DE294735C

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Publication number: DE294735C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung elektrischer Anlagen gegen Überspannungen. Zu deren Abführung ist die Verwendung eines oder mehrerer elektrolytischer Kondensatoren, die zwischen zwei Leitern oder einem Leiter und der Erde geschaltet sind, bekannt. Sie wurde aber anfänglich dadurch begrenzt, daß das isolierende Häutchen, das sich auf der metallischen Platte oder den metallischen Platten der Kondensatoren infolge des Stromdurchganges bildet, sich rasch im Elektrolyten auflöst, wenn die Kondensatoren nicht eingeschaltet sind; daraus ergibt sich, daß, wenn die Kondensatoren nach einer Ruhepause eingeschaltet werden, ein wirklicher Kurzschluß zwischen den Leitern oder dem Leiter und der Erde entsteht. Indessen kann man einen Widerstand in Reihe mit den Kondensatoren schalten, um die Stromstärke des Kurzschlusses zu begrenzen und die allmähliche Bildung des isolierenden Häutchens zu ermöglichen; er vermindert aber in beträchtlicher Weise die Wirksamkeit der Einrichtung als Überspannungsbegrenzer.

Der Erfinder hat nun eine erste Einrichtung zustande gebracht, welche es ermöglicht, diesen Nachteil zu vermeiden und den zu erzielenden Zweck teilweise zu erreichen. Eine Ausführungsform dieser Vorrichtung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, da sie schon bekannt ist, ist in Fig. i der Zeichnung veranschaulicht.

Die Einrichtung ist zwischen zwei Leitern x, y angeordnet, zwischen welchen eine Überspannung vermieden werden soll, und besitzt einen Unterbrecher I sowie eine Schmelzsicherung F, die beide in Reihe mit den elektrolytischen Kondensatoren C geschaltet sind; Widerstände R sind den letzteren parallel geschaltet, damit die zwischen den Leitern x, y herrschende Spannung in zweckmäßiger Höhe auf die Kondensatoren C verteilt wird. Aus dem Vorhergesagten geht nun hervor, daß im Momente, in welchem der Unterbrecher I geschlossen wird, ein Kurzschluß erzeugt wird, der die Sicherung F zum Schmelzen bringen würde, wenn er einige Zeit dauerte. Zur Hintanhaltung dieses Schmelzens werden Maßnahmen getroffen, um einen Widerstand r in Reihe mit den Kondensatoren C zur Zeit der Schließung des Unterbrechers / zu schalten. Zu dem Zwecke ist die Wicklung s¹ eines Solenoids S in Reihe mit den Kondensatoren C geschaltet und mit einem beweglichen Kontakt a¹ verbunden, der mit einem feststehenden Kontakte b¹ in Berührung ist; der letztere steht durch einen Leiter I mit dem Leiter y in Verbindung; der Widerstand r ist den Kontakten a¹, b¹ parallel geschaltet. Kontakt a¹ ist durch einen drehbaren Arm s³

getragen; dieser ist der Einwirkung einer Feder s⁸ unterworfen, welche danach strebt, Kontakt a¹ auf Kontakt b¹ zu bringen, und durch eine Stange s⁴ mit dem Solenoidkern s² mechanisch verbunden. Wenn der Unterbrecher J geschlossen wird, fließt ein starker Strom durch die Kondensatoren C und die Wicklung s¹, aber nur für eine sehr kurze Zeit, da das Solenoid 5 sofort die Kontakte a¹, b¹ voneinander trennt und den Widerstand r in Reihe mit den Kondensatoren C schaltet. Mit der allmählichen Bildung des isolierenden Häutchens in den letzteren nimmt der Widerstand des Stromkreises zu, der Strom durch die Wicklung s¹ wird kleiner und schließlich schwach genug, daß die Feder s⁵ beide Kontakte a¹, b¹ wieder in Berührung bringen und somit den Widerstand r kurzschließen kann. Dann sind die Kondensatoren C der Gesamtspannung der Anlage unmittelbar unterworfen und besitzen die höchste Wirksamkeit in bezug auf die Abführung der Überspannungen. Wenn im Betriebe die Spannung aus einem zufälligen Grunde ansteigt, so wird das isolierende Häutchen der Kondensatoren durchschlagen, da es nicht für die höhere Spannung gebildet ist, und ein starker Strom durch die Kondensatoren abgeleitet; Solenoidkern s² wird wieder angezogen und Widerstand r somit eingeschaltet. Wenn die Kondensatoren für die neue Spannung gebildet sind, so nimmt der sie durchfließende Strom ab, und die Feder s⁵ bringt die Kontakte a¹, b¹ in Berührung; der Widerstand r wird also wieder kurzgeschlossen.

Bei einer zweiten Ausführungsform der bekannten Einrichtung (Fig. 2) kommt die Schmelzsicherung F in Wegfall, und das SoIenoid S ist durch einen Elektromagneten E¹ ersetzt. Dessen Anker A¹ ist durch eine Blattfeder L¹ getragen und steht mechanisch mit dem einen, a¹, der ,beiden zum Kurzschließen . des Widerstandes r dienenden Kontakte a¹, b¹ in Verbindung. Die Wirkungsweise ist derjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich.

Den beschriebenen bekannten Vorrichtungen haften zwei Nachteile an: Zur Zeit der Schließung des Stromunterbrechers I vermeidet man nicht im ersten Augenblick den Kurzschluß, da der Widerstand r noch nicht eingeschaltet ist. Wenn ferner der Solenoidkern s² oder der Anker A¹ angezogen wird, muß der ganze Kurzschlußstrom zwischen den Kontakten a¹, b¹ unterbrochen werden. Daraus ergibt sich, daß die Wicklung der elektromagnetischen Vorrichtung S oder E¹, die Kontakte a¹ und b¹ sowie der Widerstand r manchmal durchbrennen, wenn sie nicht sehr reichlich bemessen sind.

Zweck der Erfindung ist nun, diese Nachteile zu vermeiden. Zu diesem Behufe strebt eine äußere Kraft danach, die beiden Kontakte voneinander getrennt zu halten, so daß der Widerstand mit dem oder den Kondensatoren in Reihe geschaltet wird; anderseits werden diese Kontakte durch eine elektromagnetische Vorrichtung in Berührung gebracht, sobald die Kondensatoren ihren betriebsmäßigen Zustand erlangt haben.

In Fig. 3 bis 6 der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Einrichtung der Erfindung veranschaulicht.

Gemäß Fig. 3 sind die beiden in Reihe miteinander geschalteten Kondensatoren C durch einen Leiter t mit dem beweglichen Kontakt α verbunden, während Kontakt b, wie früher, mit dem Leiter y durch den Leiter I in Verbindung steht. Der den Kontakt α tragende Arm s³ ist der Einwirkung der Feder s⁶ unterworfen, die bestrebt ist, ihn in der Richtung des Pfeiles ö zu bewegen und infolgedessen α von b zu trennen. Anderseits ist der Arm s³ durch die Stange sⁱ mit dem Kern s² des Solenoids S mechanisch verbunden. Dieses letztere besitzt zwei Wicklungen: Die eine, s¹, ist mit den Kondensatoren C sowie dem Widerstand r in Reihe und samt dem Widerstand r mit den Kontakten a, b parallel geschaltet; wenn diese sich berühren, so ist die Wicklung s¹ und der Widerstand r kurzgeschlossen, die Wicklung s¹ wirkt in der Richtung des Pfeiles fi und hat wie die Feder s^s das Bestreben, die Kontakte α und b auseinander zu bringen. Die zweite Wicklung, s⁶, ist in Reihe mit einem Regulierwiderstand η⁶ hinter dem Unterbrecher I zwischen die Leiter x, y geschaltet, steht also, wenn der Unterbrecher I geschlossen wird, unter der konstanten Spannung, die zwischen' diesen Leitern herrscht, und übt eine konstante Wirkung auf den Kern s² in 'der Richtung des Pfeiles q aus.

Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist folgende:

Wenn der Unterbrecher I geöffnet ist, so hält die Feder s^B die Kontakte a, b voneinander entfernt. Wird er geschlossen,, so geht ein starker, aber durch den Widerstand r be- no grenzter Strom durch die Kondensatoren C und die Wicklung s¹ hindurch, da die isolierenden Häutchen noch nicht gebildet sind; dagegen fließt der Normalstrom durch die Wicklung s⁶. Nun sind die Wicklungen s¹, s⁶ derart berechnet, daß unter diesen Umständen die Summe der in der Richtung der Pfeile 0, p auf den Arm s³ ausgeübten Wirkungen stärker ist als die in der Richtung des Pfeiles q ausgeübte Wirkung;. beide Kontakte α, b bleiben also voneinander getrennt, und es gibt keinen Kurzschluß bei Schließung des Unterbrechers/.

Mit der allmählichen Bildung der isolierenden Häutchen nimmt der durch die Wicklung s¹ fließende Strom ab und somit die Wirkung dieser letzteren auf den Kern s². So kommt schließlich eine Zeit, zu welcher die konstante Wirkung der Wicklung s^e größer wird als die vereinigten entgegenwirkenden Kräfte; α kommt mit b in Berührung, und der Widerstand r sowie die Wicklung s¹ wird

ίο kurzgeschlossen. Wie sich hieraus ergibt, wird, im Gegensatze zu den bekannten Vorrichtungen, kein starker Strom zwischen den Kontakten a, b während der Inbetriebsetzung der Vorrichtung unterbrochen.

Nach Fig. 4 ist wiederum das Solenoid s durch den Elektromagneten E ersetzt, dessen Anker A durch die Blattfeder L getragen wird.. Mit dem Anker A ist der bewegliche Kontakt α mechanisch verbunden. Der Magnet E besitzt nur eine parallel zu den Kondensatoren C geschaltete Wicklung. Die Wirkungsweise ist ohne weiteres verständlich.

Mit den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Einrichtungen ist nun die Aufgabe vollständig gelöst, die darin besteht, daß diese Einrichtungen ohne Störung und Kurzschluß in Betrieb gesetzt werden können. Dagegen haftet ihnen ein anderer Nachteil an: Wenn im normalen Betrieb ein Durchschlagen der isolierenden Häutchen erfolgt, so wird der Widerstand r bei Fig. 3 nicht selbsttätig wieder eingeschaltet, da die Wicklung s¹ kurzgeschlossen ist, und bei Fig. 4 nicht mit Sicherheit, weil der Spannungsmagnet E seinen Anker A nicht immer loslassen wird. Um diesen neuen Nachteil, den die bekannten Einrichtungen nach Fig. 1 und 2 nicht aufweisen, zu vermeiden, kann man die Einrichtung nach Fig. 2 und das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 miteinander in Verbindung bringen, um das in Fig. 5 veranschaulichte Ausführungsbeispiel zu erhalten.

Gemäß Fig. 5 ist der Elektromagnet E wie bei Fig. 4 den Kondensatoren C parallel geschaltet und betätigt den Kontakt a, welcher mit dem Kontakt b in Berührung kommt, wenn der Anker A angezogen wird. Der Kontakt b ist mit dem feststehenden Kontakt b¹ verbunden, mit welchem der bewegliehe Kontakt a¹ normalerweise durch die Blattfeder L¹ in Eingriff gehalten wird; diese letztere trägt den Anker A¹, welcher durch die elektromagnetische Vorrichtung E¹ angezogen werden kann, deren Wicklung in Reihe mit den Kondensatoren C geschaltet ist.

Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist folgende:

Im Momente, in welchem der Unterbrecher I geschlossen wird, stehen die Kontakte a¹, b¹ in Berührung, während die Kontakte a, b voneinander entfernt sind. Daraus ergibt sich, daß der Strom durch den jetzt nicht kurzgeschlossenen Widerstand r und die Wicklung der elektromagnetischen Vorrichtung E¹ fließt; es gibt also keinen Kurzschluß durch die Kondensatoren C. Der Strom ist jedoch stark genug, um eine Anziehung des Ankers A¹ und eine Trennung der Kontakte a¹, b¹ zu bewirken. Dagegen ist die Spannung zwischen den Kondensatorenklemmen zu klein, daß die Vorrichtung E ihren Anker A anziehen kann; die Kontakte a, b bleiben voneinander entfernt, und der Widerstand r bleibt eingeschaltet.

Mit der allmählichen Bildung der Kondensatoren C nimmt der durch die Wicklung von E¹ fließende Strom ab und wächst die Spannung an den Klemmen der Kondensatoren C; es kommt eine Zeit, zu welcher der Anker A¹ losgelassen und der Anker A angezogen wird; der Widerstand r wird dadurch kurzgeschlossen, und die Vorrichtung steht im normalen Betriebe.

Wenn- die Kondensatoren C im normalen Betriebe durchgeschlagen werden, so nimmt der durch die Wicklung der Vorrichtung E¹ fließende Strom zu; die Kontakte β¹, δ¹ gehen auseinander, und der Widerstand r wird wieder eingeschaltet.

Beim letzten Ausführungsbeispiel (Fig. 6) wirken die beiden elektromagnetischen Vorrichtungen im entgegengesetzten Sinne auf einen gemeinsamen, durch die Blattfeder L getragenen Anker A ein, der den Kontakt a betätigt, welcher mit dem Kontakt b in Berührung kommen kann, um den Widerstand r kurzzuschließen.

Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist derjenigen des vorhergehenden ähnlich und braucht nicht besonders beschrieben zu werden.

Im normalen Betriebe ist die Wicklung der elektromagnetischen Vorrichtung E¹ der Fig. 5 und 6 immer mit den Kondensatoren C in Reihe geschaltet; ihre Selbstinduktion könnte sich also der Abführung der Überspannungen von hoher Frequenz entgegensetzen; um dies zu vermeiden, wird die Vorrichtung E¹ gemäß Fig. 6 in bekannter Weise mit einem nicht induktiven Widerstand s parallel geschaltet, dessen Größe ein Mehrfaches des Widerstandes der Wicklung von E¹ ist. Die von den ■ Überspannungen herrührenden Ströme fließen dann durch den Widerstand s.

Die zur zweckmäßigen Verteilung der Spannung auf die Kondensatoren C dienenden Widerstände R können auch in Wegfall kommen. Die Zahl der Kondensatoren kann eine andere sein als zwei. Die Wicklung der elektromagnetischen Vorrichtung E braucht nicht mit der Gesamtheit der Kondensatoren C, sondern kann auch nur mit einem

oder mehreren dieser letzteren parallel geschaltet werden.

Die Einrichtungen gemäß der Erfindung können ebensogut bei Gleichstrom wie bei Wechselstrom verwendet werden.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Einrichtung zum Schütze elektrischer Anlagen gegen Überspannungen mit einem

ίο oder mehreren elektrolytischen Kondensatoren und einem Widerstände, der durch eine elektromagnetische Vorrichtung mit jenen in Reihe geschaltet oder kurzgeschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die den Widerstand (r) kurzschließenden Kontakte (a, b) durch eine äußere Kraft (s⁵ bzw. L) voneinender entfernt gehalten werden, um den Widerstand (r) in Reihe mit den Kondensatoren (C) zu schalten, miteinander aber durch die elektromagnetische Vorrichtung (S bzw. E) in Berührung gebracht werden, sobald die Kondensatoren ihren betriebsmäßigen Zustand erlangt haben.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Vorrichtung (S) zwei Wicklungen besitzt, deren eine (s⁶) beim Einschalten der Kondensatoren an die Netzspannung gelegt wird und auf Schließen der Kontakte (a, b) wirkt, während die andere (s¹) mit den Kondensatoren (C) in Reihe geschaltete auf öffnen der Kontakte (a, V) wirkt (Fig. 3).
3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung der elektromagnetischen Vorrichtung (E) zu einem oder mehreren der Kondensatoren parallel geschaltet ist (Fig. 4).
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zweite elektromagnetische Vorrichtung (E¹), deren Wicklung mit den Kondensatoren (C) in Reihe geschaltet ist, und die in bekannter Weise bei zu starkem Strom den Widerstand (r) wieder einschaltet (Fig. 5).
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide elektromagnetische Vorrichtungen (E, E¹) im entgegengesetzten Sinne auf einen gemein- samen, die Kontakte (a, b) steuernden Anker (A) wirken (Fig. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.