Schutzeinridhtung gegen Kurzschlüsse in Röhrensenderanlagen mit parallel zu jeder Röhre geschaltetem Kondensator. Die in den Röhrensendern verwendeten Hochvakuumröhren leiden unter Kurzschlüs sen, zum Teil auch bekannt unter dem Na men Rocky-Point-Effekt, die in einem Zu sammenbruch der innern Isolationsfähigkeit bestehen.
Dieser Vorgang, der dem einer Rückzündung bei Quecksilberdampfgleich- richtern ähnlich ist, bedeutet für .den Ano denstromkreis beziehungsweise für das die Senderöhre speisende Gleichstromnetz einen völligen Kurzschluss, da der Widerstand der Röhre bei einem solchen gurzschluss sehr klein ist.
Ähnlich wie bei Q,uecksilberdampf- gleichrichtern, erleiden auch die Senderöhren keinen Schaden, wenn der gurzschluss sofort abgeschaltet wird, beziehungsweise die durch den Kurzschlussstrom entwickelte Strom wärme und .die dynamischen Einwirkungen unterhalb bestimmter Werte gehalten wer den. Die Röhre kann nach Beendigung des Kurzschlusses sofort wieder eingeschaltet werden.
Man schaltete deshalb bisher .den Röhren Widerstände vor, die den gurzschlussstrom begrenzten, aber dafür den Wirkungsgrad verschlechterten.. Weiterhin suchte man eine schnelle Unterbrechung des Kurzschlussstro- mes zu erreichen durch Schnellöschung des den Anodenstromkreis speisenden gitterge steuerten Gleichrichters, oder durch eine Überbrückung der gestörten Senderöhre durch einen Parallelstromkreis, um den Kurzschlussstrom von der Senderöhre abzu lenken.
Durch .diese Massnahmen war es mög lich, den Kurzschlussstrom über die gestörte Röhre beträchtlich zu vermindern. Genaue Messungen zeigten indessen, dass noch ein Rest übrig blieb, dem man mit den bisheri gen Mitteln nicht beikommen konnte, so dass man gezwungen war, die Strombegrenzungs- widerstände im Anodenstromkreis der R.öli- ren zum Teil beizubehalten.
Es handelt sich hierbei um die Entladeströme der im Ano- denstromkreis eingebauten Kondensatoren, die entweder zum Zwecke der Glättung des Anodenstromes, oder als Ausgleichs-(Spei- cher-)Kondensatoren, oder als Abstimm- und Sperrkondensatoren eingebaut werden.
Diese Kondensatoren liegen parallel zu :den Klem men des Gleichstromnetzes, das den Anoden stromkreis speist. Zwischen den Kondensato ren und den Anoden der Senderöhren befin den sich praktisch keine Induktivitäten (die Induktivität etwaiger Hochfrequenzdrosseln etc. ist für die hier betrachteten Vorgänge verschwindend klein). Der Grund hierfür liegt darin, dass über den Kondensator die Modulationswechselströme des Senders flie ssen und deshalb keine frequenzabhängigen Widerstände, die Verzerrungen hervorrufen würden, eingebaut werden dürfen.
Bei einem Kurzschluss einer Senderöhre fliesst der volle Entladestrom der Konden satoren über die Röhre. Dieser Entlade strom tritt ohne jede Verzögerung mit seiner ma<U>xim</U>alen Spitze auf und erreicht sehr hohe Werte, da die Gleichspannung sehr hoch ist und der ohmsche Widerstand im Anoden stromkreis mit Rücksicht auf .den Wirkungs grad sehr klein gehalten wird. Beträgt z. B.
die Gleichspannung 16 000 V, der ohm- sche Widerstand 5 Ohm und :die Kapazität 100 mF, so, hat,der Entladestrom eine Spitze von
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- 2600 A, während oder normale Betriebsstrom etwa 4-45 A beträgt. Das Verhältnis des Kurzschlussstrome:s zum Nennstrom liegt also zwischen
EMI0002.0032
- 650 und
EMI0002.0033
=<B>58.</B> Der Entladestrom klingt dann mit einer Zeitkonstante von
EMI0002.0036
ab.
Wegen der ausserordentlichen Schnellig keit des Vorganges war also mit :den bisher verwendeten Mitteln eine Entlastung :der Senderöhre von der Kon:denoatorenladung nicht möglich.
Gegenstand :der Erfindung ist nun eine Schutzeinrichtung gegen Kurzschlüsse in Röhrensenderanlagen mit parallel zu jeder Röhre .geschaltetem Kondensator. Die Er findung kennzeichnet sich :durch :die Kombi nation einer :der Röhre vorgeschalteten In duktivität, die bei Auftreten eines Kurz schlusses den Anstieg des Kurzschlussstromes verzögert, mit einer Einriehtung, die einen der Röhre parallelen Entladungsstromkreis herstellt, bevor der Kurzechlussstrom einen sohädliohen Wert annimmt.
Wird. dafür gesorgt, :dass die Herstellung des Parallelstromkreises in einer ausserordent lichen kurzen Zeit vor sich geht, ,so kann :die Induktivität so klein gehalten werden, dass keine merkliche Beeinträchtigung der Modu lation des Senders stattfindet. Wird ausser dem :die Bedingung erfüllt, :dass :der Wider stand des Parallelstromkreises klein ist ge genüber :dem Widerstand im Röhrenstrom kreis, :dann ist auch eine ausreichende Ent lastung :
der Röhre sichergestellt. Man wird deshalb zweckmässigerweiee den Senderöhren etwas ohmsehen Widerstand vorgeschaltet lassen, um einen möglichst vollkommenen Schutz erreichen zu können. Die Einrieh- tung gemäss :der Erfindung kann gleichzeitig dazu :dienen, den die Senderöhren speisenden Gleichrichter im Fall eines Kurzschlusses <B>zu</B> schützen.
In :der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung schematisch in :den Fig. 1 bis 6- dargestellt.
Die genannten Bedingungen lassen ,sich durch eine elektrische Entladung erfüllen, indem :der Entlastungskreis (Parallelstrom- kreis) für :
die zu schützende Senderöhre H durch Zündung eines gittergesteuerten Ent ladungsgefässes G (Fig. 1 und 2) oder durch Zündung einer Funkenstrecke F (Fig. ä bis 6) hergestellt wird. Bei Verwendung eines gittergesteuerten Entladungsgefässes G gemäss Fig. 1 (gasgefüllter Glühkathoden oder Quecksilberdampfgleichrichter) wird .der Kondensator C bei Kurzschluss der Röhre H durch :
das Gefäss G überbrückt, indem mit Hilfe des Zündtransformators Z und nicht dargestellter Mittel zur Gittersteuerung von G eine positive Spannung an das normaler weise durch negative Spannung gespeiste Gitter gelegt wird, wodurch das Gefäss G gezündet wird und den Entladestrom des Kondensators aufnimmt. Eine solche Ent ladungsröhre müsste normalerweise die Be triebsspannung von 13 000 V sperren kön nen. anderseits im Kurzschlussfalleden gröss ten Teil des Kondensatorentladestromes von <B>1000</B> A und mehr führen müssen.
Bei Ver wendung einer Glühkathodenröhre müsste diese deshalb dauernd auf einer entepreohen- den Emission (1000 A und mehr) gehalten werden. Die Primärwicklung des Zündtrans- formators stellt gleichzeitig die der Haupt röhre vorgeschaltete Induktivität zur Ver zögerung des Stromanstieges dar.
Wenn der Entlastungskreis durch ein gittergesteuertes Entladungsgefäss G gebil det wird, kann auch die positive Zündspan nung für das Gitter von einem Shimt -ff' (Fig. 2) im Röhrenkreis entnommen werden, weil die Gitter nur eine verhältnismässig niedrige Zündspannung brauchen, die an dem Shunt W schon bei einer kleinen Stromände rung entsteht. Mit B ist die die negative Sperrspannung für das Gitter der Röhre H liefernde Stromquelle bezeiehnet.
Einfacher ist die Verwendung einer Fun kenstrecke, deren Ansprechzeit bekanntlich ausserordentlich klein ist. Das Problem ist hier, die Funkenstrecke, welche die Betriebs spannung (zum Beispiel 13 000 V) dauernd .-sicher aushalten muss, schnell und sicher genug zu zünden. Die Zündung .der Fun kenstrecke oder Entladungsröhre muss, wie oben erwähnt, erfolgen, bevor der Entlade strom um einen wesentlichen Betrag ange stiegen ist.
Diese Aufgabe wird durch den Zündtransformator gelöst, dessen Zündspan- nung ohne die geringste Verzögerung im Augenblick des Kurzschlusses auftritt,,da sie nur durch die Änderung des Stromes bedingt ist. Es ist aueh möglich, auf die Sekundärwicklung des Zündtransformators zu verziehten, so dass dieser einfach eine Drosselspule darstellt, an der eine geeignete Zündspannung abgegriffen werden kann.
Eine solche Drosselspule mit geeigneter An zapfung, die auch als Autotransformator aufgefasst werden kann, kann sowohl bei Schaltungen mit Hilfsentladungsgefäss als auch mit Funkenstrecke angewendet werden.
Für die Bildung des Entlastungsstrom kreises mit Hilfe einer Funkenstrecke stehen versehiedene Wege zur Verfügung. Die ein fachste Schaltung zeigt Fig. 3. Hier liegt .die Funkenstrecke F parallel zum Konden sator C. Die Sekundärwicklung des Zünd- transformators Z ist in Reihe mit der Fun kenstrecke F geschaltet, und zwar unter Be-' rücksichtigung der Lage des Spannungs vektors derart, dass sich die Zündspannung zu der Netzspannung addiert.
Beträgt die Netzspannung 13 000 V und. übersetzt -der Transformator im Verhältnis 1 :2, so steht eine Zündspannung von 13 000 -f- 2 X 13 000 = 39 000 V zur Verfügung. Man kann also schon mit einer kleinen Übersetzung des Zündtransfor- mators zu Zündspannungen, die eine aus reichende Sicherheit bieten auch bei variabler Netzspannung.
Dadurch wird auch die frü her genannte Bedingung erfüllt, dass .der Widerstand des Entlastungskreises mög lichst klein sein soll, denn der Zündtransfor- mator kann mit geringer Windungszahl aus geführt werden. Der Entlastungskreis wird zweckmässigerweise @so angeschlossen, dass die Primärwicklung des Zündtransformators im Kurzschlusskreis der Senderöhre liegt.
Falls der Zündtransformator nicht die einzige In duktivität im Röhrenkreis darstellt, muss das Übersetzungsverhältnis unter dem Gesichts- punkte gewählt werden, dass die Primär wicklung bei einem Röhrenkurzechluss einen dem Verhältnis der Induktivitäten entspre chenden Anteil von der Kondensatorspan- nung erhält. Normalerweise wird jedoch der Zündtransformator praktisch die einzige In duktivität sein.
Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist eine Hilfsfunkenstrecke b, c verwendet, die über einen kleinen Widerstand B die Sekundär- wieklung -des Zündtransformators Z über brückt. Bei Eintritt des Kurzschlusses schlägt zunächst die Funkenstrecke b, c über.
Im Augenblick .des Überschlages erhält die Elektrode c dasi Potential der Elektrode b, so dass zwischen den Elektroden a und c nun mehr die volle Netzspannung plus der Zünd- @spannung des Zündtransformators auftritt.
Die Funkenstrecke a, c schlägt infolgedessen sofort über, und zwar infolge der geringen Ansprechzeit der Funkenstrecke, bevor sieh die Spannungswelle des Zündtransformators über .den Widerstand R ausgleichen kann. 'Nach Zündung .der Funkenstrecke a, c ist der Kondensator C über den Widerstand R kurz geschlossen, der, im Vergleich zu dem Widerstand des Röhrenstromkreises, so ge wählt wird, dass eine genügende Entlastung der Senderöhre stattfindet.
Hierzu sei noch bemerkt, dass man bei allen Schaltungen zum Schutze des Kondensators zweckmässi- gerweise etwas Widerstand im Entlastungs stromkreis eingeschaltet lässt und dann eben falls den Röhren noch einen kleinen Wider stand vorschaltet, der den Wirkunsgrad nicht merklich verschlechtert. Dagegen erreicht die Schaltung nach Fig. 4 den Vorteil, dass .der Enlastungsstromkreis keine Induktivität enthält, so dass der Entlastungsstrom unver züglich in voller Höhe einsetzen kann.
Man kann auch die in Fig. 4,dargestellte Anordnung der Funkenstrecken<I>a,</I> c und<I>b, c</I> so umgruppieren, dass die mit der Sekundär wicklung des Zündtransformators verbundene Elektrode b zwischen den Elektroden c und a zu liegen kommt.
Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, dass das Ansprechen der Funkenstrecke<I>a, b</I> unabhängig vom Wider stand R erfolgt, so dass letzterer den Ableit- verhäItnissen entsprechend klein gewählt werden kann, während in Fig. 4 der Wider stand B noch einen gewissen Grenzwert haben muss, .damit die Spannungswelle vom Zündtransformator sieh nicht über den Wi derstand R ausgleichen kann, bevor die Fun- ' kenstrecke b,
c (Fig. 4) angesprochen hat.
Eine weitere Schaltungsmöglichkeit zeigt Fig. 5, bei der mit Hilfe der Hilfsfunken- strecke b, c die Hauptfunkenstrecke, .die an den Kondensatorklemmen liegt, ionisiert und zum Durchschlag gebracht wird.
Die Schaltung gemäss Fig. 6 benutzt eine Hilfsfunkenstrecke<I>c, b,</I> die in Reihe ge schaltet ist mit der Hauptfunkenstrecke b, a. Die Strecke c, b wird von der Sekundärwick lung,des Zündtransformators Z gespeist. Um einen Ausgleich der Netzspannung über a, b und den Zündtransformator zu verhüten, ist der Zündtransformator in Reihe geschaltet mit einem kleinen Kondensator. Die Funken strecken werden so eingestellt und gespeist, dass zuerst c, b zündet und sodann auch a, <I>b</I> durchschlägt, womit der Entlastungskreis hergestellt ist. Die Strecke<I>a, b</I> plus<I>c, b</I> muss im normalen Betriebe die Netzspannung sperren.
Bei den gezeichneten Schaltbildern ist der Zündtransformator in die positive Lei tung eingeschaltet. Er kann natürlich auch in die Minusleitung gelegt werden, was unter Umständen vorteilhaft ist, weil die Minus leitung normalerweise geerdet ist.
Die Unterbrechung des Kurzschlusses im Gleichstromnetz kann durch alle bekannten Mittel erfolgen. Zweckmässigerweise wird aber bei Erzeugung der Gleichspannung durch einen Gleichrichter dieser mit Steuer gittern ausgerüstet und der Kurzschluss durch Sperrung der Gitter gelöscht. Man hat dann ,den Vorteil, dass der Ölschalter nicht auslöst und der Betrieb nach Löschung des Kurz schlusses sofort wieder aufgenommen werden kann, indem die Gitter wieder mit positiver Spannung versehen werden.
Die Löschung des Gleichrichters bei Eintritt des Kurz schlusses kann durch alle hierfür bekannten Mittel erfolgen.
Protection against short circuits in tube transmitter systems with a capacitor connected in parallel to each tube. The high vacuum tubes used in the tube transmitters suffer from Kurzschlüs sen, sometimes also known by the name Rocky-Point effect, which consist in a collapse of the internal insulation capacity.
This process, which is similar to the reignition of mercury vapor rectifiers, means a complete short circuit for the anode circuit or for the direct current network feeding the transmitter tube, since the tube resistance is very small in the event of such a short circuit.
Similar to Q, mercury vapor rectifiers, the transmitter tubes are not damaged if the short circuit is switched off immediately, or if the heat generated by the short circuit current and the dynamic effects are kept below certain values. The tube can be switched on again immediately after the short circuit has ended.
So up to now, resistors have been installed upstream of the tubes, which limited the short-circuit current, but worsened the efficiency. Furthermore, an attempt was made to achieve a quick interruption of the short-circuit current by quickly extinguishing the grid-controlled rectifier supplying the anode circuit, or by bridging the faulty rectifier Transmitter tube through a parallel circuit in order to divert the short-circuit current from the transmitter tube.
These measures made it possible to considerably reduce the short-circuit current through the disturbed tube. Exact measurements showed, however, that there was still something left that could not be dealt with with the previous means, so that one was forced to partially retain the current limiting resistances in the anode circuit of the R.ölirs.
These are the discharge currents of the capacitors built into the anode circuit, which are installed either for the purpose of smoothing the anode current, or as compensation (storage) capacitors, or as tuning and blocking capacitors.
These capacitors are parallel to: the terminals of the direct current network that feeds the anode circuit. There are practically no inductances between the capacitors and the anodes of the transmitter tubes (the inductance of any high-frequency chokes etc. is negligible for the processes under consideration). The reason for this is that the modulation alternating currents of the transmitter flow through the capacitor and therefore no frequency-dependent resistors that would cause distortion must be installed.
In the event of a short circuit in a transmitter tube, the full discharge current of the capacitors flows through the tube. This discharge current occurs without any delay with its maximum peak and reaches very high values, since the DC voltage is very high and the ohmic resistance in the anode circuit is kept very low with regard to the efficiency becomes. Is z. B.
the DC voltage 16,000 V, the ohmic resistance 5 Ohm and: the capacitance 100 mF, see above, the discharge current has a peak of
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- 2600 A, while or normal operating current is around 4-45 A. The ratio of the short-circuit current: s to the nominal current is between
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- 650 and
EMI0002.0033
= <B> 58. </B> The discharge current then sounds with a time constant of
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from.
Because of the extraordinary speed of the process, it was not possible to use the means previously used to relieve the transmitter tube from the condenser charge.
The subject matter of the invention is a protective device against short circuits in tube transmitter systems with a capacitor connected in parallel to each tube. The invention is characterized by: the combination of an inductance upstream of the tube, which delays the rise of the short-circuit current when a short circuit occurs, with a device that creates a discharge circuit parallel to the tube before the short-circuit current assumes a reasonable value .
Becomes. ensures that: the production of the parallel circuit takes place in an extraordinarily short time, so: the inductance can be kept so small that there is no noticeable impairment of the modulation of the transmitter. If, in addition: the condition is met: that: the resistance of the parallel circuit is small compared to: the resistance in the tube circuit,: then there is also sufficient relief:
the tube ensured. It is therefore expedient to have some ohmic resistance connected upstream of the transmitter tubes in order to be able to achieve the most complete protection possible. The device according to: the invention can at the same time: serve to protect the rectifier feeding the transmitter tubes in the event of a short circuit.
In: the drawing, Ausführungsbei games of the invention are shown schematically in: Figs. 1 to 6-.
The conditions mentioned can be met by an electrical discharge in that: the discharge circuit (parallel circuit) for:
the transmitting tube to be protected H by igniting a grid-controlled Ent charge vessel G (Fig. 1 and 2) or by igniting a spark gap F (Fig. A to 6) is made. When using a grid-controlled discharge vessel G according to Fig. 1 (gas-filled hot cathode or mercury vapor rectifier), if the tube H is short-circuited, the capacitor C is:
the vessel G is bridged by applying a positive voltage to the grid, which is normally fed by negative voltage, with the aid of the ignition transformer Z and means for grid control (not shown), whereby the vessel G is ignited and takes up the discharge current of the capacitor. Such a discharge tube would normally have to be able to block the operating voltage of 13,000 V. on the other hand, in the event of a short circuit, they have to carry the greater part of the capacitor discharge current of <B> 1000 </B> A and more.
If a hot cathode tube is used, it would therefore have to be kept permanently at a corresponding emission level (1000 A and more). The primary winding of the ignition transformer also represents the inductance connected upstream of the main tube to delay the rise in current.
If the discharge circuit is formed by a grid-controlled discharge vessel G, the positive ignition voltage for the grid can also be taken from a shimt -ff '(Fig. 2) in the tube circuit, because the grid only needs a relatively low ignition voltage that is applied to the Shunt W arises even with a small change in current. The current source supplying the negative reverse voltage for the grid of the tube H is denoted by B.
It is easier to use a spark gap, the response time of which is known to be extremely short. The problem here is to ignite the spark gap, which the operating voltage (for example 13,000 V) has to withstand continuously, quickly and safely enough. The spark gap or discharge tube must be ignited, as mentioned above, before the discharge current has increased by a substantial amount.
This task is solved by the ignition transformer, the ignition voltage of which occurs without the slightest delay at the moment of the short circuit, since it is only caused by the change in the current. It is also possible to shift to the secondary winding of the ignition transformer so that it simply represents a choke coil from which a suitable ignition voltage can be tapped.
Such a choke coil with a suitable tap, which can also be regarded as an autotransformer, can be used both in circuits with an auxiliary discharge vessel and with a spark gap.
There are various ways to create the discharge circuit with the aid of a spark gap. The simplest circuit is shown in FIG. 3. Here, the spark gap F is parallel to the capacitor C. The secondary winding of the ignition transformer Z is connected in series with the spark gap F, taking into account the position of the voltage vector in such a way that the ignition voltage is added to the mains voltage.
If the mains voltage is 13,000 V and. If the transformer translates to a ratio of 1: 2, an ignition voltage of 13,000 -f- 2 X 13,000 = 39,000 V is available. Even with a small step-up of the ignition transformer, you can produce ignition voltages that offer sufficient safety even with variable mains voltage.
This also fulfills the condition mentioned earlier that the resistance of the discharge circuit should be as small as possible, because the ignition transformer can be designed with a small number of turns. The discharge circuit is expediently connected in such a way that the primary winding of the ignition transformer is in the short circuit of the transmitter tube.
If the ignition transformer is not the only inductance in the tube circuit, the transformation ratio must be selected from the point of view that the primary winding receives a proportion of the capacitor voltage corresponding to the ratio of the inductances in the event of a tube short circuit. Normally, however, the ignition transformer will be practically the only inductance.
In the circuit according to FIG. 4, an auxiliary spark gap b, c is used, which bridges the secondary as-des ignition transformer Z via a small resistor B. When the short circuit occurs, the spark gap b, c initially strikes.
At the moment of the flashover, the electrode c receives the potential of the electrode b, so that the full mains voltage plus the ignition voltage of the ignition transformer now occurs between electrodes a and c.
The spark gap a, c consequently strikes over immediately, due to the short response time of the spark gap, before the voltage wave of the ignition transformer can compensate for the resistor R. After ignition of the spark gap a, c, the capacitor C is short-circuited via the resistor R, which, compared to the resistance of the tube circuit, is chosen so that the transmitter tube is adequately relieved.
It should also be noted that in all circuits to protect the capacitor, it is advisable to leave some resistance in the discharge circuit and then just if the tubes are preceded by a small resistance that does not noticeably deteriorate the efficiency. On the other hand, the circuit according to FIG. 4 has the advantage that the relief circuit does not contain any inductance, so that the relief current can immediately begin in full.
The arrangement of the spark gaps <I> a, </I> c and <I> b, c </I> shown in FIG. 4 can also be regrouped so that the electrode b connected to the secondary winding of the ignition transformer is between the Electrodes c and a come to rest.
This arrangement has the particular advantage that the spark gap <I> a, b </I> responds independently of the resistance R, so that the latter can be selected to be small according to the discharge ratios, while in FIG. 4 the resistance was B must still have a certain limit value, so that the voltage wave from the ignition transformer cannot compensate via the resistance R before the spark gap b,
c (Fig. 4) has addressed.
Another possible circuit is shown in FIG. 5, in which, with the aid of the auxiliary spark gap b, c, the main spark gap, which is connected to the capacitor terminals, is ionized and made to breakdown.
The circuit according to FIG. 6 uses an auxiliary spark gap <I> c, b, </I> which is connected in series with the main spark gap b, a. The route c, b is fed from the secondary winding, the ignition transformer Z. In order to prevent equalization of the mains voltage via a, b and the ignition transformer, the ignition transformer is connected in series with a small capacitor. The spark gaps are adjusted and fed in such a way that first c, b ignites and then a, <I> b </I> also breaks through, thus creating the relief circuit. The route <I> a, b </I> plus <I> c, b </I> must block the mains voltage in normal operation.
In the circuit diagrams shown, the ignition transformer is switched to the positive line. Of course, it can also be placed in the negative line, which may be advantageous because the negative line is normally earthed.
The short circuit in the direct current network can be interrupted by any known means. Appropriately, this is equipped with control grids when generating the DC voltage by a rectifier and the short circuit is deleted by blocking the grid. This then has the advantage that the oil switch does not trip and operation can be resumed immediately after the short circuit has been cleared by providing the grid with positive voltage again.
The rectifier can be deleted when the short circuit occurs by any means known for this purpose.