DE1009709B

DE1009709B - Protection device for high-voltage systems

Info

Publication number: DE1009709B
Application number: DEB28374A
Authority: DE
Inventors: Dr Helmuth Boecker
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1953-11-13
Filing date: 1953-11-13
Publication date: 1957-06-06

Description

DEUTSCHESGERMAN

Es ist bekannt, Überspannungsableiter in Parallelschaltung an die zu schützende Anlage bzw. an das zu schützende Netz zu schalten, wenn mit einem aa die zu schützende Anlage oder an das zu schützende Netz allein angeschlossenen Überspannungsableiter der Schutzpegel oder dessen. Belastung infolge besonderer Verhältnisse der Anlage zu hoch, wird.It is known to connect surge arresters in parallel to the system to be protected or to the network to be protected to be switched if the system to be protected or connected to the network to be protected with an aa Surge arrester connected alone, the protection level or its. Load as a result of special The system's ratios are too high.

Die Erfindung sieht für solche parallel geschalteten Überspannungsableiter, insbesondere solchen, die aus Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigem Widerstand bestehen, vor, daß der primär zündende Überspannungsableiter die Einführung einer Hilfsspannung in die Stromkreise der parallel liegenden Überspannungsableiter steuert, die das unmittelbar nachfolgende Ansprechen; der parallel liegenden Überspannungsableiter bewirkt. Dabei stehen, in einem weiteren vorteilhaften Ausbau der Schutzeinrichtung nach der Erfindung sämtliche parallel liegenden Überspannungsableiterzweige in einer gegenseitigen Wechselwirkung, die die Gleichheit der Überspannungsableiterströme erzwingt. Die Ausführung der Schutzeinrichtung nach der Erfindung gestaltet sich besonders einfach, wenn in einer Fortführung des Erfindungsgedankens die Stromkreise der parallel geschalteten Überspannungsableiter über geeignet bemessene Induktivitäten miteinander gekoppelt sind.The invention provides for such surge arresters connected in parallel, in particular those Quenching spark gap and voltage-dependent resistance exist, before that the primary igniting surge arrester introduces an auxiliary voltage in the circuits of the parallel surge arresters that controls the immediately following Speak to; caused by the parallel surge arrester. Thereby stand in another advantageous expansion of the protective device according to the invention all parallel surge arrester branches in a mutual interaction that ensures the equality of surge arrester currents enforces. The execution of the protective device according to the invention is particularly designed simple if in a continuation of the inventive concept the circuits of the parallel connected Surge arresters are coupled to one another via suitably dimensioned inductances.

Es liegen der Erfindung folgende Überlegungen zugrunde: Das Ansprechen eines Ableiters ist an. ein Wahrscheinlichkeitsgesetz gebunden, das nach Fig. 1 durch eine S-förmige Kurve, z. B. Kurve 1, dargestellt wird. Dabei gibt die Kurve die Ansprechhäufigkeit in Abhängigkeit von der den Überspannungsableiter beanspruchenden Überspannung wieder. Ein, zweiter Ableiter, der mit diesem parallel geschaltet ist, hat infolge der Natur des Ansp rech Vorganges eine Ansprechwahrscheinlichkeit, die von derjenigen des ersten Ableiters abweicht. Ihre Lage im Diagramm der Fig. 1 sei durch die Kurve 2 dargestellt. Kurve 2 ist entweder gegen Kurve 1 parallel verschoben oder gar stärker oder schwächer geneigt. In der Beziehung der beiden Kurven, zueinander gibt es somit Bereiche, in denen beide Ableiter nicht mit der gleichen Wahrscheinlichkeit ansprechen und vornehmlich ein. Gebiet, in dem der Ableiter 1 bereits mit 100°/» Wahrscheinlichkeit anspricht, der Ableiter 2 jedoch mit einer sehr viel geringeren Wahrscheinlichkeit, oder umgekehrt, je nach gegenseitiger Lage der Kurven zueinander. Die Wahrscheinlichkeit, daß nur ein Ableiter in der Parallelschaltung anspricht, ergibt sich theoretisch aus dem Produkt der Wahrscheinlichkeiten (1—^₁) für das Nichtansprechen des Ableiters 1, S₂ für das Ansprechen des Ableiters 2The invention is based on the following considerations: The response of an arrester is on. bound a probability law, which is shown in Fig. 1 by an S-shaped curve, z. B. curve 1 is shown. The curve shows the response frequency as a function of the overvoltage stressing the surge arrester. A second arrester that is connected in parallel with this has a response probability that differs from that of the first arrester due to the nature of the response process. Their position in the diagram of FIG. 1 is represented by curve 2. Curve 2 is either shifted parallel to curve 1 or is even more or less inclined. In the relationship between the two curves, there are areas in which both arresters do not respond with the same probability and primarily one. Area in which the arrester 1 already responds with 100 ° / »probability, but the arrester 2 with a much lower probability, or vice versa, depending on the mutual position of the curves. Theoretically, the probability that only one arrester responds in the parallel circuit results from the product of the probabilities (1- ^ ₁ ) for the arrester 1 not responding, S ₂ for the arrester 2 responding

σ = (1-S₁) ■ S₂ σ = (1-S ₁ ) ■ S ₂

Schutzeinrichtung für Hochspannungsanlagen Protective device for high-voltage systems

Anmelder:Applicant:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft,
Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22Brown, Boveri & Cie. Corporation,
Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22nd

Dr. Helmuth Böcker, Mannheim,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Helmuth Böcker, Mannheim,
has been named as the inventor

as Diese Beziehung ist in Kurve 1 (Fig. 2) dargestellt. In Wirklichkeit ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Ableiter nicht anspricht, größer als Kurve 1 angibt, wie aus Messungen dieses auch mit Versagerwahrscheinlichkeit bezeichneten Verhaltens der Ableiter hervorgeht (s. Kurve 2).This relationship is shown in curve 1 (Fig. 2). In reality, the probability that an arrester does not respond is greater than curve 1 indicates, as from measurements of this behavior of the arrester, which is also referred to as the failure probability emerges (see curve 2).

Die Betrachtungen zu Fig. 1 und 2 setzen eine Überspannungswelle bestimmter Form, z. B. 1 μβ Stirn dauer und 50 μ» Halbwertdauer voraus, in diesem Falle also eine Welle mit verhältnismäßig langem Rücken, Die Versagerwahrscheiinlichkeit wird noch größer, wenn man, Wellen sehr steilen Anstiegs, d. h. kürzerer Stirndauer und geringerer Halbwertdauer des Wellenrückens zugrunde legt.The considerations relating to FIGS. 1 and 2 assume an overvoltage wave of a certain shape, e.g. B. 1 μβ Forehead duration and 50 μ »half-life duration ahead, in this one So if a wave with a relatively long back falls, the probability of failure is still bigger if you have waves of very steep ascent, i. H. shorter forehead duration and shorter half-life of the wave back is based.

Der zeitliche Spannungsverlauf an. einem Ableiter, der anspricht, ist in den Kurven 1 ... 3 in Fig. 3 dargestellt. Kurve 1 gilt für kleine Ableitströme, Kurve 2 und 3 für größere. Dieser Verlauf zeigt zu Beginn des Ableitvorganges vielfach eine sogenannte Ansprechspitze α und ein später erreichtes Maximum b, das die Restspannung des Ableiters für den jeweiligen Ableitstrom kennzeichnet. Dabei ist unter Restspannung die nach dem Ansprechen, des Überspannungsabieiters an diesem liegende Spannung zu verstehen. Die Größe des Ableitstromes hängt bei festen, Kennwerten des Ableiters und der am Überspannungsvorgang beteiligten Leitung von der Höhe der Überspannung ab. In den Nachstrom geht auch ein von der Aufladung der Kapazitäten herrührender sowie ein betriebsfrequenter Anteil ein. Man erkennt, daß die größte Spitze imThe voltage curve over time. an arrester that responds is shown in curves 1 ... 3 in FIG. 3. Curve 1 applies to small leakage currents, curves 2 and 3 to larger ones. At the beginning of the discharge process, this curve often shows what is known as a response peak α and a later reached maximum b, which characterizes the residual voltage of the arrester for the respective discharge current. The residual voltage is to be understood as the voltage applied to the surge arrester after the surge arrester has responded. With fixed characteristic values of the arrester and the line involved in the overvoltage process, the size of the leakage current depends on the level of the overvoltage. The wake also includes a share resulting from the charging of the capacities and a share that is frequented by operation. You can see that the largest peak in the

709 547,329709 547,329

Spannungsveiiauf bei kleinen Strömen nur einmal, und zwar mit sehr kurzer Dauer kurz nach dem Ansprechen erreicht wird, daß ferner bei größeren Strömen ein zweiter Höchstwert erscheint, dessen Dauer jedoch auch nicht sehr groß ist. Durch diese Erscheinungen tritt eine weitere Erschwerung für das unmittelbar aufeinanderfolgende Ansprechen parallel geschalteter Ableiter auf.Voltage level only once for small currents, and that with a very short duration shortly after the response is achieved that furthermore with larger ones A second peak appears when flowing, but its duration is also not very long. Through this Phenomena, a further impediment to the immediate successive response occurs in parallel switched arrester on.

Die Beziehung zwischen der Restspannung und dem iVbleitstrom eines Ableiters ist für jeden Ableiter ebensowenig gleich wie die Ansprechwahrscheinlichkeiten. Wenn zwei Ableiter parallel geschaltet sind, so übernimmt derjenige, den. größten Strom, der die geringere Restspannung hat. Solange das aktive Ableitermaterial, also· die spannungsabhängigen Widerstände, schwach belastet ist, ist die Stromverteilung auf beide Ableiter gemäß ihren Kennlinien, wenn auch nicht gleich, so· doch stabil. Tritt jedoch-vor allen Dingen im Reststromgebiet eine thermische Belastung der Ableiter auf, so* bewirkt der negative Temperaturkoeffizient des Widerstandsmaterials, daß der Ableiter, der am stärksten belastet ist, sich weiter belastet. Hierdurch wird aber die Stabilität der Stromverteilung gefährdet, und ein Ableiter läuft Gefahr dabei, zerstört zu werden.The relationship between the residual voltage and the leakage current of an arrester is for each arrester just as little as the response probabilities. If two arresters are connected in parallel, so the one who takes over. largest current that has the lower residual voltage. As long as the active The arrester material, i.e. the voltage-dependent resistors, is lightly loaded, is the current distribution on both arresters according to their characteristics, if not the same, at least stable. Kick however, above all in the residual current area, a thermal load on the arrester is caused by the negative temperature coefficient of the resistance material that the arrester that loads the most is further burdened. However, this jeopardizes the stability of the power distribution, and a Arrester runs the risk of being destroyed.

Die Parallelschaltung der Ableiter verfolgt den folgenden Zweck:The parallel connection of the arresters has the following purpose:

1. Wird bei größeren Ableitströmen die Restspanuung bei einem Ableiter so- hoch, daß der Schutz der Betriebsmittel, z. B. Transformatoren,, nicht, mehr gewährleistet ist, so soll durch den zweiten parallel geschalteten Ableiter der Ableitstrom auf beide Ableiter verteilt und die Restspannung entsprechend gesenkt werden.1. With larger leakage currents, if the residual voltage in an arrester is so high that the protection of the Resources, e.g. B. Transformers ,, no longer guaranteed, then through the second parallel connected arrester, the leakage current is distributed to both arresters and the residual voltage accordingly be lowered.

2. Wird, bei Anlagen mit großer Kapazität der Reststrom infolge der zu leitenden Ladung, die die Überspannungswelle vornehmlich bei nahen Blitzschlägen auf Leitungen und Kabeln erzeugt, so· groß, daß der Ableiter thermisch zu hoch belastet wird, so soll ein zweiter parallel geschalteter Ableiter sich an der Führung des Reststromes beteiligen, um die thermische Belastung des ersten wie überhaupt des einzelnen Ableiters auf das zulässige Maß zu beschränken.2. Is the residual current in systems with large capacity as a result of the charge to be conducted, which is the surge voltage wave primarily in the event of lightning strikes in the vicinity generated on lines and cables, so large that the arrester is thermally stressed too high, so a second arrester connected in parallel take part in guiding the residual current in order to reduce the thermal To limit the load of the first as well as the individual arrester to the permissible level.

Diesen Überlegungen ist zu entnehmen, wie wichtig es ist, daß zwei parallel geschaltete Ableiter unmittelbar hintereinander ansprechen und sich an der Führung des Ableitstromes sowie des Reststromes gleich stark beteiligen. Die vorliegende Erfindung gibt Mittel an, um dieses zu erreichen.These considerations show how important it is that two arresters connected in parallel are directly respond one after the other and take care of the conduct of the leakage current as well as the residual current participate equally. The present invention provides means for accomplishing this.

In. der Fig. 4 der Zeichnung ist ein besonders einfaehes und vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Schutzeinrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Da es sich nur um ein Ausf ührungsbeispiel handelt, ist die Erfindung nicht auf dieses beschränkt.In. 4 of the drawing is a particularly simple one and an advantageous embodiment of the protective device according to the invention schematically shown. Since this is only an exemplary embodiment, the invention is not limited to this.

1 und 2 sind die beiden parallel liegenden Ableiter von oben erwähntem Typ, die zwischen die Leitung A und Erde B geschaltet sind. 3 ist eine Gegeninduktivität, die aus zwei miteinander gekoppelten Spulen 3" und 3^& besteht. Die Spule 3^a ist mit dein Ableiter 1, die Spule 3^b mit dem Ableiter 2 in Reihe geschaltet.1 and 2 are the two parallel arresters of the type mentioned above, which are connected between line A and earth B. 3 is a mutual inductance, which consists of two coupled coils 3 "and ^3. The coil ^3a is connected with your arrester 1, the coil 3 ^b with the arrester 2 in series.

Wenn z. B. der Ableiter 1 zuerst anspricht und Strom führt, so wird von der Spule 3" in der Spule 3^& eine Spannung induziert, die den zweiten Ableiter zusätzlich beansprucht. Diese Spannung bewirkt infolge des gewählten, entgegengesetzten Wirkungssinns der beiden Spulen 3^a und 3^b, daß am Ableiter 2 die Summe der zwischen Leiter und Erde liegenden Spannung und der in der Spule 3⁶ induzierten Spannung liegt. Hierdurch erfolgt ein sicheres Ansprechen des zweiten Ableiters.If z. B. the arrester 1 first addresses and conducts current, so this voltage is induced by the coil 3 "in the coil ³ a voltage which takes the second arresters addition. Causes as a result of the selected opposite effect sense of the two coils 3 ^a and 3 ^b that the arrester 2 is the sum of the voltage applied between the conductor and earth and the induced voltage in the coil 3 ^6. This results in a reliable response of the second trap.

Führen beide Ableiter Strom, so erzwingt die gegenseitige Kopplung der Ströme in der Gegeninduktivität, daß bei geringen Abweichungen infolge Fehlens des Amperewindungsgleichgewichts Spannungen erzeugt werden, die das Strom- und Amperewindungsgleichgewicht wieder herstellen.. Dieser Vorgang stabilisiert den Stromfluß durch die beiden parallelen Ableiter.If both arresters carry current, the mutual coupling of the currents in the mutual inductance forces that in the case of small deviations due to the lack of the ampere-turn equilibrium, voltages that restore the balance of current and ampere turns. This process stabilizes the current flow through the two parallel arresters.

Die erwähnte Gegeninduktivität 3 hat dieselbe Wirkung, wenn sie nicht, wie in Fig. 4 dargestellt, zwischen die Ableiter und Erde geschaltet ist, sondern zwischen den spannungsführenden Leiter und die Ableiter.The mentioned mutual inductance 3 has the same effect if it is not, as shown in Fig. 4, is connected between the arrester and earth, but between the live conductor and the Arrester.

Die koppelnde Gegeninduktivität wirkt ähnlich wie die Saugspule bei Stromrichtern, die Stromverteilungsdrossel bei parallel geschalteten Kontakten von Schaltern oder der Kopplungstransformator bei Gasentladungsstrecken, deren jede mit getrennten Leitern eines Fernmeldesystems verbunden ist. Die Gegeninduktivität braucht an sich keinen Eisenkern, sie kann jedoch, wenn eine bessere Fluß verteilung notwendig erscheint, auch mit einem Kern ausgeführt werden, der wegen, der nur geringzeitig fließenden Ströme aus einem für Hochfrequenz geeigneten Material gebaut sein muß.The coupling mutual inductance has a similar effect to the suction coil in converters, the power distribution choke with contacts of switches connected in parallel or the coupling transformer for gas discharge paths, each of which is connected to separate conductors of a telecommunications system. The mutual inductance does not need an iron core per se, but it can if a better flow distribution is necessary appears to be executed with a core, because of that only slightly flowing Currents must be constructed from a material suitable for high frequency.

Die gleiche Wirkung wie durch die koppelnde Gegeninduktivität kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, daß man im Zuge der zu schützenden Netzleitung einen Übertrager anordnet, der, vom Wanderwellenstrom erregt, über entsprechende Sekundärwicklungen zusätzliche, die Zündung bewirkende HilfsSpannungen in die Ableiterstromkreise überträgt. Ein solcher Übertrager erzielt bei gezündeten: Überspannungsableitern ebenfalls Stromgleichheit, da die Amperewindungen der beiden sekundären. Übertragerspulen sich aufzuheben trachten.. Unmittelbar hintereinander erfolgendes Ansprechen, parallel geschalteter Überspannungsableiter kann auch durch kapazitive Kopplungsglieder erreicht werden.The same effect as through the coupling mutual inductance can also be achieved, for example be achieved that one arranges a transformer in the course of the power line to be protected, the, from Traveling wave current excited, via corresponding secondary windings additional, causing the ignition Transfers auxiliary voltages into the arrester circuits. Such a transformer achieves with ignited: Surge arresters also current equality, since the ampere turns of the two secondary ones. Transmission coils Trying to cancel each other .. Responding immediately one after the other, connected in parallel Surge arresters can also be achieved using capacitive coupling elements.

Die vorliegende Anordnung ist nicht an die Parallelschaltung von nur zwei Ableitern, gebunden, sondern sie kann nach demselben Prinzip auch für mehrere parallel geschaltete Ableiter Verwendung finden, wenn dies technisch von Bedeutung ist.The present arrangement is not tied to the parallel connection of only two arresters, but it can also be used for several arresters connected in parallel according to the same principle if this is technically important.

Claims

Patent claims:

1. Protection device for high-voltage systems that have surge arresters connected in parallel to one another, in particular those, which consist of a quenching spark gap and a voltage-dependent resistor, works, characterized in that that the surge arrester to ignite first introduces an auxiliary voltage into the The circuits of the surge arresters lying in parallel controls the immediately following Triggers response of the surge arresters lying in parallel.

2. Protection device according to claim 1, characterized in that all lying parallel Surge arrester branches are in a mutual interaction, which equals which forces surge arrester currents.

3. Protective device according to. Claim 1 or 2, characterized in that the circuits of the surge arresters connected in parallel with one another via suitably dimensioned inductances are coupled.

4. Protection device according to claim 3, characterized in that the parallel connected over-

Voltage arrester branches contain coils that are opposite to the neighboring branches Have winding sense and, connected in series with the respective surge arrester, with each other are coupled.

5. Protection device according to claim 4, characterized in that the coupled together Coils are connected to the earth connection of the surge arrester.

6. Protection device according to one of claims 3 to 5, characterized in that with each other coupled inductors have a common, preferably one suitable for high frequency Possess material built-up core.

1 sheet of drawings