DE1033329B

DE1033329B - Schutzschaltung fuer Hochspannungsleuchtroehrenstromkreise

Info

Publication number: DE1033329B
Application number: DEW16711A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-05-20
Filing date: 1955-05-20
Publication date: 1958-07-03

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für Hochspanniungsleuchtröhrenstromkreise, bei welcher durch in diesem Stromkreis liegende Hilfswicklungen eines S treufei dtransfortnators ein. Schaltautomat gesteuert wird, welcher den Stromkreis bei auftretenden Störungen, wie Leerlauf, Überlast, Erdschluß usw., auf der Niederspannungsseite abschaltet.

In Leuchtröhrenanlagen können mit gutem wirtschaftlichem Vorteil mehrere Leuchtröhren in Reihenschaltung in einem Stromkreis betrieben werden. Als Nachteil ergeben sich neben der Summierung der Betriebsspannungen besonders hohe Zündspannungen, da für diese der 1,4- bis 2fache Wert der Betriebsspannung benötigt wird. Diese hohen Spannungen sind sehr nachteilig, wenn ein Leuchtrohr versagt, da ΐ·5 dann die sonst nur kurzzeitig zur Wirkung kommenden hohen Zündspannungen in bleibende Leerlauf-Spannungen übergehen, die die Isolationsmaterialien stark beanspruchen sowie Sprüherscheinungen und eine Ozonbildung verursachen. Die Anwendung von Hochspannungsleuchtröhren und Anlagen in feuchter, insbesondere aber in explosionsgef ährdeter Umgebung wird dadurch stark eingeengt.

Der hohen Isolationsbeanspruchung kann man dadurch begegnen, daß die Hochspannungswicklung der ^a5 die Leuchtröhren speisenden Streufeldtransformatoren in einem Punkt, üblicherweise im Mittelpunkt geerdet wird. Dadurch wird das Potential der Wicklungsenden gegen Erde stark herabgesetzt, aber andererseits werden sehr ungünstig wirkende Stromerhöhungen im Sekundärstromkreis hervorgerufen, sobald im Leuchtröhrenstromkreis ein Erdschluß auftritt. Diese hohen Überströme auf der Sekundärseite wirken sich auf der Primärseite infolge des hohen inneren Widerstandes des Streufeldtransformators so wenig aus, daß die üblichen Überlastabschalter auf der Primärseite nicht ansprechen. Deshalb ist schon versucht worden, die Steuerwicklungen des Netzabschalters direkt in den Hochspannungskreis zu legen. Dadurch wird aber das Hochspannungspotential zwangläufig aus konstruktiven Gründen in den Handbereich der Niederspannungsseite verlegt, was erhebliche Nachteile mit sich bringt. In einer weiteren bekannten Ausführung wird die Trennung von der Hochspannung über Hilfswicklungen erreicht, die dem Hochspannungsstromkreis zugeordnet sind. In diesen bisher bekannten Schutzschaltungen tritt ein dauernder, wenn auch geringer Energieverbrauch auf, der hier aber wegen des geringen Energiebedarfs der Leuchtröhren zum Tragen kommt. Auch werden die wenn noch so leisen Brummgeräusche der vom Wechselstrom gespeisten. Schaltrelais beim überwiegenden Teil aller Beleuchtungsanlagen als lästig empfunden und daher erfahrungsgemäß auch nicht geduldet, und es ist wegen der bei Schutzschaltung für
Hochspannungsleuchtröhrenstromkreise

Anmelder:

Viktor Weiss,

Wolfenbüttel, Zeughausstr. 10,

und Max Boie,
Erkrath (Bez. Düsseldorf), Mühlenstraße

Gasentladungen auftretenden stark verzerrten Stromkurven praktisch nicht möglich, diese Brummgeräusche zu unterdrücken. Bei den bisher bekannten Schutzschaltungen wird die Anlage für die Hochspannungsleuchtröhren außerdem nur bei voll wirksamem Erdschluß oder voller Stromunterbrechung abgeschaltet. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei diesen Anlagen die Schaltautomaten mittel- oder unmittelbar durch die Betriebsströme gesteuert werden und daher für diese bemessen werden müssen und darüber hinaus diese Ströme, wie bei Hochspannungsleuchtröhrenanlagen ganz allgemein gefordert, weitgehendst variabel sein sollen,. Auch wird in den bekannten Schutzschaltungen durch die Reihenschaltung der Relaisspulen und der Hochspannungswicklungen: der Transformatoren an die inneren Enden der Hochspannungswicklungen ein nicht erwünschtes Potential zwischen Wicklungsende und Transformatormasse gelegt mit dem Nachteil, daß eine solche Transformatorwicklung nach einschlägigen Vorschriften, als nicht geerdet gewertet wird.

Die Schutzschaltung nach der Erfindung unterscheidet sich von den bekannten Einrichtungen, durch zwei gegeneinandergeschaltete, vom Hochspannungskreis galvanisch getrennte Hilfswicklungen, die den beiden Wicklungshälften der in der Mitte geerdeten

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Sekundärwicklung· eines Streufeldtransformators zugeordnet sind, sowie durch die Parallelschaltung einer Gasentladungsstrecke zu einer dieser beiden Hilfswicklungen. Hierbei wird einem einzigen Schaltautomaten eine DifFerenzspannung zugeführt, die von der symmetrischen Verteilung der Ströme im Sekundärkreis abhängig ist, während bei den bekannten Einrichtungen entweder ein Relais in Abhängigkeit von der Gesamtlast mittels einer Hilfswicklung gesteuert wird oder bei den bekannten Differentialschaltungen mehrere Relais direkt im Hochspannungskreis des Streufeldtransformators liegen. Die bei der Schutzschaltung nach der Erfindung angewandten Schaltmaßnahmen erfordern für den beabsichtigten Zweck einen wesentlich geringeren Aufwand als bei den bisher bekannten Einrichtungen und bringen somit einen wesentlichen technischen Fortschritt mit sich. Eine vorteilhafte weitere Ausbildung der Schutzschaltung nach der Erfindung kann darin bestehen, daß die Abschaltung vom speisenden Netz durch einen einzigen handelüblichen Niederspanniungsautomaten erfolgt, der mit einer Magnetspule und einem thermischen Auslöser versehen ist und der auch bei ganz oder teilweise nacheinander oder gleichzeitigem Auftreten von Erdschluß, Kurzschluß, Leerlauf und Überlast anspricht. Es ist zwar an sich bekannt, einen Leistungstransformator mittels spezieller Erdschluß-, Kurzschluß-, Leerlauf- und Überstronischalter zu schützen, bei den hier in Frage stehenden kleinen Leistungen von meist weniger als 1 KVA wäre die Verwendung von vier einzelnen Spezialschaltem jedoch wirtschaftlich untragbar. Bei der Schutzschaltung nach der Erfindung werden die den. Sekundärwicklungen zugeordneten Hilfswicklungen eines Streufeldtransformators gegeneinandergeschaltet, so daß nur im Störungsfall Ströme bzw. Spannungen an den Schaltautomaten gelegt werden, der die Anlage mindestens bei auf der Sekundärseite auftretendem Leerlauf oder Erdschluß, vorteilhafterweise aber auch bei Kurzschluß oder Überlast, vom speisenden Netz primärseitig abschaltet, wobei dessen Spule im Normalbetrieb praktisch strom- und spannungsfrei ist. Diese Schaltung gestattet ohne besondere Schwierigkeit eine derartige Auslegung des Steuerstrotnkreises, daß der Leuchtröhrenstromkreis bereits abgeschaltet wird, wenn die momentanen Betriebswerte um einen vorbestimmten Betrag vom Normalwert abweichen. Insbesondere für explosionsgefährdete Anlagen ist es wichtig, daß diese Abschaltung nicht erst bei reinem Kurzschluß oder Leerlauf erfolgt.

Bei einer solchen Bemessung des Steuerstromkreises werden in diesen Anlagen durch die Schutzschaltung auch die in und an der Leuchtröhre einzuhaltenden Grenztemperaturen überwacht, welche nicht nur von einer bestimmten Überlast an, sondern auch im Alterungsprozeß der Leuchtröhre überschritten werden. Da mit zunehmender Alterung die Leuchtröhre nach dem Leerlauffall strebt, kann die Schutzschaltung insbesondere so ausgelegt werden, daß sie mit Erreichen eines vorbestimmten Leerlaufanteils die Abschaltung des Stromkreises vom speisenden Netz bewirkt.

An Hand eines Schaltbildes wird die Schutzschaltung nach der Erfindung erläutert. Über den im Normalbetrieb dauernd geschlossenen Abschaltekontakt K ist die Primärwicklung P des Transformators Tr mit der Netzspannung verbunden. Bei Abweichungen vom Normalbetrieb wird der Schalter K ausgeklinkt, und zwar bei Überstrom bzw. Kurzschluß in üblicher Weise durch eine elektrothermisch wirkende Kraft Th und bei Leerlauf bzw. Erdschluß durch eine elektromagnetische Kraft mit Hilfe des Elektromagneten R. Die Wicklung von R liegt an den den Sekundärwicklungen zugeordneten Hilfswicklungen S₂ und S₃ des Transformators, die gegeneinandergeschaltet sind, daß nur die Differenz ihrer Spannungen auf den Elektromagneten R wirken kann. Die Hilfswicklung S₂ ist mit der Sekundärwicklung S₀, die Hilfswicklung S₃ mit der Sekundärwicklung S₁ magnetisch gekoppelt, jedoch sind beide Hilfswicklungen von den Sekundärwicklungen galvanisch getrennt. Infolge dieser Zuordnung sind diese Wicklungen im wesentlichen dem Einfluß des Streufeldes entzogen; in ihnen werden also transformatorisch alle Vorgänge leicht erfaßbar sein, die im Hochspannungskreis auftreten, auf der Primärseite aber nur schwache Nebenerscheinungen ergeben.

An den Sekundärwicklungen ^₀ und ^₁ liegen eine Anzahl Leuchtröhren, z. B. L₁ bis L₄. Bei E sind die Wicklungen ^₀ und .S₁ geerdet. Im Normalbetrieb heben sich die Leistungen von S₂ und S₃ auf, und an R liegt keine Spannung. Tritt aber im Leuchtröhrenkreis ein Erdschluß z. B. im Punkt X ein, so fließen durch die Wicklungen S₀ und ^₁ nicht mehr gleiche Ströme, daher sind dann auch die Spannungen an S₂ und S₃ nicht mehr gleich, und ihre Differenz ist verschieden von Null. Daher tritt an R eine Spannung auf, die den Schalter K als Folge des eingetretenen Erdschlusses bei X ausklinkt und den Stromkreis abgeschaltet läßt. Wird der Sekundärstromkreis S₀ bis S₁ z. B. durch Ausfall einer Leuchtröhre unterbrochen, so tritt eine überhöhte Leer lauf spannung auch an den Wicklungen S₂ und S₃ auf. Durch die Differenz zwischen Betriebs- und Leerlauf spannung an J^₂ und S₃ kann ein spannungsabhängiger Indikator, z. B. eine Glimmstrecke, die, wie bei / angegeben, an der Spannung S₃ liegt, zum Ansprechen gebracht werden. Die Spannung an S₃ bricht dadurch zusammen. Dann liegt die unveränderte Spannung von S₂ am Schaltmagneten R, wodurch der Kontakt K jetzt als Folge einer Stromunterbrechung im Leuchtröhrenkreis ausgelöst und damit der Leuchtröhrenstromkreis vom speisenden Netz abgeschaltet wird. Es ist aus der Schaltung ohne weiteres ersichtlich, daß die Abschaltung im Störungsfalle auch dann erfolgt, wenn Erdschluß, Kurzschluß, Leerlauf und Überlast ganz oder teilweise zeitlich getrennt oder gleichzeitig auftreten.

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für Hochspannungsleuchtröhrenstromkreise, bei welcher durch in diesem Stromkreis liegende Hilfswicklungen eines Streufeldtransformators ein Schaltautomat gesteuert wird, welcher den Stromkreis bei auftretenden Störungen, wie Leerlauf, Überlast, Erdschluß usw., auf der Niederspannungsseite abschaltet, gekennzeichnet durch zwei gegeneinandergeschaltete, vom Hochspannungskreis galvanisch getrennte Hilfswicklungen, die den beiden Wicklungshälften der in der Mitte geerdeten Sekundärwicklung des Streufeldtransformators zugeordnet sind, sowie durch die Parallelschaltung einer Gasentladungsstrecke zu einer dieser beiden Hilfswicklungen.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltautomat für alle vier Störungsmöglichkeiten, nämlich Erdschluß, Kurzschluß, Leerlauf und Überlast, der im allgemeinen primärseitig vorhandene Kurzschluß- und Überlastabschalter benutzt wird, für den ein handelsüblicher Niederspannungsschalter mit einer

Magnetspule und einem thermischen Auslöser verwendet werden kann.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine derartige Auslegung des Steuerstromkreiseis, daß der Leuchtröhrenstromkreis bereits abgeschaltet wird, wenn die momen-

tanen Betriebswerte um einen vorbestimmten Betrag vom Normalwert abweichen.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 210889, 2 305 096, 309 711, 2 535169.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen