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Anordnung zum Registrieren von kurzzeitig auftretenden Spannungen
oder Strömen Zur Registrierung von kurzzeitig auftretenden Spannungen oder Strömen
mittels an sich träge arbeitender Registriervorrichtungen ist es bereits vorgeschlagen
worden, durch die zu registrierende Spannung bzw. den Strom eine Funkenstrecke zum
Üb"rschlag zu bringen und dadurch einen von einer Gleichstromquelle über einen Widerstand
aufgeladenen Kondensator über die RegistriervoTrichtung und die Funkenstrecke zu
entladen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung zur Registrierung
kurzzeitiger Spannungen und Ströme, die einen Überschlag an einer Funkenstrecke
hervorrufen und dadurch mittels eines Kondensators, der von einer besonderen Gleichstromquelle
aufgeladen wird, die Registriervoxrichtung betätigen. Gemäß der Erfindung wird jedoch
die .Anordnung so getroffen, daß durch den Überschlag der Ladestromkreis, durch
welchen der Kondensator aus der Gleichspannungsquelle aufgeladen wird, oder der
Entladestromkreis des bereits von der Gleichspannungsquelle aufgeladenen Kondensators
geschlossen wird, und daß nach Löschen des kurzzeitigen Überschlages der Kondensator
in einer so langen Zeit wieder entladen bzw. geladen wird, daß dieser längere Zeit
dauernde Entlade- bzw. Ladestrom die träge Rebgistriervorrichtung betätigen kann.
Man erreicht durch diese Trennung des Ladestromkreises des Kondensators vom Entladestromkreis
des Kondensators, in dem die Vorrichtung liegt bzw. durch die Trennung des Entladestromkreises
des Kondensators und des Ladestromkreises des Kondensators, in dem die Registriervorrichtung
liegt, den Vorteil, daß der Stromfluß in der Registriervorrichtung in weitestem
Maße unabhängig von der Dauer des zu registrierenden Vorganges ist.
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Eine weitere Verbesserung der Anordnung nach der Erfindung kann erreicht
werden durch die an sich bekannte Verwendung zweier Schaltfunkenstrecken. Der Strom
in der Schaltfunkenstrecke hat nämlich in den meisten Fällen, z. B. bei Überspannungen
oder bei Entladeströmen von überspannungsableitern, den Charakter eines Gleichstromes.
Die Aufladung des Kondensators wird nun, wenn die Richtung des Kondensatorladestromes
in der Funkenstrecke mit der Richtung des Zündstromes übereinstimmt, leichter erfolgen
als im umgekehrten Falle, wenn die Stromrichtungen verschieden sind. Im letzten
Fall kann der Aufladestrom des Kondensators erst dann einsetzen, wenn der überschlagfunke
bereits ganz verschwunden ist. Er hängt also dann von der Nachwirkung der Ionisation
der Funkenstrecke durch den vorangegangenen Überschlagfunken ab. Durch
geeignete
Mittel, beispielsweise Verzögerung der Kondensatorentladung bzw. -aufladung oder
besondere Ausbildung der Elektroden, kann man erreichen, daß die Registriervorrichtung
im zweiten Falle überhaupt nicht mehr anspricht, also richtungsempfindlich geworden
ist. Bei Verwendung mehrerer Registriervorrichtungen dieser Art, von denen die eine
nur bei positiven, die andere nur bei negativen Funkenüberschlägen anspricht, erzielt
man eine Trennung der zu registrierenden Größen nach der Polarität.
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Zu dein Zweck kann man entweder zwei bintereinandergeschalte-_e Funkenstrecken
verwenden, die so mit der Hilfsstr omquelle verbunden sind, daß die Stromrichtung
in ihnen in beäug auf die Richtung des über sie fließenden Zündstromes verschieden
ist, oder man kann auch zwei Funkenstrecken parallel schalten, wobei-in Reihe zu
jeder Funkenstrecke Gleichrichter angeordnet «-erden. Bei Cberspannungsableitern
tritt im normalen Betrieb an der Funkenstrecke ein Teil der Betriebsspannung auf,
deren Größe dem Verhältnis der Kapazität der Funkenstrecke zur Kapazität des Ableiters
unigekehrt entspricht, für den Fall, daß die Registriervorrichtung von der speisenden
Hilfsstromquelle abgeschaltet ist. Diese Teilspannung kann dabei unzulässig hoch
werden. Man sieht des-,vegen zweckmäßig Schutzmaßnahmen vor, beispielsweise kann
ein Kondensator, wie es in Abb. i angegeben ist, parallel zur Funkenstrecke geschaltet
werden. Die Kapazität dieses Kondensators ist so bem,-ssen, daß sie groß gegenüber
der Eigenkapazität des überspannungsableiters und klein gegenüber der 1leßkapazität
des Kondensators ist, durch dessen Entlade- bzw. Ladestrom die Registriervorrichtung
betätigt wird. An Stelle einer solchen Kapazität kann man auch hochohmige Widerstände
parallel zu der Schaltfunkenstrecke legen, die sobetnessen sind, daß der durch sie
fließende Strom die Registriervorrichtung nicht in Gang setzen kann. Ferner kann
man auch andere bekannte L'berspan nungsschutzvorrichtungen zu diesem Zweck vorsehen.
In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erhngüng dargestellt. Abb. i zeigt
eine Anordnung zum Registrieren der Entladeströme von Cberspannungsableitern, bei
der ein Kondensator beim Überschlagen einer Funkenstrecke aufgeladen wird und sich
nach Löschen des Cberschlages über das Anzeigegerät entlädt. An eine Hochspannungsleitung
i ist ein Überspannungsableiter 2 angeschlossen, in dessen Erdverbindung die Funkenstrecke
3 liegt. Wenn beim Auftreten einer Überspannung diese Funkenstrecke kurzzeitig überschlagen
wird, lädt sich der Kondensator 6 aus der Gleichstromquelle q. über den Widerstand
5 auf. Nach Löschen des Überschlages entlädt sich dann der Kondensator 6 über die
an sich träge arbeitende Registriervorrichtung 7 und den Widerstand B. Als Registriervorrichtung
kann beispielsweise ein Relais; ein Zählwerk, eine Fallklappe oder ein registrierender
Strommesser verwendet «-erden.
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Durch geeignete Bemessung der Zeitkonstanten: Kapazität des Kondensators
6 Widerstand 5 kann erreicht werden, daß der Kondensator innerhalb der überschlagszeit
der Funkenstrecke praktisch ganz aufgeladen ist, auch wenn die Überschlagszeit sehr
kurz ist. Abb. 2 zeigt eine ähnliche Schaltanordnung zum Registrieren der Entladeströme
eines Überspannungsableiters, bei der ein Kondensator beim Überschlagen einer Funkenstrecke
entladen wird. In die Erdverbindung des Überspannungsableiters 2 ist die Funkenstrecke
3 gelegt. Diese wird beim Auftreten einer Überspannung überschlagen, wobei sich
der Kondensator 6 über den Widerstand 12 und die Funkenstrecke 3 entlädt.
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Nach dem Löschen der Funkenstrecke wird der Kondensator 6 von einer
Gleichstromquelle q. über einen Widerstand 13 und eine Anzeigevorrichtung
7 wieder aufgeladen. Durch diesen Aufladestrom wird die Anzeigevorrichtung betätigt.
Parallel zur Funkenstrecke ist ein hochohmiger Schutzwiderstand io angeordnet. Bei
dieser Schaltung wird die Gleichstromquelle 4. zweckmäßig über einen hohen Widerstand
32 stetig oder sprungweise eingeschaltet. Bei einem plötzlichen direkten Einschalten
würde nämlich die Registriervorrichtung fälschlich ansprechen. i Die Anordnung nach
Abb.2 weist gegenüber der eingangs geschilderten vorgesehlagenen Anordnung den wesentlichen
Unterschied auf, daß der über die Funkenstrecke 3 sich schließende Lichtbogenstromkreis
ein anderer ist als der Stromkreis, in dem das zu betätigende Relais 7 liegt. Außerdem
fließt der Strom über die Funkenstrecke zu einem anderen Zeitpunkt als der Strom
über das Relais. Bei der vorgeschlagenen Anordnung ist beides nicht der Fall. Infolgedessen
muß der Strom in dem Relais bzw. das Relais in unerwünschter Weise den durch die
Funkenstrecke gegebenen Stromspannungsverhältnissen angepaßt werden, während bei
der Anordnung der Abb. 2 man den Stromkreis für das Relais den günstigsten Bedingungen
für das Relais anpassen kann und man ebenso den Stromkreis der Funkenstrecke in
der für die Funkenstrecke günstigsten Weise bemessen kann. Ferner ist bei der vorgeschlagenen
Anordnung der durch den Kondensator über die
Funkensfrecke gelieferte
Strom infolge der schwankenden Widerstandswerte an der Funkenstrecke starken Schwankungen
ausgesetzt, d. h. der Strom dieses Kondensators wird in dem einen Fall groß sein
und nur kurze Zeit andauern, in dem anderen Fall klein und längere Zeit fließen,
Das von diesem Strom durchflossene Relais muß daher so bemessen sein, daß es in
beiden Fällen mit Sicherheit anspricht. Dies führt zu einer Überdimensionierung
des Relais, was bei der Anordnung der Abb. 2 nicht der Fall ist, da hier der über
das Relais fließende Strom infolge der konstanten Widerstandswerte stets denselben
Verlauf bezüglich Stärke und Zeitdauer hat. Schließlich ist zu beachten, daß bei
der vorgeschlagenen Anordnung die Erregerspule des Relais in abnormaler Weise für
hohe Stromstärken bemessen sein muß, da der Strom an der Funkenstrecke mit Rücksicht
auf das sichere Ansprechen des Lichtbogens immer ein verhältnismäßig großer sein
muß. Die Relaisspule der Abb. 2 kann hingegen in der üblichen Weise für geringe
Ströme bemessen sein.
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Oft ist es bei überspannungsableitern, deren Entladevorgärige man
registrieren will, unerwünscht, in die Erdleitungen Funkenstrecken einzuschalten,
weil die Wirksamkeit der Ableiter dadurch etwas verringert wird. Für diesen. Fall
können bei Verwendung von Ventilableitern auch eine oder mehrere der Ventilzellen
des Ableiters selbst an Stelle der Funkenstrecke als Schaltvorrichtung benutzt -werden.
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An Stelle einer Funkenstrecke in Luft kann man in bekannter Weise
als Schaltmittel zum Schließen des Lade- bew. Entladestromkreises des Kondensators
auch in andere Gase, insbesondere in verdünnte Gase, eingeschlossene Funkenstrecken,
z. B. Glimmröhren, verwenden. Das hat den Vorteil, daß bei gleicher oder größerer
Schlagweite als bei einer Luftfunkenstrecke die Ansprechspannung verringert -wird.
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Eine Schaltanordnung zur Trennung der Entladeströme eines Überspannungsableiters
nach ihrer Polarität zeigt Abh. 3. In der Erdverbindung des überspannungsableiters
2 liegen in Hintereinanderschältung zwei Funkenstrecken 1q., 15, die so mit
der Hilfsstromquelle verbunden sind, daß die Stromrichtung in ihnen in bezug auf
die Richtung des über sie fließenden Zündstromes verschieden ist. Für jede Funkenstrecke
ist eine besondere Anzeigevorrichtung 5, 6, 7, 8 verwendet, so daß positive und
negative Überspannungen getrennt registriert werden können.
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Abb. q. zeigt eine ähnliche Schaltung mit Verwendung zweier Schaltfunkenstrecken
i4., 15, bei der nur eine Anzeigevorrichtung 7 verwendet ist. Man erhält
durch eine solche Anordnung unabhängig von der Polarität des Zündstromes ein sicheres
Ansprechen der Vorrichtung.
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In Abb. 5 ist eine andere Ausführungsmöglichkeit der Trennung nach
der Polarität angegeben. Hier sind in der Verbindungsleitung des Überspannungsleiters
2 mit Erde zwei Funkenstrecken 18, i9 parallel geschaltet. Vor und hinter diesen
Funkenstrecken sind Gleichrichter 2o, 2i, 22, 23 angeordnet, so daß je nach der
Polarität des zu registrierenden Stromes die eine oder die andere Funkenstrecke
-anspricht. Die Gleichrichter verhindern gleichzeitig einen Kurzschluß, -wenn für
die zwei getrennten Registriervorrichtungen eine gemeinsame Gleichstromhilfsquelle
verwendet -wird. Bei getrennten Hilfsstromquellen können dagegen z. B. die Gleichrichter
22 und 23 fortfallen. Parallel zu den Funkenstrecken kann noch ein Nebenschluß 2,4
liegen, der durch Ohmsche, induktive oder kapazitive Widerstände oder einen Teil
eines Ventilableiters gebildet sein kann.
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Die Hilfsgleichspannung kann außer aus vorhandenen Gleichstromquellen
oder besonderen Batterien, beispielsweise Trockenbatterien, auch aus dem Hochspannungsnetz
über Gleichrichter gewonnen werden.
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Bei Mehrphasensystemen können Vorrichtungen zur Registrierung von
tiberspannungen oder Entladeströmen von überspannungsableitern für jede einzelne
Phase oder auch für alle Phasen zusammen angeordnet werden..
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Abb. 6 zeigt eine Ausführung für ein Drei- , phasennetz, bei der Registriervorrichtungen
für jede einzelne Phase vorgesehen sind. An die drei Leitungen des Netzes sind die
überspannungsableiter 25, 26, 27 angeschlossen. Jedem Ableiter ist eine der im vorstehenden
näher beschriebenen Registriervorrichtungen 28, 29, 30 zugeordnet, die in
der Abbildung nur schematisch dargestellt sind.
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In Abb. 7 ist eine einzige solche Registriervorrichtung 31 vorgesehen,
die in der Sternpunktverbindung mit Erde liegt.