CH358501A

CH358501A - Elektrische Schutzkreiseinrichtung mit Funkenstrecke

Info

Publication number: CH358501A
Authority: CH
Inventors: Wouk Victor
Original assignee: Sorensen & Co Inc
Priority date: 1957-01-15
Filing date: 1958-01-13
Publication date: 1961-11-30
Also published as: US2840766A; GB840400A; CA608121A

Description

Elektrische Schutzkreiseinrichtung mit Funkenstrecke Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schutzkreiseinrichtung mit Funkenstrecke, welche die gleichen Funktionen wie ein Unterbrecher oder eine Thyratronröhre erfüllt, ohne jedoch Vakuum röhren, geheizte Kathoden oder bewegliche Teile auf zuweisen.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische Schutzkreiseinrichtung, welche in einem Hochspannungsgleichstromnetz gebraucht werden kann, welches nur wenig Strom führt. Die Einrichtung kann jedoch auch in Verbindung mit Anlagen ge braucht werden, die viel Strom führen.

Bei den bekannten elektrischen Energieverteiler anlagen für Beleuchtungs- oder für Kraftzwecke wird genügend Strom geführt, so dass ein Ansteigen der Belastung über einen vorbestimmten Wert durch den Anstieg des Belastungsstromes wahrgenommen wird, so dass für den notwendigen Schutz elektromagnetische Mittel innerhalb oder ausserhalb des Stromkreises eingeschaltet werden können.

In Hochspannungskreisen, die sehr wenig Strom führen, genügt dieser Strom zur direkten Betätigung von elektromagnetischen Einrichtungen nicht, so dass zum Schutze des Hochspannungsnetzes und der Belastung gegen Kurzschluss und Überschlag andere Mittel verwendet werden müssen. Solche Schutzein richtungen gewinnen steigende Bedeutung, wenn eine Hochspannungsanlage für eine Farbspritzeinrichtung gebraucht wird. Bei solchen Einrichtungen erfolgte oft eine Explosion des vernebelten Farb-Luft-Gemi- sches durch einen Funken des Hochspannungs- generators, welcher durch Kurzschluss gegen Erde entstand.

Durch die Erfindung soll diese Gefahr aus geschlossen werden, indem die Stärke des Kurzschluss- funkens so reduziert wird, dass dieser keine Explosion verursachen kann. Gemäss der Erfindung werden keine elektroma gnetische Mittel gebraucht, sondern es sind drei Funkenstrecken zwischen drei Elektroden vorhanden, welche den Belastungskreis überbrücken, falls dieser kurzgeschlossen wird.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines ver besserten Schutzkreises, welcher die Nachteile der erwähnten bekannten Einrichtungen mindestens teil weise behebt.

Das wird durch eine zum Hochspannungsnetz parallelgeschaltete Funkenstrecke erreicht.

Die Schutzeinrichtung arbeitet innerhalb weniger Tausendstelsekunden und schützt das Netz und die Belastung vor Stromstössen, insbesondere mit Rück sicht auf die Gefahr von Explosionen und Personen gefährdung.

Durch die erfindungsgemässe Einrichtung sollen die Kosten für Schutzeinrichtungen gesenkt werden. Die Einrichtung weist eine Funkenstrecke mit drei z.B. kugelförmigen Elektroden auf, die so angeordnet sein können, dass während des normalen Betriebes des Netzes keine Funken entstehen. Zwei Elektroden sind mit den positiven bzw. negativen Netzleitungen verbunden, während die dritte Elektrode mit einem Spannungsteiler in Verbindung steht, welcher eine Spannung an diese Elektrode liefert, die einen Bruch teil der Spannung zwischen den beiden anderen Elektroden betragen kann. Zwischen der dritten Elektrode und der positiven Seite der Netzleitung ist zur Speicherung ein Kondensator eingesetzt, wel cher beim Auftreten eines Kurzschlusses zur Wirkung kommt.

Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigen: Fig.1 ein Blockschema der Einrichtung und Fig.2 ein annäherndes Zeitdiagramm der Elek- trodenspannung beim Kurzschluss.

In der Fig. 1 ist mit 10 ein Netz bezeichnet, welches mit den Eingangsklemmen 11 und 12 in Verbindung steht, an welche eine Belastung, z. B. ein Widerstand 13, angeschlossen ist. Diese Belastung kann gegebenenfalls durch den Raum zwischen einer Spritzdüse und einem zu spritzenden Gegenstand gebildet sein. Bei einer anderen Anwendung kann die Hochspannung in Verbindung mit einem Röntgen apparat oder einem Staubabscheider Verwendung finden. In der nachfolgenden Beschreibung wird auf ein spezielles Beispiel Bezug genommen, ohne dass dadurch der Erfindungsgegenstand eingeschränkt wer den soll.

Zur Bildung des elektrischen Schutzkreises ist zwischen der positiven Klemme 11 und dem Hoch spannungsnetzwerk 10 ein Widerstand 14 in Serie geschaltet. Der Schutzkreis weist ferner eine Funken strecke zwischen zwei kugelförmigen Elektroden 15 und 16 auf, wobei jede der Elektroden in der dar gestellten Weise mit einer Seite des Netzes 10 in Verbindung steht. Zwischen den Elektroden 15 und 16 ist eine Elektrode 17 angeordnet, die mit einem Spannungsteiler in Verbindung steht, welcher mit zwei Widerständen 20 und 21 besteht. Die beiden Widerstände haben bei diesem Beispiel den gleichen Widerstandswert, wobei die Spannung der Elektrode 17 halb so gross ist wie die Netzspannung.

Ferner weist der Schutzkreis einen Kondensator 22 auf, welcher mit dem Widerstand 23 in Serie geschaltet ist, wobei der Kondensator 22 und der Widerstand 23 zwischen der Elektrode 17 und der Ausgangsklemme 11 liegt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist die folgende: Während des normalen Betriebes ist der Spalt zwischen den Elektroden 15 und 17, und 17 und 16 so gross, dass die Überschlagspannung je drei Viertel der Ausgangsspannung beträgt. Zwischen den Elektroden 15 und 16 ist ein so grosser Spalt vorhanden, dass die Überschlagspannung das 1,5fache der Ausgangsspannung beträgt. Während des normalen Betriebes des Netzes entstehen keine Funken, und der Kondensator 22 ist mit halber Netzspannung geladen.

Es sei nun angenommen, dass zwischen den Klemmen 11 und 12 Kurzschluss oder Überschlag entsteht. Dadurch wird die Spannung an der Klemme 11 auf Null reduziert, so dass die rechte Seite des Kondensators 22 ebenfalls an Potential Null gelegt wird. Da sich die Kondensatorspannung nicht augen blicklich ändern kann und da diese die Hälfte der Netzspannung beträgt, wird sich das Potential der linken Kondensatorseite und der Elektrode 17 von einem positiven Wert auf einen negativen Wert ändern. In diesem Moment beträgt die Spannung zwischen den Elektroden 15 und 17 ungefähr das 1,5fache der Ausgangsspannung, so dass zwischen den Elektroden 15 und 17 ein Funken entsteht.

Dieser ionisiert die Luft im Bereich der Funkenstrecke, worauf die Elektrode 17 ein Potential aufweisen wird, welches der vollen Netzspannung entspricht. Da der Abstand der Elektroden 16 und 17 so gewählt ist, dass die Überschlagspannung zwischen ihnen nur drei Viertel der Ausgangsspannung beträgt, so tritt an dieser Funkenstrecke ein Überschlag ein. Infolge der dadurch bewirkten Ionisation springt auch von der Elektrode 15 ein Funken zur Elektrode 16 hinüber. Der Hochspannungsteil wird dabei kurzgeschlossen und die Energie an den Ausgangsklemmen annähernd auf Null reduziert. Die Aufrechterhaltung des Funkens zwischen den Elektroden 15 und 16 ist einzig vom innern Serienwiderstand des Netzes 10 abhängig, wobei der Funken entweder über einen weiteren Schalter gelöscht oder auf einem kleinen Stromwert gehalten wird.

Die oben beschriebenen Vorgänge werden auf Grund der Fig.2 besser verständlich, welche die Spannungswerte in Funktion der Zeit graphisch dar stellt. Während des normalen Betriebes ist die Span nung der Elektrode 17 durch die Linie 25 dargestellt, welche Spannung die Hälfte der Ausgangsspannung beträgt. Wenn zwischen den Klemmen 11 und 12 Kurzschluss entsteht, so nimmt die Spannung der Elektrode 17 plötzlich einen negativen Wert an, wie dies durch die die Punkte 26 und 27 verbindende Linie dargestellt ist. Wird die durch den Punkt 27 markierte Spannung erreicht, so bildet sich zwischen den Elektroden 15 und 17 ein Bogen, welcher das plötzliche Ansteigen der Spannung der Elektrode 17 verursacht, wie dies durch die Linie zwischen den Punkten 27 und 28 dargestellt ist.

Wird die durch den Punkt 28 markierte Spannung erreicht, so bildet sich zwischen den Elektroden 17 und 16 ein Bogen, und die Spannung der Elektroden 15 und 17 fällt ab, wie dies durch die Linie 30 dargestellt ist. Dieser Spannungsabfall ist von der innern Charakteristik des Netzes 10 abhängig.

Der ganze Vorgang zwischen den Punkten 26 und 28 wickelt sich in einigen Tausendstelssekunden ab, so dass die Energiebelastung des Verbrauchers sehr klein bleibt.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung wurden beispielsweise folgende Zahlenwerte ange wendet
EMI0002.0018

Widerstände <SEP> 20 <SEP> und <SEP> 21 <SEP> . <SEP> . <SEP> 103 <SEP> Ohm
<tb> Widerstand <SEP> 23 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 104 <SEP>
<tb> Widerstand <SEP> 14 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 103 <SEP>
<tb> Spannung <SEP> V <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 100000 <SEP> Volt
<tb> Kondensator <SEP> 22 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .

<SEP> 500 <SEP> Mikromikrofarad Die beschriebene Einrichtung zeigt einen nicht mechanischen Schutzkreis zum Schutze von Netzen von hoher Spannung gegen Kurzschluss an den Aus gangsklemmen und schützt in gleicher Weise jeden Belastungskreis, der an ein derartiges Hochspannungs netz angeschlossen ist.

Claims

PATENTANSPRUCH Elektrische Schutzkreiseinrichtung mit Funken strecke für Hochspannungsgleichstromnetz, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe drei Elektroden (15, 16, 17) aufweist, zwischen welchen sich je ein Spalt befindet, wobei eine der Elektroden (15) mit der positiven und eine andere Elektrode (16) mit der negativen Netzleitung in Verbindung steht, während die dritte Elektrode (17) an den Knotenpunkt eines Spannungsteilers 20, 21 angeschlossen ist, der andern- ends mit der positiven und negativen Netzleitung verbunden ist, ferner dass zwischen der dritten Elek trode (17) und der positiven Netzleitung ein mit einem Widerstand (23) in Serie geschalteter Konden sator (22) eingesetzt ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Elektrische Schutzkreiseinrichtung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Span- nungsteiler ein hochohmiger Widerstand ist. 2. Elektrische Schutzkreiseinrichtung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der ersten von der zweiten Elektrode (15, 16) so gewählt ist, dass zwischen den Elektroden nur dann Strom fliesst, wenn die Spannung grösser ist als die eineinhalbfache Netzspannung. 3.

Elektrische Schutzkreiseinrichtung nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die positive und die negative Netzleitung des Netzes (10) mit einer positiven Klemme (11) und einer negativen Klemme (12) in Verbindung steht, an welche Klemmen (11, 12) eine Belastung (13) angeschlossen ist, wobei zwischen der positiven Klemme (11) und dem Netz werk (10) ein Widerstand (14) in Serie eingesetzt ist. 4.

Elektrische Schutzkreiseinrichtung nach Patent anspruch und Unteransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen der dritten Elektrode (17) und den beiden anderen Elektroden (15 und 16) so gewählt sind, dass nur dann Strom fliessen kann, wenn die angewandte Spannung drei Viertel der normalen Netzspannung beträgt.