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Einrichtung zur Begrenzung von Überspannungen in
Hochspannungsanlagen
Zum Schutz von elektrischen Anlagen gegen Überspannungen ist es bekannt, Schutzfunkenstrecken, insbesondere Ventilableiter, zwischen jeden der Leiter eines Drehstromnetzes und Erde vorzusehen. Diese übliche Anordnung von Ventilableitern in Drehstromsystemen zwischen den Leitern und Erde bietet keinen ausreichenden Schutz vor solchen zwischen den Leitern auftretenden Überspannungen, die sich aus zwei
Leitererdspannungen entgegengesetzter Polarität aufbauen. In diesem Fall kann nämlich die Spannung zwischen den Leitern die zweifache Höhe der gegen Erde wirksamen Begrenzungsspannung erreichen. Das
Isoliervermögen zwischen den Leitern wird im allgemeinen nicht höher gewählt als gegen Erde. Es können sich daher unzulässig hohe Überspannungen z.
B. an den Klemmen von Generatoren ergeben, die über Transformatoren auf ein Freileitungsnetz arbeiten. Zwischen den Leitern können auch Schaltüberspan- nungen auftreten. Die Isolation zwischen den Phasen ist aber unter Umständen dieser Beanspruchung nicht gewachsen, so dass die übliche Ableiteranordnung gegen Überspannungen, die zwischen den Leitern auftreten, keinen Schutz bietet.
Diese Schwierigkeiten werden bei einer bekannten Ausführung dadurch überwunden, dass an allen spannungsführenden Leitern des Systems Ventilableiter angeschlossen werden, deren zweite Klemmen zusammengeschaltet und über einen weiteren Ventilableiter an Erde gelegt sind. Mit dieser Ventilableiteranordnung wird ein ausreichender Überspannungsschutz sowohl gegen Erde als auch zwischen den Leitern erzielt. In dem Bestreben, die Abmessungen und Kosten der Isolation zu senken, kommt der Begrenzung der Überspannungen zwischen den Leitern erhöhte Bedeutung zu.
Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung an einer Einrichtung zur Begrenzung von Überspannungen in Hochspannungsanlagen, bei denen je ein Ventilableiter mit einer Klemme an die spannungsführenden Leitungspole eines Wechselstromsystems angeschlossen ist, wobei die zweiten Klemmen der Ventilableiter zusammengeschaltet und über einen weiteren Ventilableiter an Erde gelegt sind. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Verhältnis der Nennspannung der an Erde gelegten Ventilableiter zur Nennspannung der übrigen Ventilableiter ausschlaggebend ist für das Betriebsverhalten der Einrichtung.
Gemäss der Erfindung sind die Ventilableiter für solche Nennspannungen bemessen, dass der Quotient, gebildet aus der Nennspannung des an Erde gelegten Ventilableiters und der Summe der Nennspannungen eines zwischen den Leitungspolen angeordneten und des an Erde gelegten Ventilableiters, einen Wert von etwa 0,35 bis 0, 45, insbesondere 0,4, hat. Auf diese Weise wird der Schutzwert gegenüber den bekannten Anordnungen wesentlich erhöht. Ferner braucht man weniger aktives Material für die Überspannungsableiter. Die erfindungsgemässe Ventilableiteranordnung wird insbesondere dort angewendet, wo mit dem Auftreten hoher Überspannungen zwischen den Leitern gerechnet werden muss. Sie eignet sich besonders für den Schutz von Generatoren vor übertragenen Stossspannungen und für den Schutz von Transformatoren, die unbelastet oder unter induktiver Last abgeschaltet werden.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Drei Ventilableiter r, s, t, die für eine Nennspannung Uln bemessen sind, werden mit je einer Klemme an die Stränge R, S, T eines Drehstromsystems angeschlossen. Die andern Klemmen sind durch eine
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Querverbindung Q zwischen den drei Ventilableitersäulen überbrückt und über einen weiteren Ventilableiter o, der für eine Nennspannung U2 bemessen ist, an Erde gelegt. Auf diese Weise liegen zwischen den Leitungspolen R, S, T und Erde bzw. RS, ST, RT immer zwei Ventilableiter in Reihe.
Da das Verhältnis der Ventilableiter-Nennspannungen zueinander ausschlaggebend ist für das Betriebsverhalten der Einrichtung, wird als charakteristische Grösse der Begriff der Mittelpunkthöhe m eingeführt, der definiert ist durch die Beziehung :
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Der Quotient m ist bei den bekannten Anordnungen der Ventilableiter gleich Null bzw. 0, 5. Gemäss der Erfindung sind die Ventilableiter r, s, t, o für solche Nennspannungen bemessen, dass der Quotient m, gebildet aus der Nennspannung U2n des an Erde gelegten Überspannungsab1eiters o und der Summe der
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hat.
Bei diesen Werten m ergibt das Verhältnis von maximal zulässiger Betriebsspannung zur Nennspannung der Anordnung ein Maximum. Hiebei ist tür eine gegebene maximale Betriebsspannung die Nennspannung der Anordnung ein Minimum. Da die Ansprechspannung und Restspannung eines Ableiters proportional zur Nennspannung ist. wird der beste Schutz bei kleiner Nennspannung erzielt. Die Abhängigkeit des Verhältnisses von maximal zulässiger Betriebsspannung zur Nennspannung der Anordnung von der gewähl - ten Mittelpunkthöhe m istin dem Aufsatz"Die Begrenzung von Überspannungen zwischen den Leitern und gegen Erde mit einer Vier-Ableiter-Schaltung", ETZ/A,'Heft 23, November 1961, Seite 737 - 742 näher behandelt.
Bei der praktischen Ausgestaltung der erfindungsgemässen Einrichtung wird man insgesamt drei Ven-
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tilableiter noch die Nennspannung Uln der Teilableiter r, t aufweisen. Hiebei verbleibt an dem einen Ableiter ein Lehrgehäuse Lr und an dem andern ein Lehrgehäuse Lt. Sodann werden die drei Ventilableiter entsprechend der gewünschten Mittelpunktshöhe miteinander verbunden. wie die Figur dies zeigt.
Die Erfindung hat besondere Bedeutung für Drehstromnetze mit freiem Sternpunkt oder mit Erdschlussstromkompensation. Die Einrichtung nach der Erfindung eignet sich ferner für Einphasennetze mit zwei spannungsführenden Leitern.