Überspannung sableiter. Die üblichen Überspannungsableiter, bei denen die Löschfunkenstreckenanordnung aus schliesslich aus Plattenfunkenstrecken besteht, sind bekanntlich derart gebaut, dass der span nungsabhängige Widerstand für die Betriebs spannung des zu schützenden Anlageteils be messen ist.
Bei Betriebsspannung lässt der spannungsabhängige Widerstand nach dem Ansprechen des Ableiters nur einen verhält nismässig geringen Strom durch, der nur so gross sein darf, dass er durch die Plattenfun kenstrecke noch einwandfrei unterbrochen @verden kann. Bei Plattenfunkenstrecken der üblichen Bauart liegt dieser Strom etwa bei 100 A.
Erst bei etwa der doppelten bis drei fachen Betriebsspannung des zu schützenden Netzes nimmt der resultierende Widerstand des spannungsabhängigen Widerstandes um Zehnerpotenzen ab, um etwa beim Dreiein halbfachen der Betriebsspannung des zu schützenden 'Netzes sein Nennableitvermögen zu erreichen. Beim Nennableitvermögen müs sen dabei Ströme abgeleitet werden, die der mittleren Stromstärke von Nahblitzeinschlä,, gen entsprechen.
Diese Stromstärke liegt un gefähr bei 50 kA. Es zeigt sich nun, dass es ausserordentlich schwierig ist, einen span nungsabhängigen Widerstand herzustellen, der einerseits ein so hohes Nennableitvermö- .gen und anderseits bei Betriebsspannung nur den zulässigen geringen nachfliessenden Be triebsstrom von der genannten Grösse besitzt. Lässt man hingegen einen nachfliessenden Be triebsstrom zu, der etwa um eine Zehnerpo tenz grösser ist, das heisst also bei 1000 A liegt, so kann man tatsächlich das erforder liche Nennableitvermögen erreichen.
Dement sprechend muss die Löschfunkenstreckenan- ordnung ein erhöhtes Ableitvermögen besit zen, und es ist bekannt, an Stelle der Platten funkenstrecken ein Löschrohr zu verwenden, welches den zur Löschung des Lichtbogens erforderlichen Gasdruck selbst erzeugt.
Der spannungsabhängige Widerstand 'bleibt da bei, wie bei der Anwendung einer Platten funkenstrecke, für die Betriebsspannung be messen, das heisst er erreicht sein Nennableit- vErmögen bei Spannungen, die einerseits ge- nübend über der Betriebsspannung und ander seits aber auch noch genügend unterhalb der Isolationsspannung des zu schützenden Netzes liegen.
Der Ersatz der Plattenfunkenstrecke durch ein Löschrohr hat ,jedoch eine häufig nicht mehr zulässige Erhöhung der Ansprech- spannung des Ableiters zur Folge. Nach dem Hauptpatent kann man diesen Nachteil je doch dadurch vermeiden, dass man an Stelle eines Löschrohres eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Löschrohre verwendet, von denen jedes nur für einen Bruchteil der Betriebs- spannung bemessen ist.
Vorzugsweise werden hierbei noch zusätzliche Mittel vorgesehen, welche die Potentialverteilung zwischen den Löschrohren derart festlegen, dass sie bei Be triebsfrequenz gleiche Spannungsanteile, bei den für einen Spannungsstoss massbebenden hohen Frequenzen, wie sie für Nahblitzschläge charakteristisch sind, jedoch ungleiche Span- nungsanteile erhalten.
Dabei erscheint es zu nächst nahehegend, den spannungsabhängi gen Widerstand - wie dies in den bekann ten überspannungsableitern bisher üblich war - ebenfalls für die Betriebsspannung zxi bemessen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es jedoch bei einem rberspannungsableiter nach dem Patentanspruch und Unteranspruch 1 des hauptpatentes vorzuziehen. den spannungsab- hängigen Widerstand nur für einen solchen Bruchteil der Betriebsspannung des zu schüt zenden Anlabeteils zu bemessen, dass die an ihm erzeugte Spannung bei seinem Nennab- leitvermögen höchstens bleich der Betriebs spannung des zu schützenden Anlageteils ist.
Bei dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung, befindet sich der span- nungsabhängige Tiderstand in einem Isolier- gehäuse \?. welches in Ansicht wiedergegeben ist. In Reihe mit dein spannungsabhängigen Widerstand kann im Gehäuse 2 noch eine be sondere Ansprechfunkenstrecke, und zwar vorzugsweise eine solche mit einem Impuls faktor kleiner als 1 untergebracht werden.
Das Gehäuse 2 ist an seinen Stirnseiten durch die Metallklappen 5 und 21 abgeschlossen, die gleichzeitig als Stromanschlüsse dienen. An der einen Metallkappe 5 sind die in Reihe geschalteten Löschrohre 7 und 9 befestigt, deren Elektroden 6, B. 10 mit Steuerorganen 4, 12, 11 versehen sind.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei die beispielsweise aus Fiber bestehenden Löschrohre 7 , 9 in der Ansicht und die Steuerorgane 4, 12, 11 im Schnitt wiedergegeben. Die Steuerorgane 4, 11, 12 bestehen vorzugsweise aus Isolierstoff und besitzen auf ihrer Oberfläche elektrisch leitende Beläge, die in der Zeichnung gestri chelt angedeutet sind. Die untere Elektrode 10 des Löschrohres 9 ist unmittelbar mit einem durchgehenden metallischen Belag auf dem Steuerorgan 11 verbunden.
Die obere Elektrode 8 des Löschrohres 9, die gleich zeitig die untere Elektrode des Löschrohres 7 bildet bezw. mit dieser verbunden ist, steht ebenfalls in Kontakt mit einem metallischen Belag auf dem Steuerorgan 12, der sich je doch nur bis zu einem Durchmesser erstreckt, der durch die strichpunktierten Geraden 22 begrenzt wird. An diese Metallfläche schliesst sich ein kreisringförmiges Gebiet 22-28 an, -elches aus einer Widerstandsschicht besteht.
Aussen an dieser Widerstandsschicht, das heisst von der strichpunktierten Geraden 28 an bis zum wulstförmigen Ende des Steuer- organes 12 ist das letztere wieder mit einer Metallschicht bedeckt. Das Steuerorgan 4 ist in gleicher \'eise mit einem elektrisch leiten den Belag versehen, jedoch mit dein Unter schied, dass die kreisringförmige Widerstands schicht zwischen 22-23 an ihrem innern Rand unmittelbar mit der Elektrode 6 des Löschrohres 7 verbunden ist.
Die Wider standsschichten sind nun so bemessen, dass bei der Netzfrequenz praktisch die besamten Oberflächen der Steuerorgane 4, 11, 12 als Kondensatorbeläge wirken und zwischen den Steuerorganen 4,12 einerseits und den Steuer organen 11, 12 anderseits die wirksamen Ka pazitäten gleich gross sind. Die Widerstands beläge zwischen 22 und 23 sind mit andern Worten so bemessen, dass bei Netzfrequenz an ihnen praktisch kein Spannungsabfall ent- steht.
Bei den wesentlich höheren Frequen zen, wie sie für einen Spannungsstoss charak teristisch sind, entsteht jedoch an den Wi.der- standsscUichten ein beträchtlicher Spannungs abfall, da dann die Leitwerte der Kapazitäten zwischen den Steuerorganen dominieren. Dem entsprechend sind für die Spannungsvertei lung an den Löschrohren 7, 9 nur noch die innerhalb der Widerstandsschichten 22-23 liegenden Metallbeläge an den Steuerorganen 4, 12 massgebend. Damit kann erreicht wer den, dass den Löschrohren bei Betriebsfre quenz etwa gleiche Spannungsanteile,
bei den für einen Spannungsstoss massgebenden hohen Frequenzen jedoch stark verschiedene Span nungsanteile aufgedrückt werden. Ferner ist eg möglich, mit den Steuerorganen 4, 11, 12 noch eine vorzugsweise ebenfalls frequenz- abhä.ngige Gruppensteuerung des Potentials zwischen den in Reihe geschalteten Lösch- rohren einerseits und einer allfällig vorhande nen Ansprechfunkenstrecke anderseits herbei zuführen.
Der im Gehäuse 2 untergebrachte span nungsabhängige Widerstand ist nur für einen Bruchteil der Betriebsspannung des zu schüt zenden Netzes bemessen, und zwar derart, dass bei den dem Nennableitvermögen ent sprechenden Stromstärken an ihm ein Span nungsabfall entsteht, der höchstens gleich der Betriebsspannung des Netzes ist. Da weitaus der grösste Prozentsatz aller Nahblitzein- schlä.ge eine .Stromstärke von etwa 50000, A besitzen, ist das Nennableitvermögen des spannungsabhängigen Widerstandes vorzugs weise für mindestens diesen Wert auszubil den.
Bei so hohen Werten des Nennableitver- mögens wird bei den bisher bekannten Wi derstandsmaterialien das Nennableitvermö- gen etwa beim 3,5fachen der Spannung des zu schützenden Anlageteils erreicht, wenn der spannungsabhängige Widerstand für die Be triebsspannung des zu schützenden Anlage teils bemessen ist.
Bei einem Netz von 80 kV wird demnach ein spannungsabhängiger Widerstand in den bisher üblichen Ableitern etwa bei 3,5 . 80 kV = 280 kV den Nennstrom von beispielsweise 50 kA durchlassen.
Wird jedoch der spannungsabhängige Widerstand unter Annahme desselben Widerstandsmate rials bei einem Netz von 80 kV entsprechend der vorliegenden Erfindung bemessen, so ist er nur für etwa 23 kV auszulegen, da er dann bei dem 3,5fachen Spannungswert, das heisst bei 80 kV, gerade sein Nennableitver- mögen von 50 kA annimmt. Es ist klar,
dass der zu schützende Anlageteil unter diesen Umständen besser gegen Überspannungen ge schützt wird, wobei insbesondere zu berück sichtigen ist, dass Blitzströme bis zu 250 kA auftreten können. Eine Folge dieser Bemes sung des spannungsabhängigen Widerstandes ist ferner, dass man mit wesentlich weniger Widerstandsscheiben auskommt, als bei der bisher üblichen Bemessung. Im oben angege benen Beispiel müsste man offensichtlich nur den 3,5ten Teil der sonst üblichen Scheiben anzahl anwenden; der spannungsabhängige Widerstand wird daher auch weniger kost spielig.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Löschrohre hinsichtlich ihrer Bemes sung wesentlich weniger kritisch werden, da sie nun bei einem ,Spannungsstoss auch be trächtliche Lichtbogenspannungen haben dür fen, ohne dass die gesamte am Ableiter er zeugte Spannung die Isolationsspannung des zu schützenden Netzes überschreitet.
Da der spannungsabhängige Widerstand, im Gegen satz zur üblichen Bemessung, hier die Grösse des nachfliessenden Betriebsstromes nur noch unwesentlich beeinflusst, sind die Löschrohre für die Löschung des gesamten Kurzschluss- stromes des zu schützenden Netzleiters gegen Erde auszulegen. Hierdurch wird erreicht, dass die in den Löschrohren entwickelte Gas menge fast unabhängig von der .Stärke und Dauer der Blitzströme wird, weil der durch den grossen nachfliessenden Betriebsstrom er zeugte Anteil nun grössenmässig gleich dem durch die Blitzströme erzeugten Anteil ge worden ist.
Die Löschrohre arbeiten folglich bei der neuen Bemessung des spannungsab hängigen Widerstandes nur in einem engeren Bereich hinsichtlich der erzeugten Gasmenge, wodurch es weiterhin möglich wird, die Löschwirkung stets optimal auszunützen. ]]er
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spannungsabhiingige <SEP> jViderstand <SEP> hat <SEP> ante <SEP> r
<tb> diesen <SEP> Umständen <SEP> natürlich <SEP> eine <SEP> andere.
<tb> Funktion. <SEP> als <SEP> sie <SEP> bisher <SEP> üblich <SEP> war.
<SEP> Er <SEP> dient
<tb> nur <SEP> noch <SEP> in <SEP> zweiter <SEP> Linie <SEP> dazu, <SEP> die <SEP> Über auf <SEP> cin(,ir <SEP> unsebüdlicheri
<tb> 'ert <SEP> herabzusetzen <SEP> und <SEP> seine <SEP> Funktion <SEP> der
<tb> Begrenzung, <SEP> des <SEP> nachfliessenden <SEP> Betrie!is Stromes <SEP> wird <SEP> praktisch <SEP> ohne <SEP> Bedeutung. <SEP> Irr,
<tb> Überspannungsableiter <SEP> nach <SEP> der <SEP> vorliegenden
<tb> Erfindung <SEP> hat <SEP> der <SEP> spannungsalilriingigc <SEP> Wi derstand <SEP> fast <SEP> ausschliesslich <SEP> die <SEP> Anfgabo.
<tb> beim <SEP> L <SEP> üsehen <SEP> des <SEP> nachfliessenden <SEP> Betriebs sirorne.
<SEP> insbesondere <SEP> bei <SEP> induktiven <SEP> Nützen.
<tb> < las <SEP> Auftreten <SEP> schädlich <SEP> hoher <SEP> tberspan'nun gen <SEP> zu <SEP> verhindern, <SEP> ii-elehe <SEP> Riiclcziinilungen <SEP> in
<tb> den <SEP> Löschrohren <SEP> herbeiführen <SEP> könnten. <SEP> Dies
<tb> wird <SEP> dadurch <SEP> erreicht, <SEP> dass <SEP> er <SEP> beirr <SEP> Null durebgang <SEP> de. <SEP> nachfliessenden <SEP> Betrielisstro mes <SEP> einen <SEP> so <SEP> hohen <SEP> Monientanwiderstand <SEP> an nimmt, <SEP> iveleher <SEP> den <SEP> durch <SEP> die <SEP> Lösebrohr(, <SEP> ab zuschaltenden <SEP> Stromkreis <SEP> vorwiegend <SEP> ohniisch
<tb> gestaltet. <SEP> Selbstverständlich <SEP> hat <SEP> der <SEP> span nungsalihingige <SEP> Widerstand <SEP> in <SEP> den <SEP> bekann ten <SEP> Ableitern.
<SEP> wo <SEP> er <SEP> also <SEP> für <SEP> die <SEP> Betriebs spannung <SEP> bemessen <SEP> war, <SEP> ebenfalls <SEP> diese
<tb> Funktion <SEP> übernommen. <SEP> Daneben <SEP> muss <SEP> er, <SEP> aber
<tb> zweiten; <SEP> noch <SEP> für <SEP> die <SEP> Verminderung <SEP> des
<tb> nachfliessenden <SEP> Betriebsstromes <SEP> und <SEP> drittens
<tb> für <SEP> die <SEP> Begrenzung <SEP> der <SEP> abzuleitenden <SEP> Vber spannungsii-e@len <SEP> herangezogen <SEP> werden.
<SEP> Dies(,
<tb> lfehrza <SEP> hl <SEP> der <SEP> ihm <SEP> übertragenen <SEP> Aufgali(,n <SEP> ist
<tb> auch <SEP> der <SEP> Grund, <SEP> warum <SEP> besonders <SEP> in <SEP> Hoch spannungsnetzen <SEP> mit <SEP> der- <SEP> bisher <SEP> üblielien <SEP> ,11i leitern <SEP> nielit <SEP> alle <SEP> an <SEP> sie <SEP> zu <SEP> stell(,rid(@ri <SEP> Anfor derungen <SEP> erfüllt <SEP> -werden <SEP> konnten.
<SEP> N@Tir-d <SEP> je doch <SEP> dem <SEP> spannungsabhängigen <SEP> @Viderstancl
<tb> vorwiegend <SEP> nur <SEP> die <SEP> erste <SEP> der <SEP> drei <SEP> genausten
<tb> Ftinktiorien <SEP> übertragen, <SEP> die <SEP> L%ischrtrig <SEP> <B>de,</B>
<tb> dann <SEP> icesentlieh <SEP> grösseren
<tb> Be triebsstromes <SEP> den <SEP> Löschrohren <SEP> aufg(,hürdet.
<tb> -während <SEP> für <SEP> die <SEP> Begrenzung <SEP> der <SEP> Irfilierspan riungsivelleri <SEP> die <SEP> in <SEP> Reibe <SEP> geschalteten <SEP> L <SEP> öseh rohre <SEP> mit <SEP> Pot(,ntialsteuerung <SEP> in <SEP> Z'crhindun#@
<tb> mit <SEP> dein <SEP> sparriiniigal)hängigen <SEP> Widerstand
<tb> vor!Ze#elien <SEP> sind, <SEP> so <SEP> lassen <SEP> sich <SEP> die <SEP> :
in <SEP> diese
<tb> Schaltelemente <SEP> zu <SEP> stellenden <SEP> Anfordcrirngen
<tb> selbst <SEP> in <SEP> Hochspannungsnetzen <SEP> von <SEP> über
<tb> 100 <SEP> kV <SEP> erfüllen. Bei der Bemessung des spannungsabhängi gen Widerstandes ist noch zu berücksichti gen, dass die Löschrohre, insbesondere bei -rösseren Gasdrücken, den nachflie ssenden @eiric>haront schon vor seinem na türlichen Nulldurelrgang .stark abgesenkt, das heisst praktisch gelöscht Nahen können.
Damit Riickzündungen vermieden \-erden, ,russ also der spannungsabhängige ZViderstand genü gend früh, das heisst bei noch verhältnismässig grossen Strömen schon den erforderlich hohen 'N#@'iderstand besitzen, um schon einen gerin gen Zeitabschnitt vor der Löschung de.
Licht hogens den abzuschaltenden Stromkreis ohiniseh zu machen. Die erforderliche Anpas- sung des spannungsabhängigen Widerstandes an die Löscheigenschaften der Löschrohre unter Berücksichtigitug der Grösse des nach fliessenden Betriebsstromes lässt sich jedoch finit den heute bekannten Stoffen und für die üblichen Leistungen der zii schützenden Netze nur bedingt durchführen.
Vor allem ist es wesentlich, dass der Bruchteil der Be triebsspannung, für den der spannungsabhän- gine Widerstand bemessen wird, nicht. zu ge ring ist, da sonst hohe Exponenten des span- rrruigsabhängigen Widerstandes nötig sind. Eine dementsprechende Verminderung seiner Wärmekapazität lässt sich dann nicht vermei- den,
und sein Schluckvermögen nimmt in im- crtvüns(,hter Weise ab. Es zeigt sich, dass der pannun@@sablnin@,@ige Widerstand nur für einen solchen Bru@@lrteil der Betriebsspannung bemessen wurden soll, class die an ihm er zeugte Spannung T'" bei dem abzuleitenden Nennstrom J" mindestens gleich einem Zehn tel der Betri(,hsspannung ist.
Bezeichnet man ferner mit
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den momentanen Gleich- Irornwiderstand bei den Momentanwerten T' -find J fair Spannung und Strom, so lässt sieh die Kennlinie eines spannungsabhängigen l@@idcrstandes näherungsweis(, durch die Formel wiedergeben. Die Konstante hat dabei den Wert !' = TT" <I>.</I> J"(a- ,
worin die Grösse<I>a</I> im Exponenten ein Mass für die Spannungsab hängigkeit darstellt und Werte zwischen o und l haben kann. Bei einer Bemessung des spannungsabhängigen Widerstandes nach der vorliegenden Erfindung werden günstige Verhältnisse geschaffen, wenn die Grösse a zwischen 0,25 und 0,75 gewählt wird.