DE733782C

DE733782C - Device to protect devices in series with the network against overvoltages

Info

Publication number: DE733782C
Application number: DES131342D
Authority: DE
Inventors: Charles F Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1937-03-27
Filing date: 1938-03-18
Publication date: 1943-04-02

Description

Einrichtung zum Schutze von in Reihe mit dem Netz liegenden Apparaten gegen Überspannungen Apparate, die mit einem Netz in Reihe, geschaltet sind können sehr leicht durch an ihnen auftretende Überspannungen. beschädigt werden. Das gilt insbesondere für Reihenkondensatoren, wie sie häufig zur Leistungsfaktorverbess.erung oder zur Oberwellenbefreiung benutzt werden. Tritt in dem Netz, beispielsweise infolge ,eines Kurzschlusses, ein Überstrom auf, so hat .das zur Folge, daß an dem Kondensator die Spannung ansteigt, wodurch unter Umständen ein Dur chschlag seines Dielektrikum.s, hervorgerufen werden kann.Device for the protection of devices in series with the network against overvoltages, devices that can be connected in series with a network very easily due to overvoltages occurring on them. to be damaged. That is true especially for series capacitors, as they are often used for power factor improvement or can be used to release harmonics. Occurs in the network, for example as a result , a short circuit, an overcurrent, so has the consequence that on the capacitor the voltage increases, which may cause a breakdown of its dielectric. can be evoked.

Gemäß der Erfindung werden deshalb zum Schutz des mit dein Netz in Reihe liegenden Apparates diese Gas- oder Dampfentladungs-Strecken- mit lichtbogenartiger Entladung parallel geschaltet, die unter der Einwirkung der mit der Spannungserhöhung an dem zu schützenden Apparat einhergehenden Stromerhöhung in der betreffenden Netzleitung mit Hilfe von ständig mit der Kathodenflüssigkeit in leitender Verbindung stehenden Zündelektroden gezündet werden. Es ist an sich bereits bekannt, einem Apparat zum Schutz gegen Überspannungen Entladungsstrecken in Form von Glimmlampen parallel zu schalten. Dabei muß die Zündung der Glimmlampe durch die an dem zu schützenden Apparat auftretende überäpannung selbst erfolgen. Nun besteht aber nvischen der Zünd- und der Löschspannung einzr Glimni@entladungsstrecke ein beträchtlicher Unterschied. Anderseits muß gefordert werden, daß .die Entladungsstrecke wieder -erlischt, wenn die überspannun- beseitigt ist und die Spannung an dem zu schützenden Apparat auf ihren normalen Wert zurückkommt. Diese Forderung führt im Verein mit dem vorher erwähnten Unterschied zwischen Zünd- und Löschspannung bei Glimmlampen zu der Notwendiglwit, die Zündspannung wesentlich höher zu wählen als die normale Betriebsspannung, d.h. also, eine nicht unbeträchtliche Spannungserhöhung an dem Apparat zuzulassen, ohne daß die Glimmlampen ansprechen. Es kommt hinzu., daß Glimmlampen, selbst wenn ihre Entladung in eine lichtbogen artige Entladung umschlägt, nur begrenzte Ströme führen können, so daß sie für den Schutz von Starkstromanlagen hoher Leistung nicht in Betracht kommen.According to the invention, therefore, to protect your network in Apparatus lying in series, this gas or vapor discharge route with arc-like Discharge connected in parallel, under the action of with the voltage increase Increase in current in the relevant power line associated with the apparatus to be protected with the help of constantly in conductive connection with the catholyte Ignition electrodes are ignited. It is already known per se, an apparatus for Protection against overvoltages. Discharge paths in the form of glow lamps in parallel to switch. The ignition of the glow lamp must be carried out by the one to be protected Apparatus occurring over-tensioning itself. But now there is a niche of Ignition and the Erase voltage only a considerable discharge distance Difference. On the other hand, it must be required that .the discharge path again - goes out when the overvoltage has been removed and the voltage at the one to be protected Apparatus comes back to its normal value. This requirement is part of the association the previously mentioned difference between ignition and extinguishing voltage in glow lamps to the necessity to choose the ignition voltage much higher than the normal one Operating voltage, i.e. a not inconsiderable increase in voltage on the Allow the device without the glow lamps responding. In addition, glow lamps even if their discharge turns into an arc-like discharge, only a limited one Currents can lead, so they are used for the protection of high-power systems out of the question.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In allen Fällen ist angenommen, daß es sich bei, dem zu schützenden Apparat um einen Kondensator i handelt, der mit dem Netz in Reihe geschaltet ist. In Fig. i sind mit diesem Kondensator i zwei Impedanzen 5 hintereinandergeschaltet, die als Ohmsche Widerstände ausgebildet sein mögen. Als Parallelpfad für den zu schützenden Kondensator dient ein Quecksilberdampfentladungsgefäß 2, welches zwei Quecksilberelektroden 7 hat und somit imstande ist, in beiden Richtungen Strom durchzulassen. Zur Zündung dieses Entladungsgefäße,s dienen Zündelektroden 6, die ständig in das Elektrodenquecksilber eintauchen und@die aus einem halbleitenden oder aus Widerstandsmaterial bestehen. Die Stromkreise: dieser Zündelektroden, die sich über die QuecksilberelektrOden 7 schließen, sind an die Klemmen der Widerstände 5 angeschlossen. Die Zündung des Entladungsgefäßes 2 hängt nun von zwei Größen ab. Zunächst einmal m:uß der Strom in den Widerständen 5 so groß sein, daß die in den Zündelektrodenstromkr?isen auftretenden Spannungen zur Bildung :eines emittierenden Kathodenfleckes ausreichen; gleichzeitig ruß aber auch die Spannung an dem Kondensator i so groß sein, daß der so gebildete Kathodenfleck das Einsetzen der Entladung zur Folge hat.Several exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. In all cases it is assumed that the apparatus to be protected is a Acting capacitor i, which is connected in series with the mains. In Fig. I are with this capacitor i two impedances 5 connected in series, which are called ohmic Resistances may be formed. As a parallel path for the capacitor to be protected a mercury vapor discharge vessel 2, which has two mercury electrodes 7 and is therefore able to pass current in both directions. For ignition This discharge vessel, s serve ignition electrodes 6, which are constantly in the electrode mercury immerse and @ which consist of a semiconducting or resistance material. The circuits: these ignition electrodes, which extend over the mercury electrodes 7 close are connected to the terminals of the resistors 5. The ignition of the Discharge vessel 2 now depends on two sizes. First of all, the electricity in the resistors 5 must be so large that the current currents occurring in the ignition electrode Voltages to form: an emissive cathode spot is sufficient; simultaneously soot but also the voltage across the capacitor i must be so great that the so formed Cathode spot results in the onset of the discharge.

Die Wirkungsw eise der @erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung möge an Hand der Fig. 5 näher .erläutert werden. Wenn in denn Stromkreis -, in den der Kondensator i eingeschaltet ist, ein normaler Strom fließt, wie er in Fig. 5 durch die Kurve i i dargestellt wird, so entsteht an den Klemmen des Kondensators eine Spannung io von ebenfalls normaler Größe, die dem Strom. i i um 9o° nacheilt. Steigt jedoch aus irgendeinem Grunde der Strom entsl>reclr:end dem Kurvenast 13 plötzlich auf einett übernormalen Wert an, so wächst auch die an deni Kondensator auftretende Spannung, wie durch den Kurvenast 12 angedeutet, in entsprechendem Maße. Das Anwachsen des Stromes, ruft dabei einen erhöhten Spannungsabfall an den Widerständen 5 hervor, wodurch auf den Elektroden 7 des Entladungsgefäßes e!missio@n,sfälii#,-;e Kathodenflecke gebildet werden, s.o daß die an .dem Kondensator auftretende Überspannung sich :ohne weiteres über die dadurch gezündete Entl.adungsstreckc aus--],eichen kann.The mode of operation of the protective device according to the invention should be explained in more detail with reference to FIG. If a normal current flows in the circuit - in which the capacitor i is switched on, as shown in FIG . ii lags by 90 °. However, if for some reason the current at branch 13 suddenly increases to an above normal value, then the voltage appearing at the capacitor also increases to a corresponding extent, as indicated by branch 12. The increase in the current causes an increased voltage drop across the resistors 5, as a result of which cathode spots are formed on the electrodes 7 of the discharge vessel, so that the overvoltage occurring on the capacitor is: can easily be calibrated via the discharge path ignited thereby.

In Fig. 2 sind die in den Zündstromkreisen liegenden Ohmschen Widerstände ersetzt durch Indtuktivitäten 15. Außerdem sind an Stelle des in beiden Richtungen durchlässigen Entladungsgefäßes in Fig. i zwei nur einseitig durchlässige, jedoch gegeneinander antiparallel beschaltete Entladungsgefäße vorgesehen.In Fig. 2 are the ohmic resistances in the ignition circuits replaced by inductivities 15. In addition, are in place of in both directions permeable discharge vessel in Fig. i two only permeable on one side, but Discharge vessels connected antiparallel to one another are provided.

Für gewisse Arten von Zündelektroden, meist abhängig von deren Material, ist es zuve:ckmäßig, eine höhere Zündspannung zu verwenden, .als sie normalerweise an den in Reihe mit d:en1 Kondensator geschalteten Impedanzen 5 bzw. 15 auftreten kann. Aus diesem Grunde sind in Fig. 3 noch zweiTransformatoren 16 vorgesehen, welche die an den Widerständen 5 auftretenden Spannungen für die Zündelektroden 6 heraufsetzen. Außerdem sind in Fig. 3 in die Zündele@ktrodenkreise nach Entladungsstrecken 2o neingeschaltet, die einen Stro:mfluß nur in Richtung von der Zündelektrode 6 zur Quecksilberkathode 7 zulassen. Auf diese Art lassen sich unerwünschte . Zündungen durch die umgekehrte Stromrichtung vermeiden.For certain types of ignition electrodes, mostly depending on their material, it is advisable to use a higher ignition voltage than can normally occur at the impedances 5 or 15 connected in series with the capacitor. For this reason, two transformers 16 are also provided in FIG. In addition, in Fig. 3 in the Zündele @ ktrodekreiskreises are switched on after discharge paths 2o, which allow a current only in the direction from the ignition electrode 6 to the mercury cathode 7. In this way you can avoid unwanted. Avoid ignition by reversing the direction of current.

Anstatt auf beiden Seiten des Kondensators i eine Impedanz zur Speisung des Zündstromkreises vorzusehen, genügt unter Umständen auch eine einzige derartige Impedanz auf einer Seite des Kondensators, wie es in Fig. 4. , dargestellt ist. Die beiden Zündstromkreise für die Entladung sgef.äße 3 und q. werden hier durch den Transformator 17 bespeist, der für den Zündstromkreis jedes Entladungsgefäßes eine besondere Sekundärwicklung 18 b.zw. 19 enthält.Instead of providing an impedance for supplying the ignition circuit on both sides of the capacitor i, a single such impedance on one side of the capacitor, as shown in FIG. 4 , may also suffice. The two ignition circuits for the discharge vessel 3 and q. are fed here by the transformer 17, which has a special secondary winding 18 b.zw. 1 9 contains.

In vielen Fällen wäre es wünschenswert, den Strom in den Zündstromkreisen so lange zu sperren, bis tatsächlich die Zündung in einem Störungsfall erfolgen soll. Zu diesem Zweck sind in Fig. q. den Zündelektroden 6 Ent. ladungsgefäße 21, z. B. Glimmentladungsgefäße, vorgeschaltet, welche die Eigenschaft haben, daß sie erst bei Überschreitung einer ganz bestimmten Spannung stromdurchlässig «--erden. Den gleichen Effekt kann man auch durch Wahleines entsprechenden, Gitterpotentials mit Hilfe der Entladungsgefäße 2o bei der Anordnung nach Fig.3 erhalten.In many cases it would be desirable to have the current in the ignition circuits to block until the ignition actually takes place in the event of a fault target. For this purpose, in Fig. Q. the ignition electrodes 6 Ent. cargo vessels 21, z. B. glow discharge vessels, which have the property that they only when a certain voltage is exceeded, current-permeable «- earth. The same effect can also be achieved by choosing an appropriate grid potential obtained with the aid of the discharge vessels 2o in the arrangement according to FIG.

Claims

PATENT CLAIMS i. Device for protection in series with the network lying apparatus, especially capacitors, against overvoltage, thereby characterized in that the apparatus to be protected is gas or vapor discharge neck connected in parallel with arc-like discharge, which are under the action the increase in current associated with the increase in voltage on the apparatus to be protected in the relevant power line with the help of constantly with the catholyte ignition electrodes that are in constant communication are ignited. a. Facility according to claim i, characterized in that the voltage drop in impedances, -which are in series with the apparatus to be protected, directly or via transformers the ignition circuits has an effect. 3. Device according to claim i and z, characterized in that that in the ignition circuits: voltage-dependent circuit parts, z. B. glow discharge paths, are provided that only allow a current to come into being in the ignition electrodes, if the current in the: to: protective apparatus exceeded a certain value Has. q .. Device according to claim i to 3, characterized by the use only one discharge vessel with two electrodes that can be excited by ions. 5. Establishment according to claim. i to 3, characterized by the use of two opposing directions parallel connected discharge vessels with its current passage in only one direction.