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Einrichtung zur Lichtbefeuerung einer elektrischen Überlandhochspannungsleitung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Lichtbefeuerung einer elektrischen
Überlandleitung für hochgespannten, Wechselstrom, bei der die Energie mittels eines
Hilfsleiters gefaßt wird, der in der Nähe eines der Stromüberführungskabel ausgespannt
ist, und das Licht wird von einem elektrischen Gasentladungsrohr erzeugt, das die
zwischen dem Hilfsleiter, den Leitungskabeln und der Erde bestehenden Potentialdifferenzen
ausnutzt.
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Derartige bekanne Einrichtungen dienen dazu, Luftfahrzeugen die Gegenwart
von Hochspannungsleitungen, die damit befeuert sind, anzuzeigen. Sie bieten den
Vorteil, daß sie von einem der Leitungskabel gleichzeitig getragen und gespeist
werden können, weshalb sie an einer beliebigen Stelle dieses Kabels und nicht lediglich
an denLeitungsmasten, welche die Hochspannungsleitung tragen, angehängt werden können.
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Die vorgenommenen praktischen Ausführungen dieser Einrichtungen erfordern
notwendigerweise, daß der Hilfsleiter eine genügend große Länge haben muß, damit
das Entladungsrohr genügend Licht .aussendet. Diese Länge ist unter im übrigen gleichen
Bedingungen, um so größer, je schwächer die Spannung der zu befeuernden Leitung
ist; aber die Längenvergrößerung zwingt dazu, auch die Zahl der Isolatoren zu erhöhen,
mit denen der Hilfsleiter am Nachbarkabel angehängt ist, was eine Erhöhung der Verluste
durch Leitung auf der Oberfläche dieser Isolatoren 1. --deutet. Praktisch sind diese
bekannten Einrichtungen nicht genügend wirksam, wenn die Leitungsspannung gegenüber
Erde geringer als 60 000 Volt ist.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung ist eine Gasentladungslampe
parallel zu einem Kondensator geschaltet; diese beiden Teile sind mit ihrem jeweils
einen Pol über eine kurze Aufhängeleitung an einen der Hochspannungsleiter und mit
ihrem jeweils anderen Pol an eine scharfkantige Platte angeschlossen, die gegenüber
der Erde Spitzenwirkung aufweist. Bei dieser Anordnung werden. in der Entladungsröhre
in-folge der Entladungen. des Kondensators zwar einzelne Lichtblitze erzeugt;
infolge der Tatsache, daß diese als Gleichrichter verwendete Spitzenentladungsstrecke
in Form der scharfkantigen Platte Strom nicht nur in einer, sondern in beiden Richtungen
durchläßt, überlagert sich diesen Lichtblitzen eine ununterbrochene Dauerbeleuchtung,
die um so heller ist, je stärker sich der Kondensator auflädt. Dadurch wird die
Stärke der Aufladung des Kondensators begrenzt. Die Blitzentladungen sind von verhältnismäßig
geringer Intensität, weil je nach der Aufladung des Kondensators die Spannung seiner
an die scharfkantige Platte angeschlossenen. Elektrode die Stromabgabe dieser Platte
in der durch die Spitzenwirkung bevorzugten Fließrichtung behindert; den Stromfluß
in der entgegengesetzten Richtung aber unterstützt. Die bekannte Konstruktion hat
außerdem derartig starke radioelektrische Störungen zur Folge, daß sie in den meisten
Fällen, abgesehen von. den vorstehend geschilderten Nachteilen, ohnehin nicht verwendbar
ist.
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Ferner ist es bekannt, eine Gasentladungsröhre über einen Kondensator
aus einer Hochspannungs-Gleichstromleitung zu speisen. Eine derartige Anordnung
ist für Wechselstromleitungen, wie sie heutzutage praktisch ausschließlich als Überlandleitungen
in Frage kommen, überhaupt nicht brauchbar. Außerdem benötigt diese Anordnung einen
elektrischen Widerstand zur Begrenzung des die Entladungsröhre und den Kondensator
speisenden Stromes. Dieser Widerstand hat den Nachteil, daß er einen beträchtlichen
Teil der insgesamt zugeführten Energie in nutzlose Wärme umgesetzt.
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Ferner ist es bekannt, eine Gasentladungsröhre und einen dazu parallel
geschalteten Kondensator aus der Sekundärwicklung eines gesättigten Transformators
zu speisen, wobei zwischen diese Sekundärwicklung einerseits und die Gasentladungsröhre
und den dazu parallel geschalteten Kondensator andererseits ein Gleichrichter eingeschaltet
ist. Ferner ist mit der Primärwicklung des Transformators ein verhältnismäßig starker
Vorwiderstand in Reihe geschaltet. Diese Anordnung ist also ebenfalls auf die Verwendüng
eines
Widerstandes für die Strom- bzw. Spannungsbegrenzung angewiesen. Dieser Vorwiderstand
setzt einen sehr beträchtlichen Anteil der insgesamt zugeleiteten elektrischen Energie
in nutzlose Wärme um; dieser Anteil ist deshalb besonders groß, weil der Transformator
infolge seiner Sättigung einen sehr hohen Magnetisierungsstrom aufnimmt. Diesem
Nachteil könnte man allenfalls durch Erhöhung der Leistung der Stromquelle abhelfen,
was aber naturgemäß die gesamten Installationskosten der Anlage beträchtlich erhöht.
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Die Erfindung befaßt sich demgegenüber mit einer eingangs beschriebenen
Einrichtung, bei der die Energie für die Gasentladungsröhre mittels eines in der
Nähe der Leiterseile ausgespannten Hilfsleiters entnommen wird, und schlägt vor,
daß die von dem Hilfsleiter aufgenommene elektrische Energie ganz oder teilweise
nach Gleichrichtung in einem Kondensator gespeichert wird, der sich in die Gasentladungsröhre
entlädt, wenn seine Spannung die Zündspannung der Gasentladungsröhre erreicht.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung benötigt keinerlei Vorwiderstände
zwischen der die Einrichtung speisenden Energiequelle einerseits und dem Kondensator
und der Gasentladungsröhre andererseits und ist verhältnismäßig billig in der Herstellung
und Installierung. Sie arbeitet absolut betriebssicher und verursacht kaum radioelektrische
Störungen. Da die erfindungsgemäße Einrichtung infolge des Fehlens eines Vorwiderstandes
der obengenannten Art sehr wenig Energie verbraucht, kann man den verwendeten Hilfsleiter
wesentlich kürzer ausführen als bei bekannten Einrichtungen; außerdem ermöglicht
die erfindungsgemäße Einrichtung auch, bei erträglichen Dimensionen des Hilfsleiters,
die Befeuerung von von Leitungen verhältnismäßig niederer Spannung.
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Die intermittierende Arbeitsweise, die sich aus einer solchen Einrichtung
ergibt, gestattet, eine genügend große Leuchtkraft zu erzielen, während die Leistung
der Stromquelle, die von dem Hilfsleiter dargestellt wird, schwach ist. Außerdem
nutzt sie die Eigenart von Lampen mit zeitweiliger Verdunkelung aus, daß sie viel
leichter bemerkt werden als Lampen, die ständig mit derselben Augenblicksleistung
arbeiten, und daß sie leicht von sie umgebenden, ständig leuchtenden Punkten unterschieden
werden.
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Bei der oben beschriebenen Einrichtung mit einem durch einen Gleichrichter
geladenen Kondensator kann es vorkommen, daß die Entladungsröhre nur in sehr langen
Intervallen arbeitet, nachdem sie einen Blitz ausgesandt hat, kurz nachdem sie unter
Spannung gesetzt wurde. Dies beruht auf der Tatsache, daß in dem Hilfsleiter, der
dem Kondensator einen Strom von konstanter Richtung liefert, sich gern eine elektrische
Ladung aufspeichert. Diese Unannehmlichkeit kann man durch Hinzufügung eines geeigneten
Elementes vermeiden, das den Hilfsleiter mit dem Nachbarkabel verbindet und diese
Ladung abfließen läßt.
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Falls zumindest der für die Beladung des Kondensators dienende Gleichrichter
in einem Metallgehäuse untergebracht ist, ist es häufig zweckmäßig, daß das Gehäuse
mittels einer den Gleichstrom führenden Leitung an den positiven Pol des Gleichrichters
angeschlossen wird. Es wurde festgestellt, daß der Staub eine sehr beträchtlich
geringere Neigung hat, sich auf den am Gehäuse befestigten Isolatoren abzulagern,
wenn dieses so auf einem positiven Potential gehalten wird, als wenn es an die Leitung
oder den Hilfsleiter bzw. auch an ein negatives Potential angeschlossen ist. Diese
Erscheinung ist besonders bei dem Isolator ausgeprägt, der den Faden hält, welcher
die negative Elektrode der Leuchtröhre speist. Man vermeidet so zum Teil die Kriechströme
infolge eines solchen Staubes bzw. Streuverluste, welche die zur Speisung der Leuchtröhre
verfügbare Energie herabsetzen.
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Die Zeichnung gibt schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele für
die Verwirklichung der Erfindung wieder.
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Fig. 1 zeigt eine einfache Einrichtung; Fig. 2 zeigt eine Abwandlung
der Einrichtung nach Fig. 1 mit einem Element zur Entladung des Hilfsleiters; Fig.
3 zeigt eine Einrichtung mit zwei Entladungsrohren; Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform
der Vorrichtung nach Fig. 1 mit einem Transformator; Fig. 5 zeigt wieder eine andere
Ausführungsform, die sich von der Einrichtung nach Fig. 1 durch die Art des Gleichrichters
unterscheidet; Fig.6 zeigt eine praktische Ausführung der Vorrichtung nach Fig.
5.
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In Fig. 1 ist eines der Kabel t einer elektrischen Hochspannungsfreileitung,
z. B. eine Dreiphasenleitung, mit 60, 000 Volt zwischen den Phasen bzw. ungefähr
35 000 Volt zwischen Phase und Erde dargestellt. Ein Hilfsleiter 10 hängt an diesem
Kabel vermittels eines Isolators 8 und des Gerätes mit der Entladungsröhre 20. Wenn
letztere einen' Innendurchmesser von 7 bis 8 mm, eine Länge von 1,5 bis 2 m zwischen
ihren Elektroden 18 und 22 und eine Neonfüllung von einigen Millimetern Quecksilber
besitzt, kann der Hilfsleiter die folgenden Charakteristiken bieten:
| Durchmesser ...... 20 bis 40 mm |
| Länge ............ 8 bis 16 m in Einzelteilen von |
| 4 m zwischen Isolatoren |
| Abstand vom Nach- |
| barkabel 2 ...... 0,15 bis 0,30 m |
Das Rohr 20 kann schraubenförmig gewickelt oder schlangenförmig gebogen sein, um
seinen Platzbedarf zu verringern. Seine Zündspannung beträgt ungefähr 8 bis 10 Kilovolt.
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Ein Kondensator 6 von einigen zehntel Mikrofarad, der auf
10000 Volt isoliert ist, kann an eine Zweigleitung an die Röhre 20 gelegt
sein.
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Ein Gleichrichter 12 gestattet die Ladung des Kondensators 6 durch
vom Leiter 10 gelieferte elektrische Energie von Wechselspannung. Wenn die Spannung
an den Klemmen des Kondensators 6 die Zündspannung der Röhre 20 erreicht, erfolgt
die elektrische Entladung in letzterer, und sie erlischt, sobald die Spannung an
den Kondensatorklemmen kleiner als die Löschspannung der Röhre wird. Der Strom,
der in. dieser Röhre zwischen der Zündung und dem Erlöschen fließt,wird durch die
im Kondensator 6 gespeicherte Ladung und praktisch nicht durch den Leiter
10 geliefert, da die Entladung kurz ist.
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Es ist vorteilhaft, daß die Löschspannung der Röhre 20 niedrig ist,
um die Kapazität des Kondensators 6 möglichst gut auszunutzen. Ebenso ist es im
Falle einer Röhre mit Neonfüllung zweckmäßig, daß jede Entladung in der Röhre 20
nicht zu kurz ist; denn das Auge ist für sehr kurze Lichtblitze wenig empfindlich.
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Um die Dauer der Entladung zu verlängern, genügt es, zwischen dem
Kondensator 6 und der Röhre 20 einen oder mehrere Widerstände 16 in Reihe zu schalten.
Dieser Widerstand kann zwischen dem Kondensator 6 und dem Punkt 4 des Kabels, an
welches der Kondensator angeschlossen ist, oder zwischen dem
Kondensator
und dem Punkt 14 eingeschaltet werden, an welchem dieser mit dem Gleichrichter verbunden
ist. Der Widerstand kann ganz oder teilweise durch eine Selbstinduktionsspule ersetzt
werden.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, kann man auch über den Widerstand 16 die
Elektrode 18, die von dein Gleichrichter 12 gespeist wird, an der Stelle 14 gemeinsam
an dem Kondensator und dem Gleichrichter anschließen. Elektrisch äquivalent und
daher ebenfalls möglich ist es, über den Widerstand das Kabel t an die Elektrode
22 anzuschließen, die mit diesem verbunden ist. Andererseits kann man Widerstände
an mehreren Stellen anordnen.
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In dem Falle, für welchen die zahlenmäßigen Werte oben angegeben worden
sind, liegt der Wert des Widerstandes 16 oder der ihn ersetzenden Widerstände in
der Größenordnung von 10,000 Ohm.
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Wenn die Neonröhre 20 durch eine Entladungsröhre ersetzt wird, deren
Lichtausbeute mit der Intensität des Entladungsstromes wächst, empfiehlt es sich,
diesen Widerstand, der den Kondensator an die Röhre anschließt, zu vermeiden. Dies
ist z. B. der Fall, wenn man als Lichtquelle eine Röhre mit einer Füllung aus Krypton
oder Xenon unter einem höheren absoluten Druck als 0"1 kg/cm2 benutzt.
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Der Gleichrichter 12 ist derart gebaut, daß er eine etwas höhere Spannung
als die "Zündspannung der Röhre 20 ohne Ermüdung blockieren kann. Die Arbeitszeitpunkte
der Röhre 20 sind von denjenigen der Röhren unabhängig, die zu benachbarten Einrichtungen
gehören.
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Fig. 2 zeigt eine Einrichtung, die sich von der vorstehenden nur durch
die Hinzufügung eines Bauteiles unterscheidet, das zur Entladung des Hilfsleiters
10 von derjenigen Elektrizität dient, die sich speichert und die durch den Gleichrichter
12 daran gehindert wird, sich in den Kondensator 6 zu ergießen. In der Zeichnung
ist dieses Bauteil ein Gleichrichter 24, der in solchem Sinne eingeschaltet ist,
daß er den vom Leiter 10 gelieferten Strom während derjenigen Halbperioden fließen
läßt, wo dieser Strom nicht über den Gleichrichter 12 fließen kann. Man kann einen
Widerstand 23 in Reihe mit dem Gleichrichter 24 schalten, um den entgegengesetzten
Strom in diesem herabzusetzen, wenn dieser Gleichrichter einen zu schwachen umgekehrten
Widerstand besitzt.
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Der Gleichrichter 24 ist für dieselbe Intensität und dieselbe Spannung
wie der Gleichrichter 12 vorgesehen. Diese Gleichrichter können sehr verschiedener
Art sein, wie Halbleitergleichrichter, Gasventile usw. Der Gleichrichter 24 kann
durch ein Bauteil anderer Art ersetzt werden, z. B. einen Widerstand, eine Selbstinduktionsspule
oder eine Spule, die z. B. die Primärwicklung eines Transformators darstellt.
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In Fig. 2 ist zur Vereinfachung die Röhre 20 geradlinig gezeichnet.
Dasselbe gilt für Fig. 3.
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Fig. 3 zeigt eine Einrichtung, bei der die Spannung des Leiters 10
zur Speisung von zwei Entladungsröhren benutzt wird. Um zu erläutern, was schon
als Abwandlungsmöglichkeit im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt wurde, ist die andere
Entladungsröhre eine Xenonlampe 32 unter 1 kg/cm2; man kann auch eine Kryptonlampe
oder eine solche mit einer Mischung von Argon, Krypton, und Xenon benutzen.
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Der Hilfsleiter 10 ist von zwei Isolatoren 26 und 28 getragen dargestellt.
Diese Isolatoren können fortfallen, wenn die Röhren 20 und 32 durch Umhüllungen
solcher Art geschützt sind, daß diese die Rolle der Isolatoren 26 und 28 spielen
können. Wenn der Leiter 10 zu biegsam ist, um durch Aufhängung an seinen Enden genügend
unterstützt zu werden, kann man Isolatoren hinzufügen, die ihn an einer oder mehreren
Zwischenstellen tragen.
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Der Gleichrichter 34, der hier hinzugefügt ist, nutzt die zweite Halbperiode
der von dem Hilfsleiter 10 gelieferten Wechselspannung zur Speisung des Kondensators
30 aus. Wenn die Spannung an den. Klemmen des Kondensators 30 die Zündspannung der
Entladungslampe 32 erreicht, zündet diese und entlädt den Kondensator 30; diese
Entladung erfolgt plötzlich, weil keine wesentliche Impedanz analog dem Widerstand
16 die Entladung bremst.
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Die Röhre 20 wird durch einen Stromkreis mit einem Widerstand 16,
Kondensator 6 und Gleichrichter 12 entsprechend demjenigen gespeist, der im Zusammenhang
mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 gestattet, auf geringe
Entfernungen Lichtblitze auszusenden, die verschiedene Frequenzen und verschiedene
Farben haben können. Im beschriebenen Falle beispielsweise wird die Röhre 20 rotes
Licht und die Röhre 32 weißes Licht aussenden.
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Fig. 4 zeigt eine Einrichtung, bei der die Primärwicklung 40 eines
Transformators 38 das Kabel 2 mit dem benachbarten Hilfsleiter 10 verbindet. Das
Umwandlungsverhältnis dieses Transformators hängt unter anderem von dem Spannungsmaximum
zwischen Kabel 2 und Leiter 10 sowie von der Zündspannung der Röhre 20 ab. Die Sekundärwicklung
20 dieses Transformators speist durch Vermittlung eines Gleichrichters 36 einen
Kondensator 44; letzterer wird durch die Röhre 20 über den Widerstand.
16 entladen, wenn die Spannung an seinem Klemmen ausreichend ist, wie dies
im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Der Leiter 10 kann die Ladungen nicht
speichern, deren Durchgang der Gleichrichter 36 verhindert; denn diese Ladungen
strömen durch die Spule 40 ab.
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Die Einrichtung gemäß Fig. 4 ist etwas umständlicher als diejenige
der Fig. 1 und beschwerlicher als diejenige der Fig. 2; sie bietet dagegen den Vorteil,
daß man für die Zündspannung der Röhre 20 einen beliebigen Wert wählen kann, unabhängig
von der Spannung, die der Leiter 10 gegenüber dem Kabel 2 annehmen kann. Statt eines
Transformators mit getrennten Wicklungen kann man auch einen Spartransformator verwenden.
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Fig. 5 zeigt schematisch eine Einrichtung, die sich von derjenigen
nach Fig. 1 durch die Art des Gleichrichters unterscheidet. An einem der Kabel 2
einer Hochspannungsleitung sind ein Hilfsleiter 10, eine Entladungslampe 20, beispielsweise
eine schlangenförmige Röhre mit Neonfüllung, und der Apparat, der die Lampe 20,
ausgehend von der durch den Leiter 10 aufgefangenen Energie, speist.
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Dieser Apparat besitzt im Prinzip vier Gleichrichter 3, 5, 56 und
60, die in einer bekannten Brückenschaltung liegen, und einen Kondensator 6. Zwei
Eckpunkte 4 und 58 der Brücke sind an das Kabel 2 bzw. den Leiter 10 angeschlossen;
die anderen Eckpunkte 54 und 62 sind an die beiden Armaturen des Kondensators 6
gelegt, der in Nebenschluß zu der Gesamtheit der Lampe 20 und des hiermit in Reihe
geschalteten Fakultativwiderstandes 16 liegt. Dieser Widerstand, der die Aufgabe
hat, jede Entladung länger zu machen, kann durch eine Selbstinduktionsspule ersetzt
werden. Diese streut weniger elektrische Energie, und wenn man sie aus Zweckmäßigkeitsgründen
wählt, läßt .sie den Kondensator 6 sich vollständig entladen, wodurch der Blinktakt
geregelt wird. Isolatoren, wie sie bei 8
angedeutet sind, tragen
den Hilfsleiter, die Lampe und diesen Apparat.
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Die alternierende Potentialdifferenz, die zwischen dem Kabel 2 und
dem Leiter 10 auftritt, wird durch die Gleichrichter 3, 5, 56 und 60 umgeformt und
lädt den Kondensator 6. Wenn die Spannung an dessen Klemmen die Zündspannung der
Lampe 20 erreicht, entzündet sich die elektrische Ladung in dieser und entlädt mehr
oder weniger vollständig den Kondensator vor dem Verlöschen. Der Kondensator 6 lädt
sich dann durch den von den Gleichrichtern 3; 5, 56 und 60 gleichgerichteten Strom
wieder auf, und das Spiel beginnt von neuem.
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Der Brückengleichrichter 3, 5, 56 und 60 ist beschwerlicher als der
einzige Gleichrichter, der bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Einrichtung benutzt
wird, aber er lädt den Kondensator 6 mit den beiden Halbperioden der zwischen dem
Kabel 2 und dem Leiter 10 bestehenden Spannung. Dies gestattet, bei gleichem Stromaufwand
in der Lampe 20 das Ausmaß des Hilfsleiters 10 zu verringern, bzw. wenn. letzterer
nicht abgeändert wird, kann man eine stärkere Lichtintensität erzielen. Ein anderer
Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Hilfsleiter nicht die Neigung
haben kann, sich progressiv aufzuladen, da die beiden Halbperioden der Spannung
zur Rufladung des Kondensators ausgenutzt werden. Es ist also nicht mehr notwendig,
ein Schaltelement für den Abfluß dieser Ladung vorzusehen.
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Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die dazu dient, die
Stromverluste durch sich auf den Isolatoren abgelagerten Staub zu verringern. Der
den Kondensator aufladende Gleichrichter besitzt Brückenschaltung wie in Fig.5,
aber die betreffende Anordnung eignet sich auch für den Fall eines anderen Gleichrichters,
beispielsweise mit nur einer Zelle.
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Ein 'Metallgehäuse 70 enthält den Apparat für die Speisung einer Entladungsröhre
20. Dieser Apparat besteht beispielsweise aus einem Brückengleichrichter 3, 5, 56
und 60 und einem Kondensator 6, um so die Röhre. wie oben erläutert, zum Blinken
zu bringen. Dieser Apparat ist elektrisch einerseits an ein stromförderndes Kabel
t, andererseits an einen Hilfsleiter 10 angeschlossen, der einige Dezimeter unterhalb
des Kabels 2 ausgespannt und mechanisch an diesem durch nicht dargestellte Isolatoren
angebracht ist. Die Verbindungen durchdringen die Wand des Gehäuses in der Achse
der Isolatoren 74 und 84. Das Gehäuse wird von einer Stange 86, die den Apparat
mit dem Kabel 2 verbindet, und durch das Ende des Hilfsleiters 10 getragen.
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Die schraubenförmig gedrehte Röhre 20 ist in einer Schutzhülse 80
eingeschlossen. Ihre Elektroden sind -in den Apparat, gegebenenfalls über einen
nicht dargestellten Widerstand bzw. durch einen Draht 78, der das Gehäuse in der
Achse eines Isolators 76 durchdringt, und durch einen Draht 82 angeschlossen, der
an das Gehäuse angeschweißt ist. Der Stromkreis zwischen dem Draht 82 und dem Apparat
wird durch die Gehäusewand und die Drähte 71 und 72 vervollständigt, die dieses
an die positive Klemme des Gleichrichters 3, 5, 56 und 60 bzw. an den Kondensator
6 anschließen.
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Die beschriebenen Einrichtungen sind an Leitungen sehr hoher Spannung,
beispielsweise von 220 000, und 380 000 Volt, anbringbar. Wenn beispielsweise eine
Spannung von 60 00'0 Volt zwischen Phasen allein angenommen wird, dann ist mit den
bekannten Systemen, die Aufgabe schwieriger zu lösen und praktisch sogar unlöslich.