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Überspannungsableiter Für einige besondere Anwendungsgebiete braucht
man überspannungsableiter der Ventiltype, die eine ungewöhnlich große Energie ableiten
können. Es ist bekannt, zu diesem Zweck mehrere überspannungsableiter der einen
oder anderen Art parallel zu schalten, um die Belastung auf mehrere Überspannungsableiter
zu verteilen, wobei jeder überspannungsableiter aus Stapeln von Löschfunkenstreckenelementen
und spannungsabhängigen Widerständen besteht. Es ist auch bekannt, die Parallelschaltung
auf die spannungsabhängigen Widerstände zu beschränken, d. h. mehrere Stapel von
spannungsabhängigen `'Widerständen parallel und sämtliche Stapel in Reihe einem
gemeinsamen Löschfunkenstreckenstapel zu schalten. Das ist jedoch dann nicht zulässig,
wenn wie im vorliegenden Fall der Folgestrom vom Netz zu groß für einen einzelnen
Löschfunkenstreckenstapel ist.
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Sobald Funkenstrecken als auch spannungsabhängige Widerstände zu den
parallelgeschalteten Zweigen gehören, muß man in an sich bekannter Weise dafür sorgen,
daß alle Zweige tatsächlich arbeiten. Wegen des unvermeidlichen Unterschieds zwischen
den verschiedenen Löschfunkenstreckenstapeln zünden diese nicht genau zur selben
Zeit, wenn eine Überspannung entsteht, die größer als die Zündspannung des Überspannungsableiters
ist. Ein oder einige der Ableiterelemente zünden vor den übrigen, und wenn die Ableiterspannung,
d. h. der Spannungsabfall über den spannungsabhängigen Widerständen, nach einem
Durchschlag in den Löschfunkenstrekken niedrig ist, was in Hinblick auf den Schutz
vorteilhaft ist, ist es möglich, daß die Überspannung über dem überspannungsableiter
auf einen niedrigeren Wert als den der Zündspannung des Überspannungsableiters begrenzt
wird, obwohl noch nicht alle parallelgeschalteten Ableitereleinente gezündet haben.
In diesem Fall werden die zuerst arbeitenden Ableiterelemente überbelastet, während
die anderen Ableiterelemente nicht in Betrieb sind. Es muß hervorgehoben werden,
daß man aus verschiedenen Gründen an ein bestimmtes Verhältnis zwischen Zündspannung
und Ableitungsspannung gebunden ist. Wenn dies nicht der Fall wäre, könnte das Problem
am einfachsten dadurch gelöst werden, daß man die Zündspannung im Verhältnis zur
Ableitungsspannung senkt. Zum Erreichen einer sogenannten Zwangszündung eines Ableiterelementes,
das eine höhere Zündspannung als ein damit parallelgeschaltetes Ableiterelement
hat, ist im schwedischen Patent 131751 eine Schaltung angegeben worden, gemäß
der zwei oder mehrere parallelgeschaltete Ableiterelemente in mindestens einem Punkt
zwischen dem oberen und unteren Ende mittels einer Querimpedanz miteinander verbunden
sind. Die Wirkungsweise kann in Kürze so beschrieben werden, daß der gewählte Punkt
in einem Ableiterelement einen deutlichen Spannungssprung erhält, wenn dieses Ableiterelement
zündet. Der Spannungssprung wird durch die Impedanz zu dem entsprechenden Punkt
des naheliegenden Ableiterelementes fortgepflanzt und ruft dessen Zündung hervor.
Eine solche Querverbindung zwischen gleichgelegenen Punkten im Element nimmt indessen
viel Platz in der Längsrichtung der Verbindung ein und setzt eine offene Bauart
mit einem großen Abstand zwischen den Elementen voraus. Es ist in der Praxis unmöglich,
eine solche Verbindung zu benutzen, wenn man eine Mehrzahl von kleineren Ableiterelementen
in ein und demselben Außengehäuse unterbringen will, eine Bauweise, die große wirtschaftliche
Vorteile mit sich bringt: wie Raumersparnis, mechanische Einfachheit der Konstruktion
und einfachere Spannungskontrolle.
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Bei Fernmeldeanlagen u. dgl. hat man lichtdurchlässige überspannungsableiter
der Ventiltype nebeneinander angeordnet, so daß der zuerst zündende Ableiter die
anderen Ableiter durch photoelektrische Wirkung zündet; solche Ableiter sind aber
nicht für große Energien verwendbar. Man hat auch versucht, die verschiedenen parallelgeschalteten
Ableiter
durch eine reaktive Schaltung zu verbinden, aber bei Überspannung
mit einer steilen Wellenfront kann die Stromverteilung dabei vollkommen gestört
werden. Ferner hat man die verschiedenen parallelgeschalteten Ableiter je für sich
in Reihe mit einem ohmschen Widerstand geschaltet, aber man braucht dabei für jeden
Ableiter einen Widerstand, und die Außengehäuse werden dabei verlängert. Weiter
ist es auch bekannt, daß man durch photoelektrische Wirkung die Ansprechspannung
einer Funkenstrecke um etwa 20 flio herabsetzen kann.
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Die Erfindung betrifft eine Methode zur Zwangszündung eines überspannungsableiters,
der aus mindestens zwei Ableiterelementen besteht, die spannungsabhängige Widerstände
und Löschfunkenstrecken enthalten, und bei dem der obengenannte Nachteil vermieden
wird. Die Erfindung geht dabei von einem Ableiter aus, bei dem die oberen bzw. unteren
Enden der Ableiterelemente untereinander elektrisch verbunden und außerdem ein Punkt
auf dem einen Ableiterelement mittels einer Querimpedanz mit einem Punkt auf dem
anderen Ableiterelement verbunden sind und die genannten Punkte im Ruhezustand des
überspannungsableiters im wesentliche dasselbe Potential haben. Die Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsabhängigen Widerstände in einem Stapel
in der Mitte jedes Ableiterelementes und die Löschfunkenstrekkenelemente an ihren
Enden angeordnet sind und die genannte Querimpedanz zwischen dem einen Ende des
spannungsabhängigen Widerstandsstapels in einem Ableiterelement und dem entgegengerichteten
Ende des spannungsabhängigen Widerstandsstapels in einem anderen Ableiterelement
geschaltet ist. Durch diesen Auf-. und Zusammenbau der Ableiterelemente werden die
Löschfunkenstrecken jedes Ableiterelementes in zwei Gruppen aufgeteilt, die je während
der Zündung, und zwar erst die eine, dann die andere, der ganzen Spannung des Ableiters
ausgesetzt werden. Im Verhältnis zu den früher bekannten Ableitern sind somit die
Zündverhältnisse eines Ableiters nach der Erfindung um etwa 100 0/0 verbessert.
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Dadurch, daß man Löschfunkenstrecken und spannungsabhängige Widerstände
in einem Ableiterelement gemäß der Erfindung anbringt, gewinnt man weiter den Vorteil,
daß die Querimpedanz geometrisch parallel mit den überspannungsableiterstapeln des
Ableiterelementes zu liegen kommt. Gibt man den Querimpedanzen dann die Form von
Zylindern, deren Durchmesser kleiner als ihre Höhe ist, wie es bei den spannungsabhängigen
Widerstandsstapeln der Fall ist, so ergibt eine vertikale Stellung derselben eine
einfache und raumsparende Anordnung. Außerdem hat der überspannungsableiter nach
der Erfindung den Vorteil, daß die Querimpedanz, obwohl sie nicht zwischen gleichgelegenen
Punkten auf der überspannungsableiteranordnung eingeschaltet ist, doch immer noch
zwischen Punkten eingeschaltet ist,dieimRuhezustandderÜberspannungsableiteranordnung
annähernd dieselbe Spannung haben. Hierdurch kann eine Querimpedanz mit hoher Leitfähigkeit
gewählt werden, aber höchstens gleich der eines spannungsabhängigen Widerstandsstapels,
weil sonst die Querimpedanz die Hauptbelastung des spannungsabhängigen Widerstandsstapels
übernehmen würde, was nicht zweckmäßig wäre. Aus denselben Gründen wird die Querimpedanz
zweckmäßigerweise rein resistiv ausgeführt und beispielsweise spannungsabhängig
wie die spannungsabhängigen Widerstandselemente des Ableiters, damit nicht bei überspannungen
mit einer steilen Wellenfront die Stromverteilung vollkommen gestört wird.
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In der Zeichnung sind schematisch mehrere Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen überspannungsableiter, bei dem bei jedem Ableiterelement
A, B und C der spannungsabhängige Widerstand 2 a, 2 b, 2 c in der
Mitte und die Funkenstrecken 1 a, 1 b, 1 c und 4 a, 4 b, 4 c
an den
Enden liegen. Die Querimpedanzen sind mit 3 a, 3 b, 3 c bezeichnet.
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Vor der Zündung des Überspannungsableiters verteilt sich die Spannung
in jedemAbleiterelement über die Löschfunkenstrecken 1 und 4, die entweder nur isolierende
Distanzstücke besitzen oder solche in Form von hochohmigen Steuerwiderständen zur
Verteilung der Spannung. Die spannungsabhängigen Widerstände 2, die in Reihe mit
den Löschfunkenstrecken liegen, nehmen keine nennenswerte Spannung auf, auch wenn
Steuerwiderstände vorhanden sind, weil ihre Resistanz verhältnismäßig niedrig ist.
In allen Ableiterelementen haben somit beide Enden der spannungsabhängigen Widerstände
ungefähr dieselbe Spannung, z. B. die halbe Gesamtspannung über dem Ableiterelement
im Verhältnis zur Erde. Tritt nun eine überspannung auf und leitet das Ableiterelement
A die Zündung ein, so zünden die Löschfunkenstrecken 1 a und 4 a, während die Löschfunkenstrecken
1 b und 4 b weiterhin nicht leitend bleiben. Wenn die Löschfunkenstrecken 1 a und
4 a zünden, legt sich die ganze Spannung über den spannungsabhängigen Widerstandsstapel
2 a, das Potential des oberen Endes steigt also rasch von etwa der halben Spannung
auf die volle Spannung. Der Spannungssprung pflanzt sich durch die Querimpedanz
3 a zum Ableiterelement B fort und erhöht die Spannung über der Löschfunkenstrecke
4 b. Die Wirkung pflanzt sich auch in einem gewissen Grade zur Strecke 1. b fort
(Spannungsverminderung), 4 c (Erhöhung) und 1 c (Verminderung), in Abhängigkeit
vom Größenverhältnis zwischen den Querimpedanzen 3 und den übrigen Impedanzen der
Schaltung.
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F i g. 2 zeigt eine zickzackförmige Schaltung der Querimpedanzen 3,
so daß wenigstens in gewissen Ableiterelementen zwei Querimpedanzen an ein und demselben
Punkt angeschlossen sind. Man sieht den Vorteil einer Anordnung nach F i g. 2 ein,
wenn man annimmt, daß die Ableiterelemente A und C gezündet haben, während das Ableiterelement
B noch nicht gezündet hat. Bei einer Anordnung nach F i g. 1 würden dann die dem
Ableiterelement B durch die Querimpedanzen 3 a und 3 b aufgedrückten Spannungen
einander entgegenarbeiten, wodurch die Zündung des Ableiterelementes B erschwert
werden würde. Bei einer Anordnung nach F i g. 2 arbeiten dagegen die durch die Querimpedanzen
3 a und 3 c dem Ableiterelement B aufgedrückten Spannungen zusammen.
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Wenn die Anzahl der Ableiterelemente eine gerade Zahl ist, kann man
sie mit Vorteil in der Form eines Ringes gemäß F i g. 3 zusammenschalten, wodurch
ein Zündimpuls von einem zuerst zündenden Element in beiden Richtungen um den Ring
herum fortgepflanzt wird und somit schneller alle übrigen Ableiterelemente erreicht.
Ferner
kann, wie in F i g. 4 gezeigt ist, für die Anordnung eine gegebene Zündfolge vorgeschrieben
werden, wobei das Ableiterelement, das in der Mitte der Figur gezeigt ist, das die
Zündung einleitende ist. Dies erreicht man dadurch, daß die übrigen Ableiterelemente
mit einer etwas erhöhten Zündspannung ausgeführt werden, z. B. 10 bis 20 °.7o. Der
Zündimpuls durch die Querimpedanzen ist jedoch vollkommen ausreichend, um eine Zündung
in den verstärkten Löschfunkenstrecken zustandezubringen.