DE1513099C - Schutzanordnung für induktive Anordnung mit mehreren Wicklungen - Google Patents

Description

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sowie Kurzschlüssen hohe Spannungen an der Kapa- Widerstand im Stromkreis liegt. Um ein Weiterbrenzität. Ein weiterer zu berücksichtigender Gesichts- nen des Bogens nach der Entladung der Kapazität, punkt bei der Einschaltung einer Serienkapazität ist wodurch die Instabilitäten gedämpft werden, zu verfolgender: wenn die Kapazität bei Kurzschluß nicht hindern und ein Verbrennen der Elektroden — was aus dem Kreis abgeschaltet wird, fließen außerordent- 5 Ungleichheit in der Aufeinanderfolge der. Schutzwirlich hohe Kurzschlußströme, und zwar deswegen, kung zur Folge hat — zu unterbinden, wirkt ein weil der induktive Widerstand des Transformators magnetisches Feld senkrecht zum Bogen. Das magnedurch den kapazitiven Widerstand teilweise oder ganz tische Feld bewirkt eine Bewegung des Bogens über aufgehoben wird. . die Elektrodenflächen und verhindert daher eine

Bisher bekannte Schutzvorrichtungen für Serien- io Überhitzung der Elektrodenflächen. Die Elektroden

kapazitäten und die zugehörigen induktiven Anord- sind so gestaltet, daß die durch den Bogen und den

nungen haben den Nachteil, nicht gegen alle durch Stromfluß durch diese erzeugte Wärme nicht aus-

die Serienkapazität hervorgerufenen nachteiligen reicht, den Luftspalt zu beeinflussen und thermische

Effekte gleichzeitig einen wirksamen Schutz zu bieten. Emission hervorzurufen, wodurch die Durchbruchs-

Zum Beispiel verhütet eine Schutzvorrichtung zwar 15 spannung vermindert wird. Daher wird die maximale

durch Belastungsänderungen hervorgerufene Über- Spannung, bei der die Schutzanordnung anspricht,

spannungen an der Kapazität, aber bietet keinen ' nicht geändert. Speziell hängt die Gestalt der Elek-

Schutz gegen Ferro-Resonanzerscheinungen, wodurch troden von der Geschwindigkeit ab, mit der sich der

der zugehörige.Transformator zerstört wird. Im Falle Bogen über die Oberfläche der Elektroden bewegt,

der Dämpfung von Ferro-Resonanzerscheinungen 20 Je schneller die Bewegung des Bogens ist, desto län-

bietet die Schutzvorrichtung keinen Schutz gegen ger müssen die Elektroden sein; die Breite der Elek-

untersynchronen Motorbetrieb von mit dem Lei- troden kann klein gemacht werden, da die Aufheizung

stungsverteiler gekoppelten Motoren. der Fläche klein ist. Jedoch sind die Breite und

Es ist speziell aus der USA.-Patentschrift 2 363 898 Länge insofern sehr wichtig, als sie nicht zu klein

ein Schutzsystem der hier in Rede stehenden Art be- 25 sein dürfen. Um die erfindungsgemäße Wirkung der

kanntgeworden, bei dem parallel zur Serienkapazität Schutzanordnung zu erreichen, muß die Breite eine

der induktiven Anordnung eine Bogenentladungs- ausreichende Wärmeabfuhr gewährleisten und die

anordnung mit sich im wesentlichen parallel zuein- Länge ausreichend sein, um den Bogen auszublasen

ander erstreckenden Elektroden liegt. Diese Bogen- oder zum Erlöschen zu bringen. Die zum Aufrecht-

entladungsanordnung enthält weiterhin eine magneti- 30 erhalten des Bogens notwendige Leistung soll auf

sehe Beblasung zwecks Beschleunigung der Bewegung einem Maximum gehalten werden, um ihn sofort

des Lichtbogens, deren magnetische Achse sich im ■ nach der Entladung der Kapazität zum Erlöschen zu

wesentlichen senkrecht zu einem Luftspalt zwischen bringen. Das schnelle Auslöschen des Bogens ist eine

den Elektroden erstreckt. Der Luftspalt ist dabei so Folge davon, daß einerseits die Elektroden praktisch

gewählt, daß ein Bogen zwischen den Elektroden 35 kalt bleiben, wodurch eine thermische Emission ver-

auftritt, wenn die Spannung über der Kapazität eine hindert wird, und daß sich andererseits der Bogen

vorgegebene Größe erreicht. über eine ausreichende Länge der Elektrode bewegen

Es hat sich jedoch gezeigt, daß an die Bogen- kann. Eine schnelle Bewegung des Bogens über die

entladungsanordnung weitere Forderungen zu stellen relativ kalte Oberfläche erfordert maximale Energie

sind, wenn durch sie nicht nur ein Überspannungs- 40 zur Aufrechterhaltung des Bogens. Daher erlischt der

schutz für die Reihenkapazität, sondern auch eine Bogen, wenn die Kapazität entladen ist, da die zu

Dämpfung der obengenannten Instabilitäten, wie seiner Aufrechterhaltung notwendige Energie nicht

Ferro-Resonanzerscheinungen, erreicht werden soll. mehr aus dem Kreis geliefert werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Auf- -Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfin-

gabe zugrunde, die Bogenentladungsanordnung so 45 dung können die Elektroden der Bogenentladungs-

auszubilden, eine Reihenkapazität in einer induktiven anordnung und die Magnete ringförmig ausgebildet

Anordnung, etwa einem Transformator, gegen Über- werden. . . .

spannung zu schützen und gleichzeitig instabile Zu- Um dem· Entladestrom der Kapazität eine vorgege-

stände zu dämpfen, die in einer Reihenschaltung bene Schwingfrequenz zu geben und um den Bogen

einer Kapazität und einer sättigbaren Induktivität 50 beim Nulldurchgang des Stroms der oszillierenden

auftreten können. Entladung zu löschen, wenn die Kapazität im wesent-

Diese Aufgabe wird bei einer Schutzanordnung der liehen entladen ist, kann.in Ausgestaltung der Erfineingangs genannten Art gelöst, daß die Elektroden dung eine Induktivität in Reihenschaltung mit dem der Bogenentladungsanordnung längliche Stirnseiten Luftspalt parallel zu der Kapazität liegen,
aufweisen, daß ein Paar Permanentmagnete für die 55 Handelt es sich bei der induktiven Anordnung um magnetische Beblasung vorgesehen ist und daß die einen Transformator, dessen Wicklungen oder Wickmagnetische Feldstärke in dem Luftspalt in Abhän- lungsteile die Kapazität zwischen sich bilden, so ist gigkeit von den Luftspaltabmessungen so gewählt ist, die Bogenentladungsanordnung zwischen diese Wickdaß sich der Bogen infolge des magnetischen Feldes lungen oder Wicklungsteile geschaltet,
entlang der länglichen Elektrodenstirnseite bewegt 60 Eine nähere Erläuterung der Erfindung wird an und in dem Augenblick erlischt, wenn die Kapazität Hand einer Erläuterung der in den Figuren dargesich im wesentlichen voll entladen hat. stellten Ausführungsbeispiele gegeben. Es zeigen

Erreicht bei der erfindungsgemäßen Schutzvorrich- F i g. 1 und IA Schaltbilder einer Ausführungs-

tung die Spannung an der Kapazität und daher die form der Erfindung,

Spannung an den Elektroden einen Wert, der aus- 65 Fig. 2 und 2A Schaltbilder einer weiteren Ausreicht, um einen Bogen zwischen den Elektroden zu führungsform der Erfindung,

zünden, wird die Kapazität im induktiven Kreis über- Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Er-

briickt und entladen, wodurch der volle induktive findung,

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Fig. 4A, 4B und 4C graphische Darstellungen Instabilitäten in der !Schaltung aufgehoben sind und von Strom-Spannungs-Verhältnissen, welche die Wir- · die Spannung an der Kapazität unter ein vorgegebekungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung. er- nes Minimum sinkt. Darüber hinaus soll die Schutzklären; ■ ·. maßnahme wiederholbar sein, ohne die Wirksamkeit

F i g. 5 zeigt Oszillogramme der entarteten kapaziti- 5 zu beeinträchtigen; auch soll der Schutz augenblick-

ven Spannung und des kapazitiven Entladungsstro- lieh während der ersten Halbperiode der Gesamt-

mes bei Erregung eines Transformators durch eine spannung einsetzen.

Serienkapazität, ■ Eine Schutzanordnung mit den geforderten Merk-

Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungs- malen ist schematisch in Fig. 1 dargestellt und mit

form der Erfindung, io 10 bezeichnet. Sie ist als Nebenschluß geschaltet und

F i g. 7 eine Ausführungsform der Erfindung in schützt die Kapazität 12 vor Überspannung, wenn

Seitenansicht und teilweise im Schnitt, ' ' der Spannungsabfall an dieser Kapazität eine gewisse

Fig. 8 die teilweise geschnittene Vorderansicht ' Größe erreicht. Da, wie oben ausgeführt, das Ersatz-

der Ausführungsform gemäß F i g. 7, bild der Anordnung nach F i g. 1 in F i g. 2 mit den

F i g. 9 eine Draufsicht bei entferntem Deckel der 15 Kapazitäten 12 in einer Kapazität konzentriert dar-

Ausführungsform gemäß F i g. 7, gestellt ist, welche zwischen den Klemmen 24 und 26

Fig. 10 — teilweise geschnitten und schema- liegt, kann die Schutzanordnung ebenfalls an den

tisch — die Frontansicht und eine mögliche Art, die Klemmen 24 und 26 angeschlossen werden.

Schutzanordnung gemäß den F i g. 7, 8 und 9 an Allgemein enthält die Schutzanordnung als Bogen-

einen Transformator anzubauen und 20 entladungsanordnung 10, welche in Fi g. 1A ver-

Fig. 11 und 12 im Schnitt die Frontansichten größert dargestellt ist, an den Klemmen 24 und 26

zweier weiterer Ausführungsformen der Erfindung. über Zuleitungen 36 und 38 angeschlossene Elektro-

In Fig. 1 ist schematisch eine Schutzanordnung den32 und 34. Die Elektroden 32 und 34,,welche als Bogenentladungsanordnung 10 dargestellt, die z. B. Kupferplatten sind, sind mit gleichen Oberflädazu dient, die Spannung an einer Kapazität 12 eines 25 chen gegeneinander angeordnet, so daß ein schmaler Transformators 14 vor dem Überschreiten eines vor- Luftspalt entsteht. Die Größe dieses Luftspaltes 40 gegebenen Maximums zu schützen. Der Aufbau eines ist durch die Spannung an der Kapazität 12 bestimmt, Transformators nach Fig. 1, bei dem eine vorgege- bei welcher er einen Nebenschluß darstellen soll. Die bene Kapazität durch verschiedene Arten von Wick- Durchbruchspannung des Luftspaltes 40 ist eine lungen und Wicklungsanordnungen, wie z. B. ge- 30 direkte Funktion der Luftspaltlänge und beträgt etwa schichtete Anordnungen von flach gestalteten Primär- ' 140 V pro 2,54 · 10~³ cm zwischen 2,54 · 10~² und wicklungen, gebildet wird, ist in der britischen Patent- 3,8 · 10 ² cm. Um eine stetige Änderung der Durchschrift 885 598 beschrieben. bruchsspannung infolge Erwärmung und Ausdehnung

Fig. 1 zeigt einen Transformator, der primär- der Elektroden 32 und 34 nach mehreren Betätigunseitig Wicklungsteile 16 und 18 und eine Sekundär- 35 gen bzw. Spannungsdurchbrüchen zu verhindern, solwicklung 20 besitzt, welche aui cmem Magnetkern len die Elektroden eine ausreichende Stärke haben, angeordnet sind. Die Primärwicklungsteile 16 und 18 . um eine genügende Wärmeabfuhr zu gewährleisten, haben in der Schichtung bestimmte Abstände, um Zum Beispiel wurden bei einer Ausführung Kupfereine vorgegebene Wicklungskapazität 12 zu erreichen. platten von 7,62 cm Länge, 1,27 m Höhe und 3,71 m Die Kapazität 12 liegt in Serie zum Primärwicklungs- 40 Breite verwendet, um ausreichende Wärmeabfuhr zu teil 18, und zwar zwischen einer Klemme 24 des Pri- gewährleisteten; damit wurde eine wesentliche Ändemärwicklungsteils 16 und einer Klemme 26 des Pri- rung der Luftspaltlänge infolge Ausdehnung der märwicklungsteils 18; daher fließt der Primärstrom, Elektroden sowie thermische Emission und eine Zerweicher an Wechselstrom-Eingangsklemmen 28 und störung der Elektroden verhindert. .
30 eingespeist wird, durch die Kapazität 12. Dieser 45 Die Anschaltung der Elektroden 32 und 34 als durch die Kapazität 12 fließende Primärstrom verur- Nebenschluß für die einen bestimmten, maximalen sacht einen Spannungsabfall an der Kapazität 12, Wert überschreitende Spannung an der Kapazität 12 welcher wenigstens einen Teil des Spannungsabfalls genügt allerdings allein nicht. Der Entladungsbogen an der Induktivität des Transformators kompensiert, reißt nämlich nicht ab, wenn die Kapazität 12 sich wodurch eine Spannungsregelung hervorgerufen wird. 50 entlädt, sondern führt den durch die Primärwicklung

Allerdings müssen Schutzmaßnahmen vorgesehen fließenden Strom so lange, bis die Stromhalbwelle werden, um instabile Bedingungen, wie Ferroresonanz durch Null geht. Wenn der Entladungsbogen nicht und untersynchroner Motorbetrieb, zu dämpfen und sofort nach der Entladung der Kapazität erlischt, die maximale Spannung an der Kapazität 12 und den werden die Instabilitäten, wie Ferroresonanz und Primärwicklungsteilen 16 und 18 zu begrenzen. Die 55 untersynchroner Motorbetrieb, nicht gedämpft. Darkapazitive Spannung kann eine gefährliche und zer- über hinaus ist die durch den Bogen erzeugte Wärme störende Größe annehmen, wenn der Primärstrom . so groß, daß die Elektroden schmelzen, mit dem ansteigt, etwa infolge von Einschaltstromstößen, Ergebnis, daß Krater und Grate auf der Elektroden-Lastwechseln oder Lastsprüngen und Kurzschlüssen. oberfläche entstehen, falls sich der Bögen auf kleine Es ist wichtig, daß die Kapazität bzw. die Kapazitäts- 60 Teile der Elcktrodenobcrfläche konzentrieren kann, gruppe des Transformators gegen Überspannung ge- Daher sind Wiederholungen des Einsatzes der Schutzschützt wird, um einen Durchschlag bzw. eine Zer- aiioidnunglO nicht möglich; die Elektroden müssen störung der Isolation zu verhindern. schon nach wenigen Entladungen über den Luftspalt

Die Schutzanordnung soll wenig aufwendig in der ausgewechselt werden, und der Transformator sowie

Heistcllung sein, da Vcrtcileilransforniatorcn, weiche 65 angeschlossene Sehaltungstcile können, da Ferro-,

geschützt werden sollen, relativ aufwendig sind; so- icsonan/. und utUcrsynein oner Motoi betrieb wieder

dann soll die Seluilzanoi dining die Kapn/.ität in der einsetzen, 7uistöit weiden.

Schaltung erneut wiiksatn weiden lassen, wenn die Um den Bogen naeli der Entladung der Kapazität

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12 zum Erlöschen zu bringen und eine Konzentration wieder bis zum Punkt 56, der Bogen erlischt infolge des Bogens auf kleine Teile der Oberfläche der Elek- seiner magnetischen Bewegung, und die Kapazität troden 32 und 34 zu verhindern, wird ein magne- lädt sich erneut bis zum Punkt 56' auf. Die Kapazitisches Feld senkrecht zum Bogen aufgebaut, wel- tat 12 entlädt sich wieder bis zum Punkt 58 und beches durch Magnete 42 und 44 erzeugt wird. Diese S ginnt sich erneut aufzuladen; es ist aber der. dem werden auf entgegengesetzten Seiten des Luftspaltes Primärstrom entsprechende Sinusbogen der Span-40 so angeordnet, daß ihre entsprechenden, sich an-. nung unter das Maximum der Spannung V₁. _max geziehenden Pole sich gegenüberstehen; es können fallen, so daß die Spannung an der Kapazität nun bis grundsätzlich Permanentmagnete oder Elektroma- zum Punkt 60 ansteigen kann. An diesem Punkt entgnete Verwendung finden. Permanentmagnete sind ίο lädt sich die Kapazität, und die Spannung verläuft jedoch vorzuziehen, da sie keine äußeren Zuleitungen längs eines Sinusbogens bis zum Wert Null und benötigen. Bei Einführung eines starken Magnet- wechselt ihre Polarität; nun verläuft der gleiche Vorfeldes im Luftspalt 40 durch die Magnete 42 und 44, gang im negativen Teil der Periode. Wie oft die Mawandert der Bogen über die Elektrodenoberfläche ximalspannung V_{c mux} während einer Halbperiode erinfolge der Wechselwirkung zwischen dem Magnet- 15 reicht wird, ist eine Funktion der Stromamplitude feld und der elektrischen Strömung. Die Stärke des gemäß der Formel:
magnetischen Feldes und des Stromes bestimmt die

Geschwindigkeit der Bogenbewegung. Die Stärke des ■ V = — fidt ■

Magnetfeldes ist dabei nicht kritisch, wenn nur'eine ° CJ

genügende Änderung der Feldintensität vorhanden 20

ist, um eine merkliche Änderung der Bogenbewegung Die Schutzanordnung ist so lange wirksam, wie die

hervorzurufen. Zum Beispiel wurde für einen be- kapazitive Spannung die durch jene festgelegte Spanstimmten Anwendungsfall bei einer Spannung von nungF_t.„_iai übersteigt.

2000V am Luftspalt eine magnetische Feldstärke Die F i g. 4 C zeigt den Spannungsverlauf V, an der

von 1000 Gauß als ausreichend gefunden, um eine 25 Kapazität 12 bei Verwendung einer BogenentlaausreichendeBogenbewegung zu gewährleisten. Fälle, dungsanordnung 10 ohne die Magnete 42 und. 44. in denen ein stärkeres Feld nötig ist, werden später Die Spannung während der zweiten Periode steigt, behandelt. bis das Maximum V_{c max} am Punkt 62 erreicht ist;

Bei der Bewegung des Bogens über die sich züge- die Kapazität 12 entlädt sich, und die Spannung fällt wandten Flächen der Elektroden 32 und 34 tritt 30 auf den Wert am Punkt 64. Jedoch erlischt nun der keine Überhitzung auf, und die Energie zur Unter- Bogen nicht, so daß sich die kapazitive V_c wieder Stützung des Bogens wird auf einem Maximum ge- aufbauen kann, wie in Fig. 4A gezeigt, sondern er halten. Der Bogen erlischt augenblicklich, sobald die brennt weiter. Die zum Aufrechterhalten des Bogens Kapazität 12 entladen ist. nötige Energie wird durch thermische Emission und

Nachdem die Wirkungsweise der Schutzanordnung 35 Ausdehnung der Elektroden herabgesetzt, so daß der und ihre Schutzwirkung für den Transformator 14 Leitungsstrom über den Bogen fließt, bis der Strom infolge ihrer Nebenschlußwirkung in bezug auf Ka- am Punkt 60 durch Null geht. Der Bogen erlischt, pazität 12, wenn die Spannung an der letzteren ein wenn der Strom seine Polarität umkehrt, und der vorgegebenes Maximum übersteigt, beschrieben wur- gleiche Ablauf wiederholt sich, bis während der folden, werden nun die Diagramme, dargestellt in den 40 genden Halbperioden die Spannung V_c an der Kapa-F ig. 4 A, 4 B und 4 G, erläutert. In.F ig. 4 A ist zität unter das Maximum V_{c max} fallt,
die Spannung an der Kapazität 12 bzw. am durch Der Wert der Magnete 42 und 44 und ihr Zusam-

die Elektroden 32 und 34 gebildeten Luftspalt 40 für menwirken mit den Elektroden 32 und 34 in der verschiedene in Fig. 4B dargestellte Primärstrom- Bogenentladungsanordnung 10 ist evident. Durch amplituden aufgetragen. Ersichtlich ist während der 45 das Feld der Magnete 42 und 44 wird der Bogen geersten Periode des Primärstroms I_n die Spannung V₁. löscht, nachdem die Kapazität 12 entladen ist, da er an der Kapazität 12 kleiner als die Maximalspan- sich über die Oberfläche der Elektroden 32 und 34 nung V_{c max} an ihr, welche durch den Abstand der bewegt, wodurch thermische Emission und Abbrand Elektroden 32 und 34 der Bogenentladungsanord- der Elektroden verhindert werden.,
nung 10 festgelegt ist. Während der zweiten und drit- 50 Es ist klar, daß, obwohl in den Fig. 4A, 4B und ten Periode des Primärstromes I„ wächst die Ampli- 4 C Strom und Spannung in Phase dargestellt sind, tude stark, so daß der kapazitive Spannungsabfall sie tatsächlich phasenverschoben sein werden.
V_e das Maximum V_cmax übersteigt, was durch ge- Die'Fig. 5 zeigt Oszillogramme der kapazitiven

strichelte Linien oberhalb der Linie V_{c max} für die Spannung V_c und des Entladungsstromes /„ der Kazweite und dritte Periode der Spannung V_c angedeu- 55 pazität und illustriert den Vorgang der Dämpfung tet ist. Die Spannung V₁. wächst sinusförmig, bis die von Ferroresonanz. Wenn die Spannung V_c die maximale kapazitive Spannung V_{c max} ■— Punkt 50 Durchbruchsspannung der Bogenentladungsanord-— erreicht ist, die Spannung am Luftspalt 40 bricht nung 10 erreicht, etwa an den Punkten 51 und 53, zusammen und zündet einen Bogen zwischen den entlädt sich die Kapazität, wie in den Punkten 55 und Elektroden32 und 34. Die Kapazität 12 entlädt sich 60 57.gezeigt. Ohne die Bogenentladungsanordnung 10 schnell, so daß die Spannung V₁. auf den Wert Null würde die Spannung an der Kapazität eine zerstöam Punkt 52 fällt. Die magnetische Erregung bzw. rende Größe annehmen, und die anfängliche Form Bewegung des Bogens, hervorgerufen durch die der Zeitabhängigkeit von V_c würde als stationäre Magnete 42 und 44, bricht zusammen mit der War- Bedingung erhallen bleiben. Jedoch kontrolliert die mcabfuhr von den Elektroden das Erlöschen des Bo- 65 Bogenentladungsanordnung 10 das Maximum der gcns, so daß sich die Kapazität wieder auflädt, bis kapazitiven Spannung, so daß die instabile Bedindic SpannungV₍. wieder das Maximum V_cmux am gung sogleich gedämpft wird, was durch die gcän-I'iinkt 54 erreicht. Die Kapazität entlädt sich sodann dcrtc Fo"rm dcrSpannungsschwingung bei 59 und 61

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sowie durch die Elimination der Verzerrung bei 63 beitet; und zwar sowohl bei einer durch Transfor-

gezeigt ist. matorwicklungen gebildeten als auch bei einer kon-

Die Wirkungsweise der Schutzanordnung 10 hängt zentrierten Kapazität.

mit einer Entionisierung bzw. einem magnetischen Wenn der Widerstand des Entladekreises nicht »Ausblasen« zusammen. Die schnelle Bewegung des 5 unter den kritischen Wert gesenkt werden kann, so Bogens über die kalten Elektroden erfordert maxi- wächst die Schwingungsdauer des Entladestromes, male Leistung zur Aufrechterhaltung der Bogenent- als.dessen Folge der Bogen zwischen den Elektroden ladung, so daß der Bogen sofort abreißt, wenn die 32 und 34 der Bogenentladungsanordnung 10 am Leistung auf einen bestimmten Wert absinkt. Aller- Ende der Entladung der Kapazität nicht erlischt, so dings spielt zusätzlich zur Bogenbewegung durch das io daß der 60-Hz-Strom und der Leitungsstrom über von den Magneten 42 und 44 erzeugte Feld auch die den Luftspalt 40 fließen kann.
Zeitkonstante der Entladung der Kapazität 12 eine . Die Fig. 3, in der gleiche Elemente wie in Fig. 2 Rolle. Ist die Entladezeit sehr, klein, erfolgt das Aus- mit gleichen Ziffern versehen sind, stimmt mit der löschen des Bogens später in der Halbperiode; dann Fig. 2 überein, jedoch enthält die Schaltung nach werden Ferroresonanz und untersynchroner Motor- 15. Fig. 3 noch die Serieninduktivität 74 im Entladebetrieb' nicht gedämpft. Die Erklärung des mit der Stromkreis. Diese Induktivität 74 bewirkt einen oszil-Entladungszeitkonstanten zusammenhängenden Ef- lierenden Entladestrom, dessen Eigenfrequenz einen fektes wird an Hand der Fig. 2 und 2A gegeben. solchen Wert hat, daß der Nulldurchgang des Stro-

Die F i g. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild, das mes bald genug nach dem Durchbruch am Luftspalt als Ersatzbild der Schaltung nach F i g. 1 aufgefaßt 20 erfolgt, bevor der 60-Hz- oder Leitungsstrom über werden kann, worin die zwischen den Wicklungen den Luftspalt 40 zu fließen beginnt. Das Einschalten. 16 und 18 aufgeteilte Kapazität in einer Kapazität 70 der Induktivität 74 bewirkt einen relativ hohen Entzusammengefaßt ist, welche in Serie zur Primärwick- ladestromkreis-Widerstand (etwa 10 bis 12 Ohm), so lung 18 liegt; in Fig. 2A ist eine konzentrierte Kapa- daß der Bogen erlischt, bevor der 60-Hz- oder Leizität 70 in Serie zur Primärwicklung 18 des Trans- as tungsstrom über diesen zu fließen beginnt,
formators 14 geschaltet. Die Entladungszeit der Ka- F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfinpazität 70 wird durch den Widerstand 72, den Wert dung in dem eine spannungsregelnde Serienkapazider Kapazität und den Wert der Induktivität im Ent- tat 200 in einem Leistungsverteilersystem mit einer ladekreis festgelegt. Die Induktivität ist vernachläs- Leistungsquelle 201 und Lastkreisen 203 verbunden sigbar, wenn die Kapazität 70 ein-konzentriertes EIe- 30 ist; die Kapazität ist jedoch nicht direkt einem spement bedeutet, und ist wegen der Symmetrie der ■ ziellen Verteilertransformator zugeordnet. Die Schutz-Wicklungen klein, wenn die Kapazität 70 durch anordnung ist der Kapazität 200 zugeschaltet, welche Transformatorwicklungen gegeben ist. Der Wider- im Leistungsverteilersystem 202 zur Spannungsregestand 72 im Entladungskreis ist variabel und soll ge- lung für eine Vielzahl von Verteilertransformatoren ändert werden, um den Einfluß der verschiedenen 35 204 angeordnet ist. Der Transformator 206 ist ledig-Entladezeiten der Kapazität 70 zu untersuchen. lieh dargestellt, um anzudeuten, daß auch noch wei-Wenn der Widerstand 72 den gesamten Entladekreis- tere Spannungstransformationen vorgenommen wer-Widerstand darstellt, ist sein Minimalwert durch den den können, bevor die Spannung an die Verteiler-Reihenverlustwiderstand der Kapazität gegeben. Zum transformatoren 204 gelegt wird.
Beispiel wurde in einem 7200-V-System bei einer 40 Die F i g. 7, 8 und 9 zeigen die Seitenansicht, Vorkapazitiven Reaktanz von 5 °/o, einem Luftspalt von deransicht und Draufsicht einer praktischen Ausfüh-3,8-1O^-2 cm und einem magnetischen Feld von rungsform der Erfindung. Die F i g. 7 zeigt eine teil-1000 Gauß senkrecht zum Bogen festgestellt, daß weise geschnittene Seitenansicht mit den den Luftder Widerstand des Entladestromkreises unter 2 Ohm spalt 84 von vorgegebener Länge zwischen gegengehalten werden muß, da bei 2 Ohm Ferro-Reso- 45 überliegenden Oberflächen bildenden Elektroden 80 nanzerscheinungen infolge. Einschaltens bei Leerlauf und 82. Magnete 86 und 88 sind relativ zum Luftnicht befriedigend gedämpft werden. Einschalten bei spalt 84 so angeordnet, daß das durch sie hervorge-Leerlauf ist jedoch die extremste Bedingung, welche rufene Feld senkrecht zum Entladungsbogen zwidie Schutzvorrichtung 10 bewältigen muß; das wird sehen den Elektroden 80 und 82 verläuft. Die Elekdurch die Tatsache belegt, daß die Schutzanordnung 50 troden 80 und 82 sowie die Magnete 86 und 88 bebei einem Entladestromkreis-Widerstand von 2 Ohm finden sich in einem Gehäuse 90. Den Abschluß des Belastungsänderungeri befriedigend bewältigt. Gehäuses bildet der Deckel 92. Das Gehäuse 90

Bei einer Erhöhung des Entladestromkreis-Wider- kann an der Außenseite der induktiven Anordnung

Standes auf etwa 4 Ohm wurden Ferro-Resonanzer- angebracht sein, welche zu schützen ist. Eine elek-

scheinungen sehr oft nicht zuverlässig unterdrückt. 55 trische Verbindung zwischen der induktiven Anord-

Um das komplexe Zusammenwirken zwischen Ent- nung und einer Elektrode der Schutzanordnung 78 ladekreis-Widerstand, Entladezeit der Kapazität und kann durch die isolierende Durchführung 94, die Stärke des magnetischen Feldes zu verdeutlichen, durch ein weiteres Gehäuse 93 zur induktiven Anwird angemerkt, daß die Unterdrückung von Ferro- Ordnung reicht, geführt sein. Die leitende Verbin-Resonanzerscheinungen infolge Einschaltens bei 60 dung 96 führt durch die Durchführung 94, wobei Leerlauf zuverlässig eintrat, wenn im obigen Beispiel eine Verbindung zu einem Leiter der induktiven Andas magnetische Feld auf 2900 Gauß erhöht wurde. Ordnung an einem Ende der leitenden Verbindung Daher kann bei einem Entladestromkreis-Widerstand 98 hergestellt wird. Das andere Ende der leitenden von 2 Ohm ein magnetisches Feld von 1000 Gauß Verbindung 96 wird mit der Elektrode 80 durch eine im vorliegenden Beispiel angelegt werden, wobei die 65 weitere leitende Verbindung 100, welche an der lei-Schutzanordnuiig unter allen Bedingungen einschließ- tenden Verbindung 98 durch Befestigungsmittel 102 lieh Einschalten bei Leerlauf, Belastungsänderungen und an der Elektrode 80 durch entsprechende haliind kurzzeitigen Kurzschlüssen noch zuverlässig ar- tende und örtlich fixierende Mittel, wie der Feder-

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ring 104, befestigt ist, verbunden. Die andere elek- Die Fig. 11 und 12 zeigen Ausführungsformen

irische Verbindung kann durch Erden des Gehäuses der.Schutzanordnung mit Ringmagneten. Die Fig.

90, das direkt mit der Elektrode 82 verbunden ist, 11 zeigt eine Anordnung im Schnitt, wobei Ringelek-

hergestellt werden. troden 220 und 222 mit dem Luftspalt 224 zwischen

Die F i g. 8 und 9 zeigen entsprechende haltende 5 gegenüberliegenden Oberflächen und Ringmagnete und örtlich fixierende Mittel 110 und 112 zur Halte- 226 und 228 über und unter den Elektroden 220 und rung der Elektroden 80 und 82 sowie der Magnete 222 mit den eingezeichneten Polen vorgesehen sind; 86 und 88 in der passenden Zuordnung. Die F i g. 8 es können dabei sowohl die Nordpole als auch Südzeigt darüber hinaus, wie die Elektroden 80 und 82 pole an der Peripherie liegen. Das von den Magneten an den Stellen 114 und 114' abgesetzt bzw. abgerun- io erzeugte Feld verläuft senkrecht zu einem Entladet werden können, um eine Konzentration der Bo- dungsbogen zwischen den Elektroden 220 und 222. gen an scharfen Kanten zu verhindern, sowie weitere Der Entladungsbogen zwischen den Elektroden 220 Aussparungen an den Stellen 116, 116' und 118 und und 222 bewegt sich unter dem Einfluß des von den 118'. Die dargestellte Form der Elektroden ist jedoch Magneten 226 und 228 erzeugten Feldes auf einem lediglich als Beispiel aufzufassen. 15 Kreis über die kreisförmigen Elektroden.

In Fig. 10 ist dargestellt, wie die Schutzanord- Die Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform mit kreisnung78 gemäß den Fig. 7, 8 und 9 in bezug auf ' förmigen Elektroden230 und 232, welche den Lufteinen Transformator 120 angeordnet ist. Der Trans- spalt 234 bilden, wobei die Ringmagnete 236 und formator 120 hat eine Hochspannungswicklung 122 238 an ihrem Innen- bzw. Außendurchmesser ange- und eine Niederspannungswicklung 124 auf einem 20 ordnet sind. Die Polaritäten der Magnete 236 und Magnetkern 126 in einem metallischen Gehäuse oder 238 sind so, daß ein magnetisches Feld im Luftspalt Behälter 128. Dieser enthält das gewöhnliche isolie- 234 senkrecht zu einem. zwischen den Elektroden rende Dielektrikum sowie Niederspannungsdurch- 230 und 232 brennenden Bogen verläuft. Wie in der führungen 130 und 132 sowie die Hochspannungs- Ausführungsform gemäß Fig. 11 bewegt sich auch durchführung 134; die Kapazität 136 ist in Serie mit as hier der Bogen zwischen den Elektroden 230 und der Hochspannungswicklung 122 geschaltet. . 232 auf einem Kreis über diese.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Pntpntnnsnriirhe- Sen vorzusehen. Diese Methode ist jedoch aufwendig ι atentansprucne. wegen des Transformators und weist den Nachteil

1. Schutzanordnung für induktive Anordnungen auf, daß die Spannung lediglich stufenweise regelbar mit mehreren Wicklungen mit einer in Serie mit ist; hinzu kommt die zusätzliche Wartung der verwenigstens einer dieser Wicklungen liegenden 5 änderbaren Anzapfungsvorrichtung.

Kapazität, der eine Bogenentladungsanordnung Eine weitere Möglichkeit, die Spannung zu regeln, mit sich im wesentlichen parallel zueinander er- besteht darin, eine Kapazität in Serie zur Primärstreckenden Elektroden parallel liegt, welche Bo- wicklung oder der mit der Wechselspannungsquelle genentladungsanordnung eine magnetische Be- verbundenen Wicklung des Transformators zu schalblasung erhält, deren magnetische Achse sich im io ten. Der Spannungsabfall an der Kapazität ändert wesentlichen senkrecht zu einem Luftspalt zwi- sich mit dem vom Transformator geführten Laststrom sehen den Elektroden erstreckt, welcher Luftspalt und kompensiert wenigstens einen Teil des Spanso gewählt ist, daß ein Bogen zwischen den Elek- nungsabfalls an der Gesamtimpedanz des Transfortroden auftritt, wenn die Spannung über der Kapa- mators und wenigstens ■ einen Teil des Spannungszität eine vorgegebene Größe erreicht, dadurch 15 abfalls an der Speiseleitung, mit welcher der Transgekennzeichnet, daß die Elektroden (32, formator in einem elektrischen Verteilersystem ver-34) der Bogenentladungsanordnung (10) längliche bunden ist. '
Stirnseiten aufweisen, daß· ein Paar Permanent- Diese Methode ist allerdings aus verschiedenen magnete für die magnetische Beblasung (42, 44) Gründen ungünstig. Einer der Gründe dafür sind die vorgesehen ist und daß die magnetische Feld- 20 abnorm hohen und verzerrten Erregerströme, welche stärke in dem Luftspalt (40) in Abhängigkeit von dadurch hervorgerufen werden, daß eine sättigbare den Luftspaltabmessungen so gewählt ist, daß Induktivität, beispielsweise ein Transformator, in sich der Bogen infolge des magnetischen Feldes Reihe mit einer Kapazität geschaltet ist. Die hohen entlang der länglichen Elektrodenstirnseite be- Ströme, die durch dieses als Ferroremanenz bekannte wegt und in dem Augenblick erlöscht, wenn die 25 Phänomen hervorgerufen werden, sind nicht vorüber-Kapazität (70) sich im wesentlichen voll ent- gehender Natur, sondern werden aufrechterhalten, laden hat. bis der Kreis unterbrochen wird oder die Anordnung

2. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch zerstört wird.

gekennzeichnet, daß die Elektroden (32, 34) der Ein weiterer Grund ist der untersynchrone Motor-

Bogenentladungsanordnung (10) und die Magnete 30 betrieb. Unter bestimmten Bedingungen arbeitet eine

(42, 44) ringförmig ausgebildet sind. · von einer eine Reihenkapazität enthaltenden Stark-

3. Schutzanordnung nach Anspruch 1 oder 2, stromleitung gespeiste Induktionsmaschine als Genedadurch gekennzeichnet, daß eine Induktivität rator, der einen Strom kleinerer Frequenz als der (74) in Reihenschaltung mit dem Luftspalt (40) Leitungsfrequenz erzeugt, hervorgerufen durch die parallel zu der Kapazität (70) liegt, wodurch der 35 Wirkung der Kapazität. Daher werden infolge der Entladestrom der Kapazität (70) eine vorgegebene verringerten Reaktanz hohe untersynchrone Ströme Schwingungsfrequenz erhält und wodurch das von tieferer Frequenz erzeugt, was wiederum große Magnetfeld und die Elektroden (32, 34) den Bo- Spannungsschwankungen zur Folge hat. Dieser Effekt gen beim Nulldurchgang des Stroms der oszillie- tritt im allgemeinen bei kleinen Drehzahlen des renden Entladung löschen, wenn die Kapazität 40 Motors auf, wie etwa während des Anlaufens oder (70) im wesentlichen entladen ist. bei Überlastung, wodurch der Motor in den unter-

4. Schutzanordnung nach einem der An- synchronen Betrieb gefahren wird und zu übermäßisprüche 1, 2 und 3 zum Schutz eines Transfor- gen Schwingungen angeregt wird, als dessen Folge mators, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogen- hohe Strom- und Spannungsschwankungen hervorentladungsanordnung (10) zwischen Wicklungen 45 gerufen werden.· -

oder Wicklungsteile (16, 18) des Transformators Die hohen Spannungen an der Kapazität als Folge (14) geschaltet ist, die die Kapazität (12) zwi- von Belastungsänderungen und Kurzschlüssen erforschen sich bilden. dem eine Schutzeinrichtung für die Kapazität.

Mit dem Aufkommen von Transformatoren, deren

50 Wicklungen aus ■ metallischen Streifen oder Bändern

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine bestehen und deren Wicklungen wenigstens zum Teil Schutzanordnung für induktive Anordnungen mit so angeordnet sind, daß eine vorgegebene Wicklungsmehreren Wicklungen mit einer in Serie mit wenig- kapazität zwischen ihnen entsteht, welche in Serie zur stens einer dieser Wicklungen liegenden Kapazität, Primärwicklung liegt und eine Spannungsregelung der eine Bogenentladungsanordnung mit sich im we- 55 bewirkt, ist eine wenig aufwendige Anordnung zur sentlichen parallel zueinander erstreckenden Elektro- Dämpfung von Ferro-Resonanzerscheinungen, von den parallel liegt, welche Bogenentladungsanordnung untersynchronem Motorbetrieb und zur Begrenzung eine magnetische Beblasung erhält, deren magneti- der Spannung am kapazitiven Teil des Transformasche Achse sich im wesentlichen senkrecht zu einem tors von großer Bedeutung geworden. Auf Grund der Luftspalt zwischen den Elektroden erstreckt, welcher 60 Tatsache, daß das elektrische Netzwerk einem inte-Luftspalt so gewählt ist, daß ein Bogen zwischen den grierenden ftC-GIied analog ist — wobei die Span-Elektroden auftritt, wenn die Spannung über der rmng an der Kapazität
Kapazität eine vorgegebene Größe erreicht. ■ 1 /*

Eine Möglichkeit, die Spannung in elektrischen . V— ~- I'd/

Verteilersystemen zu regeln, besteht darin, Transfor- 65 ^ ^

matoren mit veränderbaren Anzapfungsvorrichtungen ist (/ ist der Strom in der Primärwicklung des Transund mit entweder automatischen oder manuellen formators) — entstehen infolge von Belastungsünde-Mitteln zur. Bedienung der veränderbaren Anzapfun- rungen Ferro-Resonanzerscheinungen, Überlastungen