DE484582C - Einrichtung zur Strombegrenzung in Hochspannungsstromkreisen - Google Patents

Einrichtung zur Strombegrenzung in Hochspannungsstromkreisen

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DE484582C
DE484582C DEM103833D DEM0103833D DE484582C DE 484582 C DE484582 C DE 484582C DE M103833 D DEM103833 D DE M103833D DE M0103833 D DEM0103833 D DE M0103833D DE 484582 C DE484582 C DE 484582C
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DE
Germany
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voltage
tube
grid
current
resistor
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DEM103833D
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Inventor
Dr Heinrich Franke
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CHF Mueller AG
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CHF Mueller AG
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05GX-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08Electrical details
    • H05G1/26Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30Controlling
    • H05G1/34Anode current, heater current or heater voltage of X-ray tube
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Strombegrenzung in Hochspannungsstromkreisen Um bei Einrichtungen, die mit hochgespannten Strömen arbeiten, ein unzulässiges Ansteigen der Stromstärke zu vermeiden, das beispielsweise dadurch eintreten kann, daß der Durchschlag einer Isolation erfolgt, hat man bisher in den Hochspannungsstromkreis hochohmige Widerstände eingeschaltet. Dadurch wurde erreicht, daß entsprechend der Höhe dieser Widerstände und der von der Apparatur gegebenen Spannung eine gewisse Höchststromstärke auftreten kann. Um jedoch bei hohen Spannungen, wie sie beispielsweise zur Prüfung von Isoliermaterial benötigt werden, ein allzu hohes Ansteigen der Stromstärke zu vermeiden, mußten die Widerstände entsprechend hoch gewählt werden. Wenn bereits eine Vorentladung eintrat, die jedem Durchschlag vorausgeht, so wurden die Widerstände in der Weise wirksam, daß die Prüfspannung wesentlich absank, wodurch das Moment des Durchschlages. sich wiederum verzögert. Will man dieses Nachlassen vermeiden, so ist bei entsprechend minimaler Bemessung der Widerstände im Augenblick des Durchschlages mit sehr hohen Stromstärken zu rechnen und eine unverhältnismäßig große und kostspielige Bemessung der Prüftransformatoren selbst sowie ihrer Zuleitungen erforderlich. Ganz abgesehen davon sind die zur Zeit vorzugsweise verwendeten Widerstände in ihrer Leitfähigkeit außerordentlich starken Schwankungen unterworfen. Diese Übelstände sind nach der Erfindung dadurch vermieden, daß in den Hochspannungsstromkreis eine Dreielektrodenröhre eingeschaltet ist, deren Kathode mit dem einen Ende eines Widerstandes `verbunden ist, an dessen anderem Ende der Hochspannungsstromkreis und das Gitter liegen. Diese Dreielektrodenröhre stellt innerhalb des Hochspannungsstromkreises einen Widerstand dar, dessen Wirksamkeit mit einer beliebig einstellbaren, scharfen Grenze eintritt. Bei der Isolationsprüfung beispielsweise setzt nicht schon bei der dem Durchschlag vorausgehenden Entladung ein Spannungsabfall ein, der das Durchschlagsbild stört, sondern es kann erst die gewünschte Entladung erfolgen, und doch ist dabei sicher verhütet, daß diejenige Stromstärke nicht wesentlich überschritten wird, welche die Voraussetzung eines wirksamen Durchschlages bildet. Diese Grenze ist genau durch geeignete Wahl des zwischen der Glühkathode und dem Gitter einzuschaltenden Widerstandes einstellbar, wobei der durch diesen Widerstand verursachte Spannungsverlust gegenüber der am Durchschlagsort wirksamen Spannung nicht ins Gewicht fällt. Die Dreielektrodenröhre wirkt daher zusammen mit dem Widerstand als ein selbsttätiger Strombegrenzer.
  • Um dabei zu vermeiden, daß innerhalb der Dreielektrodenröhre selbst ein vorzeitiger Spannungsabfall durch die Wirkung des Gitters eintritt, erhält dieses zweckmäßig mittels einer zwischen Gitter und Widerstand eingeschalteten Spannungsquelle eine positive Vorspannung. Diese Vorspannung wird erst mit Eintritt der kritischen Entladung dadurch ausgeglichen, daß sich an den Enden des Widerstandes infolge des erhöhten Stromdurchganges eine entgegengesetzt gerichtete Spannungsdifferenz ausbildet, welche mit weiterem Ansteigen des Stromes so groß wird, daß das Gitter eine negative Vorspannung erhält, die nunmehr eine weitere Erhöhung des Stromdurchganges ausschließt.
  • Bei Anwendung der Einrichtung für Röntgenanlagen kann man in den Hochspannungsstromkreis die Dreielektrodenröhre bei der genannten Verbindung der Kathode, des Gitters und des Hochspannungsstromkreises mit einem hochohmigen Widerstand einschalten, es kann aber auch bei Anlagen, bei welchen die Gleichrichtung mittels Ventilröhren erfolgt, die zusätzliche Einschaltung einer derartigen besonderen, als Strombegrenzer wirkenden Röhre dadurch erübrigt werden, daß die Ventilröhre selbst mit einem Steuergitter versehen ist, das mit dem einen Ende eines hochohmigen Widerstandes verbunden ist, an dem auch der Hochspannungsstromkreis liegt, während an das andere Ende des Widerstandes die Kathode der Ventilröhre angeschlossen ist. Zweckmäßig wird auch hier zwischen dem Widerstand und dem Gitter eine Spannungsquelle eingeschaltet, durch welche das Gitter beim normalen Betrieb der Röntgenröhre eine positive Vorspannung erhält, so daß die Charakteristik in den Grenzen normaler Stromentnahme der der üblichen Zweielektrodenröhren gleicht.. Eine derartige Schaltung gewährt, zumal beim Therapiebetrieb, ganz besondere Vorteile.
  • Einerseits ist durch diese Einrichtung ein wirksamer Schutz der Röntgenröhre selbst erzielt. Bei den hohen Spannungen von beispielsweise Zoo K.V., die an eine solche Röhre gelegt werden, setzt bei gelegentlichen Gasausausbrüchen eine Stoßionisation ein, die infolge des Leitendwerdens der gesamten inneren Röhrenkugel und der hierbei auftretenden außerordentlich hohen Stromstärke nahezu regelmäßig zur Zerstörung der Röntgenröhre führt. In diesem Fall tritt nun die strombegrenzende Wirkung der Dreielektrodenröhre in Tätigkeit, wobei gleichzeitig die gefährdete Röntgenröhre selbst in dem Maße von der Betriebsspannung entlastet wird, wie diese Spannung sich an den Enden der Dreielektrodenröhre ausbildet. Anderseits ist ein wirksamer Schutz gegen die Gefährdung von Menschen, welche z. B. aus Unachtsamkeit mit der Hochspannung in Berührung kommen, erreicht. Unbedingt verhindert bereits die genannte Einschaltung einer Dreielektrodenröhre und eines hochohmigen Widerstandes in die eine Stromzuleitung bei Berührung beider Zuleitungen das Auftreten kurzschlußähnlicher Entladungen, welche erfahrungsgemäß zum Tode führen können. Wirksamer ist dieser Schutz, wenn erfindungsgemäß in beide Zuleitungen zur Röntgenröhre je eine derartige Dreielektrodenröhre mit Widerstand eingeschaltet ist, so daß bei einpoliger Berührung in jedem Fall auch die Kapazitätsströme entsprechend begrenzt sind.
  • Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung dargestellt.
  • Abb. i zeigt schematisch die Anwendung der Einrichtung nach der Erfindung bei der Prüfung von Isolierstoffen auf Durchschlagsfestigkeit und Abb. 2 bei Röntgenanlagen.
  • Gemäß Abb. i soll eine Platte i aus Isolierstoff auf ihre Durchschlagsfestigkeit hin geprüft werden. Zu diesem Zweck liegt die Platte in bekannter Weise zwischen einer plattenförmigen Elektrode 2 und einer spitzenElektrode 3. Parallel zu den Elektroden 2 und 3 liegen Kugeln q. einer Meßfunkenstrecke. Ein Hochspannungstransformator 5 liefert die Prüfspannung. Der eine Pol 6 des Transformators ist durch eine Leitung 7 mit der spitzen Elektrode 3 verbunden.
  • Zwischen dem anderen Pol 8 des Transformators 5 und der plattenförmigen Elektrode?, ist eine Dreielektrodenröhre 9 eingeschaltet. Diese Röhre hat eine Glühkathode io, eine Anode ii und ein Gitter 12 . Die Kathode io erhält ihren Heizstrom durch einen Heiztransformator 13. Die Anode ii ist durch eine Leitung 14 mit der plattenförmigen Elektrode 2 verbunden. Der Pol 8 des Transformators 5 ist an die Glühkathode io unter Zwischenschaltung eines hochohmigen Widerstandes 15 angeschlossen. Das der Glühkathode io abgewandte Ende des Widerstandes 15 ist unter Zwischenschaltung einer Anodenbatterie 16 mit dem Gitter 12 verbunden, und zwar so, daß dieses am positiven Pol der Batterie liegt.
  • Die Abmessungen des Gitters i2 und seine Lage gegenüber der Glühkathode io sind so gewählt, daß, wenn dieses Gitter eine positive Vorspannung von beispielsweise Zoo Volt hat, ein ungeschwächter Stromdurchgang von der Glühkathode zur Anode ii stattfindet. Das Gitter verhindert jeglichen Stromdurchgang, wenn sein Potential gegenüber der Glühkathode negativ wird. Dann betrage die positive Vorspannung, welche die Batterie 16 dem Gitter erteilt, 400 Volt. Die Größe des hochohmigen Widerstandes 15 betrage i ooo Ohm. Angenommen, die zum Durchschlag notwendige Stromstärke betrage 2ooMilliampere, so wird sich beim Durchgang dieses Stromes durch den Widerstand 15 eine Spannungsdifferenz von Zoo Volt an seinen Enden ausbilden. Die an dem Gitter i2 liegende positive Vorspannung von 400 Volt wird infolge dieser im entgegengesetzten Sinne am Widerstand auftretenden Spannungsdifferenz um Zoo Volt positiver Vorspannung erniedrigt. Die Dreielektrodenröhre 9 bewirkt also nach gegebener Voraussetzung noch keinen Spannungsverlust, so daß der Durchbruch der zu prüfenden Platte i ungestört erfolgen kann. Nunmehr kann der an dieser Stelle einsetzende Durchschlagsstrom, der einem Kurzschlußstrom praktisch gleichkommt, die Größe von 400 Miniampere nicht überschreiten, weil bereits bei einem Stromdurchgang von 400 Milliampere durch den Widerstand 15 die sich ausbildende Spannungsdifferenz 400 Volt beträgt, so daß bei weiterem Anwachsen das Gitter 12 negativ werden würde, was nach der Voraussetzung einer völligen Abdrosselung jedes Stromdurchgangs gleichkommt.
  • Es ist also der Zweck erreicht worden, daß der Transformator relativ klein gewählt werden kann, da seine Wirksamkeit einerseits nicht durch die frühzeitig in Wirksamkeit tretenden Widerstände normaler Art geschwächt wird, anderseits nach erfolgtem Durchschlag nicht mehr Strom entnommen zu werden braucht, als zur Erreichung des herbeizuführenden Durchschlags notwendig ist.
  • Bei der Röntgenanlage nach Abb. 2 ist eine Glühkathodenröntgenröhre 17 üblicher Bauart mit der Anode 18 und der Glühkathode i9 verwendet, die durch einen Heiztransformator 2o gespeist wird. Diese-Röhre liegt in dem Arbeitsraum 21, der durch eine Wand 22 von dem Hochspannungsraum 23 getrennt ist. Die Zuleitungen 24, 25 der Röntgenröhre sind durch die Trennwand 22 isoliert hindurchgeführt. Den zum Betrieb der Röntgenröhre 17 erforderlichen hochgespannten Wechselstrom liefert der Transformator 26. Der Pol 27 des Transformators 26 ist über eine Ventilröhre 28 mit der Kathode i9 der Röntgenröhre 17 verbunden. Der Pol 29 des Transformators ist über eine zweite Ventilröhre 28 mit der Anode 18 der Röhre 17 verbunden. Beide Ventilröhren 28 sind im Sinne der Einrichtung nach Abb. i als Dreielektrodenröhre ausgebildet. Zwischen der Anode 30 und der Kathode 31 der Röhren z8 liegen Steuergitter 32, die ebenso wie bei der Einrichtung nach Abb. i unter Einschaltung einer Anodenbatterie 33 und eines hochohmigen Widerstandes 34 mit einer Kathode 3i. verbunden sind.
  • Die durch die Anodenbatterie 33 den Gittern 32 beider Ventilröhren 28 erteilte Vorspannung betrage z. B. 4oo Volt, die Größe der Widerstände 34 sei ioo ooo Ohm. Die normale Stromstärke der Röntgenröhre 17 betrage 2 Milliampere. Es beträgt dann die an den Enden der Widerstände 34 auftretende, gegen die Anodenbatterie 33 gerichtete Spannungsdifferenz Zoo Volt, wodurch die positive Vorspannung des Gitters 32 auf Zoo Volt herabgesetzt wird. Bei dieser Spannung arbeiten die Ventilröhren- 28 noch verlustlos, also mit der normalen Charakteristik einer Ventilröhre.
  • Tritt nun in der Röntgenröhre 17 ein Gasausbruch ein, der eine Stoßionisation und entsprechende Verminderung des Widerstandes der Röhre zur Folge hat, so würde bei Verwendung üblicher Ventilröhren die Stromstärke augenblicklich so hoch anwachsen können, daß die Röhre zerstört wird. Aber schon, wenn infolge der Stoßionisation der Röhrenstrom auf 4 Milliampere angestiegen ist, beträgt die an den Widerständen 34 auftretende Gegenspannung 400 Volt, so daß bei weiterem Ansteigen die Vorspannung des Gitters gegen den Glühdraht negativ wird, was ein weiteres Anwachsen des Stromes endgültig verhindert. Bei der gewählten Größe der Widerstände ist demgemäß überhaupt eine höhere Stromentnahme als 4 Milliampere an den Enden der Hochspannungsleitungen 24, 25 innerhalb des Bestrahlungsraumes 21 ausgeschlossen, so daß auch eine unmittelbare Berührung den Körper vor einem höheren Stromdurchgang als 4 Milliampere wirksam schützt, einer Größenordnung, welche erfahrungsgemäß als unschädlich bezeichnet werden kann. Auch bei .einpoliger Berührung könnte demgemäß der auftretende Kapazitätsstrom niemals die Größe von 4 Milliampere überschreiten, weil in jeder Zuleitung 24 und 25 zur Röntgenröhre 17 eine als Dreielektrodenröhre dienende Ventilröhre 28 eingeschaltet ist. Aber auch wenn nur in der einen Zuleitung eine derartige Dreielektrodenröhre 28 vorgesehen wäre, würde diese bereits einen wirksamen Schutz der Röntgenröhre 17 selbst bilden und ebenso einen gewissen Schutz gegen die bedeutend gefährlicheren Kurzschlußströme bei zweipoliger Berührung.
  • Die Einrichtung nach der Erfindung eignet sich grundsätzlich für Hochspannungskreise jeder Art, wo eine zeitlose Begrenzung der Stromstärke erforderlich ist.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCFIE: i. Einrichtung zur Strombegrenzung in Hochspannungsstromkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hochspannungsstromkreis eine Dreielektrodenröhre (9) eingeschaltet ist, deren Kathode (io) mit dem einen Ende eines Widerstandes (15) verbunden ist, an dessen anderem Ende der Hochspannungsstromkreis und das Gitter (12) liegen.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Widerstand (z5) und dem Gitter (12) der Dreielektrodenröhre (9) eine Spannungsquelle (16) so eingeschaltet ist, daß das Gitter am positiven Pol liegt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2 für Röntgenanlagen mit Gleichrichtung durch Ventilröhren, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kathode (3=) und Anode (3o) der Ventilröhre (28) ein Gitter (32) eingeschaltet ist, das mit dem einen Ende eines hochohmigen Widerstandes (3¢) verbunden ist, an. dem auch der Hochspannungsstromkreis liegt, während an das andere Ende des Widerstandes die Kathode (39) angeschlossen ist. q.. Einrichtung nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in beide Zuleitungen (2q., 25) zur Röntgenröhre (i7) je eine mit dem Gitter (32) versehene Ventilröhre (28) eingeschaltet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2483698A1 (fr) * 1980-06-02 1981-12-04 Electric Power Res Inst Procede et dispositif de limitation de courants de defaut

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