DE1463149A1

DE1463149A1 - Schutzfunkenstrecke

Info

Publication number: DE1463149A1
Application number: DE19651463149
Authority: DE
Inventors: Robinson Alfred Alexander
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1964-09-11
Filing date: 1965-09-07
Publication date: 1969-01-09
Also published as: JPS4215952Y1; GB1085032A; CH436446A

Description

PATENTANWÄLTE DlPL-ING. CURT "MiMiV)H" Vif)? 149 DIPL-ING. GONTHER KC DR. TINO HAIBACH

7.

8 MÜNCHEN 2, DEN

UNSER ZEICHEN: 7933 - K/vM

The Englieh Electric Company Limited, London, England. Schutzfunkenstrecke

Die Erfindung bezieht eich auf eine Schutzfunkenstrecke.

Gemäß der Erfindung ist eine Schutzfunkenstrecke für ein Wechselstromübertragungesystem in der Weise ausgebildet, daß zwei stationäre Hauptelektroden vorgesehen sind, die voneinander in einer unter hohem Vakuum stehenden Kammer isoliert sind, wobei eine Hauptelektrode mit einer Hoehspannungswechselstromübertragungsleitung und die andere Hauptelektrode mit Erde verbindbar ist und der Spalt zwischen den Hauptelektroden so bemessen ist, daß die so geschalteten Hauptelektroden bei normaler Leitungsspannung nicht überschlagen werden und daß zwei stationäre Triggerelektroden mit einer zwischengeschalteten Kapazität vorgesehen 'sind, wobei jede Triggerelektrode von der entsprechenden Hauptelektrode durch einen Triggerspalt getrennt ist und die Triggerelektroden je über einen Widerstand mit der Hauptübertragungeleitung bzw. Erde verbunden sind und daß die Triggerspalte so angeordnet und berechnet sind, daß eine Feldemission im Vakuum bei einer Spannung einsetzt, die beträchtlich niedriger liegt ale die maximal zulässige Leitungsüberspannung, wobei die

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Anordnung schließlich derart getroffen ist, daß beim Auftreten eines Spannungsimpulses an dem Spalt zwischen den Hauptelektroden zusätzlich zu der normalen Leitungsspannung ein Strom über die Kapazität fließt und ein beträchtlicher Anteil der Impulsspannung an den Widerständen auftritt und demgemäß auch an den Triggerspalten, wodurch der Durchbruch des Spaltes zwischen den Hauptelektroden eingeleitet wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Schutzfunkenstrecke,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellung wie Fig.1; dieses Ausführungsbeispiel stellt eine Abänderung des Ausführungsbeispiels nach Fig.1 dar,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform,bei welcher Kondensator und Widerstandselemente außerhalb angeordnet sind,

Fig. 4 die äquivalente Schaltung der Ausführungsbeispiele nach den Fig.1 bis 3,

Fig. 5 und 6 Strom- bzw. Spannungsdiagramme, die erhalten werden, wenn die Schutzfunkenstrecke in Betrieb befindlich ist.

Gemäß Fig.1 weist die Schutzfunkens trecke, die zur Anwendung bei einer Hochspannungswechselstromübertragungsanordnung bestimmt ist, zwei Hauptelektroden 11 und 12 auf, die je über einen zylindrischen leiter 13,14 mit einer entsprechenden Grundplatte 15,16

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verbunden sind. Die Baeisplatten bilden Klemmen für die Schutzfunkenstrecke und sind demgemäß mit der Hochspannungsübertragungsleitung bzw. mit Erde verbunden. Die Hauptelektroden 11,12 sind kreisringförmig und liegen koaxial zueinander, wobei der Spalt 17 zwischen ihnen so eingestellt ist, daß er unter normalen Leitungsspannungsbedingungen nicht durchschlagen wird.

Koaxial innerhalb der Hauptelektroden 11,12 sind Triggerelektroden 18,19 vorgesehen. Die Spalte 20,21 zwischen den Triggerelektroden und der entsprechenden Hauptelektroden werden bei der Herstellung gemäß den weiter unten beschriebenen Kriterien eingestellt. Die Triggerelektroden 18,19 sind elektrisch über Widerstände 22,23 mit den entsprechenden Hauptelektroden 11,12 verbunden und können von den Basisplatten 15,16 durch Isolatoren 24,25 getragen werden. Die Widerstände 22,23 können entweder von getrennten Elementen oder leitfähigen Überzügen auf den Isolatoren oder durch andere geeignete und bekannte Anordnungen gebildet werden, die de"n gleichen Effekt erzielen.

Die Stirnflächen der Triggerelektroden 18,19 bilden zusammen einen Kondensator 26. Typische Werte für die Widerstände 22,23 sind 10 bis 100 Kilo-Ohm, während die Kapazität des Kondensators etwa 10 bis 100 Picofarad beträgt.

Die erforderlichen Kapazitäts- und Widerstandswerte sind so, daß ■ein Triggerspaltstroaij der seinem Durchbruch folgt, in der Größenordnung von einigen Ampere liegt, wie dies für eine betriebssichere Arbeitsweise erwünscht ist.

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Für die Mehrzahl von Sy st einspannungen und Impulsanstiegswerten führt diese Betrachtung zu einem C χ R-Wert im Bereich von •250 Kiloohm-Picofarad bis 25 000 Kiloohm-Picofarad.

Die Elektrodenanordnung ist in einem vakuumdichten Gehäuse untergebracht, das zwei schalenförmige Glockenisolatoren 27 aufweist, die über Armaturen 28 mit den Basisplatten 15,16 verbunden sind und an ihren breiteren Enden miteinander in Verbindung stehen. Eine Abschirmung 29, die mit den Isolatoren 27 verbunden ist, kann vorgesehen werden, um letztere gegenüber dem Lichtbogen zu schützen.

Zur Evakuierung und Abdichtung des Vakuumgehäuses bei einem Druck in der Größenordnung vo:
richtung 30 vorgesehen.

in der Größenordnung von 10" mmHg oder niedriger ist eine Ein-

Im folgenden wird auf Fig.2 der Zeichnung Bezug genommen, in der entsprechende !Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1 bezeichnet sind. Die Schutzfunkenstrecke gemäß Fig.2 ist die gleiche wie nach Fig.1 mit der Ausnahme, daß die Triggerelektroden 38,39 nicht flach ausgebildet, sondern mit ineinander greifenden Abschnitten versehen sind, um den Kapazitätswert dazwischen zu erhöhen.

Die obere Triggerelektrode 38 weist einen mittleren kreisrunden Vorsprung 40 und einen koaxial hierzu liegenden zylindrischen Vorsprung 41 auf. Dieser weist einen Ringflansch 42 auf, um den Spalt 20 zwischen der Triggerelektrode 38 und der Hauptelektrode

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11 zu definieren. Die untere Triggerelektrode 39 besitzt einen zylindrischen Vorsprung 43» der zwischen die Vorsprünge 40,41 der Gegenelektrode mit geeignetem Abstand einsteht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig.3 bilden Widerstand und Kondensator Teil einer äußeren Schaltung. Wiederum sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform sind die Hauptelektroden 31,52 zylindrisch und werden von den Basisplatten 15,16 über Leiter 53,54 getragen und sie liegen koaxial innerhalb der ringförmigen Triggerelektroden 58,59. Die Basis der letzteren ist mit Ringflansehen 60,61 ausgestattet, die zwischen Teilabschnitten der Isolatoren 27 derart befestigt sind, daß sie über die äußeren Widerstände 62,63 mit den entsprechenden Grundplatten 15,16 und demgemäß über die Leiter 53,54 mit den Hauptelektroden verbunden werden können.

Ein äußerer Kondenstor 66 ist zwischen die Triggerelektroden 58, 59 als Teil der äußeren Schaltung geschaltet. Die Widerstände 62,63 haben gleiche Widerstandswerte wie die Widerstände 22 und 23 und der Kondensator 26 hat den gleichen Kapazitätswert wie der Kondensator 26.

Die Hauptelektroden bestehen aus entgastem, für Lichtbogen widerstandsfähigem Werkstoff.

Bei den äquivalenten elektrischen Schaltungsdiagramm nach Pig.4 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet, wie bei Fig.1. Ss ist jedoch klar, daß dies« Figur ebenfalls den Konstruktionen nach

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den Fig. 2 und 3 äquivalent ist. Wenn die Hauptfunkenstrecke 17 80 eingestellt ist, daß ein Überschlag bei normalen Leitungsapannungen (z.B. 132 kV oder 400 kV bei einer Frequenz von 50 Hz) nicht erfolgt und der Kondensator 26 (oder 66) den angegebenen Wert hat, dann ist der über den Kondensator fließende Strom vernachlässigbar. ( Er ist geringer als ein mA). Auch die Spannungen an den Widerständen 22,23 (oder 62,63) sind vernachlässigbar klein. Die Triggerspalte 20,21 werden bei der Herstellung so eingestellt, daß eine Feldemission im Vakuum bei einer Spannung einsetzt, die wesentlich geringer ist als die Leitungsspannung, so daß beim Auftreten eines Impulses mit hohem Anstiegsverhältnis an der Funkenstrecke 17 zusätzlich zu der normalen Leitungsspannung ein Strom in den Kondensator 26 (oder 66) fließen wird, der proportional dem Differential der Spannung über dem Hauptspalt in Bezug auf die Zeit ist und der größere Anteil der Impulsspannung wird daher an dem Widerstand 22,23 (oder 62,63) auftreten. Die Spannung an dem Widerstand 22 (oder 62) tritt auch am Triggerspalt 420 auf und so über dem Widerstand 23 (oder 63) über dem Triggerspalt 21. Die Feldemission und die folgende Kathodenfleckbildung der Triggerspalte 20,21 leitet einen sofortigen Durchbruch der Hauptfunkenstrecke 17 ein, so daß die Leitung vor der Impulsspannung geschützt wird.

Das Anatiegsverhältnis einer Impulsspannung, die z.B. durch einen Blitzeinschlag in der Leitung erzeugt wird, ist sehr viel größer als das Anstiegsverhältnis der Spannung unter normalen Bedingungen. Die Differenz kann sich in der Größenordnung zwischen 100:1 bewegen.

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Nach dem Durchbruch der Hauptfunkenstrecke 17 fließt ein Strom normaler Frequenz und eine Bogenlöschung und eine Spannungserholung tritt im nächstsatfolgenden Nulldurchgang auf.

In den Fig. 5 und 6 stellt V die Leitungsspannung dar, I₀ gibt den in dem Kondensator 26 (oder 66) fließenden Strom an und I_M„ bezeichnet den durch den Hauptspalt 17 fließenden Strom. Fig.5 zeigt die Wellenformen unter normalen Leitungsspannungsbedingungen, wobei I_n sehr klein und Ι_ΜΓΙ Null ist.

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In Fig.6 sind die Wellenformen dargestellt, die auftreten, wenn eine Impulsspannung auf der Leitung vorhanden ist. Die ausgezogene Linie zeigt die Spannung, die durch die Schutzfunkenstrecke begrenzt ist. Die strichlierte Kurve zeigt die Spannung, die ohne die Schutzfunkenstrecke auftreten würde. Es ist auch die Wiederkehrspannung erkennbar. Der in dem Kondensator fließende Strom I„ kann auf einen Wert in der Größenordnung von 1 Ampere ansteigen. Das dritte Diagramm gemäß Fig.6 zeigt die Funkenauslöschung im nächstfolgenden Stromnulldurchgang.

Falls erforderlich, können mehrere Schutzfunkenstrecken in Reihe geschaltet werden und durch geeignete Einstellung der Spalte während der Herstellung können Leitungen in einem weiten Spannungsbereich durch Standardbauteile geschützt werden.

Die erfindungsgemäße Schutzfunkenstrecke kann auch dazu benutzt werden, andere Apparate, z.B. !Transformatoren und Drosseln, gegen Stoßspannungen zu schützen.

Pa%ntansprüche: 809902/0423

Claims

Patentansprüche : 1ARQIAQ

1.)Schutzfunkenstrecke für ein Wechselstromübertragungssystem, dadurch gekennzeichnet , daß zwei stationäre Hauptelektroden vorgesehen sind, die voneinander in einer unter hohem Vakuum stehenden Kammer isoliert sind, wobei eine Hauptelektrode mit einer Hochspannungswechselstromübertragungsleitung und die andere Hauptelektrode mit Erde verbindbar ist und der Spalt zwischen den Hauptelektroden so bemessen ist, daß die so geschalteten Hauptelektroden bei normaler Leitungsspannung nicht überschlagen werden und daß zwei stationäre Triggerelektroden mit einer zwischengeschalteten Kapazität vorgesehen sind, wobei jede Triggerelektrode von der entsprechenden Hauptelektrode durch einen Triggerspalt getrennt ist und die Triggerelektroden je über einen Widerstand mit der Hauptübertragungsleitung bzw. Erde verbunden sind und daß die Triggerspalte so angeordnet und berechnet sind, daß eine Feldemission im Vakuum bei einer Spannung einsetzt, die beträchtlich niedriger liegt als die maximal zuläeige Leitungsüberspannung, wobei die Anordnung schließlich derart getroffen ist, daß beim Auftreten eines Spannungsimpulses an dem Spalt zwischen den Hauptelektroden zusätzlich zu der normalen Leitungsspannung ein Strom über die Kapazität fließt und ein beträchtlicher Anteil der Impulsspannung an den Widerständen auftritt und demgemäß auch an den Triggerspalten, wodurch der Durchbruch des Spaltes zwischen den Hauptelektroden eingeleitet wird.

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2. Schutzfunkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektroden ringförmig ausgebildet und koaxial die entsprechenden Triggerelektroden umgreifen und ringförmige Triggerspalte bilden.

3. Schutzfunkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß die Triggerelektroden kreisförmig ausgebildet sind und koaxial die entsprechenden Hauptelektroden zwecks Bildung eines kreisringförmigen Triggerspaltes umgeben.

4. Schutzfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator unmittelbar zwischen den Triggerelektroden gebildet wird.

5. Schutzfunkenstrecke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Triggerelektrode mit einem kreisringförmigen Vorsprung ausgestattet ist, der in eine Ringnut der anderen Triggerelektrode einsteht.

6. Schutzfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator außerhalb der Kammer angeordnet ist.

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7. Schutzfunkenstrecke nach den Ansprüchen 6 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Triggerelektroden je mit einem Ringflansch ausgestattet sind, der durch die Wandung der Kammer steht,und daß der Kondensator zwischen die Ringflansche gestaltet ist.

8. Schutzfunkenstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerslände innerhalb der Kammer angeordnet sind.

9. Schutzfunkenstrecke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstände in Gestalt leitfähiger Überzüge auf den Iaolatoren ausgebildet sind, von welchen die Triggerelektroden getragen werden.

10. Schutzfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstände außerhalb der Kammer angeordnet sind.

11. Schutzfunkenstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dieser Funkenstrecken in Reihe zueinander zwischen der Hochspannungswechselstromübertragungsleitung und Erde geschaltet sind.

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