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Anordnung zum Schutze elektrischer Anlagen gegen Störungen durch Überspannungen.
Fa ist eine bekannte Erscheinung, dass Überspannungen in der Regel nur die ersten Windungen der an die Leitung angeschlossenen Maschinen, Transformatoren usw. beschädigen, indem ein Ausgleich der Spannungsdifferenzen durch Überschlag von Windung zu Windung erfolgt.
Fig. l zeigt die Verteilung des Potentials einer Welle im Leitungsstück A-A. Verschiedene Punkte des Leiters besitzen gegeneinander einen Potentialunterschied, der durch die Differenz der zugehörigen Ordinaten der Welle gegeben ist ; die maximale Spannungsdifferenz besteht zwischen a und b. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei Annahme einer Wandelwelle mit steiler Front (Fig. 2). Erhält. der Leiter die Form einer Spule, so werdet) Punkte verschiedenen Potentials nebeneinander zu liegen kommen und bei kurzer Wellenlänge bzw. steiler Wellenfront kann das Gesamtgefälle schon auf einem sehr kurzen Leitungstück, also zwischen zwei Punkten einer oder weniger Windungen zustande kommen.
Fig. 3 stellt schematisch die Anordnung der vielfach verwendeten Hörnerfunkenableiter dar. Die Funkenstrecke muss naturgemäss derart eingestellt sein, dass ein Überschlag bei normaler Betriebsspannung ausgeschlossen ist. Eine Welle, deren Amphtuden nicht grösser sind als die Betriebsspannung bzw. die Sternspannung, kann den Ableiter nicht zum Ansprechen bringen.
Dringt jedoch eine solche Welle in die Maschine ein, so reicht die Isotation der nebeneinanderliegenden Spulenwindungen nicht aus, um einen DuK'tschlag zu verhindern. Es geht daraus hervor, dass der vorerwähnte Ableiter in vielen Fällen keinen Schutz bieten kann, abgesehen davon, dass die durch das Funktionieren auftretende Erdung vielfach die Ursache zur Entstehung weiterer Überspannungen bilden kann.
Mit Rücksicht auf die Unzulänglichkeit dieser Ableiter trachtet man Windungsdmchschl gf' durch Verstärkung der Drahtisolation zu verhüten, einer Massnahme von sehr beschränktem Wert, denn ausreichend werden Maschinen und Transformatoren nur dann geschützt sein, wenn das Eindringen von hochfrequenten Schwingungen mit grosser Amplitude und von Wanderwellen mit steiler Front hin tangehalten wird.
Die geschilderte Art der Störungen und deren Verlauf weist selbst den Weg für die Konstruktion eines solchen wirksamen Schutzes. Aus dem Umstand, dass die Durchschlage stets in den ersten Windungen auftreten, kann der Schluss gezogen werden, dass ein Apparat, in welchem sich diese Vorgänge abspielen können, dazu geeignet erscheint, dahinterliegende Maschinen, Transformatoren und dgl. vor Windungsdurchschlagen zu schützen.
Je nach Frequenz bzw. Wellenlänge und Wellenform wird der Durchschlag in den ersten Windungen von Maschinen usw. bald an dieser, bald an jener Stelle erfolgen. Auch in dem Schutzapparat muss daher die Möglichkeit des Ausgleiches für von Wellen verschiedener Länge und Form herrührende Spannungsunterschiede vorhanden sein und es ist hiebei aus vorerwähnten Gründen wichtig, dass dieser Ausgleich ohne Ableitung zur Erde stattfindet. Dieser Bedingung wird entsprochen durch Anordnung vieler Funkenstrecken in kleinen Abständen. Die Abstände unmittelbar benachbarter Elektroden sind derart bemessen, dass die dieser Entfernung entsprechende Überspannung kleiner ist als jene, welche den Maschinen-bzw. Transformatorenwicklungen gefährlich werden kann.
Der Schutzapparat ist in einfachster Ausführung durch Fig. 4 dargestellt. A stellt eine Drosselspule, b die Funkenstrecken dar, welche durch nahe gegenüberstehende Rollen (Kugeln, Platten und dgl. ) gebildet werden, wobei der Drosselspule die Rolle der ersten Maschinenwindungen zukommt, während die Funkenstrecken den künstlich geschaffenen Weg für den Spannungsausgleich bilden.
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Die ankommende Welle wird je nach ihrer Länge bzw. Form entweder schon an den Enden der ersten Windung eine Spanmingsdifferenz erzeugen, die sich in Gestalt eines Funkens in der
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eine querliegende Walze aus leitendem Material weitere Funkenstrecken c, so zwar, dass die an einer beliebigen Windungszahl der Drosselspule auftretende Potentialdifferenz auch durch zwei Funkenstrecken c zum Ausgleich kommen kann. Fig. 6 stellt eine Ausführung dar, bei welcher Funkenstrecken auf halber Windungslänge vorhanden sind.
Bei einer spiralförmig gestalteten Drosselspule (Fig. 7) können die Funkenstrecken einerseits durch den Leiter selbst, andererseits durch eine parallel zur Kreisfläche liegende Platte P gebildet sein, eine der Anordnungen, bei welcher zwischen zwei beliebigen Punkten der Drosselspule die Möglichkeit eines Spannungausgleiches gegeben erscheint.
Allgemein kann die Drosselspule mit oder ohne Eisenkern ausgeführt werden, gestreckte Form nach Fig. 4 oder geschlossene Form nach Fig. 7 bzw. Fig. 8 und dgl. erhan ; die Funkenstrecken werden durch besonders angeordnete leitende Körpu eeigneter Form od r durch die Bauart der Drosselspule selbst gebildet.
Zwischen dem Schutzapparat und der zu schützenden Maschine, Transformator usw. kann überdies noch eine einfache Drosselspule B (Fig. 9) eingeschaltet werden, welche Wellen, die den Schutzapparat passieren, reflektiert, wodurch deren Spannung erhöht wird, so dass sie beim zweimaligen Durchgang durch den Schutzapparat grössere Potentialdifferenzen erzeugen, die dann in den Funkenstrecken wieder zum Ausgleich gebracht werden. Auch kann es in manchen Fällen zweckmässig sein, eine einfache Drosselspule 0 (Fig. 9) dem Apparat vorzuschalten.
Bei dem hier beschriebenen Schutzapparat kann es sogar auch vorteilhaft erscheinen, die Reflexion der Welle tunlichst herabzusetzen, z. B. auf der der zu schützenden Maschine zugekehrten Seite, von welcher, wie früher erwähnt, das Eindringen der rücklaufenden Wellen wünschenswert ist. Die schroffe Änderung des Wellenwiderstandes lässt. sich durch allmähliche Zunahme der Induktanz vermeiden, wie Fig. 10 dies schematisch andeutet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Schutze elektrischer Anlagen gegen Störungen durch Überspannungen, bestehend aus einem mit Selbstinduktion behafteten, vor die zu schützende Anlage geschalteten
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gekennzeichnet, dass der Spannungsausgleich zwischen verschiedenen, mit Elektroden versehenen Punkten des induktiven Leiters, entsprechend d ? r Länge und Form der Überspannnssswelle, ohne Ableitung zur Erde erfolgt.