DE2300191A1

DE2300191A1 - Spannungsstosschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE2300191A1
Application number: DE2300191A
Authority: DE
Inventors: Dwight Lyman Brown
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-03
Filing date: 1973-01-03
Publication date: 1973-07-26
Also published as: GB1385441A; JPS4877346A; US3723820A; CA974573A

Description

Unser Zeichen; B 1465

Dwight Lyman Brown

Liberty Street, Barbourville, Kentucky, V.St.A.

Spannungsstoßschutzvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf den Schutz verschiedener mit Wechselstrom betriebener Vorrichtungen gegen Stoßüberlastungen. Obwohl solche Überlastungen viele Ursachen haben können, ist ein Blitz eine übliche Ursache. Durch Blitz verursachte Spannungsstöße Können bei vielen Lasten, insbesondere bei transistorierten Verstärkungseinrichtungen, wie sie in Gemeinschaftsantennenanlagen zu finden sind, große Schaden zur Folge haben. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann zum Schutz solcher Einrichtungen leicht eingebaut werden. Sie kann auch zum Schutz von privaten Schaltungen und dergleichen verwendet werden, die transistorierte Einrichtungen aufweisen.

Das Problem der möglichen Beschädigung von Einrichtungen durch Spannungsstoße in der elektrischen Energie ist seit langem bekannt. Blitze sind hierfür.eine Hauptursache. Obwohl viele Einrichtungen solche Spannungsstöße aushalten, hat die erhöhte Verwendung von transistorierten Elementen das Problem verstärkt, da Transistoren und der-

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gleichen für solche Spannungsstöße der elektrischen Energie sehr störanfällig sind.

Zum Stand der Technik wird auf die folgenden US-Patentschriften verwiesen: 2 735 039, 2 811 675, 2 959 717, 3 024 388, 3 181 033, 3 286 131, 3 317 792, 3 365 617, 3 366 831, 3 373 291, 3 386 005, 3 407 335, 3 408 525, 3 443 223, 3 475 653 und 3 573 550.

Dieser Stand der Technik zeigt keine Vorrichtung zum Schutz transistorierter Einrichtungen durch Abschalten des Wechselstroms derart, daß das Schutzsystem schnell genug ;.arbei te t und dann in den Aus gangs zustand zurückkehrt .

Obwohl die Einrichtungen z.B. gegen den ersten Blitz geschützt werden können, war es oft nötig, außer Haus die Nebenschlußeinrichtung zum Schutz gegen weitere Blitze in den Ausgangszustand zurückzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeit zu beseitigen und die Nebenschlußeinrichtung nach jedem Blitz automatisch zurückzustellen. Obwohl bei den Vorrichtungen der US-PS 3 573 550 und 3475 653 behauptet wird, daß sie automatisch zurückgestellt werden, weist keine eine Strömverzögerung auf, um den sehr schnellen Betrieb der Nebenschlußvorrichtung zu ermöglichen, was für.den beabsichtigten Scnutz notwendig ist.

Die Vorrichtung zum Schutz gegen einen Spannungsstoß in einer Wechselspannungsquelle einer Last zeichnet sich gemäß der Erfindung aus durch eine Nebenschlußeinrichtung, um den Spannungsstoß nach Erde abzuleiten, eine Drosseleinrichtung zwischen der Nebenschlußeinrichtung und der Last, und eine Rückstelleinrichtung, um die Wechselspannungszufuhr zu der Nebenschlußeinrichtung und der

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Last zeitweilig zu unterbrechen, nachdem der Spannungsstoß nach Erde abgeleitet wurde, und um unmittelbar danach die Wechselspannungszufuhr zu der Last wieder herzustellen, und dadurch daß die Drosseleinrichtung eine Stromverzögerungsvorrichtung aufweist, um den Spannungsstoß nach Erde abzuleiten, bevor der Spannungsstoß die Last erreichen kann und während die normale Betriebsspannung im wesentlichen aufrechterhalten

Vorzugsweise besteht die Nebenschlußeinrichtung aus einer unpolarisierten, gasgefüllten Röhre und die Rückstelleinrichtung aus einem an die Nebenschlußeinrichtung angeschlossenen Relais«

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Figur 1 ein Blockschaltbild der Stoßbelastungsschutzvorrichtung zur Verwendung in Wechselspannungssystemen; es sind die drei Hauptbauelemente dargestellt,

Figur 2 ein Schaltbild einer Überlastungsschutzvorrichtung mit den notwendigen Bauelementen im normalen Zustand voreiner durch einen Stoß verursachten überlastung, und

Figur 3 ein Schaltbild der überlastungsschutzvorrichtung unmittelbar nach dem Eintreten der Überlastung, die die Schutzvorrichtung in Tätigkeit versetzt.

Die Fig. 3 und 2 zeigen die drei Hauptbauelentente der automatisehen Stoßüberlastungsschutzvorrichtung. Der Block 1 (Fig. 3) besteht aus dem Zeitverzögerungsthermo-

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relais 10 (z.B. einem thermostatischen Amperite-Verzögerungsrelais Nr. 115C2) und dem 120 Volt-Wechselspannungsrelais 7 ((Fig. 2) z.B. einem Potter & Brumfield-120-Volt-Wechselspannungsrelais Nr. KRPIlAG). In dem Block 1 sind auch die notwendigen Stromschaltkontakte enthalten, die zu dem Relais 5 gehören, und die Kontakte 8 und 9, die zu dem Relais 7 gehören.(Fig. 2).

Im Block 2 der Fig. 1 ist die Schnellnebenschlußvorrichtung enthalten, die aus einer Siemens-Röhre 4 (Fig. 2) oder einer anderen unpolarisierten, gasgefüllten Röhre (z.B. einem Signalite-230 Volt Comm-Gap oder Electrons-Co. -EL-2600SL-200-Stoßüberspannungsableiter) besteht, die bei einer bestimmten überspannung "kurzschließt". In dem Block 2 ist auch ein 6 Volt-Wechselspannungsrelais 5 (z.B. ein Potter & Brumfield-6 Volt-Wechselspannungsrelais Nr. KRPIlAG) enthalten, das den Stromschaltkontakt 6 betätigt, der zu dem Relais 5 gehört. Mit 14 ist ein Strombegrenzungswiderstand (Ohmite Nr. 0400C-25 Ohm, 50 Watt) und mit 15 und 17 sind Vorspannungswiderstände bezeichnet, die in NE-51-Signallampen eingebaut sind, um die Betriebsbereitschaft der Nebenschlußvorrichtung bzw. die Stromverfügbarkeit der Wechselstromlast anzuzeigen.

In der Praxis hat der Vorspannungswiderstand 15 einen Widerstandswert von etwa 100,00 0hm. Dies ermöglichtes der Neonlampe 12 bei angelegten 120 Volt zu arbeiten. Dieser Widerstand ist in bekannter Weise in den Sockel eingebaut, der die Lampe trägt. Der Widerstand 17 kann gleich dem Widerstand 15 sein. Der Widerstand 14 jedoch ist ein tatsächlicher Strombegrenzungswiderstand, dessen Zweck es ist, die Spule 5 und die Kontakte 8 und 9 zu schützen. Wenn z.B. der Strom in dem Zündkreis, der aus den Elementen 4 und 5 besteht, nicht begrenzt wird, fließt zuviel Strom und das Relais 5 brennt durch oder

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es werden die Kontakte 8 und 9 beschädigt oder es schmilzt die Hauptnetzsicherung 18, wodurch in jedem Fall die Schutzvorrichtung unwirksam wird.

Mit 3 ist in Fig. 1 und 2 eine Stromverzögerungsvorrichtung bezeichnet, die aus einem mit Nr. 12-Kupferdraht bewickelten Eisenkern zur Erzeugung einer Induktivität von 10 mH und einem Gleichstromwiderstand von 0,11 Ohm besteht und die eine Betätigung der Nebenschlußvorrichtung und der zugehörigen Einrichtung ermöglicht, bevor der Stoß die zu schützende 120 Volt-Wechselstromlast erreicht. Der Einbau dieser Stromverzogerungsvorrichtung 3 in das Schutzsystem ist für die Erfindung sehr wichtig.

Fig. 2 zeigt die Stoßschutzvorrichtung im normalen Zustand. Der Kontakt 9 sorgt für die ständige Spannungsversorgung der ζα schützenden Last. Das Zeitverzögerungsthermorelais 10 ist abgefallen, da der Kontakt 6 im Ruhezustand ist. Die Anzeigelampen 12 und 16 zeigen die Betriebsbereitschaft der Nebenschlußvorrichtung und die Stromverfügbarkeit der Wechselstromlast an.

Fig. 3 zeigt den Zustand des Systems unmittelbar nach Auftreten einer überlastung. Die Stromverzögerungsvorrichtung 3 ermöglicht es der Siemens-Röhre oder einer anderen unpolarisierten, gasgefüllten Röhre zu zünden und so die 120 Volt-Wechselstromlast zu schützen und das 6 Volt-Wechselspannungsrelais 5 zu erregen, das die Schaltkontakte 6 veranlaßte, Spannung an das Zeitverzögerungsthermorelais 10 anzulegen. Zugleich wird Spannung an das Schaltrelais 7 angelegt, das die Kontakte 8 und 9 betätigt, die die Energiezufuhr zu der zu schützenden Last unterbrechen und es auch der Röhre 4 ermöglichen, durch Löschen jeglichen Lichtbogens in der Röhre 4 in den Ausgangszustand zurückzukehren. Nach dem Ablauf der voreingestellten Zeit, die üblicherweise

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etwa ein oder zwei Sekunden beträgt, entaktiviert das Zeitverzögerungsthermorelais 10 das 120 Volt-Wechselspannungsrelais 7, so daß die Kontakte 8 Und 9 in den normalen Zustand der Fig. 2 zurückkehren. Während der Aktivierung der Relais 5,7 und 10 speichert der elektrische Impulszähler 11 (ITT Nr. CE4OAN5O7 oder dergleichen) die Tatsache, daß diese Relais 5,7 und 10 betätigt sind. Durch die Betätigung der Kontakte 6,8 und 9, wenn die Energiezufuhr zu der zu schützenden Last unterbrochen ist, ist die Anzeigelampe 12 abgeschaltet und zeigt die Energieunterbrechung der geschützten Last an. Wie oben angegeben wurde, wird das Zeitverzögerungsthermorelais 10 auf die vorbestimmte Anzahl von Sekunden eingestellt, die notwendig ist, damit die Neberischlußvorrichtung 2 (Fig. 1) sich selbst und die Röhre 4 (Fig. 2 und 3) zurückstellt, um jeden Lichtbogen zu beseitigen.

Mit 3 ist in den Fig. 1, 2 und 3 eine Stromverzögerungsvorrichtung bezeichnet, die eine ausreichende Verzögerung des Stroms für die mechanischen Relais 5 und 7 zur Betätigung der Schaltkontakte 6, 8 und 9 und für die Nebenschlußverrichtung zur Ableitung der gesamten überspannung nach Erde schafft.

Der Zweck dieses Zeitverzögerungsthermorelais 10 ist es, sicherzustellen, daß die Relaisspule 7 erregt bleibt, die Kontakte 8 und 9 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung hält, wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, nachdem die Zündvorrichtung 4 gezündet hat, und die Energiezufuhr zu der Zündvorrichtung und der geschützten Last für eine vorbestimmte Zeitdauer unterbricht. Die Kontakte 8 und 9 unterbrechen tatsächlich die Spannungszufuhr zu der Vorrichtung 4, während das Relais IO als Haltevorrichtung wirkt. Wenn die Kontakte in die in Fig. 3 ge-

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zeigte Stellung schalten, fließt der Gtrom durch eine
Heizspule 19, die in dieser Figur als Widerstand gezeigt ist. Nach einer bestimmten Zeitdauer, üblicherweise nach zwei oder drei Sekunden, erhitzt sich die Spule 19 in
dem Relais 10 ausreichend, um die Relaiskontakte 20 in
dem Relais 10 zu öffnen. Dadurch wird die Energiezufuhr
zu der Relaisspule 7 unterbrochen, so daß sie energielos wird und die Kontakte 8 und 9 in ihre normale, in Fig. 2 gezeigte Stellung zurückkehren können.

Die Sicherung 18 ist ein überstromschutz, der nicht direkt mit der automatischen rückstellenden Stoßschutzvorrichtung in Beziehung steht. Sie schützt jedoch die VorrieUc g
gegen einen vollständigen Kurzschluß, wenn die Stoßschutzvorrichtung insgesamt einen Defekt aufweisen sollte.

In weiterer Ausgestaltung der beschriebenen Ausführungsform ist es z.B. möglich, daß bei Gemeinschaftsantennen-Anlagen ein Tiefpassfilter vor der Stromverzögerungsvorrichtung angeordnet ist, um jede Strahlung der Hochfrequenzsignale daran zu hindern, auf die Netzleitungen zu
gelangen.

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Claims

Patentansprüche

1J Vorrichtung zum Schutz gegen einen Spannungsstoß in einer Wechselspannungsquelleeiner Last, gekennzeichnet durch eine. Nebenschlußeinrichtung, um den Spannungsstoß nach Erde abzuleiten, eine Drosseleinrichtung zwischen der Nebenschlußeinrichtung und der Last, und eine Rückstelleinrichtung, um die Wechselspannungszufuhr zu der Nebenschlußeinrichtung und der Last zeitweilig zu unterbrechen, nachdem der Spannungsstoß nach Erde abgeleitet wurde, und um unmittelbar danach die Wechselspannungszufuhr zu der Last wieder herzustellen, und dadurch daß die Drosseleinrichtung eine Stromverzögerungsvorrichtung aufweist, um den Spannungsstoß nach Erde abzuleiten, bevor der Spannungsstoß die Last erreichen kann und während die normale Betriebsspannung im wesentlichen aufrecht erhalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlüßeinrichtung aus einer unpolarisierten gasgefüllten Röhre und die Rückstelleinrichtung aus einem an die Nebenschlußeinrichtung angeschlossenen Relais besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Zähleinrichtung, die jedesmal betätigt wird, wenn die Nebenschlußeinrichtung einen Spannungsstoß aufnimmt.
4. Vorrichtung zum Schutz eines mit Wechselstrom betriebenen Geräts gegen Stoßüberlastungen, die durch Quellen außerhalb des Geräts verursacht werden, gekennzeichnet durch eine Nebenschlußeinrichtung, die eine schnellzündende, polarisierte gasgefüllte Röhre aufweist, die an ein Relais angeschlossen ist, eine Stromverzögerungs-

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•einrichtung, um die überlastung vor einer Beschädigung des mit Wechselstrom betriebenen Geräts nach Erde abzuleiten, eine automatische Rückstelleinrichtung, die das Relais betätigt, um die unpolarisierte gasgefüllte Röhre in den Ausgangszustand zurückzustellen und die Energiezufuhr zu dem mit Wechselstrom betriebenen Gerät zu unterbrechen und eine Beschädigung durch eine zweite Stoßüberlastung zu verhindern, während sich die Schutzvorrichtung im Nebenschlußzustand befindet und von einer vorherigen überlastung in den Ausgangszustand zurückkehrt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Zähleinrichtung, die jedesmal betätigt wird, wenn die Nebenschlußeinrichtung die Überlastungen aufnimmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromverzögerungseinrichtung zwischen dem zu schützenden, mit Wechselstrom betriebenen Gerät und der Nebenschlußeinrichtung angeordnet ist, wobei die Stromverzögerungseinrichtung den Stromfluß um einige Millisekunden verzögert ,währaid die normale Betriebsspannung im wesentlichen aufrecht erhalten wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußeinrichtung eine Siemens-Röhre oder dergleichen ist und zwischen der Stromverzögerungseinrichtung und der automatischen Rückstelleinrichtung liegt, wobei das Relais von der die überbelastung ableitenden Siemens-Röhre betätigt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Rückstelleinrichtung zwischen der Nebenschlußeinrichtung und der Wechselstromquelle angeordnet ist, wobei die automatische Rückstelleinrichtung

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Strorcumlenkrelais und ein Zeitverzogerungsthermorelais aufweist, das betätigt wird, wenn das Relais der Nebenschlußeinrichtung durch die Entladung der unpolarisierten, gasgefüllten Röhre betätigt wird, das Zeitverzogerungsthermorelais die Unterbrechung der Energiezufuhr zu der Nebenschlußeinrichtung und de. mit Wechselstrom betriebenen Gerät durch Betätigung der Stromumlenkrelais
bewirkt und das Zeitverzogerungsthermorelais die Schutzvorrichtung nach einer vorbestimmten Zeit in ihren normalen Zustand zurückbringt.

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