DE681392C - Einrichtung zum Schutz gegen UEberspannungen verschiedener Polaritaet - Google Patents

Einrichtung zum Schutz gegen UEberspannungen verschiedener Polaritaet

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DE681392C
DE681392C DEA83315D DEA0083315D DE681392C DE 681392 C DE681392 C DE 681392C DE A83315 D DEA83315 D DE A83315D DE A0083315 D DEA0083315 D DE A0083315D DE 681392 C DE681392 C DE 681392C
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DE
Germany
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ignition
discharge
vessels
current
polarity
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Expired
Application number
DEA83315D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Martin Gerlach
Richard Troeger
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AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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Publication date
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Publication of DE681392C publication Critical patent/DE681392C/de
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2893/00Discharge tubes and lamps
    • H01J2893/0072Disassembly or repair of discharge tubes
    • H01J2893/0073Discharge tubes with liquid poolcathodes; constructional details
    • H01J2893/0074Cathodic cups; Screens; Reflectors; Filters; Windows; Protection against mercury deposition; Returning condensed electrode material to the cathodic cup; Liquid electrode level control
    • H01J2893/0087Igniting means; Cathode spot maintaining or extinguishing means

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Einrichtung zum Schutz gegen Überspannungen verschiedener Polarität Die Anwendung von Entladungsgefäßen mit Initialzündung 'als überspannungsableiter ist schon früher vorgeschlagen worden. Bei der Verwendung dieser Entladungsgefäße als Stromrichter ist-es bekannt, die gleichzurichtende Spannung gleichzeitig als Zündspannung zu verwenden. Die Anode solcher Gefäße ist dann über ein Steuerrohr in Form eines gesteuerten Hilfsgleichrichters mit der Zündelektrode "verbunden. In dem Augenblick, in dem das Entladungsgefäß gezündet werden soll, wird das Steuerrohr freigegeben. Es fließt dann über dieses Steuerrohr und die mit ihm in Reihe liegende Zündelektrode des Entladungsgefäßes nach dessen Kathode ein Strom, der die Zündung des Gefäßes bewirkt. Eine solche Schaltung wäre auch für eine überspannungsschutzeinrichtung anwendbar, in der zwei polarisierte Entladungsgefäße r und z in Antiparallelschaltung vorgesehen sind, die beim Auftreten einer überspannung zünden und dadurch den zu schützenden Apparat 9 überbrücken, wie in Abb. z dargestellt ist. Die Steuerung der Steuerröhren müßte so eingestellt werden, daß sie im normalen Betrieb gesperrt sind und erst von einer höheren Spannung als die Betriebsspannung gezündet werden und dadurch die Zündung der Entladungsgefäße einleiten. Als Steuerröhren werden für Stromrichterschaltungen meist Glühkathodenröhren verwendet. Diese Röhren sind für die Steuerung des Überspannungsschutzes nicht geeignet, weil sie, da die Schutzeinrichtung immer betriebsbereit sein muß, ständig geheizt werden müßten, obwohl sie vielleicht innerhalb von Monaten nur wenige Male und dann auch nur für wenige Sekunden im Betrieb sind. Außerdem macht es Schwierigkeiten, den erforderlichen Heizstrom zu erhalten. Bei einer Überspannung sollen bekanntlich die Entladungsgefäße zünden und den zu schützenden Apparat kurzschließen. Ein parallel zu den letzteren liegender Heiztransformator wäre dann ebenfalls kurzgeschlossen; und die Steuerröhren würden gerade dann, wenn sie gebraucht werden, nicht mehr geheizt. Es müßten daher Schaltungen angewendet werden, die auch nach Ansprechen der Entladungsgefäße den erforderlichen Heizstrom weiterliefern, oder es müßte eine besondere Stromquelle für die Heizung vorgesehen werden: Dadurch würde die Schätzeinrichtung außerordentlich umständlich und teuer, abgesehen davon, daß die Glühkathödenröhren selbst schon verhältnismäßig teuer sind.
  • Ableiterschaltungen unter Verwendung von Gefäßen mit Initialzündung, die ohne jedes Steuerglied auskommen, sind zwar bekannt. Diese haben aber den großen Nachteil, daß bei Anwendung von Gefäßen mit Quecksilberkathode und in das OOuecksilber eintauchendem Zündstift der Zündstift ständig an Spannung liegt, so daß über ihn ständig -ein Strom fließt, der zwar bei normaler Spannung nicht zum Erzeugen des erforderlichen verhältnismäßig kräftigen Zündlichtbogens ausreicht, aber doch einen Verluststrom darstellt und außerdem noch den Zündstift dauernd beansprucht, so daß dieser selbst dann von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden muß, wenn das Gefäß gar nicht öder nur wenige Male ansprach.
  • Es wäre nun wünschenswert, die Vorteile der Schaltung nach Abb. i beizubehalten, als Steuerröhren 3 und q. aber einfache Funkenstrecken zu verwenden, die bei einer gewissen Spannung ansprechen und die Zündung der Entladungsgefäße i und 2 bewirken. Die Anwendung solcher unpolarisierter Funkenstrecken, die je nach der vorliegenden Spannung in Atmosphären-, Unter- oder Überdruck gelegt würden, ist aber in der Schaltung nach Abb. i nicht dadurch möglich, daß nur die Glühkathodenröhren gegen solche Funkenstrecken ausgetauscht werden. Beim Auftreten einer Überspannung würde nämlich häufig, selbst wenn die beiden Funkenstrecken und die Zündverhältnisse in den Entladungsgefäßen sehr genau abgeglichen wären, nur eine von beiden ansprechen. Spricht gerade die Funkenstrecke an, die das für die betreffende Polarität der Überspannung durchlässige Entladungsgefäß zu zünden hat, so wird dieses zünden und den zu schützenden Apparat g direkt oder gegebenenfalls über einen Widerstand 7 bzw. 8 kurzschließen. Der Zündkreis, dessen Widerstand wesentlich größer ist als der des Hauptkreises über die Entladungsgefüße i bzw. z, ist durch das Zünden eines der letzteren ebenfalls kurzgeschlossen, und die Zündfunkenstrecke -wird daher löschen, und der Strom im Zündkreis wird zu fließen aufhören. Spricht jedoch bei gleicher Polarität der Überspannungen die Funkenstrecke des anderen Entladungsgefäßes zuerst an, so wird zwar auch die Initialzündung in diesen einsetzen, sie führt aber nicht zur Zündung des Entladungsgefäßes, da es für die Stromrichteng; welche entsprechend der Polarität der Überspannung auftreten würde, nicht durchlässig ist. Da in Reihe mit den Funkenstrecken eingeschaltete Widerstände und 6 in Rücksicht auf die erforderliche Stärke des Zündstromes meist nicht so höchohmig gewählt werden können, bricht die Spannung durch die Zündung der einen Funkenstrecke bereits so weit zusammen, daß die zweite nicht mehr zünden kann. In einem solchen Fall würde daher keines der beiden Entladungsgefäße zünden. In dem Zündkreis des Gefäßes jedoch, dessen Funkenstrecke angesprochen hat, das aber für die vorliegende Polarität undurchlässig ist, fließt der Strom weiter über Zündfunkenstrecke und Zündelektrode, da keine Überbrückung durch das Entladungsgefäß selbst erfolgt. Dadurch werden Zündfunkenstrecke und Zündelektrode, die nur für ganz kurzzeitigen Stromdurchgang bemessen sind, beschädigt, und der Ableiter wird unbrauchbar.
  • Bei der Einrichtung zum Schutz gegen Überspannung verschiedener Polarität nach der Erfindung, bei der in der behandelten Weise Entladungsgefäße mit Initialzündung verwendet werden, werden diese Nachteile der beschriebenen bekannten Anordnung dadurch vermieden, daß zwei polarisierte Gefäße in Antiparallelschaltung vorgesehen sind und beim Auftreten einer Überspannung über je eine oder eine für beide Entladungsgefäße gemeinsame unpolarisierte Funkenstrecke die Initialzündung in beiden Entladungsgefäßen genau oder annähernd gleichzeitig öder jeweils nur in dem, welches für die betreffende Polarität der Überspannung stromdurchlässig ist, eingeleitet wird. Diese Steuerung von Entladungsgefäßen mit unpolarisierten Funkenstrecken wird erfindungsgemäß durch eine Kopplung der beiden Zündkreise erreicht.
  • In Abb. 2 bis 7 sind einige Ausführungsbeispiele von Schaltungen gemäß der Erfindung mit für den in Frage kommenden Zweck geeigneten Kopplungen der Zündkreise angegeben. Abb.2 zeigt eine Schaltung; bei der die Kopplung induktiv wirkt. In Reihe mit den Zündfunkenstrecken io und ii ist je eine Drosselspule 12 und 13 gelegt, die miteinander gekoppelt und so geschaltet sind, daß sich beim Stromdurchgang durch beide Spulen die magnetischen Felder aufheben. Zündet bei dieser Schaltung die, eine Funkenstrecke und folgt darauf der Strom, so wird in der Spule des anderen noch offenen Zündkreises eine Spannung induziert, die ihrerseits die Zündung des zugehörigen Gefäßes bewirkt. Dann fließen in beiden Spulen Ströme, deren Felder sich aufheben, so daß sie nur noch einen geringen Widerstand besitzen und den zur sicheren Zündung erforderlichen Zündstrom durchlassen.
  • Die Kopplung nach Abb. 3 wirkt ebenfalls induktiv. Die Primärwicklungen zweier Transformatoren 1q. und 15 und eine Funkenstrecke 3 liegen in Reihe an der Spannung des zu schützenden Apparates. Die Sekundärwicklungen 16 und 17 sind mit den Zündelektroden und Kathoden der Entladungsgefäße verbunden. Beim Auftreten einer Überspannung zündet die Funkenstrecke, und es werden in beiden Sekundärwicklungen Spannungen induziert, welche die Zündung der Entladungsgefäße bewirken. Man kann an Stelle der zwei Transformatoren auch nur einen Transformator mit einer Primär- und zwei getrennten Sekundärwicklungen verwenden. Die Schaltung nach Abb. q. unterscheidet sich von der nach Abb. 3 noch dadurch, daß je eine Vorsättigungswicklung 18 und i9 angebracht, die so geschaltet sind, daß vorzugsweise nur jeweils in derjenigen Sekundärwicklung eine Spannung induziert wird, deren Entladungsgefäß für die betreffende Polarität gerade stromdurchlässig ist.
  • Bei der Schaltung nach Abb.5 ist eine kapazitive Kopplung gewählt. Zündet die Funkenstrecke des Gefäßes zuerst, das für die anliegende Polarität nicht durchlässig ist und durch das daher der Kurzschluß nicht hergestellt werden kann, so wird durch die Überbrückung des einen Kondensators 2o oder 21 der andere an die volle Spannung gelegt und dadurch eine sichere Zündung der anderen Funkenstrecken und damit des richtigen Entladungsgefäßes bewirkt. Zündet gleich zuerst das richtige Entladungsgefäß, so werden die Kondensatoren über diese kurzgeschlossen, - so daß die Initialzündung im zweiten nicht erst einzutreten braucht.
  • Abb. 6 zeigt dann eine Schaltung mit galvanischer Kopplung. Sie zeichnet sich durch große Einfachheit aus und wird daher für die vorliegenden Zwecke im allgemeinen besonders geeignet sein. Die beiden Zündelektroden der Entladungsgefäße sind hierbei über eine Funkenstrecke 22 und nötigenfalls noch einen Widerstand 23 miteinander verbunden. Beim Auftreten der Überspannung zündet zunächst die Funkenstrecke, dann setzt ein Stromfluß von dem einen Pol über die beiden Zündstifte zu den anderen ein und leitet die Initialzündung in beiden Entladungsgefäßen ein. Das Gefäß, welches für die vorliegende Polarität der Überspannung durchlässig ist, wird dann zünden und den Kurzschluß herstellen, so daß der Strom über den Zündkreis aufhören und die Zündfunkenstrecke erlöschen muß. Unter Umständen ist es vorteilhaft, dafür zu sorgen, daß von vornherein nur das für die vorliegende Polarität durchlässige Gefäß zündet. Dies wird bei der Einrichtung nach Abb. 7 dadurch erreicht, daß parallel zu Zündelektrode-Kathode jedes Entladungsgefäßes ein Gleichrichter 2q. oder 25 oder wenigstens ein polaritätsabhängiger Widerstand vorgesehen ist, der nur in Richtung Kathode-Zündelektrode durchlässig ist bzw. in dieser Richtung einen wesentlich geringeren Widerstand besitzt als in der entgegengesetzten. Es empfiehlt sich, einen Gleichrichter, vorzugsweise einen Trockengleichrichter, zu verwenden. Die Sperrspannung dieses Gleichrichters braucht im allgemeinen nicht groß zu sein, falls Ent-, ladungsgefäße mit Initialzündung für Ableiterzwecke mit Quecksilberkathode und darin eintauchendem Halbleiterstift als Zündelektrode verwendet werden. Der Widerstand zwischen diesen beiden Elektroden ist nämlich meistens nicht so groß, daß bei dem Zündstrom ein erheblicher Spannungsabfall auftreten könnte.
  • Als Steuerfunkenstrecke wird bei nicht zu hohen Spannungen zweckmäßig eine solche in Unterdruck, beispielsweise eine Glimmröhre mit einer Zündspannung, die der Spannung entspricht, bei der die Schutzeinrichtung ansprechen soll, verwendet.
  • An Stelle der beiden Gefäße in Antiparallelschaltung kann unter Umständen mit Vorteil ein einziges Gefäß verwendet werden, das in beiden Richtungen für den Stromdurchgang freigegeben werden kann. Bei einem solchen müßten an beiden Hauptelektroden Zündelektroden vorgesehen werden, deren Zündkreise genau so wie es oben für die Antiparallelschaltung von zwei Gefäßen beschrieben wurde, zu kuppeln sind.
  • Die großen Vorteile der beschriebenen Schutzschaltung sind ihr sofortiges Ansprechen mit sehr geringer Verzögerung, ihre Einfachheit und das Fehlen von bewegten Teilen. Sie unterscheidet sich ferner von den bekannten Anordnungen vorteilhaft dadurch, daß während der Zeit, in der sie nicht anspricht und nur in Bereitschaft steht, kein Element der .Schutzeinrichtung irgendwelcher Abnutzung unterworfen ist und daß keinerlei Energie, beispielsweise Heizstrom usw., erforderlich ist.
  • Falls an den Klemmen des zu schützenden Apparates beim Auftreten einer Überspannung wegen zu großer Phasenverschiebung nicht sofort der erforderliche Zündstrom zur Verfügung steht, ist es zweckmäßig, einen Energiespeicher in Form eines Kondensators parallel zu den Klemmen des zu schützenden Apparates und den Entladungsgefäßen vorzusehen. Wird. der beschriebeneÜberspannungsableiter zum Schutz eines Kondensators verwendet, so kann dieser unter Umständen selbst in den hier beschriebenen Schaltungen gleichzeitig als Energiespeicher für den Zündstrom dienen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: -z. Einrichtung zum Schutz gegen Überspannungen verschiedener Polarität unter Verwendung von Entladungsgefäßen mit Initialzündung, dadurch gekennzeichnet, daß entweder zwei polarisierte Gefäße (r, z) in Antipyärallelschaltung mit je einer Initialzündvorrichtung oder ein nichtpolarisiertes Entladungsgefäß mit j e einer Initialzündvorrichtung an jeder Elektrode vorgesehen sind und daß die Stromkreise der Initialzündvorrichtungen miteinander derart gekoppelt sind, daß die Initialzündung durch j e eine (A'bb. a: und 5) unpolarisierte oder eine für beide Entladungsgefäße gemeinsame (Abb. 3, 4, 6 und 7) unpolarisierte Funkenstrecke in beiden Entladungsgefäßen genau oder annähernd gleichzeitig oder jeweils nur in der Entlaidungsstrecke, welche für die betreffende Polarität der Überspannung stromdurchlässig ist, eingeleitet wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator zur Lieferung des zur Initialzündung erforderlichen Stromes parallel zu den Entladungsgefäßen und dem zu schützenden Apparat vorgesehen ist:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE945462C (de) * 1941-03-15 1956-07-12 Siemens Ag UEberspannungsschutzeinrichtung
US3475653A (en) * 1965-01-11 1969-10-28 Res Iii Inc Electrical circuit protector
US3601657A (en) * 1968-10-31 1971-08-24 Avco Corp Overvoltage protective device
US4037139A (en) * 1975-03-17 1977-07-19 Buckbee-Mears Company Lightning arrester

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