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Funkenstrecke mit Hilfszündung Es ist eine Anordnung zur Prüfung von
Schaltern bekannt, die aus einem Hochstromkreis und einem Hochspannungskreis mit
einem Kondensator als Hochspannungsquelle besteht. Die Hochspannungsquelle wird
im Nulldurchgang des Hochstromes über eine Dreielektrodenfunkenstrecke auf den zu
prüfenden Schalter geschaltet. Zu diesem Zweck wird eine der zweiten Ableitung des
Stromes im Hochstromkreis nach der Zeit proportionale Spannung an die mittlere Elektrode
der Dreielektrodenfunkenstrecke geführt.
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Die Spannung wird an einem Widerstand abgegriffen, der in Reihe mit
einem Kondensator und zusammen mit diesem parallel zu einer Induktivität im Hochstromkreis
liegt. Eine Hilfszündelektrode ist bei dieser Anordnung nicht vorhanden.
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Bei einer anderen bekannten Prüfschaltung mit einer Dreielektrodenfunkenstrecke
zum Zuschalten einer Hochspannungsquelle wird das Durchzünden der Funkenstrecke
durch die im Stromnulldurchgang bei der Unterbrechung des Stromes wiederkehrende
Spannung der Hochstromquelle hervorgerufen. Zu diesem Zweck ist die mittlere Elektrode
mit der Hochstromquelle über einen Kondensator verbunden, der die Aufgabe hat, niedrigfrequente
Ströme zu sperren, damit der Strom der Hochspannungsquelle nicht über die Verbindungsleitung,
sondern über den Prüfling fließt.
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Es ist ferner bekannt, zum Schalten von Hochspannungskreisen Funkenstrecken
zu verwenden, bei denen in einer der beiden Hauptelektroden der Funkenstrecke eine
Hilfszündelektrode angeordnet ist, die von der sie umgebenden Hauptelektrode durch
eine Isolierstrecke getrennt ist. Durch einen auf die Hilfszündelektrode gegebenen
Spannungsimpuls wird durch Feldverzerrung und Ionisation der Übersc-hlag zwischen
den Hauptelektroden eingeleitet.
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Um mit einer solchen Anordnung in Abhängigkeit von der Spannung des
Hochspannungskreises schalten zu können,wird ein Hochspannungsmeßgerät benötigt
sowie ein von diesem ausgelöstes Steuergerät, das den Hochspannungsimpuls für die
Hilfszündelektrode liefert. Ferner sind besondere Maßnahmen erforderlich, wenn man
das Steuergerät auf Erdpotential anordnen will. Zum Beispiel hat man den Hochspannungsimpuls
von dem auf Erdpotential liegenden Steuergerät mit Hilfe von Kondensatoren auf die
Hilfszündelektrode auf Hochspannungspotential übertragen. Dabei hat man zwischen
der Hilfszündelektrode und der sie um gebenden Hauptelektrode eine Induktivität
vorgesehen, die nur für den höherfrequenten Zündimpuls einen hohen Widerstand darstellt.
Für die Spannung des zu schaltenden Stromkreises selbst sollte der
Widerstand klein
sein, damit Hauptelektrode und Hilfszündelektrode das gleiche Potential aufweisen.
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Auf diese Weise sollten ungewollte Zündungen vermieden werden, die
bei der Reihenschaltung der sehr kleinen Eigenkapazität zwischen Hilfszündelektrode
und Hauptelektrode mit der Kapazität des Steuergerätes auftraten.
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Die Erfindung zeigt demgegenüber einen ganz anderen Weg, um eine
Funkenstrecke zum Schalten von Hochspannungskreisen in Abhängigkeit von der Spannung
mit zwei Hauptelektroden und einer in der einen Hauptelektrode durch eine Isolierstrecke
getrennt von dieser angeordneten Hilfszündelektrode durch einen Überschlag der Isolierstrecke
zu zünden und einen Lichtbogen zwischen den Hauptelektroden einzuleiten. Gemäß der
Erfindung ist ein vorzugsweise einstellbarer Kondensator vorgesehen, der mit der
nicht mit einer Hilfszündelektrode versehenen Hauptelektrode einerseits und der
dieser gegenüberliegenden, nicht unmittelbar an die Hochspannungsleitung angeschlossenen
Elektrode (Hauptelektrode oder Hilfszündelektrode) andererseits verbunden ist. Dies
hat folgenden Vorteil: Beim Auftreten der Spannung an den Elektroden wird durch
den Kondensator zusammen mit der Eigenkapazität zwischen Hilfsziindelektrode und
der sie umgebenden Elektrode eine solche Spannungsverteilung zwischen den Elektroden
der Funkenstrecke erzwungen, daß die Isolierstrecke durchschlagen wird, ohne daß
es dazu noch eines besonderen Hochspannungsimpulses bedarf. Bei der Erfindung wird
also gerade die bei bekannten Anordnungen unterdrückte Wirkung der Eigenkapazität
zwischen der Hilfszündelektrode und der sie umgebenden Elektrode in vorteilhafter
Weise ausgenutzt.
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Besonders vorteilhaft ist es, einstellbare Kondensatoren zu verwenden,
weil man damit die Spannung, bei der die Funkenstrecke schaltet, in gewünschter
Weise steuern kann. Bei unsymmetrisch gegen Erde angeordneten Elektroden, bei denen
die eine Hauptelektrode auf Erdpotential angeordnet ist, kann man den zur Steuerung
der Spannungsverteilung dienenden Kondensator auch direkt gegen Erde legen.
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Für den Fall, daß die Hilfszündelektrode gegenüber der sie umgebenden
Hauptelektrode eine zu geringe Eigenkapazität aufweist, kann man zwischen Hilfszündelektrode
und Hauptelektrode einen vorzugsweise ebenfalls einstellbaren Kondensator vorsehen.
Auf diese Weise kann der Wert der insgesamt zwischen beiden Elektroden vorhandenen
Kapazität auf einen für die Steuerung der Spannungsverteilung geeigneten Wert gebracht
werden.
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Die Erfindung kann auch so verwirklicht werden, daß die Anschlußleitung
zu der die Hilfszündelektrode umgebenden Hauptelektrode der Funkenstrecke an die
Hilfszündelektrode geführt ist. In diesem Falle sind die beiden Hauptelektroden
über einen Kondensator miteinander zu verbinden. DieWirkungder Spannungssteuerung
wird dabei nicht geändert. Durch geeignete Abstimmung des Kondensators zwischen
den Hauptelektroden mit der Eigenkapazität zwischen der Hilfszündelektrode und der
sie umgebenden Hauptelektrode wird ebenso wie bei den vorstehend beschriebenen Funkenstrecken
bei einer gewünschten Spannung des Hochspannungskreises die Isolierstrecke der Hilfszündelektrode
überschlagen. Die zuletzt genannte Anordnung hat den Vorteil, daß der Strom über
die Funkenstrecke im wesentlichen direkt von der Hilfszündelektrode zu der gegenüberliegenden
Hauptelektrode fließt, so daß die Isolierstrecke zwischen der Hilfszündelektrode
und der sie umgebenden Hauptelektrode nicht durch einen stromstarken Lichtbogen
beschädigt wird. Die durch die Elektrodenformen bestimmten Eigenschaften der Hauptfunkenstrecke
werden dadurch kaum verändert. Auch bei dieser Anordnung kann man die Kapazität
zwischen der Hilfszündelektrode und der sie umgebenden Hauptelektrode durch einen
geeignet bemessenen Kondensator auf einen gewünschten Wert bringen.
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In Weiterbildung der Erfindung kann man mit den die gewünschte Spannungsverteilung
erzwingenden Kondensatoren Widerstände in Reihe schalten. Diese Widerstände bestimmen
die Zeitkonstante für die Aufladung der Kondensatoren. Deshalb kann man mit den
Widerständen das Ansprechen der Hilfszündelektrode verzögern. Zum Beispiel kann
man auf diese Weise erreichen, daß die Funkenstrecke bei gleichen Stoßwellen zu
gewünschten unterschiedlichen Zeiten, beispielsweise auch im Rücken der Stoßwelle,
anspricht.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Für übereinstimmende Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Wie Fig. 1 zeigt, dient die Funkenstrecke F mit den beiden Hauptelektroden
1 und 2 zum Schalten eines Hochspannungskreises, der durch die Leitungen 3 und 4
angedeutet ist. Die Leitung 3 führt zu der Hauptelektrode 1, die Leitung 4 zu der
Hauptelektrode 2. Die Funkenstrecke soll in Abhängigkeit von der Spannung U, z.
B. einer bei 6 angedeuteten Stoßwelle, schalten.
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Zum Zünden der Funkenstrecke F ist in der Hauptelektrode 1 eine Hilfszündelektrode
5 vorgesehen.
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Diese ist von der sie umgebenden Hauptelektrode 1
durch eine Isolierstrecke
getrennt. Die Isolierstrecke bildet eine Funkenstrecke f. Die Hilfszündelektrode
ist über einen einstellbaren Kondensator CL- mit der anderen Hauptelektrode 2 verbunden.
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In der Fig. 2 ist zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung
das zu der Fig. 1 gehörende Ersatzschaltbild dargestellt. Die Eigenkapazität zwischen
der Hilfszündelektrode und der Hauptelektrode 1 ist als Kondensator Cr eingezeichnet.
Durch den Kondensator Ck, der mit der Eigenkapazität Cf in Reihe liegt, kann, wie
der Fig. 2 zu entnehmen ist, die Spannung U des Hochspannungskreises so auf die
Kapazitäten Ck und Cf verteilt werden, daß an der Eigenkapazität Cf und damit an
der Funkenstrecke f die nötige Zündspannung Uz liegt. Für die an der Funkenstrecke
f auftretende Zündspannung U2 gilt die folgende Beziehung zu der Spannung U, in
Abhängigkeit von der geschaltet werden soll:
In Fig. 3 ist eine Funkenstrecke dargestellt, die unsymmetrisch gegen Erde angeordnet
ist. Die Hauptelektrode 2 ist über die Leitung 4 direkt mit Erde verbunden. Auch
die Hilfszündelektrode 5 ist über den Kondensator Ck direkt an Erde gelegt. Ferner
ist bei dieser Anordnung ein Kondensator Cff vorgesehen, der die Hilfszündelektrode
mit der Hauptelektrode 1 verbindet. Der Kondensator Cff liegt parallel zu der Eigenkapazität
Cy derFunkenstreckef.
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Er dient dazu, einen gewünschten Wert der Kapazität zwischen der Hilfszündelektrode
und der Hauptelektrode 1 einzustellen.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist die Leitung 3 des Hochspannungskreises
zur Hilfszündelektrode 5 geführt. Der zusammen mit der Eigenkapazität Cf die Spannungsverteilung
bestimmende Kondensator CL- liegt in diesem Falle zwischen der Hauptelektrode 1
und Erde. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Eigenkapazität Cf durch den
parallel geschalteten Kondensator Cff vergrößert. Die dargestellte Anordnung hat
den Vorteil, daß der durch die Zündung eingeleitete Lichtbogen zwischen den Hauptelektroden
1 und 2, der z. B. beim Schalten von Stoßentladungen sehr stromstark sein kann,
direkt von der Hilfszündelektrode auf die Hauptelektrode 2 übergehen kann. Dadurch
wird eine Beeinträchtigung der Funkenstrecke f vermieden.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind mit den
die Spannungsverteilung bestimmenden Kondensatoren Cff und CL- einstellbare ohmsche
Widerstände Rff bzw. Rk in Reihe geschaltet. Durch diese Widerstände kann das Ansprechen
der Hilfszündelektrode verzögert werden, da die Widerstände nur ein langsames Aufladen
der Kapazitäten zulassen.
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Die Verzögerung ist durch die Zeitkonstante der in Reihe liegenden
Kondensatoren und ohmschen Widerständen bestimmt. An Stelle ohmscher Widerstände
kann man gegebenenfalls auch Induktivitäten verwenden. Die beiden Widerstände kann
man auch zu einem gemeinsamen Widerstand zusammenfassen.
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Die Erfindung kann überall dort mit Vorteil angewendet werden, wo
durch Funkenstrecken in Abhängigkeit von der Spannung Hochspannungsschaltvorgänge
erfolgen sollen. Als Beispiel werden genannt: Stoßvorgänge zur Erzeugung von in
der Stirn, im Maximum
oder im Rücken bei gewünschten Zeitpunkten
bzw.
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Spannungshöhen abgeschnittenen Stoßwellen, Schaltvorgänge für synthetische
Prüfschaltungen für Hochleistungsschalter. Das erfindungsgemäße Einstellen der Überschlagsspannung
bzw. des Uberschlagszeitpunktes von Funkenstrecken kann auch durch Fernbedienung
erfolgen. Dabei sind für die Kondensatoren Ck und gegebenenfalls Cff sowie für die
Widerstände Rk und Rff, die einstellbar auszuführen sind, entsprechende Stellglieder
vorzusehen.