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Vorrichtung zum Schutz elektrischer Apparate vor Uberspannungen
Es sind Vorrichtungen zum Schutz elektrischer Apparate gegen Überspannungen bekannt, wie sie bei Blitzschlägen in Leitungen, aber etwa auch beim Ausschalten von Stromkreisen, die grosse Selbstinduktionen enthalten, auftreten.
Ebenso bekannt sind auch Einrichtungen, die Stromkreise dann unterbrechen, wenn die darin fliessenden Ströme unzulässig hohe Werte erreichen.
Als Vertreter der ersten Gruppe wäre zum Beispiel eine Blitzschutzvorrichtung zu nennen, die im Wesen aus einer Vakuumröhre mit zwei eine Funkenstrecke bildende Elektroden besteht, über die sich die Energie eines Blitzes in Form eines Lichtbogens entladen kann. Dieselbe Vorrichtung kann auch als Überspannungsschutz in einer Leitung mit hoher Selbstinduktion angewandt, z. B. in den Primärkreis eines Transformators, eingeschaltet werden. Die hier parallel zu dem Ausschalter liegende Funkenstrecke gestattet Entladung bei plötzlicher Unterbrechung des Kreises.
Eine andere Funkenstrecke wird z. B. so gebaut, dass ein durchgehender, nicht unterbrochener, allenfalls in mehrere Äste aufgespaltener Leiter zu einem Ganzen mit einem Isolierkörper verbunden wird, und ersterer hierauf, um eine oder mehrere verschieden lange Funkenstrecken zu bilden, unterbrochen wird, die bei verschiedenen Spannungsimpulsen ansprechen.
Als Vertreter der zweiten Gruppe, nämlich der Überstromsicherungen, sei eine Schmelzsicherung genannt, auf deren zylindrischem, vorzugsweise spulenartig eingeschnürtem Grundkörper aus Isolierstoff ein dünner Metallüberzug aufgebracht ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Überspannungsschutzvorrichtung dar, die im Wesen aus einer elektrisch leitenden Bahn besteht, die zwischen Punkten fallweise auftretender hoher Potentialdifferenz liegt, und die durch einen Luftspalt zur Entladung von Überspannungsenergien durch Lichtbogen unterbrochen ist, wobei die Bahn aus einem derart dünnen metallischen Belag besteht, dass sie unter der Wirkung dieses Lichtbogens augenblicklich zerstört wird. Diese Vorrichtung kann erfindungsgemäss mit einem AbschmeIz-Uber- stromunterbrecher zu einer Einheit so kom- biniert werden, dass der Stromunterbrecher aus einem der Bahn gleichen und zu ihr parallel liegenden Belag besteht, der aber durch keinen Luftspalt unterbrochen ist, und der sich vorzugsweise gemeinsam mit der Bahn auf einem Grundkörper (Träger) befindet.
Erfindunggemäss können auch mehrere zueinander parallel geschaltete gleiche Bahnen mit gleichen Luftspalten vorgesehen sein, die hintereinander ankommende Spannungswellen zu paralysieren imstande sind, und die vorzugsweise alle auf demselben Grundkörper sitzen. Die Stärke der Beläge beträgt z. B. 10-5 mm.
Der Vorzug der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass wegen der Zerstörung des dünnen Belages der Lichtbogen sofort verschwindet und die Unterbrechung vollständig ist, so dass die zu schützenden Apparate und Einrichtungen keinen Schaden nehmen können. Die Anordnung mehrerer paralleler Bahnen gestattet es, weitere der ersten folgende Spannungwellen ebenso wirkungslos zu machen.
Bei Anwendung der Vorrichtung in Stromkreisen, die einen Betriebsstrom führen, stellt die Kombination von Überstromunterbrecher und Überspannungsschutz in einem Gerät vereinigt, einen besonderen erfinderischen Vorzug dar.
Zum klaren Verständnis der Erfindung sollen nun einige auf ihr beruhende Vorrichtungen an Hand der Zeichnungen beschrieben werden, in denen Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Überspannungsschutzvorrichtung im Verein mit einem Stromschalter ist (das Gehäuse ist im Schnitt dargestellt) ; Fig. 2 ist eine Abwicklung der Schutzvorrichtung sowie des Schalters bei weggelassenem Gehäuse ; Fig. 3 ein Schaubild der Schutzvorrichtung für irgendeinen Apparat ; Fig. 4 die Abwicklung derselben ;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 in ihrer Verwendung zum Schutz des Kreises eines Aussenstromunterbrechers mit Schmelzsicherung ; Fig. 6 eine schematische Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 in seiner Verwendung zum Schutz des Kreises eines Aussenstromunterbrechers der Schaltertype ; Fig. 7 eine schematische Ansicht zweier Vorrichtungen nach den Fig. 3 und 4 bei gleichzeitiger Verwendung derselben zum Schutz des Stromkreises von Luftkabeln.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungs- form der Erfindung in Anwendung auf einen
Stromunterbrecher 1. Diese Stromunterbrecher bewirken bei Überlastung eine rasch erfolgende Unterbrechung des Stromkreises und wenn der überwachte Stromkreis ein induktiver ist, ver- ursacht dies vorübergehende Überspannungs- stösse von sehr hohem Wert. Dies kann die
Ursache von Bogenbildung in Apparatteilen sein, die ausserhalb des Stromunterbrechers liegen, und diese Lichtbogenbildung kann für den
Apparat von verhängnisvollen Folgen sein.
Um den Apparat gegen solche Überspannungs- stösse zu schützen, ist zum Stromunterbrecher 1 ein Überspannungsschutz in Gestalt einer metallischen Schicht 2 parallel gelegt, die identisch mit jener sein kann, die den Stromunterbrecher bildet, mit der Ausnahme jedoch, dass sie mit einem Luftspalt G von etwa-25 mm versehen ist.
Die Wirkung hievon ist, dass, sobald der Über- spannungsstoss einen ausreichend hohen Wert erreicht, ein Lichtbogen über den Spalt G springt.
Dadurch wird der Spannungsanstieg sofort abge- stellt und die Zerstörung der genannten metal- lischen Schicht 2 hervorgebracht, wodurch auch der Lichtbogen unterbrochen wird. Die rasche
Unterbrechung des Lichtbogens kann einen zweiten Überspannungsstoss von geringerer Heftig- keit als der erste hervorbringen, und um diesen zweiten Stoss aufzufangen, kann ein zweiter Überspannungsschutz in Gestalt einer metallischen
Schicht 2 a mit Luftspalt G ebenfalls in Parallel- schaltung zum Stromunterbrecher 1 und sonst dem ersten Schutz gleichgebaut, d. h. insbe- sondere einen Luftspalt gleicher Grösse auf- weisend, vorgesehen werden. Dieser zweite Überspannungsschutz kommt erst nach Zer- störung des ersten zur Wirksamkeit.
Manch- mal empfiehlt es sich, einen oder mehrere zu- sätzliche Schutzeinrichtungen, wie etwa Schicht
2 b mit Luftspalt G2 zu verwenden. Für die einzelnen Überspannungsschutzvorrichtungen kann man Luftspalte verschiedener Breite wählen.
Baulich können Stromunterbrecher 1 samt den Überspannungsschutzvorrichtungen auf einer
Unterlage 3, bestehend aus einer Tonerde- stange viereckigen Querschnittes und etwa
175-200 mm Länge aufgebracht sein, wobei der eigentliche Stromunterbrecher 1 auf einer
Seite der Stange, die drei Schichten 2, 2 a, 2 b auf deren anderen drei Seiten montiert sind.
Die den Stromunterbrecher bildende Schicht ist so dünn (etwa /ioooo mm), dass sie durch einen
Lichtbogen schon bei kleinerem als dem Unter- brechungsstrom zerstört wird. Die den Über- spannungsschutz bildenden Schichten 2, 2 a, 2 b können die gleiche Dicke haben. Die Auf- bringung der Schichten 1, 2, 2 a, 2 b kann in irgendeiner bekannten Weise vor sich gehen.
Die Gesamtlänge des Stromunterbrechers kann dadurch vergrössert werden, dass die Schicht zickzackförmig verläuft. Auch die Schichten 2, 2 a, 2 b des Überspannungsschutzes sind zickzackförmig und die Spalte G, G1, G2 befinden sich, wie dargestellt, etwa in der Mitte.
An beiden Enden der Stange 3 sind Anschlusskappen vorgesehen, die aus elektrolytisch niedergeschlagenen Schichten 4, etwa aus Kupfer, bestehen, die die Stange 3 an deren beiden Enden umgeben und die Enden der Schichten 1, 2, 2 a, 2 b überdecken. Anschlussdrähte 5 sind bei 6 an diese Kupferschichten 4 angelötet und die Gesamtkonstruktion ist in einem zylindrischen, isolierenden Rohr 7 mit Endkappen 8 und Sandfüllung montiert und darin vermittels der an diese Endkappen angeschlossenen Drähte 5 befestigt. Die Verbindung der Drähte mit der obigen Konstruktion ist durch eine Art von Kittungen 9 zwischen Drähten und Stange 3 des weiteren gesichert.
Die Stange 3 soll aus anorganischem Werkstoff sein, und vorzugsweise sollen mit den Schichten, abgesehen von einem Schutzfirnisstrich, keine organischen Stoffe kombiniert sein.
Die Erfindung ist auch für jede andere Form von Stromunterbrechern unter Bedingungen anwendbar, wo eine Funkenstrecke vorteilhaft sein kann. So zeigen die Fig. 3 und 4 eine Ausführungsform der Erfindung für Freilufteinrichtungen, in deren Stromkreis leicht Spannungsstösse entstehen können. Die in diesen Figuren dargestellte Vorrichtung ist gleich jener nach Fig. 1 und 2 mit der Ausnahme, dass der Stromunterbrecher 1 fehlt und sein Platz von einem vierten Überspannungsschutz eingenommen ist, der aus einer Schicht 2 c mit Luftspalt G3 besteht. Ansonsten bezeichnen gleiche Bezugszeichen die nämlichen Teile wie in Fig. 1 und 2.
Fig.'5 zeigt schematisch die Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 in Parallelschluss mit einer Aussenschmelzsicherung und Fig. 6 diese Vorrichtung in Parallelschluss mit einem Aussenkreisunterbrecher 11 der Schaltertype.
Wenn die Schmelzsicherung durchgebrannt oder der Stromunterbrecher geöffnet wird, arbeiten die Über- spannungsschutzeinrichtungen wie für Fig. 1 und 2 beschrieben.
Weiter kann die Erfindung zum Überspannungsschutz bei anderen Einrichtungen als Stromunterbrechern benützt werden. Beispielsweise ereignet es sich manchmal bei Freileitungen, dass zufolge Blitzentladungen in denselben sehr hohe Überspannungsstösse auftreten, und diese können so hoch sein, dass die die Leitungen tragenden Isolatoren durchgeschlagen werden. Ein Überspannungsschutz oder mehrere derselben können an Punkten entlang des Kabels (etwa in der Nähe der Isolatoren) angeordnet und zwischen Kabel und Erde gelegt werden.
Steigt ein Überspannungsstoss genügend hoch an, wird der Schutz in genau derselben Weise, wie vorhin beschrieben, funktionieren, da ja nur ein Unterschied in der Art des Entstehens des Spannungsstosses besteht. Fig. 7 zeigt schematisch ein Luftkabel auf einen Ständer 13 und mit zwei Vorrichtungen nach Fig. 3 und 4 in Parallelschluss zwischen Kabel und Erde an einer Stelle nächst dem Ständer.
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Obgleich in der Zeichnung stets eine Anzahl von Schutzeinrichtungen zu einer Gruppe vereint dargestellt sind, ist klar, dass in vielen Fällen nur ein einzelner Überspannungsschutz notwendig ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Schutz elektrischer Apparate und Einrichtunngen gegen Überspannungen, bestehend im Wesen aus einer elektrisch leitenden Bahn auf einem Träger, die zwischen Punkten fallweise auftretender hoher Potentialdifferenzen eingeschaltet ist und die durch einen Luftspalt unterbrochen ist, über den sich ein Lichtbogen entlädt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Bahn aus einem so dünnen metallisierten Belag besteht, dass sie durch den Lichtbogen augenblicklich zerstört wird, bevor der Strom gefährlich ansteigen kann.