-
Überspannungsableiter Die Entwicklungstendenz in der Hochspannungstechnik
geht dahin, im Verhältnis zur Betriebsspannung immer niedrigere Isolationsniveaus
zu erreichen. Zur Verwirklichung dieses Zieles müssen Ableiter zur Verfügung stehen,
welche die Anlagen sowohl gegen atmosphärische als auch gegen Schaltüberspannungen
wirksam schützen. Da die Isolationsfestigkeit von Transformatoren und Apparaten
bei Schaltüberspannungen etwa 851/o derjenigen bei Stoß erreicht, bestimmt schließlich
die Ansprechspannung der Ableiter bei Schaltüberspannungen die Höhe des Isolationsniveaus.
Weil die Ströme bei Schaltüberspannungen nur wenige 100 A betragen, liegen die betreffenden
Restspannungen bereits tiefer als die Ansprechspannung der Ableiter, und fallen
daher für die Festlegung des Schutzniveaus nicht in Betracht.
-
Die Ansprechspannung des Ableiters steht andererseits in enger Beziehung
zur Löschfähigkeit der Funkenstrecke. Nach -dem Durchgang eines Stoß-und
eines Nachstromes ist die Funkenstrecke stark ionisiert. In der nachfolgenden Halbwelle
hält die Funkenstrecke deshalb nur einen gewissen Prozentsatz, z. B. 60 % ihrer
normalen Ansprechspannung aus, ohne daß sie rückzündet. Dieser Wert darf daher von
der Löschspannung nicht überschritten werden. Infolgedessen ist man bestrebt, Mittel
und Wege zu finden, um die Ansprechspannung weiter zu senken, unter Beibehaltung
der Löschsicherheit.
-
Die gleichmäßige Spannungsverteilung über die Funkenstrecken eines
Hochspannungsableiters bei 50 Hz wird allgemein durch ohmsche oder spannungsabhängige
Widerstände erzwungen, welche entweder parallel zu jeder Funkenstrecke oder parallel
zu Gruppen von Funkenstrecken geschaltet sind. Normalerweise sind diese Steuerwiderstände
alle gleichartig. Es ist jedoch auch eine Anordnung bekannt, wo die spannungsabhängigen
Widerstände bei gleichem Strom verschiedene Spannungsabfälle aufweisen, aber gleiche
Spannungsabhängigkeit besitzen.
-
Die Spannung an einem spannungsabhängigen Widerstand gehorcht im allgemeinen
der Formel U=K.la wo U die Spannung, 1 den Strom, K eine Konstante des Widerstandes
und a den Exponenten des Widerstandes bedeutet.
-
Im folgenden werden Widerstände mit höheren Exponenten a als Widerstände
mit steilerer Charakteristik bzw. größerer Steilheit bezeichnet, da im betrachteten
Gebiet, zwischen Nenn- und Ansprechspannung die Spannungsannahme bei einer Stromzunahme
entsprechend dem Exponenten verläuft. Bei dieser bekannten Anordnung ist nun der
Exponent a für alle Widerstände gleich, d. h. das Verhältnis der an zwei Funkenstrecken
mit verschiedenem Widerstand liegenden Spannungen bleibt für alle Ströme erhalten,
da einzig die Konstante K von Widerstand zu Widerstand verschieden ist. Dies führt
aber zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung über die Funkenstrecken des Ableiters
bei der Nenn-bzw. Löschspannung, so daß einzelne Funkenstrecken viel stärker als
andere beansprucht werden.
-
Die Erfindung betrifft einen überspannungsableiter, bei dem dieser
Nachteil vermieden wird. Erfindungsgemäß haben die parallelgeschalteten Steuerwiderstände
Charakteristiken verschiedener Steilheit und sind so bemessen, daß sie bei Nennspannung
innerhalb der Fabrikationstoleranz von z. B. ± 20 % gleiche Widerstandswerte aufweisen.
Dabei muß der Anteil der Steuerwiderstände mit der steileren Charakteristik mindestens
so hoch gewählt werden, daß beim Durchzünden der dazugehörigen Funkenstrecken, die
am Ableiter liegende Spannung auf alle Fälle genügt, um die übrigen Funkenstrecken
zum Zünden zu bringen. Dagegen ist es von Vorteil für den vorgesehenen Zweck diesen
Anteil aber nicht wesentlich höher zu wählen. Bei zu kleinem Anteil könnte es vorkommen,
daß nur diejenigen Funkenstrecken, denen Steuerwiderstände mit steiler Charakteristik
zugeordnet sind, durchzünden mit der Folge, daß Radiostörungen sowie Beschädigungen
an den Funkenstrecken auftreten würden.
-
^In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
überspannungsableiter schematisch
dargestellt, wobei die F i g.
1 einen überspannungsableiter mit einfachen Steuerwiderständen und die F i g. 2
eine mit kombinierten Steuerwiderständen zeigt.
-
Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 ist der überspannungsableiter, dessen
aktiver Teil aus den Funkenstrecken F1 bis F4 und den spannungsabhängigen Widerständen
W1, W2 zur Begrenzung des Nachstromes besteht, noch zusätzlich mit den spannungsabhängigen
Steuerwiderständen Vl bis V4 versehen, wovon je einer parallel zu einem Funkenstreckenstapel
geschaltet ist. Diese Steuerwiderstände, die Charakteristiken verschiedener Steilheit
haben, sind so gewählt, daß jede Funkenstrecke mit annähernd dem gleichen Anteil
ihrer Ansprechspannung beansprucht wird, wenn am Ableiter der Scheitelwert der höchsten
Betrieb- bzw. Löschspannung liegt. Die Abweichung von der gleichmäßigen Verteilung
rührt von der Fabrikationsstreuung der Widerstände her. Dies ergibt eine maximale
Sicherheit gegen Rückzündungen.
-
Wenn die Spannung an den Funkenstrecken F1 bis F4 gesteigert wird,
übernehmen von den Steuerwiderständen V1 bis V4 diejenigen mit der größeren Steilheit
einen größeren Anteil der Spannung als diejenigen mit der kleineren. Infolgedessen
erreichen die ersten Funkenstrecken ihre Ansprechspannung zuerst, während an den
letzteren die Spannung nur unwesentlich zunimmt. Nachdem die Funkenstrecken die
mit Steuerwiderständen steilerer Charakteristik angesprochen haben, liegt die Spannung,
welche vorher am ganzen Ableiter lag, nur noch an den Funkenstrecken mit den Steuerwiderständen
flacherer Charakteristik, wobei die Ansprechspannung dieser letzteren so gewählt
wird, daß diese gleich oder kleiner ist als jene Spannung und daher diese Funkenstrecken
ebenfalls sofort zünden.
-
Bei der Anordnung nach F i g. 2, wo der Ableiter beispielsweise nur
zwei Funkenstreckenstapel F1, F2 und die üblichen in Reihe liegenden spannungsabhängigen
Widerstände W1, W2 aufweist, ist eine kombinierte Steuerung vorgesehen. Parallel
zu den Funkenstrecken F1 liegt die Serieschaltung eines ohmschen Widerstandes R1
und eines spannungsabhängigen Widerstandes V1, während parallel zu den Funkenstrecken
F2 der ohmsche Widerstand R2 und der spannungsabhängige Widerstand V2 geschaltet
ist. Die Steuerwiderstände bestehen hier aus solchen mit Exponent = 1 (ohmsche Widerstände
R1, R2) und solchen mit einem kleineren Exponent (spannungsabhängige Widerstände
V1, V2).
-
Die Anordnung gemäß F i g. 2 besitzt gegenüber derjenigen der F i
g. 1 den Vorteil, daß der ohmsche Widerstand R2 bei kleinen Strömen mehr Strom führt,
als der spannungsabhängige Widerstand V2. Dadurch sinkt der Spannungsabfall an den
Funkenstrecken F2 verglichen mit der einfachen Steuerung nach F i g. 1. Umgekehrt
erhöht der zusätzliche Widerstand V1 den Spannungsabfall bei kleinen Strömen an
den Funkenstrecken F1. Durch geeignete Wahl der Steuerwiderstände R1 und V2 läßt
sich der Spannungsanstieg so steuern, daß die Beanspruchung der Funkenstrecken F2
unterhalb der Löschspannung sehr klein bleibt.