DE603512C - UEberspannungsschutzvorrichtung mit Glimmroehre und mit Schalter zum Kurzschliessen der Glimmroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
3. OKTOBER 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

®ipt.-3ng. Sigwart Ruppel in Frankfurt a. M.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. April 1928 ab

Es sind bereits Anordnungen bekanntgeworden, bei welchen zwecks Ableitung einer Überspannung eine Glimmröhre in Verbindung mit der Erregerspule eines elektromagnetischen Schalters oder einer thermischen Schaltvorrichtung in der Weise vorgesehen ist, daß bei Auftreten einer Überspannung die Glimmröhre infolge des durch sie hindurchfließenden Stromes durch die Schaltvorrichtung kurzgeschlossen

to wird.

Gemäß der Erfindung soll nun das Kurzschließen der Röhre nur in besonderen Fällen erfolgen, und zwar erst, wenn ein vor die Röhre geschalteter Widerstand die Stromstärke in der Röhre in bestimmter gewünschter Weise begrenzt hat und der dann noch fließende Strom für die Röhre zu groß ist.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß bei einem auftretenden Überstrom, der eine Schaltspule durchfließt, zunächst ganz kurzzeitig (so lange, bis die Schaltvorrichtung angesprochen hat) ein starker Strom, also auch eine große Energie nach Erde abgeleitet wird. Wenn diese Energie durch eine kurz andauernde Überspannung hervorgerufen ist, so wird unter Umständen der Schalter kaum bewegt, wenn irgendwelche Aufladungen des Leitungsnetzes stattfinden, hinter denen keine zu großen Energien stecken. Diese Aufladungen gehen einfach durch die Glimmröhre zur Erde bzw. werden zwischen den Leitungen verschiedener Polarität ausgeglichen, ohne daß der Schalter anspricht; im letzteren Falle deswegen nicht, weil die Stromstärke in der Schaltspule nicht hoch genug ansteigt oder nur ganz kurzzeitig groß wird.

Bei länger auftretenden Überspannungen wird nach Aufheben des Kurzschlusses des Vorschaltwiderstandes vor der Glimmröhre der Strom durch die Glimmröhre und einen im Erdkreis sitzenden Widerstand fließen. Dieser Strom wird, soweit er nicht über eine gewisse Größe ansteigt, beim Nulldurchgang des betreffenden Wechselstromes in der Glimmröhre gelöscht. Bleibt der Strom längere Zeit bestehen (so daß er die Röhre beschädigen könnte), so wird die Röhre kurzgeschlossen, und hierdurch steigt je nach der Wahl des im Erdkreis sitzenden Widerstandes die Stromstärke so an, daß die nächste im Netz vorgeschaltete Sicherung bzw. der nächste vorgeschaltete Selbstschalter auslöst und so den Teil des Netzes, in dem die Überspannung besteht, vom Netz abtrennt.

In der Abb. 1 ist eine derartige Anordnung im Schema gezeichnet, und zwar mit zwei Glimmröhren. Es könnten aber auch nur eine oder mehrere Glimmröhren verwendet werden. Fließt durch die Spule 1 infolge einer Überspannung ein Strom von der Leitung 2 zur Erde 3, so fließt dieser zunächst durch den Schalter 4, der auf dem Endpunkt 5 der Röhre liegt, so daß der Widerstand 6 kurzgeschlossen ist. Die Größe des Stromes wird begrenzt durch einen Widerstand 7, der in der Erdleitung 3 liegt. 3 braucht nicht Erde zu bedeuten, sondern

könnte auch einen anderen Pol eines Leitungssystems darstellen, der gegen Leitung 2 Überspannung annehmen kann. Beim Fließen diese: Stromes wird der Schalter 4 von dem Endkontakt 5 entfernt, und es fließt der Strom von der Schaltspule ι über den Widerstand 6 durch die Glimmröhre 8 und Widerstand 7 zur Erde Hierbei wird die Stromstärke im Stromkreis reduziert, und es wird, wenn Widerstand 6 nicht sehr hoch ist, zwischen 4 und 5 ein möglichst funkenfreies Ausschalten erreicht. Entsteht zwischen 4 und 5 ein kleiner Lichtbogen, so ist dies unbedenklich, da der Lichtbogen in Parallelschaltung zum Widerstand 6 liegt. Die Unterbrechungssteile zwischen 4 und 5 kann außerdem so. gelegt werden, daß durch die Blaswirkung der Spule 1 ein etwaiger kleiner Lichtbogen schnell gelöscht wird. Bei den normal vorkommenden Überspannungen wird der Hauptteil ao der Überspannungsenergie abgeleitet, während der Widerstand 6 durch den Schalter 4 kurzgeschlossen ist (größte Stromstärke). Die nachströmende Energie wird abhängig von der Größe des Widerstandes 6 abgeleitet. Ergibt sich eine dauernde Überspannung z.B dadurch, daß der Nulleiter des Drehstromnetzes Schluß mit einem Außenleiter bekommt oder sonst aus irgendeinem Grunde, dann wird durch die Schaltspule 1 der Strom weiterfließen und der Schalter 4 gegen den Kontakt 9 bewegt werden. Hierdurch sind Glimmröhre und Widerstand 6 kurzgeschlossen, und der Strom fließt direkt von der Schaltspule 1 durch Widerstand 7 zur Erde. Ist Widerstand 7 genügend klein gewählt, so wächst der Strom derart an (ohne daß die Glimmröhre oder ein Teil derselben beschädigt werden kann), daß die nächste im Netz vorgeschaltete Sicherung bzw. der nächste vorgeschaltete Selbstschalter auslöst und so der Teil, der Überspannung besitzt, vom Netz abgetrennt wird. Die Anordnung ließe sich dabei auch so treffen, daß, wenn normalerweise nicht mit einem zu kleinen Widerstand 7 gefahren werden soll, auch noch der Widerstand 7 bzw. Teile von ihm bei langer anhaltender Überspannung kurzgeschlossen werden, wie mit 10 angedeutet ist.

Um mit Sicherheit zu erreichen, daß die Röhre geschont wird, ist es erforderlich, daß der Schalter4 zunächst ohne wesentliche Verzögerung schnell anspricht und den Widerstand 6 freigibt. Die weitere Bewegung des Schalters 4 bis zum Kurzschluß der Röhre kann in evtl. einstellbarer Weise verzögert werden, so daß man es in der Hand hat, den Zeitpunkt bis zum völligen Kurzschluß mehr oder weniger lang zu gestalten. Hierdurch kann auch eine gewisse Selektivität gegenüber anderen z. B. in den Installationen angebrachten Überspannungsschutzapparaten geschaffen werden.

Die Zeitregulierung des Schalters 4 kann in verschiedener Weise erfolgen; entweder dadurch, daß mechanisch mit Federn oder durch Bremsung (Anbringen größerer Massen u. dgl.) eine Verzögerung bewirkt wird, oder dadurch, daß der Schalter 4 mit einem Thermostat versehen ist, so daß seine Schaltgeschwindigkeit von 4 nach 9 oder 10 in gewisse Abhängigkeit von der Stromstärke und Zeit des Stronifließens gebracht wird. Es könnten aber auch mechanische und thermische Mittel gemeinsam die Geschwindigkeit regulieren.

Statt nun die Schaltungen von einem Schalter 4 vornehmen zu lassen, könnte man auch zwei Schalter verwenden, von denen einer, der leicht beweglich ist, das Aufheben des Kurzschlusses des Widerstandes 6 bedient, während der andere, der entsprechend verzögert ist, das Kurzschließen der Röhre bewirkt.

Die Abgleichung der Widerstände muß so erfolgen, daß der Widerstand 7 den Strom bei den möglichen Überspannungen so begrenzt, daß ihn die Röhre kurzzeitig (bis zum Ansprechen des Schalters 4) ableiten kann, ohne zerstört zu werden bzw. ohne ihre Konstanten (Zündspannung, Löschspannung) zu verändern. Der Widerstand 6 wiederum muß so abgeglichen sein, daß die Röhre diesen reduzierten Strom so lange abzuleiten vermag, bis der Schalter 4 den Kurzschluß der Röhre herbeiführt und somit die Abschaltung der Spannung einleitet. Je nach der Zusammenarbeit mit den Überspannungsschutzvorrichtungen in den Installationen und je nach der Charakteristik der im Netz verwendeten Selbstschalter können die Schaltzeiten und die Widerstandsgrößen variiert werden.

Die Ohmschen Widerstände 6 können auch durch Kondensatoren bzw, irgendeine Kombination von Widerständen und Kondensatoren bzw. durch irgendwelche Impedanzen ersetzt werden. Auch zu den Glimmröhren können gegebenenfalls Kondensatoren parallel geschaltet werden.

Statt nun eine einfache Schaltspule zu verwenden, könnte man auch, um Röhren bestimmter Charakteristik und bestimmter Spannung wählen zu können und um besondere Regulierungsmöglichkeiten zu schaffen, einen Transformator benutzen (Abb. 2), der primär im Überspannungskreis liegt und an dessen Sekundärspule die Glimmröhren mit Widerständen und Schaltern liegen. In diesem Falle kann man auch durch die Streuung des Transformators eine gewisse Stromregulierung für die Glimmröhren herbeiführen und die Ohmschen Widerstände teilweise durch entsprechende Einstellung des magnetischen Kreises ersetzen.

Der Aufbau einer derartigen Anordnung kann ;weckmäßigerweise derart erfolgen, daß die ilimmröhren und die Widerstände austauschbar in einem glockenförmigen Isolator eingebaut werden. Die GHmrnröhren können derart gebaut

sein, daß sie in bezug auf Länge, Form ihrer Armatur usw. je nach dem Spannungsbereich unverwechselbar sind.

Bei Drehstromnetzen kann die Anordnung eines Überspannungsschutzes sowohl zwischen den Phasen als auch zwischen den Phasen und Nulleiter angebracht werden. Benutzt man die Glimmröhren mit einem Transformator, so kann der Überspannungsschutz mit einem Drehstromtransformator mit geerdetem Nullpunkt zusammengebaut werden, und zwar als Schutz zwischen den Phasen und auch als Schutz zwischen Phase und Nulleiter.
Die verwendeten Widerstände, z. B. der Widerstand 7, der am Ende der Schaltungen noch vorgeschaltet bleibt, kann, wie oben angegeben, aus zwei Teilen bestehen, von denen der eine Teil noch kurzgeschlossen wird, um mit Sicherheit zu erreichen, daß der Strom nach Einschaltung des Widerstandes 7 so anwächst, daß der nächste vorgeschaltete Schalter auslöst. Statt den Widerstand 7 ganz oder teilweise kurzzuschließen, könnte man ihm auch einen negativen Temperaturkoeffizienten geben, so daß er bei anwachsendem Strom kleiner wird.

Der Widerstand 6, der direkt vor der Glimmröhre liegt, muß bei langer anhaltendem Strom eher größer werden. Aus diesem Grunde sollte er einen günstigen positiven Temperaturkoeffizienten haben. Für den Widerstand 6 käme

= z. B. ein Eisenwiderstand in Frage.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Überspannungsschutzvorrichtung mit Glimmröhre und mit Schalter zum Kurzschließen der Glimmröhre bei Überspannungen und Erdschlüssen und dadurch bewirktem Ansprechen einer im Netz vorgeschalteten Sicherung bzw. eines Selbstschalters, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überspannung der durch den Glimmröhrenstrom betätigte Schalter (4) einen zunächst kurzgeschlossenen vor der oder den Glimmröh- ren (8) liegenden Widerstand (6) freigibt und dann erst die Glimmröhren mit ihrem Vorschaltwiderstand kurzschließt.
2. 2. Überspannungsschutzvorrichtung nach _ Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bewegung des Schalters, bei welcher der Kurzschluß eines von der oder den Glimmröhren liegenden Widerstandes aufgehoben wird, schnell erfolgt und das Kurzschließen der Glimmröhre mit ihrem Widerstand in beliebiger Weise verzögert wird.
3. 3. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung des zum Kurzschließen der Röhre dienenden Schalters durch Thermostaten oder durch Thermostaten in Verbindung mit mechanischen Mitteln, wie Federn, erfolgt.
4. 4. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltspule (1) auf die Unterbrechungsstellen der Schalter (4) blasend wirkt.
5. 5. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmröhren im Sekundärkreis eines Transformators liegen, wobei der Eisenkreis des Transformators als Bewegungsvorrichtung für die Schalter (Schaltspule) und blasend auf die Unterbrechungsstellen der Schalter wirken kann.
6. 6. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Glimmröhren Kondensatoren liegen.
7. 7. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände und Schaltzeiten so abgeglichen sind, daß die Sicherungen bzw. Selbstschalter auslösen, ehe bei länger andauernden Überspannungen die Glimmröhren beschädigt werden.
8. 8. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung unter einer Schutzglocke ähnlich einem Isolator untergebracht ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen