DE640780C - Einrichtung zur Ableitung bzw. Begrenzung von UEberspannungen in Leitungsnetzen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 12. JANUAR 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Oktober 1925 ab

Man hat versucht, bei Signalanlagen ein elektromagnetisches Relais in Serie mit einer Glimmröhre zu schalten, so daß "bei höheren Spannungen der Glimmstrom der Röhre das Relais zum Ansprechen brachte. Derartige Relais werden in Anbetracht der außerordentlich geringen GHmmstromstärken mit vielen Windungen und sehr hohem Widerstand versehen, teils, um bei den kleinen Stromstärken ein sicheres Ansprechen zu erreichen, teils um die Glimmröhren zu schonen. -Nun haben aber derartige Relais, die auf kleine Ströme ansprechen müssen, den Nachteil, daß sie eine sehr hohe Selbstinduktion besitzen und infolgedessen nicht imstande sind, schnell verlaufende Überspannungen . abzuleiten. Wanderwellen u. dgl. werden leichter an Stellen höheren Isolationswiderstandes übergehen, ehe sie durch ein derartiges Relais verlaufen. Außerdem bedeutet das Anbringen von besonders gebauten Relais eine Verteuerung der Anlage, die es unmöglich machen würde, solche Anordnungen gerade an den Stellen anzuwenden (Installationen in Niederspannungsnetzen), bei welchen Zähler, Lampen und andere in der Installation vorhandene Apparate, besonders in Freileitungsnetzen, leicht zerstört werden und außerdem auch Menschen gefährdet sind.

Bei der vorliegenden Erfindung ist deshalb der Weg beschritten, die an sich vorhandene Installation überhaupt nicht zu ändern, sondern nur einen einfachen, robusten Apparat zur Ergänzung der Anlage hinzuzufügen. Erreicht wird dies dadurch, daß zwischen Leitungen verschiedenen Potentials zweckmäßig mit Strombegrenzungswiderstand versehene Glimmröhren in Reihe mit der Auslösevorrichtung, ζ. B. der Auslösespule eines. Selbstschalters, geschaltet sind und daß erfindungsgemäß ein Installationsselbstschalter vorgesehen ist, der eine solche Auslöseverzögerung besitzt, daß kurzzeitige Überspannungen ohne Leitungsunterbrechung abgeleitet werden, bei länger andauernden Überspannungen dagegen die Leitung abgeschaltet wird.

Durch das Abschalten der Installation vom Netz wird diese vor Überspannung geschützt und gleichzeitig auch eine Zerstörung der Glimmröhre durch den Entladungsstrom verhindert. Eine Glimmröhre kann nämlich nur kurzzeitig mit höheren Stromstärken beansprucht werden. Wird sie daher mit einem Vorschaltwiderstand, der verhältnismäßig klein sein kann (Größe je nach der Gebrauchsspannung etwa ι bis 2 Ohm), zwischen Außenleiter und Nulleiter gelegt, so wird z. B. hei 220-V-Netzen ein Strom von etwa 100 Amp. fließen. Höhere Stromstärken würden selbst bei technischen Glimmröhren unweigerlich zur Zerstörung der Glimmröhren führen, wenn nicht im Leiter, z. B. im Außenleiter, eine Vorrichtung vorhanden wäre, welche die Glimmröhre bei diesen Strömen in kürzester Zeit abschaltet. Dagegen können technische Glimmröhren höhere Stromstärken teinige Viooo'Sekunden aus-

halten, so daß sie keinen Schaden erleiden, wenn die Installationsselbstschalter innerhalb dieser Zeit, wie es bei derart hohen Strömen zu geschehen pflegt, abschalten. Auch der Übertritt von höheren Spannungen in die· Niederspannungsnetze kann innerhalb derart kleiner Zeitabschnitte nicht gefährlich werden, so daß auch dieses Gefahrmoment durch den Überspannungsschutz der Erfindung beseitigt ist.

Im nachstehenden sind einige Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise beschrieben.

In Abb. ι ist ein Beispiel dargestellt, bei welchem α den Außenleiter bezeichnet, b den Nulleiter. Der Schalter c ist im Außenleiter angeordnet, und zwar nach der Stromquelle zu. Zwischen Außenleiter α und Nulleiter b ist die Betätigungsspule d für denUberstromschalter c und eine Glimmröhre mit Widerstand als Überspannungsschutz c angeordnet. Beim Ansprechen der Glimmröhre infolge einer Überspannung wird dann die Spule d erregt und damit der Schalter c betätigt. Der Schalter c ist ein Installationsselbstschalter, der eine solche Auslöseverzögerung besitzt, daß kurzzeitige Überspannungen ohne Leitungsunterbrechung abgeleitet werden, bei länger dauernden Überspannungen dagegen die Leitung abgeschaltet wird. Es ergeben sich dann in den verschiedenen Betriebsfällen für die Arbeitsweise der Einrichtung mehrere Möglichkeiten.

i. Kurzzeitige Überspannungen. Die Glimmröhren sprechen an; der Strom ist durch den vorgeschalteten Schutzwiderstand begrenzt; der etwas verzögerte Selbstschalter spricht nicht sofort an; die Überspannung wird durch die Glimmröhre und den Widerstand abgeleitet, ohne daß der Selbstschalter auslöst. Der Netzstrom (Wechselstrom) wird im allgemeinen nicht nachfließen, da beim Durchgang der Spannung durch Null der Glimmstrom erlischt. 2. Längere Zeit dauernde Überspannungen. Der etwas verzögerte Selbstschalter wird bei großen Stromstärken so schnell ansprechen, daß er vor der Zerstörung der Glimmröhre die Leitung abschaltet und so den be-So treffenden Netzteil überspannungsfrei macht, ehe eine Zerstörung von Apparaten oder eine Gefährung von Menschen eintreten kann.

3. Reißen eines Nulleiters in einem NuIlleiternetz und Kontakt mit dem Außenleiter. An Stelle der Phasenspannung (von z. B. 220 V) tritt die verkettete Spannung (von z.B. 380V),· der Selbstschalter spricht an und schaltet ab.

Es wird also durch diese Anordnung mögfio lieh, einfache, übersichtliche und billige Anlagen zu schaffen, die

i. wirtschaftlich sind (der Zusatzapparat ist nur eine technische Glimmröhre, ein verhältnismäßig robuster und einfacher Apparat „mit Widerstand),

V..*i?.;_; eine betriebssichere Anordnung ohne

1„.$riclgrung der Installation ergeben, '""··. -3·/ ein Anpassen an die Netzspannung ohne komplizierte Einstellung ermöglichen (bei verschiedenen Spannungen sind nur die technischen Glimmröhren auszutauschen),

4. bei denen die Ansprechspannung nur wenige Prozent (etwa 20 0/0) über der Netzspannung zu liegen braucht, da die technischen Glimmröhren in ihrer Ansprechspannung gut abgeglichen werden und diese Ansprechspannung auch im Betriebe halten.

Soll nun in besonderen Fällen, besonders aber bei Dauerüberspannungen, ein schnelles Ansprechen auch dann erreicht werden, wenn im Leiterkreis bei langen Fernleitungen hohe Ohmsche Widerstände vorhanden sind, so kann die Wirkung auf den Selbstschalter noch durch eine Hilfsspule verstärkt werden, die mit der Röhre hintereinandergeschaltet im Schutzkreis liegt und die auf den Selbstschalter wirkt und dessen Ausschaltung unterstützt. Diese Hilfsspule, die nur zur Unterstützung· dient, kann leicht auf einem Selbstschalter aufgebracht werden. Die Hilfsspule, die z. B. zwischen Außenleiter und Nulleiter liegt und nur vorübergehend stromdurchflossen ist, kann nach anderen Gesichtspunkten gebaut sein als die Hauptspule eines Über stromschal ters. Sie wirkt beim Eintreten von Überspannung in Hintereinanderschaltung mit der Hauptspule. Die Blaswirkung ist hierbei vergrößert (größere Gesamtwindungszahl).

Für ein Dreiphasennetz ohne Nulleiter wird die Anordnung zweckmäßig nach Abb. 2 ausgeführt. Die Schalter C₁, C₂ und C₃ liegen in den Leitungen a_lt a₂, a_s. Die Überspannungsschutzvorrichtungen e_x, e», e₃ sind zwischen je zwei Leitungen angeordnet. Die Spulen d_lt d_2l d_s können jede für sich auf einen Schalter wirken; sie können aber auch jede für sich oder zwei zusammen auf alle drei Schalter gemeinsam wirken, so daß nie ein Phasenleiter allein, sondern immer alle drei Phasenleitungen unterbrochen werden. Ist an dem Drehstromnetz ein Nulleiter vorhanden, so erfolgt für jede Phase zweckmäßig die Schaltung nach Abb. 1. Es kann aber auch hier die Verbindung der Spule d mit den Schaltern so ausgeführt sein, daß bei einer Überspannung in einer Phase alle drei Phasenleitungen unterbrochen werden.

Die räumliche Anordnung der einzelnen Teile kann verschieden sein. Entweder kann c mit d und e oder aber nur c und d zusammengebaut sein. Die ganze Anordnung

läßt sich auch in der Weise ausführen, daß die Überspannungsvorrichtung e mit dem Widerstand" über einen Überstromschalter übergeschoben wird und mit einem Pol deg Überstromschalters und dem Nulleiter Κοϊί-Λ takt erhält. Jeweils nach dem Ansprechen des" Überstromschalters muß dann die Überspannungsschutzvorrichtung abgenommen werden, um den Überstromschalter wieder einschalten

to zu können. Hierbei kann dann gleichzeitig die Überspannungsschutzvorrichtung kontrolliert werden.

In Abb. 3 ist eine Ausführungsform für den Zusammenbau dargestellt. Die Anördnung ist so getroffen, daß der Uberspannungsschalter von außen leicht zugänglich und seine Schaltstellung erkennbar ist. In der Gebrauchslage, d. h. in der Einschaltstellung, wird der Schalter c mittels eines Hebels f vom Anker g gehalten. Bei Überstrom wird der Anker g, der normalerweise durch eine Feder nach oben bewegt wird, angezogen, so daß die Freigabe des Hebels f und damit die Auslösung des Schalters durch die Rückschnellfeder h bewirkt wird. Ein Austauschen der Überspannungsschutzvorrichtung e ist durch einen abnehmbaren Boden * o. dgl. leicht möglich.

Der Einbau läßt sich so durchführen, daß die Vorrichtung auf die Verteilungsschalttafel angebracht wird oder direkt als Hausanschlußsicherung dient. In diesem Falle wird der Überspannungsschutz zweckmäßig die Form eines Sicherungselementes bzw. eines Sicherungsstöpsels erhalten, damit das einheitliche Bild der Schalttafel nicht gestört wird. Bei Zählertafeln wird zweckmäßigerweise auch der Überspannungsschutz, der gegebenenfalls einen Bestandteil des Überstromschalters darstellt, unter einer plombierten Hülle angebracht. Eine einfache Ausführung ergibt sich, wenn die als Überspannungsschutz verwendete Glimmröhre für sich austauschbar angeordnet ist.

Die oben beschriebene Schutzvorrichtung kommt aber nicht nur in Frage zum Schutz von Leitungen und Apparaten, sondern sie kann auch zum Schutz von Personen verwendet werden, und zwar besonders, um zu verhindern, daß an Nulleitern oder den den Leitungen benachbarten Metallteilen höhere Spannungen gegen Erde auftreten. Die Schaltung ist dann derart durchzuführen, daß die Glimmröhre zwischen Nulleiter und Erde bzw. zwischen den zu schützenden Metallteilen und Erde liegt. Tritt zwischen diesen Punkten eine höhere Spannung auf, so wird ,xler Strom unterbrochen. Auch in diesem ■ pralle wird eine Hilfsspule mit dem Über-%tromschalter verbunden, deren zusätzliche Kraft die. Auslösung bewirkt bzw. beschleunigt.

Claims (5)

Patentansprüche: ,

1. Einrichtung zur Ableitung bzw. Begrenzung von Überspannungen in Leitungsnetzen, bei der zwischen Leitungen verschiedenen Potentials zweckmäßig mit Strombegrenzungswiderstand versehene Glimmröhren in Reihe mit der Auslösevorrichtung, z. B. der Auslösespule eines Selbstschalters, geschaltet sind, gekennzeichnet durch einen Installationsselbstschalter, der eine solche Auslöseverzögerung besitzt, daß kurzzeitige Überspannungen ohne Leitungsunterbrechung abgeleitet werden, bei langer andauernden Überspannungen dagegen die Leitung abgeschaltet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Selbstschalter in der Stromzuführungsleitung angeordnet ist und eine mit der Glimmröhre in Reihe geschaltete besondere Hilf sspule vorgesehen ist, die auf die Auslösevorrichtung des Selbstschalters bei Überspannungen unterstützend wirkt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmröhre und der .Selbstschalter einzeln oder zusammengebaut unter einer gegebenenfalls plombierbaren Hülle sitzen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Glimmröhren mit oder ohne Widerstand in einem Überstromschalter in der Form eines Sicherungselementes austauschbar untergebracht sind.

5. Einrichtung zur Ableitung bzw. Begrenzung von Überspannungen in Leitungsnetzen, insbesondere nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glimmröhre zwischen Nulleiter und Erde angeordnet ist, die bei einer zu hohen Spannung des Nulleiters gegen Erde den Strom durch direkte Einwirkung auf einen Selbstschalter oder durch eine auf den Selbstschalter wirkende Hilfsspule unterbricht. _ίί0

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen