DE647007C - Anordnung zum Abschalten von gas- oder dampfgefuellten Entladungsgefaessen mit zwei oder mehr Anoden beim Auftreten hauptstromseitiger Stoerungen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, die Steuerorgane von elektrischen gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen nicht nur zur Regelung des Zündeinsatzpunktes der Entladung in dem Entladungsgefäß, sondern auch zur» Abschaltung des Entladungsgefäßes beim Auftreten einer Betriebsstörung zu verwenden. Zu diesem Zweck muß den Steuergittern eine Sperrspannung aufgedrückt werden", die ein ausreichend negatives Potential gegenüber der Kathode erzeugt. Unter der Voraussetzung, daß die S teuer gitter in üblicher Weise dauernd unter Vorschaltung geeigneter Widerstände an ein negatives. Potential angeschlossen sind und für die Zündung durch eine geeignete Steuereinrichtung, beispielsweise einen Kontaktapparat, periodisch an eine positive Spannungsquelle angeschlossen werden, die in diesem Augenblick die Wirkung der negativen Spannungsquelle überwiegt, bestehen für die Sperrung der Steuergitter, d. h. für das Anlegen des negativen Gitterpotentials, zweierlei Möglichkeiten: Das von dem Störstrom oder der Störspannung beeinflußte Schutzrelais unterbricht die .Verbindung zwischen der positiven Spannungsquelle und den St'euergittern, beispielsweise in der Verbindungsleitung .zwischen- der Spannungsquelle und dem umlaufenden Kontaktarm eines Kontaktapparates, oder es werden Widerstände, welche in der Verbindungsleitung zwischen der negativen Spannungsquelle und den Steuergittern liegen, ganz oder zum Teil kurzgeschlossen, und zwar derart, daß die Wirkung der positiven Steuerimpulse dann aufgehoben is't. Die erstgenannte Schaltung hat den Vorteil, daß mehrere Entlädungsstrecken, beispielsweise die Entladungsstrekken eines mehranodigen Gleichrichters, welche im StörungsfaLle gleichzeitig gesperrt werden sollen, durch- ein einziges Kontaktpaar oder auch nur einen einzigen Kontakt eines Steuerrelais gesperrt werden können.. Andererseits hat die Schaltung "jedoch den Nachteil, daß das negative Gitterpotential, welches dauernd an die Steue.rgitter angeschlossen ist, so groß. bemessen werden muß, daß es im Kurzschlußfalle bei Wegfall der positiven Impulse eine, sichere Sperrung der Entladungsstrecke bewirkt, eine Bedingung, welche zu einer Größe des negativen und des positiven Gitterpotentials führt, die für den

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Franz Socher in Finkenkrug b. Berlin-Spandau und Dipl.-Ing. Clemens Hofmann in Berlin-Spandau.

normalen Dauerbetrieb an sich nicht erforderlich wäre. Bei der zweitgenannten Anordnung wird dieser Nachteil vermieden; denn ein während des Dauerbetriebes infolge der Vorschaltung von Widerständen verhältnismäßig geringes negatives Sperrpotentiäl kann durch Überbrücken dieser Widerstände im Störungsfalle so groß gemacht werden, daß es eine sichere Sperrung auch unter Beibehaltung der positiven Steuerimpulse bewirkt.

Bei der zweiten Schutzschaltung stößt man jedoch bezüglich der die Widerstände kurzschließenden Relais auf Schwierigkeiten, sobald es sich um zwei oder mehrere gleichzeitig zu sperrende Entladungsstrecken handelt. Relais, welche im vorliegenden Falle zum Zwecke des Kurzschließens eines Widerstandes ihre Arbeitskontakte im Augenblick der Störung schließen sollen, haben die Eigenschaft der sogenannten Prellung, d. h. der Relaisanker nimmt nicht sofort die neue Arbeitsstellung ein, sondern braucht eine gewisse Zeit, bis der Arbeitskontakt fest geschlossen ist. Diese Eigenschaft mechanischer Relais in einer Schutzschaltung für Entladungsstrecken durch Anlegen einer Sperrspannung an die Steuergitter ist äußerst nachteilig, denn sie bringt es mit sich, daß in dem Augenblick, in dem eine sofortige Abschaltung des Entladungsgefäßes erforderlich ist, um weitgehende Beschädigungen und unter Umständen sogar eine Zerstörung des Entladungsgefäßes zu vermeiden, das Entladungsgefäß mehrfach wieder eingeschaltet wird.

Relais, welche die Eigenschaft der Prellung nicht haben, können mit ausreichender Sicherheit nur dann gebaut werden, wenn sie nur *o ein einziges Kontaktpaar betätigen. Um nun bei mehreren gleichzeitig zu sperrenden Entladungsstrecken mit nur einem Kontaktpaar am Schutzrelais auszukommen, könnte man bei der Schutzschaltung mit kurzzuschließendem Widerstand auf den Gedanken kommen, für sämtliche Steuergitter einen gemeinsamen, zwischen Steuergitter und negativer Spannungsquelle liegenden Vorschaltwiderstand zu verwenden und diesen im Störungsfalle durch einen Relaiskontakt zu überbrücken. Das ist jedoch mit Rücksicht auf den einwandfreien Betrieb gittergesteuerter Entladungsstrecken nicht möglich. Es muß vielmehr für jedes Steuergitter ein besonderer Vorschaltwiderstand vorgesehen sein, damit verhindert wird, daß ein positiver Steuerimpuls eines Steuergitters sich über die Leitungen zwischen den Steuergittern und der negativen Spannungsquelle auf das Steuergitter einer anderen Entladungsstrecke überträgt. Bei mehreren Entladungsstrecken, d. h. beispielsweise bei mehranodigen Entladungsgefäßen, kann die an sich vorteilhafte Schutzschaltung mit kurzzuschließenden Widerständen somit nur dann angewendet werden, wenn es gelingt, sämtliche Widerstände gleichzeitig kurzzuschließen.

Gemäß der Erfindung wird nun das angestrebte Ziel dadurch in vollkommenster Weise erreicht, daß bei einer Anordnung zum Abschalten von gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen mit zwei oder mehr Anoden beim Auftreten hauptstromseitiger Störungen, deren Steuergitter über Widerstände solcher Größe gemeinsam an die gleiche negative Sperrspannungsquelle gelegt sind, daß ein positiver Zündspannungsstoß an einem Gitter die benachbarten Gitter nicht beeinflussen kann, an die Gitter gegebenenfalls * über Widerstände geringer Größe die Anoden elektrischer Ventile angeschlossen sind, deren Kathoden durch Steuerung nur eines einzigen Stromkreises, beispielsweise das Schließen oder Öffnen eines Relaiskontaktes, gleichzeitig an die negative Sperrspannungsquelle angeschlossen werden. Mit dieser Schutzschaltung gelingt es, sämtliche Steuergitter mit Sicherheit gleichzeitig an das für die Sperrung erforderliche negative Potential anzuschließen, ohne daß mehrere mechanisch zu steuernde Relaiskontakte notwendig sind. Schaltet man beispielsweise die der Sperrspannungsquelle zugekehrten Elektroden der den einzelnen Steuergittern zugeordneten elektrischen Ventile untereinander parallel und verbindet sie durch eine gemeinsame Leitung mit der Sperrspannungsquelle, so genügt ein einziges in dieser Leitung liegendes Kontaktpaar des Steuerrelais, um sämtliche Steuergitter gleichzeitig zu sperren, und, wie bereits erwähnt, kann bei Relais mit nur einem Kontaktpaar die Erscheinung der Prellung vermieden werden.

Für die Schutzschaltung nach der Erfindung können in den Gitterkreisen der Hauptentladungsstrecken elektrische Ventile verschiedener Art verwendet werden. Man kann beispielsweise nicht steuerbare elektrische Ventile verwenden, wie Oxydgleichrichter oder Entladungsstrecken mit dauernd emissionsfähiger Kathode ohne Steuergitter. Die letzteren Ventile können als Hochvakuumentladungsgefäße oder als gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße mit Quecksilberkathode oder mit Glühkathode ausgebildet sein.

Eine besonders zweckmäßige Schutzschaltung erhält man, wenn gemäß einer Fortbildung 4^er Erfindung gittergesteuerte Entladungsstrecken zum Sperren der Steuergitter der Hauptentladungsstrecken verwendet werden. Diese Anordnung hat den Vor-

teil, daß man mit- einem Steuerrelais arbeiten kann, welches im Störungsfalle seine Arbeitskontakte nicht schließt, sondern öffnet. Die Steuergitter der elektrischen Ventile sind zu dem Zweck über die' Arbeitskontakte eines gemeinsamen Schutzrelais im normalen Betriebe dauernd an . ein negatives Sperrpotential angeschlossen; im Störungsfalle werden die Arbeitskontakte des Relais unterbrachen, das negative Potential wird aufgehoben und durch ein vorher unwirksames positives Potential ersetzt, so daß die Ventile leitend werden und durch sie die Vorschaltwiderstände der ihnen zugeordneten Steuergitter des Hauptentladungsgefäßes gleichzeitig kurzgeschlossen werden.

Die Schutzschaltung mit gittergesteuerten elektrischen Ventilen hat noch den Vorteil, daß man ganz ohne mechanische Kontakt-

.20 gäbe auskommen kann. Zu dem Zweck wird das vorstehend erwähnte Schutzrelais durch ein steuerbares Entladungsgefäß, beispielsweise ein Hochvakuumrohr, ersetzt, dessen Steuerspannung unmittelbar durch eine im Störungsfalle erzeugte Spannung oder einen Steuerstrom beeinflußbar ist. Das Steuergitter des Elektronenrohres kann zu dem Zweck beispielsweise in geeigneter Schaltung mit einem vom Kurzschlußstrom der Anlage durchflossenen Stromwandler in Verbindung stehen.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. ι eine Anordnung, bei der den Widerständen im Gitterkreis ein Hilfsentladungsgefäß ohne Steuergitter parallel geschaltet wird, während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 dieses Hilfsentladungsgefäß mit Steuergittern versehen ist.

In Fig. ι bezeichnet 1 ein elektrisches gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß mit der Kathode 2, den Anoden 3 und den Steuergittern 4. Diesen Steuergittern wird von einer Steuerspannungsquelle 5 sowohl ein Zünd- als auch ein Sperrpotential aufge-• drückt. Das Zündpotential wird den einzelnen Steuergittern durch einen Kontaktapparat 6 vermittelt, der mit einer der Anzahl der Steuergitter entsprechenden Zahl von Kontakten 7 ausgerüstet ist. Die rotierende Bürste 8 vermittelt den Anschluß der Steuergitter zu den gewünschten Zeiten an den positiven Pol der Steuerspannungsquelle 5. In die Verbindungsleitungen der Steuergitter mit den Kontakten des Kontaktapparates 6 können Widerstände 9 eingeschaltet werden. Die Steuergitter sind gleichzeitig über Widerstände 10 und 11 mit dem negativen Pol der Steuerspannungsquelle S verbunden. Die Widerstände 10 dienen im Falle der Sperrung zur Begrenzung des Gitterstromes auf ein erträgliches Maß, während die Widerstände 11 dazu dienen, im Normalsteuerfall die negative Vorspannung der Gitter so zu schwächen, daß sie kleiner ist als die positiven Zündimpulse. Ein Zusammenlegen der Widerstände 11 in einen gemeinsamen ist nicht zulässig, da sonst ein Übergreifen eines einem Steuergi'tter aufgedrückten Zündspannungsimpulses auf die übrigen Steuergitter des Entladungsgefäßes erfolgt.

Bei der bisher beschriebenen Schaltung treten nun die vorgenannten Merkmale in der Weise auf, daß durch die Widerstände 11 das Sperrpotential so weit herabgemindert wird, daß in dem Augenblick, wo eine Abschaltung erforderlich ist, kein genügend hohes Sperrpotential zur Verfügung steht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun den Widerständen 11 ein Hilfsentladungsgefäß 12 parallel geschaltet, das mit einer ständig erregten Kathode 13 versehen ist. Die Punkte in den Gitterzuleitungen zwischen 10 und 11 sind mit den Anoden 16 des Hilfsentladungsgefäßes 12 verbunden. Die Kathode 13 des Hilfsentladungsgefäßes 12 ist an den negativen Pol der Steuerspannungsquelle 5 angeschlossen. In der Kathodenleitung des Hilfsentladungsgefäßes 12 ist ein Relais 17 vorgesehen, das durch den Störstrom beeinflußt wird. Beispielsweise können auf der Anodenseite des Entladungsgefäßes 1 Stromwandler in die Speiseleitungen eingebaut werden, in denen bei Auftreten einer Rückzündung oder eines Kurzschlusses kurzzeitig eine Spannung induziert wird. Der durch diese Spannung in der Relaisspule erzeugte Stromstoß bringt das Relais 17 zum Ansprechen. Es kann jedoch auch in der Kathodenleitung ein Stromwandler eingebaut werden, der in gleicher Weise bei Auftreten einer Betriebsstörung anspricht. Schließlich sei noch erwähnt, daß die Steuerspannungsquelle 5 eine Anzapfung für die Entnahme einer mittleren Spannung besitzt. Diese Anzapfung ist über die Leitung 18 mit der Kathode des Entladungsgefäßes 1 verbunden. Auf diese Weise wird sowohl die positive wie die negative Gitterspannung von der einen Steuerspannungsquelle geliefert. Als Steuerspannungsquelle 5 können z. B. auch eine Dreileitermaschine oder zwei in Serie geschaltete Gleichstrommaschinen verwendet werden.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:

Während des normalen Betriebes wird den Steuergittern 4 des Entladungsgefäßes 1 durch den Kontaktapparat 6 von der Steuer-Spannungsquelle 5 zu gegebenen Zeiten ein Zündspannungsimpuls aufgedrückt. Das

Hilfsentladungsgefäß 12 ist nicht in Betrieb, und die Widerstände 11 begrenzen die Sperrspannung unter den Zündspannungswert und verhindern ein Übergreifen des Zündspannungsstoßes eines Gitters auf die übrigen Steuergitter des Entladungsgefäßes 1. Tritt jedoch eine Betriebsstörung in der Anlage auf, so spricht das Relais 17 an. Infolge der ständigen Erregung des Hilfsentladungsgefäßes 12 setzt sofort die Entladung in dem Hilfsentladungsgefäß 12 ein, und den Gittern wird unter Umgehung der Widerstände 11 ein verhältnismäßig hohes Sperrpotential aufgedrückt.

In der Fig. 2 sind die der Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Hilfsentladungsgefäß 12 ist jedoch in diesem Fall mit Steuergittern 19 versehen, die über das Relais 20 und unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Spannungsquelle 21 mit der Steuerspannungsquelle 5 verbunden sind. Die zusätzliche Steuerspannungsquelle 21, die zwischen der Kathode 13 und den Steuergittern 19 vorgesehen ist, dient dazu, ein vollkommen sicheres Sperren des Hilfsentladungsgefäßes während des normalen Betriebes der Anlage zu gewährleisten. Dg.s Relais 20 wird wiederum durch den in einem Stromwandler auftretenden Spannungsstoß beeinflußt. Das rechts angeordnete Kontaktpaar des Relais 20, das die Anschaltung eines Zündpotentials vermittelt, ist durch einen Widerstand 22 überbrückt, so daß das Entladungsgefäß 12 schon bei Lösung der Verbindung der Steuergitter 19 mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 21 zu arbeiten beginnt. Anstatt des mechanisch arbeitenden prellungsfreien Relais 20 kann jedoch auch ein weiteres Hilfsentladungsgefäß verwendet werden, das während des normalen Betriebes der Anlage brennt und den Steuergittern 19 ein negatives Potential vermittelt, jedoch bei Auftreten einer Betriebsstörung durch den Störstrom direkt oder indirekt gelöscht wird, so daß nun das Entladungsgefäß 12 zu arbeiten beginnt, die Widerstände 11 kurzschließt und infolgedessen an die Steuergitter 4 des Entladungsgefäßes ι ein genügend hohes Sperrpotential gelangt.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Abschalten von gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen mit zwei oder mehr Anoden beim Auftreten hauptstromseitiger Störungen, deren Steuergitter über Widerstände solcher Größe gemeinsam an die gleiche negative Sperrspannungsquelle gelegt sind, daß ein positiver Zündspannungsstoß an einem Gitter die benachbarten Gitter nicht beeinflussen kann, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gitter, gegebenenfalls über Widerstände geringer Größe, die Anoden elektrischer Ventile angeschlossen sind, deren Kathoden durch Steuerung nur eines einzigen Stromkreises, beispielsweise das Schließen oder öffnen eines Relaiskontaktes, gleichzeitig an die negative Sperrspannungsquelle angeschlossen werden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei gesteuerten Entladungsstrecken, deren Steuergittern zur Leistungsregelung Steuerimpulse (Zündspannungsspitzen) zugeführt werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Sperrspannungsquelle zugekehrten Elektroden der elektrischen Ventile untereinander parallel geschaltet und durch eine einen Steuer- bzw. Relaiskontakt enthaltende gemeinsame Leitung mit der Sperrspannungsquelle verbunden werden.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventile in den Gitterkreisen der Hauptentladungsstrecken nicht steuerbare elektrische Ventile, beispielsweise Oxydgleichrichter oder Vakuumventile mit dauernd emissionsfähiger Kathode ohne Steuergitter, dienen.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventile in den Gitterkreisen der Hauptentladungsstrecken solche mit Steuergittern dienen, deren Gitterspannungen gleichzeitig und gemeinsam durch Steuerung nur eines Stromkreises beeinflußbar sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4 und 5 bei Verwendung von Entladungsstrecken als Ventile in den Gitterkreisen der Hauptentladungsstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß für sämtliche gleichzeitig zu steuernden Hauptentladungs-Streckengitter ein gemeinsames mehranodiges Entladungsgefäß vorgesehen ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergitter aller Gitterkreisventile betriebsmäßig an eine Sperrspannungsquelle über einen Steuer- oder Relaiskontakt angeschlossen sind, der zum Zwecke der Zündung der Ventile unterbrochen wird.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur gemeinsamen Steuerung der Steuergitter der Gitterkreisventile ein Hilfsentladungsgefäß, beispielsweise ein Hochvakuumgefäß oder ein gas- oder dampfgefülltes iao Gefäß, verwendet ist, dessen Stromdurchgang ohne Zuhilfenahme mechanischer

   Kontakte, beispielsweise durch, einen vom Störstrom durchflossenen Stromwandler, beeinflußbar ist. .
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkreisventile den Widerständen in den Gitterkreisen der Hauptentladungsstrecken, über die die Gitter in bekannter Weise an eine Sperrspannungsquelle angeschlossen sind, parallel geschaltet sind.

   Hierzu 1 Blaft Zeichnungen