Verfahren und Einrichtung zum Schutz elektrischer Anlagen gegen unerwünschte Funken- und Lichtbogenbildung. In elektrischen Anlagen, z. B. Licht- und Kraftanlagen, die normalerweise ohne Funken und Lichtbogen arbeiten, kommt es vor, dal# infolge Isolationsdefekten, Drahtbrüchen, atmosphärischen Entladungen usw. zeitweilig unerwünschte Funken und Lichtbogen auf treten, die zu schweren Betriebsstörungen, Entzündung von benachbarten, brennbaren Teilen usw. führen können. Die vorliegende Erfindung will die Entstehung von Schäden infolge derartiger Funken oder Lichtbögen nach Möglichkeit verhindern.
Es ist bekannt, Stromkreise dadurch zu schützen, dass Schmelzsicherungen oder selbst tätige Maximalstrom-Ausschalter angebracht werden, die bei Überschreitung der zulässigen Stromstärke, z. B. infolge Kurzschluss im Stromkreise hinter dem Schalter, den Strom unterbrechen. Es können aber Funken und Lichtbogen in einem Stromkreise auftreten, ohne dass die Stromstärke genügend stark ansteigt, um die bisher bekannten selbst tätigen Ausschaltvorrichtungen zum Anspre chen zu bringen. Es wird dies zum Beispiel dann der Fall sein, wenn der im Stromkreis in Reihe mit dem Funken oder Lichtbogen liegende ohm'sche oder induktive Widerstand gross genug ist, um die Stromstärke zu be grenzen.
Dieser Fall tritt zum Beispiel bei einem Drahtbruch oft ein. Es können dann zwischen den Drahtenden an der Bruchstelle längere Zeit Funken überspringen oder Licht bogen sich bilden, ohne dass die Stromstärke grösser wird als die normale. Dies wird be sonders dann gefährlich, wenn die Material qualität eine derart gute ist, dass das Material längere Zeit hohe Temperaturen aushält, wie' zum Beispiel die Chromnickeldrähte einer elektrischen Heizungsanlage. Es kann dann nicht damit gerechnet werden, dass der Licht- bogen nach kürzester Zeit infolgeVerbrennen oder Verdampfen des Leitermetalles von selbst erlischt.
Die bisher bekannten Schutzvorrich tungen in elektrischen Anlagen versagen gegen diese Erscheinung vollständig. Auch Minimal strom-Ausschalter geben in diesem Fall keinen Schutz, denn der Strom braucht dabei nicht unter einen sehr geringen Wert zu sinken: um so weniger, als oft dabei noch Neben schluss-Stromkreise vorhanden sind oder in folge der Störung auftreten, so dass der Strom nie ganz unterbrochen wird.
Der vorliegende Erfindungsgedanke stützt sich auf die Erscheinung, dass beim Auftreten eines Funkens oder eines Lichtbogens, be sonders wenn der letztere unregelmässig brennt, meistens Hochfrequenz-Schwingungen auftre ten, von der Art, die auf dem Gebiete der drahtlosen Telegraphie bekannt ist.
Die vor liegende Erfindung besteht darin, dass diese Hochfrequenz-Schwingungen, deren Frequenz viele Tausend Mal grösser sein kann, als zum Beispiel die Frequenz der gewöhnlichen elek trischen Licht- und Kraftanlagen, dazu be nützt werden, um ein Relais zu betätigen, welches Mittel eines gefährdeten Stromkreises zur Wirkung bringt, die die Funken und die Lichtbögen, zum Beispiel durch Unterbrechen oder Überbrücken des Stromkreises, Vor schalten eines Widerstandes, Selbstinduktion, Kapazität, oder dergleichen zu unterdrücken oder zur Anzeige zu bringen vermögen.
Dabei sind folgende Punkte zu beachten: 1. Es müssen Hochfrequenz-Schwingungen (11.F.-Schwingungen) entstehen; 2. Die H.F.-Schwingungen müssen der Schutzvorrichtung mitgeteilt werden; 3. Die Schutzvorrichtung muss den Licht bogen zum Erlöschen bringen.
Zu 1: Es kann zweckmässig sein, die Anlage von vorneherein so zu entwerfen, dass, falls ein nicht gewollter Funken oder Licht bogen auftritt, die Entstehung von deutlich ausgeprägten H.F.-Schwingungen begünstigt wird. Dies kann durch an sich bekannte Einrichtungen geschehen, z. B. durch passende Verteilung von geeigneten Selbstinduktionen und Kapazitäten, uni den Funken- oder Lichtbogen-Stromkreis auf eine passende Schwingungsdauer zu stimmen.
Es können diejenigen Stellen, die am meisten gefährdet sind, z. B. die am meisten beanspruchten Heizdrähte, so angeordnet wer den, dass, falls ein Lichtbogen entsteht, dieser in der Art der Löschfunken brennt, z. B. durch Kühlung einer Elektrode, statt zu einem gleichmässig brennenden Dauerlichtbogen zu werden usw.
Auch können in Verbindung mit dem zu schützenden Kreise besondere Funkenstrecken mit passendem Schwingungskreis angeordnet werden, so dass diese Hilfsfunkenstrecke an spricht bei Entstehung unregelmässiger H.F.- Schwingungen und dann seinerseits genügend kräftige H. F.-Schwingungen erzeugt, uni die Schutzvorrichtung zu betätigen.
Zu \-': Um die H.F.-Schwingungen der Schutzvorrichtung mitzuteilen, sind verseIrie- dene Möglichkeiten vorhanden; z. B. kann man die H.F.-Schwingungen durch den Ätlrer sich selbst übertragen lassen. Dies hat aber den Nachteil, dass bei empfindlichen Apparaten auch andere elektrische Wellen, z. B. von einer drahtlosen Sendestation ausgehend, die Schutzvorrichtung betätigen könnten, was durch Stimmen des zu schützenden Strom kreises oder des Schwingungskreises der Schutzvorrichtung selbst auf eine nicht ge bräuchliche Schwingungszahl, z. B.
Wellen unter 200 oder über 0,000 Meter Länge, verhindert werden kann.
Besser ist es aber die H.F.-Schwingungen der Schutzvorrichtung direkt zuzuführen, sei es durch die sogenannte galvanische Kopplung oder durch induktive Kopplung des zu schützen den Stromkreises mit dem Aufnahmeorgan für die H.F.- Schwingungen der ScliUtzvorTiell- tung (Schutzschwingungskreis). Zum Schutze der Schutzvorrichtung gegen die Wirkungen des gewöhnlichen Starkstromes können Block kondensatoren dazwischengeschaltet werden, die den elektrischen Strom mit niederer Fre quenz des Netzes nicht durchlassen.
Die in duktive Kopplung hat den Vorteil, dass die Schutzvorrichtung für sich auf eine bestimmte passende Schwingungszahl durch Kapazität und Selbstinduktion gestimmt werden kann, und dass das Anregen des Schwingungskreises der Schutzvorrichtung durch lose Kopplung mit dem zu schützenden Kreis erleichtert wird, da im zu schützenden Kreise die bei Funken- oder Lichtbogenbildung entstehende Wellenlänge der H.F.-Schwingungen oft stark verschieden und wechselnd sein werden. Dies ist um so mehr notwendig, als nicht vorher bekannt ist, an welcher Stelle des zu schützen den elektrischen Stromkreises der Funken oder Lichtbogen auftreten wird.
Oft wird zur Erregung der Schutzvorrichtung nur eine Stosserregung wechselnder Frequenz zur Ver- fügung stehen. In diesem Falle ist lose Kopplung und eine ausgesprochene Eigen schwingung der Schutzvorrichtung zweck mässig. Dieser Eigenschwingungskreis sollte niVcglichst geringen ohm'schen Widerstand enthalten, damit die Eigenschwingungen nicht zii stark gedämpft werden, weshalb die wei teren erforderlichen Apparate auch in einen dritten Schwingungskreis verlegt werden können.
Die Schutzvorrichtung muss ferner ein Organ. enthalten, welches beim Eintreffen der H.F.-Schwingungen reagiert. Dieses Organ kann einer der bekannten Detektoren der drahtlosen Telegraphie sein, z. B. ein Kohärer, ein Kristalldetektor, eine Lampe mit drei Elektroden (Gitterlampe) usw. Hiernach kann zum Beispiel das Aufnahmeorgan für die 11.F.-Schwingungen der Schutzvorrichtung; z.
B. der vorhin erwähnte Schwingungskreis oder ein damit gekoppelter dritter Schwin- gungskreis, die durch Serie-Schaltung oder galvanische oder in duktive Kopplung einem Kohärer mitteilen. Dieser kann zum Beispiel aus vernickelten Kupferelektroden und Nickelfeilspärien be stehen. Durch 11.F.-Schwingungen wird der Kohärer leitend und lässt den Strom eines Hilfsstromkreises durch, der dann ein passen des Relais betätigen kann.
Zu 3: Damit die Schutzvorrichtung den Funken oder den Lichtbogen zum Erlöschen bringt, ist es das einfachste, dass ein durch die H.F.-Schwingungen betätigtes Relais den Schalter des betreffenden Stromkreises in an sich bekannterWeise unterbricht.
Es können aber auch Fälle vorkommen, wo es statt dem Unterbrechen günstiger ist, wenn ein Wider stand vorgeschaltet wird, oder wenn ein Teil des Stromkreises überbrückt wird, oder wo durch Zu- oder Abschalten von Kapazität oder Selbstinduktion oder parallelliegenden 3 Widerständen eine solche Änderung der Strom stärke und der Eigenschwingungsdauer des zu schützenden Stromkreises erreicht wird, dass der Funken, beziehungsweise der Licht bogen ablöscht. Der letztere Fall kann zum Beispiel da wichtig sein, wo die Schutzvor richtung verwendet werden soll, um durch irgend eine Ursache eingetretene Entladungen über Schutzfunkenstrecken zum Ablöschen zu bringen.
Es ist zweckmässig, die Empfindlichkeit des genannten Schutzapparates zum Beispiel durch einen regelbaren Widerstand im eigenen Schwingungskreis regulierbar zu machen, damit der Apparat nicht bei schwachen H. F.- Schwingungen, z. B. durch drahtlose Sendestationen usw., ausgelöst wird. Zum Schutze des Detektors gegen direkt aus denn Äther auftretende H.F.-Schwingungen kann dieser durch Umhüllung mit passendem Ma terial geschützt werden.
Die Betätigung der Schutzvorrichtung kann auch künstlich verzögert werden, damit die Schutzvorrichtung erst bei wiederholtem Auf treten von H.F.-Schwingungen ausschaltet, zum Beispiel dadurch, dass die ersten H.F.-Im- pulse ein Zwischenrelais betätigen, welches den Kohärer wieder entfrittet, gleichzeitig aber die Schalterauslösung für den nächsten H.F.-Impuls freigibt.
Um zu verhindern, dass Hocbfrequenz- schwingungen, die aus andern Teilen des Netzes stammen, die nicht im Schutz ein begriffen sein sollen, auf die Schutzvorrich tung wirken, kann der zu schützende Netzteil durch Selbstinduktion, der für 11.F.-Schwin- gungen einen grossen Widerstand bildet, ab getrennt werden, z. B. durch kleine Drossel spulen.
Ebenso wie für die Wahl der Detektoren jedes bekannte System in Betracht kommt, kann auch für die Mittel, welche die Detek toren nach ihrem Anspruche wieder für 11.F.-Schwingungen empfänglich machen, entfritten, jede beliebige bekannte Anordnung verwendet werden. Statt eines Relais zur Betätigung von Schaltern und dergleichen kann selbstverständlich auch irgend ein Sig- nalapparat oder ein Anzeigeinstrument be tätigt werden.
Process and device for the protection of electrical systems against undesired spark and arcing. In electrical systems, e.g. B. lighting and power systems that normally work without sparks and arcs, it happens that # due to insulation defects, broken wires, atmospheric discharges, etc., unwanted sparks and arcs occur temporarily, which can lead to serious malfunctions, ignition of neighboring, combustible parts, etc. . being able to lead. The present invention seeks to prevent damage from occurring as a result of such sparks or arcs as much as possible.
It is known to protect circuits in that fuses or self-acting maximum current switches are attached, which when the permissible current is exceeded, z. B. as a result of a short circuit in the circuit behind the switch, interrupt the current. However, sparks and arcs can occur in a circuit without the current strength increasing sufficiently to bring the previously known self-operating disconnection devices to anspre chen. This will be the case, for example, when the ohmic or inductive resistance in series with the spark or arc in the circuit is large enough to limit the current strength.
This often occurs, for example, in the event of a wire break. Sparks can then jump over or arcing between the wire ends at the break point for a long time without the current strength becoming greater than normal. This becomes particularly dangerous if the material quality is so good that the material can withstand high temperatures for a long time, such as the chrome-nickel wires of an electrical heating system. In this case, it cannot be expected that the arc will extinguish by itself after a very short period of time due to burning or evaporation of the conductor metal.
The previously known Schutzvorrich lines in electrical systems fail against this phenomenon completely. In this case, even minimum current cut-off switches do not provide any protection, because the current does not need to drop below a very low value: all the less since shunt circuits are often present or occur as a result of the fault, so that the Electricity is never completely interrupted.
The present inventive concept is based on the phenomenon that when a spark or an electric arc occurs, especially if the latter burns irregularly, mostly high-frequency oscillations occur, of the type known in the field of wireless telegraphy.
The present invention consists in the fact that these high-frequency oscillations, the frequency of which can be many thousands of times greater than, for example, the frequency of ordinary electrical lighting and power systems, are used to operate a relay, which means one endangered circuit brings the sparks and arcs into effect, for example by interrupting or bridging the circuit, before switching a resistor, self-induction, capacitance, or the like to suppress or display.
The following points must be observed: 1. There must be high-frequency oscillations (11.F. oscillations); 2. The H.F. vibrations must be communicated to the protective device; 3. The protective device must extinguish the arc.
Regarding 1: It can be useful to design the system from the outset in such a way that, if an undesired spark or arc occurs, the development of clearly pronounced H.F. oscillations is favored. This can be done by means known per se, e.g. B. by appropriate distribution of suitable self-induction and capacities to tune the spark or arc circuit to a suitable oscillation period.
Those places that are most at risk, e.g. B. the most stressed heating wires, so arranged who the that, if an arc occurs, this burns in the manner of extinguishing sparks, z. B. by cooling an electrode instead of becoming an evenly burning permanent arc, etc.
Special spark gaps with a suitable oscillation circuit can also be arranged in connection with the circuit to be protected, so that this auxiliary spark gap responds when irregular H.F. oscillations occur and then generates sufficiently strong H.F. oscillations to activate the protective device.
Regarding \ - ': There are a number of ways to communicate the H.F. vibrations to the protective device; z. B. one can let the H.F.-vibrations through the elderly himself. However, this has the disadvantage that other electrical waves such. B. starting from a wireless transmitting station, the protection device could operate what by voting of the current to be protected circuit or the oscillation circuit of the protection device itself on a non-ge common frequency, z. B.
Waves less than 200 or over 0,000 meters in length can be prevented.
However, it is better to feed the H.F. vibrations directly to the protective device, be it through the so-called galvanic coupling or by inductive coupling of the circuit to be protected with the receiving element for the H.F. vibrations of the protection device (protective oscillation circuit). To protect the protective device against the effects of ordinary high-voltage currents, block capacitors can be interposed, which do not allow the electric current to pass through with the low frequency of the network.
The inductive coupling has the advantage that the protective device can be tuned to a specific suitable number of oscillations by capacitance and self-induction, and that the excitation of the oscillation circuit of the protective device is facilitated by loose coupling with the circuit to be protected, since in the circles to be protected the wave length of the HF oscillations resulting from the formation of sparks or arcs will often be very different and changing. This is all the more necessary as it is not known beforehand at which point of the electrical circuit to be protected the spark or arc will occur.
Often only a shock excitation with a changing frequency is available to excite the protective device. In this case, loose coupling and a pronounced natural vibration of the protective device is useful. This natural oscillation circuit should contain as little ohmic resistance as possible so that the natural oscillations are not dampened too much, which is why the other necessary apparatus can also be relocated to a third oscillation circuit.
The protective device must also be an organ. which reacts when the H.F. vibrations arrive. This organ can be one of the known detectors in wireless telegraphy, e.g. B. a coherer, a crystal detector, a lamp with three electrodes (lattice lamp) etc. According to this, for example, the recording element for the 11.F. vibrations of the protective device; z.
B. the previously mentioned oscillating circuit or a third oscillating circuit coupled with it, which communicate with a coherer through series connection or galvanic or inductive coupling. This can, for example, be made up of nickel-plated copper electrodes and nickel filings. The coherent becomes conductive through 11.F. oscillations and lets the current of an auxiliary circuit through, which can then actuate the relay.
Regarding 3: In order for the protective device to extinguish the spark or the arc, the simplest way is for a relay actuated by the H.F. oscillations to interrupt the switch of the relevant circuit in a manner known per se.
However, there can also be cases where it is more advantageous instead of interrupting if a resistor is connected upstream, or if part of the circuit is bridged, or where such a change in the capacitance or self-induction or parallel-lying 3 resistors can be achieved Current strength and the natural oscillation period of the circuit to be protected is achieved that the spark or the arc extinguishes. The latter case can be important, for example, where the protective device is to be used in order to extinguish discharges via protective spark gaps that have occurred due to any cause.
It is advisable to make the sensitivity of the protective device mentioned, for example, by means of an adjustable resistor in its own oscillation circuit, so that the device does not react to weak H.F. oscillations, e.g. B. by wireless broadcasting stations etc. is triggered. In order to protect the detector against H.F. vibrations occurring directly from the ether, it can be protected by covering it with suitable material.
The actuation of the protective device can also be artificially delayed so that the protective device only switches off when HF oscillations occur repeatedly, for example by the first HF impulses activating an intermediate relay which clears the coherer again, but at the same time tripping the switch for the next HF pulse.
In order to prevent high-frequency oscillations from other parts of the network that are not included in the protection from acting on the protective device, the power supply unit to be protected can be self-inducted for 11.F. oscillations forms a great resistance from being separated, e.g. B. spool through small choke.
Just as any known system can be used for the choice of the detectors, any known arrangement can also be used for the means which make the detectors again susceptible to 11.F. oscillations according to their claims. Instead of a relay for actuating switches and the like, any signaling device or display instrument can of course also be actuated.