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Einrichtung zum Schutz einer elektrischen Anlage gegen Überspannungen
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niedrig gewählt, dass die Schutzeinrichtung bei Schaltüberspannungen wirksam werden kann. Da die Schaltüberspannungen eine niedrigere Amplitude haben als Überspannl1ngen atmosphärischen Ursprungs, spricht die Funkenstrecke auch bei solchen Überspannungen an, die nicht über den Widerstand, sondern über einen andern gebräuchlichen Überspannungsableiter abgeleitet werden sollen. Auch diese Einrichtung weist daher unnötigen Verschleiss der in ihr enthaltenen Funkenstrecke und Widerstand auf.
Bei einer dritten bekannten Einrichtung liegt sowohl eine Funkenstrecke wie auch ein Hilfsschalter in Reihe mit einem Widerstand, wobei der Schalter kurzzeitig geöffnet wird, wenn ein mit dem Schalter in Reihe geschaltetes Relais von einem Ableiterstrom durchflossen wird. Diese Anordnung ist durch die Verwendung sowohl eines Schalters wie auch einer Funkenstrecke besonders kompliziert, und weist ausserdem wie die zuvor genannte den Nachteil auf, dass die Funkenstrecke und der Widerstand auch an
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der Ableitung atmosphärischer Überspannungen teilnehmen muss.
Die Einrichtung nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie besteht aus Widerstand und Fun- kenstrecke und unterscheidet sich von den genannten Anordnungen und von normalen Überspannungsab- leitern dadurch, dass die Ansprechspannung der Funkenstrecke an die gerade vorhandenen Bedingungen angepasst wird. Stationär hat die Ansprechspannung einen hohen Wert, und dabei hat die Einrichtung eine Löschspannung, die im wesentlichen mit der Löschspannung eines normalen Ventilabieiters übereinstimmt, der an die Nennspannung der Anlage angepasst ist. Für die Einrichtung ist kennzeichnend, dass die Ansprechspannung der Funkenstrecke im Zusammenhang mit der Ausschaltung des Leistungsschalters kurzzeitig gesenkt wird.
Der niedrige Wert der Ansprechspannung soll so angepasst sein, dass die Schutzein- richtung bei Schaltüberspannungen in Tätigkeit tritt, die beim Schalten des Schalters auftreten, zu dem der Überspannungsschutz gehört. Zum Unterschied von parallel zu den Schalterkontakten geschalteten Schutzwiderständen ist die Schutzeinrichtung bedeutend einfacher und billiger. Sie kann auch ausgewechselt werden, ohne dass der Leistungsschalter längere Zeit ausser Betrieb genommen zu werden braucht.
Zum Unterschied von Einrichtungen mit einem Hilfsschalter und bzw. oder mit einer Funkenstrecke konstanter Ansprechspannung, die in Reihe mit dem Widerstand geschaltet sind, weist die Einrichtung gemäss der Erfindung wieder den Vorteil auf, dass sie einerseits nur in Tätigkeit zu treten braucht, wenn Schaltüberspannungen wirklich auftreten, und dass sie anderseits nicht bei atmosphärischen Überspannungen in Tätigkeit zu treten braucht, wenn diese mit Hilfe eines gebräuchlichen Überspannungsableiters abgeleitet werden sollen. Beide Vorteile äussern sich in einem geringeren Verschleiss der in der Einrichtung enthaltenen Elemente.
Die Festlegung der Ansprechspannung der Einrichtung im stationären Zustand und bei arbeitendem Schalter erfolgt unter Berücksichtigung der Koordination mit dem Isolationspegel der Anlage. Als Mass für diesen Pegel gibt es Festigkeitsprüfungen mit betriebsfrequenter Wechselspannung und mit genormter Stossspannung, die das Material. gemäss geltenden Normen aushalten soll. Die Stossspannung entspricht im wesentlichen der Festigkeit gegen kurzzeitige atmosphärische Überspannungen und stellt den höchsten Wert dar. Der Scheitelwert der betriebsfrequenten Prüfspannung ist nennenswert niedriger und die Festigkeit des Materials gegen Schaltüberspannungen von der Art, wie sie bei Arbeiten des Schalters auftreten, liegt zwischen den angegebenen Werten. Mit Rücksicht hierauf wird gemäss der Erfindung die Einrichtung mit folgenden Daten bemessen.
Die Ansprechspannung wird bei arbeitendem Schalter auf einen Wert ge- senkt, der höchstens gleich der betriebs frequenten Prüfspannung der Anlage ist. Der Wert der stationären Ansprechspannung kann nach zwei verschiedenen Alternativen gewählt werden. In dem einen Fall geht man davon aus, dass ausser der Schutzeinrichtung gemäss der Erfindung, ein für den Schutz gegen atmosphärische Überspannungen vorgesehener Ventilableiter zwischen Phase und Erde angeschlossen ist. In die- sem Fall soll die Überspannungsschutzeinrichtung gemäss der Erfindung nicht an demAbleiten atmosphärischer Überspannungen teilnehmen und die stationäre Ansprechspannung wird daher höher gewählt als die des genannten Ventilableiters.
Bei der ändern Alternative dient dagegen die Überspannungsschutzeinrichtung gemäss der Erfindung gleichzeitig als Ableiter für atmosphärische Überspannungen. In diesem Falle wird die stationäre Stossansprechspannung der Schutzeinrichtung so bemessen, dass sie niedriger ist als die Stossansprechspannung der zu schützenden Anlage. Das bedeutet, dass die Ansprechspannung im wesentlichen gleich der eines normalen Ventilableiters ist, bevor die stationäre Ansprechspannung im Zusammenhang mit dem Ausschalten des Schalters kurzzeitig gesenkt wird.
Die beigefügte Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung.
Ein Pol l eines Druckluftschalters ist mit einer V-förmigen Schalteinrichtung versehen, die aus zwei in Reihe geschalteten Schaltstellen 2 besteht. Diese haben die Aufgabe, einen betriebsfrequenten Strom in einer elektrischen Hochspannungsanlage zu unterbrechen. Die Schalteinrichtung ist über einen hohlen
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ebenso wie derDrucklufttank 6 des Schalters, auf einem Sockelteil 7 und auf dem Fundament 80 Die eine Schaltstelle der Schalteinrichtung ist mit Hilfe einer leitenden Verbindungsschiene 9 mit einem Überspannungsableiter 10 verbunden, der mit Hilfe der Trageinrichtungen 11 auf dem Drucklufttank 6 ruht.
Der Überspannungsableiter besteht aus einem Porzellangehäuse 12.. in dem ein oder mehrere Funkenstreckenstapel 13 und nicht gezeigte spannungsabhängige Widerstände montiert sind. Der Behälter 14, in dem sich der Funkenstreckenstapel 13 befindet, steht über das Ventil 15 und die Rohrleitung 16 in Verbindung mit dem Drucklufttank 60 Der Behälter 14 steht weiterhin über das Entleerungsvsntil 17 in Verbindung mit der Aussenluft, die sich unter atmosphärischem Druck befindet. Der Abschaltmagnet 18 am Steuerventil 4 des Schalters und der Magnet 19 am Füllventil 15 der Funkenstrecke stehen über elektrische Leitungen 20 und den Kontakt eines Relais 21 in Verbindung mit einer Stromquelle 22.
Die Druckluft im Tank 6 steht normal über das Ventil 15 in Verbindung mit dem Funkenstrecke-
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stapel 13 des Ableiters. Der Magnet 19 dieses Ventils erhält Steuerimpuls über das Relais 21 gleichzeitig mit dem Abschaltmagnet 18-des Schalters. Wenn der Magnet 18 an Spannung gelegt wird, wird das Ventil 23 in der Antriebseinrichtung des Schalters über die Servoventile 24 und 25 geöffnet. Hiedurch wird das Löschluftrohr 26 in Verbindung mit dem Tank gebracht, wodurch Druckluft nach den Schaltstellen 2 der Schalteinrichtung gelangt, die nicht gezeichneten Schaltkontakte geöffnet werden und der Betriebsstrom durch den Schalter unterbrochen wird.
Ungefähr gleichzeitig mit dem Abschaltmagneten 18 des Schalters erhält der Magnet 19 am Füllventil 15 de} Funkenstrecke Spannung und beeinflusst die Spindel des Servoventils 27. Hiedurch kann nicht länger Druckluft über das Rohr 28 die Membran 29 beaufschla- gen, und die Spindel des ändern Servoventils 30 bewegt sich abwärts. Dieses unterbricht dann die Druckluftzufuhr nach dem Raum unterhalb der Membran 31 und das Hauptventil 32 wird mit Hilfe der Kraft der Druckfeder 33 abwärts verschoben. In dieser Weise wird der Zufluss vom Tank 6 nach dem Gehäuse 14 des Funkenstreckenstapels 13 unterbrochen. Da die Spindel des Hauptventils 32 abwärts bewegt wurde, begann auch Zufuhr von Luft vom Tank 6 durch das Rohr 16, den Luftkanal 34, nach dem Raum 35 im Entleerungsventil 17.
Hiedurch. wird eine der Kraft der Feder 36 entgegengerichtete, nach unten wirkende Kraft auf die Steuermuffe 37 ausgeübt. Diese bewegt sich abwärts und die bisher geschlossene Verbindung zwischen der Steuermuffe 37 und dem Ventilgehäuse 38 wird nun an der Fläche 39 geöffnet. Durch diese Öffnung wird nun Luft aus dem Behälter 14 der Funkenstrecke 13 ins Freie geleitet. Wenn der Relaiskontakt 21 öffnet, werden die Magnete 18 und 19 spannungslos. Dadurch wird einerseits das Steuerventil 4 des Schalters geschlossen und die Löschluft nach den Schaltstellen 2 unterbrochen, anderseits gehen die Servoventile und das Hauptventil im Füllventil 15 des Ableiters in ihre ursprünglichen, gezeichneten Stellungen zurück.
Das bedeutet, dass die Verbindung zwischen dem Behälter 14 des Funkenstreckenstapels 13 und der umgebenden Aussenluft dadurch unterbrochen wird, dass das Entleerungsventil 17 in seine gezeichnete Stellung zurückkehrt. Es bedeutet weiterhin, dass die Verbindung zwischen dem Tank 6 und dem Behälter 14 aufs Neue geöffnet wird und dass dieser Raum mit Druckluft gefüllt wird.
Die Arbeitsweise des Füllventil 15 und des Entleerungsventils 17 hat zur Folge, dass der Funkenstreckenstapel 13 stationär unter dem Druck des Drucklufttanks ! 3 steht, der höher als der Atmosphärendruck ist. Die stationäre Ansprechspannung der Funkenstrecke und damit die stationäre Ansprechspannung des Ableiters 10 haben demnach verhältnismässig hohe Werte. Dieser Wert der stationären Ansprechspannung wird, wie einleitend angegeben, abhängig davon gewählt, ob ein für den Schutz gegen atmosphä- rische Überspannungen bestimmter Ventilableiter in der Hochspannungsanlage eingeschaltet ist.
Ist ein solcher Ableiter vorhanden, so soll der Überspannungsableiter 10 nicht an der Ableitung atmosphärischer Überspannungen teilnehmen und die stationäre Ansprechspannung wird daher höher gewählt als die des genannten Ventilableiters. Soll dagegen der Überspannungsableiter 10 auch als Ableiter für atmosphärische Überspannungen dienen, wird die stationäre Stoss spannung so bemessen, dass sie niedriger ist als die Stossprüfspannung der zu schützenden Anlage. Wie oben gezeigt, wird der Behälter 14 beim Abschal- ten des Schalterpoles 1 von Druckluft entleert und die Ansprechspannung des Funkenstreckenstapels 13 und damit des Ableiters 10 wird erniedrigt. Die Funkenstrecke 13 wird so bemessen, dass die dann erhaltene Ansprechspannung einen Wert besitzt, der höchstens gleich dem betriebsfrequenten Prüfspannungswert der Anlage ist.
Dadurch, dass die Ansprechspannung des Ableiters 10 bei Schalterabschaltung erniedrigt wird, sinkt auch in gewissem Masse die Löschspannung des Ableiters. Da der Behälter 14 nach der Schalterabschaltung schnell gefüllt wird, steigen jedoch wieder die Ansprechspannung und die Löschspannung des Ableiters, und der Ableiter 10 löscht sicher. Die Wiederherstellung der hohen Ansprechspannung kann dadurch beschleunigt werden, dass der Magnet 19 etwas früher als der Magnet 18 spannungslos gemacht wird.
Es ist natürlich nicht notwendig, den Schalter 1 und den Überspannungsableiter 10 konstruktiv zu vereinigen. Der Ableiter 10 kann statt dessen als eine getrennte Konstruktionseinheit ausgeführt werden, die mit Druckluft entweder aus dem Drucklufttank des Schalters oder aus einem besonderenDrucklufttank gespeist wird. Natürlich braucht der Magnet 19 des Füllventil nicht an denselben elektrischen Stromkreis angeschlossen zu werden, der den Abschaltmagnet 18 des Schalters speist. Getrennte Steuerkontakte kön- nen die Steuerimpulse nach diesen Magneten im wesentlichen gleichzeitig geben. Die Erniedrigung der stationären Ansprechspannung des Ableiters kann auch erfolgen, ohne dass eine in einem Behälter eingeschlossene Funkenstrecke kurzzeitig von einem Gasdruck entlastet wird, der höher ist als der Atmosphärendruck.
Die Funkenstreckenelektroden können beispielsweise in bezug aufeinander verschiebbar sein.
In stationärem Zustand haben dann die Elektroden einen gewissen Abstand voneinander und dieser Abstand wird beim Abschalten des Schalters, dessen Schaltüberspannungen unschädlich gemacht werden sollen, kurzzeitig verringert. Hiedurch wird ebenfalls die stationäre Ansprechspannung des Ableiters erniedrigt, Die Erfindung kann auch im Zusammenhang mit Schaltern verwendet werden, bei denen der Betriebsstrom mit Hilfe eines andern Mediums als Druckluft unterbrochen wird. Wenn beispielsweise ein ölarmer Schal-
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gezogen werden. Ist der Schalter mit einer Antriebseinrichtung anderer Art versehen, kann der Ableiter von einem andern Druckluftsystem oder einer vollständig getrennten Drucklufteinrichtung mit Druckluft versehen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Schutz einer elektrischen Anlage gegen Überspannungen beim Ausschalten eines Leistungsschalters, welche Einrichtung einen aus Widerstand und Funkenstrecke bestehenden, zwischen einer Schalterklemme und Erde eingeschalteten Überspannungsschutz enthält, dadurch gekennzeichnet, dass Organe angeordnet sind, die die stationäre Ansprechspannung der Funkenstrecke im Zusammenhang mit dem Ausschalten des Leistungsschalters kurzzeitig senken.
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Device for protecting an electrical system against overvoltages
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selected low so that the protective device can take effect in the event of switching overvoltages. Since the switching overvoltages have a lower amplitude than overvoltage lengths of atmospheric origin, the spark gap also responds to overvoltages that are not supposed to be diverted via the resistor, but via another common surge arrester. This device, too, therefore exhibits unnecessary wear on the spark gap and resistance it contains.
In a third known device, both a spark gap and an auxiliary switch are in series with a resistor, the switch being opened briefly when a discharge current flows through a relay connected in series with the switch. This arrangement is particularly complicated due to the use of both a switch and a spark gap, and moreover, like the one mentioned above, has the disadvantage that the spark gap and the resistor are also present
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must take part in the discharge of atmospheric overvoltages.
The device according to the invention avoids these disadvantages. It consists of a resistor and a spark gap and differs from the arrangements mentioned and from normal surge arresters in that the response voltage of the spark gap is adapted to the current conditions. Stationary, the response voltage has a high value, and the device has an extinguishing voltage which essentially corresponds to the extinguishing voltage of a normal valve arrester, which is adapted to the nominal voltage of the system. It is characteristic of the device that the response voltage of the spark gap is reduced briefly in connection with the opening of the circuit breaker.
The low value of the response voltage should be adjusted so that the protective device is activated in the event of switching overvoltages that occur when switching the switch to which the overvoltage protection belongs. In contrast to protective resistors connected in parallel to the switch contacts, the protective device is significantly simpler and cheaper. It can also be replaced without the circuit breaker having to be taken out of service for a long time.
In contrast to devices with an auxiliary switch and / or with a spark gap of constant response voltage, which are connected in series with the resistor, the device according to the invention again has the advantage that on the one hand it only needs to be activated when switching overvoltages really occur and that, on the other hand, it does not need to take action in the event of atmospheric overvoltages if these are to be discharged with the aid of a conventional surge arrester. Both advantages are expressed in less wear and tear on the elements contained in the device.
The response voltage of the device in the stationary state and with the switch working is determined taking into account the coordination with the insulation level of the system. As a measure of this level, there are strength tests with operating-frequency alternating voltage and with standardized surge voltage that the material. should withstand in accordance with applicable standards. The surge voltage essentially corresponds to the resistance to short-term atmospheric overvoltages and represents the highest value. The peak value of the operating-frequency test voltage is significantly lower and the resistance of the material to switching overvoltages of the type that occur when the switch is working is between the specified values . With this in mind, according to the invention, the device is dimensioned with the following data.
When the switch is working, the response voltage is reduced to a value that is at most equal to the operating-frequency test voltage of the system. The value of the steady-state response voltage can be selected according to two different alternatives. In one case it is assumed that, in addition to the protective device according to the invention, a valve arrester provided for protection against atmospheric overvoltages is connected between phase and earth. In this case, the overvoltage protection device according to the invention should not take part in the discharge of atmospheric overvoltages and the steady-state response voltage is therefore selected to be higher than that of the valve arrester mentioned.
In the other alternative, on the other hand, the overvoltage protection device according to the invention simultaneously serves as an arrester for atmospheric overvoltages. In this case, the stationary surge response voltage of the protective device is dimensioned so that it is lower than the surge response voltage of the system to be protected. This means that the response voltage is essentially the same as that of a normal valve arrester before the steady-state response voltage is reduced briefly in connection with the switch-off.
The attached drawing shows an embodiment for the application of the invention.
A pole 1 of a compressed air switch is provided with a V-shaped switching device which consists of two switching points 2 connected in series. These have the task of interrupting an operating-frequency current in an electrical high-voltage system. The switching device is hollow over a
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just like the compressed air tank 6 of the switch, on a base part 7 and on the foundation 80. One switching point of the switching device is connected by means of a conductive connecting bar 9 to a surge arrester 10, which rests on the compressed air tank 6 with the help of the support devices 11.
The surge arrester consists of a porcelain housing 12 .. in which one or more spark gap stacks 13 and voltage-dependent resistors (not shown) are mounted. The container 14 in which the spark gap stack 13 is located is connected to the compressed air tank 60 via the valve 15 and the pipe 16. The container 14 is also connected to the outside air, which is under atmospheric pressure, via the discharge valve 17. The switch-off magnet 18 on the control valve 4 of the switch and the magnet 19 on the filling valve 15 of the spark gap are connected to a power source 22 via electrical lines 20 and the contact of a relay 21.
The compressed air in the tank 6 is normally connected to the spark gap via the valve 15.
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stack 13 of the arrester. The magnet 19 of this valve receives a control pulse via the relay 21 at the same time as the switch-off magnet 18 of the switch. When the magnet 18 is connected to voltage, the valve 23 in the drive device of the switch is opened via the servo valves 24 and 25. As a result, the extinguishing air pipe 26 is brought into connection with the tank, whereby compressed air reaches the switching points 2 of the switching device, the switching contacts (not shown) are opened and the operating current through the switch is interrupted.
Approximately at the same time as the switch-off magnet 18 of the switch, the magnet 19 on the filling valve 15 de} spark gap receives voltage and influences the spindle of the servo valve 27. As a result, compressed air can no longer act on the membrane 29 via the pipe 28, and the spindle of the other servo valve 30 moves downwards. This then interrupts the supply of compressed air to the space below the diaphragm 31 and the main valve 32 is moved downwards with the aid of the force of the compression spring 33. In this way, the inflow from the tank 6 to the housing 14 of the spark gap stack 13 is interrupted. As the spindle of the main valve 32 was moved downwards, the supply of air from the tank 6 through the pipe 16, the air duct 34, to the space 35 in the evacuation valve 17 also began.
By this. a downward force that is opposite to the force of the spring 36 is exerted on the control sleeve 37. This moves downwards and the previously closed connection between the control sleeve 37 and the valve housing 38 is now opened on the surface 39. Air from the container 14 of the spark gap 13 is now passed into the open through this opening. When the relay contact 21 opens, the magnets 18 and 19 are de-energized. As a result, on the one hand, the control valve 4 of the switch is closed and the extinguishing air is interrupted after the switching points 2, on the other hand, the servo valves and the main valve in the filling valve 15 of the diverter return to their original positions shown.
This means that the connection between the container 14 of the spark gap stack 13 and the surrounding outside air is interrupted in that the drain valve 17 returns to its position shown. It also means that the connection between the tank 6 and the container 14 is opened again and that this space is filled with compressed air.
The operation of the filling valve 15 and the drain valve 17 has the consequence that the spark gap stack 13 is stationary under the pressure of the compressed air tank! 3, which is higher than atmospheric pressure. The steady-state response voltage of the spark gap and thus the steady-state response voltage of the arrester 10 accordingly have relatively high values. As stated in the introduction, this value of the steady-state response voltage is selected depending on whether a valve arrester intended for protection against atmospheric overvoltages is switched on in the high-voltage system.
If such an arrester is present, the surge arrester 10 should not take part in the discharge of atmospheric overvoltages and the steady-state response voltage is therefore selected to be higher than that of the valve arrester mentioned. If, however, the surge arrester 10 also serves as an arrester for atmospheric overvoltages, the steady-state surge voltage is dimensioned so that it is lower than the surge test voltage of the system to be protected. As shown above, when the switch pole 1 is switched off, the container 14 is emptied of compressed air and the response voltage of the spark gap stack 13 and thus of the arrester 10 is lowered. The spark gap 13 is dimensioned such that the response voltage then obtained has a value that is at most equal to the operating-frequency test voltage value of the system.
Because the response voltage of the arrester 10 is lowered when the switch is switched off, the extinguishing voltage of the arrester also drops to a certain extent. Since the container 14 is filled quickly after the switch has been switched off, the response voltage and the extinguishing voltage of the arrester rise again, and the arrester 10 is reliably extinguished. The restoration of the high response voltage can be accelerated in that the magnet 19 is de-energized somewhat earlier than the magnet 18.
It is of course not necessary to constructively combine the switch 1 and the surge arrester 10. The diverter 10 can instead be implemented as a separate structural unit fed with compressed air either from the compressed air tank of the switch or from a special compressed air tank. Of course, the solenoid 19 of the filling valve does not need to be connected to the same electrical circuit that feeds the cut-off solenoid 18 of the switch. Separate control contacts can give the control pulses to these magnets essentially simultaneously. The steady-state response voltage of the arrester can also be lowered without a spark gap enclosed in a container being briefly relieved of a gas pressure that is higher than atmospheric pressure.
The spark gap electrodes can, for example, be displaceable with respect to one another.
In the stationary state, the electrodes are then at a certain distance from one another and this distance is briefly reduced when the switch, whose switching overvoltages are to be made harmless, is switched off. This also lowers the steady-state response voltage of the arrester. The invention can also be used in connection with switches in which the operating current is interrupted with the aid of a medium other than compressed air. For example, if a low-oil shell
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to be pulled. If the switch is provided with a drive device of a different type, the diverter can be supplied with compressed air by another compressed air system or a completely separate compressed air device.
PATENT CLAIMS:
1. A device for protecting an electrical system against overvoltages when a circuit breaker is switched off, which device contains an overvoltage protection consisting of a resistor and a spark gap, switched on between a switch terminal and earth, characterized in that organs are arranged that relate to the steady-state response voltage of the spark gap shortly after switching off the circuit breaker.