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.Anordnung zum Schutz von Kondensatoren Die Erfindung bezieht sich
auf elektrische Anlagen, bei denen eine Kapazität an ein Wechselstromnetz angeschlossen
ist. Fig. z zeigt die Grundschaltung, bei der eine Kapazität C über eine Induktivität
L und einen Schalter S an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Beim Abschalten
der Kapazität durch den Schalter S kann es vorkommen, daß sich die Spannung nach
und nach zu Werten aufschaukelt bzw. aufschwingt, die größer sind als die Netzspannung.
In dem Diagramm der Fig. 2 ist dieser an sich bekannte Vorgang dargestellt. Es bedeutet
in dem Diagramm U,Z die Spannung des Netzes, U, die Spannung an der Kapazität C,
U, die Spannung an dem Schalter. Der Kondensator wird zunächst auf die Netzspannung
Uo bzw. die Kondensatorspannung U" aufgeladen. Nimmt man an, daß der Schalter etwa
im Maximum der nächsten negativen Halbwelle der Netzspannung rückzündet, so schaltet
der Schalter bei der Spannung U,1". Die Spannung schwingt bis auf einen Wert, der
um U,2' größer ist als der Höchstwert der Netzspannung. Der Kondensator lädt sich
auf die Spannung U ,
auf. Bei der nächsten Rückzündung ist die
Schalterspannung U"". Die Spannung schwingt bei diesem Schaltvorgang auf einen Wert,
der um Us3' den Höchstwert der Netzspannung U, überschreitet. Der Kondensator wird
jetzt auf einen Spannungswert U" aufgeladen. In dieser Weise steigt die Spannung
allmählich an und kann je nach der Zahl der Rückzündungen Werte annehmen, die sehr
viel größer sind als .die Netzspannung. Das Maß der Spannungszunahme bei den einzelnen
Rückzündangen
.hängt dabei sehr wesentlich von der Dähnp-. fang
des Einschwingnngsvorganges ab. Bei geringer Dämpfung und mehrere Halbwellen dauerndem
Abschaltvorgang können sehr hohe Spannungen am Kondensator und am Schalter entstehen.
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Diese beim Schalten von Kapazitäten auftretenden überspannungen werden
gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß eine Entladeeinrichtüng vorgesehen wird,
die so bemessen ist, daß die Kondensatorspannung innerhalb einer Halbwelle der Netzfrequenz
von der Spannung 2 U, (o,5 + a) auf, weniger als U, abgesenkt wird. a bedeutet dabei-
das Verhältnis von zwei aufeinanderfolgenden Amplituden .des Einschwingungsvörganges.
Die bisher schon üblichen Entladewiderstä'nde oder Entladewandler, welche dauernd
zu dem Kondensator parallel geschaltet sind, reichen für diesen Zweck nicht aus,
:da sie mit Rücksicht auf geringe Dauerverluste bzw. kleine Typenleistung der Wandler
einen viel zu großen Widerstand besitzen. An sich wäre es möglich, einen rein Ohmschen
Widerstand zu verwenden, der der angegebenen Bemessungsvorschrift entspricht. Ein
solcher Widerstand würde jedoch bei dauernder Einschaltung Verluste bedingen, deren
Größe der kapazitiven Leistung des Kondensators gleichkommt. Dieser Schwierigkeit
wird gemäß der Erfindung dadurch begegnet, (daß die Entla@deeinrichtung erst beim
Abschaltvorgang wirksam wird, während im normalen Betrieb entweder gar keine Entladung
oder nur eine geringe nicht störende Entladung vorhanden ist. Gemäß der Erfindung
wird zu dem Zweck zu dem Kondensator ein Widerstand parallel geschaltet, mit dem
eine Funkenstrecke in Reihe geschaltet ist. Diese Schaltung ist- in Fig. 3 dargestellt.
Die Funkenstrecke wird so eingestellt, daß sie bei Spannungen bis zum Wert UO (Fig.
2) noch nicht anspricht, daß sie dagegen bei Spannungen unterhalb des Wertes 2 UO
(ö,5 -1- a); d. h. bei Werten, wie sie in der zweiten Halbwelle des Abschaltvorganges
(Fig. 2) auftreten können, sicher anspricht. Der Ohrnsche Widerstand hat einen solchen
Wert, daß innerhalb einer Halbwelle die Kondensatorspannung auf U, oder weniger
abgesenkt wird. Das Diagramm der Fig. q. zeigt den Spannungsverlauf am Kondensator
bei Anwendung des erfindungsgemäßen Parallelstromkreises. Für die Funkenstrecke
werden zweckm:älßig Kohleelektroden öder Graphitelektroden verwendet, weil diese
auch bei hohen Stromstärken und verhältnismäßig langer Dauer des Entladevorganges
(zio bis 30 ursec) keinen merklichen Abbrand und keine Schmelzperlen- zeigen.
Eine Löschung des Licht-Bogens durch -die Funkenstrecke ist nicht erforderlich,
da beim Abschaltvorgang der Strom von selbst erlischt, wenn,der Kondensator entladen
ist. Sollte während des Betriebes die Funkenstrecke durch Überspannungen durchschlagen
wenden, so wird zweckmäßig der Leistungsschalter durch ein entsprechend eingestelltes
überstromrelais ausgelöst. Ein solches Überstromrelais kann auch in den Entladestromkreis
gelegt werden.
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An Stelle des Ohmschen Widerstandes kann zum Zweck der raschen Entladung
der Kapazität auch eine Drosselspule parallel geschaltet werden. Diese Drosselspule
ist so zu bemessen, daß sie im normalen Betrieb nicht zu viel Blindleistung aufnimmt,
weil dadurch ein gleich großer Teil der kapaiitiven Leistung des Kondensators verlorengehen
würde. Erfindungsgemäß wird die Drosselspule so bemessen, daß sie bei der Netzspannung
nur einen geringen Magnetisierungsstrom, also eine geringe Blindleistung, aufnimmt,
daß sie aber bei höheren Spannungen in das Sättigungsgebiet gelangt, so daß der
Magnetisierungsstrom ein Vielfaches der Nennstromstärke annimmt. Eine Schaltung
mit einer zu dem Kondensator parallel geschalteten. Drosselspule ist in Fig. 5 dargestellt.
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In Fig. 6 ist der Entladevorgang im Diagramm dargestellt, wobei mit
JE, der Entladestrom der Drosselspule bezeichnet ist. Dieser Strom steigt schon
in der ersten Halbwelle nach Öffnung des Schalters über seinen Dauerwert an und
senkt .dabei die Kondensatorspannung U, etwas ab. Trotzdem wird im allgemeinen noch
eine Rückzündung auftreten. Die dann an der Entladedrossel liegende Spannung im
Wert 2 Uo bis 3 UO bewirkt eine schnelle Ummagnetisierung, so daß bei richtiger
Bemessung des magnetischen Kreises und der Luftinduktivität der Drosselspule der
Entladestrom imstande ist, den Kondensator noch innerhalb einer Halbwelle praktisch
zu entladen. Für die Drosselspule wird vorteilhaft eine Eisensorte mit besonders
scharfem Magnetisierungsknick verwendet. Die Entladung verläuft nach einer stark
gedämpften Schwingung; wobei die Ohmschen Verluste der Wicklung oder die Verluste
in einem vorgeschalteten Widerstand oder die Wirbelstromverluste im Eisenkreis der
Drossel spüle so groß gemacht werden müssen; daß die nächste Amplitude der Kondensatorspannung
kleiner als UO ist und weitere Rückzündung nicht mehr zu befürchten ist.
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Die Drosselspule ist so bemessen; daß sie im gesättigten Zustand eine
möglichst kleine Induktivität hat. Am besten würde dieser Forderung ein Ringkern
mit ringförmiger Bewicklung entsprechen. Eine solche Drosselspule ist jedoch verhältnismäßig
schwer herzustellen, insbesondere bei hohen Spannungen. Man wird daher einen quadratischen
Kern anwenden und die Wicklungen auf diesem: Kern entsprechend Fig. 7 anordnen.
Auf jedem der vier Schenkel sitzt ein Wicklungsteil, und außerdem sind die Wicklungen
durch Metallschirme aus elektrisch gut leitendem Werkstöff, beispielsweise Aluminiumschirme,
abgeschirmt, um die Induktivität im gesättigten Zustand der Drosselspule klein zu
halten. Bei einer dreiphasigen Drosselspule würde eine Anordnung zu wählen sein,
wie sie in Fig. 8 dargestellt ist: Auch hier sind Abschirmbleche Sch für
die Wicklungen vorgesehen.
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Die Entladedrosselspule'kann auch parallel zu der zu schaltenden Kapazität
und der mit dieser in Reihe geschalteten Induktivität liegen, wie dies in Fig. g
dargestellt ist.
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Der Entladestromkreis bzw. Entladewiderstand für die zu schaltende
Kapazität kann durch einen Hilfsschalter eingeschaltet werden, der geschlossen
wird,
bevor der Leistungsschalter seine Kontakte öffnet. Dieser Hilfsschalter ist mit
dem Hauptschalter so zu koppeln, daß er entweder kurz vor oder zumindest gleichzeitig
mit der Betätigung des Hauptschalters geschlossen wird. Bei Druckluftschaltern kann
man den Hilfsschalter beispielsweise durch den gleichen Druckluftimpuls betätigen,
der auch die Abschaltung des Hauptschalters bewirkt. In diesem Fall wird stets der
Hilfsschalter vordem Hauptschalter geschlossen werden. Eine andere Möglichkeit der
Kopplung zwischen dem Abschaltvorgang des Hauptschalters und dem Schließvorgang
des Widerstandsstromkreises besteht darin, daß .der Widerstandsstromkreis an einen
Kontakt angeschlossen wird, der nicht mechanisch mit dem Hauptschalter verbunden
ist, der aber so angeordnet ist, daß beim Ziehen des Lichtbogens an den Kontaktendes
Hauptschalters eine Verbindung zwischen dem Widerstandsstromkreis und demjenigen
Kontakt des Hauptschalters hergestellt wird, der mit dem Kondensator verbunden ist.
Der Hilfskontakt kann beispielsweise als Ring ausgebildet sein, der einen Schaltstift
des Hauptschalters umschließt, mit ihm aber nicht in mechanischer Berührung steht.
Beim öffnender Kontakte des Hauptschalters geht der Lichtbogen auf den ringförmigen
Hilfskontakt über und schließt so den Entladestromkreis für den Kondensator.