<Desc/Clms Page number 1>
Überspannungsahleiter Die Erfindung betrifft einen überspannungsab- leiter und hat die Aufgabe, das Zerplatzen oder Explodieren solcher Ableiter bei einem Versagen zu verhindern.
Bekannte überspannungsableiter mit spannungsabhängigen Widerständen bestehen im wesentlichen aus einer Anzahl Funkenstrecken und einer Reihe von Widerstandsscheiben, die in Reihe geschaltet in einem Gehäuse untergebracht sind. Die Funkenstrecken trennen normalerweise den Ableiter von der Leitung, an die er angeschlossen ist. Bei einer überspannung, z. B. durch Gewitter ausgelöste überspannungswellen, wird die Funkenstrecke dagegen überschlagen, so dass die Überspannung über die Widerstandsscheiben nach Erde abgeleitet wird. Die Widerstandsscheiben haben bei der Beanspruchung durch Spannungswellen nur einen geringen Widerstand.
Nach dem Ableiten der Spannungswelle verringern die Widerstandsscheiben infolge ihrer Ventileigenschaften den Strom auf einen kleinen Wert, der durch die in Reihe liegenden Funkenstrecken leicht unterbrochen werden kann.
Bei der normalen Wirkungsweise eines über- spannungsableiters der vorgenannten Art wird kein Gas erzeugt, und das Gehäuse kann deshalb dicht abgeschlossen werden, um Feuchtigkeit auszuschlie- ssen, die einen sehr schädlichen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Widerstandsscheiben und der Funkenstrecken ausübt. Wenn der überspannungsableiter den Folgestrom dagegen aus irgendeinem Grund nicht unterbricht, verlieren die Widerstandsscheiben ihre strombegrenzenden oder Ventileigenschaften, so dass der volle Kurzschluss- strom des Netzes, an das der Ableiter angeschlossen ist, über den Ableiter nach Erde fliesst.
Daraus ergeben sich eine übermässige Erhitzung und ein Verbrennen sowie Überschläge an den. meisten Elemen- ten des Ableiters. Durch diese Vorgänge wird eine grosse Menge Gas entwickelt, das auf hohe Temperaturen erhitzt ist. Da das Gas bei den bisher üblichen Bauformen dicht abgeschlossen ist, ergibt sich sehr schnell ein sehr hoher Gasdruck bei einem Versagen des Ableiters. Dieser hohe Gasdruck kann dazu führen, dass das Porzellangehäuse zerbricht oder zersplittert, häufig mit explosiver Gewalt, so dass Teile des Gehäuses mit grosser Wucht umhergeschleudert werden. Durch diese Teile werden benachbarte Geräte oder Personen, die sich in der Nähe befinden, gefährdet.
Derartige Schäden und Gefahren sind in der Weise vermieden, dass erfindungsgemäss im Ableiterstromkreis eine Löschrohrsicherung vorgesehen ist, die an dem einen Flansch angebracht ist und mit ihrem offenen Ende auf den anderen Flansch weist. Dadurch kann bei einem Versagen des Ableiters ein Überschlag ausserhalb des Gehäuses eingeleitet werden. Der Fehlerstrom fliesst dann ausserhalb des Gehäuses, und die Gasentwicklung im Gehäuse kommt zum Stillstand,. bevor der für. ein Zersprengen des Gehäuses nötige Druck erweicht wurde.
Ausserdem ist auf diese Weise. dafür gesorgt, dass der Strom für den Fall, dass der Folgestrom durch den Ableiter selbst nicht gelöscht wird, anderweitig unterbrochen wird, so dass eine Beschädigung der Innenteile des Ableiters vermieden wird. Die Ablei- terteile sind zweckmässig durch schmelzbare Teile elektrisch verbunden und von Rohren aus gasabgebendem Stoff umgeben, die die heissen Gase längs des Ableiters ausserhalb des Gehäuses führen. Dadurch wird ein überschlagspfad ausserhalb des Gehäuses geschaffen und der Stromfluss im Inneren des Ableiters unterbrochen.
Der überspannungsableiter kann aus mehreren Ableiteinheiten zusammengesetzt sein, deren Einzel-
<Desc/Clms Page number 2>
teile untereinander durch Löschrohrsicherungen verbunden sind, mit deren Hilfe der Strom aus dem Gehäuse auf die Aussenseite übergeleitet werden kann, falls ein Versagen des Ableiters vorliegt. Dadurch wird die Gasentwicklung im Gehäuse beendet. Die Löschrohrsicherung kann entweder bei der Herstellung im Ableiter eingebaut werden oder zusätzlich an bereits gelieferte Ableiter angebaut werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines überspannungs- ableiters.
Fig. 2 ist ein Schaltbild, und Fig. 3 ist in vergrössertem Massstab eine Ansicht des Oberteiles des Ableiters. Dabei wird ein Teil im Schnitt gezeigt. Andere Teile sind herausgebrochen.
Das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein Hochspannungsstationsableiter, der zwei Ableitereinheiten 12 besitzt, die übereinandergestellt sind, so dass eine Säule 10 gebildet wird. Jeder Ableiter 12 ist in einem hohlen, im wesentlichen zylindrischen oder rohrförmigen Gehäuse 14 aus Porzellan oder einem anderen wetterfesten Isoliermaterial untergebracht, das eine hinreichende mechanische Festigkeit aufweist. Die rohrförmigen Gehäuse 14 sind an den Enden durch Metallgehäuse 15 abgeschlossen, die beispielsweise durch Zement bei 16 oder durch andere geeignete Mittel dicht aufgebracht sind.
Jedes der Metallgehäuse 15 ist mit einem um den Rand verlaufenden Flansch 17 versehen, der Bohrungen 19 für die Aufnahme von Bolzen besitzt. Die Öffnungen 19 der Gehäuse 15 sind in bezug auf entsprechende Öffnungen 19 benachbarter Endge- häuse einer Ableitersäule ausgerichtet. In jeder Öffnung 19 ist ein Rohr 20 aus Isolierstoff untergebracht. Zwischen benachbarten Endgehäusen 15 sind im Bereich der Öffnungen 19 Isolierstoffscheiben 18 vorgesehen. Anstelle der dargestellten Isolierstoffscheiben können auch andere geeignete Mittel verwendet werden, um die benachbarten Einheiten 12 voneinander zu isolieren.
Zum Beispiel kann ein am Umfang verlaufender Ring aus Isoliermaterial verwendet werden, der mit den Flanschen 17 übereinstimmt. In einem solchen Ring wären Löcher entsprechend den Bohrungen 19 vorzusehen. Die benachbarten Einheiten 12 sind durch Bolzen 21 die von den Öffnungen 19 aufgenommen werden, und durch Muttern 21A verbunden. Eine Endplatte 22, die als Gussteil ausgeführt ist, ist auf das obere Metallgehäuse 15 der oberen Einheit 12 aufgeschraubt. Die Endplatte 22 ist mit einer konkaven Oberfläche dargestellt. Diese Form ist jedoch nicht zusammengesetzt.
An der Endplatte 22 ist ein Anschlussstück 23 für die Anbringung an einer Leitung vorgesehen. Die Endplatte 22 ist vom Endgehäuse 15 der oberen Einheit 12 durch Isolierstoffrohre 20 und Scheiben 17 getrennt. Die Ausbildung dieser Isolation ist die gleiche wie die bei der Befestigung benachbarter Einheiten 12 aneinander. Die Endplatte 22 ist auf dem Endgehäuse 16 mit Hilfe von Bolzen 21 und Muttern 21a oder in anderer geeigneter Weise angebracht. Die Endplatte 22 kann gegenüber der oberen Einheit 12 auch in anderer Weise, z. B. durch einen am Umfang verlaufenden Isolierstoffring zwischen den Platten, isoliert werden.
Als elektrische Verbindung zwischen der End- platte 22 und dem oberen Endgehäuse 15 sowie zur Verbindung des unteren Endgehäuses 12 mit dem oberen Endgehäuse der unteren Einheit 12 dienen Löschrohrsicherungen 24. Eine solche Löschrohr- sicherung besteht aus einem Schmelzleiter 27 und einem Löschrohr 29 aus geeignetem Material, wie z. B. Hornfiber oder mit Borsäure imprägniertem Asbest, das Gas entwickelt, wenn es den hohen Temperaturen des Lichtbogens ausgesetzt ist, wie sie beim Schmelzen des Schmelzleiters 27 entstehen.
Die Strom- und Zeitcharakteristik des Schmelzleiters 27 sind so gewählt, dass der Schmelzleiter nicht bei kurzzeitigen überströmen anspricht, wie sie sich bei einem normalen Betrieb des Ableiters ohne Versagen ergeben. Das Löschrohr 29 ist an einem Ende geschlossen und am anderen geöffnet, so dass die heissen ionisierten Gase, die entwickelt werden, aus dem offenen Ende des Rohres 27 ausgestossen werden. Mit der Löschrohrsicherung 24 ist ein Anschluss- stück 26 am geschlossenen Ende sowie ein Anschluss 28 am offenen Ende verbunden.
Die obere Löschrohrsicherung 24 ist mit ihrem Anschluss 26 zwischen die Endplatte 22 und eine der Isolierstoffscheiben 18 geführt. Die Zuführung 28 ist am Bolzen 21 in der Nähe des oberen Endgehäu- ses 15 angeschlossen. In ähnlicher Weise ist die untere Löschrohrsicherung 24, wie in Fig. 1 dargestellt ist, mit dem Anschluss 26 zwischen einer Iso- lierstoffscheibe 18 und dem unteren Gehäuse 15 der oberen Einheit 12 befestigt. Der Anschluss 28 ist durch einen Bolzen 21 mit dem oberen Endge- häuse 16 der unteren Ableitereinheit 12 verbunden.
Die Löschrohre sind ausserhalb des Ableitergehäuses mit ihrem offenen Ende nach unten weisend angeordnet. Sie verlaufen mit ihrer Längsachse etwa parallel zur Längsachse der Ableitereinheit, wobei die oberen Enden auf das Endgehäuse 15 gerichtet sind, das von dem Endgehäuse entfernt ist, an dem sie angeschlossen sind.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass ein Ableiter geschaffen wurde, bei dem zwei Ableiterein- heiten zu einer Säule zusammengesetzt sind. Die Anschlussplatte 22 ist einerseits mit einer Leitung, anderseits mit der oberen Ableitereinheit über eine - Löschrohrsicherung 24 verbunden. Die obere Einheit 12 steht mit der unteren Einheit 12 mit Hilfe einer Löschrohrsicherung 24 in Verbindung. Bei einem Schmelzen der Sicherungen 24 kann daher der Strom nicht durch das Innere der Ableiter fliessen, da die Ableiter gegenüber der Leitung und untereinander durch die Isolierstoffscheiben 18 getrennt sind.
Die Löschrohre sind so an dem Ableiter ange-
<Desc/Clms Page number 3>
bracht, dass ihre öffnungen auf die gegenüberliegenden Flansche der Ableiterelemente weisen. Deshalb werden die beim Ansprechen der Sicherung durch den Lichtbogen hervorgerufenen heissen Gase gegen das entfernte Ende des Ableiters geblasen. Auf diese Weise wird ausserhalb des Porzellangehäuses des Ableiters ein Lichtbogen von der Leitung nach Erde gebildet. Die heissen Gase ergeben einen hochionisierten Pfad. Dadurch wird der Strompfad bei einem Versagen nach ausserhalb des Gehäuses verlegt. Bei Normalbetrieb des Ableiters wird der Strom unterbrochen, bevor die Sicherung anspricht. Lediglich beim Versagen des Ableiters wird durch den Kurzschlussstrom die Sicherung zum Schmelzen gebracht.
Durch die Verwendung von Löschrohrsicherun- gen bei Überspannungsableitern ergibt sich noch ein weiterer Vorteil von grosser Bedeutung. Falls Überströme einer vorgegebenen Zeitdauer fliessen, spricht die Sicherung 26 an, obgleich kein Fehler in den Ableiterwiderständen oder Funkenstrecken vorliegt. Die Sicherungen dienen also als Schutz des Ableiters gegen Ausfälle, die auf lang anhaltenden Überstrom zurückzuführen sind. Deshalb werden die Sicherungen nicht nur Explosionen von solchen Ableitern vermeiden, die bereits versagt haben, sondern auch Ausfälle der Ableiter, die einem lang andauernden Überstrom ausgesetzt sind.
Obgleich die Erfindung bei allen überspannungs- ableitern angewendet werden kann, besteht das dargestellte Ausführungsbeispiel aus einer Funkenstrecke 30 und einer Anzahl Widerstandsscheiben 32, die im Gehäuse 14 in Reihe geschaltet sind. Die Widerstandsscheiben 32 sind aus einem geeigneten Widerstandsmaterial mit Ventileigenschaften (nichtlineare Widerstandskennlinie) hergestellt. Dies bedeutet, dass das Material bei normaler Spannung einen sehr hohen Widerstand hat (halbleitend ist). Bei hohen Überspannungswellen wird der Widerstand dagegen stark verringert, so dass überspannungswellen bei geringer Restspannung am Ableiter abgeleitet werden.
Der Widerstand vergrössert sich dann wiederum nach dem Ableitvorgang, so dass der Folgestrom einen kleinen Wert annimmt, der leicht durch die Funkenstreckenanordnung 30 im ersten Stromnulldurchgang unterbrochen werden kann. Die Blöcke 32 bestehen vorzugsweise aus körnigem Siliziumkarbid, das mit einem geeigneten Widerstandsmaterial, wie beispielsweise Natriumsilikat, vermischt und zu der gewünschten Form und Grösse verpresst und gebacken wurde. An den Enden der Widerstandsscheiben ist ein geeigneter leitender Überzug, beispielsweise aus Zink oder Kupfer, aufgebracht, um den elektrischen Kon- tak der Blöcke zu verbessern.
Auf die Seiten der Widerstandsscheiben kann ein Isohersoffüberzug aufgebracht sein. Solche Widerstandsscheiben sind an sich bekannt. Sie können in irgendeiner geeigneten Ausführung verwendet werden. Die Funkenstreckenanordnung ist als geschlossene Mehrfachfunkenstrecke ausgeführt, die in einem Porzellanrohr 34 untergebracht ist. Die Funkenstreckenanordnung 30 besteht aus einer Anzahl Funkenstrek- kenanordnungen 33, die säulenartig in dem Porzellangehäuse 34 angeordnet sind. Die Funkenstreckenglieder sind in geeigneter Weise ausgebildet.
Beispielsweise besteht jede Funkenstrecke 30 aus einer flachen Elektrodenplatte 36 und einer tiefgezogenen Elektrodenplate 38, die mit der Elektrode 36 eine kreisringförmige Funkenstrecke bildet. Die Elektroden 36 und 38 werden durch Abstandsstücke"40 aus einem widerstandsfähigen Material in der gewünschten Lage gehalten. Ein kreisringförmiger Permanentmagnet 42 ist in dem Raum untergebracht, der von den Rippen benachbarter Elektrodenscheiben 38 gebildet wird. Der Permanentmagnet sorgt für ein magnetisches Feld an der Funkenstrecke.
Dadurch wird eine Bewegung des Lichtbogens erzeugt, die seine Löschung erleichtert. Je nach der gewünschten Spannung kann die notwendige Zahl Funkenstreckenanordnungen 33 angeordnet und in dem Isolierrohr 34 als vertikale Säule untergebracht werden. Die Enden des Porzellanrohres 34 sind durch metallische Endkappen 44 verschlossen, die mit dem Porzellanrohr 34 in geeigneter Weise, z. B. durch Auflöten auf eine nicht dargestellte Metallschicht des Porzellanrohres 34, dicht befestigt sind. Die Funkenstreckensäule sitzt auf der unteren Endkappe 44. Die Funkenstrecken werden durch geeignete Mittel, z.
B. eine nicht dargestellte Schraubenfeder, zur Kontaktberührung mit der oberen und unteren Endkappe 44 der Funkenstreckenanordnung 30 gedrückt.
Die Funkenstreckenanordnungen 30 sind zu einer Säule mit den Widerstandsscheiben 32 in Reihe geschaltet und in einem hohlen Porzellanzylinder 35 eingeschlossen. Der Zylinder 35 ist an seinen Enden durch Endkappen 37 verschlossen. Die Säule der Ableiterteile im Zylinder 35 wird durch -geeignete Mittel in Kontaktberührung miteinander und mit den Endkappen 37 gedrückt. Die ganze Anordnung ist in einem äusseren Porzellangehäuse 14 untergebracht und wird gegen das Endgehäuse 15 gedrückt.
Wie ersichtlich ist, können in jeder Einheit 12 auch lediglich Funkenstreckenanordnungen 30 oder lediglich Widerstandsblöcke 32 oder irgendeine beliebige Kombination dieser beiden Teile angeordnet sein. Es können eine oder mehrere Funkenstreckenanordnun- gen 30 in jeder Einheit 12 vorgesehen sein. Jede Anzahl Einheiten 12 kann, elektrisch in Reihe geschaltet und zu einer Ableitersäule zusammengesetzt werden. Ebenso kann eine gewünschte Anzahl Säulen in Reihe geschaltet werden, um einen überspannungs- ableiter zu bilden.
Wie gezeigt wurde, wird durch die Erfindung ein Überspannungsableiter geschaffen, der sicher vor Explosionskräften und dem Zersprengen des Gehäuses bei einem Versagen des Ableiters geschützt ist. Der zusammengesetzte Ableiter ist mit der Leitung
<Desc/Clms Page number 4>
über eine Löschrohrsicherung verbunden. Die Einheiten des zusammengesetzten Ableiters sind gegeneinander isoliert und über aussen angebrachte Lösch- rohrsicherungen elektrisch verbunden. Unter dem Einfluss von überspannungswellen verläuft der Strom durch den Ableiter über eine Sicherung und von einem Ableiterteil zum nächsten ebenfalls über eine Sicherung.
Unter der Beanspruchung der überspan- nungen sprechen die Funkenstrecken an, so dass die Überspannungswelle über die Ableiterwiderstände nach Erde abgeleitet wird. Die Widerstände haben dabei einen geringen Widerstandswert. Nach dem Ableiten verringern die Widerstandsscheiben wegen ihrer Ventileigenschaften den Folgestrom auf einen kleinen Wert, der leicht durch die Reihenfunken- strecken unterbrochen werden kann. Wenn der Ableiter dagegen versagt und den Folgestrom nicht unterbricht, wird durch die Schmelzleiter 24 der Löschrohrsicherungen mit einer geeigneten Stromzeitkennlinie für eine Abschaltung gesorgt.
Die Hitze des Lichtbogens, die sich beim Abschalten der Lösch- rohrsicherungen ergibt, erzeugt aus dem Rohr 27 Gas. Das Rohr 27 richtet den Gasstrom längs des Ableiters. Die heissen Gase ergeben einen ionisierten Pfad, der zu einem Lichtbogen ausserhalb des Gehäuses führt. Dadurch wird der Strom vom Inneren des Gehäuses auf die Aussenseite kommutiert. Der Ableiter kann ohne weiteren Schaden durch eine Explosion den Lichtbogen führen, bis z. B. durch das Ausschalten des Leistungsschalters die Leitung spannungslos gemacht wird.
Ausserdem ergibt sich bei einem lang andauernden Überstrom durch den Ableiter auch ohne Versagen des Ableiters das Ansprechen der Sicherungen. Die Sicherungen sind mit ihren Kennlinien so gewählt, dass sie den Strom unterbrechen können und auf diese Weise den Ableiter abschalten. Dadurch werden Ausfälle vermieden.
Die Erfindung wurde unter Bezug auf eine Ableiteranordnung mit einer einzigen Säule beschrieben, die aus zwei zu einer vertikalen Säule verbundenen Ableitereinheiten besteht. Die Erfindung kann aber auch bei allen Einheiten, die einen Ableiter bilden, verwendet werden.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass ein Ableiter geschaffen wurde, bei dem das Zersprengen im Falle eines Versagens des Ableiters mit Sicherheit dadurch verhindert wird, dass ein Überschlag an der Aussenseite des Gehäuses eingeleitet wird. Durch diesen Überschlag wird der Lichtbogen auf die Aussenseite gebracht und eine weitere Gasentwicklung im Gehäuse selbst unterbunden. Die Erfindung kann mit verschiedenen Änderungen ausgeführt werden, z. B. in der Ausbildung der Löschrohrsicherung selbst sowie des Ableiters.