DE1463765A1 - Explosionssichere Blitzschutzeinrichtung - Google Patents

Description

Fittiiffliivaft ι / c ο τ c c

s. θ. Wdfifiousefl H 6 376 5

MOnchsn

WldenmsytMtrat· 4· \\ V . "j .,' -,:· * Manchen, den

Westinghouse Electric Corporation in BaBi; Pittsburgh, Pa., USA Explosionssicher Blitzschutzeinrichtung

Dia Erfindung betrifft eine Blitzsohutzeinriahtung mit nicht-linearem Widerstand, die mit einer Explosionssicherung versehen ist.

Wenn ein duroh Blitzsohlag hervorgerufener Ueberstrom über eine Blitzschutzeinrichtung mit nicht-»line ar em Widerstand entladen wird, so fließt ein Polgestrom durch die Blitzsohutzeinriohtung, bis die-ae ihre isolierende Eigenschaft bei Nennspannung wiedergewonnen hat» Unter liormalbedingungen wird so der Folgestrom" ohne Beschädigung der Blitzsohutzeinriohtung unterbrochen. Gelegentlich bewirkt jedoch die Blitzenergie oder die lolgeenergie eine Beschädigung des nioht-linearen Widerstandes oder der funkenstrecke, so daß der lolgestrom weiter durch die !funkenstrecke mit niedrigem Widerstand fließt, wobei der nicht-lineare Widerstand nur geringe Begrenzungswirkung aufweist. In diesem Zustand ίεοηηβη die durch den folgestrom entwickelte Warme und gezogene)! Id oht bögen die Blitz schutz einrichtung j zum Explodieren bringen. Ob dies vorkommt, hängt in,gewisaem Maße von der Maximalenergie des Leitungssystems und ferner von den Grenzwiderständen innerhalb des Systems selbst gegenüber Erdatrömen ab* ·

Die Explosion der Blitzschuiaiinriehtung rührt von der Ansammlung -nter Xlruok stehenden Gase« aus dem beschädigten Widerstand o4«r aer beeohädigttn Funk#netr«oiie oder von Liohtbogfnbildungtn länge

von tiner BAD

— Ρ— ' ■

dieser Faktoren her. Seifest wenn eine Sioherungseinrichtung verwendet wird, um den Folgestrom zu unterbrechen» wenn ein Widerstand ausfällt, bleibt trotzdem eine Bxploaionsmögliohkeit bestehen, da die Explosion in manchen Hallen bereits vor dem Abschalten eintritt und in anderen lallen selbst nach dem Absohaiten und dem Unterbrechen des Folgestromes vorkommen kann, wenn die Abschaltung nicht gleichzeitig zu einer Druckentlastung führt* Wenn in der Zwischenzeit sioh ein ausreichender Druck in dem Gehäuse aufgebaut hat, so kann sogar später noch eine Explosion eintreten, wenn die Blitzschutzeinrichtung fonjainem Arbeiter oder auf anderem Wege einen Stoß erhält.

Um solche Explosionserscheinungen zu verhindern, ist erfindungsgemaß an der Innenwand des aus Isoliermaterial wie Porzellan bestehenden Gehäuses einer Blitzsohutzeinrichtung der angegebenen Art eine elektrisch Isolierende und wärmebeständige anorganische, biegsame oder gegossene Auekleidung vorgesehen. IkLe Auskleidung kann entweder zwischen der Funkenstrecke oder dem Widerstand und dem Gehäuse oder zwischen der ganzen Serienschaltung von Funkenstrecke und Widerstand und Gehäuse angebracht sein» Es zeigt sich, daß in diesem falle keine Explosion auftreten kann, wenn im nichtlinearen Widerstand ein Schaden vorkommt. Klee hängt offenbar mit der Gasabsorption und der Unterdrückung von lioatbögen durch die Auskleidung zusammen» .

Die lelinduag Wird naohetehena an· Ha4ä 4er Zeichnung erläutert. Hier-

H63765

RLg. 1 Eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungs«

gemäfien Blitzschutzeinrichtung und Fig. 2 ein längspohnitt der erfindungsgemäßen Auskleidung»

Einzelheiten der in IPig« 1 schematieoh dargestellten Blitzsohutzeinrichtung 10., die zum. Yerständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, sind nachstehend, nicht "beschrie!?en* SöHgfafd. in diesem Zusammenhang auf die Patentanmeldungen W J3 795 vom 25· Januar 63 und W 29 794 vom 28» Januar 1963 verwiesen.

IiLe Blitzschutzeinriohtung 10 besitzt ein rohrförmigen Gehäuse 12» worin sich eine lunkenstr.eeke 14 und ein nioht "-linear er Widerstand 16 befinden. Biese sind φα Reihe£> zwischen der Leitungsklemme 18 und

der Erdklemme 20>gesehaltet. ..

Eine Porzellankappe 22 ist am oberen Ende des Gehäuses 10 dicht befestigt und trägt ihrerseits die Iieitungsklemme 18. Die Befestigung der Iieitungsklemme 18 an der Kappe 22 kann beispielsweise mittels einer Schraubenmutter 19 geschehen. Um die Klemme 18 an eint Iiei«

tung anzuschließen, ist ein isolirendes Handrad 24 vorgesehen_# das einen leitenden Einsatzteil 26 aufweist· Dieser gleitet längs dines nicht dargestellten^mit Gewinde versehenen Seiles der Klemme 18. So kann ein leiter zwischen der Klemme 18 und dem Einsatzteil 26 an

.der Stelle 28 eingeklemmt werden, intern einfach das Handrad 24 an« gezogen wird. Eine genauere Besohreibung dieser Ansohlußvorriohtung befindet eich in der oben erwähnten Patentanmeldung W 29 794» ,

009^13/0936

H63765

Ibβ untere &ide dee Ableitergehäueea 1ft let ebenfalle dichtend geschlossen, und zwar besteht die Schließvorrichtung in diesem falle aus einer Sioherung 30. Die Ausschalte!eherung 30 trägt die Erdklemme 20 und ist, um dl· Verbindung mit dem ErdanaohluJ zu unterbrechen und in diesem Befiele auch den inneren Druck zu. entlasten_f se eingerichtet, daß sie vom Ableitergehäuse 12 abgelöst wird, wenn ein übermäßige lärme erzeugender Fehlstrom sich im Ueberstromableiter 10 entwickelt« Sine weitere Beschreibung dieser Sioherungseinrichtung befindet eich in den oben erwähnten Patentanmeldungen* Ein isolierendes Handrad 32, das in ähnlicher Weise wie das Handrad 24 ausgebildet ist, dient zur Befestigung des Erdleiters an der Erdklemme 20.

Die funkenstrecke 14 befindet eich in diesem Beispiel in einem eigenen Abteil 34 und dient dazu, normalerweise die Leitungeklemme 18 und die an sie angeschlossene Leitung von Erde zu isolieren. Venn dagegen eine Ueberspannung an der Klemme 18 auftritt, so schlägt die funkenstrecke 14 über und ergibt eine Lichtbogenentladung verhältnismäßig niedrigen Widerstandes. Sin Auefiihrungsbeispiel einer solchen Funkenstrecke 1st beispieleweise in der Patentanmeldung W 29 794 beschrieben. Sie kann aus mehreren Paaren scheibenförmlger Elektroden 36 bestehen, die voneinander duroh mittlere Ieolierecheiben getrennt sind* Diese bestehen 2.B. aus Rutill oder einem anderen passen&tn Isoliermaterial. Am äußeren ttafang der Hektrodtnpaar· 35 befindet floh ftwleohen je zwei Elektroden 36 tin hohliyullUlMhir Lioktböfinbtgrenaer 38» ■ /

Ί 3/ÖÖ36

U63765

Zum Zusammenhalten der funkenstrecke 14 dient tin mittlerer Isolier st al) 40. Dieser geht duroh entsprechende Mittelöffnungen der Hektroden 36, der ernannten Abstandssoheiben und einer Kontakt-* platte 42· Sine Trennwand 44 kann verwendet werden, um das Funkenstreckenabteil 34 von einem Abteil 46 zu trennen, worin sich der nioht-lineare widerstand 16 befindet. Die Trennwand 44 besteht aus einem elastischen Isoliermaterial wie Kork-Neopren und kann eben-* falls den Isolierstab 40 aufnehmen. Die Trennwand 44 liegt derart gegen die Kontaktplatte 42 an, daß ihr Umfang die Innenwand des Ableitergohäuses 12 berührt·

BLe fertig zusammengesetzte funkenstrecke 14 wird schließlich ao befestigt, daß U*fOrmige Muttern 48 (nur eine gezeigt) auf die Enden des Isolierstabes 40 aufgesohraubt werden· Sin oder mehrere Arme 50, die von den Muttern 48 auegehen, besorgen den Kontakt, beispielsweise zwisohen der funkenstrecke 14 und der Anschlußklemme 18 bzw. daran Befaetigungsmutter 19·

Die Kontaktplatte 42 ist mit einem mittleren Fortsatz naoh oben versehen» der duroh die Trennwand 44 hindurohreioht und für den Kontakt alt der benachbarten funkenstreokenelektrode 36 sorgt, für einen guten und dooh nachgiebigen Kontakt der ganzen funken-* streoke dient ein· gleitende Druckfeder 52, die vorzugeweise kur* getohloeeen ist und eioh iwieohen der Konttlrbplatte 4a und einer oberen Kontafctplatte 54 *·· nloht-linearen fideretandee 1* Im AV*

H63765

blöoken 55 zusammengesetzt, die zwischen der· oberen Kontaktplatte 54 und einer unteren Schraubenfeder 56 liegen· Letztere stellt ^: den elektrischen Kontakt mit der Erdklemme 20 über die Sicherung 30 her* Der Widerstand 55 weist einen nicht-linear absinkenden widerstand als Punktion zunehmender Spannung auf, "besitzt also verhältnismäßig geringen Widerstand bei Blitzentladungen mit hoher Spannung, aber weist einen erheblichen Widerstand bei Folgeströmen hoher leistung aber geringerer Spannung auf. Demgemäß drosselt der Widerstand 55 im allgemeinen den Folgestrom sehr wirksam, nachdem eine Blitzentladung erfolgt ist. Der Widerstand 55 kann aus bekannten Stoffen bestehen, beispielsweise aus Siliziumoarbit allein oder mit einem Bindemittel wie einem glasig gebrannten keramisohen Stoff oder NatriurneiIiοat.

la kann aber nun vorkommen, daß der Ueberspannungsableiter 10 im Betrieb durch ungewöhnlich heftige Blitzentladungen oder ungewöhn-Iioh starke Stromstöße beschädigt wird. Bin solcher Schaden kann anfange die ?orm eines Materialfehlerβ im Widerstandeblook 55 annehmen. Wenn ein scloher Materialschaden eintritt, so werden die Widerstände eigenschaft en de« Blockes 55 erheblich geändert, d. h. insbesondere der Wideretand sinkt auoh bei geringeren Spannungen etark ab und es entwickelt sioh eine erhebliche Stromwärme, die zu etarker Temperaturerhöhung führt und d*duroh eine Verdampfung dee Wideretandematerials einleitet· Bo ergeben sich hohe Gasdrücke und in fine» oder beiden Abteilen dee AbIeitere. Auoh in d#* AinJIIAitreolie 14 kann ftDeiqftligt H**eprodu*tlon and Verdampf

BAD ORIGINAL

tinter die β en Umstünden kann unerwünschter Ueberschlag eintreten,. insbesondere «wiaohfcn dem Bio öle 55 und der Wand dta Gehäuses 12 Od«r läng* dee Blockes 59 im Zwiaohenraum »Wischern Ihm und. der Wand ass Gehäueee 12. Die beschriebene Druckerhöhung oder der mit aen UebersohlÄgen einhergehende f&rmsatoß oder eine Kombination dioser Paktoren kann demgemäß eine Explosion dee Gehäuses 12 hervorrufen. "■·.'· -ί; :,{■ "■- ,-■-.. ■' - . ..' ■ '. , .:

Dies kann selbst dann eintraten» wenn die Bioherung 30 β ο gebaut ' ist, daß eie beim Auftreten eines 8ohadena im Widerstandsblook 55 vom Gehäuse 12 abgelöet wird» Be^pielsweiee können die BxploeioniH· kräfte βich bereite entwickelt haben, bevor die Sioherung 30 über· haupt aasprioht. Ferner aind in zahlreiohen im Handel befindlichen Ueberapannungeableitern die Sicherungen nioht ao eingerichtet, daß sie eine Druckentlastung des Gehäueeinneren bewirken. Ee ist; sogar solion vorgekommen, daß erst dann eine Explosion eintrat, wenn das Ueberepannungsableitergehäuse einen Stoß duroh das Werkeeug ein«a Arbeiters oder dergleichen erhielt« Ih solchen lallen besteht erhebliche Unfallgefahr.

diese Explosionsgefahr ausausohalten, ist erfindungsgemäß ein» Auskleidung 56 zwischen der Anordnung 16 oder der Anordnung H Oder beiden Anordnungen und der Innenwand des Gehäueee 12 angeordnet. In ,den meieten IUlltn genügt die Anordnung der Auekleidung 58 IWisohem den Wi* era t and β block 16 und der Wand des aehäuee* 18, 0* 411*·

/ . Explosion BU verhüten·

Hie Auskleidung 58 ist vorzugsweise "biegsam oder gegossen, so daß sie sich an den Umriß des Widerstandes 16 anpassen kann. Ferner ist sie vorzugsweise in der Dicke so gewählt, daß der Widerstand 16 zur Innenwand des Gehäuses 12 zentriert wird. Der Werkstoff der Auskleidung 58 ist vorzugsweise anorganisch und gibt keinen Kohlenstoff ab, so daß keine Lichtbogenspuren entstehen. F_erner ist die Auskleidung hitzebeständig und feuerfest. Somit ist die Auskleidung 58 wirksam gegen Lichtbogenbildung, die eine der Hauptursachen von ExploBionskräften darstellt. Ferner soll der Werkstoff der Auekleidung Gase"absorbieren, um so Druckerhöhungen in Gehäuse 12.ZU verhindern.

Zur Bildung der Auekleidung 58 können beispielsweise Glasfasern

und anderes Material dienen, JEs wurde gefunden, daß Asbestpapier die obigen Anforderungen besonders gut erfüllt. Wenn eine fortlaufende Holle aus Asbestpapier oder dergleichen zur Herstellung der Auskleidung verwendet wird, so kann diese in mehreren Schichten (Pig· 2) gebildet werden, oder es kann eine einzige Sohioht mit einer kleinen Ueberlappung verwendet werden. Die jeweilige Dioke der Auskleidung 56 hängt natürlich in gewissem Ausmaße von der Größe des betreffenden Ueberspannungsableiters ab.

Bei Versuchen wurde festgestellt, daß in einem Fehlatrombereioh von 25 bis 5 000 Ampere und unter anderen festgelegten >rüfbedingungen die. geringste Dioke dee Asbestpapier es, bei der Iceint Sbc» plosion auftreten konnte, 1,15 tm betrug. Bei einer Versuchsreihe

909813/0936

H63765

wurden 4 legen Asbestpapier mit einer Zäoke von je 0,38 mm verwendet, nährend bei einer anderen Versaohsreihe eine einzige' lage Asbestpapier mit einer Moke von 1,6 mm verwendet wurde· Das Asbest«» papier kann aus kurzen oder langen Asbestfasern hergestellt warden und hat vorzugsweise einen kleinsten faeergehalt von 88 £. Glasfasergewebe mit einer Stioke von 1,6 mm wurde ebenfalls erfolgreich verwendet, hat aber einigt unangenehme Verarbeitungseigensohaften, die seine Vorteile aufwiegen*

3D±e Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das in Tig. 1 dargestellte AusfQhrungsbeispiel eines Ueberspannungsableiters beschränkt * sondern kann auoh bei anderen Konstruktionen Verwendung finden, bei denen Explosionen auftreten können»

Claims (3)

Ansprüche

1. j Ueberspannungsableiter mit in einem Isoliergehäuae eingeschlossenen, in Reihe geschalteten Tunkenstreoken und nioht-linearen Widerständen, daduroh gekennzeichnet, daß mindestens zwisohen den nioht-linearen Widerständen (55) und der Innenwand des ,Iaoliergehäuses (12) eine hitzebeständige und feuersichere Wand« auskleidung (58) angeordnet ist·

2» Ueberspannungsableiter naoh inepruoh 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Wandauskleidung aua einem anorganischen, keinen Kohlenstoff abgehenden Material besteht.

3. Üeberapannungsableiter naoh-Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandauskleidung aus Glasfaser besteht.

4· üeberspannungeableiter naoh Anspruch 1 oder 2, daduroh gekenn-

■tiohnet, dafi die Wandauskltidnng aua Aebeetpapier mit einer Siok· von mindestens 1,15 am besteht.

9· Ütttrepannuiifeablti-tt» naoh Anepruoh 4» daduroh gekennzeichnet, dU da· Α«%·«ΐ9»9ΐ·ν tintn Hütrgthalt Ttn mind «ten β 88 0 *uf-

' Ί

BAD