DE1763559C3

DE1763559C3 - Spark gap with three electrodes for strong high voltage currents

Info

Publication number: DE1763559C3
Application number: DE19681763559
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Royan Dubois (Frankreich)
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1967-06-29
Filing date: 1968-06-24
Publication date: 1977-12-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstrecke mit mindestens einer Zündelektrode und mit zwei Hauptelekiiüden, die einet; Stromkreis schließen, der von einem Hochspannungsgenerator gespeist wird und in dem sehr hohe Stromstärken auftreten, wobei als Hauptelektroden eine zylindrische Anode und eine Kathode in Gestalt eines zylindrischen Ringes, welcher die Anode umfaßt und mit dieser koaxial verläuft, vorhanden ist.The invention relates to a spark gap with at least one ignition electrode and with two Main eleciiude that unites; Close circuit that is fed by a high voltage generator and in which very high currents occur, with as Main electrodes a cylindrical anode and a cathode in the form of a cylindrical ring, which comprises the anode and is coaxial therewith.

In den Fällen, in denen man z. B. einen unter hoher Spannung aufgeladenen Kondensator mit sehr hoher Stromstärke in einen Stromkreis entladen will, wobei die Entladung schlagartig erfolgen soll, bedient man sich meist zum Schließen des Slromkreises einer Funkenstrecke. In those cases where z. B. a charged under high voltage capacitor with very high If you want to discharge current intensity into a circuit, whereby the discharge should take place suddenly, you use yourself mostly to close the circuit of a spark gap.

Durch die US-PS 25 81 970 ist eine Funkenstrecke der eingangs genannten Art bekannt, bei der sich Kathode und Anode in koaxialer, zylindrischer AnordnungBy US-PS 25 81 970 is a spark gap The type mentioned at the outset is known in which the cathode and anode are in a coaxial, cylindrical arrangement

ίο gegenüberstehen und die beiden Elektroden als torusförmige, zylindrische Ringe ausgebildet sind. Paiallel zur Zylinderachse der beiden Elektroden wird ein magnetisches Feld erzeugt, wodurch die Funkenentladung während der Entladung längs den Zylinderwan-ίο face each other and the two electrodes as toroidal, cylindrical rings are formed. Becomes parallel to the cylinder axis of the two electrodes creates a magnetic field, whereby the spark discharge during the discharge along the cylinder wall

düngen der Elektroden rotiert und somit ein örtliches Überhitzen einer Stelle der Elektroden vermieden wird. Die Elektroden sind in einer solchen Entfernung zueinander angeordnet, daß das zwischen ihnen bestehende Feld unterhalb der Durchschlagschwelle verbleibt, d. h. bei Anlegen der umzuwandelnden Spannung zwischen Elektroden kommt es zwischen denselben zu keiner Funkenbildung. Eine dritte, sogenannte Zündelektrode, die nahe an einer Hauptelektrode angeordnet ist, wird unter Hochspannungfertilizing the electrodes rotates and thus a local Overheating of one point of the electrodes is avoided. The electrodes are at such a distance arranged to each other that the field existing between them is below the breakdown threshold remains, d. H. when the voltage to be converted is applied between electrodes, it comes between same to no sparking. A third, so-called ignition electrode, which is close to a main electrode is arranged is under high voltage

gesetzt. Dadurch entsteht zwischen der Zündelektrode und einer der beiden Hauptelektroden ein Funke, der seinerseits eine Elektronenwolke erzeugt, welche die Durchschlagschwelle herabsetzt, d.h. die kritische Schwelle bei der ein Funke entsteht; nunmehr erfolgt die Zündung der elektrischen Entladung zwischen Anode und Kathode. Bei der Mehrzahl der bekannten Funkenstrecken verwendet man entweder halbkugelige Elektroden oder ebene Platten bzw. Plattenstapel (»Butterworth's Scientific Publication«, London 1954, S.set. This creates a spark between the ignition electrode and one of the two main electrodes, the in turn generates an electron cloud which lowers the breakdown threshold, i.e. the critical one Threshold at which a spark occurs; the electrical discharge is now ignited between Anode and cathode. Most of the known spark gaps are either hemispherical Electrodes or flat plates or plate stacks ("Butterworth's Scientific Publication", London 1954, p.

180, Abb. 173).180, fig. 173).

Jedoch zeigen solche Funkenstrecken häufig keine ausreichend solide Kunstruktion, deren es zur Festigkeit gegenüber den sehr hohen Stromstärken bedarf.However, such spark gaps often do not have a sufficiently solid synthetic structure that is strong enough compared to the very high currents required.

Die Funkenstrecke gemäß der US-PS 25 81970 besitzt gegenüber den vorgenannten Funkenstrecken eine größere mechanische Festigkeit, die jedoch bei sehr hohen Stromstärken nicht ausreichend ist. Desweiteren bewirkt das parallel zur Zylinderachse der beiden Elektroden angelegte magnetische Feld nicht nur eine Rotation der Funkenentladung, sondern auch eine Verlängerung bzw. ein Auseinanderziehen der Funkenentladung gegenüber einer Funkenentladung, die sich bei Entladung ohne magnetischem Feld einstellen würde. Durch die Rotation der Funkenentladung erfolgt eine Ausbreitung der Ionisationszone im wesentlichen nur in einer Richtung und zwar in der Rotationsrichtung der Funkenentladung, weshalb die Ausbreitung der Ionisationszone langsamer erfolgt als bei einer Funkenentladung ohne magnetisches Feld.The spark gap according to US-PS 25 81970 has a greater mechanical strength compared to the aforementioned spark gaps, but that at very high currents is not sufficient. Furthermore, this causes the two to be parallel to the cylinder axis Electrodes applied magnetic field not only a rotation of the spark discharge, but also a Lengthening or pulling apart the spark discharge compared to a spark discharge that is in the event of a discharge without a magnetic field. The rotation of the spark discharge takes place a propagation of the ionization zone essentially only in one direction, namely in the direction of rotation the spark discharge, which is why the ionization zone spreads more slowly than with a spark discharge without magnetic field.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstrecke der eingangs genannten Art zu schaffen die eine schnelle Ausbreitung der lonisationszone untei Erhöhen der Stabilität der Entladung ermöglicht, wöbe insbesondere eine erhöhte mechanische Festigkei erreicht werdensoll.The invention is based on the object of creating a spark gap of the type mentioned at the beginning the rapid expansion of the ionization zone Increasing the stability of the discharge would allow in particular an increased mechanical strength should be achieved.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dal erfindungsgemäß an der Innenwand dieses zylindri sehen Rings entlang der Manteiieiti'mien radiale Rippe: angeordnet sind, die als Trennwände ausgebildet sim und deren jede nach innen in einer quer zu ih angeordneten Platte endet, daß jede Zündelektrod jeweils in einem Raum angeordnet ist, welcher von zw« Radialebenen begrenzt wird, welch letztere durch diThe solution to the problem is that according to the invention this cylindri on the inner wall see rings along the manteiieiti'mien radial rib: are arranged, which are designed as partitions sim and each of which inwards in a transverse to ih arranged plate ends that each ignition electrode is arranged in a space, which is from two Radial planes is limited, the latter by di

Kanten zweier benachbarter Platten einerseits und durch das zugehörige Ringsegment der Kathode zwischen diesen Ebenen andererseits hindurchgehen.Edges of two adjacent plates on the one hand and through the associated ring segment of the cathode pass between these levels on the other hand.

Der hervorstechende Vorteil der Funkenstrecke eemäß vorliegender Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik besteht darin, daß diese eine erhöhte mechanische Festigkeit und eine bessere Stabilität der Entladung aufweist. Aufgrund der Mehrzahl der Zündstellen wird ein schnelles Ausbreiten der lonisationszone begünstigt, weshalb die erfindungsgemäße Funkenstrecke eine bessere Stabilität der Funkenentladung aufweist.The salient advantage of the spark gap according to the present invention over the known State of the art is that these have increased mechanical strength and better Has stability of the discharge. Due to the majority of the ignition points, it will spread rapidly the ionization zone favors, which is why the spark gap according to the invention a better stability of the Has spark discharge.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Refinements of the invention are characterized in the subclaims.

Vorliegende Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe present invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. It shows

pig. 1 schematisch eine Funkenstrecke mit drei Elektroden, die in einen Stromkreis eingefügt ist,pig. 1 schematically shows a spark gap with three electrodes, which is inserted into a circuit,

Fig.2 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Funkenstrecke nach der Erfindung;2 schematically shows a perspective view of a spark gap according to the invention;

F i g. 3 eine Ansicht der Funkenstrecke aus F i g. 2 mit deren Betriebsvorrichtung;F i g. 3 shows a view of the spark gap from FIG. 2 with its operating device;

pig 4 einen Längsschnitt eines Teiles der Vorrichtung nach Fig.3 mit einer dreifach gelagerten Elektrode. . .pig 4 shows a longitudinal section of part of the device according to FIG. 3 with a three-way electrode. . .

Bezüglich Fig. 1, in der schematisch ein allgemeiner Betriebsstromkreis für eine Dreielektroden-Fur.kstrekke gezeigt ist, ist festzustellen, daß dieser Stromkreis einen Hochspannungsgenerator Gm umfaßt, der einen Kondensator C auflädt, ferner einen Widerstand R, eine Funkenstrecke mit drei Elektroden £, deren beiden Hauptelektroden pi und pi durch den Kondensator C mit Hochspannung gespeist werden, sowie die Zündelektrode a, welche einen Spannungsstoß aus der Stromquelle I enthält. Die Funkenstrecke £ steuert den Betrieb einer elektrischen Anlage A, die zum Beispiel aus einem seismischen Funkgerät bestehen kann.With reference to Fig. 1, in which a general operating circuit for a three-electrode Fur.kstrekke is shown schematically, it should be noted that this circuit comprises a high-voltage generator Gm , which charges a capacitor C, also a resistor R, a spark gap with three electrodes £, the two main electrodes pi and pi of which are fed with high voltage by the capacitor C , as well as the ignition electrode a, which contains a voltage surge from the current source I. The spark gap £ controls the operation of an electrical system A, which can for example consist of a seismic radio device.

Die Elektroden p\ und pi sind in einem Abstand angeordnet, der etwas größer ist als die Durchschlagstrecke, so daß keinerlei direkte Funkenentwicklung zwischen ihnen möglich ist. Bei Aufladung des Kondensators Ckommt es daher nicht zu einer direkten Funkenbildung zwischen p\ und /*>; wird jedoch auf die Elektrode a ein Stromstoß gegeben, so entsteht ein Funke zwischen der Zündelektrode a und einer der beiden Elektroden p\ oder P₂, wobei dieser Funke den Raum, in dem er entsteht, ionisiert und ihn leitend macht, wodurch der Durchgang eines sehr starken Abstand derselben ist etwa gleich ihrer Breite. Diese Flachs ist mit einem hitzebeständigen Metall, zum Beispiel Wolfram, plattiert. Die gesamte Kathode ist aus gut leitendem Metall hergestellt.The electrodes p \ and Pi, are arranged at a distance which is somewhat greater so that no direct radio development is possible as the dielectric distance between them. When the capacitor C is charged, there is therefore no direct spark formation between p \ and / *>; However, if a current impulse is given to the electrode a, a spark arises between the ignition electrode a and one of the two electrodes p \ or P ₂ , this spark ionizing the space in which it arises and making it conductive, whereby the passage of a very large distance between them is approximately equal to their width. This flax is plated with a heat-resistant metal, for example tungsten. The entire cathode is made of highly conductive metal.

Die Auslöse- bzw. Zündelektroden 2 bestehen aus Wolframstäbchen von 2 bis 3 mm Durchmesser und etwa gleicher Länge wie die Anode und Kathode. Sie sind jeweils in dem Raum angeordnet, der von den beiden Radialebenen begrenzt wird, welche durch die ίο Kanten 6a der beiden Platten 6 benachbarter Lage einerseits und durch die Ringsegmente 4a der Kathode zwischen diesen Radialebenen andererseits hindurchgehen. Sie sind insbesondere in dem Raum angeordnet, der von diesen Ringsegmenten begrenzt wird, einschließlich '5 der genannten Radialebenen und der Platten 6, und zwar in der Richtung der Mantelleitlinien eines Zylinders, dessen Achse mit der Geräteachse zusammenfällt. The release or ignition electrodes 2 consist of tungsten rods 2 to 3 mm in diameter and about the same length as the anode and cathode. They are each arranged in the room that is used by the two radial planes is limited, which by the ίο edges 6a of the two plates 6 adjacent position on the one hand and through the ring segments 4a of the cathode between these radial planes on the other hand. In particular, they are arranged in the space which is delimited by these ring segments, including '5 of said radial planes and the plates 6, in the direction of the surface guide lines of a Cylinder whose axis coincides with the device axis.

Die elektrische Verbindung der Anode wird axial zu «J derselben mittels eines Kabels 7 (F i g. 3) hergestellt, das mit einer der Klemmen einer mit sehr hoher Spannung geladenen Kapazität (nicht dargestellt) verbunden ist.The electrical connection of the anode is made axially to the same by means of a cable 7 (FIG. 3) which is connected to one of the terminals of a very high voltage charged capacitor (not shown).

Die elektrische Verbindung der Kathode geschieht mittels einer Schale 8, deren zylindrische Innenwand mit der Außenwand der Kathode in Kontakt steht. Die Schale besteht aus gut leitendem Metall von ausreichender Stärke, um eine gute Verteilung der Stromlinien aus dem Verbindungskabel über den ganzen Kathodenumfang zu sichern. Ein Kabel 9 verbindet die Schale mit der anderen Kapazitätsklemme.The electrical connection of the cathode is done by means of a shell 8, the cylindrical inner wall of which with the outer wall of the cathode is in contact. The shell is made of good conductive metal of sufficient Strength to ensure a good distribution of the streamlines from the connecting cable over the entire circumference of the cathode to secure. A cable 9 connects the shell to the other capacitance terminal.

Die Stäbchen 2, welche die Zündelektrode bilden, werden von zwei Scheiben 10 aus isolierendem Material getragen, die beiderseits der Funkenstrecke angeordnet und durch Zwischenstücke auf Abstand gehalten sind. Zur deutlicheren Darstellung ist in Fig.3 nur eine dieser Scheiben gezeigt. Die Elektroden 2 sind jeweils mit einem Kabel 11 verbunden, das sie mit einem sehr starken Strom versorgt. Die Anode 1 wird von einer Welle 12 getragen, die an jedem Ende in einem isolierenden Lager 13 befestigt ist. Die Kathode 3 ist in der Schale 8 gelagert, die ihrerseits auf den isolierenden Trägern 14 ruht. Die Isolierscheiben 10, welche die Zündelektroden 2 tragen, sind mit der Anodenwelle 12 konzentrisch angeordnet.The rods 2, which form the ignition electrode, are made of two disks 10 made of insulating material carried, which are arranged on both sides of the spark gap and held at a distance by spacers. For the sake of clarity, there is only one in FIG of these disks shown. The electrodes 2 are each connected to a cable 11, which they with a very strong current supplied. The anode 1 is carried by a shaft 12 which is in one at each end insulating bearing 13 is attached. The cathode 3 is stored in the shell 8, which in turn on the insulating Supports 14 rests. The insulating washers 10, which carry the ignition electrodes 2, are connected to the anode shaft 12 arranged concentrically.

Die Betriebsweise des vorstehend beschriebenen Funkengeräts wird im folgenden beschrieben:The operation of the spark device described above is described below:

Der Speisestrom wird zwischen Anode 1 und Kathode 3 der Funkenstrecke mit seiner Spannung in dem Augenblick aufgebracht, in dem durch die KabelThe supply current is between anode 1 and cathode 3 of the spark gap with its voltage in upset the moment through the cables

ermoguermogu

^A T g 2^Win^dwe.cher ein Beispie, der Standardausfühentladung zugeleitet wird.
Jede der Zündelektroden 2 ^A T g 2 ^W in ^which an example is forwarded to the standard execution load.
Each of the ignition electrodes 2

wird für sich, und zwarwill for itself, namely

durch einen Hebe! 15 gleitend bewegt werden kann; seine Stellung auf der Welle kann z. B. mittels einer Klinkenvorrichtung vorgewählt werden. Die Länge jedes der Lager entspricht im allgemeinen der Länge der Segmente 5 der Kathode. Die Berührungszonen zwischen den einzelnen Lagern haben vorzugsweise konische Form und im allgemeinen keine besonders ausgebildeten Kanten, um ein zu plötzliches Zünden des Funkens beim Übergang von einem Lager zum anderen zu vermeiden.by a lift! 15 can be slid; its position on the shaft can e.g. B. by means of a Ratchet device can be preselected. The length of each of the bearings generally corresponds to the length of the segments 5 of the cathode. The contact zones between the individual bearings preferably have conical shape and generally no specially designed edges to avoid sudden ignition of the Avoid sparks when moving from one bearing to another.

Jedem Lager entspricht eine andere Anoden-Kathodenentfernung crt, dl, cÖ (F i g. 4); es ist daher eine Skala verschiedener Betriebsspannungen vorhanden, wobei die geringste Entfernung Anode-Kathode dem Durchgang der geringsten Spannungen entspricht.Each bearing corresponds to a different anode-cathode distance crt, dl, cÖ (FIG. 4); there is therefore a range of different operating voltages, with the smallest distance between anode and cathode corresponding to the passage of the lowest voltages.

Mittels einer solchen Vorrichtung lassen sich leicht die Umwandlungen der Spannungsstufen für den Betrieb der Funkenstrecke erreichen.By means of such a device, the conversions of the voltage levels for the Reach operation of the spark gap.

Man kann auch für das Gerät nach der Erfindung eine Ultraviolettbeleuchtung des Zwischenelektrodenraums vorsehen, um die Stabilität der Entladung zu verbessern.Ultraviolet illumination of the interelectrode space can also be used for the device according to the invention provide to improve the stability of the discharge.

Ebenso kann man einen Gasdruckstrom zwischen die Elektroden leiten, so daß der Potentialwert der Durchschlagshöhe für den Fall eines Betriebs mit größerer Funkenhäufigkeit konstant gehalten wird.A gas pressure flow can also be passed between the electrodes, so that the potential value of the Breakdown height is kept constant in the event of operation with a higher frequency of sparks.

Schließlich kann man die Funkenstrecke auch in einen Raum setzen, in dem ein Inertgas unter Druck gehalten wird.Finally, the spark gap can also be placed in a room in which an inert gas is kept under pressure will.

Die Funkenstrecke gemäß vorliegender Erfindung und deren Ausgestaltungen zeigt zahlreiche Vorteile:The spark gap according to the present invention and its configurations have numerous advantages:

Die Konstruktionsweise ist trotz erhöhter mechanischer Festigkeit gegen die beim Zünden enstehenden akustischen Stoßwellen einfach.The construction method is mechanical despite increased Resistance to the acoustic shock waves generated during ignition is simple.

Das Gerät ist für einen sehr großen Spannungsbereich verwendbar. Es genügt eine Verlängerung nach den Mantelleitlinien oder eine Erhöhung des Durchmessers bei gleichbleibender Anoden-Kathoden-Entfernung. Die Möglichkeit zur Umwandlung von Energien von mehr als 100 000 Joule ist gegeben.The device can be used for a very large voltage range. An extension is sufficient the sheath guiding lines or an increase in the diameter with the same anode-cathode distance. The possibility of converting energies of more than 100,000 joules is given.

Die Mehrzahl der Zündstellen begünstigt die Ausbreitung der lonisationszoneThe majority of the ignition points promote the expansion of the ionization zone

Die vermehrten Innenwandungen der Kathode ns erhöhen die Stabilität der Entladung bei gleichzeitiger Herabsetzung des Einwirkens von Eigengebläsewirkung und der Umdrehung der Stromlinien. Dadurch wird das Löschpotential herabgesetzt.The increased inner walls of the cathode ns increase the stability of the discharge while at the same time Reduction of the effect of the self-blowing effect and the rotation of the streamlines. Through this the extinguishing potential is reduced.

Bekanntlich ist es im Bereich von hohen Frequenzen ic ratsam, Koaxialleiter zu verwenden. Die Koaxialkonstruktion der Funkenstrecke nach der Erfindung ist daher ebenso vorteilhaft für Hochfrequenzkommutatoren. It is known that in the range of high frequencies ic it is advisable to use coaxial conductors. The coaxial construction the spark gap according to the invention is therefore also advantageous for high-frequency commutators.

Die Betriebsspannung dieser Funkenstrecke kann einer sehr weiten Skala angepaßt werden (bis zu 50 kV), wobei nur der Durchmesser des Anodenzylinders verändert zu werden braucht.The operating voltage of this spark gap can be adapted to a very wide range (up to 50 kV), only the diameter of the anode cylinder needs to be changed.

Hierzu 3 Blaitt ZeichnungenIn addition 3 Blaitt drawings

Claims

Patent claims:

1. Spark gap with at least one ignition electrode and with two main electrodes that close a circuit that is fed by a high-voltage generator and in which very high currents occur, the main electrodes being a cylindrical anode and a cathode in the form of a cylindrical ring which includes the anode and runs coaxially therewith, characterized in that on the inner wall of this cylindrical ring (4) radial ribs are arranged along the surface guide lines, which are designed as partition walls (5) and each of them inwardly in a plate arranged transversely to it (6) ends with each ignition electrode (2) being arranged in a space which is delimited by two radial planes, the latter by the edges (Ga) of two adjacent plates (6) on the one hand and by the associated ring segment (4a) of the cathode pass between these levels on the other hand.

2. Spark gap according to claim 1, characterized in that the anode (1), the cathode (3) and the ignition electrodes (2) are of approximately the same length.

3. Spark gap according to claim 1, characterized in that the electrical connection of the to closing circuit to the cathode (3) by means of a connected to the cathode (3) Shell (8) made of conductive material, which has a cylindrical inner wall in connection with it the outer wall of the cathode (3), this shell (8) by a cable (9) to the closing circuit is connected.

4. spark gap according to claim 3, characterized in that the anode (1) to one The longitudinal shaft (12) is arranged concentrically, which is held by at least one insulating bearing (13), the cathode (3) being concentric with the anode (1) and external to the same of the Shell (8) is supported, which rests on at least one insulated bearing (13), and the ignition electrodes (2) are mounted on at least one insulated bearing (10), these electrodes against the The anode (1) are fixed and electrically connected to the ignition circuit with a conductor cable (11).

5. Spark gap according to claim 1, characterized in that the cylinder from which the anode (1) consists is longer than that of the cathode (3) and has several sections in the longitudinal direction (la, Xb, IcJt, each of which is different Has a diameter of approximately the same length as that of the cathode, the cylinder being displaceable along the longitudinal shaft (12).