DE506560C

DE506560C - UEberstromschutzeinrichtung fuer Gleichstromnetze mit Quecksilberdampfschaltern

Info

Publication number: DE506560C
Application number: DEA51746D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1927-08-17
Filing date: 1927-08-17
Publication date: 1930-09-05

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Überstromschutzeinrichtung für Gleichstromkreise, die darin besteht, daß der Stromübergang in einem Entladungsgefäß, welches in dem zu überwachenden Stromkreise liegt, beim Auftreten eines Überstromes dadurch selbsttätig unterbrochen wird, daß Energiespeicher vorgesehen sind, die den Potentialunterschied zwischen Kathode und Anoden der Gefäße durch Erzeugung einer Gegenspannung so lange ausgleichen, bis der Lichtbogen erloschen ist.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. In Abb. r ist eine Anordnung zur Überwachung von Gleichstromkreisen dargestellt; in Abb. 2 ist eine Anordnung zur Steuerung der Verbindungen zwischen Gleichstrom- und Wechselstromkreisen und in Abb. 3 eine weitere Ausfüh-

aa rungsform einer Einrichtung zum Steuern von Gleichstromkreisen gezeigt.

In Abb. ι ist 1 ein Stromverbraucher, der von einer geeigneten Stromquelle aus über die Gleichstromleitungen 2 und 3 gespeist wird.

4 ist ein Entladungsgefäß und 5 die Primärwicklung eines Transformators 6. Die Zündung des Entladungsgefäßes 4, dessen Kathode mit 9 und dessen Anode mit 10 bezeichnet ist, wird durch eine Stromquelle 7 und einen Schalter 8 eingeleitet. Die Kathode 9 wird zweckmäßig aus einem Material hergestellt, welches eine rasche Entionisierung des Gefäßes 4 bewirkt. Als besonders vorteilhaft für diesen Zweck hat sich Quecksilber mit einem ganz geringen Zusatz von Aluminium herausgestellt.

Um zu erreichen, daß der Lichtbogen des Entladungsgefäßes 4 entweder durch Schließen des Handschalters 17 oder durch eine Änderung des Stromes in der Belastung 1 unterbrochen wird, sind ein weiteres Entladungsgefäß 11, ein mit dem Stromwandler 6 zusammenarbeitender Stromwandler 12, Stromquellen 13 und 14, Widerstände 15 und 16 und ein Kondensator 18 vorgesehen.

Das Entladungsgefäß 11 ist mit einer Kathode 25, einer Anode 19 und einem Gitter 20 ausgerüstet, welches den Stromübergang zwischen Kathode und Anode steuert. Das Gitter 20 ist an die Kathode 25 über den Stromwandler 12, den Widerstand 16 und die Stromquelle 14 angeschlossen, so daß die Anoden 10 und 19 miteinander durch zwei parallele Stromkreise in Verbindung stehen, von denen der eine den Kondensator 18 und der andere die Stromquelle 13 und den Widerstand 15 enthält. An dem Entladungsgefäß ist noch eine Erregerelektrode 22 vorgesehen, die von einer geeigneten Stromquelle aus gespeist wird und dazu dient, die Erregung des Gefäßes 11 aufrecht zu erhalten.

Es sei nun angenommen, daß sich sämtliche Schaltorgane in der gezeichneten Stellung befinden. In diesem Falle wird dem Verbrau-

eher ι über das Entladungsgefäß 4 Strom zugeführt. Ein Stromübergang durch das Entladungsgefäß 11 kann jedoch nicht stattfinden, da dem Gitter 20 von der Stromquelle 14 aus eine negative Spannung zugeführt wird. Außerdem ist der Kondensator 18 infolge seiner Verbindung mit der Stromquelle 13 aufgeladen.

Sobald nun der Schalter 17 eingelegt wird, entlädt sich der Kondensator 18 über das Entladungsgefäß 4, wobei er zwischen der Anode 10 und der Kathode 9 eine vorübergehende Gegenspannung erzeugt, durch welche der Kathodenfleck des Gefäßes 4 zum Verschwinden gebracht wird, so daß die Stromzuführung zu dem Verbraucher 1 unterbrochen wird.

Bei einem unzulässigen Anwachsen des Stromes wird dem Gitter 20 über die Stromwandler 6 und 12 ein positives Potential aufgedrückt. Infolgedessen setzt der Stromübergang in dem Gefäß 11 ein, und der Kondensator 18 entlädt sich über die Gefäße 4 und 11, so daß zwischen der Anode 10 und der Kathode 9 eine vorübergehende Gegenspannung entsteht, welche eine Unterbrechung des der Belastung 1 zugeführten Stromes herbeiführt. Der Kondensator 18 speichert also Energie auf, welche jederzeit zur Herbeiführung einer Stromunterbrechung verfügbar ist. An Stelle eines Kondensators kann jedoch auch eine andere Vorrichtung als Energiespeicher dienen.

Bei der Anordnung nach Abb. 2 sind die Leitungen 26 eines Wechselstromnetzes über einen Transformator 28, ein Entladungsgefäß 29 und eine Drosselspule 30 mit einem Gleichstromnetz 27 verbunden. Das Gefäß 29 besitzt Anoden 31 und 32, welche mit den Enden der Sekundärwicklung 33 des Transformators 28 verbunden sind. Die Kathode; 34 des Gefäßes 29 ist über die Drosselspule 30 und das Gleichstromnetz mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung 33 verbunden. Ferner besitzt das Gefäß 29- noch eine Erregeranode 35, welche mit der Kathode 34 über eine Drosselspule 36, einen Widerstand 37 und eine Erregerstromquelle in Verbindung steht. Weiterhin gehört zu der Schaltanordnung noch ein Energiespeicher, der aus einem mit einer Stromquelle 39 und einem Widerstand 40 parallelgeschalteten Kondensator 38 besteht. Die eine Kondensatorbelegung ist mit der Kathode'34 und die andere über einen Schalter 41 und Kondensatoren 42, 43 und 44 mit den Anoden 31, 32 und 35 verbunden. Das Zünden des Gefäßes 29 erfolgt in üblicher Weise mittels einer Stromquelle 45 und eines Schalters 46.

Es sei nun angenommen, daß sich das Gefäß 29 im Betrieb befindet und die Schalter 41 und 46 die gezeichneten Stellungen einnehmen. In diesem Falle erfolgt ein Stromübergang zwischen den Stromkreisen 26 und 27. Um nun diesen Stromübergang zu unterbrechen, wird der Schalter 41 geschlossen. Hierdurch entlädt sich der Kondensator 38 und ruft vorübergehend eine Gegenspannung zwischen der Kathode und den Anoden hervor, so daß der Kathodenfleck zum Verschwinden gebracht und der Stromübergang unterbrochen wird.

Die Verwendung eines Energiespeichers zum Hervorrufen von Gegenspannungen zwischen Kathode und Anoden ist nicht auf die in Abb. 1 und 2 dargestellten Entladungsgefäße beschränkt, sondern kann auch für gittergesteuerte Gleichrichter benutzt werden.

In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung dargestellt.

Die Belastung 1 ist mit den Gleichstromleitungen 2 und 3 über ein Entladungsgefäß

47 verbunden, welches mit einer Kathode 48, Anoden 49 und 50 sowie Gittern 5a und 52 ausgerüstet ist. Die Belastung 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel und den vorhergehenden als Widerstand dargestellt. Außer dem Widerstand können natürlich noch andere Verbraucher vorhanden sein, z. B., wie in Abb. 3 angedeutet ist, die Primärwicklung eines Transformators, durch den ein induktiver Stromstoß hervorgerufen wird, sobald der Stromübergang in dem Entladungsgefäß 47 unterbrochen wird.

Der Stromübergang in dem Entladungsgefäß 47 erfolgt normalerweise zwischen der Kathode 48 und der Anode 49. Die Anode 50 dient dazu, einen Stromweg herzustellen, über den sich ein Kondensator 61 entladen kann, wobei er eine vorübergehende Gegenspannung zwischen der Kathode 48 und der Anode 49 erzeugt. Das Gitter 51 ist mit der Kathode

48 über einen aus einem Widerstand 54 und einem Kondensator 55 bestehenden Energiespeicher, der Sekundärwicklung eines Stromwandlers 56 und einer Stromquelle 53 verbunden; der Stromwandler wird von einem mit der Belastung 1 in Reihe liegenden Stromwandler 57 gespeist. Das andere Gitter 52 des Entladungsgefäßes ist an die Kathode 48 no über einen Widerstand 59, einen Stromwandler 60, der ähnlich wie der Stromwandler 56 von dem Stromwandler 57 gespeist wird, und eine Stromquelle 58 angeschlossen. Die Anoden 49 und 50 stehen mit einem Energiespeicher in Verbindung, der aus einem Kondensator 61, einem Widerstand 62 und einer Stromquelle 63 besteht.

Um die zur Stromunterbrechung dienenden Schaltorgane von Hand steuern zu können, iao ist ein Schalter 64 vorgesehen, mit dessen Hilfe man eine Stromquelle 65 an die Sekun-

därwicklung des Stromwandlers 60 anschließen kann.

Es sei nun angenommen, daß in an sich bekannter Weise der Stromübergang zwischen der Kathode 48 und der Anode 49 eingesetzt hat und sich die einzelnen Schaltorgane in der gezeichneten Stellung befinden. In diesem Falle ist der Kondensator 61 aufgeladen. Der über die Anodeso führende Stromweg ist jedoch verschlossen, da dem Gitter 52 von der Stromquelle 58 aus ein negatives Potential aufgedrückt wird. Sobald nun der Schalter 64 geschlossen wird, entsteht zwischen der Kathode 48 und dem Gitter 52 eine vorübergehende Gegenspannung, durch welche das Gitter so lange ein positives Potential erhält, bis der Kondensator 61 entladen hat. Hierdurch wird der Kathodenfleck gelöscht, so daß die Stromzuführung zu dem Verbraueher ι unterbrochen wird.

Ferner wird der Lichtbogen in dem Gefäß 47 selbsttätig dann unterbrochen, wenn der Strom in dem Verbraucher 1 einen unzulässigen Wert annimmt. Hierdurch wird das Potential des Gitters derart beeinflußt, daß sich der Kondensator ebenso wie beim Schließen des Schalters 64 entladen kann.

Außerdem wird gleichzeitig die Unterbrechung noch dadurch gefördert, daß das Gitter 51, welches anfänglich mit einem hohen positiven Potential geladen ist, unmittelbar darauf mit einem hohen negativen Potential geladen wird. Beides ist eine Folge der negativen Ladung, die sich an der oberen Belegung des Kondensators 55 durch die Elektronen bildet, welche von dem Gitter 51 während seines positiven Potentials angezogen werden.

Um die Zeit, die zum Unterbrechen des Stromes erforderlich ist, möglichst abzukürzen, wird, wie bereits- bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 erwähnt, die Kathode zweckmäßig aus Quecksilber mit einem geringen Aluminiumzusatz hergestellt. Versuche haben ergeben, daß z. B. mit einer Quecksilberkathode ein Strom von 3 Amp. ^m ¹ZnOOo Sekunde unterbrochen werden konnte und daß ein Strom von ¹J₂ Amp. in noch viel kürzerer Zeit unterbrochen wurde, wenn für die Kathode ein Material verwendet wurde, welches aus 0,008 g Aluminium und 170 g Quecksilber bestand.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß es ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß sie innerhalb sehr weiter Druckgrenzen des Gefäßes verwendbar ist und daß sie nicht eine so hohe Evakuierung des Gefäßes erfordert, wie es bei der Verwendung von Glühkathodenrohren erforderlich ist, bei denen ein Einsetzen des Stromüberganges mittels eines negativ geladenen elektrostatischen Belages verhindert wird.

Claims

Patentansprüche:

ι. Überstromschutzeinrichtung für Gleich-Stromnetze mit Quecksilberdampfschaltern, deren Dampfentladung durch einen bei der Entladung eines Kondensators erzeugten Stromstoß gelöscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator in einer zweiten Dampfentladungsstrecke liegt, die bei normaler Belastung des zu überwachenden Netzes durch ein Gitter mit negativer Vorspannung gesperrt ist, während bei Überstrom durch Stromwandler, die in Abhängigkeit von der Belastung des zu überwachenden Netzes erregt werden, dem Gitter eine so große positive Spannung zugeführt wird, daß sich der Kondensator entladen kann.
2. Überstromschutzeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein besonderer Schalter (17, Abb. 1) vorgesehen ist, bei dessen Schließen sich der Kondensator (18) entlädt.
3. Überstromschutzeinrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Dampfentladungsstrecken in einem gemeinsamen Gefäß (47, Abb. 3) angeordnet sind, über dessen eine Anode (49) der Belastungsstrom verläuft, während die andere (50) in dem normalerweise gesperrten Entladungsstromkreis des Kondensators (61) liegt.
4. Überstromschutzeinrichtung nach Anspruch ι und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsstromquelle (65) angeordnet ist, die mit Hilfe eines Schalters (64) derart an den Entladungsstromkreis angeschlossen werden kann, daß sich der Kondensator (61) entlädt.
5. Überstromschutzeinrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch an der den Belastungsstrom führenden Anode (49) des Entladungsgefäßes (47) ein Gitter (51) vorgesehen ist, welches während des Unterbrechungsvorganges durch einen Kondensator (55) negativ aufgeladen wird.
6. Überstromschutzeinrichtung nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einer Mischung von etwa 100 g Quecksilber und 0,005 g Aluminium besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen