-
überstromschutzeinrichtung für elektrische Apparate Es kommt häufig
vor, daß elektrische Apparate durch plötzlich auftretende Überströme gefährdet werden.
Ein Beispiel hierfür ist die Messung der Vorströme einer Funkenentladung, für welche
sehr empfindliche Meßinstrumente benötigt werden. Beim Eintreten des Funkenüberschlags
steigt der Strom plötzlich um mehrere Zehnerpotenzen an und kann leicht das Meßinstrument
zerstören. Schnell wirkende Schalter oder Sicherungen reichen zum Schutz nicht immer
aus, weil der Überstrom in diesen selbst eine beträchtliche Arbeit zu leisten hat,
also erst zu einem entsprechend hohen Wert ansteigen muß, ehe die Schutzwirkung
der Schalter bzw. der Sicherungen einsetzt.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Überstrotnschufzeinrichtung für
elektrische Apparate, vorzugsweise Meßinstrumente oder Elektronenrohre, in deren
Speisekreis bereits ein Überstromschutz, beispielsweise die Sperrung des den Strom
liefernden Gleichrichters, vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist zu dem zti schützenden
Apparat eine steuerbare Entladungsstrecke parallel geschaltet, deren Spannungsabfall
im stromleitenden Zustand für den zu schützenden Apparat auch im Störungsfalle eine
unschädliche Höhe hat, und es wird diese Entladungsstrecke beim Auftreten eines
Überstromes gezündet, wobei gleichzeitig die in bekannter Weise im Speisekreis des
Apparates angeordnete überstromschutzeinrichtung zum Ansprechen gebracht wird.
-
Die im Störungsfall zu dem zu schützenden Apparat parallel geschaltete
Entladungsstrecke wirkt für den Apparat wie ein praktisch vollkommener Kurzschluß,
der jedwede Überlastung unter allen Umständen von dem Apparat fernhält. Naturgemäß
muß der Strom, welcher in dem Kurzschlußweg, d. h. in der parallel geschalteten
Entladungsstrecke, fließt, in verhältnismäßig kurzer Zeit zu außerordentlich großen
Werten anwachsen, weil ja der wirksame Widerstand an dieser Stelle des Stromkreises
ganz erheblich herabgesetzt wird. Dieses Anwachsen des Stromes wird aber bei der
Schutzeinrichtung nach der Erfindung dadurch berücksichtigt, daß außer der den Apparat
schützenden, zu ihm parallel geschalteten Entladungsstrecke noch ein Überstromschalter
vorgesehen isst, welcher den Stromkreis zwischen der Stromquelle und dem Apparat
unterbricht, sobald der Strom einen bestimmten Höchstwert überschreitet. Die Schutzwirkung
der erfindungsgemäßen Einrichtung ist nur während sehr kurzer Zeit wirksam, d. h.
während der Zeit, die notwendig ist, um die im Stromkreis liegende
überstromscbalteinrichtung
endgültig zum Abschalten zu bringen. Diese Zeit ist aber vielfach ausreichend, um
besonders empfindliche Apparate weitgehend zu zerstören. Die gemäß der Erfindung
parallel geschaltete Entladungsstrecke sorgt dafür, daß in dieser kurzen Zeit unter
allen Umständen verhindert wird, daß in dem Apparat ein Kurzschlußström fließt.
-
Als Entladungsstrecke kann sowohl eine solche in einem Vakuumgefäß
als auch eine solche unter Atmosphärendruck verwendet werden. In jedem Fall sind
die Entladungsstrecken mit Hilfs- bzw. Steuerelektroden versehen. Ein derartiger
Apparat kann praktisch trägheitslos mit Hilfe der Steuerelektroden zum Ansprechen
gebracht werden. Im unbenutzten Zustand ist die Lichtbogenstrecke urierregt oder
durch Anlegung von Spannungen entsprechender Polarität gesperrt. Im Falle einer
in dem zu schützenden Apparat eintretenden kürzschlußartigen Störung wird mittels
einer der bekannten rein elektrischen Übertragungsarten, am zweckmäßigsten durch
induktive Kopplung, ein (positiver) Spannungsstoß auf die Hilfs- bzw. Steuerelektroden
übertragen und dadurch der Stromül)ergang im Lichtbogenapparat eingeleitet. Der
an dem zu schützenden Apparat liegende Spannungsanteil der die Anlage speisenden
Stromquelle sinkt dann auf den Spannungsabfall der Hilfsentladungsstrecke. Verwendet
man eine Lichtbogenentladung in einem Vakuumgefäß, dessen Kathode nicht durch Hilfslichtbogen
oder Heizung auf Glühtemperatur betriebsbereit gehalten wird; so kann man vorteilhaft
in an sich bekannter Weise eine Hilfselektrode nahe der Lichtbogenkathode anordnen
und durch einen Überschlag zwischen Hilfselektrode und Kathode die Entladung zwischen
Anode und Kathode einleiten.
-
Durch die ezivähnten '.induktiven, aber ,auch durch kapaztive und
andere Kopplungsiarten der Hilfs- bzw. Steuerelektroden mit dem zu schützenden Stromkreis
wird erreicht, daß die gewünschte Schutzwirkung durch Ableitung des Kurzschlußstromes
bereits eintritt, bevor er seinen Maximalwert erreicht hat. Die Steuerung durch
Steuerelektroden bei erregter Kathode wirkt am schnellsten, weil die Steuerelektrode
nur eine verschwindend geringe Energie zur Einleitung der Entladung benötigt. Etwas
weniger schnell, aber für viele Zwecke noch in der Schutzwirkung ausreichend, wirkt
die Hilfselektrodenzündung des urierregten Lichtbogens, weil hier Energie für einen
Spannungsstoß von meist einigen tausend Volt erforderlich ist. Trotzdem ist es auch
nach dieser Methode möglich, den Überstrom des zu schützenden Apparates bereits
bei kleineren Werten zu unterdrücken, als dies mit den üblichen mechanischen oder
thermischen Überstromsicherungen geschieht.
-
Die Überstromschutzeinrichtung gemäß der Erfindung kann sowohl in
Gleichstromals auch in Wechselstromkreisen verwandt werden.
-
- Der durch vorliegende Erfindung geschaffene Überstromschutz ist
nicht zu werwechseln mit einem überspannungsschutz. Für diesen werden zuweilen Gasentladunggsstrecken
verwendet. Jedoch kann ein Überspannungsschutz nicht die hier zugrunde liegende
Aufgabe erfüllen, weil Überströme nicht notwendig in Begleitung und infolge von
Über spannurigen auftreten müssen.
-
Eine vorteilhafte Anwendung findet die vorliegende Erfindung in drahtlosen
Sendeanlagen. Diese werden in der sogenannten Endstufe mit Senderöhren ausgerüstet,
die an eine Hochspannungsgleichstromquelle angeschlossen sind.
-
Fig. i zeigt als Ausführungsbeispiel eine derartige Schaltung.
-
Die schematisch gezeichneten Senderöhren i sind parallel an die positive
Leitung :2 und die negative Leitung 3 angeschlossen. Gemäß der Erfindung ist den
zu schützenden Apparaten eine Entladungsstrecke d. zugeordnet, in diesem Fälle ein
Metalldampfentladungsgefäß mit fremderregter Metallkathode Das Gitter 6 der Röhre
ist über die Sekundärwicklung eines Transformators 7 an eine Batterie 8 gelegt,
die dem Gitter eitle negative Vorspannung erteilt. Die Primärwicklung des Transformators
7, der nicht eisengeschlossen zu sein braucht, liegt im Zuge der Leitung 3. Die
Leitungen 2 und 3 werden aus einer Gleichstromhochspannungsquelle 9 über eine Glättungsdrossel
io und einen Querkondensator i i gespeist. Im Zuge der Leitung 2 ist ein automatischer
Schalter 12 enthalten.
-
Tritt in einer der Senderöhren i während , des Betriebes ein Durchschlag
auf, so spricht der Überstromschälter 12 an. Ein Lichtbogen wandert an seinen Hörnern
in die Höhe und reißt ab. Der Kurzschlußstrom würde also eine merkliche Zeit durch
die von dem Durchschlag betroffene Röhre fließen und diese unbrauchbar machen. Da
aber die Röhre q. über den Transformator 7 bei richtiger Schaltung ein positives
Gitterpotential bereits zu Beginn des Durchschlages erhält, so wird sie stromleitend
und übernimmt den Kurzschlußstrorn, insbesondere wenn die Senderöhren i mit geringen
Vo:widerständen versehen sind. In dieser Weise .kann gemäß der Erfindung die wertvolle
Senderöhre geschont werden und voll gebrauchsfähig bleiben.
Im Falle
der Benutzung eines gittergesteuerten Gleichrichters als Spannungsquelle wird neuerdings
eine Gittersperrung angewendet, welche in verhältnismäßig kurzer Zeit, nämlich innerhalb
einer Wechselstromperiode, die Sperrung des Gleichrichters bewirkt, wenn ein Kurzschluß
erfolgt. Dadurch wird der Schalter z2 überflüssig. Die Schutzröhre4. kann aber nicht
entbehrt werden, weil die Entladung der häufig recht großen Kapazität i i über einen
Senderöhrendurchschlag natürlich nicht zu verhindern ist. Es ist deshalb sehr zweckmäßig,
erfindungsgemäß die Sperrung des Speisegleichrichters 9 zugleich mit der Entsperrung
der Schutzröhre :I vorzunehmen, was mittels einer Tertiärwicklung des Transformators
7 durchführbar ist.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der- Erfindung ist in Fig.2 dargestellt,
und zwar soll durch dieses im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i sowohl
die Anwendung der Erfindung für Wechselstromkreise als auch die Benutzung von Entladungsstrecken
unter Atmosphärendruck gezeigt werden. In der Schaltung nach Fig. 2 soll ein zur
Prüfung der dielektrischen Verluste eines Kabels verwandtes Meßinstrument
13
vor schädlichem Überstrom geschützt werden. Das Prüfkabel 14 ist mit seiner
Kapazität in Reihe mit einer Wechselstromhochspannungsquelle 15, einem Überstromschalter
16, dem Instrument 13 und der Primärwicklung eines Transformators
17 geschaltet. Parallel zu dem Instrument 13 und der Primärwicklung
17 des Transformators liegt eine Entladungsstrecke unter Atmosphärendruck
i8-i9, welche als Schutz für das Instrument 13 gemäß der Erfindung dient.
Zwei Hilfs- bzw. Steuerelektroden 2o und 21 sind in geringem Abstand von den Lichtbogen-bzw.
Funkenstreckenelektroden angeordnet und über je eine Sekundärwicklung des Transformators
17 so angeschlossen, daß beim Auftreten eines Kurzschlußstromes in der Primärwicklung
Spannungen von entgegengesetzter Polarität zwischen je einer Hilfselektrode 2o bzw.
21 und der zugehörigen Hauptelektrode 18 bzw. i9 induziert werden. Die Hilfselektrodenspannungen
weisen in bezug auf die zugehörige Hauptelektrode gleiche Richtungen auf wie die
nicht zugehörige Hauptelektrode gegen diese. Tritt nun ein Überschlag beispielsweise
zwischen i9 und 21 auf, wenn i9 negativ gegen 18 und 21 ist, so folgt augenblicklich
ein Durchschlag der Entladungsstrecke 18, 19, welche den Kurzschlußstrom
aufnimmt, bis der Schalter 16 abgeschaltet hat.
-
Bei der Ausführung der Entladungsstrecke in Fig. 2 ist angenommen,
daß zwischen der Hilfselektrode und der zugehörigen Haupt-e,
im gegebenen
Augenblick eine Entladung einsetzt, durch die eine Ionisation der Hauptentladungsstrecke
zwecks Einlei--cunng der Entladung zwischen den Hauptelektrcclen und Übernahme der
Stromführung durch diese hervorgerufen wird. Vorteilhaft läßt sich die Entladungsstrecke
unter Atmosphärendruck auch derart gestalten, daß zwischen der Hilfselektrode und
der Hauptelektrode keine Entladung auftritt, sondern die Hilfselektrode lediglich
zur Steuerung der Hauptentladung dient. In diesem Falle wird die Hilfselektrode
beispielsweise als Ring um eine als Spitze ausgebildete Hauptelektrode angeordnet.
Legt man nun an die Ringelektrode das gleiche Potential, wie es die Spitzenelektrode
besitzt, so wirkt diese Anordnung wie eine Platte, und drückt man der Ringelektrode
ein gegenüber der Spitzenelektrode entgegengesetztes Potential auf, so wird die
von einer Spitze ausgehende Stromableitung infolge des bestehenden inhomogenen Feldes
zwischen Ring- und Spitzenelektrode verstärkt. Ordnet man nun zwei derartige Elektrodengebilde
einander gegenüber an und legt an die Ring- (Steuer-) bzw. Spitzenelektroden entsprechende
Spannungen an, so kann im gewünschten Augenblick eine Entladung einsetzen. Vereinfachen
läßt sich die Anordnung im vorliegenden Anwendungsfalle dadurch, daß man anstatt
der einen Spitze-Ring-Elektroderiariordnung eine Plattenelektrode benutzt.
-
Selbstverständlich kann man in der Einrichtung gemäß der Erfindung
nach Fig. 2 anstatt der Entladungsstrecke unter Atmosphärendruck auch Metalldampf-
oder Gasvakuumentladungsgefäße zur Verwendung in Wechselstromkreisen kombinieren.
Desgleichen können auch Entladungsstrecken unter Atmosphärendruck mit nur einer
Hilfs-bzw. Steuerelektrode an einer Hauptelektrode in Gleichstromkreisen als Überstromschut7
verwendet werden.