Vorrichtung zur Begrenzung und Ableitung von Überspannungen in Zeitungsnetzen. Grundlegend für die wirksame Ableitung von Überspannungen, hervorgerufen durch atmosphärische oder Schaltvorgänge, oder schliesslich intermittierende Erdschlüsse, ist die Bedingung, dass die hier verwendeten Schutzapparate in der Lage sein sollen, die steile Wellenstirn der auftretenden Sprung welle einerseits durch die Ableitfähigkeit grosser Stromstärken, das heisst grosse Ener gieentnahme,
und anderseits mit möglichst geringem Entladeverzug auf ungefährliche Höhe zu bringen. Der Überspannungsschutz soll auch (besonders bei kleineren Spannun gen) ein sicheres Ansprechen bei geringerer Spannungserhöhung gewährleisten. Für die Löschung eines einmal eingeleiteten Über schlages sollen nicht komplizierte Mittel er forderlich sein. Ferner dürfen bei Nieder- und Mittelspannungsnetzen die Kosten der Schutzapparatur eine bescheidene Höhe nicht übersteigen.
Die bisher bekannten Mittel, wie Funken strecken oder auch Ableiter in Verbindung mit Funkenstrecken und weiterhin Luftleer- Blitzableiter, weisen alle die vorgenannten Erfordernissee nicht auf, teils wirken sie beim Überschlag sogar selbst als Überspannungs- erreger. Auch gasgefüllte Vakuumröhren hat man als Spannungsschutz für Schwachstrom anlagen (Telegraphen- und Telephonleitun- gen) benutzt und hierbei durch die äusserst.
geringen Glimmströme den Spannungsaus gleich herbeigeführt. Dies war bei den kleinen Energien solcher Schwachstromleitungen möglich. Bei den bedeutenden Energien von Starkstromnetzen und dem starken, dem Glimmen nachfolgenden Lichtbogendurch- bruch, infolge des mit der grossen Netzenergie aufgedrückten Kurzschlussstromes, sind aber besondere Massnahmen im Zusammenwirken mit der Verwendung technischer Glimmröh- ren (Glimmröhren, die kurzzeitig Stromstär ken von mehr als 100 Amp. vertragen)
er- f orderlich.
Die nachbeschriebene Erfindung zeigt. mit welchen Mitteln solche technische Glimm röhren dem besonderen Zweck der Ableitun- grosser Ü.berspannungsenergien in Starkstrom- netzen mit Erfolg dienstbar gemacht werden können. Hierbei nutzt man folgende Eigen schaften der Glimmröhre aus: Dieselbe besitzt eine ausserordentlich ge ringe Ansprechverzögerung (die Dauer be trägt etwa 1" Sek.).
Die Anprechspa-nnung ist unabhängig von äussern Einflüssen und kann bis auf 10 bis 20% der maximalen Netzspannung genähert werden, wobei dieser Wert unverändert be stehen bleibt.
Die technisch durchgebildete Glimmröhre ist imstande, kurzzeitig wesentliche Strom stärken von 100 Amp. und mehr abzuleiten; sie hält geringere Ströme sogar auf die Dauer von .einer Sekunde oder mehr aus: Die Glimmröhre wird bei nachfolgendem Netzstrom ohne besondere Massnahmen die durch die Überspannung eingeleitete Verbin dung bei Nullwert unterbrechen.
Die Erfindung besteht darin, dass zwi schen Punkten verschiedenen Potentials Glimmröhren, die bei Überschreitung einer bestimmten Potentialdifferenz erregt werden, in Serie mit Widerständen geschaltet sind, wobei unter Ausnutzung des Grenzglimm- stromes (Lichtbogendurchbruch) der Schutz kreis geschlossen wird, wodurch Überspan nungen abgeleitet werden und bei längerem Bestehen derselben der betroffene Netzteil duroh Sicherungsorgane abgeschaltet wird.
Um :eine Zerstörung der Glimmröhre zu verhindern, können durch geeignete Sicher heitsorgane entweder die Röhren rechtzeitig abgeschaltet oder kurzgeschlossen werden. Durch Einstellen der Schaltzeiten der Sicher heitsorgane kann ebenfalls einer Beschädi gung der Röhren vorgebeugt werden. Hier bei kann man den Vorschaltwiderstand ent weder ganz im Stromkreis belassen, besser aber wird ein Teil desselben gleichzeitig mit der Glimmröhre kurzgeschlossen. Hierdurch wird einerseits die länger dauernde Über beanspruchung der Röhre vermieden und anderseits ein möglichst grosses Quantum an Energie abgeführt, welches, wenn es sich um -eine länger dauernde, hohe Überspan nung oder einen Defekt des geschützten Netz- teils handelt, die normalen Sicherungsorgane zum Ansprechen bringt.
Für das Kurzschlie ssen der Glimmröhren können kurzzeitig an sprechende Thermostaten oder auch elektro magnetische Apparate verwendet werden. Das Kurzschliessen der Glimmröhre hat ge genüber dem Abschalten derselben den be deutenden Vorteil, dass im gefährdeten Strom kreis nicht eine Unterbrechung durch ein Schaltorgan stattfinden muss, so dass in dem selben ein Abschalten bei hoher Spannung möglichst vermieden wird.
Die Kombination der Glimmröhre mit. dem Widerstand kann in verschiedener Weise erfolgen, entweder so, dass der Widerstand durch den Thermostaten im Augenblick des ersten Stromstosses vorgeschaltet, oder dass ein Teil desselben gleichzeitig mit der Röhre kurzgeschlossen, oder schliesslich, dass der ganze Widerstand mit der Röhre kurzgeschlossen wird und so den Haupt schalter resp. die Sicherung zum Ansprechen bringt. Den Thermostaten oder Hilfsschalter kann man auch so bauen, dass der Wider stand direkt in denselben verlegt -wird, das heisst, dass der Widerstand selbst als Thermo stat dient.
Auch in diesem Falle ist,es mög lich, eine Unterteilung dieses Widerstandes in zwei Teile vorzunehmen. Der Thermostat kann ferner so ausgebildet werden, dass der Kontaktabstand des Kurzschliessers so ge wählt wird, dass derselbe eine Grobfunken strecke darstellt, welche zur Feinsicherung der Glimmröhre parallel geschaltet ist. Durch diese Massnahme kann die Funkenstrecke keineswegs als Überspannungserreger wirken, da solche Überspannungen in der parallel ge schalteten Röhre sofort abgedämpft werden und daher im Aussenkreis nicht zur Auswir kung kommen.
Es können aber auch, wie in einem der nachfolgenden Beispiele gezeigt wird, mehrere voneinander getrennte Wider- stände kombiniert werden.
Die Glimmröhren werden zweckmässig leicht austauschbar angeordnet. Desgleichen auch die Vorschaltwiderstände, deren Form den jeweils vorkommenden Spannungen an gepasst werden sollte, so dass dieselben unver- wechselbar sind. Glimmröhre und Wider stand können gemeinsam oder auch getrennt voneinander angeordnet werden.
Die Widerstände können ebenso, wie die Glimmröhren selbst leicht austauschbar und unverwechselbar mit der Glimmröhre oder getrennt von ihr angeordnet sein. Dann. kann die gleiche Anordnung für verschiedene Span nungsgrenzen (Netzspannungen) verwendet werden. Die leicht austauschbaren Glimm- röhren sind also derart auszubilden, dass in eine gegebene Anordnung nur eine Röhre be stimmter Spannung eingesetzt werden kann.
Es kann aber auch dafür gesorgt werden, dass die Glimmröhre in eine Hülse verlegt wird, in welcher der spannungsführende Pol erst mit dem Pol der Glimmröhre in Ver bindung kommt, wenn die Hülse geschlossen ist, das heisst der spannungsführende Pol von aussen nicht mehr berührt weren kann.
Eine gewisse Verteilungsmöglichkeit und Sicherheit kann auch durch zu den Glimm- röhren parallel geschaltete Kondensatoren oder Ohmsche Widerstände geschaffen wer den.
Diese Lösung kommt insbesondere in Be tracht bei mehreren in Serie geschalteten Glimmröhren in Fällen höherer Spannungen, wobei die den einzelnen Röhren parallel ge schalteten Kondensatoren gleicher Kapazität eine gleichmässige Spannungsverteilung auf die einzelnen Röhren sichert. Bei höheren Spannungen kann auch die Glimmröhre mit ihren Nebenapparaten an die Sekundärseite eines Stromwandlers angeschlossen werden, gegebenenfalls auch die Glimmröhre allein, besonders, wenn die Widerstände auf der Erdseite liegen. Hierbei kann der Eisen kreis des Stromwandlers magnetisch die Be tätigung des Schalters bewerkstelligen und anderseits blasend auf die Unterbrechungs stelle des Schalters wirken.
Zweckmässig wird man den Überspan- nungschutz so in einem Isoliergehäuse an bringen, dass er etwa die Grösse eines Si cherungselementes in seinen äussern Abmes sungen besitzt und auf eine Schalttafel ge setzt oder neben der Schalttafel angebracht werden kann. Man könnte auch in einfacher Weise den Überspannungsschutz mit einer Hausanschlusssicherung zusammenbauen und so die gesamte Installation bei auftretenden Überspannungen abschalten.
Um mit Sicherheit zu erreichen, dass beim Zerstören einer Glimmröhre der Apparat noch richitg funktioniert, können auch meh rere Glimmröhren in Parallelschaltung ver wendet werden. Hierdurch wird es auch er möglicht, ohne dass die einzelnen Glimmröh: ren überlastet werden, grössere Stromstösse aufzunehmen. In diesem Falle erhält der Schutz die Form und Abmessung eines Mehr fachelementes. Vorteilhaft kann man den Schutz mit einer optischen oder akustischen Signalvorrichtung kombinieren, die im Mo ment des Stromdurchganges zum Ansprechen gebracht wird.
Um eine Kontrolle über die Unversehr- barkeit der Röhre zu ermöglichen, kann man die Erregerspannung der Glimmröhre derart wählen, dass dieselbe schon bei der Normal spannung glimmt,, so dass dieses Glimmen von aussen erkennbar ist.
In, den Figuren sind einige Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem Aussenleiter 2 und einem geerdeten Pol 3. Im Aussenleiter 2 sitzt der Automat 1, wel cher das Netz mit dem Aussenleiter verbindet. Zwischen. 2 und 3 befindet sich die Glimm röhre 8 mit ihrem Vorschaltwiderstand 7. der so gewählt ist, dass bei den normal auf tretenden Überspannungen beim ersten Strom stoss die Röhre nicht zerstört werden kann. Der Widerstand 7 muss aber anderseits so klein gewählt werden, dass selbst bei einem kurzzeitigen Stromstoss der Schalter 1 an spricht. Bei Niederspannungsnetzen kommen also Widerstände von wenigen Ohm (2 bis 3 Ohm) in Frage.
In Fig. 2 ist die vorbeschriebene An ordnung mit einem Schaltglied 10 kombiniert. Wird dieses Schaltglied 10, als Thermostat gezeichnet, von einer grossen Stromstärke durchflossen, so wird er sich schnell bewegen und sich gegen den Kontakt 9 legen und damit die Röhre kurzschliessen. Hierdurch wird aber auch gleichzeitig über den Wider stand 7 der Aussenleiterpol 2 mit dem Erd- pol 3 verbunden, und der Automat 1 schaltet den gefährdeten Netzteil ab.
Der Kontakt abstand zwischen 9 und 10 stellt auch eine Grobfunkenstrecke dar, welche zu der Fein sicherung durch die Glimmröhre 8 parallel geschaltet ist. Natürlich muss in diesem Falle der Abstand zwischen 9 und 10 entsprechend gering gewählt werden.
Statt einen einzigen Widerstand 7 zu verwenden, kann auch gemäss Fig. 3 der Widerstand 7 geteilt werden und ein Teil b immer vor der Glimmröhre bleiben, während der übrige Teil a des Widerstandes in der Zuleitung zu 3 liegt. Gemäss Fig. 4 kann auch der Wider stand 7 direkt als Thermostat dienen. Hier durch kommt natürlich ein weiterer Vor- schaltwiderstand in Fortfall.
Aber auch in diesem Falle ist es, wie in Beispiel 3, möglich, den Widerstand 7 in zwei Teile a und b zu unterteilen. Die Kontaktstelle des Thermostaten gibt. dann die Unterteilung.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, könnte auch an der Stelle des Thermostaten eine Spule 11, die gleichzeitig als Blasspule auf die Un- terbrechungsstelle wirkt, vorgesehen werden, die 'ein Schaltglied betätigt und so die Röhre 8 über 9 kurzschliesst und daher eine Ver bindung von 2 nach 3 herstellt. Fig. 5 zeigt ferner noch einen geteilten, hohen Wider stand 6, welcher ganz kurzzeitig vor die Glimmröhre 8 geschaltet ist. Der Vorgang wird sich dann folgendermassen abspielen: Der Schalter 4 liegt in der Ruhestellung auf dem Kontakte 5; der hochohmige Widerstand 6 ist also kurzgeschlossen.
Ein Spannungs stoss erzeugt einen Strom, der über den Auto maten 1 und Leitung 2 zur Schaltspule 11 fliesst und weiter durch den Schalter 4 über Kontakt 5 durch die Röhre 8 und den Vor schaltwiderstand 7 nach dem Erdpole 3. Wenn hier wieder der Widerstand 7 gering- ohmig gewählt wird, so fliesst ein starker Strom, der sofort den Schalter 4 öffnet. Der Schalter 4 kann in seiner Schaltbewegung beliebig verzögert werden, und die Zeitdauer der Bewegung von 5 nach 9 einstellbar ge macht werden.
Hier wird nun, sobald der Schalter 4 sich zu öffnen beginnt, der Über spannungsstrom durch den reinohmigen Wi derstand 6 gedämpft, die Röhre also ge- cehützt. Hierbei ist aber der Überspannungs- strom nicht unterbrochen, sondern er fliesst, wenn auch als gedämpfter Strom, im wesent lichen durch den Kreis weiter. Handelt es sieh um eine kurzzeitige Überspannung, so wird sie meist durch den ersten Stoss bei geschlossenem Schalter 4 ganz abgeleitet.
Bleibt die Überspannung in einer gewissen Höhe bestehen, so wird bei. geöffnetem Schalter 4 der Überspannungsstrom mit ent sprechend kleinerer. Stromstärke weiterfliessen. Handelt es sich um eine länger dauernde Überspannung, oder einen Erdschluss, so wird der Schalter 4 unter Einfluss des Überspan- nungstromes sich bis zum Kontakt 9 be wegen, die Glimmröhre kurzschliessen und gleichzeitig einen Kurzschluss zwischen 2 und 3 über den Widerstand 7 herbeiführen. der dann den Netzteil über 1 abschaltet.
Fig. 6 zeigt, wie die Schaltung durch den Thermostaten erfolgt. Der Widerstand 6 kann hierbei so gelegt werden, dass er in- .direkt zur Beheizung des Thermostaten 10 dient. Es wird dann, nachdem sich der Schalter 4 vom Kontakt 5 getrennt hat, der Thermostat indirekt noch weiter geheizt und so die Schaltung auch bei unterbroche nem Thermostatenstromkreis weiter unter stützt.
Auch hier besteht, wie in- Fig. 2, neben dem normalen Wege 10, 4, 5, 8, 3 ein Parallelweg 10, 4, 9, 7, 3 (als Funken strecke 4-9). Eine Verzögerung des Sehal ters 4 kann ausser durch -Thermostat auch mittelst mechanischer Mittel, zum Beispiel Feder, erfolgen.
In Fig. 7 sind zwei Thermostaten vor gesehen, von denen der eine, 10, sehr schnell ansprechen muss, während Thermostat 12 den Kurzschlüss der Röhre und der Appara tur über Widerstand 7 einleitet. In Fig. 8 ist noch gezeigt, wie der Automat ausser der normalen Schaltspule u eine Zusatzspule b trägt, welche in dem zu schützenden Netzteile liegt und im gleichen Sinne wirkt wie die Spule a. Hierdurch wird bei einem Funktionieren der Glimmröhre 8 der Ausschaltvorgang des Schalters 1 noch beschleunigt.
Fig. 9 zeigt eine Einbaumöglichkeit der Glimmröhre mit ihrem Widerstand 7, wobei die Glimmröhre 8 in einen bei Sicherungen bekannten Stöpselkopf 31 eingesetzt ist. Ebenfalls in diesem Stöpselkopf, zwischen dessen Armatur und der Glimmröhre, ist der Widerstand 7 angeordnet.
Die Glimmröhre 8 besitzt an ihrem untern Ende einen Fuss kontakt 23, der in eine Kontaktschraube 24 aus Isolierstoff eingreift und beim Ein schrauben des Stöpselkopfes den Kontakt 25, der gegen Feder 26 gefedert ist, über Kon. takt 28 mit der Stromzuführung 27 ver bindet. 29 und 30 stellen das Sicherungs element dar. Durch die Länge des Fusskon taktes 23 und durch dessen Durchmesser lässt sich in Verbindung mit der Bohrung der Kontaktschraube 24 die Unverwechselbarkeit sicherstellen.
Da der Pol 23 der Glimmröhre erst bei völlig 'eingeschraubtem Stöpselkopf Spannung bekommt, so ist die gezeichnete Anordnung gegen zufällige Berührung .span nungsführender Teile beim Einsetzen ge schützt. Die Unverwechselbarkeit der Glimm- röhre kann auch durch deren Durchmesser, Länge, sowie Dimensionierung der Anschluss- kontakte erreicht werden.
Auch der Wider stand 7 kann bezüglich seiner äussern Abmes sungen so ausgebildet sein, dass .er nur in die Armaturteile passt, die seinem Verwendungs zweck entsprechen. Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungs beispiel, bei welchem der Vorschaltwider- stand 7 in dem Gewindefuss 20 eines Lam,- pensockel,s untergebracht ist, der gleichzeitig die Glimmröhre 8 trägt. Diese ist durch die Hülle 21 aus Isolierstoff abgedeckt. Die Hülle 21 besitzt mehrere Schauöffnungen 22, durch welche das Ansprechen der Glimm- röhre beobachtet werden kann.
Dieser so zu sammengebaute Überspannungsschutz kann dann leicht in normale Sicherungselemente eingesetzt werden. Auch bei der Anordnung nach Fig. 10 kann durch Veränderung des Durchmessers des Sehraubsockels, durch Ver änderung der Einschraublänge, sowie dureh besondere Ausbildung des Fusskontaktes eine Unverwechselbarkeit erzielt werden. Der Durchmesser der Glimmröhre 8 bezw. ihrer Hülle 21 kann ebenfalls zur Erzielung der Unverwechselbarkeit benutzt werden.
Eine Glimmröhre für höhere Spannung mit grö- sserem spielsweise Durchmesser nicht durch der Hülle eine kann Öffnung dann eines bei- Sicherungselementes für kleinere Spannungen eingesetzt werden.
Durch entsprechende Aus bildung des Fusskontaktes kann dann ferner hin erreicht werden, dass sich nur die Glimmröhre an Spannung legt, für die das betreffende Sicherungselement bestimmt ist. Es ist damit Gewissheit erreicht, dass nur die Glimmröhren verwendet werden, die zum Schutz eines bestimmten Netzteils geeignet sind. Da das Einschrauben des Überspan nungsschutzes über die Isolierhülle 21 ge schieht, so braucht ein besonderer Berüh rungsschutz (ausser der Hülle 21) nicht vor gesehen zu werden.