DE1184409B - Funkenstreckenanordnung fuer UEberspannungsableiter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21c-72

Nummer: 1 184" 409

Aktenzeichen: A 33048 VIII b/21 c

Anmeldetag: 14. Oktober 1959

Auslegetag: 31.Dezemberl964

Im Zusammenhang mit Überspannungsableitern mit Vielfachfunkenstrecke und spannungsabhängigen Widerständen werden in neuerer Zeit entsprechend den verschiedenen Ländervorschriften immer tiefere Ansprechspannungen und tiefere Restspannungen verlangt. Mit Hilfe der tiefen Ansprechspannungen sollen die Schaltüberspannungen vom Überspannungsableiter ebenfalls erfaßt werden können. Durch das verkleinerte Verhältnis von Ansprechspannung zur wiederkehrenden Netzspannung erhöhen sich aber die Anforderungen an die Rückzündfestigkeit der Funkenstrecken. Durch die tiefe Restspannung wird das Schutzniveau herabgesetzt und damit die Isolation der Apparate verbilligt. Die tiefe Restspannung kann einerseits durch Verbesserung des spannungsabhängigen Widerstandsmaterials, anderseits durch Verminderung der Widerstandshöhe erreicht werden. Dies muß aber mit einem erhöhten Nachstrom erkauft werden. Die geforderte erhöhte Rückzündfestigkeit beim größeren Nachstrom stellt neuartige ao Anforderungen an die Löschfunkenstrecken, denen die bis heute üblichen Plattenfunkenstrecken nicht mehr gewachsen sind. Als geeignete Maßnahme zur Erhöhung der Löschfähigkeit wird immer mehr das Abwandernlassen des Nachstromlichtbogens vom Entstehungsort unter dem Einfluß eines magnetischen Blasfeldes angewendet. Das Blasfeld kann dabei durch geeignete Führung des Nachstromes in den Elektroden, durch vom Nachstrom durchflossene Blasspulen oder durch Permanentmagnete erzeugt werden. Neuerdings wird gleichzeitig mit dem Abwandern des Lichtbogens eine Verlängerung desselben verbunden. Die dadurch entstehende hohe Spannung über dem Lichtbogen reduziert den Nachstrom und entlastet damit die Widerstände.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nunmehr auf eine Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter mit spannungsabhängigen Widerständen und magnetischem Blasfeld, bei welcher die Löschfunkenstrecke aus einer Anzahl axial gestapelter Platten aus Isoliermaterial besteht, die auf jeder Seite eine Elektrode aufweisen, wobei jeweils die eine Elektrode der einen Platte zusammen mit der Elektrode der benachbarten Platte eine Funkenstrecke bildet. Bei den bisherigen Funkenstreckenanordnungen dieser Art sind die Elektroden so angeordnet, daß sie sich von einem Ende nahe der Kante der Isolierplatte quer über die Platte erstrecken, wobei die Innenkanten der beiden die Funkenstrecke bildenden divergierenden Elektroden einen Winkel von weniger als 180° bilden. Diese Elektrodenanordnung ermöglicht aber nur eine sehr Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Böveri & Cie.,
Baden (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Werner Mächler;

Dipl.-Ing. Wilhelm Zoller, Baden (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 6. Oktober 1959 (79 089)

beschränkte Verlängerung des Lichtbogens, die nur relativ langsam erfolgen kann. Außerdem ergibt sich eine ungünstige Wirkung bezüglich des Nachstromlichtbogens, d. h., die Spannung an den Strombegrenzungswiderständen und damit der Nachstrom werden nicht in gewünschtem Maße verkleinert. Im weiteren wirkt das Eigenfeld der durch die Lichtbögen gebildeten Stromschleifen am Anfang entgegen dem Feld der Blasspule.

Der Zweck der Erfindung ist nunmehr, die erwähnten Nachteile zu beseitigen, d. h. eine höhere Löschfähigkeit, höhere Wanderungsgeschwindigkeit des Lichtbogens sowie eine kleine Induktivität im Ansprechmoment und einfachere und sichere Elektrodenbefestigung zu erreichen.

Gemäß der Erfindung werden diese Bedingungen dadurch erfüllt, daß die beiden zu. einer Platte gehörenden, vom Plattenzentrum bis zum Rand sich erstreckenden Elektroden aus einem Stück bestehen^ das seitlich in einen Schlitz der Platte eingeschoben und verankert wird, wobei der Eingang des Schlitzes durch Vorsprünge am Umfang der darüber- und darunterliegenden benachbarten Platten abgeschlossen wird, so daß Gaskanäle in den Platten eine Gaszirkulation vom Lichtbogen einer Funken-

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strecke durch die Platte hindurch hinter die Schlag- gnetisch beblasen, wobei sich der Vorteil ergibt, daß

weiten der darüber- und darunterliegenden Funken- der Lichtbogen in der Funkenstrecke 4 durch seine

strecke ermöglichen. Abwanderung und Verlängerung viel rascher zum

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der bei- Löschen gebracht werden kann. Dadurch steigt der

spielsweise in den Figuren dargestellten Ausfüh- 5 Strom in der Blasspule 3 rascher an, was einen

rungen näher erläutert. Hierbei zeigt schnellen Aufbau des Blasfeldes zur Folge hai und

F i g. 1 ein Schema eines aktiven Elementes eines damit die Löschwirkung vergrößert.

Hochspannungsabieiters mit magnetisch beblasenen Die Löschfunkenstrecke 2 besteht in an sich be-

Funkenstrecken, kannter Weise aus einer Anzahl gleicher Funken-

Fig. 2 ein ähnliches Schema wie Fig. 1, jedoch io strecken, deren Aufbau an Hand der Fig. 3 bis 9

mit einer anderen Anordnung der Blasspulen, näher beschrieben ist.

F i g. 3 ein aktives Element des Ableiters mit ma- Jede Funkenstrecke besitzt eine aus preßbarem

gnetisch beblasenen Funkenstrecken, teilweise im Material bestehende runde Isolierplatte 5, die, wfc>

Schnitt und teilweise in Ansicht, an sich bekannt, eine hohe elektrische Durchschlags-

F i g. 4 eine Draufsicht einer der Isolierplatten der 15 festigkeit, hohe Kriechfestigkeit, gute Hitzebestän-

Funkenstrecken, digkeit und hohe mechanische Festigkeit aufweist.

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Die Platte 5 ist mit einem Schlitz 6 versehen (Fig. 4),

Fig. 4, in den die in einem Stück hergestellten, zu «iner

F i g. 6 eine Draufsicht einer Isolierplatte der Platte gehörenden zwei Elektroden 24 eingesetzt wer-

Funkenstrecken mit eingebauten Elektroden, ao den. Die F i g. 6 zeigt die Platte 5 mit eingesetzten

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der . Elektroden 24, während in der Fig. 8 bzw. %dte

F i g. 6, Doppelelektrode 24 für sich allein in Ansicht bzw. im

F i g. 8 und 9 eine Draufsicht bzw. Schnitt einer Schnitt veranschaulicht ist. Zur Fixierung der Ekk-

der Elektrodenelemente, troden 24 weist die Platte 5 auf jeder Seite einen

Fig. 10 einen Funkenstreckenstapel im zerlegten 25 Nocken23 auf, über die die Löcher 9 der Elektrode»

Zustand. gekippt werden. In der Mitte der Platte 5 sind beid-i

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht seitig Vertiefungen 10 vorgesehen, die zur Veri&ngeder aktive Teil des Überspannungsabieiters aus den rung des Kriechweges zwischen den zwei Elektroden spannungsabhängigen Widerständen 1 und dem einer Funkenstrecke dienen. Auf den Elektroden 24. Funkenstreckenstapel 2, die zwischen eine Hoch- 30 sind metallische Zungen 22 (F i g. 6) angebracht, die, Spannungsleitung 7 und Erde 8 geschaltet sind. Die nachdem die Funkenstrecken zusammengebaut sind* Widerstände 1 haben bekanntlich die Aufgabe, den auf die Gegenplatte drücken. Diese Zungen 22 Nachstrom zu begrenzen, während die Funken- dienen der Vorionisierung der Funkenstrecken, strecken 2 den Nachstrom unterbrechen. Um die Der Schlitz 6 erweitert sich gegen den Rand der Löschfähigkeit der Funkenstrecken zu erhöhen, wird 35 Platte S hin in der öffnung 11. Diese öffnung wird der Nachstromlichtbogen in den Löschfunken- von den Nocken 12 der beim Stapeln darunter- und strecken 2 durch ein Magnetfeld von seinem Ent- darüberliegenden Platten gegen außen abgeschlossen ; stehungsort weggeblasen, wobei gleichzeitig mit der und im Innern in die zwei Teile 20 und 21 (Fig. 6' Fortbewegung des Lichtbogens eine Verlängerung und 7) unterteilt. Diese Nocken 12 dienen gleich-¹ derselben erreicht wird. Die dadurch erhöhte Licht- 40 zeitig zur Fixierung der Isolierplatten S, so daß eiee bogenspannung hilft mit, den Nachstrom zu verklei- gegenseitige Verdrehung verhindert wird. Die Platte 5 nern, wodurch die Höhe des Widerstandsstapels ver- ist mit einem erhöhten Rand 13 ausgebildet, so daß mindert werden kann, was sich günstig auf die Rest- beim Zusammenbau der Platten gegen außen ab- spannung auswirkt. Das Blasfeld wird einerseits geschlossene Funkenkammern 14 entstehen u$d. durch eine spiralförmige Führung des Stromes in den 45 gleichzeitig die gestapelten Platten gegen seiäkiie Löschfunkenstrecken, anderseits durch die zusatz- Verschiebung gesichert sind. Durch die weiteren Erblichen Blasspulen 3 erzeugt, wobei sich die beiden höhungen 15 auf den Platten werden Gaskanäle 25 Blasfelder während des ganzen Lösch Vorganges gebildet (F i g. 6 und 7).

unterstützen. Der Aufbau der Blasspulen und der dazugehörigen Die Blasspulen 3 können an beiden Enden des 50 Funkenstrecken ist aus der F i g. 3 ersichtlich, die' Funkenstreckenstapels 2 in Reihe mit den letzteren einen Ableiter teilweise im Schnitt darstellt Die.. angeordnet werden, wie die F i g. 1 zeigt, oder sich spannungsabhängigen Widerstände 1 und die bereits als eine Einheit um den ganzen Funkenstrecken- beschriebenen gestapelten Funkenstrecken 2 sind ia stapel herum erstrecken (F i g. 2). Da die Blas- bekannter Weise in ein Isoliergehäuse 30 eingebaut, spulen 3 eine relativ hohe Induktivität aufweisen, 55 Die an jedem Ende des Funkenstreckenstapels veer-.. muß ihnen zur Ableitung des Stoßstromes mit der gesehene Blasspule 3 ist auf einen Spulenkörper auf¹ hohen Stromanstiegsgeschwindigkeit ein nichtline- gebracht, der aus den zwei Teilen 16 und 17 besteilt, ares Glied parallel geschaltet werden. Das kann ein wobei der plattenförmige Teil vorzugsweise aus deafrv spannungsabhängiger Widerstandsblock sein. Im vor- selben hitzebeständigen Isoliermaterial wie die Pia** liegenden Fall wird eine zur Blasspule 3 parallel 60 ten5 der Löschfunkenstrecke hergestellt wird. Die. geschaltete Funkenstrecke 4 verwendet, die gegen- zur Blasspule parallel geschaltete Funkensttw&e 4 über dem Widerstandsblock den Vorteil besitzt, daß wird aus einer Elektrode gleicher Form, wie diefesige sie keine zusätzliche Restspannung erzeugt. Diese der Löschfunkenstrecken und einem Kupferröbrch&B Funkenstrecke 4 kann genau gleich wie die Lösch- 18, das im Spulenkörper 16, 17 eingebettet liegt, ge* funkenstrecken 2 aufgebaut sein. Aus konstruktiven 65 bildet. Dieses Röhrchen 18 wirkt gleichzeitig als VerGründen kann jedoch eine leicht abgeänderte Form bindung von der Funkenstrecke 4 zur

verwendet werden, die später näher beschrieben wird. 19, die als elektrische VerbiaduBg zu den Die Funkenstrecke 4 für die Blasspule ist auch ma- Funkenstirakensiar^ 2 aöHegeod^

Die ganze Funkenstreckenanordnung steht unter der¹ Wirkung der Druckfeder 31.

In Fig. 10 sind die einzelnen Hauptbestandteile eines Funkenstreckenstapels entsprechend der Anordnung nach F i g. 1 in der Reihenfolge ihres Zusammenbaues gezeigt, und zwar von oben nach unten, links beginnend, die obere Blasspule 3, die dazugehörige Funkenstrecke 4, die Löschfunkenstrecken 2, die untere Funkenstrecke 4 und die untere Blasspule 3 sowie der Resorbitwiderstand 1. Die einzelnen Funkenstrecken 2 entstehen beim Aufeinanderstapeln zweier Isolierplatten 5 aus der unteren Elektrode der oberen Platte und der oberen Elektrode der unteren Platte. Beim Stapeln der einzelnen unter sich vollkommen identischen Platten 5 werden diese um je 90° verdreht, wodurch die zwei eine Funkenstrecke bildenden Elektroden 24 in einem Winkel von 90° zueinander stehen. Dadurch entsteht jeweils zwischen zwei benachbarten Platten ein Lichtbogenraum, der sich über etwa 270° bzw. drei Viertel des Plattenquerschnittes erstreckt.

Die Arbeitsweise der Löschfunkenstrecken ist wie folgt: Durch die elektrische Stoßwelle wird der Lichtbogen in der Ansprechstelle der Funkenstrecke gezündet, wobei die Ansprechstelle sich im Zentrum der Isolierplatte 5 oder wenig außerhalb derselben in Richtung des Lichtbogenraumes befindet.

Der nachfließende Netzstrom erhält den Lichtbogen aufrecht und erzeugt in den Magnetspulen ein Blasfeld, unter dessen Einfluß sich der Lichtbogen an den Rand der Lichtbogenkammer 14 bewegt. Der wandernde Lichtbogen verdrängt das Gas in der Kammer 14 durch die öffnung 20 der unteren Platte nach unten und die öffnung 21 der oberen Platte nach oben (s. Fig. 7). Nach dem Durchtritt durch die öffnungen 20 und 21 strömen die Gase durch die Kanäle 26 in die Ansprechstellen der oberen und unteren Funkenstrecke und verfestigen diese elektrisch.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird ein Druckausgleich zwischen den Funkenstreckenkammern erzielt, wodurch alle Lichtbogen gleichmäßig wandern. Die Lichtbogen blasen sich gegenseitig aus. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß gleich nach Beginn der Lichtbogenwanderung das Eigenfeld, hervorgerufen durch die spiralförmige Stromführung in den Elektroden, das durch die Blasspulen erzeugte Magnetfeld unterstützt. Außerdem wird der Druck, der durch hohe Stoßströme entsteht, durch die übereinanderliegenden Schlagweiten gegenseitig aufgehoben. Ferner ist die Induktivität während des Fließens des Stoßstromes sehr klein, was sich günstig auf die Restspannung auswirkt.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   . 1. Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter mit spannungsabhängigen Widerständen und magnetischem Blasfeld, bei welcher die Löschfunkenstrecke aus einer Anzahl axial gestapelter Platten aus Isoliermaterial besteht, die auf jeder Seite eine Elektrode und Gaskanäle aufweisen, wobei jeweils die eine Elektrode der einen Platte zusammen mit der Elektrode der benachbarten Platte eine Funkenstrecke bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zu einer Platte gehörenden, vom Plattenzentrum bis zum Rand sich erstreckenden Elektroden aus einem Stück bestehen, das seitlich in einen Schlitz der Platte eingeschoben und verankert wird, wobei der Eingang des Schlitzes durch Vorsprünge am Umfang der darüber- und darunterliegenden benachbarten Platten abgeschlossen wird, so daß Gaskanäle in den Platten eine Gaszirkulation vom Lichtbogen einer Funkenstrecke durch die Platte hindurch hinter die Schlagweiten der darüber- und darunterliegenden Funkenstrecke ermöglichen.

   2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten um je 90° versetzt gestapelt sind, so daß der Lichtbogen in den einzelnen, zwischen benachbarten Platten gebildeten Kammern sich über 270° erstreckt.

   3. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Funkenstreckenstapels je eine Blasspule in Reihe angeordnet ist, zu der je eine Funkenstrecke parallel geschaltet ist.

   4. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkenstreckenstapel von einer Blasspule umgeben ist, die parallel zu einer der Funkenstrecken des Stapels geschaltet ist.

   5. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke der Blasspule gleich wie die Funkenstrecke des Stapels ausgebildet ist. .

   6. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit je einer Zunge versehen sind, die gegen die benachbarte Isolierplatte drückt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschrift Nr. 324 862;
   österreichische Patentschrift Nr. 204 109.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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