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Schutzschaltung für elektrische gesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrecken
Es ist bekannt, gesteuerte elektrische Gas-oder Dampfentladungsstrecken im Falle
einer Betriebsstörung dadurch abzuschalten, daß mit Hilfe von Relais oder gleichwertigen
Schaltmitteln den Steuerorganen der Entladungsstrecken eine Sperrspannung, meistens
eine negative Spannung, aufgedrückt wird. Infolgedessen erlöschen die Entladungsstrecken
in kürzester Zeit, so daß Schäden sowohl der gesamten Anlage als auch der Entladungsgefäße
selbst vermieden werden.
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Die Verwendung von Relais, insbesondere Schnellrelais, wie sie zur
Erreichung des gewünschten Zieles notwendig sind, ist nun bei derartigen Anlagen
wenig ratsam, da einerseits bei einem Versagen der mechanisch wirkenden Relais eine
Aufhebung der Schutzwirkung der Anlage eintreten kann, andererseits infolge der
mechanischen Trägheit derartiger Relais die Ansprechzeit vielfach nicht den gewünschten
bzw. geforderten höchstmöglichen Grad von Schnelligkeit erreicht.
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Die vorliegende Erfindung stellt nun eine Anordnung dar, bei der diese
Schäden in vorteilhafter und einfacher Weise vermieden werden, indem die Abschaltung
der Entladungsgefäße selbsttätig auf rein elektrischem Wege derart erfolgt, daß
bei Auftreten einer Betriebsstörung selbsttätig auf rein elektrischem Wege eine
Abschaltung der Zündpotentiale vermittels der Löschung einer in der Gitterzuleitung
befindlichen, während des normalen Betriebs brennenden Hilfsentladungsstrecke mit
Dampf- oder Gasfüllung durch eine Kondensatorentladung erfolgt. Das Auslösen der
Kondensatorentladung erfolgt durch ein vom Störstrom beeinflußtes Schaltelement.
Als Hilfsentladungsstrecke in der Gitterzuleitung wird ein gas- oder dampfgefülltes
Entladungsgefäß verwendet. Als vom Störstrom beeinflußtes Schaltelement kann eine
Löschfunkenstrecke Verwendung finden.
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Es ist bereits eine Überstrom- und Rückzündungsschutzanordnung für
Umformungseinrichtungen .mit gittergesteuerten Dampf-oder Gasentladungsgefäßen vorgeschlagen
worden, bei der die Abschaltung der Zündpotentiale bei Auftreten einer Betriebsstörung
ebenfalls selbsttätig auf rein elektrischem Wege ierfolgt, doch unterscheidet sich
diese Anordnung wesentlich von der Schutzschaltuhg nach der Erfindung. Die vorgeschlagene
Anordnung ist nämlich derart ausgebildet, daß in Reihe mit der Primärwicklung des
Steuer- bzw. Gittertransformators ein Scheinwiderstand liegt, und das Abschalten
der Umformungseinrichtung erfolgt
dadurch, daß der Arbeitspunkt
der Magnetisierungskurve des Steuer- bzw. Gittertransformators in das stark gesättigte
Gebiet verlagert wird. Um dieses zu erreichen, ist vorgeschlagen worden, den Gittertransformator
mit einer besonderen, im normalen Betrieb vorzugsweise stromlosen Gleichstrommagnetisierungswicklung
zu versehen, und diese Gleichstrommagnetisierungswicklung mittels eines besonderen
gittergesteuerten Dampf oder Gasentladungsgefäßes einzuschalten; dessen Gitterkreis
in Abhängigkeit von der Stromstärke im Speise- oder Verbraucherkreis der Umformungseinrichtung
derart gesteuert wird, daß unterhalb eines vorbestimmten Wertes das Entlädungsgefä@ß
gesperrt, oberhalb dieses Wertes jedoch leitend ist.
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In der Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben.
An ein Wechselstromnetz i ist über den Transformator 2 mit der Primärwicklung 3
und der Sekund4r-Wicklung 4 ein Gleichrichtergefäß 5 angeschlossen, über das ein
Gleichstromnetz 6 gespeist wird. In den Entladungsstrecken des Glechrichtergefäßes
5 sind Gitter 7 angeordnet, die über eine Steuereinrichtung 8 mit entsprechenden
Steuerspannungen beaufschlagt werden. In dem vorliegenden Falle wird als Steuervorrichtung
eine Kontaktscheibe g verwendet, deren Kontaktbügel- i o von einem an das Wechselstromnetz
i angeschlossenen Synchronmotor i i angetrieben wird. Der Kontaktbügel io wird über
die Hilfsentladungsstrecke 12 von einer Steuerspannungsquelle 13 mit entsprechenden
Steuerspannungen beaufschlagt. Der negative Pol der Steuerspannungsquelle 13 ist
über Widerstände 14 ständig mit den Gitterzuleitungen verbunden; In die Zuleitungen
des Gleichrichters zu dem Gleichstromnetz ist ein Stromwandler 15 gelegt, der mit
einer Löschfunkenstrecke 16 in Verbindung steht. Zwischen die Verbindungsleitungen
des Stromwandlers 15 mit der Löschfunkenstrecke 16 ist ein Kondensator i., gelegt.
Die Löschfunkenstrecke 16 ist einerseits über eine Leitung 18 mit der Anodenleitung
der Hilfsentladüngsstrecke 12 und andererseits durch die Verbindungsleitung ig über
einen Kondensator 20 mit der Kathodenleitung der Hilfsentladungsstreck e 12 verbunden.
Schließlich ist der Kondensator 2o über einen Widerstand z i -mit der Steuerspannungsquelle
13 einerseits und andererseits mit der Kathodenleitung des Gleichrichters
5 verbunden.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist derart, daß während des normalen
Betriebes der Gleichrichteranlage die Hilf sentladungsstrecke 12 brennt, so daß
den Steuergittern 7 des Gleichrichters 5 über die Steuereinrichtung 8 zu entsprechenden
Zeitpunkten .ein Zündpotential aufgedrückt wird. Hierdurch erhält die der Kathode
der Hilfsentlädungsstrecke zugewandte Belegung des Kondensators eine :positive Auflädung
und . entsprechend die andere Belegung des Kondensators eine negative Aufladung;
tritt jedoch eine Betriebsstörung des Gleichstromnetzes auf, die einen Überstrom
in der Kathodenleitung des Gleichrichters zur Folge hat, so tritt die Löschfunkenstrecke
in Tätigkeit, und der Kondensator 2o entlädt sich, über die Leitungen i g, 18 und
die Hilfsentladungsstrecke 12 in solcher Richtung, daß das Anodenpotential der -Hilfsentladungsstrecke
12 so weit gesenkt wird, daß die Entladung erlischt. Das hat zur Folge, däß den
Steuergittern über die Kontaktscheibe g keine positiven Zündspannungen mehr aufgedrückt
werden; sondern das negative Potential der Steuerspannungsquelle 13 allein zur Wirkung
gelangt und eine Abschaltung des Entladungsgefäßes 5 vornimmt. Der Widerstand 21
dient zur Aufladung des Kondensators während des normalen Betriebes.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist eine andere Anordnung gemäß
der Erfindung als die in Fig. i dargestellt, bei der zugleich einige vorteilhafte
Verbesserungen der -Anordnung vorgesehen sind. An dieser Figur besitzen die der
Fig. r entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig: ä wird die Gitterbeaufschlagung mit den entsprechenden Steuerspannungen
nicht mittels eines Kontaktapparates vorgenommen, sondern zu diesem Zweck ist ein
Hilfsgefäß 22 vorgesehen, das über einen Transformator 23 von dem Wechselstromnetz
i gespeist wird. In den Anodenzuleitungen von der Sekundärwicklung 24 des Transformators
23 zu den Anoden 25 des Hilfsentladungsgefäßes 22 sind Stromwandler--6 angeordnet,
in deren Sekundärwicklüngen 27 beim Einsetzen der Entladungen in den zugehörigen
Entladungsstrecken des Hilfsentladungsgefäßes 2a Spannungsstöße induziert werden,
die den Steuergittern 7 des Hauptentladungsgefäßes 5 zugeführt werden. Die Regelung
des Zündeinsatzpunktes der Entladungen im Hauptgefäß 5 geschieht bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 mittels Verstellung des als dreiphasiger Drehtransformator ausgebildeten
Transformators 23. Durch die Verstellung dieses Drehtransformators werden nämlich
die den Anoden des Hilfsgefäßes 22 aufgedrückten Spannungen geg.-nüber dien den
Anoden des Hauptentl,adungsgefäßes 5 aufgedrückten Spannungen in der Phase verschoben.
Infolgedessen tritt zu einem beliebig späteren oder früheren Zeitpunkt ein Spannungsstoß
in
den Sekundär Wicklungen 27 der Str omwandler 26 auf. Statt die Regelung des Zündeinsatzpunktes
der Entladungen in dem Hauptentladungsgefäß 5 auf die vorgenannte Weise vorzunehmen,
kann das Hilfsentladungsgefäß 22 auch mit Steuergittern in den Entladungsstrecken
ausgerüstet sein, durch die das Einsuzen der Entladung in den entsprechenden Entladungsstrecken
in gleicher Weise geregelt wird wie bei dem Hauptentl.adungsgefäß 5 durch dessen
Gitter. Welche Art der Gittersteuerung für das Hilfsentladungsgefäl3 22 angewendet
wird, ist in dis Belieben des planenden Ingenieurs gestellt. ES sei jedoch. bemerkt,
daß die S.pannungsbeaufschlagung der Steuergitter, wie sie in dem vorliegenden Beispiel
ausgeführt ist, den Vorteil mit sich bringt, daß die auf ein Steuergitter gegebenen
positiven Zündimpulse sich nicht über die Verbindungsleitung der Gitterwiderstände
14 auf diejenigen Gitter fortpflanzen können, die gerade ein Sperrpotential besitzen
sollen. Das hat zur Folge, daß die Gitterwiderstände 14, die aus dem vorgenannten
Grunde bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i verhältnismäßig groß ausgeführt werden
müssen, bedeutend kleiner bemessen sein können. Gleichzeitig wird hierdurch erreicht,
daß die den Steuergittern aufgedrückte Sperrspannung bedeutend größer ist, da sie
keine Verringerung durch die eingeschalteten, verhältnismäßig hohen Gitterwiderstände
erfährt. Ferner sei bemerkt, daß als Sperrspannungsquelle ein Gleichstromgenerator
13 gewählt wird, der eine beliebig hohe Sperrspannung für die Steuergitter zur Verfügung
stellt.
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In gleicher Weise wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. i enthält
auch das Beispiel nach Fig. 2 das Hilfsentladungsgefäß 12, das mit seiner Anode
an die Kathode des Hilfsentladungsgefäßes 22 angeschlossen ist. Die Kathode des
Hilfsgefäßes i2 ist über den Widerstand 29 einerseits mit dem Sternpunkt
der Transformatorsekundärwicklung 2q. und andererseits mit der Kathodenleitung des
Hauptentladungsgefäßes 5 verbunden.' die Kathode des Hilfsentladungsgefäßes und
den Gleichstromkreis der beiden in Reih ,e liegenden Hilfsentladungsgefäße 12 und.
22 ist wiederum ein Kondensator 2o geschaltet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist ferner die Kathodenleitung des Hilfsentladungsgefäßes 12 mit der Erregeranode
3 i bzw. mit dem Erregerstromkreis des Hauptentladungsgefäßes 5 derart verbunden,
daß eine Erregung des Hauptgleichrichters nur dann vorhanden ist, wenn eine Entladung
in dem Hilfsentladungsgefäß 12 besteht. Schließlich ist ein Relais 30 parallel.
zu dem Erregerkreis des Hauptentladungsgefäßes ;vorgesehen, das zur Wiedereinschaltung
des Hauptgleichrichters nach einer durch die Einrichtung gemäß der Erfindung vorgenommenen
Abschaltung dient.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig.2 in bezug auf die angestrebte
Schutzwirkung für das Hauptentladungsgefäß 5 ist die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. i. Während des normalen Betriebes besteht eine Entladung in dem Hilfsentladungsgefäß
12, so daß die der Kathode des Hilfsentladungsgefäßes 12 abgewandte Belegung des
Kondensators 2o eine negative Aufladung erfährt. Tritt nun infolge einer Betriebsstörung
in den Leitungen der Gleichrichteranlage ein Überstrom auf, so spricht die Löschfunkenstrecke
16 an, und der Kondensator kann sich über das Hilfsentladungsgefäß 12 entladen,
und nvar derart, daß die Spannung der Anode so weit gesenkt wird, daß die Entladung
erlischt und infolgedessen auch das Arbeiten des Hilfsentladungsgefäßes 22 unterbrochen
wird. Infolgedessen gelangt über die Gitterwiderstände 1q. an den Steuergittern
7 des Hauptentladungsgefäßes 5 die stets vorhandene Sperrspannung zur Wirkung, und
ein Weiterarbeiten des Hau.ptentladungsgefäßes 5 ist unterbunden.
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Durch derartige Schaltungen wird also auf einfache Weise selbsttätig
und auf rein elektrischem Wege ein stets betriebssicher wirkender Schutz für Entladungsstreckenanlagen
erreicht.