DE1463072B2

DE1463072B2 - PROTECTIVE SPARK LINE ON INSULATORS FOR HIGH VOLTAGE FREE CABLES

Info

Publication number: DE1463072B2
Application number: DE19641463072
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Fritz Driescher Spezialfabnk fur Elektnzitatswerksbedarf, 5144 Wegberg
Priority date: 1964-04-08
Filing date: 1964-04-08
Publication date: 1971-04-29
Also published as: DE1463072A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzfunkenstrecke an Isolatoren für Hochspannungsfreileitungen mit zwei einseitig durch eine Metallelektrode verschlossenen Blasrohren, von denen über diese Elektrode das eine Blasrohr mit der Freileitung und das andere mit einem geerdeten Festpunkt verbunden ist, und die mit ihren offenen metallischen Enden eine Luftfunkenstrecke bilden. Solche Schutzfunkenstrecken, wie sie beispielsweise aus den deutschen Patentschriften 723 581 und 873 268 bekannt sind, haben gegenüber den früher verwendeten Funkenstrecken in Form zweier metallischer Stabelektroden den wesentlichen Vorteil, daß sie den Isolator nicht nur gegen die unmittelbare Einwirkung eines Überschlages schützen, sondern auch einen nach dem Überschlag stehenbleibenden Lichtbogen löschen. Sie wirken in der Weise, daß der innerhalb eines Blasrohres zwischen dessen Elektroden stehende Lichtbogen bei einem der folgenden Nulldurchgänge der Betriebsspannung dadurch gelöscht wird, daß unter dem infolge der Lichtbogenwärme im Isolierrohr auftretenden Überdruck der größte Teil der darin enthaltenen Luft und der Lichtbogen durch die hohle geerdete Elektrode ausgeblasen wird. Diese Wirkung kann noch dadurch unterstützt werden, daß das Isolierrohr aus bei Erwärmung Gas abgebendem Werkstoff besteht. ' -The invention relates to a protective spark gap on insulators for high-voltage overhead lines with two blowpipes closed on one side by a metal electrode, one of which has this electrode one blowpipe is connected to the overhead line and the other to a grounded fixed point, and which form an air gap with their open metallic ends. Such protective spark gaps, as they are known, for example, from German patents 723 581 and 873 268, have spark gaps in the form of two metal rod electrodes compared to the previously used spark gaps the essential advantage that it does not only protect the insulator against the direct effect of a rollover protect, but also extinguish an arc that remains after the flashover. They work in such a way that the one standing inside a blowpipe between its electrodes Arc is extinguished at one of the following zero crossings of the operating voltage in that under the excess pressure occurring in the insulating tube as a result of the arc heat, most of the air contained therein and the arc is blown out through the hollow grounded electrode. These The effect can be further supported by the fact that the insulating tube emits gas when heated Material. '-

Diesen Vorteilen der aus Blasrohren bestehenden Schutzfunkenstrecken stehen jedoch auch erhebliche Nachteile gegenüber, die sich vor allem in.geringer Lebensdauer und durch mit der Zahl der Überschläge zunehmender Funktionsuntüchtigkeit äußern. Niederschlag von Feuchtigkeit, Staub u. dgl. an der Innenwand des gegen die Außenluft offenen Isolierrohres begünstigen die Bildung von Kriechstromwegen parallel zur inneren Funkenstrecke, die von den beiden an den Rohrenden angeordneten Elektroden gebildet wird. Die Bildung von Kriechstromwegen wird durch die im Normalbetrieb auftretenden Glimmentladungen zwischen den Elektroden noch gefördert. Die Kriechstromwege ihrerseits setzen die Ansprechspannung wesentlich herunter, so daß es bei hohe Spannungen führenden Leitungen unter ungünstigen Umständen, etwa hoher Luftfeuchtigkeit, auch ohne nennenswerte Überspannung zu Überschlägen kommen kann. Das ist besonders dann der Fall, wenn die nur kurze, äußere Luftfunkenstrecke durch Schnee, Eis oder Fremdkörper teilweise oder ganz überbrückt ist.However, these advantages of the protective spark gaps consisting of blowpipes are also considerable Disadvantages, which are mainly in.short life and due to the number of flashovers express increasing inoperability. Precipitation of moisture, dust, etc. on the inner wall of the insulating tube, which is open to the outside air, favor the formation of parallel leakage current paths to the inner spark gap, which is formed by the two electrodes arranged at the pipe ends will. The formation of leakage current paths is caused by the glow discharges that occur during normal operation still promoted between the electrodes. The leakage current paths for their part set the response voltage substantially down, so that it is under unfavorable lines carrying high voltages Circumstances, such as high humidity, flashovers can occur even without significant overvoltage can. This is especially the case when the short, outer air gap through snow, Ice or foreign bodies are partially or completely bridged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzfunkenstrecke der eingangs bezeichneten Art von diesen Mängeln zu befreien. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Schutzfunkenstrecke der eingangs genannten Art so ausgebildet, daß jede Elektrode einen Hohlraum einschließt, der sich am freien Elektrodenende nach außen zu einer Düse verengt, und an die Düse sich ein in die Außenluft mündender enger Kanal in einem die Elektrode unmittelbar umgebenden Kunststoffmantel anschließt.The invention is based on the object of a To free protective spark gaps of the type mentioned at the beginning of these deficiencies. According to the invention For this purpose, a protective spark gap of the type mentioned is designed so that each electrode includes a cavity which tapers outwardly at the free electrode end to a nozzle, and At the nozzle there is a narrow channel opening into the outside air in a channel immediately surrounding the electrode Plastic jacket connects.

Auch bei der Schutzfunkenstrecke nach der Erfindung besteht die gesamte Funkenstrecke aus drei in Reihe geschalteten Abschnitten, nämlich einem mittleren Abschnitt in der Außenluft und zwei Innenfunkenstrecken. Diese letzteren erstrecken sich jedoch nur über den kurzen Abschnitt, der von dem in die Außenluft mündenden engen Kanal gebildet wird. Dagegen findet in dem Hohlraum, den jede Elektrode einschließt, kein Überschlag statt. Dieser Hohlraum hat vielmehr lediglich die Wirkung eines Stauraumes für die eingeschlossene Luft, die sich beim Ansprechen der Funkenstrecke infolge der Erwärmung der Elektrode durch den am Rand der Düse aufsitzenden Lichtbogen ausdehnt und damit den Lichtbogen ausdehnt und schließlich ausbläst. Ablagerungen an der Innenwand des Hohlraumes, die sonst zur Bildung von Kriechspurwegen führen, können keine schädlichen Einflüsse haben, weil der HohlraumEven with the protective spark gap according to the invention, the entire spark gap consists of three in Series connected sections, namely a middle section in the outside air and two inside spark gaps. However, these latter extend only over the short section leading from the into the Outside air opening narrow channel is formed. On the other hand, takes place in the cavity that each electrode includes, no rollover takes place. Rather, this cavity merely has the effect of a storage space for the trapped air that is generated when the spark gap responds as a result of the heating of the electrode by the arc resting on the edge of the nozzle and thus the arc expands and finally blows out. Deposits on the inner wall of the cavity that would otherwise lead to The formation of creeping tracks cannot have any harmful effects because of the cavity

ίο außerhalb der Entladungsstrecke liegt. Zudem können durch den engen, die Mündung darstellenden Kanal so gut wie keine Fremdkörper von außen in den Hohlraum eintreten.ίο lies outside the discharge path. You can also through the narrow canal that forms the mouth, almost no foreign bodies enter enter the cavity.

Die Löschung des Lichtbogens kann dadurch beschleunigt werden, daß der die Elektrode unmittelbar umgebende Kunststoffmantel aus einem bei der Erwärmung Gas abgebenden Isolierstoff besteht. Ferner kann es nützlich sein, die Innenfläche des Hohlraums der Elektroden, jedoch mit Ausschluß der Innenfläche der sich an den Hohlraum anschließenden Düse, mit einem bei der Erwärmung Gas abgebenden Kunststoff auszukleiden, weil dadurch die aus der Mündung des engen Kanals austretende Gasmenge erhöht wird.The extinguishing of the arc can be accelerated by placing the electrode directly surrounding plastic jacket consists of an insulating material that emits gas when heated. Further it may be useful to use the inner surface of the cavity of the electrodes, but excluding the inner surface the nozzle adjoining the cavity, with a plastic that emits gas when heated lining because it increases the amount of gas emerging from the mouth of the narrow channel.

Die Zeichnung veranschaulicht ein· Ausführungsbeispiel. Es zeigtThe drawing illustrates an exemplary embodiment. It shows

F i g. 1 einen mit einer Schutzfunkenstrecke nach der Erfindung ausgestatteten Abspannisolator einer Freileitung in Seitenansicht undF i g. 1 a tensioning insulator equipped with a protective spark gap according to the invention Overhead line in side view and

F i g. 2 eine Stirnansicht der gleichen Anordnung.F i g. Figure 2 is an end view of the same arrangement.

An den metallischen Endkappen 1 α und 1 b des Isolators 1, der einerseits an einem geerdeten Festpunkt E aufgehängt ist und andererseits das Freileitungsseil L trägt, ist je eine der beiden unter sich gleichen Elektroden 2 und 3 befestigt, von denen jede aus einem metallenen Rohr besteht. Die Elektroden sind schräg abwärts gerichtet und mit ihren freien Enden auf einen der'gegebenen Überschlagweite entsprechenden Abstand fest eingestellt. Beide Metallelektroden schließen einen an ihrem Befestigungsende geschlossenen Hohlraum 4 ein, der am freien Elektrodenende in eine sich nach außen verjüngende Düse ausläuft. Die Elektroden 2, 3 sind in voller Länge von einem Mantel 7 aus bei Erwärmung Gas abgebendem Isolierstoff umgeben, der in gerader Verlängerung der Düse 5 einen in die Außenluft mündenden kurzen engen Kanal 6 enthält.
Die Funkenstrecke wirkt wie folgt:
Beim Auftreten einer Gewitter-Überspannung auf der Hochspannungsleitung werden zwischen den freien Elektrodenenden die Luftstrecke und damit auch die beiden Kanäle 6, die sich an den Enden der Elektroden 2 und 3 befinden, durchschlagen. Der Lichtbogen erhitzt die Luft in den engen Kanälen sehr schnell. Hier steigt außer der Temperatur auch der Druck sehr stark an. Die heißen Gase strömen aus den Isolierstoff-Kanälen 6 sowohl ins Freie als auch in die Hohlräume 4. In der jeweils als Kathode wirkenden Metalldüse 5 werden dabei die sich anfänglich an der Spitze der Düse häufenden positiven Ladungsträger in den Hohlraum 4 mitgerissen. Der Brennfleck bleibt also nicht an der Düsenspitze stehen, sondern wandert in den Hohlraum 4 hinein. Die Kathodenzerstäubung wird dadurch verringert. Zugleich erhöhen sich im Hohlraum die Temperatur und der Druck sehr schnell. Nähert sich dann die Betriebsspannung ihrem natürlichen Nulldurchgang, so geht fast gleichzeitig der Druck im Isolierstoff-Kanal 6 zurück und wird damit viel kleiner als imOn the metallic end caps 1 α and 1 b of the insulator 1, which is suspended on the one hand at a grounded fixed point E and on the other hand carries the overhead cable L, one of the two electrodes 2 and 3, each of which is the same, is attached, each of which consists of a metal tube consists. The electrodes are directed obliquely downwards and their free ends are fixed at a distance corresponding to the given overlap width. Both metal electrodes enclose a cavity 4 which is closed at its fastening end and which runs out at the free electrode end into an outwardly tapering nozzle. The electrodes 2, 3 are surrounded over their full length by a jacket 7 made of insulating material which emits gas when heated and which, as a straight extension of the nozzle 5, contains a short, narrow channel 6 opening into the outside air.
The spark gap works as follows:
When a thunderstorm overvoltage occurs on the high-voltage line, the air gap and thus also the two channels 6, which are located at the ends of the electrodes 2 and 3, break through between the free electrode ends. The arc heats the air in the narrow channels very quickly. In addition to the temperature, the pressure also rises very sharply here. The hot gases flow out of the insulating material channels 6 both into the open air and into the cavities 4. In the metal nozzle 5, which acts as a cathode, the positive charge carriers that initially accumulate at the tip of the nozzle are entrained into the cavity 4. The focal point therefore does not stop at the nozzle tip, but migrates into the cavity 4. This reduces cathode sputtering. At the same time, the temperature and pressure in the cavity increase very quickly. If the operating voltage then approaches its natural zero crossing, the pressure in the insulating material channel 6 drops almost at the same time and is thus much smaller than in the

Hohlraum 4. Infolgedessen fließt gerade beim Nulldurchgang der Betriebsspannung ein kräftiger Luftstrom durch die konische Düse 5 und durch den Kanal 6 im Isolierstoffmantel ins Freie. Der mit hoher Geschwindigkeit austretende Luftstrahl verlängert den Lichtbogen zwischen den Elektroden und bewirkt dessen schnelle Abkühlung und Löschung. Dieser Vorgang wird dadurch unterstützt, daß die aus dem Kanal 6 mit hoher Geschwindigkeit ausströmende Luft wie bei einer Injektordüse kalte Luft aus der Umgebung der Elektroden in die Lichtbogen bahn zieht. Aus der Wandung des Isolierstoff-Kanals braucht nur wenig Gas zum Löschen des Lichtbogens abgegeben zu werden. Deshalb ist der Abbrand an der Kanalwand wesentlich geringer als bei Isolierrohren der gebräuchlichen Blasrohre, die bekanntlich lange Innenraum-Funkenstrecken und wenigstens eine massive Stabelektrode haben, und bei denen der Lichtbogen allein durch das aus der Wandung der Innenfunkenstrecke austretende Gas gelöscht wird.Cavity 4. As a result, a powerful air stream flows just when the operating voltage crosses zero through the conical nozzle 5 and through the channel 6 in the insulating jacket to the outside. The one with air jet exiting at high speed is lengthened the arc between the electrodes and causes its rapid cooling and extinction. This process is supported by the fact that the flowing out of the channel 6 at high speed Air like an injector nozzle cold air from the area around the electrodes into the arc train pulls. Only a small amount of gas is required from the wall of the insulating material duct to extinguish the arc to be delivered. This is why the burn-up on the duct wall is significantly lower than with insulating pipes the common blowpipes, the well-known long interior spark gaps and at least one Have massive rod electrodes, and where the arc is generated solely by the one from the wall the gas escaping from the internal spark gap is extinguished.

Um die Löschung des Lichtbogens durch Vermehrung der austretenden Gasmenge noch zu beschleunigen, kann die Innenwand des Hohlraums 4 mit Kunststoff ausgekleidet wer-den, der bei hoher Temperatur Gas abgibt. Diese Auskleidung, ist nicht gezeichnet. In order to accelerate the extinguishing of the arc by increasing the amount of escaping gas, the inner wall of the cavity 4 can be lined with plastic, which is at high temperature Gives off gas. This lining is not drawn.

Mit der Schutzfunkenstrecke nach der Erfindung an einem 20-kV-Netz durchgeführte Versuche haben eine unerwartet starke Blaswirkung der Elektroden und extrem schnelle Lichtbogenlöschung bei geringen Abnutzungserscheinungen ergeben.Tests carried out with the protective spark gap according to the invention on a 20 kV network an unexpectedly strong blowing effect of the electrodes and extremely fast arc extinction at low levels Show signs of wear and tear.

Claims

Patent claims:

1. Protective spark gap on insulators for high-voltage overhead lines with two one-sided blowpipes closed by a metal electrode, one of which is via this electrode Blowpipe is connected to the overhead line and the other to a grounded fixed point, and the form an air spark gap with their open metallic ends, characterized in that that each electrode (2,3) encloses a cavity (4) which is located on the free The end of the electrode narrows towards the outside to form a nozzle (5), and the nozzle expands into the outside air opening narrow channel (6) in a plastic jacket immediately surrounding the electrode (7) connects.

2. Protective spark gap according to claim 1, characterized in that the insulating jacket (7) of the electrodes (2, 3) consists of an insulating material which emits gas when heated.

3. Protective spark gap according to claim 1 or 2, characterized in that the inner surface of the cavity (4) of the electrodes (2, 3) .with the exclusion of the inner surface of the The nozzle (5) adjoining the cavity is lined with a plastic which emits gas when it is heated is.

1 sheet of drawings