DE851990C

DE851990C - Operating procedures for gas or vapor discharge vessels

Info

Publication number: DE851990C
Application number: DES4361D
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl-Ing Spitaler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1944-09-01
Filing date: 1944-09-01
Publication date: 1952-10-09

Description

Betriebsverfahren für Gas- oder Dampfentladungsgefäße Es ist eine bekannte Tatsache, daß Stromrichtergefäße, wenn sie nach einer längeren Betriebspause wieder eingeschaltet werden, besonders stark zu Rückzündungen neigen. Das gilt vor allem für Stromrichtergefäße, die mit sehr hohen Spannungen, wie z. B. bei Kraftübertragungsanlagen mit hochgespanntem Gleichstrom vorkommen, betrieben werden. Man führte bisher die erwähnte erhöhte Rückzündungsanfälligkeit ausschließlich auf die sogenannten Kälteüberspannungen zurück, die ihren Grund in einer Ionenverarmung des Entladungsraumes in der Umgebung der Anode haben. Diese lonenverarmung tritt vor allem bei solchen Entladungsgefäßen auf, bei denen im Lichtbogenweg zwischen Anode und Kathode ein Engpaß, d. h. eine örtliche Querschnittsverminderung, vorhanden ist, welche beispielsweise durch Gitter oder Blenden zustande kommen kann. In solchen Engpässen behindern die mit großer Geschwindigkeit von der Anode nach der Kathode wandernden Ladungsträger das Nachströmen von neutralem Quecksilberdampf zu der Anode hin. Ist nun das Entladungsgefäß noch kalt und ist deshalb in dem Raum vor der Anode die Dampfdichte ohnehin gering, so tritt dadurch in dem Raum zwischen dem Engpaß und der Anode eine so starke Verminderung der Anzahl der dort vorhandenen Quecksilberdampfatome ein, daß in diesem Raum keine ausreichende Ionisierungsmöglichkeit mehr besteht. Es werden dadurch starke Spannungs- und Stromschwankungen in der betreffenden Entladungsstrecke hervorgerufen, die ihrerseits infolge der transformatorischen Kopplung Überspannungen an denjenigen Anoden hervorrufen, die sich gerade in der Sperrphase befinden. Die letztgenannten Anoden können dadurch unter Umständen bis über die Grenze ihrer Sperrspannungsfestigkeit hinaus beansprucht werden. Man kann die Kälteüberspannungen dadurch weitgehend unterbinden, daß man durch geeignete Konstruktion des Gefäßes Engpässe an der Entladungsbahn vermeidet, oder daß man eine zusätzliche Edelgasfüllung vorsieht, welche auch bei niedrigen Gefäßtemperaturen für eine ausreichende Gasdichte in der Umgebung der Anoden sorgt.Operating Procedure for Gas or Vapor Discharge Vessels It is a well-known fact that converter vessels, if after a long break in operation switched on again, have a particularly strong tendency to re-ignite. That applies before especially for converter vessels that are operated with very high voltages, such as B. in power transmission systems occur with high-voltage direct current. So far the mentioned increased reignition susceptibility exclusively to the so-called cold overvoltages back, which is due to an ion depletion of the discharge space in the area the anode. This ion depletion occurs above all in such discharge vessels where there is a bottleneck in the arc path between anode and cathode, d. H. one local cross-sectional reduction, is present, which, for example, by grids or diaphragms can come about. In such bottlenecks they hinder with great Velocity of the charge carriers migrating from the anode to the cathode of neutral mercury vapor to the anode. Now is the discharge vessel cold and therefore the vapor density in the space in front of the anode is low anyway, see above as a result, such a great reduction occurs in the space between the bottleneck and the anode the number of mercury vapor atoms present there, that there are none in this space there is sufficient ionization possibility. This creates strong tension and current fluctuations caused in the relevant discharge path, the in turn, as a result of the transformer coupling, overvoltages at that person Create anodes that are currently in the blocking phase. The latter As a result, anodes can under certain circumstances exceed the limit of their reverse voltage strength Be claimed beyond. You can largely prevent the cold surges, that by suitable construction of the vessel bottlenecks in the discharge path avoids, or that one provides an additional noble gas filling, which also with low vessel temperatures for sufficient gas density in the vicinity of the Anodes.

Es zeigt sich jedoch, daß trotz Anwendung dieser Maßnahmen, die eine Ionenverarmung unmöglich machen, beim Einschalten des kalten Gefäßes auch bei kleinen Betriebsströmen eine erhöhte Neigung zu Rückzündungen bestehenbleibt. Dies ist wiederum insbesondere bei Hochspannungsentladungsgefäßen der Fall. Es muß also außer der Ionenverarmung noch ein anderer Einfluß vorhanden sein, der beim Einschalten des kalten Gefäßes das Entstehen von Rückzündungen begünstigt.It turns out, however, that despite the application of these measures, the one Make ion depletion impossible, even with small ones when switching on the cold vessel Operating currents have an increased tendency to re-ignite. This is again this is particularly the case with high-voltage discharge vessels. So it has to be besides the Ion depletion is another influence that occurs when the cold vessel favors the occurrence of re-ignition.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch diesen Einfluß auszuschalten, um auf diese Weise die Rückzündungssicherheit des Gefäßes zu verbessern. Gemäß der Erfindung gelingt das dadurch, daß vor jedesmaligem Einschalten des Gefäßes oder zumindest dann, wenn das Einschalten in kaltem Zustand erfolgt, die Anoden und gegebenenfalls auch im Lichtbogenweg vorhandene Einbauteile einer Einwirkung ausgesetzt werden, welche das Loslösen von Gasresten von der Oberfläche der betreffenden Teile bzw. das Austreten von Gasresten aus ihnen bedingt. Diese Einwirkung, der die Anoden bzw. die Einbauteile vor dem Einschalten des Gefäßes ausgesetzt werden, kann von verschiedener Art sein. Klan kann das gestreckte Ziel z. B. dadurch erreichen, daß die betreffenden Teile vor dem Einschalten mit einem oder mehreren Stromimpulsen beansprucht werden. Statt dessen kann man die Teile auch einem Hochfrequenzfeld aussetzen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß man die betreffenden Teile mechanischen Schwingungen von Ultraschallfrequenz aussetzt. Alle diese Einflüsse wirken sich dahin aus, daß Gasreste, die in den Anoden bzw. Einbauteilen eingeschlossen sind, aus diesen ausgetrieben und oberflächlich adsorbierte Gase frei gemacht werden.The invention is based on the task of eliminating this influence, in order to improve the reignition safety of the vessel in this way. According to the Invention succeeds in that each time you turn on the vessel or at least when it is switched on in a cold state, the anodes and, if applicable built-in parts in the arc path are also exposed to an action, which the detachment of gas residues from the surface of the relevant parts or the escape of gas residues from them. This exposure to the anodes or the built-in parts are exposed before the vessel is switched on, can from be of various kinds. Klan can reach the target z. B. achieve that the parts concerned with one or more current pulses before switching on are claimed. Instead, the parts can also be exposed to a high frequency field expose. Another possibility is that one of the parts concerned exposed to mechanical vibrations of ultrasonic frequency. All of these influences have the effect that gas residues that are trapped in the anodes or built-in parts are expelled from these and superficially adsorbed gases are released.

Für das Zustandekommen einer erhöhten Rückzündungssicherheit bei Anwendung der Erfindung kann folgende Erklärung gegeben werden. Die Anoden und die sonstigen in Betracht kommenden Einsatzteile, die meist aus Graphit hergestellt sind, werden zwar vor dem ersten Inbetriebsetzen des Entladungsgefäßes durch Ausheizen bei angeschlossener Vakuumpumpe entgast. Diese Entgasung kann aber niemals eine vollständige sein, und es werden sich deshalb immer noch gewisse Gasreste in den Anoden und den sonstigen Einbauteilen befinden. Im Betrieb des Entladungsgefäßes treten deshalb ständig noch Gase aus den Elektroden aus. Das bedingt aber keine Verschlechterung des Vakuums, weil diese Gasreste unter der Einwirkung des Lichtbogens von den Gefäßwänden aufgenommen werden. Wird das Entladungsgefäß nun längere Zeit nicht belastet, so geben die Gefäßwände einen Teil der von ihnen aufgenommenen Gase wieder ab. Andererseits findet an den Anoden und den Einbauteilen im Lichtbogenweg eine Adsorption von Gasen statt, so daß sich an der Oberfläche dieser Teile Fremdgasatome ansammeln. Hierzu kommen noch feinste Quecksilbertröpfchen, welche sich im kalten Zustand an der Oberfläche der Anoden und Einsatzteile oder dicht unterhalb der Oberfläche in feinsten Rissen oder Poren ansammeln.For the creation of an increased safety against reignition when used The following explanation can be given of the invention. The anodes and the others eligible insert parts, which are mostly made of graphite, are before the discharge vessel is put into operation for the first time by heating it with the connected Vacuum pump degassed. But this degassing can never be complete, and there will therefore still be certain gas residues in the anodes and the others Built-in parts. Therefore, the discharge vessel is still in operation Gases from the electrodes. However, this does not cause the vacuum to deteriorate, because these gas residues are absorbed by the vessel walls under the action of the electric arc will. If the discharge vessel is not stressed for a longer period of time, the vessel walls give up part of the gases they have absorbed. On the other hand, takes place at the Adsorption of gases instead of the anodes and the built-in parts in the arc path, see above that foreign gas atoms collect on the surface of these parts. There will be more to this finest mercury droplets, which are found on the surface of the Anodes and insert parts or just below the surface in the finest cracks or Accumulate pores.

Wird nun das Gefäß in kaltem Zustand eingeschaltet, so ist diese Verunreinigung der Anoden und Einbauteile durch Fremdgase noch in vollem Maße vorhanden. Dieser Zustand kann aber aus folgendem Grunde zu Rückzündungen führen. Während des Entionisierungsvorganges am Ende der Durchlaßphase wandern die positiven Ionen aus dem Restplasma zur Anode ab und treffen dort je nach der Stärke des elektrischen Feldes unter Umständen mit einer solchen Geschwindigkeit auf, daß aus der Oberfläche der Anoden Sekundärelektronen ausgelöst werden können. Besonders groß ist die Gefahr der Sekundärelektronenbildung durch Ladungsträger des Leck- oder Rückstromes während der Sperrphase, d. h. also nach Verschwinden des eigentlichen Lichtbogenplasmas. Denn in diesem Zeitraum ist zwischen Anode und Kathode ein sehr starkes Feld vorhanden, so daß die Ladungsträger sehr hohe Geschwindigkeiten annehmen können. Die so ausgelösten Sekundärelektronen können nun die auf der Anodenoberfläche befindlichen Gasatome oder Gaswolke, die unter Umständen noch durch die infolge der Stromwärme aus dem Innern an die Oberfläche getriebenen Restgase verstärkt wird, ionisieren, und hierdurch kann ein spontan verlaufender Rückzündungsvorgang eingeleitet werden. Es ist klar, daß die Wahrscheinlichkeit einer solchen Ionisierung steigt, wenn die Anodenoberfläche mit Fremdgasen verseucht ist.If the vessel is now switched on in a cold state, this is contamination the anodes and built-in parts are still fully present due to foreign gases. This However, the condition can lead to re-ignition for the following reason. During the deionization process at the end of the transmission phase, the positive ions migrate from the residual plasma to the anode and meet there depending on the strength of the electric field at such a rate that secondary electrons emerge from the surface of the anodes can be triggered. The risk of secondary electron formation is particularly great by charge carriers of the leakage or reverse current during the blocking phase, d. H. so after the actual arc plasma has disappeared. Because in this period is a very strong field exists between the anode and cathode, so that the charge carriers can reach very high speeds. The secondary electrons released in this way can now the gas atoms or gas cloud located on the anode surface, which possibly due to the heat from the inside to the surface driven residual gases is amplified, ionize, and this can cause a spontaneous ongoing re-ignition process can be initiated. It is clear that the probability Such ionization increases when the anode surface is contaminated with foreign gases is.

Man kann aber die erhöhte Rückzündungsneigung beim Einschalten nach einer längeren Betriebspause auch in anderer Weise erklären. So können z. B. örtliche Gasausbrüche hierfür verantwortlich gemacht werden, durch welche die in der Sperrphase vorhandene Glimmentladung in eine Bogenentladung umschlägt. Wesentlich für die Erfindung ist aber in jedem Fall die Erkenntnis, daß nach einer Betriebspause in den Oberflächenbereichen der Anode und .der Einsatzteile eine höhere Zahl von Gasatomen die Ursache für die im ersten Augenblick der Einschaltung gegebene erhöhte Rückzündungsanfälligkeit des Entladungsgefäßes sein kann. Die Erfindung zielt deswegen darauf ab, vor dem Einschalten zunächst die an die Anode oder die Einsatzteile gebundenen Gasreste von diesen loszulösen, so daß sie frei in den Vakuumraum hineinwandern können. Eine Vakuumverschlechterung ist hierdurch auch bei pumpenlosen Gefäßen nicht zu befürchten, da es sich nur um ganz geringe Gasmengen handelt und diese außerdem im Verlauf des Betriebes von den Gefäßwänden wieder aufgenommen werden.But you can see the increased tendency to backfire when switching on explain a longer break in operation in another way. So z. B. local Gas outbreaks are responsible for this, through which the in the blocking phase changes the existing glow discharge into an arc discharge. Essential to the invention but in any case the knowledge that after a break in operation in the surface areas the anode and .the insert parts a higher number of gas atoms is the cause of the increased susceptibility to re-ignition given at the first instant of switch-on of the discharge vessel can be. The invention is therefore aimed at before First switch on the gas residues bound to the anode or the insert parts to detach from these so that they can freely migrate into the vacuum space. One As a result, there is no need to fear a deterioration in vacuum, even in the case of pumpless vessels. because it is only a very small amount of gas and this also in the course of the Operation can be resumed by the vessel walls.

Es sei erwähnt, daß es bereits vorgeschlagen worden ist, das Entladungsgefäß am Ende des zum Zwecke der Entgasung erfolgenden Ausheizens mit einem starken Stromstoß zu belasten, um auf diese Weise die Entgasung wirksamer zu gestalten. Dies hat jedoch mit der Maßnahme der Erfindung nichts zu tun, denn bei der üblichen Entgasung kommt es ja darauf an, eine Vakuumverschlechterung durch spätere Gasausbrüche zu verhindern, und es werden deshalb die aus den Elektroden ausgetriebenen Gase sofort aus dem Vakuumraum durch eine daran angeschlossene Pumpe entfernt. Diese Belastung des Gefäßes durch einen Stromstoß während des Entgasungsvorganges erfolgt demgemäß auch nur einmalig vor der erstmaligen Inbetriebsetzung des Entladungsgefäßes und später allenfalls noch einmal zum Zwecke der Nachentgasung, während es sich bei der Erfindung darum handelt, jedes Mal, wenn das Entladungsgefäß in kaltem Zustand in Betrieb genommen werden soll, die Gasreste von der Anode bzw. den Einbauteilen zu entfernen. Ob diese Gasreste dann noch abgesaugt werden oder wie bei einem pumpenlosen Gefäß in dem Vakuumraum verbleiben, spielt dabei keine Rolle.It should be mentioned that the discharge vessel has already been proposed at the end of the bake-out for the purpose of degassing with a strong current surge to strain in order to degassing in this way more effective. However, this has nothing to do with the measure of the invention, because the usual It depends on degassing, a deterioration in the vacuum due to subsequent gas outbreaks to prevent, and there will therefore be the gases expelled from the electrodes immediately removed from the vacuum space by a pump connected to it. These The vessel is exposed to an electric shock during the degassing process accordingly only once before the discharge vessel is put into operation for the first time and later if necessary again for the purpose of post-degassing while it is in the case of the invention, every time the discharge vessel is in a cold state is to be put into operation, the gas residues from the anode or the built-in parts to remove. Whether these gas residues are then sucked off or as with a pumpless one Remaining vessel in the vacuum space does not matter.

Es sei ferner erwähnt, daß' es bekannt ist, die Anode vor der Inbetriebsetzung des Gefäßes zu heizen. Eine Heizung der Anode wirkt natürlich ebenfalls im Sinne einer Austreibung von darin angeschlossenen Gasteilen, jedoch hat die bekannte Anodenheizung nur den Zweck, Quecksilber, welches sich auf der Anode niedergeschlagen haben sollte, zu verdampfen. Die dabei erreichten Temperaturen reichen keinesfalls aus, um die für die Wirkung der Erfindung erforderliche Loslösung der Restgase von den Oberflächenschichten der Anode zu bewirken.It should also be mentioned that it is known to remove the anode prior to commissioning to heat the vessel. Of course, heating the anode also has a positive effect an expulsion of gas parts connected therein, but has the known anode heating only the purpose, mercury, which should have deposited on the anode, to evaporate. The temperatures reached are by no means sufficient to generate the for the effect of the invention necessary detachment of the residual gases from the surface layers to effect the anode.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Operating method for gas or vapor discharge vessels, characterized in that each time the vessel is switched on in the cold state, the anodes and possibly also built-in parts in the arc path are exposed to an action causing the detachment of gas residues from their surface or the expulsion of gas residues from them. z. Operating method according to Claim i, characterized in that the anodes or built-in parts are loaded with one or more current pulses. 3. Operating method according to claim i, characterized in that the anodes or built-in parts are treated with high frequency. 4. Operating method according to claim i, characterized in that the anodes or built-in parts are acted upon by ultrasound.