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Schutzeinrichtung gegen Kurzschlüsse in Röhrensenderanlagen Die in
den Röhrensendern verwendeten Hochvakuumröhren leiden unter Kurzschlüssen, z. T.
auch bekannt unter dem Namen IZockv-Point-Effekt, die in einem Zusammenbruch der
inneren Isolationsfestigkeit bestehen. Dieser Vorgang, der dem einer Rückzündung
bei Quecksilberdampfgleichrichtern. ähnlich ist, bedeutet für den Anodenstromkreis
bzw. für das die Senderöhre speisende Gleichstromnetz einen völligen Kurzschluß,
da der Widerstand der Röhre bei einem solchen Kurzschluß sehr klein ist. Ähnlich
wie bei Quecksilberdampfgleichrichtern erleiden auch die Senderöhren keinen Schaden,
wenn der Kurzschluß sofort abgeschaltet wird hzw. die durch den Kurzschlußstrom
entwickelte Stromwärme und die dynamischen Einwirkungen unterhalb bestimmter Werte
gehalten werden. Die Röhre kann nach Beendigung des Kurzschlusses sofort wieder
eingeschaltet «,erden.
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Man schaltete deshalb bisher den Röhren Widerstände vor, die den Kurzschlußstrom
begrenzten, aber -dafür den Wirkungsgrad verschlechterten. Weiterhin suchte man
eine schnelle Unterbrechung des Kurzschlußstromes zu erreichen durch Schnellöschung
des den Anodenstromkreis speisenden gittergesteuerten Gleichrichters oder durch
eine überbrückung der gestörten Senderöhre durch einen Parallelstromkreis, um den
Kurzschlußstrom von der Senderöhre abzulenken. Durch diese Maßnahmen war es möglich,
den Kurzschlußstrom über die gestörte Röhre beträchtlich zu vermindern. Genaue Messungen
zeigten indessen, daß noch ein Rest übrigbleibt, dem man mit den bisherigen Mitteln
nicht beikommen konnte, so daß man gezwungen war, die Stromhegrenzungswiderstände
im Anodenstromkreis der Röhren z. T. beizubehalten. Es handelt sich hierbei um die
Entladeströme der im Anodenstromkreis eingebauten Kondensatoren, die entweder zum
Zwecke der Glättung des Anodenstromes oder als Ausgleichs- (Speicher-) Kondensatoren
oder als Abstimm- und Sperrkondensatoren eingebaut werden. Diese Kondensatoren liegen
parallel zu den Klemmen des Gleichstromnetzes, das denAnodenstromkreis speist. Zwischen
.den Kondensatoren und den Anroden der Senderöhren befinden sich praktisch keine
Induktivitäten (die Induktivität etwaiger Hochfrequenzdrosseln usw. ist für die
hier betrachteten Vorgänge verschwindend klein). Der Grund hierfür liegt darin,
daß über den Kondensator die Modulationswechselströme
des Senders
fließen und deshalb keine frequenzabhängigen Widerstände, die Verzerrungen hervorrufen
würden, eingebaut werden dürfen.
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Bei einem Kurzschluß einer Senderöli#t, fließt der v olle Entladestrom
der Kondens9--' toren über die Röhre. Dieser Entladestrom tritt ohne jede Verzögerung
mit seiner maximalen Spitze auf und erreicht sehr hohe Werte, da die Gleichspannung
sehr hoch ist und der Ohmsche Widerstand im Anodenstromkreis mit Rücksicht auf,
den Wirkungsgrad sehr klein gehalten wird. Beträgt z. B. die Gleichspannung 13
ooo V, der Ohmsche Widerstand 5 Ohm und die Kapazität ioo mF, so hat der Entladestrom
eine Spitzevon
während der normale Betriebsstrom etwa d bis 45*A beträgt. Das Verhältnis von Kurzschlußstrom
zu Nennstrom beträgt also
Der Kurzschlußstrom beträgt also das 65obis 58fache des Nennstromes. Wegen der außerordentlichen
Schnelligkeit des Vorganges war also mit den bisher verwendeten Mitteln eine Entlastung
der Senderöhre von der Kondensatorenladung nicht möglich. Man hat ferner vorgeschlagen,
in die Anodenleitungen von Senderöhren Induktivitäten einzuschalten, um den inneren
R_ öhrenüberschlag zu verhindern.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Schutzeinrichtung gegen Kurzschlüsse
in Röhrensenderanlagen, bei denen im Anodenstromkreis jeder Röhre eine hinsichtlich
der Betriebsspaxm,uig zur Röhre parallel geschaltete Kapazität von solcher Größe
liegt, daß deren Entladestrom im Kurzschlußfall der Röhre schädlich wird. Die Erfindung
kennzeichnet sich durch die Kombination einer der Röhre vorgeschalteten Induktivität,
die bei Auftreten eines Kurzschlusses den Anstieg des Kurzschlusses verzögert, mit
einer Einrichtung, die einen der Röhre parallelen Entlastungsstromkreis herstellt,
bevor der Kurzschlußstrom einen schädlichen-,Wert annimmt.
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Die Herstellung des Parallelstromkreises muß in einer außerordentlich
kurzen Zeit vor sich gehen, damit die Induktivität so klein gehalten werden kann,
daß keine merkliche Beeinträchtigung der Modulation des Senders stattfindet. Außerdem
ist die Bedingung zu stellen, daß der Widerstand des Parallelstromkreises klein
ist gegenüber dem Widerstand im Röhrenstromkreis, da nur dann eine ausreichende
Entlastung der Röhre stattfindet. Man wird deshalb zweckmäßigerwei-ge den Senderöhren
etwas Ohmschen Widerstand vorgeschaltet lassen, um einen möglichst vollkommenen
Schutz erreichen zu können. Die Einrichtung gemäß der Erfindung dient gleichzeitig
dazu, den die Senderöhren :speisenden Gleichrichter im Fall eines Kurz-5:-schlusses
zu schützen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbei-'spiele der Erfindung schematisch
in den Äbb. i bis 6 dargestellt.
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Die genannten Bedingungen lassen sich durch eine elektrische Entladung
erfüllen, indem der Entlastungskreis (Parallelstromkreis) für die zu schützende
Senderöhre H durch Zündung eines gittergesteuerten Entladungsgefäßes G (Fig. i)
oder durch Zündung einer Funkenstrecke F (Fig. 3 bis 6) hergestellt wird. Bei Verwendung
eines gittergesteuerten Entladungsgefäßes G gemäß Fig.i (gasgefüllterGlühkathoden-oderOuecksilb.erdampfgleichrichter)
wird der Kondensator C bei Kurzschluß der Röhre H durch das Gefäß .G überbrückt,
indem mit Hilfe (les Zündtransformators Z und nicht dargestellter Mittel zur Gittersteuerung
von G eine positive Spannung an das normalerweise durch negative Spannung gespeiste
Gitter gelegt wird, wodurch das Gefäß G gezündet wird und den Entladestrom des Kondensators
aufnimmt. Eine solche Entladungsröhre müßte normalerweise die Betriebsspannung von
13 000 V sperren können, andererseits im Kurzschlußfalle den größten Teil
des Kondensatorentladestromes von iooo A und mehr führen müssen. Bei Verwendung
einer Glühkathodenröhre müßte diese deshalb dauernd auf einer entsprechenden Emission
(iooo A und mehr) gehalten werden. Die Primärwicklung des Zündtransformators stellt
gleichzeitig die der Hauptröhre vorgeschaltete Indulttivität zur Verzögerung des
Stromanstieges dar.
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Wenn der Entlastungskreis durch ein gittergesteuertes Entladungsgefäß
G gebildet wird, kann auch die positive Zündspannung für das Gitter von einem Spunt
W (Fig. 2 ) im Röhrenkreis entnommen werden, weil die Gitter nur eine verhältnismäßig
niedrige Zündspannung brauchen, die an dem Shunt bi:' schon bei einer kleinen Stromänderung
entsteht. Mit B ist die die negative Sperrspannung für das Gitter der Röhre H liefernde
Stromquelle bezeichnet.
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Einfacher ist die Verwendung einer Funkenstrecke, deren Ansprechzeit
bekanntlich außerqrdentlich klein ist. Das Problem ist hier die Funkenstrecke, welche
die Betriebsspannung (z. B. 13 000 V) dauernd sicher aushalten muß, schnell
und sicher genug zu zünden. Die Zündung der Funkenstrecke oder Entladungsröhre muß,
°wie oben erwähnt, erfolgen, bevor der Entladestrom um einen wesentlichen Betrag
angestiegen ist. Diese Aufgabe wird durch den Zündtransformator
gelöst,
dessen Zündspannung ohne die geringste Verzögerung im Augenblick des Kurzschusses
auftritt, da sie nur durch die Änderung des .Stromes
bedingt ist. Es ist auch möglich, auf die Sekundärwicklung des Zündtransformators
zu verzichten, so daß dieser einfach eine Drosselspule darstellt, an der eine geeignete
Zündspannung abgegriffen werden kann. Eine solche Drosselspule mit geeigneter Anzapfung,
die auch als Autotransformator aufgefaßt werden kann, kann sowohl bei Schaltungen
mit Hilfsentladungsgefäß als auch mit Funkenstrecke angewendet werden.
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Für die Bildung des Entlastungsstromkreises mit Hilfe einer Funkenstrecke
stehen verschiedene Wege zur Verfügung. Die einfachste Schaltung zeigt Abb. 31.
Hier liegt die Funkenstrecke F parallel zum Kondensator C. Die Sekundärwicklung
des Zündtransformators Z ist in Reihe mit der Funkenstrecke F geschaltet, und zwar
unter Berücksichtigung der Lage des Spannungsvektors derart, daß sich die Zündspannung
zu der Netzspannung addiert. Beträgt die Netzspannung 13 000 V und übersetzt
der Transformator im Verhältnis i : z, so steht eine Zündspannung von
13 000 + a X 13 000 - 39 aoo V zur Verfügung. Man kommt also schon mit einer
kleinen Übersetzung des Zündtransformators zu Zündspannungen, die eine ausreichende
Sicherheit bieten auch bei variabler Netzspannung. Dadurch wird auch die früher
genannte Bedingung erfüllt, daß der Widerstand des Entlastungskreises möglichst
klein sein soll, denn der Zündtransformator kann mit gering!r Windungszahl ausgeführt
werden. Der Entlastungskreis wird zweckmäßigerweise so angeschlossen, daß die Primärwicklung
des Zündtransformators im Kurzschlußkreis der Senderöhre liegt. Falls der Zündtransformator
nicht die einzige Induktiv ität im Röhrenkreis darstellt, muß das Übersetzungsverhältnis
unter dem Gesichtspunkt gewählt werden, daß die Primärwicklung bei einem Röhrenkurzschluß
einen dem Verhältnis der Induktivitäten entsprechenden Anteil von der Kondensatorspannung
erhält. Normalerweise wird jedoch der Zündtransformator praktisch die einzige Induktivität
sein.
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Bei der Schaltung nach Abb. q. ist eine Hilfsfunkenstrecke b, c verwendet,
die über einen kleinen Widerstand R die Sekundärwicklung des Zündtransformators
Z überbrückt. Bei Eintritt des Kurzschlusses schlägt zunächst die Funkenstrecke
b, c über. Im Augenblick des Überschlages erhält die Elektrode c das Potential der
Elektrode b. so daß zwischen den Elektroden a und c nunmehr die volle Netzspannung
plus der Zündspannung des Zündtransformator s auftritt. Die Funkenstrecke a, c schlägt
infolgedessen sofort über, und zwar infolge der geringen Ansprechzeit der Funkenstrecke,
bevor sich die Spannungswelle des Zündtransformators über den Widerstand R ausgleichen
kann. Nach Zündung der Funkenstrecke a, c ist der Kondensator C über den Widerstand
R kurzgeschlossen, der, im Vergleich zu dem Widerstand des Röhrenstromkreises, so
gewählt wird, daß eine genügende Entlastung der Senderöhre stattfindet. Hierzu sei
noch bemerkt, daß man bei allen Schaltungen zum Schutze des Kondensators zweckmäßigerweise
etwas Widerstand im Entlastungsstromkreis eingeschaltet läßt und dann ebenfalls
den Röhren noch einen kleinen Widerstand vorschaltet, der den Wirkungsgrad nicht
merklich" verschlechtert. Dagegen erreicht die Schaltung nach Abb. d. den Vorteil,
daß der Entlastungsstromkreis keine Induktivität enthält, so daß der Entlastungsstrom
unverzüglich in voller Höhe einsetzen kann.
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Eine weitere Schaltungsmöglichkeit zeigt Abb. 5, bei der mit Hilfe
der Hilfsfunkenstrecke b, c die Hauptfunkenstrecke, die an den Kondensatorklemmen
liegt, ionisiert und zum Durchschlag gebracht wird.
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Die Schaltung gemäß Abb. 6 benutzt eine Hilfsfunkenstrecke c, b, die
in Reihe geschaltet ist mit der Hauptfunkenstrecke b, a. Die Strecke c, b
wird von der Sekundärwicklung des Zündtransformators Z gespeist. Um einen Ausgleich
der Netzspannung über a, b uns den Zündtransformator zu verhüten, ist der Zündtransformator
in Reihe geschaltet mit einem kleinen Kondensator. Die Funkenstrecken werden so
eingestellt und gespeist, daß zuerst c, b zündet und sodann auch a, b durchschlägt,
womit der Entlastungskreis hergestellt ist. Die Strecke a, b plus
c, b muß im normalen Betriebe die Netzspannung sperren.
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Bei den gezeichneten Schaltbildern ist der Zündtransformator in die
positive Leitung eingeschaltet. Er kann natürlich auch in die Minusleitung gelegt
werden, was unter Umständen vorteilhaft ist, weil die Minusleitung normalerweise
geerdet ist.
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Die an sich bekannte Unterbrechung des Kurzschlusses im Gleichstromnetz
kann durch alle bekannten Mittel erfolgen. Zweckmä ßigerweisewird aber bei Erzeugung
der Gleichspannung dusch einen Gleichrichter dieser mit Steuergittern ausgerüstet
und der Kurzschluß durch Sperrung der Gitter gelöscht. Man hat den Vorteil, daß
der Ölschalter nicht auslöst und der Betrieb nach Löschung des Kurzschlusses sofort
wieder aufgenommen werden kann, indem die Gitter wieder mit
positiver
Spannung versehen werden. Die Löschung des Gleichrichters bei Eintritt des Kurzschlusses
kann durch alle hierfür bekannten Mittel erfolgen.