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Überspannungsableiter für hohe Spannungen, mit Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigen Widerständen Überspannungsableiter mit Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigen Widerständen besitzen eine besonders grosse Bedeutung bei der Festlegung des Schutzpegels für Anlagen besonders hoher Betriebsspannungen, das sind Spannungen über etwa 110 000 V zwischen den Phasen. Die Ableiter normaler Ausführung, wie etwa in Fig. 1 dargestellt, ergeben aber bei sehr hohen Spannungen sehr grosse Bauhöhen, so dass schon die verschiedensten Vorschläge gemacht wurden, die Bauhöhe zu reduzieren.
Zunächst sei der Aufbau eines überspannungs- ableiters nach Fig. 1 erläutert. Mit 1 .ist hier die Löschfunkenstrecke bezeichnet, die aus voneinander distanzierten einzelnen Elektroden besteht. Die Bauhöhe dieser Löschfunkenstrecke ergibt sich dadurch, dass an ihr normalerweise die Netzspannung ansteht, darüber hinaus muss ihre Isolation mit Sicherheit grö- sser sein, als ihrer Ansprechspannung entspricht.
Mit dieser Löschfunkenstrecke ist ein Stapel spannungsabhängiger Widerstände 2, meist aus einzelnen Scheiben bestehend, in Serie geschaltet. Bei hohen Betriebsspannungen ist es teilweise üblich, die Lösch- funkenstrecke 1 durch Steuerwiderstände, hier als Ringstapel 3 dargestellt, abzuschirmen, damit bis zur Wechselansprechspannung eine anliegende Wechselspannung sich möglichst gleichmässig über die Lösch- funkenstrecke verteilt. Der Netzanschluss ist in Fig. 1 mit 4, der Erdanschluss mit 5 bezeichnet. Die Bauhöhe des Widerstandsstapels 2 muss mindestens so gross sein, dass bei der stossmässig an ihr auftretenden Restspannung des Ableiters kein überschlag stattfinden kann.
Die bisher vorgeschlagenen Massnahmen zu einer Reduzierung der Bauhöhe solcher überspannungs- ableiter laufen teilweise darauf hinaus, dass die Scheiben, aus denen der Widerstandsstapel 2 aufgebaut ist, als Ringe ausgebildet werden, in die die Funkenstrecke versenkt eingebaut wird. Damit ergeben sich aber zwischen Funkenstrecke und Begrenzungswiderstand Spannungsdifferenzen, die zu einer aufwendigen Bauart führen.
Aus diesem Grunde wurden bereits auch überspannungsableiter bekannt, bei denen mehrere Ableiterwiderstände gemeinsam in Hohlisolatoren mit Metallkappen zu relativ langen Elementen vereinigt und als Glieder eines mehrsäuligen Isolierstützers verwendet wurden. Bei mehrsäuligen Ableitern stellen dabei diese Glieder Teile des mehrsäuligen Ableiters dar, die in den einzelnen Säulen in der Höhe mit Isolatoren abwechseln. Wie leicht einzusehen ist, erfordert ein derartiger überspannungsableiter auch noch eine grosse Höhe und eine grosse Zahl von Hohlisolatoren.
Aus diesem Grunde wurden ferner über- spannungsableiter bekannt, bei denen die Elemente des Ableiters auf mindestens zwei Säulen verteilt wurden, die innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet wurden. Auch bei dieser Anordnung innerhalb des Gehäuses sind die Ableiterwiderstands- elemente in der Höhe in gestaffelter Verteilung untermischt mit relativ hohen Isoliergliedern, wobei die Säulen untereinander durch mechanisch verbindende Ableiterwiderstandselemente elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Dieser Ableiteraufbau weist ebenfalls eine verhältnismässig grosse tote Höhe und damit einen gro- ssen toten Raum auf, da ein wesentlicher Teil der Höhe nur aus Isolatoren besteht. Dieser Nachteil wird nun durch die Erfindung beseitigt. Diese besteht darin, dass jede Widerstandsscheibe der Säulen einzeln isoliert ist und dass die gegenseitige Zusammenschaltung der auf die einzelnen Widerstandssäulen verteilten Widerstandsscheiben so ist, dass zwischen zwei über-
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einanderliegenden Widerstandsscheiben einer Säule nur eine Spannungsdifferenz auftritt, die der Serieschaltung einer solchen Zahl von Widerstandsscheiben entspricht, als geometrisch parallele Widerstandssäulen vorhanden sind.
Damit ergibt sich innerhalb einer Säule ein Minimum von Isolationsmaterial. Bei geeigneter Bemessung beträgt dieses nur etwa 5 bis 10 % der Säulenhöhe.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Mit 1 ist wieder die Löschfunkenstrecke des Ableiters bezeichnet, mit 3 der Widerstandszylinder für die Steuerung der Lösch- funkenstrecke 1. Der Widerstandsstapel ist in Fig. 2 in drei Teilstapel unterteilt, wovon die Widerstandsscheiben des rechten Stapels mit 6 bezeichnet sind, während mit 7 isolierende Zwischenlagen aus einem möglichst wärmebeständigen Isolierstoff, etwa Glimmer oder einem ähnlichen Stoff, gekennzeichnet sind.
Genau entsprechend sind die beiden anderen Widerstandsstapel aufgebaut, die Schaltverbindungen zwischen dem rechten und dem mittleren Stapel sind mit 8 bezeichnet, die anderen erforderlichen Schaltverbindungen sind in Fig. 2 ohne weiteres zu erkennen, und zwar ist die gegenseitige Zusammenschaltung der auf die drei Widerstandssäulen verteilten Widerstandsscheiben derart, dass zwischen zwei Widerstandsscheiben einer Säule nur eine Spannungsdifferenz auftritt, die der Serieschaltung einer solchen Zahl, hier drei, Widerstandsscheiben entspricht, als geometrisch parallele Säulen vorhanden sind. Die drei Widerstandsstapel werden zweckmässig zwischen zwei metallischen Endplatten 9 und 10 angeordnet.
Weiter empfiehlt es sich, die Widerstandsstapel einschliesslich der isolierenden Zwischenlagen und der Schaltverbindungen gemeinsam mit einem isolierenden Klebelack zu überziehen, mit dem auch noch die Endplatten 9 und 10 an den drei Teilstapeln befestigt werden können, so dass der so hergestellte Widerstandsstapel eine kompakte Einheit bildet.
Da die isolierenden Zwischenlagen 7 sehr dünn gehalten werden können - an ihnen tritt ja nur für die äusserst kurze Zeit eines Ansprechvorgangs des Ableiters überhaupt eine Spannung auf - ergibt sich bei einem Ableiter, der nach Fig. 2 ausgeführt ist, gegenüber einem Ableiter nach Fig. 1 eine Ersparnis an der Höhe des Widerstandsstapels, die nahezu zwei Drittel der ursprünglichen Höhe ausmacht.
Es können die Teilstapel in einem gleichseitigen Vieleck, bei drei Stapeln also in einem gleichseitigen Dreieck nach Fig. 3 angeordnet und zusammen mit der Löschfunkenstrecke und dem allenfalls vorhandenen Steuerwiderstand derselben in einem gemein- sauren Isoliergehäuse, das meist wohl aus keramischem Isoliermaterial bestehen wird und atmungsfest abgedichtet ist, untergebracht werden.
Es hat sich weiter als zweckmässig herausgestellt, Ableiter hoher Nennspannung in Teilableiter kleiner Spannung aufzulösen, da sich solche Teilableiter in grösserer Stückzahl weit wirtschaftlicher herstellen lassen als einzelne Ableiter hoher und höchster Nennspannungen.
Um die Teilwiderstandsstapel möglichst einfach aufbauen zu können, empfiehlt es sich, die Kanten der einzelnen Widerstandsscheiben etwas anzuschrä- gen und die isolierenden Zwischenlagen mit dem gleichen Durchmesser wie die Widerstandsscheiben selbst auszuführen. Die Widerstandssäulen können dann in einer einfachen Zylinderform gestapelt und auch leicht mit dem isolierenden Klebelack überzogen werden.
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Surge arresters for high voltages, with quenching spark gaps and voltage-dependent resistors Surge arresters with quenching spark gaps and voltage-dependent resistors are particularly important when defining the protection level for systems with particularly high operating voltages, i.e. voltages above around 110,000 V between the phases. The arresters of normal design, as shown in FIG. 1, for example, result in very large overall heights at very high voltages, so that a wide variety of proposals have already been made to reduce the overall height.
First, the structure of a surge arrester according to FIG. 1 will be explained. 1. The extinguishing spark gap is designated here, which consists of individual electrodes spaced apart from one another. The height of this extinguishing spark gap results from the fact that the mains voltage is normally applied to it; in addition, its insulation must definitely be greater than its response voltage.
A stack of voltage-dependent resistors 2, mostly consisting of individual disks, is connected in series with this quenching spark gap. At high operating voltages, it is sometimes common to shield the quenching spark gap 1 by control resistors, shown here as a ring stack 3, so that an AC voltage that is present is distributed as evenly as possible over the quenching spark gap up to the alternating response voltage. The mains connection is denoted by 4 in FIG. 1, and the earth connection by 5. The overall height of the resistor stack 2 must be at least large enough that no flashover can occur in the event of the surge arrester's residual voltage.
The measures proposed so far to reduce the overall height of such surge arresters partially result in the disks from which the resistor stack 2 is constructed being designed as rings into which the spark gap is sunk. However, this results in voltage differences between the spark gap and the limiting resistor, which lead to a complex design.
For this reason, surge arresters were also known in which several arrester resistors were combined together in hollow insulators with metal caps to form relatively long elements and used as members of a multi-column insulating support. In the case of multi-column arresters, these members represent parts of the multi-column arrester, which alternate in height with insulators in the individual columns. As is easy to see, such a surge arrester also requires a large height and a large number of hollow insulators.
For this reason, surge arresters were also known in which the elements of the arrester were distributed over at least two columns which were arranged within a common housing. In this arrangement within the housing, too, the arrester resistance elements are mixed vertically in a staggered distribution with relatively high insulating members, the columns being electrically connected in series with one another by mechanically connecting arrester resistance elements.
This arrester structure also has a relatively large dead height and thus a large dead space, since a substantial part of the height consists only of insulators. This disadvantage is now eliminated by the invention. This consists in the fact that each resistance disk of the pillars is individually isolated and that the mutual interconnection of the resistance disks distributed over the individual resistance columns is such that between two over-
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lying resistance disks of a column only a voltage difference occurs, which corresponds to the series connection of such a number of resistance disks as there are geometrically parallel resistance columns.
This results in a minimum of insulation material within a column. If dimensioned appropriately, this is only about 5 to 10% of the column height.
An embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 1 again denotes the extinguishing spark gap of the arrester, 3 denotes the resistance cylinder for controlling the extinguishing spark gap 1. The resistance stack is divided into three partial stacks in FIG. 2, of which the resistance disks of the stack on the right are denoted by 6, while 7 are insulating Interlayers made of an insulating material that is as heat-resistant as possible, such as mica or a similar material, are marked.
The other two resistor stacks are constructed in exactly the same way, the switching connections between the right and the middle stack are denoted by 8, the other required switching connections can be seen in Fig. 2 without further ado, namely the mutual interconnection of the resistor disks distributed over the three resistance columns in such a way that only one voltage difference occurs between two resistance disks of a column, which corresponds to the series connection of such a number, here three, resistance disks, are present as geometrically parallel columns. The three resistor stacks are expediently arranged between two metallic end plates 9 and 10.
It is also advisable to coat the resistor stacks including the insulating intermediate layers and the circuit connections together with an insulating adhesive varnish with which the end plates 9 and 10 can also be attached to the three sub-stacks, so that the resistor stack produced in this way forms a compact unit.
Since the insulating intermediate layers 7 can be kept very thin - a voltage only occurs on them for the extremely short time of a response process of the arrester - this results in an arrester designed according to FIG. 2 compared to an arrester according to FIG. 1 a saving in the height of the resistor stack that is almost two thirds of the original height.
The partial stacks can be arranged in an equilateral polygon, with three stacks in an equilateral triangle according to FIG. 3 and together with the extinguishing spark gap and the control resistor which may be present in the same in a common-acid insulating housing, which will mostly consist of ceramic insulating material and is breathable is sealed, to be housed.
It has also proven to be useful to break up arresters of high nominal voltage into partial arresters of low voltage, since such partial arresters can be manufactured in larger numbers far more economically than individual arresters with high and extremely high nominal voltages.
In order to be able to assemble the partial resistor stacks as simply as possible, it is advisable to slightly bevel the edges of the individual resistor disks and to make the insulating intermediate layers with the same diameter as the resistance disks themselves. The resistance columns can then be stacked in a simple cylindrical shape and also easily covered with the insulating adhesive varnish.