Überspannungsableiter. Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter, dessen Ableiterele- mente in einem mit einer Bruchsicherung ausgerüsteten Isoliergehäuse untergebracht sind.
Das normale Arbeitsgebiet eines Über spannungsableiters erstreckt sich bekanntlich auf Beherrschung von Ableitströmen, die in folge mittelbarer Blitzschläge in der Frei leitung induziert werden und solche, die durch einen unmittelbaren Blitzschlag in die Leitung selbst, aber in grosser Entfernung- von der Station, entstehen. Hierbei handelt es sich meist um Stromstärken in der Grössen; ordnung von einigen Hunderten von Ampere derartige Stromstärken werden vom Ableiter ohne weiteres bewältigt.
Bekanntlich können aber die Überspan nungsableiter zerstört werden; wenn der Widerstandsbaustoff der Elemente seine charakteristischen Eigenschaften infolge star ker elektrischer bezw. thermischer Überbean- spruchengen verliert. Dies kann z. B. ein treten, sobald die Betriebsspannung unzu lässig hoch ansteigt oder länger andauernde Überspannungen im Gefolge intermittierender Erdschlüsse den Ableiter beanspruchen. Unter dem Einfluss der hohen hierbei auftretenden Wärmeentwicklung kann dabei ein Teil der den Ableiter, d. h. die Ableiterelemente bil denden Baustoffe verdampfen. Hierbei steigt der Druck im Innern des geschlossenen Ab leitergehäuses verhältnismässig langsam an.
Uni das keramische, in der Regel als Por zellangehäuse ausgeführte Isoliergehäuse des Ableiters von derartigen Drucksteigerungen zu schützen, ist es bekannt, Bruchsicherungen vorzusehen.
Beim Einschlag eines Blitzes in die Lei tung in unmittelbarer Nähe des Ableiters wird dieser von zwar kurzzeitig andauernden, jedoch sehr hohen Strömen in der Grössen ordnung von 100 000 A und darüber durch flossen, so dass auch hierbei durch die Ver- dampfung des Metalles an den Elektroden und durch Freiwerden von Gas aus dem Widerstandsbaustoff erhebliche, und zwar plötzlich auftretende Überdrfielze im Innern des Ableitergehäuses entstehen können.
Bis jetzt wurde jedoch der Zwischenraum in dem Gehäuse zwischen den Ableiterelementen, insbesondere den Widerstandsscheiben, und dem Isoliergehäuse im Hinblick auf eine möglichst gedrungene Bauart und daher eine äuLierste Werkstoffersparnis, sowie mit Rück sicht auf die gewünschte Zentrierung der Ableiterteile, insbesondere der Widerstands scheiben, so klein gewählt, wie es mit Rück sicht auf die Toleranzen bei der Herstellung des Porzellangehäuses und der Ableiterele- mente nur möglich war.
Bei Ableitern mit Bruchsicherung kann daher bei plötzlich auf tretendem starkem Gasüberdruck in der näch sten Umgebung des Entstehungsortes der Gase, also irgend einer Stelle der- Ableiter säule, der Gasdruck so steil ansteigen, dass der näehstbenachbarte Wandungsteil des Iso liergehäuses überbeansprucht und zerstört wird, bevor der Druck an der absichtlich schwach gehaltenen Bruchsieherungsstelle hinreichend gross geworden ist, um diese zum Ansprechen zu bringen.
Diese Nachteile werden durch die Erfin dung beseitigt. Hierbei beschreitet die Er findung einen für Lberspannungsableiter neuartigen, vorteilhaften Weg, der zunächst den bisherigen Bestrebungen nach möglichst weitgehender Baustoffersparnis zuwiderzulau fen scheint, der jedoch bei einer näheren Betrachtung zu gegenteiligen Feststellungen führt. Dabei geht die Erfindung davon aus, dass die Kraft, welche das Gehäuse zu zer sprengen sucht, einfach proportional dem Gehäusedurchmesser zunimmt, während der Ausdehnungsraum quadratisch reit denn Dureh- messer, hinaufgeht.
Der Überspannungsableiter nach der Er findung zeichnet sieh dadurch aus, dass die Differenz des vom Isoliergehäuse eingeschlos senen Raumes und des Volumens der Ab leiterelemente selbst ein Vielfaches derjenigen Differenz der genannten beiden Rauminhalte beträgt, welche sich ergibt, wenn man das Isoliergehäuse der- durch die Ableiterelemente gebildeten Säule so eng anpasst, wie es mit Rücksicht auf die Herstellungstoleranzen des keramischen Gehäuses möglich ist.
Diese Massnahmen führen zum überraschenden Er gebnis, dass man trotz der Vergrösserung des Gehäusevolumens mit praktisch demselben oder sogar geringerem Materialaufwand aus kommen kann wie bisher, weil die @#,'and- stärke des Gehäuses viel schwächer gewählt werden kann und trotzdem dafür gesorgt ist, dass infolge der Herabsetzung der Steilheit des Druckanstieges in dem zwischen der innern Gehäusewandung und der Ableiter- säule vorgesehenen Raum eine Zertrümmerung stets nur an der Bruchsicherungsstelle auf tritt.
Beim Erfindungsgegenstand wird daher ein brisantes Zerspringen des Ableitergehärr- ses bei geeigneter Bemessung verhindert werden können und es wird der Vorgang der Drucksteigerung weniger plötzlich gemacht, so dass die vorgesehenen Einrichtungen (Bruch sicherung) für die Entlastung von zu starkem innerem Überdruck auf alle Fälle rechtzeitig in Tätigkeit treten können, tun das Zersprin gen des Isoliergehäuses zu verhüten.
Da durch die Erfindung die in unmittelbarer Nähe des Ableiters auftretenden Blitzeinschläge prak tisch mit Sicherheit beherrscht werden kön nen, so ermöglicht der Erfindungsgegenstand für die Überspannungsableiter ein Gebiet zu erschliessen, das von den bisherigen Ableitern nicht erfasst werden konnte.
In der Zeichnung sind Beispiele des Er- firrdr,irrgsgegeiistandes veranschaulicht. Es zei gen Fig. 1 die Bauart des Überspannungs- ableiters, Fig.2 eine xchenratische Darstellung zur Erläuterung des allgemeinen Lösungs gedankens nach der Erfindung.
Nach Fig. 1 sind die aktiven Teile des liberspannungsableiters allseitig von einem aus keranri#ebern Werkstoff, insbesondere Porzellan, bestehenden Isoliergehäuse 1 nebst einer von einer Bruchsicherung 2 getragenen Platte abgeschlossen.
Die Ableiterelenrente bestehen aus einer, insbesondere aus Kugel elektroden gebildeten Vorfunkenstrecke 3, einer Löschfunkenstrecke 4 und einer Wider standssäule 5, die zwischen dem Leitungs- arischluss 6 und der Erdanschlussschraube 7 liegen und elektrisch hintereinandergeschaltet sind. Die Löschfunkenstrecke und die Wider standssäule enthalten übereinandergeschichtete leitende Widerstandsscheiben, die voneinander mittels isolierender Abstandsscheiben getrennt sind.
Bezeichnet man mit V den vom Isolier- gehäuse eingeschlossenen Rauminhalt; mit v den Rauminhalt der Ableiterelemente selbst und mit G die durch die Einwirkung eines Blitzes aus dem Ableiterelement freiwerdende Gasmenge, so lässt sich der entstehende Über druck p in dem Isoliergehäuse durch die Beziehung
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ausdrücken.
Wird nun der Raum V=v ge genüber demjenigen bisheriger Bauart um ein Vielfaches vergrössert, so gelingt es auf diese Weise zu eireichen, dass die Bruch platte mit Sicherheit anspricht, ohne dass irgend ein Wandungsteil des Gehäuses durch plötzlich auftretenden Überdruck überbean sprucht wird.
Die Vergrösserung des Raumes V-v kann hierbei entweder, wie in Fig. 1 dargestellt ist, dadurch erfolgen, dass man nur den in Fig. 1 mit s bezeichneten seitli chen Spalt, der bei den bisherigen Ausfüh rungen der Ableiter im wesentlichen durch Toleranzen bei der Herstellung bedingt war;
durch die Wahl des Durchmessers entspre chend vergrössert, wobei der Abstand zwischen dem untern Ende der Säule und der Bruch sicherung jedoch nicht vergrössert zu werden braucht, oder aber dass man gemäss der sche matischen Darstellung nach Fig. 2 das Ge häuseinnere mit bis jetzt üblichem, im we- sentlichen durch Toleranzen bei der Herstel lung bedingten Fassungsvermögen mit einem zusätzlichen Ausdehnungsraum von der Grösse Vi verbindet.
Surge arresters. The invention relates to a surge arrester, the arrester elements of which are accommodated in an insulating housing equipped with a break protection device.
As is well known, the normal working area of a surge arrester extends to the control of leakage currents that are induced as a result of indirect lightning strikes in the overhead line and those that arise from a direct lightning strike in the line itself, but at a great distance from the station. These are mostly currents in the size; order of a few hundreds of amperes, such amperages are easily handled by the arrester.
As is known, however, the surge arresters can be destroyed; if the resistance building material of the elements its characteristic properties as a result of strong electrical or thermal overloading loses. This can e.g. B. occur as soon as the operating voltage rises inappropriately high or longer lasting overvoltages in the wake of intermittent earth faults claim the arrester. Under the influence of the high heat generation that occurs here, part of the arrester, i.e. H. the construction materials forming the arrester elements evaporate. Here, the pressure inside the closed conductor housing rises relatively slowly.
Uni to protect the ceramic, usually designed as a Por cellan housing insulating housing of the arrester from such pressure increases, it is known to provide break protection.
When lightning strikes the line in the immediate vicinity of the arrester, brief but very high currents in the order of magnitude of 100,000 A and above will flow through it, so that the evaporation of the metal will cause the arrester to flow through Electrodes and, as a result of the release of gas from the resistance building material, considerable, and indeed suddenly occurring, overdrive fields can arise inside the arrester housing.
Up to now, however, the space in the housing between the arrester elements, in particular the resistance disks, and the insulating housing has been designed with a view to the compactest possible construction and therefore the greatest possible savings in material, as well as with regard to the desired centering of the arrester parts, in particular the resistance disks Chosen small, as it was only possible with regard to the tolerances in the manufacture of the porcelain housing and the arrester elements.
In the case of arresters with a fracture protection device, if there is a sudden high gas overpressure in the immediate vicinity of the source of the gases, i.e. at any point on the arrester column, the gas pressure can rise so steeply that the closest wall part of the insulating housing is overstrained and destroyed before the pressure at the intentionally weakly held fracture attachment point has become sufficiently great to make it respond.
These disadvantages are eliminated by the invention. Here, the invention takes a novel, advantageous way for surge arresters, which initially seems to contradict previous efforts to save as much building material as possible, but which, on closer inspection, leads to contrary findings. The invention is based on the assumption that the force which seeks to burst the housing simply increases proportionally to the housing diameter, while the expansion space increases as the square of the diameter.
The surge arrester according to the invention is characterized by the fact that the difference between the space enclosed by the insulating housing and the volume of the conductor elements itself is a multiple of the difference between the two volumes mentioned, which is obtained when the insulating housing is used through the arrester elements formed column adapts as closely as possible with regard to the manufacturing tolerances of the ceramic housing.
These measures lead to the surprising result that despite the increase in the volume of the housing, it is possible to use practically the same or even less material expenditure than before, because the thickness of the housing can be chosen to be much weaker and it is nevertheless ensured that as a result of the reduction in the steepness of the pressure rise in the space provided between the inner housing wall and the arrester column, shattering always occurs only at the break protection point.
With the subject matter of the invention, an explosive bursting of the arrester casing can be prevented with a suitable dimensioning and the process of increasing pressure is made less sudden, so that the provided facilities (break protection) for the relief of excessive internal overpressure in all cases in good time Activity, do the cracking conditions of the insulating housing to prevent.
Since the lightning strikes occurring in the immediate vicinity of the arrester can be controlled practically with certainty by the invention, the subject matter of the invention enables the surge arrester to open up an area that could not be covered by previous arresters.
Examples of errdrdr, errgsgegeiistandes are illustrated in the drawing. 1 shows the design of the surge arrester, and FIG. 2 shows a xchenratical representation to explain the general solution concept according to the invention.
According to FIG. 1, the active parts of the voltage arrester are closed on all sides by an insulating housing 1 made of ceramic material, in particular porcelain, along with a plate carried by a break protection device 2.
The arrester elements consist of a pre-spark gap 3 formed in particular from spherical electrodes, a quenching spark gap 4 and a resistance column 5, which are located between the line connection 6 and the earth connection screw 7 and are connected electrically in series. The quenching spark gap and the counter stand column contain superposed conductive resistance disks, which are separated from each other by means of insulating spacers.
V denotes the volume enclosed by the insulating housing; with v the volume of the arrester elements themselves and with G the amount of gas released from the arrester element by the action of a lightning bolt, the resulting overpressure p in the insulating housing can be given by the relationship
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express.
If the space V = v is increased many times over that of the previous design, it is possible in this way to ensure that the fracture plate responds with certainty without any part of the wall of the housing being overstrained by suddenly occurring excess pressure.
The enlargement of the space Vv can either, as shown in Fig. 1, be done by only opening the lateral gap marked s in Fig. 1, which in the previous versions of the arrester was essentially due to tolerances in the manufacture was conditional;
accordingly enlarged by the choice of the diameter, whereby the distance between the lower end of the column and the break fuse does not need to be increased, or that according to the schematic representation according to FIG. 2, the interior of the housing with the usual, mainly due to tolerances during manufacture, it connects the capacity with an additional expansion space of size Vi.