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Überspannungsschutzvorrichtung an Elektrizitätszählern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Überspannungsschutzvorrichtung an Elektrizitätszählern, die mehrere an den Anschlussklemmen angeordnete Funkenstrecken besitzt, die zwischen den Klemmen auftretende Überspannungen durch Ableiten der entsprechenden Ladungen beseitigen.
Vorrichtungen dieser Art dienen adzu, Spannungen, wie sie insbesondere bei Freileitungsanlagen häufig als Folge atmosphärischer Entladungen auftreten, abzuleiten, um solcherart eine Beschädigung spannungsempfindlicher Teile dieser Tarifapparate, insbesondere der Spannungsspulen derselben, hintanzuhalten. Ein solcher Schutz von Tarifapparaten gewinnt im Zusammenhang mit Bestrebungen, die Inspektions- und Nacheichintervalle der Tarifapparate auszudehnen, immer grössere Bedeutung.
Insbesondere bei Mehrphasenzählern ist ein Schutz durch Vorrichtungen oben erwähnter Art sehr wichtig, da bei Auftreten von Überspannungen in den Leistungsnetzen im allgemeinen diese Überspannungen nicht auf allen Phasen gleichzeitig auftreten und so z. B. eine Beschädigung eines von mehreren Messsystemen eines Mehrphasenzählers auftreten kann, welche naturgemäss von den mit der Gebührenverrechnung betrauten Personen kaum bemerkt wird, da der Zähler nach wie vor einen gewissen Elektrizitätsverbrauch anzeigt ; falls dabei jedoch ein System des Zählers ausgefallen ist, ist die Anzeige in bedeutendem Masse verfälscht.
Durch das Anordnen von Überspannungsschutzfunkenstrecken an den Eingangsklemmen der Tarifapparate ist es nun möglich, die mit den Überspannungen einhergehenden Ladungen abzuleiten und solcherart eine Beschädigung der Messwerke hintanzuhalten. Es hat sich dabei aber gezeigt, dass die Schutzfunkenstrecken selbst einem nicht unbeträchtlichen Verschleiss unterliegen können und nach Ableitung grösserer Ladungsmengen ihre Ansprechwerte nicht unerhebliche Veränderungen erfahren.
Hiedurch wird aber die Schutzfunktion wesentlich beeinträchtigt und man ist deshalb gezwungen, bei den bekannten Vorrichtungen eingangs erwähnter Art in verhältnismässig kurzen Intervallen Inspektionen dieser Vorrichtung anzusetzen, wenn man Gewissheit darüber haben will, dass die Schutzfunkenstrecken sich tatsächlich in einem Zustand befinden, der einen wirksamen Schutz der Tarifapparate selbst gewährleistet.
Solche häufigen Inspektionen erfordern aber nicht nur einen grossen Aufwand und stehen dem Bestreben, die Tarifapparate so auszubilden, dass sie über lange Zeit einwandfrei ihre Funktionen erfüllen können, geradezu diametral entgegen, sondern bieten auch de facto Gewähr dafür, dass innerhalb des Inspektionszeitraumes nicht doch während des grössten Teiles desselben sich die Schutzvorrichtung in einem unzulänglichen Zustand befindet, was nämlich dann eintreten kann, wenn durch atmosphärische Entladungen od. dgl. zu Beginn des Intervalls zwischen zwei Inspektionen die Kennwerte der Funkenstrecken eine wesentliche Veränderung erfahren haben.
Die Erfindung setzt sich nun zum Ziel, Nachteile oben erwähnter Art zu vermeiden und die erfindungsgemässe Vorrichtung eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstrecken als parallelliegende Doppelfunkenstrecken, die aus räumlich getrennten und voneinander unabhängig in Abstand gehaltenen Einzelfunkenstrecken bestehen, ausgebildet sind.
Es hat sich dabei ergeben, dass die Schutzwirkung parallelliegender Doppelfunkenstrecken wesentlich besser ist als man es von zwei nacheinander zum Einsatz gebrachten einfachen Funkenstrecken annehmen kann, d. h., dass beim Anordnen zweier parallelliegender Funkenstrecken ein
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Mehrfaches an Lebensdauer bei gegebenen äusseren Verhältnissen erreicht wird, als dies bei nacheinander verwendeten einfachen Funkenstrecken der Fall wäre, und die erreichbare Zeit, während der die Mehrfachfunkenstrecken die Tarifapparate, denen sie parallel liegen, vor Überspannungen schützen können, liegt um ein Mehrfaches über dem Doppel der Zeit, während der eine einfache
Funkenstrecke eine gewisse Schutzwirkung ergibt.
Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, dass zwar einerseits auch bei Ableitung grosser Ladungsmengen nur eine der parallelliegenden Funkenstrecken so stark beansprucht wird, dass eine wesentliche Veränderung ihrer Ansprechwerte auftritt, dass aber gleichzeitig, offenbar bei eng benachbart liegenden Ansprechwerten der einzelnen parallelliegenden
Funkenstrecken, im Zuge eines überspannungsereignisses vielfach auch beide Funkenstrecken zum
Ansprechen kommen und solcherart die überlastung einer einzelnen von ihnen weitgehend hintangehalten wird. Solcherart wird z. B. der Abbrand der einzelnen Elektrodenflächen, der ein wesentlicher Faktor bei der Veränderung der Ansprechspannungen der einzelnen Funkenstrecken ist, bedeutend herabgesetzt.
Gemäss einer bevorzugten Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass in an sich bekannter Weise jeweils die eine Elektrode der Funkenstrecken aus einer Ausbuchtung eines
Metallstreifens, der diese Elektroden acuh galvanisch verbindet, gebildet ist.
Eine solche Ausbildung bietet nicht nur den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit, sondern auch den, dass die am Metallstreifen sitzenden bzw. mit demselben ein einheitliches Stück bildenden
Elektroden sehr leicht ausgetauscht werden können und quasi als Verbrauchselement der
Funkenstrecken anzusehen sind, das bei den periodischen Inspektionen sehr leicht ersetzt werden kann.
Sieht man dabei vor, dass jeweils eine von zwei miteinander galvanisch verbundenen Elektroden einer
Doppelfunkenstrecke auf einer Zunge, die von einem Mittelstreifen ausgeht, angeordnet ist bzw.
aus dem Material dieser Zunge geformt sind, erhält man den Vorteil, dass die Elektrodenabstände sehr konstant gehalten werden können, da die einzelnen Elektroden hinsichtlich ihrer räumlichen Lage einander nur wenig beeinflussen und auch die im Zuge von Entladungen auftretende Wärme kaum von einer Elektrode auf eine andere Elektrode einwirkt, da im allgemeinen der Entladungsvorgang viel schneller abklingt als die entstehende Wärme durch Wärmeleitung von einer Zunge zur andern Zunge gelangen kann. Es ist dabei im Interesse einer geringen bleibenden Verformung des Metallstreifens, auf dem die Elektroden der Funkenstrecken sitzen, über längere Zeiträume auch zweckmässig, jeweils beide Zungen, auf denen die Elektroden einer galvanisch miteinander verbundenen Doppelfunkenstrecke sitzen, symmetrisch zueinander von einem metallischen Mittelstreifen ausgehend anzuordnen.
Zur Distanzhaltung jener Elektroden der einzelnen Funkenstrecken, zwischen denen ein Funkenüberschlag auftreten soll, werden vorteilhaft Isolierkörper mit durch Umfangsnutung vergrösserter Oberfläche vorgesehen, welche neben der Funkenüberschlagsstrecke angeordnet sind. Die Anordnung neben den Stellen, an denen der Funkenüberschlag auftreten soll, gewährleistet dabei auch bei gewissen Verformungen infolge der bei Funkenüberschlag auftretenden Wärme, dass der Elektrodenabstand soweit als möglich konstant bleibt, während durch das Vorsehen einer Umfangsnutung der Kriechweg auf der Isolierkörperoberfläche wesentlich vergrössert wird, was insbesondere im Hinblick auf das bei der Ableitung von Ladungen eintretende Verdampfen von Elektrodenmaterial von Bedeutung ist und gegenüber glatten,
zylindrischen Isolierkörpern eine wesentlich verlängerte Lebensdauer der Schutzfunkenstrecken ergibt. Auch kann dadurch, dass die Isolierkörper mit einer Umfangsnutung versehen sind, ein geringerer Ansprechwert der Funkenstrecken erhalten werden ; da nämlich auch die minimal zulässige Kriechweglänge zwischen den einzelnen gegeneinander Spannung führenden Metallteilen des Zählers den minimalen Abstand der Elektroden der Funkenstrecken voneiander beeinflusst und die Bauhöhe eines Isolierkörpers mit Umfangsnutung bei gleicher Kriechweglänge geringer ist als die eines Isolierkörpers mit zylindrischer Oberfläche.
Isolierkörper mit Umfangsnutung haben also bei gleicher Kriechweglänge eine geringere Bauhöhe und ermöglichen einen kleineren Abstand der gegenüberliegenden Elektroden der Funkenstrecken, woraus ein Ansprechen bei kleinerer Spannung resultiert. Sieht man die Isolierkörper an den Zungen, an denen die Elektroden durch Ausbuchtungen gebildet sind, selbst vor, ist es möglich, die Abstände der Elektroden der Funkenstrecken voneinander besonders exakt einzustellen, da die Federwirkung jeder einzelnen Zunge den betreffenden Isolierkörper an die Gegenfläche bzw. Elektrode andrückt und kaum eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Zungen gegeben ist.
Auch ein Verbreitern des Mittelstreifens zwischen den einzelnen Zonen desselben, an denen die Elektroden einer Doppelfunkenstrecke vorgesehen sind, ist von Vorteil, da hiedurch, u. zw. hauptsächlich durch die grössere Wärmekapazität der verbreiterten Teile, Rückwirkungen und Verformungen entgegengewirkt wird.
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Bildet man den Metallstreifen mit den daran befindlichen Elektroden symmetrisch aus, erhält man den Vorteil, dass beim Ersetzen des Verbrauchselementes der Funkenstrecken, nämlich der auf dem Metallstreifen angeordneten Elektroden, kaum Einsetzfehler auftreten können und durch die einfachere Handhabung unter Umständen ein Wechsel auch bei unter Spannung stehender Anlage vorgenommen werden kann.
Als Gegenelektroden zu jenen Elektroden, die als Ausbuchtungen eines Metallstreifens ausgebildet sind, werden vorteilhaft die Rückseiten der Anschlussklemmen des betreffenden Tarifapparates selbst herangezogen, wobei durch deren massiven Aufbau von vornherein im Zuge von Entladungen kaum eine Veränderung der Elektrodenflächen eintritt ; es wird vielmehr bei einer solchen Ausbildung der Funkenstrecken stets der Verschleiss an den als Ausbuchtungen eines Metallstreifens ausgebildeten Elektroden stattfinden, welcher Metallstreifen aber leicht ersetzt werden kann.
Im Interesse der Aufrechterhaltung einer guten Isolation zwischen den gegeneinander Spannung führenden Teilen in der Umgebung der Funkenstrecken ist es von Vorteil, dass die Doppelfunkenstrecken in Kammern angeordnet sind, deren Böden bzw. Deckflächen durch die Metallteile, die mit den Elektroden in Verbindung stehen, gebildet sind und deren Seitenwände durch Isolierstoffe gebildet sind. Dadurch ist der Raum in dem bei Entladungen Metalldämpfe entstehen, verhältnismässig gut abgeschlossen und diese Dämpfe schlagen sich vorwiegend auf den Elektrodenmetallteilen nieder.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. l den Klemmenblock eines Zählers, der mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung ausgestattet ist, im Längsschnitt, Fig. 2 denselben in einer Ansicht von der Rückseite her, Fig. 3 denselben im Querschnitt und gemäss der Linie III-III der Fig. 2, und Fig. 4 in vergrössertem Massstab einen zur Distanzhaltung der Funkenstrecken vorgesehenen Isolierkörper.
In den Zeichnungen ist der Grundkörper des Klemmenblockes eines Elektrizitätszählers mit - bezeichnet und in diesem Grundkörper sind eine Reihe in Paaren angeordneter Spannungsklemmen--2 bis 7--und Nullklemmen--8, 9-- angeordnet. Es ist dabei jeweils eine Klemme jedes Paares die Eingangsklemme (Klemmen--2, 4, 6, 8-) und die andere die Ausgangsklemme (Klemmen-3, 5, 7, 9--). Die Rückseite --10-- der Eingangsklemmen und der Nullklemme--8-ist dabei als Elektrodenfläche von Doppelfunkenstrecken wirksam, die zueinander parallelgeschaltet sind und deren andere Elektroden in Form von Ausbuchtungen --11-- eines Metallstreifens--12-- (s. Fig. 3) ausgebildet sind.
Dabei sind die Elektroden--11--durch den Metallstreifen --12-- auch galvanisch miteinander verbunden. Die einzelnen Elektroden-11sitzen jeweils auf einer Zunge--20--, welche Zungen von einem Mittelstreifen --21-- ausgehen, wobei die beiden Zungen jeder Doppelfunkenstrecke symmetrisch zueinander angeordnet sind. Der
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eines solchen Isolierkörpers ist in Fig. 4 näher dargestellt, und es ist bei diesem Isolierkörper an der Aussenfläche--22-eine Nut-23-angebracht. Ein Zapfen --24-- dient zum Einfügen in entsprechende Ausnehmungen --25-- an den Zungen-20-, wobei durch örtliche Verformung des Materials der Zungen an dieser Stelle der Isolierkörper festgehalten werden kann.
Der Isolierkörper kann auch, wie bereits erwähnt, an den Zungen festgeklebt werden, welche Befestigungsart den Vorteil besitzt, dass keine zusätzlichen Spannungen im Material der Zungen auftreten, die möglicherweise später die Ansprechwerte der Funkenstrecken verändern könnten. Zwischen den Ansatzstellen der Zungen der einzelnen Doppelfunkenstrecken besitzt der Metallstreifen --12-- breiter ausgeführte Zonen - -26--, deren grössere Wärmekapazität eine Weiterleitung der bei den Entladungen auftretenden Wärme von einem Funkenstreckenpaar zum andern weitgehend hintanhalten. Der Metallstreifen - mit den daran befindlichen Elektroden und Isolierkörpern ist als Ganzes symmetrisch ausgebildet, was sein Ansetzen an den Klemmenblock sehr erleichtert.
Zwischen den Klemmen (--2, 4, 6, 8--), deren Rückseite als Elektrode wirksam ist, befindet sich jeweils eine Klemme (--3, 5, 7--), die auf der Rückseite --14-- und an den an der Rückseite anschliessenden Seiten
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gebildet, die auch, falls an Teilen derselben verdampftes Metall niederschlägt, die Aufrechterhaltung der gegenseitigen Isolation Spannung führender Teile gewährleistet.
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Der Metallstreifen--12--, der in Fig. 2 in einer Ansicht dargestellt ist und der die Gegenelektroden--11--der Funkenstrecken trägt und auf dem auch Abstandshalter--18-Sir die einzelnen Funkenstrecken angeordnet sind, kann als Verbrauchselement der Funkenstrecken angesehen werden, welches, sobald seine Wirksamkeit durch Entladungen beeinträchtigt wurde, einfach ausgewechselt werden kann, ohne dass der übrige Teil der Funkenstrecken, der durch die Klemmen
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Metallstreifen--12--, der die Gegenelektroden der Funkenstrecken trägt, gegen die Rückseite der Klemmen, die die andern Elektroden der Funkenstrecken bilden, drückt,
ist ihrerseits von einer Blattfeder --19-- festgehalten. Diese Blattfeder ist U-förmig ausgebildet und die beiden Schenkel dieser Blattfeder greifen in Ausnehmungen an der Rückwand des Zählergehäuses ein und pressen gegen
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Klemmenblockes gedrückt bis die Isolierkörper --18-- an den erwähnten Rückseiten --10-- zur Anlage kommen.
Die Funkenstrecken befinden sich in Kammern, deren Böden bzw. Deckflächen durch die Metallteile, die mit den Elektroden in Verbindung stehen, gebildet sind, d. h. durch die Rückseiten --10-- bzw. die Zungen --20-- und den Mittelstreifen --21-- und deren Seitenwände gebildet sind. Diese Kammern sind also im wesentlichen abgeschlossen, so dass einerseits der Entladungsraum weitgehend vor dem Eindringen von Fremdkörpern geschützt ist und anderseits auch verdampfendes Elektrodenmaterial nur in geringem Masse ausserhalb dieses Entladungsraumes die Isolierverhältnisse verschlechtern kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. überspannungsschutzvorrichtung an Elektrizitätszählern, die mehrere an den Anschlussklemmen angeordnete Funkenstrecken besitzt, die zwischen den Klemmen auftretende überspannungen durch
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Funkenstrecken als parallelliegende Doppelfunkenstrecken, die aus räumlich getrennten und voneinander unabhängig in Abstand gehaltenen Einzelfunkenstrecken (10, 11) bestehen, ausgebildet sind.