Überspannungsableiter für grosse Energien. Die Erfindung bezieht sieh auf einen Über= spannungsableiter für grosse Energien. Ein solcher Apparat muss die Eigenschaft haben; sofort anzusprechen, kurzzeitig grosse Ener gie abzuleiten und kurz nach der Entladung selbständig zu verlöschen, um sofort wieder betriebsbereit zu sein.
Gemäss der Erfindung werden alle diese Bedingungen dadurch erfüllt, dass als Über spannungsableiter ein Vakuummetalldampf- apparat mit Ventilwirkung verwendet wird, dessen Anode und Kathode zwischen zwei Spannungspunkten eingeschaltet sind.
In der Zeichnung sind schematisch in den Abbildungen 1 bis 5 einige Ausführungsbei spiele der Erfindung dargestellt. Abbildung la und 1b zeigen die Anordnung von Ab leitern zwischen einer Leitung und Erde als Schutz gegen Überspannungen in beiden Richtungen, Abb. 2 zeigt ihre Verwendung in Mehrphasennetzen, Abb. 3a und 3b zeigen die Reihen- und Parallelschaltung von Ab leitern zwischen zwei Spannungspunkten,
Abb. 4 zeigt die Zündung eines Metall dampfableiters mittelst Metallbelag an der Kathode durch Hilfsfunkenstrecke und Spannungsteiler in Reihe zwischen zwei Spannungspunkten und Abb. 5 zeigt einen Metalldampfableiter mit flüssiger Kathode und flüssiger Anode. Der Überspannungs- ableiter gemäss Abb. la besteht aus einem evakuierten Glasgefäss mit Quecksilberelek trode K und einer Metall- oder Graphitanode A.
Die aus einem Transformator T ge speisten Heizwicklungen W,, WZ an der Anode und Kathode dienen dazu, die Dampf dichte vor der Anode zu erniedrigen und über der Kathode zu erhöhen. Der Dom D fängt das Quecksilberkondensat auf, das dann wieder zur Kathode zurückfliesst. Der aufsteigende Metalldampf erzeugt an der Ansatzstelle des Anodenarmes bei 0 ein Va kuum, wodurch eine Pumpwirkung auf den Anodenraum ausgeübt und dieser evakuiert wird. Die Anode A eines Ableiters sei zum Beispiel nach Abb. ja an eine Freileitung L, die Kathode K an Erde angeschlossen.
Bei normaler Spannung zwischen Leitung L und Erde fliesst zwischen A und Ff kein Strom. Erhöht sich die Spannung von L über den normalen Wert, dann kann bei richtiger Wahl der Temperatur an der Kathode K eine selbständige Entladung einsetzen, und ein Bogen zwischen <I>A</I> und K brennen, der die Überspannung nach Erde ableitet. Kehrt nun die zwischen Leitung L und Erde vor handene Spannung ihre Richtung um, dann verlöscht der Lichtbogen.
Eine Neuzündung des Lichtbogens zwischen Kathode und Anode, das heisst ein Stromfluss in Richtung Erde Leitung L kann nicht einsetzen, weil dazu eine sehr viel höhere Spannung not wendig ist.
Je nach Wahl der Temperatur an Kathode K und Anode A kann das Ver hältnis der beiden Spannungen zirka 1 : 10 betragen, also zum Beispiel 7 kV Zündspan- nung für den Lichtbogen zwischen A-K und 70 kP Zündspannung für den Licht bogen zwischen K-A. Durch einen zweiten Ableiter II gemäss Abb. 1b kann die Ent ladung auch. in Richtung Erdleitung L er möglicht werden.
Die Heizung der Kathode K zur Bildung der Dampfentwicklung für die Zündung, bezw. die Heizung der Anode A zur Vermin derung der Dampfentwicklung benötigt wenig Energie und ist einfach anzubringen. Die Heizung kann sowohl durch Induktions- als auch durch Widerstandsheizung von aussen oder im Innern des Gefässes erfolgen, wobei zweckmässig von Quecksilber nicht an greifbare Widerstandsmaterialien verwendet werden, wie z. B.
Wolfram, Molybdän, Tan- tal, Chromnickel, Eisen etc. Die feste Anode kann gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Induktions- oder Widerstandsheizung im In nern der Anode versehen sein. Es kann fer ner sowohl für das Kathodenquecksilber als auch für die feste Anode eine Tauchheizung vorgesehen werden, wobei im letzteren Fall die Anode hohl ausgeführt wird. Die Ka thode kann ausserdem durch ein geheizte Flüssigkeitsbad, durch Strahlung, oder durch direkte Flammen beheizt werden.
Die Stromeinführung zu den Anoden und die Durchführung der Zuleitung zu den Heizwicklungen kann bei Ableitern mit Glasgehäuse entweder als Draht- oder -als Hütcheneinschmelzung ausgeführt sein. Die Kühlung des Dampfdomes D kann durch eine seinen doppelwandigen Mantel durch strömende Flüssigkeit oder durch Luftstrom erfolgen. An Stelle von festen Anoden aus Graphit oder Metall können auch flüssige Anoden verwendet werden. Als Kathode kann ebensogut eine feste Amalgamkathode, zum Beispiel eine mit Quecksilber amalga mierte Kupferkathode vorgesehen sein.
In die Anoden- oder Kathodenleitungen werden ohmsche Widerstände P eingeschaltet, um den Überstrom zu begrenzen und einen direk ten Kurzschluss über den Lichtbogen zu ver hindern. Wird an Stelle eines Gleichrichters mit Glasgefäss ein solcher mit einem Metall gefäss verwendet, dann ist es .erforderlich, dass in der Nähe der Erdseite eine Hoch vakuumpumpe angeschlossen wird. Es könnte auch durch eine geeignete Dampf führung das Innere des Anodenraumes evakuiert werden. Die einfachste Lösung ist der gut formierte, abgeschmolzene Glas apparat, der ja nur bei Entladungen belastet werden würde und deshalb auch wenig Gase abgibt, und eine lange Lebensdauer besitzt.
Abb. 2 zeigt eine Schaltanordnung für mehrere, zwischen eine Mehrphasenleitung und, Erde parallel geschaltete Ableiter, deren Anoden an die einzelnen Phasen gelegt sind, und deren Kathoden gemeinsam an Erde liegen. Es können auch zwischen zwei Span nungspunkte mehrere Ableiter in Reihe (ver gleiche Abb. 3a), oder parallel angeschlossen sein, wobei im letzteren Fall ein Gleichrich ter mit zwei Anoden nach Abb. 3b verwendet werden kann. Die Ableiter können auch in . Reihenparallelschaltung zwischen zwei Span nungspunkten angeordnet sein.
Die Zündung des Lichtbogens zwischen Kathode und Anode kann durch einen Belag !1T erfolgen, der isoliert in Höhe des Queck silberspiegels am Kathodenbehälter ange bracht ist, (vergleiche Abb. 4) und der im Moment des Entstehens der Überspannung an Amen Teil derselben gelegt wird.
Die Zünd- spannung wird dabei über eine Hilfsfunken strecke Z mit ohmschem, induktivem oder kapazitivem Spannungsteiler an den Steuer belag gelegt, wobei die Hilfsfunkenstrecke Z und die Spannungsteilerwiderstände 8, 82 in Reihe zwischen den zwei Spannungspunk ten, zum Beispiel Leitung L und Erde, lie gen. Bei dieser Anordnung wird das Katho denquecksilber nicht besonders geheizt.
Abb. 5 zeigt einen Ableiter mit flüssiger Anode<I>A</I> und flüssiger Kathode K. Die Anode muss gekühlt werden, um die Ent stehung des Lichtbogens zwischen Anode und Kathode zu ermöglichen. Die Kühlung kann, wie dargestellt, eine Durchlaufflüssig- keitskühlung oder eine Luftstromkühlung sein. Die Heizwicklung W3 auf dem Anoden arm hat den Zweck, den Übertritt von Queck silberdampf in den Anodenraum zu verhin dern.
Anstatt die Heizspannung für Anode und Kathode über einen Serientransformator der Leitung zu entnehmen, an die der Ableiter mit der Anode oder Kathode angeschlossen ist, kann zur Erzeugung der Heizspannung auch ein ohmscher, induktiver oder kapaziti- ver Spannungsteiler dienen.
Surge arrester for large energies. The invention relates to a surge arrester for large energies. Such an apparatus must have the property; to respond immediately, to dissipate large amounts of energy for a short time and to extinguish automatically shortly after discharge in order to be ready for operation again immediately.
According to the invention, all these conditions are met in that a vacuum metal vapor apparatus with valve action is used as the surge arrester, the anode and cathode of which are connected between two voltage points.
In the drawing, some Ausführungsbei games of the invention are shown schematically in Figures 1 to 5. Figure la and 1b show the arrangement of arresters between a line and earth as protection against overvoltages in both directions, Figure 2 shows their use in multi-phase networks, Figures 3a and 3b show the series and parallel connection of arresters between two voltage points,
Fig. 4 shows the ignition of a metal vapor arrester by means of a metal coating on the cathode using an auxiliary spark gap and voltage divider in series between two voltage points and Fig. 5 shows a metal vapor arrester with a liquid cathode and a liquid anode. The surge arrester shown in Fig. La consists of an evacuated glass vessel with a mercury electrode K and a metal or graphite anode A.
The heating windings W ,, WZ fed from a transformer T at the anode and cathode serve to lower the vapor density in front of the anode and to increase it above the cathode. The dome D catches the mercury condensate, which then flows back to the cathode. The rising metal vapor creates a vacuum at the point of attachment of the anode arm, whereby a pumping effect is exerted on the anode space and this is evacuated. For example, the anode A of an arrester is connected to an overhead line L and the cathode K to earth as shown in Fig.
With normal voltage between line L and earth, no current flows between A and Ff. If the voltage of L increases above the normal value, with the correct choice of temperature at the cathode K, an independent discharge can set in and an arc burn between <I> A </I> and K, which diverts the overvoltage to earth. If the voltage between line L and earth reverses its direction, the arc is extinguished.
A re-ignition of the arc between the cathode and anode, i.e. a current flow in the direction of the earth line L, cannot start because this requires a much higher voltage.
Depending on the choice of temperature at cathode K and anode A, the ratio of the two voltages can be around 1:10, for example 7 kV ignition voltage for the arc between A-K and 70 kP ignition voltage for the arc between K-A. A second arrester II as shown in Fig. 1b can also discharge the discharge. in the direction of the earth line L.
The heating of the cathode K to form the vapor for ignition, respectively. the heating of the anode A to reduce the development of steam requires little energy and is easy to install. The heating can be done either by induction or by resistance heating from the outside or inside the vessel, where it is advisable not to use mercury to tangible resistance materials, such as. B.
Tungsten, molybdenum, tantalum, chromium-nickel, iron etc. The fixed anode can optionally be provided with an additional induction or resistance heater inside the anode. Furthermore, immersion heating can be provided both for the cathode mercury and for the fixed anode, the anode being made hollow in the latter case. The cathode can also be heated by a heated liquid bath, by radiation or by direct flames.
In the case of arresters with glass housings, the current feed to the anodes and the lead-through of the feed line to the heating windings can be implemented either as a wire or a hat seal. The steam dome D can be cooled by a double-walled jacket by flowing liquid or by a stream of air. Instead of solid anodes made of graphite or metal, liquid anodes can also be used. A solid amalgam cathode, for example a copper cathode amalgamated with mercury, can just as well be provided as the cathode.
Ohmic resistances P are switched on in the anode or cathode lines in order to limit the overcurrent and to prevent a direct short circuit via the arc. If a rectifier with a metal vessel is used instead of a rectifier with a glass vessel, then it is necessary that a high vacuum pump is connected near the earth side. The interior of the anode space could also be evacuated through a suitable vapor line. The simplest solution is the well-formed, melted glass apparatus, which would only be stressed in the event of discharges and therefore emit little gas and has a long service life.
Fig. 2 shows a circuit arrangement for several arresters connected in parallel between a multi-phase line and earth, the anodes of which are connected to the individual phases and the cathodes of which are jointly connected to earth. Several arresters can also be connected in series between two voltage points (same Fig. 3a) or in parallel, whereby in the latter case a rectifier with two anodes as shown in Fig. 3b can be used. The arresters can also be used in. Series parallel connection between two voltage points can be arranged.
The arc between the cathode and anode can be ignited by a coating! 1T, which is insulated at the level of the mercury level on the cathode container (see Fig. 4) and which is applied to Amen part of the same at the moment the overvoltage occurs.
The ignition voltage is applied to the control pad via an auxiliary spark path Z with an ohmic, inductive or capacitive voltage divider, the auxiliary spark path Z and the voltage divider resistors 8, 82 in series between the two voltage points, for example line L and earth gen. In this arrangement, the cathode mercury is not particularly heated.
Fig. 5 shows an arrester with a liquid anode <I> A </I> and a liquid cathode K. The anode must be cooled in order to enable the arcing to occur between the anode and the cathode. The cooling can, as shown, be a flow-through liquid cooling or an air flow cooling. The purpose of the heating coil W3 on the anode arm is to prevent mercury vapor from entering the anode compartment.
Instead of taking the heating voltage for the anode and cathode via a series transformer from the line to which the arrester with the anode or cathode is connected, an ohmic, inductive or capacitive voltage divider can also be used to generate the heating voltage.