DE1640259A1 - Mehrstufen-Funkenstreckenschalter in Kaskadenanordnung - Google Patents

Description

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General Electric Company, Schenectady, N.Y. U.S.A.

Mehrstufen-Funkenstreckenschalter in Kaskadenanordnung

Die Erfindung betrifft zündbare Funkenstreckenschalter M

für hohe Leistungen, die infolge ihres kaskadenförmigen Aufbaus aus zwei oder mehreren Funkenstreckenschalterstufen in einem einzigen evakuierbaren Gehäuse zum Schalten von hohen Strömen bei außerordentlich hohen Spannungen geeignet sind.

Die jüngste Entwicklung auf dem Gebiet der Funkenstreckenschalter hat gezeigt, daß diese Schalter zum Schalten und zum Unterbrechen sowie für andere Schaltsteueraufgaben in Hochleistungsnetzwerken sehr nutzbringend angewendet werden können. Ein derartiger Funkenstreckenschalter ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 087 092 beschrieben. I

Die derzeitige Entwicklung von Funkenstreckenschaltern, die bereits eine hohe Zuverlässigkeit, schnelle Ansprechzeit, geringe Unbeständigkeit oder Unstabilität und andere erstrebenswerte Sehalteigenschaften aufweisen, geht darauf hinaus, den Kennstrom und die Nennspannung für diese Schalter zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein zündbarer Funkenstrecken-Vakuumschalter in einem einzigen evakuierbaren Gehäuse zwei unabhängige Schalterstufen aufweist,

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die elektrisch in Reihe geschaltet und derart angeordnet sind, daß das beim Durchschlag in der einen Funkens treckenschalterstufe erzeugte Elektronen-Ionen-Plasma in den Elektrodenraum der anderen, dicht dabei angeordneten Funkenstreckenschalterstufe eindringt und deren Durchbruch auslöst, so daß schließlich beide Schalterstufen elektrisch in Reihe liegen. Durch die Anordnung von mehreren Schalter-Stufen in Reihe anstelle eines Schalters mit nur einem Elektrodenpaar kommt man zum Abhalten derselben Spannung mit einer geringeren Gesamtabmessung des Funkenstreckenschalt er s aus.

Vorzugsweise sind in einem evakuierbaren Gehäuse an jedem Gehäuseende eine Zündstrecke zum Eintreiben eines Elektronen-Ionen-Plasmas in einen jeweils zugehörigen Elektrodenraum vorhanden. Jeder Elektrodenraum enthält eine zylindrisch aufgebaute Außenelektrode mit einem radial nach innen gerichteten dünnwandigen Elektrodenrippenpaar und eine Innenelektrode mit mehreren radial nach außen gerichteten dünnwandigen Elektrodenrippen. Die .Innenelektroden der dicht übereinander angeordneten Schalterstufen sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet und liegen sich mechanisch derart gegenüber, daß das Elektronen-Ionen-Plasma von der einen Elektrode sehr leicht in die andere _% gelangen kann» Bei der Ionisation des Elektrodenraumes der einen Funkenstreckenschalterstufe breitet sich daher das Elektronen-Ionen-Plasma auch sehr schnell im Elektrodenraum der anderen Schalterstufe aus, so daß der Durchbruch in den beiden Schalteretufen fast zur gleichen Zeit erfolgt.

Die Erfindung soll an Hand von Figuren, im einzelnen beschrieben werden.

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Pig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Zweistufen-Funkenstreckenschalter in Kaskadenanordnung.

Fig.- 2. ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch die Zündelektrodenanordnung, die in jedem der beiden in ί^νίέ»· 1 ge se ißt en- Funkenstreckenschalterstufen benutzt wird.

Fig. 4 zeigt schematisch wie eine der Fig. 1 ähnliche An- ü ordnunf and-ere geschaltet werden kann.

Der in Fig. 1 gezeigte Funkenstreckenschalter für hohe Leistungen weist eine zündbare Vakuumstrecke mit einem Elektrodenpaar auf. Die eine Elektrode besteht aus einem HohlKylinder mit mehreren radial nach innen gerichteten Rippen, die dünnwandig, aber großflächig Bind. Die andere Elektrode weist mehrere zentrisch angeordnete und radial nach außen gerichtete dünnwandige Elektrodenrippen auf, die mit den nach innen gerichteten Rippen der Außenelektrode verschachtelt sind.

Während diese Schaltvorrichtung äußerst wirksam elektrische Ströme und Spannungen unterbrechen, schalten und andere Schalt funkt i'onen vornehmen sowie sehr wirkungsvoll weitere Schaltsteuermaßnahmen an Hochspannungsnetzen von großer Leistung ausführen kann, ist die abzuschaltende Spannung begrenzt. Die AbIaLte- oder Sperrspannung hängt von der Größe der Vorrichtung und von den Abständen zwischen den nahe beieinander angeordneten Teilen der Elektrodenstrecke ab, beispielsweise vom kürzesten Abstand zwischen den nach innen ragenden Rippen der Außenelektrode und den nach außen verlaufenden Rippen der Innenelektrode. Obwohl die

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Abhaltespannung von derartigen .Vorrichtungen durch Vergrößerung der Abmessungen erhöht werden kann, hat sieh V : herausgestellt, daß die Abhaltespanming.oder Sperrspannung, die man an die Elektroden der Vorrichtung legen kann, ohne daß dabei ein elektrischer Durchbruch zwischen den Elektroden entsteht, nicht in dem" Maße zunimmt, wie man es aus der Vergrößerung der Abmessungen annimmt. Die Abhaltespannüng nimmt zwar mit größer werdendem Abstand zwischen den Elektroden zu-, jedoch ist diese Zunahme weniger als linear* Ferner ist es bei einem größeren Elektrodenabstand schwieriger, den Durchbruch der Hauptstrecke mit der Zündelektrodenanordnung einzuleiten, da die Zündanordnung zum Durchbrechen der größeren Elektrodenstrecke eine höhere Energie aufbringen muß*

Bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufen-Funkenstreckensehalter nimmt die Abhaltespannung nicht nur in einem größeren " Maße zu als die Zunahme der- Gesamtdimension des Schalters, sondern auch die zum Durchbruch notwendige Energie kann auf einem niedrigen Wert gehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, daß mehrere voneinander unabhängige, zündbare Vakuumsehalterstufen dicht nebeneinander angeordnet werden, so daß der durch die Zündelektrodenanordnung in einer Schalterstufe ausgelöste Durchbruch nahezu gleichzeitig damit einen Durchbruch in den anderen Schalterstufen einleitet.

Fig. 1 zeigt einen Zweistufen-Funkenstreckenschalter in Kaskadenanordnung nach der Erfindung. Ein evakuierbares Gehäuse 1 weist zwei zylindrische Gehäuseteile 2 und 3 aus Isoliermaterial auf, die koaxial zueinander angeordnet sind und beide mit einem Elektrodentragring 4- über zwei Keramik-Metall-Dichtungsringe 5 und 6 verbunden sind, die

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jeweils einen Plansch aufweisen. An den Gehäuseenden befinden""-sich■-becherförmige "Abschlußkappen 7 und 8, die eine zentrische Öffnung aufweisen. Jede Abschlußkappe 7 und 8 ist mit ihrem zugehörigen zylindrischen Gehäuseteil 2 bzw. 5 über einen AbdeGkring 9 und einen ringförmigen Metall-Keramik- Dichtungsflans oh 10 verbunden. Eine Zündelektrodenanordnung Ii ist in der zentrischen öffnung im Boden der Abschlußkappe 7 angeordnet und mit ihr gasdicht verbunden. In der Öffnung der Abschlußkappe 8 be- . findet sich ebenfalls eine Zündelektrodenanordnung 12, die ™ in ähnlicher Weise mit dem Boden der becherförmigen Absehlußkappe 8 verbunden ist* Eine Zündelektrodenleitung kann der Zündelektrodenanordnung 11 ein elektrisches Signal zum Zünden zuführen. In ähnlicher Weise kann eine Zündelektrodenleitung H ein Signal an die Zündelektrodenanordnung 12 zum Zünden abgeben. Die Zündelektroden- · leitungen 13 und 14 werden isoliert· durch die ZÜndelektrodenanordnungen 11 bzw. 12 mittels Isolierbuchsen 15 und 16 durchgeführt.

Die vom Isolierteil 2 umgebenen Teile des Gehäuses 1 bilden eine Punkenstreckenschalterstufe 20. Diejenigen ä

Teile, die innerhalb des evakuierbaren Gehäuses 1 vom zylindrischen Isolierteil 3 umgeben werden, bilden eine weitere Punkenstreckenschalterstufe^O· Die erste Fun^ kenstreckenschalterstufe 20 weist eine Außenelektrode 21 mit einem zylindrischen Körper 22 und mehreren dünnwandigen radial angeordneten Rippen 23 auf, die parallel zur Schalterlängsachse laufen. Die Funkenstreckensehalterachse kann man sich als eine linie vorstellen, die durch die zentrischen Teile der Züridelektrodenanordnungen 1-1 und 12 geht und um die die beiden zylindrischen Isolierteile 2 und 3 konzentrisch angeordnet sind. Eine weitere

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Elektrode 24 in der ersten Sehalterstufe 20 weist, ebenfalls mehrere dünnwandige und großflächige radial nach außen, gerichtete Rippen 25 auf. Die Rippen 25 sind gegenüber den Rippen 23 der Außenelektrode 21 derart versetzt, daß sie in den von den Rippen 23 gebildeten Raum hineinragen und von den benachbarten Rippen 23 einen gleichen Abstand haben. Die Rippen 23 der Außenelektrode 21 sind etwa genausolang wie die Rippen 25 der Innenelektrode 24, Die Innenelektrode 24 ist elektrisch'leitend mit ihrem untewren Teil an einem ringförmigen Tragkörper 26 befestigt. Der Tragkörper 26 ist wiederum elektrisch und mechanisch mit dem Tragring 4 verbunden und wird von diesem unterstützt. Der Tragring 4 bildet einen Teil des evakuierbaren Gehäuses 1. An derselben Stelle, an der der Tragkörper 26 mit dem Ring 4 verbunden ist, ist ein kurzer zylindrischer Schutzring 27 am Tragring 4 befestigt. Der Schutzring 27 verhindert, daß Metallteilchen aus dem Elektrodenraum zum Isolierteil 2 gelangen können, sieh auf ihm niederschlagen und das Isolierteil 2 kurzschliessen. Der Schutzring 27 kann auch langer sein und andere zum Schutz geeignete Formen aufweisen*

Die zweite in Fig. 1 gezeigte Funkenstreckenschalterstufe 30 ist im wesentlichen,genauso aufgebaut wie die Funkenstreckenschalterstufe 20. Ähnliche Bauelemente haben entsprechende Bezugszahlen, wobei jeweils die Zehnerstelle "2" durch "3" ersetzt ist. In Fig. 1 sind die nach innen ragenden Rippen 23 der ersten Schalterstufe 20 in der Hauptsehnittebene gezeigt, während die nach außen laufenden Rippen 25 teilweise geschnitten dargestellt sind. Bei der zweiten Schalterstufe 30 ist es genau umgekehrt. Die nach außen verlaufenden inneren Elektrodenrippen 35 sind voll eingezeichnet, während die nach innen verlaufenden äußeren

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ElektrOdenrippen 33 zum Teil geschnitten sind. Bin zum Durchtritt des Plasmas dienendes Verhindungsrohr 40 befindet sieh zwischen den die Ihnenelektrode" tragenden Körpern 26 und 36. Bas Rohr 40 ist elektrisch mit den Innenelektroden 24 und 34 verbunden und "bildet einen widerstandslosen Weg für das Elektronen-Ionen-Plasma zwischen den Elektrodenräumen der beiden Sehalterstufen 20 und 30* ..-■,-.-■■ ■ _ ■ "-■

Klemmen 41 und 42 dienen zum Anschluß eines Netzwerkes ^l

an den Schalter, daa von dem in Fig. 1 gezeigten zündbaren Funkenstreckenschalter unterbrochen, geschaltet oder anderweitig gesteuert werden soll. Ein Kondensatorpaar 43 und 44 "bildet einen Spannungateiler, dessen Mittelanzapfung 45 an den Elektrodentragring 4 angeachlossen ist und dessen Enden mit den Klemmen 41 und 42 verbunden sind. Zwei voneinander getrennte, aToer gleichzeitig gesteuerte Impulsgenerfitoiren 46, die an die zugehörigen Zündelektrodenleitungen 15 bzw» 16 und an die leitenden Abachlußplatten 9 angeschloasen sind» dienen zum Zünden der Zündelektrodeneinrichtungen Tl baw. 12.

Fig. 2 ist ein Querschnitt länge der linie 2-2 von Fig. 1. Die Fig* 2 zeigt wie die Innenelektrode 24 mit ihren nach außen gerich'teten Rippen 25 in bezug auf die Außenelektrode 21 mit ihren nach innen gerichteten Rippen 23 angeordnet iat. In der Fig. 2 ist ferner der Schutzring 27 und das zylindrische Isolierteil 2 zu aehen.

Die in den FIg, 1 und 2 gezeigten Gehäuseteile 2 und 3 sind Hochepannungaiaolierkörper und bestehen beispiela«- weise aus Forsterit-Keramik, hartem Geräteglas (Pyrex) oder Aluminiuffloxydkeramiken hoher Dichte. Die Elektroden-

anordnungen 21,24,31 und 34 sowie die Bauteile 26,27,36 und 37 sind aus einem hochreinen Material hergestellt, das vorzugsweise nach dein Zonenreinigungsverfahren gereinigt ist. Es kann sich beispielsweise um Kupfer handeln, das in.10 Teilen weniger als einen Teil von Gasen oder gasförmigen Verunreinigungen enthalt,· insbesondere Sauerstoff oder Ββμετθ^ίΐ bildende Verunreinigungen. Die übrigen metallischen Bauteile, beispielsweise die Abschlußplatten 9 und 10 sowie der Tragring 4, sollen ebenfalls aus hochreinem Metall bestehen, beispielsweise Kupfer, nichtrostendem Stahl oder Nickel. Aus diesen Metallen soll ^as G-as ausgetrieben sein, um das Auftreten von Gasen . oder gasbildenden Materialien zu verhindern. Diese Metalle brauchen jedoch nicht den außergewöhnlich hohen Reinheitsgrad des Elektrodenmaterials zu haben. Vor der Inbetriebnahme wird das Gehäuse auf einen Druck von 10 mm Hg oder weniger evakuiert, um die in» Vakuum höhere Abhaltespannung und schnellere Erholungszeit auszunutzen.

Beim Betrieb des .Funkenstreckenschalters soll angenommen werden, daß die Vorrichtung dazu benutzt wird, vom nichtleitenden Zustand in den leitenden Zustand zu schalten, wenn eine hohe Spannung zwischen den Klemmen 41 und 4-2 liegt. Der aus den Kondensatoren 43 und 44 bestehende Spannungsteiler teilt die an den Klemmen 41 und 42 anliegende Spannung zwischen den beiden in Reihe liegenden Punkenstreekenschalterstufen 20 und 30 auf. So liegt beispielsweise die eine Hälfte der angelegten Spannung am Kondensator 44 und damit zwischen den Rippen der Elektroden 21 und 24· Die andere Hälfte der angelegten Spannung liegt am Kondensator 43 und daher zwischen den Rippen der Elektroden 31 und 34. ·

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Wenn der Schalter gezündet werden soll, um die zwischen seinen Klemmen 4-1 und 42 liegende Spannung kurzzuschließen, dann wird von einer Steuereinrichtung ein positiver Impuls zwischen 50 und 5000 YoIt an die Zündelektrodenleitüngen 13 bzw« 14 gelegt« Die Größe der Ziind impuls amplitude hängt von der abzuhaltenden· Spannung und den Abmessungen des Elektrodenraums zwischen den Hauptelektroden ab. Wenn es sich bei der angelegten Spannung um eine Gleichspannung handelt, dann ist nur die eine der beiden Hauptelektro- M den 21 oder 31, denen die Zündanordnungen 11 bzw. 12 zu- ^ geordnet sind, negativ und die an die Zündeinrichtung der negativen Elektrode angelegte positive Zündspannung verursacht einen Durchbruch zwischen dieser Elektrode und der Zündano^de der zugeordneten Zündanordnung. Palls an den Klemmen 41 und 42 eine Wechselspannung anliegt, dann ist die eine der beiden Hauptelektroden 21 oder 31 nega-, tiver als die andere und die der negativen Hauptelektrode zugeordnete Zündeinrichtung 11 oder 12 wird durchschlagen, wodurch ein Elektronen-Ionen-Plasma in den Hauptelektrodenraum zwischen den zugeordneten Hauptelektroden getrieben wird. Wenn der erste Durchbruch oder Durchschlag zwischen den Elektroden 21 und 24 erfolgt, dann wird ein \ Ionen-Elektronen-Plasmaimpuls in den Raum zwischen den Elektroden 21 und 24 getrieben, so daß sich zwischen ihnen ein Hochspannungsentladungsbogen ausbildet. Nach der Ausbildung dieses Bogens entlädt sich der Kondensator 44 über die an ihn angeschlossenen Elektroden und verhindert dadurch, daß der Bogen erlischt. Durch die Kondensatorentladung entsteht ein diffuser Bogen zwischen den Rippen 25 der Elektrode 24 und den Rippen 23 der Elektrode 21. Nachdem sich ein voller Entladungsbogen zwischen den Elektroden 21 und 24 ausgebildet hat, wird das dabei gebildete .Elektronen-Ionen-Plasma durch das Rohr 40 in den Raum

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zwischen den Rippen der Elektroden 31 und 34 der Funkenstreekenschalterstufe 30 getrieben* Beim Ausbilden des Bogens zwischen den Elektroden 21 und 24 liegt fast die gesamte Spannung zwischen den Klemmen 41 und 42 am Kondensator 43. Infolge dieser höheren Spannung zwischen den Elektroden 31 und 34 und durch das aus dem Schalterteil 20 in den Häuptelektrodenraum zwischen den Elektroden 31 und 34 getriebene Elektronen-Ionen-Plasma bildet sich zwischen den Elektroden 31 und 34 in weniger als einer Mikrosekunde nach dem Durchschlag der Schalterstufe 20 ein Durchschlagbogen aus. Nach der Bildung des Bogens zwischen den Elektroden 31 und 34 entlädt sich der Kondensator 43_;und es entsteht ein geschlossener Strompfad von der Klemme 41 über den Elektrodenraum zwischen den Elektroden 21 und 24 und den Elektrodenraum zwischen den Elektroden 31 und 34 zur Klemme 42. Dabei verteilt sich die Spannung im wesentlichen gleichmäßig zwischen den beiden Bogen und die Erosion an irgendeiner Hauptelektrode ist nicht größer als bei einem einzigen Bogen.

Durch die Kaskadenanordnung von mehreren Funkenstreckenschalterstufen ist es daher möglich sehr hohe Spannungen abzuhalten, da sich die abgehaltene Spannung gleichmäßig auf die Schalterstufen verteilte

In Fig. 3 ist in vergrößertem Maßstab die Zündelektrodenanordnung 11 gezeigt. Diese Zündeinrichtung enthält eine Zündanode 48, die becherförmig ausgebildet ist und aus Molybdän besteht. Die Zündanode 48 liegt auf einem keramischen Ring 49, der mit einem ein ionisierbares Material erzeugenden Film überzogen ist. Der Überzug wird von einer ringförmigen Rinne 50 unterbrochen, so daß zwei elektrisch voneinander isolierte Ringteile 51 und 52 gebildet werden,

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die von dem Film überzogen sind. Die die beiden Ringteile

51 und 52 trennende Rinne 50 bildet die Zündstrecke. Der ringförmige Überzug 51 ist elektrisch und mechanisch mit der Zündanode 48 verbunden» und der ringförmige Oberzug

52 ist elektrisch und mechanisch mit der Zündkatode 53 verbunden, die eine sich nach innen verjüngende Öffnung aufweist und den Keramikring 49 überdeckt. Dadurch besteht zwischen der Zündstrecke 50 und der Hauptelektrodenstrecke der Funkenstreckensehaltcfrstufe keine direkte Sichtlinie, so daß die Zündkatode 53 die Zündstrecke 50 schützt. Die Sündkatode 55 ist elektrisch und mechanisch in der Kentrischen Öffnung im Boden der oberen becherförmigen Abschlußkappe 7 mit dieser verbunden und ist ebenfalls elektrisch und mechanisch mit dem oberen scheibenförmigen Boden der !elektrode 21 verbunden,; so daß die an der Außenelektrode der Schalterstufe 20 liegende Spannung auch an der ZÜndkatode 53'liegte

Gegen die Zündanode 48 wird federnd eine keramische Isolierscheibe54 gedrückt,Die an der Isolierscheibe 54 anliegende Feder 55 besteht aus einem hitzebeständigen Metall. Mit ihrem anderen Ende drückt die Feder gegen einen Dichtungsflansch 56,der an der Isolierdurehführung 15 anliegt, durch die die Anodenleitung 13 zur Zündanode 4& führt. Ein narch innen gerichteter ringförmiger Flansch 57 ist gasdicht mit dem Flansch 56 und einem zylindrischen Abschluiteil 56 verbunden, und zwar entweder durch Schweißen, Löten oder durch eine andere gasdichte Verbindung. Das Abschlußteil 58 ist ebenfalls gasdicht an der becherförmigen Abschlußkappe 7 befestigt.

Beim Betrieb befindet sieh dieZündkatode 53 auf demselben negativen Potential wie die Außenelektrode 2t. Der positive

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Zündimpuls wird über die Zündanodenleitung 13 der Zündanode 48 und den Film 51 zugeführt. Der elektrische Durchbruch oder Durchschlag findet zwischen den Filmen 51 und 52 statt« Die Filme 51 und 52 können ein Medium sein, das ein aktives Gas speichert. Es kann sich beispielsweise um Titan oder um ein Hydrit einer seltenen Erde handeln, das Wasserstoff enthält, der bei der Ausbildung eines Zündbogens zwischen den beiden Filmen austritt „Die Filme können aber auch aus einem Material bestehen, das einen hohen Dampfdruck und einen niedrigen Schmelzpunkt aufv/eist, beispielsweise Kupfer oder Beryllium. Bei- der Ausbildung eines Zündbogens entsteht durch Ionisation des aus den Filmen 51 und 52 austretenden ionisierbaren Materials ein Elektronen*.Ionen-Plasma. Sobald das Plasma den Raum in der Zündelektrode angefüllt hat, tritt es durch die Öffnung in der Zündkatode 53 in den Elektrodenraum zwischen den Elektroden 21 und 24 und verursacht dort einen elektrischen Durchbruch.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung mit einer davon abweichenden ' Durchschlagsfolge für die in Fig. 1 gezeigte Anordnung. Bei der in Fig. 4 gezeigten Schaltung braucht man keine äußere Zündquelle. Der Durchschlag kann durch eine Überspannung, einen Überspannungsimpuls oder durch einen Zündimpuls ausgelöst werden, der der normalen Spannung, die an dem Schalter anliegt_r überlagert wird. In Fig. 4 wird die zu schaltende Leitungespannung zwischen die Klemme und 42 gelegt. Beim Auftreten eines Überspannungs- oder Zündimpulses auf der Leitung entsteht zwischen den Strecken 63 und 64 ein Funkendurehechlag. Die Strecken 63 und 64 sind den Erektrodenanordnungen 21 und 24 bzw. 31 und,34 parallelgeschaltet und liegen mit Widerständen 65 und 66 bzw. 67 und 68 in Reihe. Die Zündanodenleitung 13 ist an

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den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 65 und 66 angeschlossen. Die Zündanodenleitung 14 ist in gleicher Weise mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerstanden 67 und 68 verbunden. Beim Auftreten einer Überspannung schlagen die Funkenstrecken 63 und 64 durch. Es fließt dann ein Strom zwischen den Klemmen 41 und 42 über die Zündanode 13, den Widerstand 65, die Funkenstrecken 63 und €4 sowie über den Widerstand 67 und über die Zündanode 14. In Abhängigkeit davon, welche von den ^ beiden Klemmen 41 und 42 negativer ist, wird eine der bei- ™ den Zündanoden 13 oder 14 einen Durchbruch auslösen, so daß entweder die Schalterstufe 20 oder 30 durchschlägt» Schlägt beispielsweise die Schalterstufe 20 durch, da die Klemme 41 negativer ist als die Klemme 42» dann fließt ein Strom durch die Elektrode 21, den Entladungs.bogen 69, die Elektrode 24, die Strecke 64, den Widerstand 67 und durch die Zündanode 14. Die gesamte Leitungsspannung fällt dann am Widerstand 67 ab. Da zur selben Zeit aus der Schalterstufe 20 Plasma in die Schalterstufe 30 getrieben wird, schlägt diese in weniger als einer Mikrosekunde durch, so daß jetzt die gesamte Schalteranordnung durchgeschlagen ist. Der Gebrauch einer Widerstandsteilerschal- Jj tung zum aufeinanderfolgenden Zünden von einander gegenüberliegenden Zünäelektrödenanordnüngen in einer Schaltvorrichtung mit einer Zündstrecke wurde bereits anderweitig vorgeschlagen. Der Widerstand 66 kann 30 Kiloohm betragen und dient zur Verminderung der Spannung an der Zündelektrode und zur Strombegrenzung beim Einschwingvorgang des gerade gezündeten Entladungsbogens. Der Widerstand 65, der 50 Ohm betragen kann, dient zur Strombegrenzung durch die !Funkens tr ecke 63. Beim Durchbruch der Sehalterstufe 20 erscheint die gesamte anliegende Spannung an der Schalterstufe 30, die daraufhin durchbricht, so daß

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der Strom jetzt in der gleichen Weise fließt, wie es bereits im Zusammenhang mit Pig. 1 beschrieben wurde.

Obwohl in den vorliegenden Ausführungsbeispielen nur zwei Sehalterstufen benutzt werden, können mehrere Schalterstufen vorhanden sein. Die Schalteranordnung kann beispielsweise längs der in Fig.,1 gezeigten Linie 3-3 abgeschnitten und dann aus zwei der unter der Linie 3-3 befindlichen Schalterelemente zusammengefügt werden, so daß insgesamt vier Schalterstufen vorhanden sind. Man kann auch daa Mittelteil der in Fig. 1 gezeigten Schalteranordnung zwischen den Linien 3-3 und 4-4 herausschneiden und dieses Mittelteil ohne zugeordnete Zündelektrodenanordnungen zwischen zwei Schalterstufen mit Zündelektrodeneinrichtungen einschieben, beispielsweise zwischen die Schalterstufen 20 und 30. Auf diese Weise kann man sehr leicht eine geradzahlige Anzahl von Schalterstufen zusammensetzen, die aus mehreren getrennten, in Reihe liegenden Durchschlagstrecken besteht, so daß diese Anordnung eine sehr hohe Spannung abhalten kann. Dabei vergrößert sich lediglich die Länge der gesamten Schalteranordnuhg. Der Hauptelektrodenabstand in den einzelnen Schalterstufen bleibt der gleiche. Daher ist es auch nicht notwendig, die Energie des Zündimpulses zu erhöhen.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Mehrstufen-Funkenstreckenschalter für hohe Spannungen ■mit einem gasdichten Gehäuse, das auf einen Druck von 10" mm Hg oder weniger evakuiert ist und das mindestens einen für Hochspannungen geeigneten Isolierkörper aufweist, der verschiedene Gehäuseabschnitte voneinander elektrisch trennt, dadurch g e k e η η ζ e ie h net, daß in dem evakuierten Gehäuse (1) mehrere Durch schlagsstreckenstufen (20,30) angeordnet sind, in denen zwei Hauptelelctroden (21,24 "bzw. 31 »34) eine Hauptdurchschlagsstrecke zwischen'sich begrenzen, daß die eine Haupt elektrode (24) der einen Stufe mit der einen Hauptelektrode (34) der benachbarten Stufe elektrisch in Reihe geschaltet ist, und daß zwischen denStufen eine BogenÜbertragungsνorrichtung (40) angeordnet ist, durch die das in einer Stufe durch eine Bögenausbildung hervorgerufene Elektronen-Ionen-Plaema in die Hauptbogenstrecke der benachbarten Stufe eintritt und deren Durchschlag auslöst.

2. Funkenstreckenschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ eich η e t , daß eine Zündelektrodenanordnung (11,12) nahe bei der Hauptdurchschlagsstrecke einer Schalterstüfe (20 bzw. 30) angeordnet ist, daß die zu schaltende Spannung eines Verbrauchers an dem Schalter liegt, und daß zum Betreiben'des Schalters ein Impulsgenerator (4.6) der Zündanordnung (LI, 12) einen Zündimpuls zuführt.

3. Funkenstreckenschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h"n e t , daß die einzelnen Schalterstufen (20,30) in Reihe längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.

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4. Funkenstreokenechalter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß jede Sehalteretufe eine Außenelektrode (21,31) mit mehreren nach innen gerichteten, dünnwandigen Rippen (23,33) und eine Innenelektrode (24,34) mit mehreren radial nach außen gerichteten, dünnwandigen Bippen (25,35) aufweist, die mit den radial nach innen verlaufenden Rippen der Außenelektrode verschachtelt sind.

5* Punkenetreckenschalter nach Anspruch 4,

™ dadurch gekennzei c h η e H; , daß die Innenelektroden (24,34) von zwei benachbarten Schalterstufen elektrisch miteinander verbunden sind.

6. Funkenetreckenechalter nach Anspruch 5,

- dadurch gekennzei eh η e t , daß bei weiteren benachbarten Schalterstufen die Außenelektrode (21 bzw. 31) der einen Sehalteretufe (20 bzw. 30) mit der Außenelektrode in der benachbarten Schalterstufe elektrisch in Reihe geschaltet ist.

7. PunkenBtreckenschalter nach Anspruch 1 oder 3,

a± da d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß in den beiden Endschalterstufen (20,3C) einer Schalterstufenreihe der Hauptbogenstrecke jeweils eine Züiidelektrodenanordnung (11,12) zugeordnet ist.

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