Überwachungseinrichtung für den Stromfluss in den Lade- und Entladestromkreisen von Kondensatoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungs einrichtung für den Stromfluss in den Lade- und den zusätzlichen Entladestromkreisen von Kondensatoren, welche über je eine Funkenstrecke in Parallelschaltung mit einer gemeinsamen Last verbunden sind, so dass in dieser nach Aufladung der Kondensatoren und der darauffolgenden betriebsmässig gleichzeitigen Zün dung der Funkenstrecken ein impulsförmig verlaufen der Laststrom unter der Beteiligung aller Kondensato ren eintritt.
In Versuchsanlagen für Experimente auf dem Gebiet der Plasmaphysik, welche mit der sogenannten schnellen magnetischen Kompression zusammenhän gen, müssen magnetische Felder schnell ansteigender und hoher Feldstärke erzeugt werden. Zur Erzeugung der hierzu erforderlichen Stromimpulse werden Strom kreise gebildet, in welchen ein Kondensator und eine der Einschaltung des Stromes dienende Funkenstrecke mit dem Versuchsobjekt in Reihe geschaltet sind. Zur Erzielung einer ausreichenden Stromstärke müssen diese Anordnungen eine kleine innere Induktivität haben. Deshalb werden mehrere, aus je einem Kon densator und einer in Reihe geschalteten Funken strecke bestehende Stromkreise, welche weiterhin als Teilstromkreise bezeichnet sind, gebildet und mit dem Versuchsobjekt als gemeinsame Last verbunden.
Hierbei kann der Kondensator jedes Teilstrom kreises seinerseits aus einer Gruppe parallel ge- schalteter Einzelkondensatoren bestehen, und ebenso kann es aus Sicherheitsgründen zweckmässig sein, anstelle einer Funkenstrecke beispielsweise zwei pa rallel geschaltete Funkenstrecken vorzusehen. Unbe schadet dessen soll jedoch weiterhin von einem Kon densator und einer Funkenstrecke je Teilstromkreis gesprochen werden.
Die Kondensatoren werden vor der Zündung der Funkenstrecken auf eine für alle Kondensatoren gleich hohe Gleichspannung aufgeladen. Der während dieser Aufladung fliessende Strom ist als Ladestrom bezeichnet. Ferner besteht gelegentlich die Notwendig keit, die ganze Anlage spannungslos zu machen. Hier zu ist es erforderlich, die Kondensatoren unabhängig von den anzustellenden Versuchen zu entladen. Der hierbei fliessende Strom soll der Entladestrom heissen. Zum Unterschied hiervon ist der durch die Zündung der Funkenstrecken eingeleitete impulsförmige Strom, welcher das als Last dienende Versuchsobjekt durch- fliesst, als Laststrom bezeichnet.
Die Erfindung sicht für den Lade- und Entlade stromkreis jedes Kondensators einen gemeinsamen Wi derstand und ein mit diesem in Reihe geschaltetes Überstromrelais mit einem Arbeitskontakt vor, wel cher seinerseits in den Stromkreis der Spule eines mit einem Selbsthaltekontakt und weiteren, der Signal gabe dienenden Arbeitskontakten versehenen Hilfs relais für Wechselstromspeisung eingeschaltet ist, wobei diese Speisung für den Anzug und für den Haltezustand der Hilfsrelais durch zwei Hilfstransfor matoren erfolgt, deren Primärwicklungen nach Ein leitung des Ladevorganges der Kondensatoren ver zögert an Spannung gelegt werden.
Durch die Verwendung eines gemeinsamen Wider standes in dem Lade- und Entladestromkreis jedes Teilstromkreises ist die Möglichkeit gegeben, eine einfache Überprüfung dieses Widerstandes vorzuneh men. Diese Überprüfung ist notwendig, damit bei Vor nahme einer Entladung die Kondensatoren tatsächlich spannungslos werden. Die Widerstandsprüfung erfolgt hier zwangsläufig mit der Überwachung des Entlade- vorganges.
Ein Ausführungsbeispiel einer überwachungsein- richtung nach der Erfindung ist in Fig. 1 und 2 als Prinzipschaltbild dargestellt.
In Fig. 1 sind die Lade- und Entladestromkreise und die Laststromkreise unter der Annahme von bei spielsweise zwei Kondensatoren wiedergegeben, welche in Parallelschaltung auf eine gemeinsame Last ein wirken können. Die Zahl der Kondensatoren ist tatsächlich beträchtlich höher, sie kann beispielsweise 100 oder noch mehr betragen. Die Kondensatoren in Fig. 1 sind mit Cl und C2 bezeichnet. Sie sind über je eine Funkenstrecke F1 bzw. FZ mit einer gemein samen Last L verbunden.
Nach Aufladung der Kon densatoren und darauf folgender gleichzeitiger Zün dung der Funkenstrecken tritt in der Last ein impuls- mässig verlaufender Laststrom unter der Wirkung beider Kondensatoren ein.
Die Aufladung der Kondensatoren und die zu ihrer vollständigen Entleerung herbeizuführende Ent ladung der Kondensatoren kann über die in Fig. 1 erkennbaren Lade- und zusätzlichen Entladestrom- kreise erfolgen, welche erfindungsgemäss einen für beide Vorgänge gemeinsamen Widerstand R1 bzw. R.@ und ein mit diesem in Reihe geschaltetes über stromrelais Al bzw. AZ aufweisen.
Diese überstrom- relais dienen zur Überwachung des Lade- und Ent- ladevorganges.
Für die Ladung der Kondensatoren ist ein für alle Kondensatoren gemeinsames Ladegerät LG vor gesehen. Die Ladung oder die Entladung der Kon densatoren kann durch die entsprechenden Stellungen je eines Umschalters S1 bzw. SZ vorgenommen werden. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, stellen diese Schalter in ihrer Stellung auf Entladung eine Erdverbindung her, so dass der Entladevorgang zu einer Erdung aller spannungsführenden Teile führt.
Das im Einzelnen nicht dargestellte Ladergerät LG ist eine gesteuerte Stromquelle, welche auf konstanten Ladestrom gere gelt ist und die Ladung beendet, wenn die Konden satoren auf eine bestimmte Gleichspannung, die für alle Kondensatoren gleich hoch ist, aufgeladen ist.
Der Ansprechwert der überstromrelais Al bzw. AZ ist so gewählt, dass bei normalem Betrieb der Anlage der konstant geregelte Ladestrom unterhalb dieses Ansprechwertes liegt. Andererseits führt der durch die Zündung der Funkenstrecken eingeleitete, beträchtlich höhere Laststrom in der Last L zu keinem An sprechen der Überstromrelais, da diese nicht von dem Laststrom durchflossen sind. Ein Ansprechen der Überstromrelais erfolgt also nur bei Störungs vorgängen, bei welchen Überströme in den Lade- oder in den zusätzlichen Entladestromkreisen auftreten.
Die mit dem überstromrelais A1 bzw. AZ zusam menhängende Überwachungsschaltung gemäss der Er findung ist entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel in Fig. 2 dargestellt. Die überstromrelais Al bzw. AZ sind mit je einem Arbeitskontakt a1 bzw. a2 versehen. Dieser Arbeitskontakt liegt in einem Strom kreis, welcher durch die Spule eines Hilfsrelais B1 bzw. BZ und einen für alle Teilstromkreise gemein samen Transformator T, gebildet ist.
Diese Hilfsrelais dienen zur Speicherung der kur zen Signale, welche von den überstromrelais bei Störungen abgegeben werden. Die Hilfsrelais sind mit einem als Arbeitskontakt ausgebildeten Selbsthalte- kontakt b" bzw. b21 und mit je drei weiteren Arbeits kontakten b12, b13, b14 bzw. b22, b.",,3, b.=1, ausgestattet.
Über die Selbsthaltekontakte sind die Hilfsrelais B1 bzw. BZ mit dem für alle Teilstromkreise gemeinsamen Transformator Tb verbunden.
Der Transformator T" ist so bemessen, dass er nach Einschaltung seiner Primärwicklung den Anzugs strom der als Wechselstromrelais ausgebildeten Hilfs relais B1 bzw. BZ abgibt. Der Transformator Tb ist zur Lieferung des kleineren Haltestromes bestimmt.
Der Anschluss der Primärwicklungen dieser Transfor matoren an die beispielsweise 220 V, 50 Hz betragende Wechselspannung U erfolgt über die Verzögerungs glieder Va bzw. V," um eine einstellbare Zeit ver zögert, sobald, beispielsweise mit Beginn des Lade vorganges, der Einschaltbefehl durch die Eingangs signale E,, bzw. Eb gegeben worden ist. Ein weiterer mit T, bezeichneter Transformator ist an die Wechsel spannung U ständig angeschlossen. Zur Rückführung der Hilfsrelais in die Grundstellung ist eine Druck taste D vorgesehen, mit welcher der Transformator Tb spannungslos gemacht werden kann.
Die neben den Selbsthaltekontakten vorgesehenen weiteren je drei Arbeitskontakte b12, b13, b14 usw. der Hilfsrelais dienen der Signalabgabe bei Störungen in den Lade- oder Entladestromkreisen.
Die Entladung der Kondensatoren erfolgt nach Um legen der Schalter S1 bzw. SZ mit einer Entladestrom- stärke, welche zu Beginn der Entladung ein Vielfaches des Anteils der konstant geregelten Ladestromstärke ist. Infolgedessen erfolgt bei Einleitung der Entladung bei intaktem Entladestromkreis ein Ansprechen der Überstromrelais Al bzw. A.,. Hierauf gründet sich die Überwachung der Entladung.
Hierzu sind die Arbeitskontakte b12 und b22 der Hilfsrelais in Reihen schaltung mit der Sekundärwicklung des Transfor mator T, und mit der dazu in Reihe geschalteten Primärwicklung eines Transformators Td verbunden. Sind alle Entladestromkreise in Ordnung, so sprechen nach Einleitung der Entladung der Kondensatoren durch Schliessen der Schalter S1 usw. alle über- Stromrelais Al usw. und damit alle Hilfsrelais B1 usw. an.
Infolgedessen werden alle Arbeitskontakte b12 usw. geschlossen, und es erscheint an dem Transfor mator Td eine Spannung, welche als Signal für den richtigen Ablauf aller Entladungen dienen kann. Ist infolge einer Störung ein Kondensator an dem Ent- ladevorgang unbeteiligt, so ist der Stromkreis der Arbeitskontakte an einer Stelle aufgetrennt, so dass der Transformator Td spannungslos bleibt und infolge dessen kein Signal abgibt.
Die Aufladung der Kondensatoren erfolgt, wie bereits gesagt, durch das Ladegerät LG, welches auf Konstantstrom geregelt ist, wodurch bereits eine Teilüberwachung des Ladevorganges gegeben ist. Eine Störung des Aufladevorganges kann nun in erster Linie dadurch eintreten, dass in einem der Konden satoren ein Durchschlag erfolgt. Durch diesen Durch schlag tritt eine plötzliche Entladung dieses Konden- sators und ein damit verbundener Zusammenbruch seiner Spannung ein.
Dies bewirkt eine Erhöhung des betreffenden Ladestroms auf ein Vielfaches des an teiligen Betrages der Konstantstromregelung, so dass das überstromrelais wiederum zum Ansprechen kommt.
Zur Anzeige dieser Störung sind die Arbeitskon takte b13 usw. der Hilfsrelais in Parallelschaltung mit der Sekundärwicklung des Transformators T, und der dazu in Reihe geschalteten Primärwicklung des Trans formators T, verbunden.
Das Ansprechen jedes der Arbeitskontakte b13 usw. bewirkt damit das Erscheinen einer Signal spannung an dem Transformator Te, womit angezeigt ist, dass eine Störung des Aufladevorganges eines oder mehrerer Kondensatoren vorliegt. Nach der Fest stellung einer solchen Störung ist es notwendig, eine Entladung aller Kondensatoren zur Überführung der Anlage in den spannungslosen Zustand vorzunehmen und der Störungsursache nachzugeben. Zu diesem Zweck ist der Ladevorgang abzu brechen und der Entladevorgang einzuleiten. Die Un terbrechung des Ladevorganges kann mit bekannten Mitteln durch Einwirkung auf das Ladegerät LG durchgeführt werden.
Zur Sicherstellung der späteren Erkennbarkeit des gestört gewesenen Teilstromkreises erfolgt eine Unterbindung der Signalgabe während des Entladevorganges, da diese alle überstromrelais und damit alle Hilfrelais umfasst, so dass das während des Ladevorganges angesprochene Hilfsrelais nicht mehr auszumachen wäre.
Deshalb erfolgt durch das während des Ladevorganges am Transformator T" abgegebene Signal auf eine in Fig. 2 schaltungsgemäss nicht wiedergegebene Weise eine Einwirkung auf das Schaltungselement V, im Sinne einer Abschaltung der Primärspannung des Transformators Ta, womit ein Ansprechen der überstromrelais und damit auch der Hilfsrelais während des Entladevorganges unterbun den ist. Es bleibt also nur das angesprochene Hilfs relais des gestört gewesenen Teilstromkreises über seinen Haltekontakt im angezogenen Zustand.
Die sichtbare, bleibende Anzeige des gestörten Teilstromkreises erfolgt über die weiteren Arbeits kontakte b14 usw. der Hilfsrelais. Diese Kontakte sind in Reihenschaltung mit einer Glühlampe, einer Glimm lampe oder einer sonstigen optischen Anzeigevorrich tung L1 usw. mit der Sekundärwicklung des ge meinsamen Transformators T, verbunden. Bei Vor nahme einer Entladung ist die Störung daran kennt lich, das gegebenenfalls die betreffende Anzeigelampe nicht aufleuchtet. Bei Vornahme einer Ladung lässt das Aufleuchten einer Lampe erkennen, dass eine Störung des betreffenden Teilstromkreises vorliegt.
Die Transformatoren T", Tb, T" Td, und T, sind zur Potentialtrennung der Teilstromkreise und der Signalstromkreise als Isoliertransformatoren ausge führt, welche hinsichtlich der Wicklungsisolation für die volle Kondensatorspannung, also beispielsweise für 20 kV, bemessen sind. Der aus einem Über stromrelais und dem damit verbundenen Hilfsrelais bestehende Relaissatz eines Teilstromkreises bildet zweckmässigerweise eine Baueinheit, welche auf der Hochspannung führenden Verbindungsleitung zu dem zugehörigen Widerstand R1 usw. montiert ist.
Die Teile eines Relaissatzes liegen zwar auf einem hohen Potential, können aber untereinander für niedrige Spannungen isoliert sein. Dadurch ergibt sich ein wenig aufwendiger und einfacher Aufbau der Über wachungseinrichtung.
Mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Ausbildungsmöglichkeiten des Gegenstandes der Erfindung nicht erschöpft. So ist es beispielsweise möglich, die Überstromrelais A1 usw. durch Vorsehen einer Hilfswicklung und Anschluss der mit einem Haltekontakt in Reihe geschalteten Hilfswicklung an eine Hilfsspannungsquelle, so auszubilden, dass eine Signalspeicherung schon in den überstromrelais er folgt, womit die Hilfsrelais entbehrlich werden.
Ferner ist es unter Umständen möglich, die beiden Transfor matoren T", und Tb zu einem einzigen Transformator zu vereinigen, sofern auf die Unterbindung der Signal gabe bei der Entladung im Anschluss an eine voran gegangene Störung des Ladevorganges entweder ver zichtet wird oder diese Unterbindung auf andere geeignete Weise geschieht.