Elektrische Auslöseeinrichtung, insbesondere für Strombegrenzer Das Hauptpatent betrifft eine elektrische Aus löseeinrichtung, insbesondere für Strombegrenzer, mit mindestens einem vom zu überwachenden Strom er regten Magnetsystem, bei dem die Auslösung eines elektrischen Energiespeichers sowohl vom Momen- tanwert als auch von der Steilheit dieses Stromes abhängig ist, wobei die Einrichtung derart ausgebil det ist, dass bei Stromsteilheiten bis zu 105 A/s der Momentanwert des zu überwachenden Stromes für das Ansprechen massgebend ist,
wogegen bei grösse ren Stromsteilheiten die Stromänderungsgeschwindig- keit zusätzlich wirksam wird.
Bei grossen Stromanstiegsgeschwindigkeiten ist eine genügend rasche Auslösung des Energiespeichers nur unter Verwendung elektronischer Schaltmittel, z. B. einer vorionisierten Funkenstrecke, möglich. Derartige Schaltmittel benötigen aber im allgemeinen zu ihrer Betätigung (Zündung) einen hohen und stei len Spannungs- oder Stromimpuls.
Um beispielsweise eine Funkenstrecke in Luft bei Atmosphärendruck zuverlässig und verzögerungsfrei zu zünden, soll der Zündspannungsstoss eine Amplitude von minde stens 10 kV und eine Frontsteilheit von mindestens 200 V/ps aufweisen. Bei einer Kaltkathodendiode lie gen die entsprechenden Werte etwa bei 6 kV bzw. 100 V/Iss.
Das auf die bisherige Weise mit Hilfe eines Ma gnetsystems, z. B. eines Stromwandlers, gewonnene Auslösesignal in Form einer dem Momentanwert bzw. der Steilheit des zu überwachenden Stromes propor tionalen Spannung genügt in vielen Fällen diesen Be dingungen nicht und reicht dann zur direkten Be tätigung der genannten Schaltmittel nicht aus.
Bei dem den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Auslösesystem nach dem Unteranspruch 4 des Hauptpatentes ist der genannte Nachteil vermie den. Gemäss der Erfindung ist die Auslöseeinrichtung durch wenigstens einen Hilfsstromkreis mit einem geladenen Kondensator, einer Kaltkathodenröhre, die in Abhängigkeit vom Momentanwert und/oder der Steilheit des zu überwachenden Stromes gezündet wird und bei deren Zündung die Entladung des Kon- densators erfolgt, gekennzeichnet;
ferner sind Mittel vorhanden, die vom Entladestrom des Kondensators wenigstens einen Impuls zur Betätigung von die Aus lösung des elektrischen Energiespeichers bewirken den Schaltmitteln ableiten.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Amplitude und die Steilheit des erzeugten Impulses vom Momentanwert und von der Steilheit des zu überwachenden Stromes unabhängig sind und stets eine einwandfreie Betätigung der genannten Schalt mittel gewährleistende Werte annehmen. Die Kalt kathodenröhre benötigt zur Zündung nur eine Span nung von etwa 150 V bei verhältnismässig geringer Steilheit. Sie weist gegenüber Elementen mit ähn lichen elektrischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Thyratrons mit geheizter Kathode, entscheidende be triebliche Vorteile auf, von denen nur die lange Lebensdauer und das Fehlen einer Heizung als we sentlichste genannt seien.
Der Zündverzug ist prak tisch vernachlässigbar und die nötige Zündenergie sehr klein. Unter diesen Umständen kann das zur Zündung der Kaltkathod'enröhre dienende Auslöse signal wie bisher zum Beispiel von einem Stromwand ler mit Ohmscher und/oder induktiver Bürde abge leitet werden. Die Verwendung von Hilfsstromkrei sen mit Kaltkathodenröhren ermöglicht ferner eine weitgehende Freiheit in der Art der Auslösung.
Bei spielsweise kann das Auslösesystem auf einfache Weise so eingerichtet werden, d'ass die Mittel zur Erzeugung des Betätigungsimpulses in beiden Rich tungen des zu überwachenden Stromes zur Wirkung kommen können, indem für jede Stromrichtung ein Hilfsstromkreis vorgesehen wird. Die Ausbildung kann ferner so gewählt werden, dass die Polarität des Betätigungsimpulses von der Richtung des zu über wachenden Stromes entweder unabhängig oder ab hängig ist.
Soll die Auslösung des elektrischen Energiespei chers mittels einer Gasentladungsstrecke mit Hoch spannungszündung (Funkenstrecke, Kaltkathoden röhre oder dergleichen) bewirkt werden, so wird im Hilfsstromkreis zweckmässigerweise ein Transforma tor zur Erzeugung der Zündspannung angeordnet. Bei Gasentladungsstrecken mit Magnetfeldzündung kann an die Stelle des vorgenannten Transformators die Wicklung zur Erzeugung des Zündmagnetfeldes im Hilfsstromkreis angeordnet werden.
In der beigefügten Zeichnung sind drei beispiels weise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstan des schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Prinzipschaltung eines nur in einer Richtung des zu überwachenden Stromes wirksamen Auslösesystems.
Fig.2 zeigt eine abgeänderte Schaltung für die Auslösung in beiden Stromrichtungen, wobei die Po larität des Betätigungsimpulses von der Richtung des zu überwachenden Stromes unabhängig ist, Fig. 3 eine Schaltung für die Auslösung in beiden Stromrichtungen, wobei die Polarität des Betätigungs impulses von der Richtung des zu überwachenden Stromes abhängig ist.
In Fig. 1 bedeuten 1 die vom zu überwachenden Strom durchflossene Leitung, 2 einen Shunt mit Ohm- schem und induktivem Widerstand, an dem eine vom Momentanwert und der Steilheit des zu überwachen den Stromes abhängige Spannung auftritt, und 3 einen Wandler zur Erzeugung des Auslösesignals. Der Aus lösestromkreis enthält als elektrischen Energiespei cher einen Kondensator 4, der über einen Wider stand 5 mit einer Gleichspannungsquelle 6 verbunden und mit der angegebenen Polarität aufgeladen ist, eine Funkenstrecke 7 mit den Hauptelektroden 71,
72 und der Zündelektrode 73 und ferner die Aus schaltwicklung 8 eines zum Beispiel im Zuge der Leitung 1 liegenden Schalters. Die Umformung des dem Wandler 3 zu entnehmenden Auslösesignals in einen zur Zündung der Funkenstrecke 7 ausreichen den Hochspannungsimpuls übernimmt nun ein Hilfs stromkreis, der einen Kondensator 9, der über den Spannungsteiler 10 mit der Gleichspannungsquelle 6 verbunden und mit der angegebenen Polarität aufgela den ist, eine Kaltkathodenröhre 11 mit der Anode <B>111,</B> der Kathode 112 und der Zündelektrode 113, und einen Transformator 12 zur Erzeugung der Zündspannung enthält.
Zur besseren Ausnützung des Wandlers 3 kann es vorteilhaft sein, eine Batterie 13 (punktiert eingezeichnet) zur positiven Vorspan- nung der Zündelektrode 113 der Kaltkathodenröhre 11 vorzusehen.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist kurz folgende: Sobald der Momentanwert und/oder die Steilheit des in der Leitung 1 fliessenden Stromes in der einen Stromrichtung ein vorgegebenes Mass überschreiten, erreicht die an der Sekundärwicklung des Wandlers auftretende Spannung den Wert der Zündspannung der Kaltkathodenröhre, wodurch die Zündung dieser Röhre eingeleitet wird. Der Kondensator 9 entlädt sich demzufolge über die Kaltkathodenröhre 11 und die Primärwicklung des Transformators 12. Infolge des Entladestromstosses entsteht an der Sekundärwick lung des Transformators 12 ein Spannungsimpuls hoher Steilheit und Amplitude, der die Zündung der Funkenstrecke 7 veranlasst.
Nun entlädt sich der Kon densator 4 über die Ausschaltwicklung 8 und bewirkt damit die Auslösung des Schalters. Die Entladungen in der Kaltkathodenröhre 11 und an der Funken strecke 7 erlöschen, sobald die Kondensatoren 9 und 4 entladen sind. Anschliessend erfolgt sofort die Wie deraufladung der Kondensatoren. Da beide Konden satoren 4 und 9 an ein und derselben Spannungs quelle angeschlossen sind, besteht Gewähr, dass die Funkenstrecke 7 nur dann gezündet wird, wenn der Kondensator 4 geladen ist. Fliesst der Strom in der Leitung 1 in der umgekehrten Richtung, so unter bleibt eine Zündung der Kaltkathodenröhre 11, wenn Momentanwert und/oder Steilheit des zu überwachen den Stromes nicht extrem hohe Werte annehmen.
Damit die Mittel zur Erzeugung des Betätigungs impulses in beiden Richtungen des zu überwachen den Stromes zur Wirkung kommen können, werden gemäss der abgeänderten Schaltung nach Fig. 2 zwei Hilfsstromkreise vorgesehen, die je eine Kaltkatho- denröhre 11 bzw. l l' enthalten. Der Kondensator 9 und der Transformator 12 sind für beide Hilfsstrom kreise gemeinsam. Die Kaltkathodenröhren 11 und 11' sind im Gegentakt geschaltet, indem die Katho den derselben gemeinsam an eine Mittelanzapfung und die Zündelektroden je an ein Ende der Sekun därwicklung des Wandlers 3 angeschlossen sind.
Der übrige hier nicht dargestellte Teil der Schaltung ent spricht demjenigen nach Fig. 1.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung stimmt im wesentlichen mit derjenigen der zuerst beschriebenen überein, mit dem Unterschied, dass nun das Auslöse system in beiden Richtungen des zu überwachenden Stromes zum Ansprechen gebracht werden kann, wo bei in der einen Richtung die Röhre 11 und in der anderen Richtung die Röhre 11' gezündet wird.
In gewissen Fällen kann es notwendig sein, dass die Polarität des Betätigungsimpulses von der Rich tung des zu überwachenden Stromes abhängig ist. Dies gilt insbesondere für die sogenannten Modula- tionsschalter, bei denen durch einen dem Hauptstrom entgegengesetzt gerichteten Impulsstrom ein künst licher Stromnulldurchgang erzeugt wird. Für diesen Zweck eignet sich ein Auslösesystem gemäss der in Fig. 3 dargestellten Schaltung.
Als Schaltmittel für die Auslösung des elektri schen Energiespeichers dient wiederum eine Funken anordnung 7, die jedoch im vorliegenden Beispiel als Polwendeschalter arbeitet und aus vier Hauptelektro den 71 bis 74 und vier Zündelektroden 75 bis 78 be steht. Der Auslösestromkreis ist dem Schalter 14 in der Leitung 1 parallel geschaltet. Für jede Strom richtung ist, ähnlich wie bei der Schaltung nach Fig. 2, ein Hilfsstromkreis vorgesehen, wobei jeder Hilfs stromkreis einen Transformator 12 bzw. 12' mit je zwei Sekundärwicklungen enthält.
Die Sekundärwick lungen des Transformators 12 sind mit den Elektro den 71, 75 bzw. 72, 77 und diejenigen des Transfor mators 12' mit den Elektroden 72, 76 bzw. 73, 78 der Funkenstreckenanordnung verbunden.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: Beim Zünden der Kaltkathodenröhre 11 auf Grund eines überstromes in der Leitung 1, z. B. in der durch den Pfeil angegebenen Richtung, entstehen an den Sekundärwicklungen des Transformators 12 Hochspannungsimpulse, die bewirken, dass zwischen den Elektroden 71 und 75 einerseits und 72 und 77 anderseits überschläge auftreten, worauf die Ent ladung zwischen den Hauptelektroden 71 und 74 und zwischen den Hauptelektroden 72 und 73 ein geleitet wird. Nun entlädt sich der Kondensator in der durch den Pfeil angegebenen Richtung über den noch geschlossenen Schalter 14, also in Gegenrich tung zum Strom in der Leitung 1.
Im Schalterzweig entsteht ein künstlicher Stromnulldurchgang, wodurch die Lösung des zwischen den Kontakten des Schal ters 14 entstandenen Lichtbogens begünstigt wird. Steigt der Strom in der Leitung 1 in der dem Pfeil entgegengesetzten Richtung über den Ansprechwert an, so zündet die Kaltkathodenröhre 11', wodurch an den Sekundärwicklungen des Transformators 12' Hochspannungsimpulse entstehen, die in analoger Weise eine Entladung zwischen den Hauptelektroden 71 und 72 sowie 73 und 74 einleiten. Infolgedessen entlädt sich der Kondensator 4 im Auslösestromkreis in der dem Pfeil entgegengesetzten Richtung, so dass der Impulsstrom und der Leitungsstrom im Schalter zweig wiederum entgegengesetzte Richtung aufweisen.