DE595290C - Kondensatorblitzableiter, bestehend aus einem Luftkondensator mit in Serie dazu liegenden Widerstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf einen Kondensatorblitzableiter mit in Serie dazu liegenden Widerständen zum Schütze gegen Überspannungen . aller Art, bei dem ein und derselbe Apparat für alle Spannungen bis zu einer kleinen Überspannung, deren Größe durch die Bauart des Apparates bestimmt ist als Kondensator und für alle darüber hinausgehenden Über-Spannungen als Hochleistungslichtbogenblitzableiter wirkt.

Das wesentliche Kennzeichen der Erfindung besteht in einer solchen Bemessung von Luftkondensator und Widerständen, daß der Apparat bis zu einer durch seine Abmessungen bedingten geringen Überspannung als Kondensator und bei höheren Überspannungen als Blitzableiter wirkt.

Bei dieser Ausführungsform bilden die Elektroden des Kondensators gleichzeitig die Überschlagsflächen für den Blitzableiter. Dies trifft zwar auch auf andere Luftkondensatoren zu, indessen ordnet man in den gewöhnlichen Kondensatoren die Elektroden derart an, daß sie mit einem gewissen Sicherheitsfaktor ausgestattet sind und jeden Überschlag vermeiden, der ^unweigerlich eine vollständige Zerstörung des Apparates oder wenigstens eine schwere Beschädigung her-

vorrufen "würde. Die Möglichkeit eines Überschlages bildet hier also einen großen Nachteil dieser Vorrichtung.

In gleicher Weise bildet ein Luftblitzableiter stets eine Art Kondensator mit einer, gewissen Kapazität. Bei einem Apparat zum Schutz gegen Überspannungen sucht man indessen diese Kapazität möglichst zu vermindern, um die Funkenverzögerung möglichst klein zu halten. Die Kapazität bildet also nicht einen Vorteil, sondern vielmehr einen Nachteil der Vorrichtung.

Die Erfindung beseitigt die Nachteile dieser beiden Anordnungen. Der Blitzableiter gemäß der Erfindung wirkt durch Nutzbarmachung der Kapazität als Kondensator bis zu einer gewissen Überspannung zum Schutz gegen Stirn wellen (sei es durch die Oberfläche der Elektroden, sei es durch die Vereinigung einer großen Zahl paralleler Überschlagsflächen) und gegen Über-Spannungen von hoher Frequenz (infolge der Vereinigung der Überschlagsflächen mit Widerständen in Serie).

Von dieser Überspannung ab wird der genannte Kondensator überbrückt, indem die Vorrichtung als Lichtbogenblitzableiter wirkt, wobei die korrekte Auslöschung des Lichtbogens durch die Wahl der Widerstände oder durch ihre Unterteilung oder durch andere Mittel erreicht wird.

Gegenüber einem einfachen Luftkondensator bietet die Erfindung den wesentlichen Vorteil, daß si© eine merklich größere Kapazität bei einem gleichen Raumbedarf und bei

gleichen Herstellungskosten bildet, weil es dann möglich wird, die Elektroden merklich näherzubringen, da ein Sicherheitskoeffizient nicht erforderlich ist, vielmehr seine Zulassung dem einwandfreien Arbeiten der Vorrichtung schädlich sein würde. Gegenüber anderen Kondensatoren bietet ferner die Anordnung gemäß der Erfindung den allgemeinen Votteil, daß sie überschlagsfest ist, weil sich sein Dielektrikum selbsttätig nach jeder Blitzableiterentladung erneuert.

Schließlich bietet dieser Apparat gegenüber einem einfachen Blitzableiter mit einem Widerstand in Serie den Vorteil, daß er vollkommen von einer Funkenverzögerung frei ist, und zwar dadurch, daß die Vorrichtung die Stirn der Wanderwellen verflacht und dem Blitzableiter den Beginn des Ansprechens ermöglicht, ohne daß die Spannung der Welle über die gefährliche Grenze kommen kann. Infolgedessen vereinigt die Vorrichtung die Kennzeichen eines Blitzableiters und eines Kondensators mit Widerständen in Serie, die für den Schutz gegen Überspannungen von Bedeutung sind, wobei sie alle Nachteile dieser Elemente vermeidet; sie bietet daher einen vollkommenen Schutz eines elektrischen Netzes.

Man hat schon früher versucht, eine ähnliche Wirkung mittels eines Elektrolytkondensators zu erreichen, der von einer gewissen Überspannung an überbrückt wird und sich dann wieder erneuert. Abgesehen davon, daß dieser Kondensator ständig einen gewissen Stromverlust zuläßt, erhitzt er sich und zerstört sich schnell unter der Wirkung des Kapazitätsstromes und des Stromes, der durch die verschiedenen bei Anlegung des Kondensators an eine Wechselstromleitung entstehenden Verluste hervorgerufen wird. Infolgedessen war man immer gezwungen, ihn in Serie mit einer Funkenstrecke zu schalten, die auf eine etwas höhere Spannung als die Betriebsspannung eingestellt war und den Zweck hatte, den Kondensator für jede Spannung, die niedriger war als diese Regelspannung, zu isolieren und automatisch einen Strom einzuleiten, sobald die Spannung des Netzes den genannten Wert überschritt. So verlor die Vorrichtung jede Eignung als Kondensator und bot keinen Schutz bis zum Überschlag des Funkens. Ferner sind gerade im Augenblick des Überschlages gefährliche Überspannungen zu fürchten, weil ein Lichtbogen sich dann in Serie mit dem Kondensator befindet. Schließlich wird der Kondensator, wenn er nicht praktisch im Betrieb ist, sehr schnell zersetzt, so daß eine kostspielige Unterhaltung erforderlich ist.

Aus allen diesen Gründen bietet die vorliegende Erfindung erhebliche Vorteile gegenüber den Elektrolytkondensatoren. Denn sie übt die Schutzwirkung für alle Spannungen ohne irgendeine Ausnahme aus, und zwar sowohl in den niedrigen Teilen als in den hohen Teilen der Welle, ferner auch bei den Anfangserscheinungen, ebenso wie bei den Folgeerscheinungen der Überspannungen. Sie erzeugt schließlich keine schädlichen Erscheinungen im Augenblick des Arbeitsbeginns; schließlich erfordert sie keine Unterhaltung.

In der weiteren Beschreibung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Abb. ι der beiliegenden Zeichnung zeigt das Schaltschema der Anordnung für einen einpoligen Apparat sowie seine Schaltung über die Widerstände zwischen dem Netz und der Erde. Abb. 2 zeigt eine Seitenansicht teilweise im Schnitt, Abb. 3 eine Draufsicht ebenfalls teilweise im Schnitt. Abb. 4 zeigt eine Kondensatorplatte in vergrößertem Maßstabe.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Anordnung ebener und zueinander paralleler Platten 1, die einen Kondensator bilden, dessen Kapazität im ganzen etwa bei ¹AoOO 'Mikrofarad liegt, damit die Vorrichtung als Kondensator wirksam werden kann. Die Elektroden dieses Kondensators auf der Netzseite sind miteinander verbunden; dagegen sind die Elektroden auf der Erdseite gegeneinander isoliert. Jede dieser letztgenannten ist in Serie mit einem Widerstand 3 verbunden. Die freien Enden dieser Widerstände sind zusammengefaßt und mit der Erde verbunden.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung als Blitzableiter ist gekennzeichnet durch nacheinander erfolgende Lichtbogenüberschläge zwischen den Elektroden, wobei der Strom dieser Lichtbogen oder jeder Gruppe von zwei Lichtbogen durch die in Serie mit den entsprechenden Elektroden geschalteten Widerstände begrenzt ist.

Da alle diese Lichtbogen parallel arbeiten, kann ihr Gesamtwert, den sie ableiten können, sehr groß sein, obgleich der Strom, der durch jeden der Lichtbogen geht, verhältnismäßig klein ist. Diese Anordnung, die im übrigen in anderer Form schon bekannt ist, ermöglicht leicht das Auslöschen des Lichtbogens nach der Beseitigung der Überspannung, ohne in irgendeiner Form der Wirkungsweise der Vorrichtung als Blitzableiter zu schaden. Denn diese fordert als eine notwendige Bedingung einen resultierenden Widerstand in Serie mit den Überschlagsflächen, der kleiner ist oder höchstens in der gleichen Größenordnung wie der

Wanderwellenwiderstand des Netzes. Dabei kann jeder der einzelnen Widerstände eine Größenordnung von einigen iooo Ohm haben, ohne daß der resultierende Widerstand der ganzen Anordnung merklich über etwa ioo Ohm hinausgeht. Andererseits wird das Auslöschen des Lichtbogens in dieser Vorrichtung durch die' große Oberfläche der Elektroden und ihre parallele Stellung sehr

ίο erleichtert, die eine homogene Unterteilung des elektrischen Feldes bilden, die im übrigen den Vorteil bietet, daß der Funkenüberschlag so wenig wie möglich verzögert wird. Infolgedessen ruft jeder Überschlag eines _ Lichtbogens an einem beliebigen Punkte der Elektroden eine Entladung eines Teilkondensators hervor, welche die Spannung an seinen Klemmen erhöht und die Auslöschung des Lichtbogens auf der ganzen Oberfläche der Elektroden, die ein gleiches Potential besitzen, sicherstellt/ Infolgedessen wird der Lichtbogen sofort bei seinem Beginn wirksam gekühlt, so daß er sehr unstabil wird.

Es ist offensichtlich, daß unmittelbar nach dieser Erscheinung der Lichtbogenquerschnitt das Bestreben hat, sich zusammenzuziehen, und zwar unter der Wirkung der Zusammenziehung der parallelen Stromfäden. Dann tritt das dritte Mittel hinzu, das zum Auslöschen des Funkens benutzt wird. Dieses Mittel ist die Blaswirkung der Luftausdehnung, die den Lichtbogen nach oben treibt und ihn so zwingt, sich zu verlängern.

In Abb. ι sind die aufeinanderfolgenden Stellungen des Lichtbogens angegeben, dabei sind die Anfangs- und Schlußstellungen mit ausgezogenen Linien dargestellt und die Zwischenstellungen punktiert. '

Damit die Überspannung, die durch die Entladung des Kondensators bei Beginn seines Arbeitens. als Blitzableiter hervorgerufen wird, nicht in den zu schützenden Stromkreis eintreten kann, ist ein Teil des Gesamtwiderstandes der Vorrichtung nach oben abgezweigt und besonders zwischen die oberen Elektroden und das Netz gelegt. Da die Unterteilung der Entladung in mehrere parallele Lichtbogen schon durch die Isolierung zwischen den unteren Elektroden sichergestellt ist, können die oberen Elektroden elektrisch miteinander verbunden sein; es genügt infolgedessen oben ein einziger Widerstand 2.

Weitere Einzelheiten der Ausführung des Apparates mögen als Ausführungsbeispiel an den Abb. 2, 3 und 4 erläutert werden.

Die Kondensatorplatten sind so angeordnet, daß nach Möglichkeit ihre beiden Oberflächen für die Kapazität der gesamten Anordnung dienen können. Sie fassen dementsprechend kammartig ineinander und sind beispielsweise aus Guß oder Stahl hergestellt.

Die Widerstände 2 und 3 können aus einer beliebigen Mischung, z. B. aus Carborundum und Kaolin, bestehen. In diesem Falle ist der Widerstand 2 auf der horizontalen Platte 8 angeordnet und mit einer Deckplatte versehen, die als Anschluß dient. Der Widerstand 3 ist in einem Gehäuse 4 aus Isolierstoff, z. B. aus Steingut, eingebaut und durch Trennwände 5 aus demselben Isolierstoff in verschiedene Teilräume unterteilt.

Dieser Widerstand kann in gleicher Weise durch eine entsprechende Zahl von Metallwiderständen in Öl, gegebenenfalls auch in ■einem pulverförmigen., genügend isolierenden Material hergestellt sein, so daß in diesem Falle die Trennwände S überflüssig werden.

Die untere horizontale Platte 6 trägt die vertikalen Kondensatorplatten und ist durch kleine Einschnitte in eine größere Zahl von Teilen zerlegt, die den einzelnen Räumen des Widerstandes 5. oder der Metallwiderstände entspricht. In diese Einschnitte treten Trennwände aus Steingut, die oben erwähnt sind. Bei Metallwiderständen würden diese Zwischenräume in der Metallplatte, die den Steingutkasten abdeckt, mit Zwischenlagen aus Isolierstoff, z. B. Steingut oder Bakelit, ausgefüllt werden.

Die Ränder der Kondensatorplatten sind abgerundet, um die sogenannten Randwirkungen zu vermindern, wie dies z. B. in Abb. 4 dargestellt ist.

Die äußeren Platten können durch Hörner 7 begrenzt sein, wie dies in Abb. 2 und 3 dargestellt ist.

Die obere horizontale Platte 8 mit dem Widerstand, der sich oben auf dem Apparat befindet, und mit den vertikalen Kondensatorplatten ι wird durch Säulen aus Steingut 9 gehalten, wobei die Zahl der Säulen dem Gewicht und der Größe der Vorrichtung entspricht. Abb. 2 und 3 zeigen einen Apparat großer Abmessungen, der vier Säulen aus Steingut besitzt. Für Freiluftanlagen muß der Apparat gegen Witterungseinflüsse geschützt sein. Dies kann z. B. durch einen Holzkasten erfolgen, der einen Apparat oder eine Gruppe von drei Apparaten gemeinsam umfaßt.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Kondensatorblitzableiter, bestehend aus einem Luftkondensator mit in Serie dazu liegenden Widerständen, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung von Luftkondensator und Widerständen,

   daß der Apparat bis zu einer durch seine Abmessungen bedingten geringen Überspannung als Kondensator und bei höheren Überspannungen als Blitzableiter wirkt.
2. 2. Kondensatorblitzableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Belegungen (Elektroden) des Luftkondensators aus einer Reihe par

   alleler, 'elektrisch miteinander verbundener Platten, die über einen gemeinsamen Widerstand an das zu schützende Netz angeschlossen sind, und die andere Belegung aus einer entsprechenden Anzahl von gegeneinander isolierter Platten besteht, die jede für sich über einen besonderen Widerstand mit Erde verbunden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   BERLIN. CSDRUCKT IN DER KEICHSDHUCKEREI