DE1120567B - UEberspannungsableiter - Google Patents

UEberspannungsableiter

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Publication number
DE1120567B
DE1120567B DEW26672A DEW0026672A DE1120567B DE 1120567 B DE1120567 B DE 1120567B DE W26672 A DEW26672 A DE W26672A DE W0026672 A DEW0026672 A DE W0026672A DE 1120567 B DE1120567 B DE 1120567B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
arrester
voltage
capacitors
elements
surge arrester
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEW26672A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert T Innis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of DE1120567B publication Critical patent/DE1120567B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/16Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series

Landscapes

  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

  • Überspannungsableiter Überspannungsableiter für hohe Spannungen werden aus einer geeigneten Zahl von Ableitereinheiten genormter Spannung zusammengesetzt. Jede Einheit besteht aus einer Anzahl Funkenstrecken und Widerstandselementen, die in Reihe geschaltet und zu einer Säule angeordnet sind. Die Säule ist in einem Porzellangehäuse mit Armaturen am Ende eingeschlossen. Die einzelnen Ableitereinheiten sind mit ihren Enden gegeneinandergesetzt, wobei die Armaturen angrenzender Einheiten miteinander verschraubt werden, so daß eine elektrische und mechanische Verbindung entsteht, durch die alle diese Einheiten in Reihe geschaltet sind. Ein solcher Aufbau ergibt eine vertikale Säule mit einer großen Höhe verglichen mit dem Durchmesser.
  • Bei solchen Ableitern ist es schwierig, eine ausreichend gleichmäßige Verteilung der Spannung auf die Ableitereinheiten zu erreichen. Der Ableiter wird zwischen einer Übertragungsleitung oder einem anderen zu schützenden Gerät und Erde angeordnet. Er wird daher durch die Leiter-Erdspannung beansprucht. Wegen der Höhe der üblichen Ableiter verteilt sich jedoch die Spannung nicht gleichmäßig auf die Ableitereinheiten. An den Reihenfunkenstrecken, die bei überspannungsableitern verwendet werden, ergibt sich auch bei Spannungen unterhalb der Ansprechspannungen ein elektrostatisches Feld. Dieses Feld ist nicht gleichförmig, so daß auch die Spannungsverteilung über die Reihenfunkenstrecken ungleichmäßig ist. Einzelne der Funkenstrecken sind einer höheren Spannung ausgesetzt als die anderen. Die höchste Spannung tritt gewöhnlich an den Funkenstrecken auf, die in der Nähe des der Leitung zugekehrten Endes und des geerdeten Endes liegen. Wegen dieser größeren Beanspruchung der Funkenstrecken an den Enden wird dort die überschlagsspannung erreicht, bevor an den restlichen Funkenstrecken die Überschlagspannung auftritt. Der überschlag der Funkenstrecke erfolgt daher kaskadenartig. Infolgedessen ist die gesamte überschlagsspannung eines solchen Ableiters kleiner als erwartet und außerdem unbestimmt.
  • Für eine zufriedenstellende Wirkungsweise ist eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung der Spannung erforderlich. Zur Korrektur der Spannungsverteilung an einem Ableiter stehen verschiedene Mittel zur Verfügung. Eine Möglichkeit besteht darin, die Schlagweiten der einzelnen Funkenstrecken proportional der Spannungsbeanspruchung anzupassen, um die jeweilige überschlagsspannung zu vergrößern. Dieser Weg ist jedoch sehr mühsam und kaum für eine wirtschaftliche Herstellung und eine leichte Auswechselbarkeit am Einbauort geeignet. Es können auch Steuerringe verwendet werden, die das elektrostatische Feld des Ableiters beeinflussen, um die Spannungsverteilung für eine zufriedenstellende Arbeitsweise ausreichend gleichmäßig zu gestalten. Bei IJberspannungsableitern für hohe Spannungen mit einer beträchtlichen Größe ist es jedoch sehr schwierig, auf diese Weise eine genügend gleichmäßige Spannungsverteilung zu erhalten. Häufig ist es dabei notwendig, verhältnismäßig verwickelte Steuerringanordnungen zu verwenden, die einen großen Durchmesser besitzen und in unerwünschter Weise sowohl die Kosten als auch den Bedarf an Raum des Ableiters vergrößern. der wegen des notwendigen Abstandes zu benachbarten Geräten erforderlich ist.
  • Eine weitere Möglichkeit der Spannungsverteilung besteht darin, die Funkenstrecke durch hochohmige Widerstände zu shunten. Durch die Parallelwiderstände fließt ständig ein kleiner Strom, solange der Ableiter mit einem unter Spannung stehenden Netz verbunden ist. Der Spannungsfall an den Widerständen steuert die Verteilung der 60-Hz-Wechselspannung, da die Elektroden dann mit Punkten eines Widerstandspotentiometers verbunden sind, durch das ihr Potential festgelegt ist. Auf diese Weise kann eine gewünschte Spannungsverteilung erreicht werden. Ferner hat man für das Shunten der Funkenstrecken Kondensatoren verwendet, die einen kapazitiven Spannungsteiler bilden. Bei der Verwendung ohmscher Widerstände zur Steuerung ergibt sich jedoch eine beträchtliche Verlustleistung. Dagegen wirkt die kapazitive Spannungssteuerung mit wesentlich geringerer Verlustleistung.
  • Das Problem bei der Verwendung von Kondensatoren besteht darin, daß angemessene Möglichkeiten für die Unterbringung der Kondensatoren im Inneren der überspannungsableiter fehlen. Die bisher bekannten Anordnungen sind sperrig, kompliziert, teuer und erfordern wesentliche Änderungen an den üblichen Überspannungsableitern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Aufbau für einen überspannungsableiter für hohe Spannungen zu schaffen, bei dem eine im wesentlichen gleichförmige Spannungsverteilung durch kapazitive Spannungssteuerung gewährleistet ist.
  • Erfindungsgemäß sind die Kondensatoren in hohlen Zugstangen untergebracht, die den überspannungsableiter zusammenhalten.
  • Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Dabei zeigt Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch einen überspannungsableiter gemäß der Erfindung. Die Elemente des Ableiters sind darin in einer Seitenansicht darnestellt; Fig. 2 ist eine schematische Skizze, in der das elektrische Ersatzschaltbild des überspannungsableiters dargestellt ist.
  • In der in den Figuren zur Erläuterung dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Ableitereinheit in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 10 untergebracht. Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus Porzellan. Es können jedoch auch andere geeignete wetterfeste Isoliermaterialien verwendet werden. Das Gehäuse 10 ist an jedem Ende mit metallischen Armaturen 12 versehen, die mit Zement 14 auf das Gehäuse 10 aufgekittet sind. Die Befestigung am Gehäuse 10 könnte auch in anderer gewünschter Weise erfolgen. Die Enden des Gehäuses sind durch eine Trennwand 16 verschlossen, die mit den Armaturen 12 in geeigneter, nicht dargestellter Weise, z. B. mit Schrauben, verbunden ist. Eine Dichtung 18 ist zwischen jeder Trennwand und dem Gehäuse vorgesehen, um das Innere des Gehäuses abzudichten. Für die Endarmaturen und den Anschluß der Gehäuse können auch andere geeignete Konstruktionen gewählt werden, die eine elektrische und mechanische Verbindung einer solchen Ableitereinheit zu einer Säule gleicher Einheiten in der üblichen Weise gestatten.
  • Im Gehäuse 10 zwischen den Armaturen 12 sind in einer Säule eine Anzahl Ableiterelemente untergebracht. Die in Fig. 1. dargestellte Ableitereinheit besitzt zwei Ableiterelemente 20, 22. Es könnte jedoch auch eine andere geeignete Zahl verwendet werden. Die Ableiterelemente 20, 22 sind identisch, wie Fig. 2 zeigt. Infolgedessen wird nur das Element 20 im einzelnen beschrieben. Es besteht aus einer Funkenstreckeneinheit 24, die in Reihe mit einer Anzahl Widerstandselemente 26 mit nicht linearer Kennlinie angeordnet ist. Die Widerstände sind in einem Isolierrohr 28 zwischen isolierenden Endstücken 30 untergebracht. Die Ableiterelemente 20 und 22 können auch nur Funkenstrecken oder nur Widerstandsblöcke oder beliebige Kombinationen der beiden Elemente enthalten.
  • Die Funkenstrecke 24 besteht aus einer Anzahl Einzelfunkenstrecken 32, die in einem Porzellanrohr 34 zu einer Säule angeordnet sind. Jede der Einzelfunkenstrecken 32 besteht aus zwei flachen Elektrodenplatten 36 und einer geformten Elektrode 38 mit einer kreisringförmigen Ausbuchtung, die mit der Elektrode 36 so zusammenwirkt, daß eine kreisringförmige Funkenstrecke gebildet wird. Die Elektroden 36 und 38 werden durch kreisringförmige Abstandsstücke 40 aus einem Material mit einem hohen Widerstand im gewünschten Abstand voneinander gehalten.
  • Ein kreisringförmiger Permanentmagnet 42 ist in dem Raum untergebracht, der von den Ausbuchtungen zweier benachbarter Elektroden 32 gebildet wird. Der Magnet erzeugt ein Magnetfeld im Bereich der Funkenstrecke, durch das der Lichtbogen in Bewegung gesetzt wird. Dadurch wird die Löschung erleichtert. Je nach der Spannung kann jede notwendige Zahl Einzelfunkenstrecken 32 zusammengesetzt werden. Die Funkenstrecken ergeben die vertikale Säule, die in dem Rohr 34 untergebracht ist. Die Enden des Porzellanrohres 34 sind durch metallische Endkappen 44 verschlossen, die mit den Porzellanrohren in geeigneter Weise verbunden sind. Sie können z. B. mit einem metallischen Überzug auf dem Porzellanrohr 34 verlötet sein.
  • Die Widerstandsscheiben 26 bestehen vorzugsweise aus körnigem Siliziumkarbid, das in der gewünschten Größe und Form mit einem wasserlöslichen Silikat als Bindemittel geformt und anschließend gebacken wird, so daß Widerstandselemente der üblichen Art entstehen.
  • Die Ableiterelemente sind säulenförmig in Isolierrohren 28 untergebracht. Die Isolierrohre 28 sind an den Enden durch isolierende Endkappen 30 verschlossen. Durch hohle aus Isoliermaterial bestehende Zugstangen 46, die sich durch Flansche 48 der Endteile 30 erstrecken, werden die Rohre 28 zusammengehalten. Die Endteile 30 bestehen aus geeignetem Isoliermaterial. Sie sind im wesentlichen kreisförmig mit einem in Fig. 1 dargestellten Flanschtei148 ausgebildet. In den Flanschteilen 48 der Endteile 30 sind Öffnungen 50 für die Aufnahme der Zugstangen 46 vorgesehen. Die Öffnungen 50 besitzen übereinstimmende Querschnitte für die Aufnahme der Zugstangen 46. In den Endkappen 30 sind Kontakt glieder 52 vorgesehen, die für die elektrische Verbindung der säulenförmigen Ableiterelemente mit der Leitung und Erde sowie für die innere Verbindung der in Reihe geschalteten Elemente 20 sorgen. Die Kontaktglieder 52 sind durch Schlitze 54 aus den Endkappen 30 herausgeführt. Leitende Platten 56 und 60 werden von Zugstangen 46 am oberen und unteren Ende des Ableiters getragen. Zwischen den Ableiterelementen 20 und 22 ist eine leitende Platte 58 vorgesehen, die in Schlitzen oder Öffnungen 62 der Zugstangen 46 gehalten wird. Die Kontaktglieder 52 der Ableiterelemente, die sich aus den Schlitzen 54 der Endkappen 30 erstrecken, sind mit den benachbarten leitenden Platten 56, 58 bzw. 60 verbunden.
  • In den hohlen Zugstangen 46 sind Kondensatoren 64 gestapelt. Die Anschlüsse 66 der Kondensatoren 64 verlaufen längs der Zugstange. Die Kondensatoren 64 sind mit ihren Anschlüssen übereinander gestapelt, so daß sie in Reihe geschaltet sind. Die Kondensatoren, die mit ihren Anschlüssen zu der Stelle zwischen dem oberen Ableiterelement 20 und dem unteren Ableiterelement 22 weisen, sind durch eine U-förmige Federklammer 62 aus leitendem Material voneinander getrennt, die die Kondensatoren an diesem Punkt mit der leitenden Scheibe 58 verbindet. Eine U-förmige Tragfeder 68 aus leitendem Material ist an jedem Ende des Kondensatorstapels in dem Hohlraum der Zugstange 46 vorgesehen. Die Enden der Feder öffnen sich seitwärts nach außen. Eine leitende Hülse 70 mit einem inneren und einem äußeren Gewinde ist in jedes Ende der Zugstangen 46 eingeschraubt. Von der Hülse wird ein Bolzen 72 aufgenommen. Eine flache Platte 74 wirkt mit den freien Enden der Tragfeder 68 zusammen. Der Bolzen 72 greift in die Platte 74, so daß die Kondensatoren 64 unter Vorspannung stehen und elektrisch gut miteinander verbunden sind.
  • Die Trennwand 16 besitzt eine Anzahl Erhöhungen 76, die mit einem Gewinde versehen und den Ableiterelementen 20 und 22 zugekehrt sind. Ein Federring 78 mit am Umfang in Abstand voneinander angeordneten Bohrungen wirkt mit den Vorsprüngen 76 zusammen. Der Federring wird durch Schrauben 80 gehalten, die sich durch Öffnungen am Umfang des Federringes 78 in die Gewindebohrungen der Vorsprünge 76 erstrecken. Zwischen den Vorsprüngen sind die Bolzen 72 durch den Federring 78 und die leitenden Platten 56 und 60 am oberen und unteren Ende der Ableiterelemente geführt, so daß die Kondensatoren mit den Platten 56 und 60 verbunden sind. Die Platten 56 und 60 sind mit Abstand vom Federring 78 angeordnet und zugleich elektrisch mit ihm über leitende Hülsen 82 verbunden. Die Federringe sind mit den Trennwänden 16 durch die leitenden Hülsen 82 und Schrauben 80 verbunden. Die Trennwände stehen mit den Endarmaturen 12 in Verbindung. Die Endarmaturen dienen zum Stapeln der Ableitereinheiten mit anderen Einheiten bzw. zum Anschließen der Ableiter an Leitung und Erde.
  • Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß Ableiterelemente, bestehend aus Funkenstrecken und Widerstandsblöcken, zwischen Leitung und Erde in Reihe geschaltet sind. Die obere Endarmatur 12 ist mit der oberen Trennwand 16 verbunden, die ihrerseits mit dem Federring 78 in Verbindung steht. Der Federring ist mit der leitenden Platte 56 durch die leitende Hülse 82 verbunden. Die leitende Platte 56 ist an das obere Ende der Ableitereinheit durch das Kontaktglied 52 angeschlossen. Das dazwischenliegende Kontaktglied 52 verbindet das untere Ende des Ableiterelementes 20 mit dem oberen Ende des Ableiterelementes 22 über einen weiteren Kontakt 52. Das geerdete Ende des Ableiterelementes 22 besitzt einen Erdanschluß über die untere Armatur 12 in gleicher Weise wie der Leitungsanschluß des Ableiters. Ein Teil der Kondensatoren 64 ist mit jedem Ableiterelement über die Tragfelder 68 im Bolzen 72, die Hülse 82 und den Federring 78 sowie die Federklammer 62 und die leitende Platte 58 parallel geschaltet. Wenn der Ableiter zwischen Leiter und Erde in einem unter Spannung stehenden System angeordnet ist, fließt ständig ein kleiner Leckstrom durch die Kondensatoren 64 nach Erde. Wie ersichtlich ist, ist jede Funkenstrecke durch die Kondensatoren geshuntet. Dadurch ergibt sich in an sich bekannter Weise eine hinreichend gleichmäßige Verteilung der Spannung auf die Elemente des Ableiters, so daß richtige und gleichbleibende Werte der Ansprechspannung erreicht werden. Fig.2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des Ableiters, bei dem alle Elemente des Ableiters in Reihe geschaltet sind und zu diesen in Reihe geschalteten Elementen die Kondensatoren parallel liegen.
  • Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß ein Ableiter geschaffen wurde. der durch die Anordnung der Kondensatoren in den hohlen Zugstangen einen gedrängten Aufbau ermöglicht und bei dem der übliche Aufbau der überspannungsableiter nur geringfügig geändert wird.
  • Das dargestellte Ausführungsbeispiel wurde lediglich zum Zweck der Erläuterung gewählt. Daneben sind auch Änderungen im Rahmen der Erfindung möglich. Zum Beispiel könnte man einen Ableiter aus Einheiten zusammenbauen, bei denen in Reihe liegende Säulen nebeneinander im Gehäuse angeordnet sind und Bolzen mit parallel zu schaltenden Kondensatoren einer getrennten Säule zugeordnet sind. In gleicher Weise können andere Abwandlungen der Erfindung vorgenommen werden.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Überspannungsableiter mit einer Zugstange, mit der die Teile im Inneren des Ableitergehäuses zusammengehalten werden, und bei dem eine im wesentlichen gleichförmige Spannungsverteilung durch kapazitive Spannungssteuerung gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten in der als Rohr ausgebildeten Zugstange untergebracht sind.
  2. 2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten an der Innenwand des Rohres geführt sind.
  3. 3. überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der als Rohr ausgebildeten Zugstange mehrere in Reihe geschaltete Kapazitäten übereinandergestapelt sind.
  4. 4. überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten durch Federn gegeneinandergedrückt werden.
  5. 5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ableitergehäuse quer zur Längsachse der Zugstange liegende Platten vorgesehen sind, die mit den Kapazitäten verbunden sind.
DEW26672A 1958-11-28 1959-11-05 UEberspannungsableiter Pending DE1120567B (de)

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US1120567XA 1958-11-28 1958-11-28

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DEW26672A Pending DE1120567B (de) 1958-11-28 1959-11-05 UEberspannungsableiter

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DE (1) DE1120567B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4463404A (en) * 1981-03-26 1984-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Surge voltage arrester with shielding bodies enclosing a column of arrester elements
WO2013167440A1 (de) * 2012-05-11 2013-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Überspannungsableiter mit deckel und wasserablaufrinne

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4463404A (en) * 1981-03-26 1984-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Surge voltage arrester with shielding bodies enclosing a column of arrester elements
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