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Entladungsröhre zum Schutze elektrischer Apparate oder Netzzweige
gegen Überspannungen Es ist bereits bekannt, zum Schutz von elektrischen Apparaten
oder Netzzweigen gegen Überspannungen Entladungsröhren zu verwenden, die bei Überschreitung
einer für den zu schützenden Apparat noch zulässigen Spannung ansprechen und deren
Entladungsvorgang bei Wiederherstellung der normalen Betriebsbedingungen wieder
verlöscht. In bestimmten Fällen, z. B. beim Schutz von: Kondensatoren für die direkte
Kompensation von elektrischen Fernleitungen, muß die Entladungsröhre im Kurzschlußfalle
die gesamte Kurzschlußleistung der Anlage führen können, und zwar so lange, bis
die Fehlerquelle abgeschaltet ist, was u. U. bis zu i o Sekunden dauern kann. Entladungsröhren
für so hohe Leistungen müssen eine Lichtbogencharakteristik besitzen, da der Spannungsabfall
in der Röhre so klein wie möglich gehalten werden muß, um die in der Röhre vernichtete
Energie gering zu halten und insbesondere die Elektroden nicht zu überhitzen. Die
`Elektroden werden aus diesem Grunde zweckmäßig mit einer Oxydpaste versehen, die
die Austrittsarbeit verringert und damit eine hohe Belastung ermöglicht. Es ist
auf diesem Wege ohne weiteres möglich, Entladungsröhren für eine kurzzeitige, also
mehrere Sekunden währende Belastung 'von mehreren i oo bis zu i ooo und mehr Ampere
auszuführen. Gewisse Schwierigkeiten bereitet indessen die Selbstlöschung, d. h.
die Forderung, daß nach dem Ansprechen der Röhren die Zündspannung nicht bis unter
die Betriebsspannung absinkt. Denn es ist ja an und für sich bekannt, daß nach dem
Ansprechen einer Lichtbogenstrecke, die durch Elektrodenabstand und Gasdruck auf
jede gewünschte Zündspannung gebracht werden kann, die Ionisation der Entladungsstrecke
zur Folge hat, daß beim Betrieb mit Wechselspannung, die in jeder Halbwelle auftretende
Zündspitze auf sehr kleine Werte absinkt. Dieses bedeutet jedoch, daß bei einer
starken Ionisation der Gasstrecke, wie sie mit der Führung einer so hohen Leistung
verbunden ist, die als einfache Lichtbogenstrecke ausgebildete Schutzröhre auch
beim Erreichen der normalen Betriebsspannung weiterbrennt.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Nachteil zu beseitigen
und in besonderem Maße sicherzustellen, daß die Löschspannung der Röhre, selbst
bei sehr starker Belastung, genügend hoch über der Betriebsspannung (Netzspannung)
liegt und erhalten bleibt.
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Nach der Erfindung wird die Einrichtung so getroffen, daß wenigstens
einer der Elektroden eine Düse aus Material mit hohem Schmelzpunkt, -wie Wolfram,
vorgelagert ist, derart, daß die Entladung durch die Düse hindurch erfolgt und letztere
bis zur Emissionstemperatur erhitzt wird. Infolgedessen bildet sich in der Düse
eine negative Raumladungszone, die den freien Querschnitt der Düsenöffnung verringert.
Dadurch wird der zu Anfang der Zündung der Entladung zwischen den Hauptelektroden
vorhandene Durchtritt der Kraftlinien von Hauptelektrode zu
Hauptelektrode
verringert und eine Wiederzündung der Entladung unterhalb einer bestimmten Spannung
wirksam verhütet. Der Zeitpunkt, bei dem diese Sperrspannung erreicht ist, läßt
sich durch entsprechende-Dimensionierung der Düsen und mehr o4erweniger gute Wärmeableitung
in weiten Grenw`: zen variieren, da .er in der Hauptsache von dem Moment abhängt,
in dem eine genügend starke Raumladung, d. h. eine genügend hohe Temperatur, in
den Düsen erreicht ist. Die Düsen werden zweckmäßig auf negatives Potential gegenüber
den Hauptelektroden gebracht und der innere Widerstand dieser Vorspannungsbatterie
so hoch gewählt, daß die Entladung zwischen den Düsen, vernachläss:igbar klein ist.
Durch dieses negative Potential werden die umherwandernden Ionen von den Düsen angezogen,
so daß der Raum zwischen den Hauptelektroden möglichst von Ionen befreit wird und
dadurch eine Wiederzündung weitgehend vermieden wird. Durch geeignete Schutzhüllen
aus feuerfestem Isoliermaterial wird die Zündung zwischen den Hauptelektroden außerhalb
der Düsen verhindert.
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Es zwar an sich bekannt, bei Entladungsröhren den Entladungsstrom
durch düsenförmige öffnungen oder Kanäle hindurchzuleiten. Bei Leuchtröhren ist
bereits die Einrichtung so getroffen worden, daß die Entladung durch ein enges Röhrchen
hindurchgehen mu.ß, welches sich über einen größeren Teil der Entladungsbahn erstreckt.
Es handelt sich bei diesen bekannten Anordnungen darum, die sog. Kapillarlichtwirkung
zu erzielen. Ferner sind bereits Gleichrichterröhren bekanntgeworden, bei denen
die Kathode von einem Behälter mit düsenförmiger Austrittsöffnung für den Entladungsstrom
umgeben oder die Kathode selbst als Hohlraum mit düsenförmiger Austrittsöffnung
für die Entladung ausgebildet ist. Bei diesen bekannten Gleichrichterröhren soll
nämlich an der Kathode bzw. innerhalb des Hohlraumes derselben eine gewisse, künstlich
zu ionisierende Gas- oder Dampfwolke vorhanden sein, um den Kathodenfall herabzusetzen.
Die Kathode bzw. der Kathodenbehälter hatte bei diesen Anordnungen eine möglichst
modrige Temperatur, wie es den Verhältnissen einer Kathode bei einer Glimmentladung,
mit der diese Gleichrichter arbeiten, entspricht. Bei der Erfindung handelt es sich
aber um Röhren für die Zwecke der überspannungsableitung, und es sind die vor der
Elektrode angeordneten Düsen so daß diese beim Entladungsvorgang eine hohe Temperatur
annehmen, welche eine starke Elektronenemission des Materials, durch das die düsenförmigen
öffnungen gebildet wer--den, bedingt. Durch die auf diese Weise e_schaffenen negativen
Raumladungen in den ',§en wird das ungewollte Absinken der L@#chspannung der Röhre
wirksam vorhin-'iert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt.-
Darin stellen i und 2 die Hauptelektroden dar, die durch die Zuführungen 5 und 6
in den Glaskolben ; eingeführt sind. Die zur Sperrung dienenden Düsen sind als Abschlußdeckel3
und ,1 der die Hauptelektroden allseitig abschirmenden, isolierenden Hüllen io und
i i ausgebildet und über besondere Ausführungen über die Vorspannbatterien 8 und
9 mit den Hauptelektroden elektrisch verbunden. Zunächst, im kalten Zustand, ist
die Düsenöffnung für den Durchtritt der zwischen den Hauptelektroden übergehenden
Kraftlinien ausreichend groß, um eine Zündung herbeizuführen. Die bei Erreichung
der Emissionstemperatur innerhalb der Düsen sich ausbildende Raumladungszone bewirkt
eine Sperrung, so daß die Zündung unterhalb einer gewissen Spannung nicht mehr einsetzt.
Sobald der Lichtbogen einmal ausgesetzt hat, bewirkt die Entionisierung der gesamten
Entladungsstrecke, daß die Entladungsröhre ihre Spannungsfestigkeit wiedererlangt.