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Überspanntmgsableiter Die Erfindung befasst sich mit überspannungs- ableitern. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zersplittern oder eine Explosion des überspannungs- ableiters im Falle eines Versagens zu verhindern.
Überspannungsableiter der Ventiltype bestehen im wesentlichen aus einer Anzahl Funkenstrecken und einer Anzahl spannungsabhängiger Widerstände, die in Reihe geschaltet in einem Gehäuse untergebracht sind. Die Funkenstrecken trennen den Überspannungsableiter normalerweise von der Leitung, an die er angeschlossen ist. Sie werden jedoch bei Überspannungen, wie z. B. atmosphärischen Entladungen, überschlagen und gestatten damit die Ableitung von überspannungswellen durch die Widerstände nach Erde. Die Widerstände haben bei solchen hohen Spannungen einen geringen Widerstand. Nach der Ableitung der Überspannung verringern die Widerstände wegen ihrer Ventilcharakteristik den Folgestrom auf einen geringen Wert, der durch die Funkenstrecken leicht unterbrochen werden kann.
Bei der normalen Wirkungsweise solcher überspannungsableiter entsteht keinerlei Gas. Das Gehäuse kann deshalb völlig dicht verschlossen werden, um Feuchtigkeit auszuschliessen, die sehr schädliche Einwirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der Widerstände und der Funkenstrecken haben kann. Wenn der überspannungsableiter jedoch beim Abschalten des Folgestromes aus irgendwelchen Gründen versagt, verlieren die Widerstände ihre strombegrenzende Wirkung, und der volle Kurzschluss- strom der Leitung, an die der überspannungsableiter angeschlossen ist, fliesst durch den Ableiter nach Erde. Wenn die Siliziumkarbidwiderstände in einem Überspannungsableiter versagen, können sie nicht mehr als Strombegrenzung wirken.
Daher fliesst der ganze Kurzschlussstrom durch den Ableiter nach Erde. Dieser Strom kann bei manchen Leitungen 4.0000 bis 50000 Ampere betragen. Solange dieser Strom durch die Siliziumkarbidwiderstände fliesst, wird ein gewaltiges Gasvolumen durch schnelle Sublimierung des Siliziumkarbides erzeugt. Diese Sublimierung führt zu einem Druck im überspan- nungsableiter. Wie ohne weiteres einzusehen ist, kann, falls der Strompfad von den Widerständen schnell genug weggenommen wird, der Druckaufbau nicht solche Werte annehmen, dass der überspan- nungsableiter explodiert.
Da das Gehäuse bei der normalen Bauweise dicht abgeschlossen ist, können sich sehr schnell sehr hohe Gasdrücke im Gehäuse ausbilden, falls der Ableiter versagt. Dieser hohe Druck kann einen Bruch oder ein Zerplatzen des Porzellangehäuses verursachen, das häufig mit explosiver Gewalt erfolgt, so dass die Gehäuseteile mit grosser Wucht umher geschleudert werden und benachbarte Geräte und Personen gefährden.
Die Erfindung bezieht sich auf einen überspannungsableiter mit mindestens einer Funkenstrecke und mindestens einem Widerstand, die als Ableiterelemente dienen, und mit einer in Reihe dazu liegenden Blasrohrsicherung, deren Schmelzleiter bei einer Überlastung des Ableiters einen Überschlag ausserhalb des Ableitergehäuses einleitet. Sie besteht darin, dass der Schmelzleiter im Inneren des Ableitergehäuses in einem Rohr angeordnet ist, das aus dem Ableitergehäuse herausführt und in eine parallel zur Ableiterachse weisende Mündung ausläuft. Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Dabei zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ableiters gemäss der Erfindung zum Teil im Schnitt,
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Fig. 2 ist ein vergrösserter Längsschnitt, in dem die Mittel zur Kommutierung des Stromes dargestellt sind.
Es ist eine überspannungsäbleitereinheit dargestellt, wie sie in Hochspannungsableitern als Bauelement verwendet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese besondere Ausführungsform des Ableiters beschränkt.
In Fig.l ist eine überspannungsableitereinheit 10 dargestellt, die ein hohles, im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 12 aus Porzellan oder einem anderen geeigneten wetterfesten Isoliermaterial mit ausreichender mechanischer Festigkeit aufweist. In dem Gehäuse 12 sind eine Anzahl spannungsabhängiger Widerstände 14 und Funkenstrecken 16 in Reihe geschaltet und als vertikale Säule angeordnet. Bei der dargestellten Form ist die Säule der Widerstandsblöcke in zwei Teile geteilt. Die Funkenstrecke 16 sitzt dazwischen. Es können jedoch verständlicherweise auch andere geeignete Anordnungen verwendet werden.
Die Widerstandsblöcke 14 können aus geeignetem Widerstandsmaterial hergestellt werden, das eine nichtlineare Charakteristik aufweist, d. h. aus einem Material, das einen sehr hohen Widerstand bei normalen Spannungen aufweist, dann also nur halbleitend ist, das aber diesen Widerstand unter dem Einfluss von Überspannungen stark verringert, so dass die Überspannungen bei geringer Restspannung über den Ableiter abgeleitet werden. Das Material muss so beschaffen sein, dass es dann seinen Widerstand nach dem Ableitvorgang wieder erhöht, wodurch der Folgestrom auf einen kleinen Wert begrenzt ist, der leicht durch die Funkenstrecke 16 im ersten Nulldurchgang gelöscht werden kann.
Die Widerstandsblöcke 14 bestehen vorzugsweise aus körnigem Siliziumkarbid, das mit einem geeigneten Bindemittel, z. B. Natriumsilikat, verarbeitet wird. Die Blöcke werden in die gewünschte Form und Grösse gebracht und dann getrocknet. Eine leitende Kontaktfläche aus Zink und Kupfer wird auf die beiden Stirnflächen jedes Blockes aufgebracht, um den elektrischen Anschluss des Blockes zu verbessern. Auf die Seitenflächen des Blockes werden isolierte Überschläge aufgebracht. Solche Widerstände sind für sich bekannt. Sie können für die Erfindung in jeder geeigneten Weise verwendet werden.
Die Funkenstreckenanordnung 16 ist als verschlossene Mehrfachfunkenstrecke dargestellt, die in einem Porzellanrohr 18 eingeschlossen ist. Die Enden des Rohres 18 sind mit metallischen Endkappen 20 verschlossen. Die Endkappen sind auf das Rohr 18 in geeigneter Weise, z. B. durch Löten, auf eine Metallisierung des Rohres aufgebracht. Die Ausbildung der Funkenstreckenelektroden ist z. B. in der schweizerischen Patentschrift Nr. 352 033 näher erläutert.
Das Gehäuse 12 der Überspannungsableiterein- heit ist oben und unten durch Metallkappen 22 und 24 verschlossen, die relativ dünne und empfindliche Bruchsicherungsplatten 26 bzw. 28 aufweisen. Zwischen den Platten 26 bzw. 28 und den Enden des Gehäuses 12 sind Dichtungen 30 und 32 vorgesehen, die das Gehäuse im wesentlichen hermetisch abschliessen, um Feuchtigkeit auszusperren. Die metallischen Endstücke 20 und 24 sind mit dem Gehäuse 12 durch eine Kittung mit Zement verbunden, wie bei 34 angedeutet ist. Die Endstücke sind im wesentlichen kreisringförmig. Sie enthalten die Bruchsiche- rungsplatten 26 bzw. 28.
Die Platten 26 und 28 sind so bemessen, dass sie beim Auftreten eines Überdruckes zerreissen oder bei einer fortgesetzten Lichtbogeneinwirkung im Inneren des Ableiters durchbrennen. Dadurch werden Öffnungen freigegeben, durch die die im Gehäuse 12 entwickelten Gase entweichen können.
Zwischen dem oberen und unteren Ende der vom Ableiterelement gebildeten Säule und den benachbarten Platten 26 und 28 sind metallische Abstandsstücke 43, 47 vorgesehen. Falls erforderlich, kann im unteren Ende der Säule zusätzlich ein metallisches Abstandsstück 49 vorgesehen sein. Jedes der Abstandsstücke 43 und 47 ist mit axial verlaufenden Füssen 51 versehen, die sich gegen die Membranen anlegen. Durch Federteller 45 und 53, die zwischen den Abstandsstücken 43 und 47 und den Enden der Ableitersäule vorgesehen sind, werden die Ableiterelemente festgehalten. Die Federn sorgen zugleich für einen ausreichenden Druck, der für den guten elektrischen Kontakt zwischen den Elementen des Ableiters erforderlich ist. Ferner halten die Federn die Abstandsstücke in ausreichender Berührung mit den Membranen.
Am inneren Umfang der Endstücke 22 und 24 ist ein Absatz 36 vorgesehen. An diesem Absatz sind eine Anzahl Vorsprünge 38 vorgesehen, an denen durch Schweissen oder in anderer geeigneter Weise Deckelplatten 40, 42 an den Endstücken 22 bzw. 24 befestigt sind. Die Vorsprünge 38 halten die Abdeckplatten 40 und 42 in einigem Abstand von den Endstücken, so dass eine kreisringförmige Öffnung entsteht. Die Deckelplatten dienen dabei nur zu dem Zweck, das Eintreten von Schmutz und Staub zu verhindern, hingegen das radiale Entweichen von Gas für den Fall zu gestatten, dass die Membranen 26 oder 28 zerreissen.
Die öff- nungen, die von dem Raum zwischen den Abdeck- platten 30 und 32 und den Endstücken 22 und 24 gebildet werden, gestatten den Austritt von Gas, das bei Überströmen entsteht, wenn die Platten 26 und 28 zerbrochen werden. Jedes der Endstücke 22 und 24 besitzt einen Vorsprung 44 bzw. 46 an seiner einen Seite. Die Vorsprünge haben axial verlaufende Kanäle 48 bzw. 50, die mit dem inneren Teil der Endstücke direkt in der Nähe der Platten 26 und 28 in Verbindung stehen. Die Ableitereinheit wird manchmal übereinandergestapelt, damit eine grössere Anzahl von Ableitereinheiten zur Verfügung steht. Die Ableiter werden in diesem Fall an ihren Endstücken miteinander verschraubt.
Dies ist in
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der Zeichnung nicht dargestellt. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Abdeckplatten 40 und 42 das gegebenenfalls aus dem Ableiter austretende Gas in die Öffnung 48 oder von dem Ableiter weg richten. Dadurch wird verhindert, dass das aus dem einen Ende austretende Gas gegen das benachbarte Ende der anschliessenden Ableitereinheit schlägt.
Die weiterhin vorgesehene Blasrohrsicherung mit Mitteln zur Kommutierung des Lichtbogens ist am besten aus der Fig.2 zu ersehen. Obgleich die empfindlichen Bruchsicherungsplatten den überspan- nungsableiter gegen Explosionen schützen, die durch zu hohen inneren Druck verursacht werden, ergibt die Anordnung zur Lichtbogenkommutierung einen zusätzlichen Schutz. Für den Fall, dass die Platten nicht ansprechen, wird nämlich der Lichtbogen durch diese Anordnung von den Ableiterelementen weggebracht. Jede dieser Schutzeinrichtungen dient somit als Rücksicherung für die andere.
Die Anordnung zur Lichtbogenkommutierung kann aber auch, obwohl sie zum Zwecke der Erläuterung bei einem Ableiter mit Bruchsicherungsplatten dargestellt wurde, in anderen Ableitern verwendet werden, darunter auch in solchen ohne Platten. Diese Anordnung bildet nämlich selbst eine angemessene Sicherung gegen das Zerspringen der Ableitergehäuse.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, weisen die Platten 26 und 28 einen dünneren, zentral gelegenen Bereich auf, der zerstört wird, wenn im Ableiter zu grosse Gasmengen erzeugt werden. Die äusseren Teile sind etwas dicker. In dem dünneren Bereich jeder der Platten 26 und 28 ist eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 60 (Fig.2) vorgesehen. Da die Anordnungen 58 und 59 zur Kommutierung des Lichtbogens an den Enden des Gehäuses völlig gleich ausgebildet sind, wird nur die obere Anordnung 58 beschrieben. Die Einrichtung 59 am unteren Ende ist ebenso aufgebaut wie die Anordnung 58.
In die mit einem Gewinde versehene Öffnung 60 ist ein Messingzylinder 62 eingeschraubt, der sowohl aussen wie innen mit einem Gewinde versehen ist. Das äussere Gewinde ist in das Gewinde der Öffnung 60 eingeschraubt. In den oberen Teil des inneren Gewindes ist ein mit einem Gewinde versehenes Fiberrohr 64 eingeschraubt. Ein zweites Fiberrohr 66 ist von unten in das Messingrohr 62 eingeschraubt. Das Fiberrohr 64 ist über seine ganze Länge aussen mit einem Gewinde versehen.. Es ist so in das Rohr 62 eingeschraubt, dass noch ein Teil seines Gewindes nach aussen über die Membran 26 hinausragt. Der Messingzylinder 62 besitzt einen inneren Kreisring 68 etwa in der Mitte. Das Fiberrohr 64 wird so weit eingeschraubt, bis es gegen den Kreisring 68 stösst.
Ein innen mit einem Gewinde versehenes Kniestück 70 aus Kunststoff wird aussen über das Fiberrohr 64 geschraubt, so dass es in den vergrösserten Teil 44 des Endstückes 22 zeigt. In das freie Ende des Kniestückes 70 ist ein weiteres Fiberrohr 72 eingeschraubt. Daran schliesst sich ein zweites Kniestück 76 an, das nach unten in die Öffnung 48 des vergrösserten Teiles 44 des Endstückes 22 zeigt. In dieses Kniestück ist ein weiteres Fiberrohr 78 eingeschraubt, das sich nach unten in die Öffnung des vergrösserten Teiles 44 des Endstückes 22 erstreckt.
An dem dem Fiberrohr 64 gegenüberliegenden Ende des Ringes 68 ist eine Membran 80 aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Material angeordnet. Sie wird von dem eingeschraubten Rohr 66 gehalten. In der Mitte der Membran 80 ist in geeigneter Weise, beispielsweise durch Weichlöten oder Hartlöten, ein Leiter 84 befestigt. Der Leiter 84 kann aus geeignetem leitenden Material bestehen. In Fig. 2 ist der Leiter 84 als spulenförmig gewickelter Draht dargestellt. Statt der dargestellten Form könnte aber auch irgendein anderes stromführendes Element in der Form eines Zapfens, einer Stange oder etwas ähnlichem verwendet werden. Die Grösse des Leiters 84 kann für die verschiedenen Ableiter ebenso wie das Material verschieden gewählt werden.
An das untere Ende des Fiberrohres 66 ist ein Verschluss- stück 86 eingeschraubt. Das Verschlussstück 86 kann aus Messing oder einem anderen leitenden Material bestehen. Es hat an seinem freien Ende eine Aus- nehmung 88. Der Leiter 84 ist mit seinem der Membran 80 abgekehrten Ende mit dem Verschluss- stück 86 in geeigneter Weise, z. B. durch Weich- oder Hartlöten, bei 90 verbunden.
Der Leiter 84 ist so bemessen, dass er bei Überströmen verbrennt und im Lichtbogen verdampft. Die Rohre 64 und 66 bestehen vorzugsweise aus Fiber. Sie können aber auch aus einem anderen Material bestehen, das Gas abgibt, wenn es den hohen Temperaturen eines Lichtbogens ausgesetzt ist. In die Ausnehmung 88 des Verschlussstückes 86 ist eine Feder 92 eingesetzt. Das freie Ende der Feder 92 stützt sich gegen die Tellerfeder 45 bei der oberen Anordnung 58 zur Kommutierung des Lichtbogens. Bei der unteren Anordnung 59 drückt die Feder gegen das Abstandsstück 49. Die vergrösserten Teile 44 und 46 der Endstücke 22 und 24 stehen sich gegenüber.
Die Fiberrohre 78 der oberen und unteren Anordnungen 58 bzw. 59 zur Kommutierung des Lichtbogens sind ebenfalls einander gegenüberstehend angeordnet.
Wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, durchfliesst der Strom den Ableiter über die Bruchsicherung 26, in das Messingrohr 62, die Membran 80, den Draht 85 und das Verschlussstück 86. Von dort fliesst der Strom über die Feder 92 in den Ableiter. Am unteren Ende des Ableiters gelangt der Strom über die Feder 92, das Verschlussstück 86, den Leiter 84, die Membran 80, den Zylinder 62 und die Platte 28 nach Erde. Die Anordnungen zur Kommutierung des Lichtbogens sind, wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, mit dem Ableiter oben und unten elektrisch in Reihe geschaltet. Der gesamte Strom durch den Ableiter muss daher diese Anordnungen passieren.
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Fehlerströme in Hochspannungsnetzen sind nicht immer gleich gross.
Sie schwanken von nur wenigen 1000 Ampere bis zu 40 000 und 50 000 Ampere. Es ist ohne weiteres einzusehen, dass für höhere Ströme der Druck und die Temperatur im Ableiter sehr viel schneller steigen. Daher muss die Anordnung zur Kommutierung des Lichtbogens stromabhängig arbeiten. Wenn der Strom durch den Ableiter zu hohe Werte annimmt, weil der Ableiter beschädigt ist, verbrennt der Leiter 84 und ruft einen Lichtbogen hervor. Dabei entstehen aus dem Kupferleiter 84 Kupferdämpfe. Unter der Einwirkung des Lichtbogens werden aus den Wänden des Fiberrohrs 66 Gase abgegeben.
Diese Gase zerstören die Membran 80 entweder durch Verbrennen oder durch Zerreissen. Sie gelangen dann durch die Kunststoff- und Fiberrohre 64, 70, 72, 76 und 78 an die Aussenseite des Ableitergehäuses und leiten einen Lichtbogen zwischen den Endstücken 22 und 24 ein. Kunststoff- und Fiberrohre werden deshalb verwendet, um eine Entionisierung der Gase zu verhindern. Wie aus der Fig. 1 ferner entnommen werden kann, sind die Ausblasöffnungen, die durch den Zwischenraum zwischen den Deckplatten 40 und 42 und den Endstücken 22 und 24 gebildet werden, derart angeordnet, d'ass die ionisierten Gase einen gut ionisierten Strompfad ausserhalb des Ableiters bilden.
Die Deckplatten am oberen und unteren Ende des Ableiters sind leicht erhöht angeordnet. Sie gestatten daher das Abströmen der Gase für den Fall, dass die Bruchsicherungen 26 und 28 öffnen. Versuche bei kleinen Strömen (2000 A) haben gezeigt, dass die Ansprechzeit bei 60 Hz 2/1o Perioden beträgt. Bei höheren Strömen verbrennt der Kupferdraht noch schneller und leitet damit eine noch schnellere Wirkungsweise ein.
Im Betrieb wird ein Ableiter, der beschädigt ist, durch andere Geräte abgeschaltet. Da aber nur ein sehr kleiner Prozentsatz der Fehler in Netzen keine kurzzeitigen Fehler sind, wie z. B. der Ausfall eines Ableiters, sind die Geräte gewöhnlich so eingerichtet, dass sie mindestens noch einmal die fehlerbehaftete Leitung wieder einschalten, in der Hoffnung, dass der Fehler beseitigt ist. Bei einem solchen Wiedereinschalten eines beschädigten Ableiters soll die Anordnung zur Kommutierung des Lichtbogens wieder arbeiten. Dies wird durch die beschriebene Anordnung auch erreicht.
Falls nämlich die Anordnung bei dem ersten Versagen anspricht, so bilden sich Kupfer- und Kohlenrückstände auf den Wänden des Fiberrohres 66, so dass ein leitender Pfad von dem Rohr 62 zum Abschlussstück 86 führt. Es bildet sich wiederum ein Lichtbogen, der Gas aus dem Fiberrohr 66 entwickelt und nochmals zu einem Lichtbogen ausserhalb des Gehäuses führt. Die Zeit, die bei dieser Wirkung im Falle einer Wiedereinschaltung benötigt wird, ist weniger als die Hälfte derer beim ersten Ansprechen. Bei Versuchen mit 2000 A wurde eine Ansprechzeit von weniger als 1/1o Perioden festgestellt.
Trotz dieser Ansprechzeit für die Anordnung zur Kommutierung des Lichtbogens besteht dennoch die Möglichkeit eines über- druckes im Inneren des Ableiters. Aus diesem Grunde sind, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, die Bruch- sicherungen 26 und 28 vorgesehen. Wie die Figur zeigt, ist der dünne Teil der Platten in einiger Entfernung von der Anordnung zur Kommutierung des Lichtbogens angeordnet. Die Gase aus dem Ableiter selbst werden deshalb beim Ansprechen der Bruchsicherungen nach oben und unten gegen die Deckplatten 40 bzw. 42 ausgestossen.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass ein Überspannungsableiter der Ventiltype geschaffen wurde, der gegen Explosionskräfte und das Zerspringen des Gehäuses beim Versagen des Ableiters geschützt ist. Das Zerspringen des Gehäuses beim Versagen ist mit Sicherheit dadurch verhindert, dass ein äusserer Überschlag hervorgerufen wird, so dass der Lichtbogen von den Ableiterelementen, insbesondere den Widerstandsscheiben, weggeführt wird. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde unter Bezug auf einen Einsäulenableiter einer bestimmten Art beschrieben. Es können jedoch auch zwei oder mehr Ableitersäulen in Reihe geschaltet werden. Ferner können auch mehrere Ableitereinheiten zu einer Säule zusammengefasst werden.
Die Erfindung kann mithin für alle üblichen Überspannungsableiter verwendet werden. Die Bruchsicherungen können auch weggelassen werden. Ferner sind verschiedene Abänderungen im Rahmen der Erfindung möglich, z. B. Änderungen in der Art der Rohre oder in der Art der Abbrennelemente.
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Surge arrester The invention is concerned with surge arresters. The object of the invention is to prevent the surge arrester from splitting or exploding in the event of failure.
Overvoltage arresters of the valve type essentially consist of a number of spark gaps and a number of voltage-dependent resistors, which are connected in series and housed in a housing. The spark gaps normally separate the surge arrester from the line to which it is connected. However, they will be used in the event of surges such as B. atmospheric discharges, rollover and thus allow the discharge of overvoltage waves through the resistors to earth. The resistors have a low resistance at such high voltages. After the overvoltage has been diverted, the resistors reduce the follow current to a low value due to their valve characteristics, which can easily be interrupted by the spark gaps.
With the normal operation of such surge arresters, no gas is produced. The housing can therefore be closed completely tightly in order to exclude moisture, which can have very damaging effects on the electrical properties of the resistors and the spark gaps. However, if the surge arrester fails for any reason when the follow current is switched off, the resistors lose their current-limiting effect and the full short-circuit current of the line to which the surge arrester is connected flows through the arrester to earth. If the silicon carbide resistors in a surge arrester fail, they can no longer act as a current limiter.
Therefore, the entire short-circuit current flows through the arrester to earth. This current can be 4,000 to 50,000 amps for some lines. As long as this current flows through the silicon carbide resistors, a huge volume of gas is generated by rapid sublimation of the silicon carbide. This sublimation leads to pressure in the surge arrester. As can be seen without further ado, if the current path is removed from the resistors quickly enough, the pressure build-up cannot assume such values that the surge arrester explodes.
Since the housing is tightly sealed in the normal construction, very high gas pressures can develop in the housing very quickly if the arrester fails. This high pressure can cause the porcelain housing to break or burst, which often occurs with explosive force, so that the housing parts are thrown around with great force and endanger neighboring devices and people.
The invention relates to a surge arrester with at least one spark gap and at least one resistor, which serve as arrester elements, and with a blowpipe fuse in series, the fuse element of which initiates a flashover outside the arrester housing when the arrester is overloaded. It consists in that the fusible conductor is arranged in the interior of the arrester housing in a tube which leads out of the arrester housing and terminates in a mouth pointing parallel to the arrester axis. Objects and advantages of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment in conjunction with the drawings.
1 shows a side view of an arrester according to the invention, partly in section,
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Fig. 2 is an enlarged longitudinal section in which the means for commutating the current are shown.
A surge arrester unit is shown as it is used as a component in high-voltage arresters. However, the invention is not limited to this particular embodiment of the arrester.
In Fig.l, a surge arrester unit 10 is shown, which has a hollow, substantially cylindrical housing 12 made of porcelain or another suitable weatherproof insulating material with sufficient mechanical strength. In the housing 12, a number of voltage-dependent resistors 14 and spark gaps 16 are connected in series and arranged as a vertical column. In the form shown, the column of resistor blocks is divided into two parts. The spark gap 16 sits in between. However, it is understood that other suitable arrangements can be used.
The resistor blocks 14 can be made of any suitable resistor material that has a non-linear characteristic, e.g. H. Made of a material that has a very high resistance at normal voltages, i.e. is only semiconducting, but which greatly reduces this resistance under the influence of overvoltages, so that the overvoltages are diverted via the arrester with low residual voltage. The material must be such that it then increases its resistance again after the discharge process, whereby the follow-up current is limited to a small value that can easily be extinguished by the spark gap 16 in the first zero crossing.
The resistance blocks 14 are preferably made of granular silicon carbide, which is coated with a suitable binder, e.g. B. sodium silicate is processed. The blocks are brought into the desired shape and size and then dried. A conductive contact surface made of zinc and copper is applied to the two faces of each block in order to improve the electrical connection of the block. Insulated flashovers are applied to the side surfaces of the block. Such resistances are known per se. They can be used for the invention in any suitable manner.
The spark gap arrangement 16 is shown as a sealed multiple spark gap which is enclosed in a porcelain tube 18. The ends of the tube 18 are closed with metallic end caps 20. The end caps are attached to the tube 18 in any suitable manner, e.g. B. by soldering, applied to a metallization of the pipe. The formation of the spark gap electrodes is z. B. in Swiss Patent No. 352 033 explained in more detail.
The housing 12 of the surge arrester unit is closed at the top and bottom by metal caps 22 and 24 which have relatively thin and sensitive break protection plates 26 and 28, respectively. Seals 30 and 32 are provided between the plates 26 and 28 and the ends of the housing 12, which seals the housing substantially hermetically in order to shut out moisture. The metallic end pieces 20 and 24 are connected to the housing 12 by cementing with cement, as is indicated at 34. The end pieces are essentially circular. They contain the anti-rupture plates 26 and 28, respectively.
The plates 26 and 28 are dimensioned so that they tear if an overpressure occurs or burn through if the arc continues inside the arrester. This releases openings through which the gases developed in the housing 12 can escape.
Metallic spacers 43, 47 are provided between the upper and lower ends of the column formed by the diverter element and the adjacent plates 26 and 28. If necessary, a metallic spacer 49 can also be provided in the lower end of the column. Each of the spacers 43 and 47 is provided with axially extending feet 51 which rest against the membranes. The diverter elements are held in place by spring plates 45 and 53, which are provided between the spacers 43 and 47 and the ends of the diverter column. The springs also ensure sufficient pressure, which is necessary for good electrical contact between the elements of the arrester. The springs also keep the spacers in sufficient contact with the membranes.
A shoulder 36 is provided on the inner circumference of the end pieces 22 and 24. A number of projections 38 are provided on this shoulder, on which cover plates 40, 42 are attached to the end pieces 22 and 24 by welding or in another suitable manner. The projections 38 hold the cover plates 40 and 42 at some distance from the end pieces, so that an annular opening is formed. The only purpose of the cover plates is to prevent dirt and dust from entering, but to allow gas to escape radially in the event that the membranes 26 or 28 tear.
The openings which are formed by the space between the cover plates 30 and 32 and the end pieces 22 and 24 allow the escape of gas that is created in the event of an overflow when the plates 26 and 28 are broken. Each of the end pieces 22 and 24 has a protrusion 44 and 46, respectively, on one side thereof. The projections have axially extending channels 48 and 50, respectively, which communicate with the inner portion of the end pieces in close proximity to the plates 26 and 28, respectively. The arrester unit is sometimes stacked one on top of the other so that a larger number of arrester units is available. In this case, the arresters are screwed together at their end pieces.
This is in
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not shown in the drawing. It can be seen, however, that the cover plates 40 and 42 direct any gas that may emerge from the trap into the opening 48 or away from the trap. This prevents the gas emerging from one end from striking the adjacent end of the adjoining diverter unit.
The blowpipe fuse with means for commutating the arc, which is also provided, can best be seen in FIG. Although the sensitive break protection plates protect the surge arrester against explosions caused by excessively high internal pressure, the arrangement for arc commutation provides additional protection. In the event that the plates do not respond, the arc is moved away from the diverter elements by this arrangement. Each of these protective devices thus serves as a backup for the other.
The arrangement for arc commutation can, however, also be used in other arresters, including those without plates, although it was shown for the purpose of explanation in an arrester with break protection plates. This arrangement itself forms an adequate safeguard against bursting of the arrester housing.
As can be seen in FIG. 1, the plates 26 and 28 have a thinner, centrally located area which is destroyed if excessively large amounts of gas are generated in the diverter. The outer parts are a bit thicker. A threaded opening 60 (Figure 2) is provided in the thinner area of each of the plates 26 and 28. Since the arrangements 58 and 59 for commutating the arc at the ends of the housing are completely identical, only the upper arrangement 58 will be described. The device 59 at the lower end is constructed in the same way as the arrangement 58.
A brass cylinder 62 is screwed into the opening 60 provided with a thread and is provided with a thread both outside and inside. The outer thread is screwed into the thread of the opening 60. A threaded fiber tube 64 is screwed into the upper part of the internal thread. A second fiber tube 66 is screwed into the brass tube 62 from below. The fiber tube 64 is provided with a thread on the outside over its entire length. It is screwed into the tube 62 in such a way that part of its thread still protrudes outwardly beyond the membrane 26. The brass cylinder 62 has an inner circular ring 68 approximately in the middle. The fiber tube 64 is screwed in until it hits the circular ring 68.
An elbow 70 made of plastic and provided with a thread on the inside is screwed over the fiber tube 64 on the outside so that it points into the enlarged part 44 of the end piece 22. Another fiber tube 72 is screwed into the free end of the elbow 70. This is followed by a second elbow 76 which points downward into the opening 48 of the enlarged part 44 of the end piece 22. Another fiber tube 78 is screwed into this elbow, which extends downward into the opening of the enlarged part 44 of the end piece 22.
At the end of the ring 68 opposite the fiber tube 64, a membrane 80 made of copper or another suitable material is arranged. It is held by the screwed-in tube 66. In the center of the membrane 80, a conductor 84 is fastened in a suitable manner, for example by soft soldering or hard soldering. The conductor 84 can be made of any suitable conductive material. In Fig. 2, the conductor 84 is shown as a coiled wire. Instead of the shape shown, any other current-carrying element in the form of a pin, a rod or something similar could also be used. The size of the conductor 84 can be selected differently for the various arresters as well as the material.
A closure piece 86 is screwed into the lower end of the fiber tube 66. The locking piece 86 can be made of brass or some other conductive material. It has a recess 88 at its free end. With its end facing away from the membrane 80, the conductor 84 is connected to the closure piece 86 in a suitable manner, e.g. B. by soldering or brazing, connected at 90.
The conductor 84 is dimensioned such that it burns in the event of an overcurrent and evaporates in the arc. The tubes 64 and 66 are preferably made of fiber. However, they can also consist of another material that gives off gas when exposed to the high temperatures of an electric arc. A spring 92 is inserted into the recess 88 of the closure piece 86. The free end of the spring 92 is supported against the plate spring 45 in the upper arrangement 58 for commutating the arc. In the case of the lower arrangement 59, the spring presses against the spacer 49. The enlarged parts 44 and 46 of the end pieces 22 and 24 face one another.
The fiber tubes 78 of the upper and lower arrangements 58 and 59 for commutating the arc are also arranged opposite one another.
As can be seen from FIGS. 1 and 2, the current flows through the arrester via the break protection device 26, into the brass tube 62, the membrane 80, the wire 85 and the closure piece 86. From there the current flows via the spring 92 into the Arrester. At the lower end of the arrester, the current passes through the spring 92, the closure piece 86, the conductor 84, the membrane 80, the cylinder 62 and the plate 28 to earth. As can be seen from FIG. 1, the arrangements for commutating the arc are electrically connected in series with the arrester at the top and bottom. All current through the arrester must therefore pass through these arrangements.
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Residual currents in high-voltage networks are not always the same size.
They vary from just a few 1000 amps to 40,000 and 50,000 amps. It is easy to see that for higher currents the pressure and the temperature in the arrester rise much faster. The arrangement for commutating the arc must therefore work in a current-dependent manner. If the current through the arrester becomes too high because the arrester is damaged, the conductor 84 will burn and cause an arc. In doing so, 84 copper vapors are generated from the copper conductor. Under the action of the arc, gases are given off from the walls of the fiber tube 66.
These gases destroy the membrane 80 either by burning it or by rupturing it. They then pass through the plastic and fiber pipes 64, 70, 72, 76 and 78 to the outside of the arrester housing and initiate an arc between the end pieces 22 and 24. Plastic and fiber pipes are therefore used to prevent deionization of the gases. As can also be seen from FIG. 1, the blowout openings, which are formed by the space between the cover plates 40 and 42 and the end pieces 22 and 24, are arranged in such a way that the ionized gases have a well ionized current path outside the arrester form.
The cover plates at the top and bottom of the arrester are slightly elevated. They therefore allow the gases to flow out in the event that the break safety devices 26 and 28 open. Experiments with small currents (2000 A) have shown that the response time at 60 Hz is 2/10 periods. At higher currents, the copper wire burns even faster and thus initiates an even faster mode of action.
During operation, a damaged arrester will be switched off by other devices. But since only a very small percentage of the errors in networks are not short-term errors, such as B. the failure of an arrester, the devices are usually set up in such a way that they switch the faulty line back on at least one more time, in the hope that the fault has been eliminated. When a damaged arrester is switched on again in this way, the arrangement for commutating the arc should work again. This is also achieved by the arrangement described.
If the arrangement responds to the first failure, copper and carbon residues will form on the walls of the fiber tube 66 so that a conductive path leads from the tube 62 to the end piece 86. An arc is again formed, which develops gas from the fiber tube 66 and leads again to an arc outside the housing. The time required for this effect in the event of a reclosing is less than half that of the first response. In tests with 2000 A, a response time of less than 1/10 periods was found.
Despite this response time for the arrangement for commutating the arc, there is still the possibility of overpressure inside the arrester. For this reason, as shown in FIG. 1, the break safety devices 26 and 28 are provided. As the figure shows, the thin part of the plates is arranged at some distance from the arrangement for commutating the arc. The gases from the arrester itself are therefore expelled upwards and downwards against the cover plates 40 and 42 when the break protection device responds.
From the above it follows that a surge arrester of the valve type was created, which is protected against explosive forces and the bursting of the housing if the arrester fails. The shattering of the housing in the event of failure is definitely prevented by causing an external flashover so that the arc is led away from the diverter elements, in particular the resistance disks. The embodiment of the invention has been described with reference to a single column arrester of a particular type. However, two or more arrester columns can also be connected in series. Furthermore, several arrester units can be combined to form a column.
The invention can therefore be used for all conventional surge arresters. The break protection can also be omitted. Various modifications are also possible within the scope of the invention, e.g. B. Changes in the type of pipes or in the type of burning elements.