DE703452C - Schutzeinrichtung fuer Reihenkondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für Reihenkondensatoren, wie sie in Wechselstromübertragungs- und bzw. oder -Verteilungsleitungen entweder zur S Verbesserung der Spannungsregelung, wie bei einer Verteilungsleitung, oder zur Stabilitätserhöhung von Synchronmaschinen, wie bei Übertragungsleitungen, benutzt werden.
Gegenstand der Erfindung ist es, solche

to Schutzvorrichtungen bereitzustellen, die dann selbsttätig in den Bereitschaftszustand zurückkehren, wenn infolge zeitlich vorübergehender Überstrombedingungen auf der Leitung eine Überspannung am Reihenkondensator auftritt.

»5 Es ist bekannt, daß sich die Kosten eines Reihenkondensators für eine vorgegebene Zahl von Mikrofarad angenähert mit dem Quadrat der Spannung ändern und daß die Spannung am Reihenkondensator gleich dem Produkt aus dem kapazitiven Widerstand und dem Strom ist, ausgenommen im Fall von Ausgleichsvorgängen, bei denen die Spannung größer sein kann.

Bei dem besonderen Typ von Reihenkondensatoranordnungen, auf den sich die Erfindung bezieht, ist die Spannungsbemessung des Kondensators bestimmt durch den höchsten Belastungsstrom der Leitung oder durch einen Strom, der wenig höher ist als dieser normale Höchststrom, beispielsweise 15 %· Es ist erfahrungsgemäß festgestellt worden, daß eine vorübergehende Erhöhung der Span-

nung am Reihenkondensator auf 200 % des Nennwertes wohl zugelassen werden kann, während die Schutzanordnung im Begriff ist, anzusprechen, aber daß diese Überspannung selbst nicht einen Augenblick überschritten werden sollte, und es ist Gegenstand der Erfindung, ein sicheres und verläßliches Mittel für die Begrenzung jener vorübergehenden Überspannung bereitzustellen, die an dem Reihenkondensator bei einer Störung oder einem Kurzschluß in jener Leitung auftritt, in der der Reihenkondensator liegt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schutzeinrichtung für Reihenkondensatoren der λόγιο stehend genannten Art. Erfindungsgemäß sind Funkenstrecken, welche in an sich bekannter Weise im Nebenschluß zu den Reihenkondensatoren vorgesehen sind, für höhere Durchschlagsspannungen als die höchstzulässigen Kondensatorspannungen ausgelegt und stehen außerdem mit Hochfrequenzspannungsquellen in Verbindung, die in Abhängigkeit von den Kondensatorüberspannungen gesteuert werden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine ausreichende Betriebssicherheit eines Kondensatorschutzes mittels Parallelfunkenstrecken nur dann erreicht wird, wenn für die Funkenstreckenelektroden ein Werkstoff verwendet werden kann, der durch leichte Ionisierbarkeit ausgezeichnet ist. Denn in dem Maße, in welchem das Elektrodenmaterial diese Eigenschaft besitzt, ist die Wiederzündspannung eines zwischen den Elektroden brennenden Lichtbogens klein; die Neubildung des Lichtbogens nach einem Nulldurchgang des Stromes erfolgt verzögerungsfrei. Erfüllt der Elektrodenwerkstoff dagegen die Bedingung der leichten Ionisierbarkeit nicht, so nimmt die Wiederzündspannung Werte an, die ein kontinuierliches Brennen des Lichtbogens ausschließen. Als Folge eines solchen intermittierenden Lichtbogenbetriebes tritt eine höchstunzulässige Beanspruchung der Reihenkondensatoren mit Oberwellen hoher Amplitude auf. Nun sind aber Elektroden von leichter Ionisierbarkeit und dabei tragbaren Gestehungskosten während ihres Betriebes einem Abbrandprozeß unterworfen, der die Zündspannung ihres Lichtbogens verändert.

Die Erfindung vermeidet diese beträchtlichen Nachteile, indem sie eine Nebenschlußfunkenstrecke vorsieht, deren Durchschlagsspannung oberhalb der höchstzulässigen Kondensatorspannung liegt. Zwecks Verhinderung einer unzulässigen Kondensatorbeanspruchung geht sie überdies von der bekannten Nebenschlußschaltung der Funkenstrecke ab. Vielmehr verbindet sie die Funkenstrecke mit einer Hochfrequenzspannungsquelle, die in Abhängigkeit von den Kondensatorüberspannungen gesteuert wird. Die Wahl einer Hochfrequenzspannung zur Zündung der Funkenstrecke hat den entscheidenden Vorzug, daß die der Zündung dienende Spannung durch die Reihenkondensatoren keine Ab-Schwächung erfährt, sondern in ihrer vollen Höhe an der Funkenstrecke erscheint. Dabei kann ihre Höhe so bemessen werden, daß Zündspannungsänderungen der Funkenstrecke, verursacht durch deren Elektrodenabbrand, ohne Einfluß auf den Zusammenhang zwischen Kondensatorüberspannung und Funkenstreckenzündung bleiben.

Ein weiterer entscheidender Vorteil der Er- '5 findung ist dadurch bedingt, daß als Hochfrequenzspannungsquelle ein Schwingungskreis benutzt wird, der durch eine überspannungsabhängig gezündete Hilfsfunkenstrecke angestoßen wird. Durch geeignete Bemessung der *° Kopplungsverbindung zwischen Hilfsfunkenstrecke und Reihenkondensatoranordnung kann ein Hochspannungs- und Schwachstrombetrieb der Hilfsfunkenstrecke erreicht werden. Damit ist die Möglichkeit der Verwendung einer Hilfsfunkenstrecke gegeben, die bei sorgfältigster Eichung eine nahezu konstante Durchschlagsspannung auch bei längerer Betriebsdauer besitzt. Infolge ihres Hochspannungsbetriebes kann ihr Elektroden- 9» abstand und damit jener Wert der Kondensatorüberspannung, bei dem sie und vor allen Dingen die Hauptfunkenstrecke anspricht, ganz erheblich genauer eingeregelt werden als bei den bekannten Funkenstreckenneben-Schluß schal tungen.

In Verbindung mit der Schutzschaltung nach der Erfindung wird zweckmäßig eine Schutzfunkenstrecke verwendet, die außergewöhnlich widerstandsfähig und dauerhaft gebaut und mit angemessenen Mitteln zur Wärmespeicherung und zur Wärmezerstreuung so ausgerüstet ist, daß beim Auftreten eines Fehlers oder einer Störung an den Schutzrelais und -kontaktvorrichtungen, die '°5 zusätzlich zu den Nebenschlußfunkenstrecken benutzt werden, die Funkenstrecke trotzdem sicher den vollen Leitungsstrom aushalten kann, und zwar selbst bei einer Störung auf der Leitung während einer Zeitdauer, die aus- ^lln reicht, um durch die Fehlerschutzausrüstung der Leitung die Störung zu beseitigen, wie beispielsweise durch öffnung eines Unterbrechungsschalters.

In Fig. ι der Zeichnung ist die Anwendung "5 der Erfindung auf eine Dreiphasenübertragungs- oder Verteilungsleitung i", i^b, i^c dargestellt, deren einzelne Phasen je mit einer aus zwei zueinander parallel geschalteten Reihenkondensatoren bestehenden Reihenkonden- »ao satoranordnung z^a, y, 2^b, 3* und 2^C, y versehen sind. (Es sei darauf hingewiesen, daß

die Schaltung der Fig. ι ebenso wie die noch zu beschreibende Schaltung der Fig. 3 unter der Annahme eines strom- und spannungslosen Zustandes gezeichnet ist.) Jede Kondensatoranordnung besteht also aus zwei im wesentlichen gleichen, zueinander parallel geschalteten Teilkondensatoren 2 und 3, und die einander entsprechenden und zueinander parallel liegenden Teilkondensatoren sind über

>° drei Differentialstromwandler 4°, 4P und 4? miteinander verbunden. Die Mittenanzapfungen dieser Differentialstromwandler sind mit den Leitungen i^a, i^b und i^c so verbunden, daß sich der Strom bei Störungsfreiheit der Kondensatoranordnungen zu gleichen Teilen über die beiden Hälften der Primärwicklungen der Stromwandler verteilt und daher kein merklicher Strom in den Sekundärwindungen jener Differentialstromwandler auftritt. Die drei Differentialstromwandler 4"... 4? dienen beim Auftreten eines inneren Fehlers in den Kondensatoranordnungen zur Erregung von drei mechanisch aus- und einklinkbaren DifFerentialrelais 5", S⁶ und ζ^α. Diese Relais besitzen normalerweise offene Kontakte 6°, 6^b und 6^C und Klinken y^a, y^b und y^c, die dazu dienen, die Relais im geschlossenen Zustand zu halten, wenn sie einmal ausgelöst worden sind. Den drei Kondensatoranordnungen sind drei Haupt- oder Nebenschlußfunkenstrecken 8^α, S⁶ und 8^C parallel geschaltet, die aus einem .Elektrodenwerkstoff mit sehr niedriger Ionisierungsspannung aufgebaut sind. Ein solcher Werkstoff ist vorzugsweise jene Kohle, die aus einem besonders wärmebehandelten und gepreßten Gemenge aus Lampenruß, Koks oder Graphit mit einem Bindemittel, gewöhnlich Kohlenteer oder Pech, besteht. Es können aber auch andere Werkstoffe benutzt werden, wie beispielsweise Graphit allein, das auf Grund seiner leichten Ionisierbarkeit wohl etwas besser, aber brüchig ist, und Wolfram, das zwar während des Betriebes befriedigend arbeitet, aber ziemlich teuer ist. Ziel der Benutzung eines leicht ionisierbaren Baustoffes für die Elektroden der Nebenschlußfunkenstrecken ist es, eine Lichtbogenentladungsanordnung von niedriger Wiederzündspannung zu entwickeln, d. h. eine Anordnung, bei der sich der Lichtbogen nach jedem Nulldurchgang des Stromes sicher wieder bildet, und zwar in einem niedrig liegenden Punkt der ansteigenden Spannungswelle. Er verhindert dann die Bildung jener hohen Spannungsspit-' zen beim Beginn jeder Halbwelle, die als Erzeuger von Oberwellen hohen Scheitel wertes bekannt sind.

Die Nebenschlußfunkenstrecken 8^α, 8^öund8^c sind sehr widerstandsfähig gebaut und haben eine so große Stromkapazität, daß sie den auf der Leitung höchstmöglichen Strom führen können, d. h. den größten Fehlerstrpm, der bei einem Fehler auf der Leitung auftreten kann. Insbesondere können, wie noch ausgeführt werden wird, die Nebenschlußfunkenstrecken diese starken Ströme unbeschadet länger als nur kurzzeitig vertragen.

Ein Übelstand jeder Starkstromlichtbogenvorrichtung und der Benutzung von Kohle als Elektrodenwerkstoff besteht darin, daß die Elektroden einem Verbrennungsvorgang unterworfen sind, durch den die Zündspannung des Bogens geändert wird. Gemäß der Erfindung werden daher die Nebenschlußhauptfunkenstrecken 8^α, 8⁶ und 8^C so aufgebaut, daß ⁷^ sie eine unveränderliche Durchschlagsspannung haben, die im allgemeinen höher als die höchstzulässige und innerhalb einer endlichen Zeit an den Zuleitungsklemmen der Reihenkondensatoren auftretende Spannung ist. Gemaß der Erfindung werden außerdem Hilfsvorrichtungen benutzt, die der Einleitung des Durchschlages an der Hauptfunkenstrecke beim Auftreten einer Überspannung am Reihenkondensator dienen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, bestehen diese Hilfsvorrichtungen für die drei Hauptfunkenstrecken 8^a, 8* und 8^C aus drei Steuerfunkenstrecken 9^a, 9^& und 9^C, die von drei Aufwärtstransformatoren io^a, io* und io^c gespeist werden, deren Primärwicklungen die Kondensatoren 3°, 3⁶ und 3^C überbrücken. Parallel zu ihren Sekundärwicklungen liegen drei kleine Kondensatoren ii°, ii⁶ und H^, die ihrerseits wieder mittelbar von den Steuerfunkenstrecken g", g^b und g^c überbrückt werden, von denen jede in Reihe mit einer kleinen Drosselspule I2^a, I2^b und I2^C mit oder ohne Eisen geschaltet ist. Diese Spulen sind also in den Kreis eingeschaltet, der die Hauptfunken- ^lo° strecken"8^a, 8⁶ und 8^C enthält und die Reihenkondensatoranordnungen überbrückt.

Aus den Kondensatoren 11 ^a, n^& und n^c und den Spulen I2^a, I2^& und I2^C sind abstimmbare Schwingungskreise gebildet, die ¹⁰S durch die Entladung der entsprechenden Steuerfunkenstrecken g^a, 9* und g^c zu Schwingungen angeregt werden und dadurch in den zugehörigen Drosselspulen i2^a, I2^b und i2^c Schwingungen hoher Frequenz und hoher im Spannung erzeugen. Diese Hochfrequenzschwingungen werden den entsprechenden Hauptfunkenstrecken 8°., 8^b und 8^C zugeführt. Wegen des äußerst niedrigen Widerstandes der Reihenkondensatoranordnungen gegenüber hochfrequenten Strömen erscheint die hochfrequente Spannung an den Hauptfunkenstrecken und führt dort zum Durchschlag. Die Drosselspulen 12^s, xz^b und I2^C können vorteilhafterweise mit zusätzlichen Windungen I2^a'... I2^C' versehen und so als Spartransformatoren ausgebildet werden, so daß

sich eine Erhöhung der Spannung der hochfrequenten, den entsprechenden Hauptfunkenstrecken 8«, 8⁶ und 8^C zuzuführenden Schwingungen ergibt.

Die Einstellung der Steuerfunkenstrekken g", g^b und g^c geschieht so, daß sie keine sehr hohen Ströme führen. Sie sind sorgfältig geeicht und haben eine vorgegebene konstante Durchschlagsspannung, die sich trotz to wiederholten Ansprechens der Funkenstrecken nicht ändert. Der Elektrodenwerkstoff ist vorzugsweise Messing oder ein anderer, nicht lichtbogenbildender Werkstoff, der infolge seines hohen Ionisierungspotentials nicht so leicht einen Lichtbogen unterhalt und dadurch das Verbrennen der Elektroden vermindert. Die Elektroden der Steuerfunkenstrecken besitzen einen solchen gegenseitigen Abstand, daß ein leichtes Verbrennen der Elektroden ao die Durchschlagsspannung nur ganz unwesentlich beeinflußt. Dies wird erreicht, wenn die Steuerfunkenstrecken erst bei einer Spannung von der Größenordnung von 4000 V oder sogar 8000 V durchschlagen werden, im Gegen- *5 satz zu der viel niedrigeren Spannung, beispielsweise von der Größenordnung von 500 V, für die normalerweise Reihenkondensatoranordnungen ausgelegt werden. Es ist schwierig, eine genau geeichte Funkenstrecke zu erhalten, die bei 500 V durchschlagen wird, dies besonders dann, wenn die Funkenstrecke stärkere Ströme führen soll. Dagegen ist es leicht, eine Steuerfunkenstrecke zu entwickeln, die bei mehreren 1000 Volt durchschlagen wird und nur einen schwachen Strom führt.

Die Spannungsverhältnisse der Aufwärtstransformatoren ίο", ιo⁶ und io¹" und die Bemessung der Steuerfunkenstrecken g^a, g^b und 9^C werden vorzugsweise so gewählt, daß die Steuerfunkenstrecken durchschlagen werden, wenn an den Kondensatoren eine Spannung auftritt, die rund den doppelten Wert der normalen Spannung besitzt. Vielfach ist es nicht erwünscht, die Steuerfunkenstrecken so zu bemessen, daß sie bei einer niedrigeren Überspannung an den Reihenkondensatoren, beispielsweise bei einer i5%igen Überspannung, durchschlagen werden, weil es eine ganze Reihe von Ausgleichsvorgängen auf der Leitung gibt, die zu sehr hohen Ausgleichsspannungen an den Reihenkondensatoren führen können, selbst wenn die wirklichen Stromerhöhungen verhältnismäßig klein sind. Solche Ausgleichsvorgänge rühren beispielsweise von Motoranlaßvorgängen und anderen plötzlichen Stromerhöhungen in der Drehstromleitung τ", ι⁶, i^c her und hängen von dem besonderen Zeitpunkt im Verlauf einer fio Spannungswelle ab, in dem die plötzlichen Stromerhöhungen auftreten. Es ist festgestellt worden, daß die Reihenkondensatoranordnungen leicht die doppelte Spannung für jenen sehr kleinen Bruchteil der Periode der Betriebsfrequenz aushalten können, der vor dem Durchschlag der Steuerfunkenstrecken g", g^b und g^c und damit vor dem Durchschlag der Hauptfunkenstrecken 8«, 8⁶ und 8^C verstreicht. Die drei Hauptfunkenstrecken 8°, 8⁶ und S^c sind geschützt mittels dreier Nebenschlußschaltvorrichtungen oder Kontaktmacher, deren Kontakte 13°, 13* und 13* geschlossen werden, beispielsweise durch ihr Eigengewicht, wenn die Kontaktmacher entregt werden. (Die Kontakte 13 sind, wie bereits erwähnt, unter der Annahme eines spannungslosen Zustandes gezeichnet: im normalen Betriebe sind sie geöffnet.) Dabei besitzen die Kontaktmacher Erregerspulen 13', die alle von einem Kontaktsteuerrelais 14 aus erregt oder entregt werden, dessen Antriebsspule oder Antriebsmechanismus über einen Widerstand 15 aus einer Relaisspannungsquelle, im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der Sekundärwicklung des Spannungswandlers 18, gespeist wird. Der Spannungswandler 18 wird von der Phasenspannung der Leitung i^c gespeist. Das Kontaktsteuerrelais 14 besitzt einen Kontakt 19, der beispielsweise durch sein Eigengewicht geöffnet wird, wenn das Relais entregt wird, und über den die drei Erregerspulen 13' der Nebenschlußkontaktmacher aus dem Spannungswandler 18 gespeist werden.

Es ist hier zu bemerken, daß das Kontakt-Steuerrelais 14 normalerweise vom Spannungswandler 18 erregt ist, so daß der Relaiskontakt 19 geschlossen gehalten wird; damit werden aber die drei Nebenschlußkontaktmacher 13' erregt und ihre Kontakte 13°, ^lo° 13* und iy offen gehalten, so daß die entsprechenden Hauptfunkenstrecken 8°, 8⁶ und 8^C während des normalen Betriebes der Reihenkondensatoranordnung nicht überbrückt sind. Diese Maßnahme wurde getroffen, um ^IO5 die Bereitstellung einer besonderen Relaisspannung zur Schließung der Kontakte 13", 13* und I3^C zu ersparen. Gleichzeitig verschafft diese Maßnahme eine Sicherung dagegen, daß eine Störung an der Quelle der "° Relaisspannung stets in eine Sicherungsbedingung für die Apparatur ausläuft. Würde zur Schließung der Kontakte 13°, 13⁰ und I3^C eine besondere Relaisspannung verwendet, so könnte der Fall eintreten, daß die zur Schlie- > «5 ßung dieser Kontakte bereitgestellte Spannung nicht ausreichte, wie beispielsweise beim Auftreten eines Erdschlusses der den Spannungswandler speisenden Phase.

Die Betätigung des Kontaktsteuerrelais 14 durch Entregung kann verschieden erfolgen, wie nachfolgend beschrieben werden soll. Die

entregenden Mittel bestehen in verschiedenen Relaiskontakten zur Kurzschließung der Erregerspule des Kontaktsteuerrelais 14 entsprechend den verschiedenen Betriebszuständen, die zur öffnung des Relaiskontaktes 19 und damit zur Schließung der Nebenschlußkontakte 13^s, 13^& und I3^C herangezogen werden: dabei schließen diese Nebenschlußkontakte sowohl die Hauptfunkenstrecken 8°, 8* und 8^C als auch die Reihenkondensatoranordnungen 2°, 3", 2^b, 3^& und 2^C, 3^C kurz.

Ein Mittel zur Kurzschließung der Erregerspule des Kontaktsteuerrelais 14 ist ein normalerweise offener Kontakt 21 eines thermischen oder eines anderen zeitlich verzögerten Überstromrelais 22, das drei Bimetallstreifen 23, 24 und 25 besitzt. Durch die Bewegung eines jeden dieser drei Bimetallstreifen wird der Kontakt 21 gegen die Wirkung einer Feder 26 geschlossen. Die drei Bimetallstreifen 23, 24 und 25 werden jeder für sich durch einen Strom erwärmt, der je einem der drei in die verschiedenen Einzelleiter i", i^b und i^c gelegten Stromwandler 27", 27* und 27° entnommen wird. Das Überstromrelais 22 hat vorzugsweise eine solche Zeitverzögerung, daß es das Anlassen großer Motoren an einer Verteilungsleitung ermöglicht, ohne daß hierdurch eine überflüssige Schließung der normalerweise offenen Nebenschlufikontakte i3^a... I3^C erfolgt. Diese Zeitverzögerung kann einen Höchstwert von 3 Minuten bei 115% Belastung der Verteilungsleitung haben, sie kann aber auch 10 Sekunden bei 200% Belastung betragen oder jeden anderen zweckmäßigen Wert besitzen. Hierdurch wird erreicht, daß beim Auftreten eines Überstromes auf der Leitung das überstromrelais 22 nicht in Tätigkeit tritt, wenn der Überstrom von genügend kleiner Dauer ist. Wenn aber der Überstrom andauert, dann werden die Reihenkondensatoranordnungen durch den Überstromkontakt 21 geschützt, der in geschlossenem Zustand das Relais 14 und die Erregerspulen 13' entregt, wodurch die Kontakte 13", 13⁶ und 1.3* und sämtliche Reihenkondensatoranordnungen in den drei Phasen der Verteilungsleitung kurzgeschlossen werden.

Als zweites Mittel zur Kurzschließung der Erregerspule des Kontaktsteuerrelais 14 und damit zur Entregung der Kontaktmacher, zur Schließung der Kontakte 13°, 13* und I3^C und zur Kurzschließung der Reihenkondensatoranordnungen werden die normalerweise offenen Kontakte 6^a, 6^b und 6^C der Differentialrelais 5°, S^b und 5^C benutzt, die stets dann erregt werden, wenn die gleiche Stromverteilung in den zwei Hälften jeder Kondensatoranordnung gestört ist, d. h. im Fall eines Fehlers innerhalb der Kondensatoranordnung. Wenn ein solcher auftritt, so werden die Differentialrelais 5^ß, 5* und 5^C geschlossen und so in ihre Schließungsstellung eingeklinkt, daß sie bis zur handbetätigten Wiederöffnung geschlossen bleiben.

Als drittes Mittel zur Kurzschließung der Erregerspule des Kontaktsteuerrelais 14 wird ein normalerweise offener Kontakt 30 eines auf Durchschlag ansprechenden Relais 31 benutzt, dessen Erregerspule 32 von der Spannungsquelle 18 über einen der normalerweise offenen Kontakte 33°, 33⁶ und 33^C der drei ebenfalls auf Durchschlag ansprechenden Hilfsrelais 34^s, 34* und 34^C gespeist wird. Dabei sind die Erregerspulen der Relais 34° ... 34^C durch drei Stromwandler 35^ß, 35* und 3S^C erregt, die in den Stromkreis der drei Hauptfunkenstrecken 8^a, 8^& und 8^C eingeschaltet sind. Dadurch ruft, wenn irgendeine der drei Hauptfunkenstrecken 8^a, 8^b und 8^C durchschlagen wird, der in der Funkenstrecke sich einstellende Strom die Erregung des entsprechenden Hilfsrelais 34°, 34* oder 34^C hervor. Das führt aber zur Erregung des Relais 31 und zur Schließung seines Kontaktes 30, der seinerseits die Erregerspule des Kontaktsteuerrelais 14 kurzschließt, dadurch die Erregerspulen 13' entregt und weiterhin die Schließung der Kon- 9^Ö takte 13°, 13⁶ und 13° bewirkt.

Sobald die Kontakte 13^s, 13⁶ und I3^C geschlossen werden, wird der Lichtbogen in den Hauptfunkenstrecken 8° ... 8^C gelöscht und der Strom in den drei Stromwandlern ^9S 35°. 35⁶ und 35^C unterbrochen. Damit werden aber die Hilfsrelais 34^a, 34* und 34^ entregt. Dieser Vorgang würde, wäre kein Mittel dagegen vorgesehen, zu einer unmittelbaren Wiedererregung der Erregerspulen 13' und damit zur Wiederöffnung der Kontakte I3^a, 13^s und I3^C führen. Möglicherweise könnte dies eintreten, wenn diese Kontakte einen starken, in der Verteilungs- oder Übertragungsleitung i°, i^b und i^c fließenden Störungsstrom führen, wenn man annimmt, daß der Überstrom das Ergebnis eines noch nicht beseitigten Fehlers ist. Natürlich würde dann die Öffnung der Kontakte 13⁰, 13* und I3^C dazu führen, daß die Hauptfunkenstrecken 8^a, 8^b und 8^C unmittelbar darauf wieder durchschlagen werden und sich Lichtbogen bilden, die ihrerseits wieder eine unmittelbar darauffolgende Schließung der Kontakte 13°, 13* und I3^C veranlassen. Diese ^X15 Pumpwirkung der Kontaktmacher wird in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch verhindert, daß das Relais 31 mit einem Haltekontakt 36 ausgerüstet ist, der dazu benutzt wird, die Erregung der Spule 32 dieses Relais aufrechtzuerhalten, sooft es anspricht, so daß

diese Spule 32 erregt bleibt, und zwar auch nach der öffnung der Kontakte 33°, 33⁶ oder 33^C.

Der Haltestromkreis zur Aufrechterhaltung der Erregung der Erregerspule 32 des auf Durchschlag ansprechenden Relais 31 wird nach einer geeigneten zeitlichen Verzögerung durch einen normalerweise geschlossenen Kontakt 37 eines thermischen oder eines anderen zeitverzögerten Relais 38 unterbrochen. Letzteres besitzt ein Heizelement 39, das parallel zu der Spule 32 geschaltet ist, während in Reihe mit der Spule 32 der Kontakt 37 liegt. Das thermische Reis lais 38 öffnet seinen Kontakt 37 nach Ablauf einer beliebig einstellbaren Zeit, wie beispielsweise nach Ablauf von 3 Sekunden oder einer anderen Zeit, die sich zur vollständigen Auslösung der irgendwie auf der besonderen Übertragungs- oder Verteilungsleitung i", i^b und x^c benutzten Störschutzmittel eignet.

Bei der beschriebenen Einrichtung verursacht eine bestimmte Überspannung an einer der Reihenkondensatoranordnungen einen Durchschlag der entsprechenden Steuerfunkenstrecke 9", 9⁶ oder g^c. Gewöhnlich ist diese Durchschlagsspannung hoch genug gewählt, so daß sich der Durchschlag nicht zu häufig als eine Folge wiederholt auftretender Ausgleichsvorgänge, wie beispielsweise von Motoranlaß vorgängen, einstellt. Wird irgendeine der Hauptfunkenstrecken 8^a, 8* oder 8^C durchschlagen, so erregt der sich hieraus ergebende Strom das entsprechende Hilfsrelais 34«, 34^δ oder 34^C und damit das Relais 31. Indem sich dieses hierauf schließt und seine Erregung innerhalb einer durch das thermische Relais 38 bestimmten Zeit selbst aufrechterhält, wird nach Ablauf dieser Zeit der Kontakt yj des Relais 38 geöffnet und die Erregung des Relais 31 aufgehoben. Während das Relais 31 erregt ist, wird die Erregerspule des Kontaktsteuerrelais 14 kurzgeschlossen und die Erregung sämtlicher Kontaktmacher aufgehoben, so daß eine Schließung der Kontakte 13°, 13* und i3^c und eine Überbrückung sowohl der Reihenkondensatoranordnung als auch der Haupt funkenstrecke in jeder Phase der Leitung i^a, i^b und i^c eintritt.

Es ist hier zu bemerken, daß die Zeitverzögerung bei der Wiederöffnung der Kontakte 13"... i3^c nach einem Durchschlag einer der Hauptfunkenstrecken im allgemeinen ausreicht, um einen Fehler auf der Verteilungsleitung zu klären, daß sie aber geringer ist als die größte Verzögerungszeit des Überstromrelais 22 bei schwachen Überlastungen; daher wird für die Reihenkondensatoren nach einem Durchschlag der Hauptfunkenstrecken der Ausgangszustand wiederhergestellt, ehe das verzögerte Überstromrelais 22 angesprochen hat.

Wie bereits hervorgehoben, werden vor- ^e5 zugsweise so bemessene Hauptfunkenstrekken 8^a, 8* und 8^C benutzt, daß sie fähig sind, starke Lichtbogenströme über längere Zeitläume oder wenigstens über Zeiträume zu führen, die gegenüber den Zeiten zur Besei- 7<> tigung von Störungen auf der Übertragungsoder Verteilungsleitung, in die die Reihenkondensatoren eingeschaltet sind, von genügender Dauer sind.

Eine geeignete Ausführung der Hauptfunkenstrecke ist in Fig. 2 wiedergegeben, aus der hervorgeht, daß beispielsweise die Funkenstrecke 8" (Fig. 1) zwei Kohleelektroden 41 und 42 umfaßt, deren flache Oberflächen 43 die Pole der Funkenstrecke bilden. Die Kohleelektroden 41 und 42 haben Aushöhlungen 44, die mit einem Gußmetall 46 ausgefüllt sind. Dabei füllt das Gußmetall nicht nur die Höhlung 44 aus, sondern umgibt auch einen größeren Teil der Seitenflächen der Elektroden 41 und 42. Das Metall des Gußteiles 46 besitzt hohe Wärmeleitfähigkeit, wogegen Kohle ein schlechter Wärmeleiter ist. Das Metall dient dabei der Wärmefortführung von der Kohle längs 9<> eines möglichst kleinen Wärmeleitweges innerhalb der Kohle von den Polflächen 43, wo die Wärme erzeugt wird, zu den Metallteilen 46, in denen oder in deren Haltevorrichtungen 48 die Wärme leicht abgeleitet, ⁹S zerstreut oder gespeichert werden kann. Die Höhlung 44 der Elektroden 41 und 42 kann vorzugsweise so mit einer oder mit mehreren Nuten 49 ausgerüstet werden, daß eine ineinandergreifende Verbindung zwischen der ">< > Kohle und dem Metall entsteht, und zwar wiederum vorzugsweise in einem Punkt, der so weit von der Wärmequelle entfernt ist, daß die in diesem Punkt auftretenden Temperaturdifferenzen nicht zu groß sind. ">5

In Fig. 3 ist die Anwendung der Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung auf eine Verteilerleitung dargestellt, bei der eine Speiseleitung von der Hauptleitung abgezweigt ist. Hier ist es erwünscht, eine Mehr- '·» zahl von getrennten Reihenkondensatoranordnungen beiderseits des Abzweigpunktes der Speiseleitung in die Hauptleitung einzuschalten. Bei einer solchen Anordnung können die verschiedenen Reihenkondensator- "5 anordnungen gemeinsam überwacht werden, um wesentliche Kostenersparnisse bei den hierfür erforderlichen Schutzeinrichtungen zu erzielen.

In Fig. 3 ist nur eine einzige Phase darge- ^lao stellt, obwohl sich die Erfindung im allgemeinen auf eine Dreiphasenleitung bezieht.

Es ist dabei angenommen, daß die Energie auf der Leitung 50 herangeführt und über die Leitung 51 weitergeleitet wird. Der Leistungsabgriff für die abzweigende Speiseleitung 53 erfolgt in dem Verbindungspunkt 52. Eine zweiteilige Reihenkondensatoranordnurig 54, 55 ist zwischen den Abzweigpunkt 52 und einen Differentialstromwandler 56 geschaltet, wobei der Mittelpunkt derPrimärwicklung des letzteren mit der ankommenden Leitung 50 verbunden ist. Eine zweite Reihenkondensatoranordnung 57> 5& ist zwischen den Verbindungspunkt 52 und einen Differentialstromwandler 59 geschaltet,

«5 wobei der Mittelpunkt der Primärwicklung des letzteren mit der Äusgangsleitung 5¹ verbunden ist.

Die schützenden Eigenschaften des in Fig. 3 dargestellten Systems sind in vieler

ao Beziehung denen des an Hand der Fig. 1 beschriebenen ähnlich. Es sind zwei Hauptfunkenstrecken 61 und 62 vorhanden, von denen die eine, 61, parallel zu der Kondensatoranordnung 54, 55 und die andere, 62, parallel zu der Kondensatoranordnung 57, 58 geschaltet ist. Außerdem sind zwei Steuerfunkenstrecken 63 und 64 vorgesehen, je eine für die Hauptfunkenstrecken. Die Steuerfunkenstrecken sind mit Abstimmkreisen verbunden, deren induktive Teile an einer einzigen kernlosen Spule 65 abgegriffen sind und deren kapazitive Teile von den kleinen Kondensatoren 66 und 67 gebildet werden. Die Steuerfunkenstrecken 63 und 64 werden von der angezapften Sekundärwicklung eines einzigen, mit mehreren Primärwicklungen ausgerüsteten Aufwärtstransformators 69 gespeist, dessen zwei Primärwicklungen parallel zu den Reihenkondensatoren 55 und 58 liegen. Bei dieser Anordnung verursacht eine an einem der beiden Reihenkondensatoren 55 und 58 auftretende Überspannung eine Überspannung auf der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 69. Infolgedessen werden die beiden Steuerfunkenstrecken 63 und 64 durchschlagen und gezündet, wodurch hochfrequente Schwingungen in den entsprechenden Abstimmkreisen und Hochfrequenzspannungen an denHauptfunkenstrecken 61 und 6*2 erscheinen, die damit ebenfalls durchschlagen werden.

Da beide Hauptfunkenstrecken 61 und 62 gleichzeitig durchschlagen werden, wird nur ein einziges auf Durchschlag ansprechendes Mittel benötigt, das sich aus einem Stromwandler 71 im Stromkreis der Hauptfunkenstrecke 61, einem ebenfalls auf Durchschlag ansprechenden Hilfsrelais 72 und einem weiteren ebenfalls auf Durchschlag ansprechenfio den Relais 73 zusammensetzt, wobei das letztere einen Kontakt 74 besitzt, der die Erregerspule eines Kontaktsteuerrelais 75 kurzschließt, wenn die Hauptfunkenstrecke 61 zündet. Das Kontaktsteuerrelais 75 hat einen Kontakt 76, der die Erregung von den 6s beiden Kontaktvorrichtungen 77 und 78 fortnimmt, die ihrerseits mittels ihrer Kontakte 79 und 80 die beiden Reihenkondensatoranordnungen 54, 55 und 57, 58 überbrücken. Bei ,Stromführung der Hauptfunkenstrecke τ> 6i werden die beiden Kontaktvorrichtungen 77 und 78 gleichzeitig entregt, so daß ihre Kontakte 79 und 80 beide Reihenkondensatoranordnungen kurzschließen.

Die weiteren Eigenschaften der Schutz- 7·^Γ· einrichtung gemäß Fig. 3 ähneln vollständig denen der bereits an Hand der Fig. 1 beschriebenen Schutzeinrichtung mit Ausnahme von zwei Differentialrelais 81 und 82, die so geschaltet sind, daß bei ihrer Erregung das Kontaktsteuerrelais 75 kurzgeschlossen und eine Schließung der Kontakte 79 und 80 veranlaßt wird, wodurch beide Reihenkondensatoranordnungen kurzgeschlossen werden.

Der Überstromschutz wird durch einen einzigen, in die ankommende Leitung 50 eingeschalteten Stromwandler 84 erreicht. Dieser erregt ein thermisches Relais 85, dessen Kontakt 86 die Erregerspule des Kontakt-Steuerrelais 75 kurzschließt.

Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. ι ist ein Zeitrelais 88 mit dem auf Durchschlag ansprechenden Relais 73 verbunden, das in der bereits beschriebenen Weise arbeitet.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung gewährt einen vollständigen Schutz gegen jede Art von Störungen, wie sie in den dargestellten Reihenkondensator anordnungen auftreten können. Tritt eine Störung an dem den Steuerfunkenstreckenkreis speisenden Aufwärtstransformator auf, so wird das Stromgleichgewicht des Differentialstromwandlers gestört und damit das Differentialrelais wie im Fall eines inneren Fehlers; der Reihenkondensatoranordnung ausgelöst. Offensichtlich ist es nicht notwendig, sämtliche Schutzvorrichtungen bei jeder Anordnung zu benutzen, vielmehr können im Inter- ^Uo esse der Einfachheit und Wirtschaftlichkeit einige der Schutzvorrichtungen fortgelassen werden. Ebenso offensichtlich ist es, daß die besondere Art der auf Durchschlag ansprechenden Mittel abgeändert werden kann und daß die Überstrom- und Differentialstromschutzvorrichtungen so benutzt werden können, daß sie einen geeigneten Nebenschlußkreis zu der Reihenkondensatoranordnung bilden. Man ist dabei nicht auf die besondere hier beschriebene Schaltung beschränkt.

Claims (17)

1. Patentansprüche:

   ι. Schutzeinrichtung für im Zuge von Wechselstromübertragungs- und bzw. 5 oder -Verteilungsleitungen liegende Reihenkondensatoren, bei der im Nebenschluß zu den Reiheukondensatoren Funkenstrecken vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecken

   to für höhere. Durchschlagsspannungen als die höchstzulässigen Kondensatorspannungen ausgelegt sind und außerdem mit Hochfrequenzspannungsquellen in Verbindung stehen, die in Abhängigkeit von

   >5 den Kondensatorüberspannungen gesteuert werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzspannungen groß gegenüber den

   ao Kondensatorüberspannungen sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2. gekennzeichnet durch die Verwendung von Schwingungskreisen als Hochfrequenzspannungsquellen, die über Auf-

   ^a5 wärtstransformatoren von den Kondensatorüberspannungen erregt werden.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß Hufs- oder Steuerfunkenstrecken als Schaltglieder den Anstoß der Schwingungskreise bewirken.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfunkenstrecken von der zu schützenden Anordnung über Aufwärtstransformatoren gespeist werden, die die Reihenkondensatoranordnungen überbrücken.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannungen der Hauptfunkenstrecken den Schwingungskreisen ebenfalls über Aufwärtstransformatoren entnommen werden, beispielsweise über die als Spartransformatoren ausgebildeten Drosselspulen des Schwingungskreises.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkreise der mit den Hochfrequenzspannungsquellen verbundenen Hauptfunkenstrecken mit Relaisanordnungen ausgerüstet sind, die auf Ströme in den Hauptfunkenstrecken ansprechen, Kurzschlußvorrichtungen für die Hauptfunkenstrecken betätigen und für die Entregung der Hochfrequenzspannungsquellen sorgen.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß sich die Relaisanordnungen aus einem Hauptrelais (31). Nebenrelais (34" ... 34^e) und einem die Kurzschlußvorrichtungen (13) unmittelbar betätigenden Steuerrelais (14) zusammensetzen (Fig. 1).
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits- «S kontakte (33) der Hilfsrelais (34), die sich bei deren Erregung durch den Strom in den Hauptfunkenstrecken (8° ... 8^C) schließen, im Erregerkreis des Hauptrelais (31) liegen, und daß das Hauptrelais (31) einen durch seine Erregung betätigten Unterbrecher (30) für die Erregung des Steuerrelais (14) bildet (Fig. i).
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 8 ⁷S und 9, gekennzeichnet durch die Ausrüstung des Hauptrelais (31) mit Schaltvorrichtungen (37 ... 39) zur beliebig einstellbaren Erregungsdauer des Hauptrelais (31) und damit zur beliebig ein- ·β stellbaren Schließungsdauer der Kurzschlußvorrichtungen (13, Fig. 1).
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkreis (32) des Hauptrelais (31) über *5 zwei Parallelzweige geführt ist, von denen der eine die Arbeitskontakte (33° ■ · · 330 der Hilfsrelais (34" ... 34«) enthält und der andere über Haltekontakte (36) des Hauptrelais (31) dessen β< > Haltestromkreis vervollständigt, und daß ferner in dem Erregerkreis (32) des Hauptrelais (31) ein normalerweise ge-^ schlossener Unterbrecher (37) liegt, der nach eingeschalteter Erregung des Haupt- ⁹S relais (31) selbsttätig und mit einstellbarer Verzögerungszeit wirksam wird (Fig. i).
12. 12. Einrichtung nach Ansprüche bis

    11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (19) des Steuerrelais (14), die im Erregerkreis (13') der Kurzschlußvorrichtungen (13) liegen, als Arbeitskontakte ausgebildet, d. h. bei Erregung des Steuerrelais (14) geschlossen sind >°5 (Fig. i).
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 7 bis

    12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschluß vorrichtungen (13) mit Ruhekontakten (i3^a...i3^c) ausgerüstet sind "<o (Fig. i).
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 7 bis

    13, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom des Steuerrelais (14) und der Kurzschluß vorrichtungen (13) der glei- ¹¹S chen Spannungsquelle entnommen sind, beispielsweise einem von der Phasenspannung des Netzes gespeisten Transformator (18, Fig. ι).
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 7 bis '^ao

    14, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerrelais außerdem in einer seine Er-

    regungabschaltendenWirkungsverbindung mit weiteren Relaisanordnungen steht, die getrennt auf Störungen in der eigentlichen Ubertragungs- oder ■Verteilungsleitung und innerhalb der Kondensatoranordnungen ansprechen.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Leitungsstörungen ansprechenden und über Stromwandler an das Netz angeschlossenen Relaisanordnungen aus thermischen oder anderen mit zeitlicher Verzögerung arbeitenden Überstromrelais bestehen.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Störungen innerhalb der Kondensatoranordnungen ansprechenden Relaisanordnungen über Differentialstromwandler (4° ... 4^C) an die Kondensatoranordnungen angeschlossen und mit Vorrichtungen (7°... 7^C) ausgerüstet sind, die die Relais nach Auslösung in Schließungsstellung halten.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen