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Steuerung für die Funkenstrecken eines Überspannungsableiters Die Entwicklungstendenz in der Hochspannungstechnik geht dahin, im Verhältnis zur Betriebsspannung immer niedrigere Isolationsniveaus zu erreichen. Zur Verwirklichung dieses Zieles müssen Ableiter zur Verfügung stehen, welche die Anlagen sowohl gegen atmosphärische als auch gegen Schaltüberspannungen wirksam schützen. Da die Isolationsfestigkeit von Transformatoren und Apparaten bei Schaltüberspannungen etwa 85% derjenigen bei Stoss erreicht, bestimmt schliesslich die Ansprechspannung der Ableiter bei Schaltüberspannungen die Höhe des Isolationsniveaus.
Weil die Ströme bei Schaltüberspannungen nur wenige 100 A betragen, liegen die betreffenden Restspannungen bereits tiefer als die Ansprechspan- nung der Ableiter und fallen daher für die Festlegung des Schutzniveaus nicht in Betracht.
Die Ansprechspannung des Ableiters steht anderseits in enger Beziehung zur Löschfähigkeit der Funkenstrecke. Nach dem Durchgang eines Stoss- und eines Nachstromes ist die Funkenstrecke stark ionisiert. In der nachfolgenden Halbwelle hält die Funkenstrecke deshalb nur einen gewissen Prozentsatz, z. B. 60% ihrer normalen Ansprechspannung aus, ohne dass sie rückzündet. Dieser Wert darf daher von der Löschspannung nicht überschritten werden. Infolgedessen ist man bestrebt, Mittel und Wege zu finden, um die Ansprechspannung weiter zu senken, unter Beibehaltung der Löschsicherheit.
Die gleichmässige Spannungsverteilung über die Funkenstrecken eines Hochspannungsableiters bei 50 Hz wird allgemein durch Ohmsche oder spannungsabhängige Widerstände erzwungen, welche entweder parallel zu jeder Funkenstrecke oder parallel zu Gruppen von Funkenstrecken geschaltet sind. Normalerweise sind diese Steuerwiderstände alle gleichartig. Es ist jedoch auch eine Anordnung bekannt, wo die spannungsabhängigen Widerstände bei gleichem Strom verschiedene Spannungsabfälle aufweisen, aber gleiche Spannungsabhängigkeit besitzen.
Die Spannung an einem spannungsabhängigen Widerstand gehorcht im allgemeinen der Formel U=K.la wo U die Spannung, 1 den Strom, K eine Konstante des Widerstandes und a den Exponenten des Widerstandes bedeutet.
Bei dieser bekannten Anordnung ist nun der Exponent a für alle Widerstände gleich, das heisst, das Verhältnis der an zwei Funkenstrecken mit verschiedenem Widerstand liegenden Spannungen bleibt für alle Ströme erhalten, da einzig die Konstante K von Widerstand zu Widerstand verschieden ist, das heisst, es wird eine konstante, Versteuerung erzielt. Dies führt aber zu einer ungleichmässigen Spannungsverteilung über die Funkenstrecken des Ableiters bei der Nenn- bzw. Löschspannung, so dass einzelne Funkenstrecken viel stärker als andere beansprucht werden.
Gemäss der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass die Funkenstrecken mit parallel geschalteten Steuerwiderständen mit verschiedenem Exponent derart gesteuert sind, dass bei Nennspannung eine gleichmässige Aufteilung der Spannung, bei höherer Spannung jedoch eine ungleichmässige Aufteilung der Spannung über die Funkenstrecken entsteht. Dabei ist der Anteil der Widerstände mit den höheren Exponenten mindestens zweckmässig so hoch gewählt, dass beim Durchzünden der dazugehörigen Funkenstrecken, die am Ableiter liegende Spannung auf alle Fälle genügt, um die übrigen Funkenstrecken zum Zünden zu bringen. Dagegen ist es von Vorteil, für den vorgesehenen Zweck diesen Anteil aber nicht wesentlich höher zu wählen.
Bei zu kleinem Anteil könnte es vorkommen, dass nur diejenigen Funkenstrecken, denen Steuerwiderstände mit grossem Ex-
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ponent zugeordnet sind, durchzünden mit der Folge, dass Radiostörungen sowie Beschädigungen an den Funkenstrecken auftreten würden.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Steuerung schematisch dargestellt, wobei die Fig. 1 eine Steuerung mit einfachen Steuerwiderständen und die Fig. 2 eine mit kombinierten Steuerwiderständen zeigt.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 1 ist der überspannungsableiter, dessen aktiver Teil aus den Funkenstrecke F1 bis F4 und den spannungsabhängigen Widerständen W1, W2 zur Begrenzung des Nachstromes besteht, noch zusätzlich mit den spannungsabhängigen Steuerwiderständen V, bis V4 versehen, wovon je einer parallel zu einem Funkenstreckenstapel geschaltet ist. Diese Steuerwiderstände, die verschiedene Exponenten haben, sind so gewählt, dass jede Funkenstrecke mit ungefähr dem gleichen Anteil ihrer Ansprechspannung beansprucht wird, wenn am Ableiter der Scheitelwert der höchsten Betrieb- bzw. Löschspannung liegt.
Dies ergibt eine maximale Sicherheit gegen Rückzündungen.
Wenn die Spannung an den Funkenstrecken F1 bis F4 gesteigert wird, übernehmen von den Steuerwiderständen V1 bis V4 diejenigen mit den höheren Exponenten einen grösseren Anteil der Spannung als diejenigen mit den kleineren. Infolgedessen erreichen die ersten. Funkenstrecken ihre Ansprechspannung zuerst, während an den letzteren die Spannung nur unwesentlich zunimmt.
Nachdem die Funkenstrecken mit dem hohen Exponenten angesprochen haben, liegt die Spannung, welche vorher am ganzen Ableiter lag, nur noch an den Funkenstrecken mit dem kleineren Exponenten, wobei die Ansprechspannung dieser letzteren so gewählt wird, dass sie gleich oder kleiner ist als jene Spannung und daher diese Funkenstrecken ebenfalls sofort zünden.
Bei der Anordnung nach Fig. 2, wo der Ableiter beispielsweise nur zwei Funkenstreckenstapel F1, F., und die üblichen in Reihe liegenden, spannungsabhängigen Widerstände W1, W2 aufweist, ist eine kombinierte Steuerung vorgesehen. Parallel zu den Funkenstrecken F1 liegt die Serieschaltung eines Ohmschen Widerstandes R, und eines spannungsabhängigen Widerstandes VJ, während parallel zu den Funkenstrek- ken 12 der Ohmsche Widerstand R2 und der spannungsabhängige Widerstand V2 geschaltet ist.
Die Steuerwiderstände bestehen hier aus solchen mit Exponent = 1 (Ohmsche Widerstände R1, R2) und sol- chen mit einem kleineren Exponenten (spannungsabhängige Widerstände V i, V2).
Die Anordnung gemäss Fig. 2 besitzt gegenüber derjenigen der Fig. 1 den Vorteil, dass der Ohmsche Widerstand R2 bei kleinen Strömen mehr Strom führt als der spannungsabhängige Widerstand V2. Dadurch sinkt der Spannungsabfall an den Funkenstrecken F., verglichen mit der einfachen Steuerung nach Fig. 1. Umgekehrt erhöht der zusätzliche Widerstand V1 den Spannungsabfall bei kleinen Strömen an den Funkenstrecken F1. Durch geeignete Wahl der Steuerwiderstände R1 und V2 lässt sich der Spannungsanstieg so steuern, dass die Beanspruchung der Funkenstrecken F2 unterhalb der Löschspannung sehr klein bleibt.
Es ist zu beachten, dass die Steuerung gemäss der Erfindung nicht an die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen der Steuerwiderstände und Widerstandsarten gebunden ist, sondern es können auch andere Anordnungen und Kombinationen von Widerständen zur Anwendung kommen, ohne dass dabei sich etwas am Wissen der Erfindung ändert.