Bauart ausschließlich zur Isolierung der elektrischen Durchschlags vermindert ist. Diese Auf- Elektroden gegeneinander verwendet werden, und gäbe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede _zwar durch einen keramischen Werkstoff, der sich Isolierstrecke eine Länge aufweist, die in Hinblick 40 bekanntlich durch besonders gute.Isoliereigenschaf ten auf den Bereich des Gasbetriebsdrucks so gewählt ist, auszeichnet, wird bei der bevorzugten Ausführung daß der Betrag des Produktes aus dem Gasbetriebs- der Erfindung für die Isolierstrecken ein Werkstoff druck und der Länge der Isolierstrecke gemäß dem gewählt, der zwar hochohmig genug ist, um eine Paschenschen Gesetz für Gase immer links vom Isolierstrecke zu bilden, gleichzeitig aber schwach Minimum der Durchschlagsspannung auf der dem 45 leitend ist, so daß ein geringer Stromdurchfluß verwendeten Gas zugehörigen Paschenschen Kurve gewährleistet ist. Das Potential entlang dem Isolator liegt. Bekanntlich ist bei Gasen beim Anlegen eines _wi_rd also bei dieser Anordnung nicht durch äußere longitudinalen elektrischen Feldes, die Durchschlag- Hilfsmittel gesteuert, sondern allein durch die besonspannung des Gases eine Funktion des Produktes deren Eigenschaften der Isolierstrecken, des Elektrodenabstandes d und des herrschenden 50 Die Erfindung ist in vielfacher Hinsicht weiterer Betriebsdruckes ρ des Gases gemäß dem Paschen- Ausgestaltung und Verbesserung fähig. Die insoweit sehen Gesetz. Trägt man die Durchschlagspannung zweckmäßigen Maßnahmen sind in den Ansprüchen 3 gemäß dem Paschenschen Gesetz über dem Pro- bis 8 definiert und in der Beschreibung und Zeichdukt ρ ■ d auf, so ergibt sich eine Kurve, die bei nung erläutert. In der Zeichnung zeigt einem bestimmten Betrag ρ · d ein Minimum hat. ₅₅ F i g. 1 die Paschensche Kurve für Quecksilber, in Liegt auf dieser Kurve die Durchschlagspannung der also die Durchschlagspannung über dem Produkt links von diesem Minimum, wie es der Erfindung. Druck mal Abstand (p · d) aufgetragen ist, entspricht, so kann der Abstand d zwischen den F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte

Elektroden so klein gewählt werden, daß ein Span- Ausführungsform der Erfindung und nungsdurchbruch mit Sicherheit vermieden wird. 60 Fig 3 einen Längsschnitt durch eine andere

Der Erfindung entspricht es somit, den Isolator bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, möglichst kurz zu gestalten. Gleichwohl werden, um Gemäß Fig. 1 muß das Produkt aus ρ und d

der Gefahr von Oberflächendurchbrüchen zu be- gemäß, der Paschenschen Kurve für ein spezielles Gas gegnen, mehrere Isolierstrecken in der bekannten oder einen speziellen Dampf ausgewählt werden. Aus Weise in Reihe geschaltet, so daß nur noch ein 65 Fig. 1, in der die Paschensche Kurve für Quecksilber Bruchteil der anliegenden Spannung an jeder einzel- dargestellt ist, sieht man, daß die Durchschlagnen Isolierstrecke liegt. Denn dadurch wird die spannung sowohl für kleine als auch für große Wahrscheinlichkeit eines Spannungsdurchschlages Drücke groß ist. In diesen Gebieten kann man Queck-

silberdampf als guten Isolator betrachten. Andere Gase verhalten sich ähnlich. Wie oben erläutert, eignet sich der Bereich hohen Drucks nicht sonderlich gut zur Isolierung bei Treibstoffzufuhrsystemen, da das Produkt ρ ■ d hierbei das Minimum der Paschenschen Kurve durchläuft, wenn der Treibstoffdurchfluß sich von Null auf seinen^Maximalwert ändert. Deshalb liegt das Produkt ρ ■ d am besten immer hinreichend weit links vom Minimum des. Durc'hbruchs-Potentials. Wie dies bewerkstelligt werden kann, geht aus der folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Isolators näher hervor.

F i g. 2 zeigt einen Isolator 2, der aus einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Isolierstrecken 4 besteht und zur Verwendung in Treibstoffzufuhrleitungen geeignet ist. Um die erfindungsgemäß erstrebte Verbesserung voll wirksam werden zu lassen, soll die anliegende Spannung gleichmäßig über sämtliche Isolierstrecken 4 verteilt werden. Dies wird gemäß F i g. 2 durch eine Kette von Widerständen 6 bewirkt, die als Spannungsteiler wirken und mit den leitfähigen Abschnitten 8 des Isolators 2 verbunden sind. Die leitfähigen Abschnitte 8 sind voneinander getrennt durch eine Reihe isolierender Abschnitte 10, die beispielsweise aus Glas hergestellt sein können.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Dort ist ein Isolator 20 in eine Zufuhrleitung 8 für gasförmige Treibstoffe eingebaut. Konzentrisch um den Isolator 20 ist in einem gewissen Abstand von diesem eine geheizte Hülle 24 angebracht. Die Hülle 24 kann aus einem Glaszylinder 26 bestehen, der mit einem elektrischen Widerstands-Heizelement 28 in Berührung ist, das schraubenförmig um den Zylinder 26 gewickelt ist. Die geheizte Hülle 24 hat die Aufgabe, die Kondensation von Dampf innerhalb des Isolators 20 zu verhindern. Bei dieser Ausführungsform wird die gleichförmige Verteilung des anliegenden Potentials dadurch bewirkt, daß die isolierenden Abschnitte 4 aus einem Werkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt sind, welcher selbst die Spannungsteilung bewirkt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 können die isolierenden Abschnitte z.B. aus einem Glas mit einer gewissen elektrischen Leitfähigkeit — etwa Bleiglas — hergestellt sein. Die Abschnitte 4 sind voneinander getrennt und stehen in Kontakt mit einer Glashülle 32, die das Gehäuse des Isolators bildet. Eine andere (nicht gezeichnete) Methode zur gleichmäßigen Verteilung des anliegenden Potentials besteht darin, daß die benötigte Leitfähigkeit durch Überziehen sämtlicher isolierenden Abschnitte mit einem hochohmigen leitfähigen Film erzeugt wird.

Zusätzlich zu den Vorkehrungen zur gleichmäßigen Potentialverteilung enthält die Ausführungsform nach Fig. 3 eingebaute Hindernisse 34, die die Ausbreitung von Entladungen verhindern. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Isolators 20 weiter erhöht. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 bestehen die Hindernisse 34 aus Stahlwolle, die sich innerhalb von Hüllen aus rostfreiem Stahl befindet. Bei diesem Aufbau können Gas- und Dampfmoleküle z. B. durch Löcher 35 in den Hüllen ungehindert durchtreten, während alle elektrisch geladenen Teilchen zurückgehalten werden. Eine Entladung kann deshalb niemals von einem isolierenden Abschnitt auf einen anderen übergreifen. Kontaktbänder 36 verbinden die elektrisch leitfähige Gaszufuhrleitung 8 mit den äußersten der Hindernisse 34, um einen elektrischen Durchbruch innerhalb der so überbrückten Strecken zu verhindern. Derartige Bänder 36 sind deshalb von Vorteil, weil bei der Bauart nach Fig. 3 ein Durchschlag leichter innerhalb dieser beiden Strecken erfolgt als zwischen den inneren Hindernissen. Das

rührt daher, daß der Abstand zwischen der Leitung 8 • und den beiden äußersten Hindernissen größer ist

ίο- als der Abstand der einzelnen Hindernisse 34 untereinander.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Isolator für eine Gaszufuhrleitung, bestehend aus einem länglichen, an seinen Enden an die Gaszufuhrleitung anschließbaren Rohr, das eine Reihe in Abständen voneinander angeordneter elektrisch leitender Strekken enthält, die untereinander durch Isolierstrecken verbunden sind und miteinander ein Stück Gaszufuhrleitung bilden, bei dem das entlang dem Rohr abfallende elektrische Potential gleichmäßig über jede der Isolierstrecken aufgeteilt ist, sobald eine elektrische Spannung an dem Rohr liegt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Isolierstrecke (4) eine Länge aufweist, die in Hinblick auf den Bereich des Gasbetriebsdruckes (p) so gewählt ist, daß der Betrag des Produktes aus dem Gasbetriebsdruck (p) und der Länge (d) der Isolierstrecke (4) gemäß dem Paschenschen Gesetz für Gase immer links vom Minimum der Durchschlagspannung auf der dem verwendeten Gas zugehörigen Paschenschen Kurve liegt.

2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten Isolierstrecken (4) aus einem schwach leitenden, hochohmigen Werkstoff bestehen und somit eine gleichmäßige Potentialaufteilung entlang dem Isolator (20) bewirken.

3. Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Isolierstrecken (4) ein schwach leitendes, hochohmiges Glas ist.

4. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufteilen des Potentials aus einer Anzahl in Reihe geschalteter, außerhalb des Isolators (2) liegender und diesen überbrückender Widerstände besteht, wobei Verbindungen zwischen den Widerständen (6) und elektrisch leitenden Strecken (8) vorgesehen sind, so daß allen Isolierstrecken (4) untereinander gleiche Widerstände (6) parallel geschaltet sind.

5. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jede elektrisch leitende Strecke innerhalb des Rohres (2) ein Hindernis (34, 35) zur Ladungsableitung angeschlossen ist, so daß die Hindernisse (34, 35) eine Folge von Entladungsgebieten ausbilden, die verhindern, daß eine Entladung aus einem Entladungsgebiet in ein benachbartes übergreift, aber gleichzeitig den ungestörten Durchtritt des Gases durch die einzelnen Gebiete erlauben.

6. Isolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Entladehindernis aus einer durchlöcherten Hülle (35) aus rostfreiem Stahl besteht, die mit Stahlwolle (34) gefüllt ist.

7. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Heizmantel

(24). enthalt, der das Rohr (20) umschließt und die Kondensation von Dampf verhindert.
.

8. Die Anwendung eines Isolators nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Teil einer Treibstoffspeiseleitung, mittels der Quecksilberdampf einem Ionenantrieb zugeführt wird. ΐ

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen