DE1538509A1 - UEberschlagsteuerkreis fuer eine Nebenschluss-Funkenstreckenanordnung bei einem UEberspannungsableiter - Google Patents

Description

Expl.

Patentanmeldung

Anmelder: General Electric Company, Schenectady, N.Y.,V.St.A.

Überschlagsteuerkreis für eine ITebensehrußffunkenstreckenanordnunff bei einem Überspannungsableiter

Die Erfindung betrifft Blitzableiter und insbesondere Verbesserungen bei stromschaltenden Nebenschluß-ffuTikenstreckenanordnungen für ventilartige Überspannungsableiter zur Verwendung bei Anlagen mit hoher Schaltstoßenergie, wie z.B. Übertragungsleitungen für äußerst hohe Spannungen oder bei Kabelschaltungen für niedrigere Spannung.

Ein Blitzableiter stellt ein elektrisches Analog zu einem mechanischen Sicherheitsventil in soweit dar, daß dieser ein Entweichen des normalen elektrischen Druckes (Spannung)verhindert, während er automatisch ein Snt-009808/0573

weichen oder Ablassen eines Überdruckes zuläßt, um einen Bruch der den elektrischen Druck einschließenden Mittel (Isolierung) bei der elektrischen Vorrichtung zu verhindern» bei der es sich beispielsweise um Starkstromübertragungsoder -Verteilungsschaltungen entweder in '!form von freileitungen oder von Kabeln handeln kann. Wie der Name Blitzableiter schon andeutet, ist der Blitz die historiBche Ursache für solche Überspannungen, obwohl seit langem auch schon anders verursachte Schaltstöße bekannt sind.

Als im Laufe der Jahre die Arbeit sspannungE-hfür Kraftanlagen progressiv auf 230 kV, dann auf 34-0 kV und jetzt auf 500 bis 700 kV angestiegen sind, wurde gefunden, daß der hiermit verbundene noch stärkere Anstieg in der Schaltstoßenergie (letztere ist proportional dem Produkt aus der Kapazität und der Quadratwurzel der Arbeitsspannung der Anlage) höhere Anforderungen an Ableiter stellt als Blitzeinschläge. Eine Möglichkeit, wie ein Blitzableiter die sehr hohe SchaltStoßenergie bei 500 kV und 700 kV Anlagen ableitet, besteht darin* diesen mit einem zusätzlichen Ventilwiderstandsmaterial auszurüsten, welches von einer stromschaltenden Punkenstreekenanordnung nebengeschlossen ist, bei der im allgemeinen ein Überschlag nur bei Blitzstößen erfolgt, aber gelegentlich auch während einer Entladung von Schaltstößen niedrigerer Spannung aber längerer Dauer erfolgen kann. In einer 000808/0579

Zeit, die im Vergleich zur Dauer.eines typischen Blitzstoßes lang, aber im Vergleich zur Dauer eines typischen Schaltstoßes kurz ist, läßt die ITebenschluß-Punkenstrecke, falls an dieser ein Überschlag erfolgt ist, eine ausreichende Lichtbogenspannung entstehen, um praktisch den gesamten Strom des Überspannungsableiters in das zusätzliche Ventilwiderstandsmaterial zu schalten, so daß letzteres nicht nur immer zur Verfügung steht, um die bchaltstoßenergie für praktisch die gesamte Dauer eines /Jchaltstoßes zu absorbieren, sondern ebenfalls immer zur Verfugung steht, um den 3?o Ige strom nach einem Blitzentladungsstoß, welcher Strom aufgrund der I'Tennspannung der Leitung fließt, zu begrenzen.

Zur Erzeugung einer ausreichend hohen Lichtbogenspannung ist es erforderlich, den Lichtbogen stark zu verlängern, und bei stromschaltenden Nebenschluß-iunkenstreckenanordnungen wird dies bei einer vernünftigen Spaltweite dadurch erreicht, daß jede Anordnung eine Vielzahl von ähnlichen Funkenstrecken besitzt, die in Reihe miteinander und mit einer Magnetspule geschaltet sind, um ein gemeinsames magnetisches Feld zur Verlängerung der einzelnen Lichtbogen zu schaffen, wobei die Summe dieser Längen die Gesamtbogenlänge der Anordnung ist. Gewöhnlich wird die Spule gegen Überspannung durch eine Hebenschluß-Funkenstrecke, die im wesentlichen ähnlich den anderen i'unkenstrecken ist, geschützt, um eine Lichtbogenspannung zur schnellen Abschaltung des Ableiterstromes in der Spule hervorzurufen. 00 9 808/ÖS 7 9

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Bei solchen stromschaltenden Eiebenschluß-Funkenstreckenanordnungen besteht eine Schwierigkeit darin, diesen eine ausreichend niedrige überscHagspannung zu geben und die Überschlagspannung sehr stabil und unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung zu machen·

Die stromschaltende Nebenschluß-Funkenstrecke sollte eine genügend niedrige Grundüberschlagspannung besitzen, so daß diese bei Blitzstößen immer bei solch niedriger Spannung überschlägt, daß der äußere Widerstand beim Ableiter daran gehindert wird, die Ableiterspannung über den maximalen Wert hinaus zu vergrößern, der vorliegen würde, wenn der äußere Widerstand nicht vorhanden wäre· Andrerseits sollte die stromschaltende Funkenstrecke eine ausreichend hohe Grundüberschlagspannung besitzen, damit ihre hohe Bogenspannung keine Wfederzündung bei Folgeströmen und Schaltstößen verursacht. Gewöhnlich ist bei einer Vielzahl von ähnlichen, in Reihe geschalteten Funkenstrecken die Überschlagspannung der Reihenschaltung annähernd gleich der Anzahl der Funkenstrecken, multipliziert mit ihrer jeweiligen Überschlagspannung. Selbstverständlich kann man die Überschlagspannung der Reihenschaltung oder Kombination nicht niedriger als die Überschlagspannung von jeder ihrer Komponenten machen. Da die Nebenschluß-Funkenstrecke durch einen in Reihe mit einer oder mehreren Hauptfunkenstrecken liegenden Widerstand nebengeschlossen ist, braucht diese nicht der

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Arbeitsspannung der Anlage standzuhalten und kann deshalb eine Überschlagspannung besitzen, die unabhängig von der Spannung der Anlage ist. So anomal es scheint, können solche Funkenstreckenanordnungen eine höhere Lichtbogenspannung als 'Überschlagspannung besitzen, da die Lichtbogenspannung die Summe der Lichtbogenspannungen der einzelnen in Reihe geschalteten Funkenstreckdn ist. Im Falle einer einzelnen Funkenstrecke würde dies ein unmöglicher Widerspruch sein, da es keinen einzelnen Lichtbogen gibt, dessen Gegenspannung die Spannung übersteigt, die ihn erzeugt.

Dementsprechend ist ein Ziel der Erfindung, einen neuen und verbesserten Überschlagsteuerkreis für Funkenstreckenanordnungen von Überspannungsableitern zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten Überschlagsteuerkreis zur Verringerung der Überschlagspannung einer Vielfachfunkenstrekke auf einen gewünschten Wert zu schaffen, welcher irgendwo zwischen der Überschlagspannung einer Funkenstrekke und der Summe aller Überschlagspannungen der Funkenstreckenanordnung liegte

Ein weiteres Ziel der -Erfindung besteht darin, einen Überschlagsteuerkreis für'stromschaltende Funkenstreckenanordnungen zu schaffen, der im wesentlichen unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung ist.

Ein zusätzliches Zdel der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten tJberschlagsteuerkreis zu schaffen, "bei dem bestimmte Elemente die doppelte Aufgabe ausführen, daß sie einmal die zugehörigen Hauptfunkenstrecken vorionisieren und zum anderen die Überschlagspannung auf die Hauptfunkenstrecken derart verteilen, daß die einzelnen Funkenstrecken kaskadenartig überschlageno

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen!

I¹Ig. 1 ein Blockschaltbild eines Überspannungsab-

leiters, für den die Erfindung verwendbar ist;

^ig. 2 ein Schaltschema einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 ein Schaltschema einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Schema eines wberspannungsableiters_t der für Schaltungen mit äußerst hoher Spannung, z.B. 50Q oder 700 kV-Schaltungen verwendbar ist, wobei selbstverständlich in der Praxis ein solcher "Überspannungsableiter aus einer großen Anzahl von in Heihe geschalteten derartigen Einheiten bestehen würde. Die Einheit 1 umfaßt eine Hauptfunkenstreckenanordnung 2, die entweder

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strombegrenzend oder nichtstrombegrenzend sein kann, wobei im ersteren« PaIIe eine Lichtbogenspannung bald nach Überschlag erzeugt wird, die der öberschlagspannung vergleichbar ist, während im·letzteren Fall eine gewöhnliche Stromunterbrechungs- oder Lichtbogenlöschvorrichtung vorliegt, die keine wesentliche Lichtbogenspannung, sondern rasch eine rTiederkelirspannung nach ITulldurchgang des Normalstromes erzeugt. In Reihe mit der ^auptfunkenstrek» ke ist ein Hauptventilwiderstand 3 aus allgemein bekanntem Material geschaltet, der eine negative Widerstandskennlinie besitzt. Ebenfalls liegt in Reihe mit dem Ab leiter ein zusätzlicher nebengeschlossener Ventilwiderstand 4-, der im wesentlichen ähnlich dem Widerstand 3 ist und der durch eine ITunkenstreckenanordnung 5 vom stromschaltenden Typ nebengeschlossen ist, welche rasch eine Lichtbogenspannung nach einem Überschlag erzeugt, die vergleichbar ihrer Überschlagspannung ist, so daß der Ableiterstrom in das zusätzliche Ventilwiderstandsmaterial geschaltet wird, wobei die Aufgabe eines solchen zusätzlichen WiderStandsmaterials darin besteht, den SchaltenergieBtoß zu absorbieren und den Folgestrom zu begrenzen.

£>a die Kebenschluß-Punkenstreckenanordnung 5 nicht der angelegten Betriebsspannung standhalten muß, braucht diese nicht ein so hohes Überschlagniveau wie die ^auptfunkenstrecke 2 zu besitzen, und tätsächlich ist es er-

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forderlich, daß diese ein vergleichsweise niedriges Überschlagspannungsniveau besitzt, so daß das zusätzliche Ventilwiderstandsmaterial aus dem Kreis herausgenommen wird, um die Entladespannung des Ableiters während der Entladung der iJberspannungsstoße auf die gewünschten Schutzniveaus zu begrenzen.

Pig ο 2 zeigt das 'Schaltbild einer ITebenschluß-Funkenstrekkenanordnung 5 entsprechend der vorliegenden Erfindung. DieAnordnung ist mit Eanklemraen 6 und 7 versehen, zwischen die in Reihe eine Vielzahl von Hauptfunkenstrecken geschaltet sind, von denen vier als Beispiel dargestellt und mit G., G₂, G^ und G^, bezeichnet sind» Die Anordnung umfaßt ferner eine in Reihe geschaltete Magnetspule 8, die vorzugsweise räumlich und elektrisch nahe der Mitte des Reihenkreises angeordnet ist, so daß ihr magnetisches Feld im wesentlichen gleiche Stärke zwischen den Elektroden aller Funkenstrecken aufweist« Eine Funkenstrecke G₁-, die im wesentlichen ähnlich den anderen Hauptfunkenstrekken ist, liegt parallel zur Spule 8, um diese während der' Stromableitung des Ableiters gegen "überspannung zu schützen und um den Entladestrom in die Spule zu schalten, damit deren magnetisches Feld und damit die Bogenablenkung an den Funkenstrecken G^, bis G,- verstärkt wird. Die Funkenstrecken G^ bis G₁- können irgendeinen geeigneten körperlichen Aufbau aufweisen und und sind vorzugsweise als übliche Hörnerfunkenstrecken ausgebildet, so daß sie

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zwangsläufig dazu .neigen, ihre Lichtbogen zu verlängern, und die Polarität der Spule 8 wird derart gewählt, daß ihr Magnetfeld die einzelnen Iviagnetfeider der Funkenstrecken verstärkt.

In Reihe zwischen die Klemmen 6 und 7 sind ferner -"ilfsfunkenstrecken S-, Sp, S, und S^ geschaltet, die nicht nur als Vorionisierer für die jeweiligen Hauptfunkenstrecken G-^, Gp, G^ und G₄, _y wirken, sondez'n ebenfalls die aufeinanderfolgende Anlegung der Überschlagspannung an die ^xiauptfunkenstrecken steuern. Daher ist die Hilfsfunkenstrecke S^ räumlich neben der Funkenstrecke G^ angeordnet, so daß diese beim überschlagen den Saum zwischen den Elektroden von G^ ionisiert oder bestrahlt, und das gleiche trifft zu für Sp gegenüber G₂, für S, gegenüber und für S^ gegenüber G^» In Reihe mit den Funken

strecken S^ bis S^ sind ein Paar von widerständen R* und Rp geschaltet, von denen der erste dazu dient, im wesentlichen die gesamte angelegte Spannung an die Funkenstrekke' G^j zu leiten, die, wie nachfolgend noch erläutert wird, die erste zu-iasündende Haupt funken strecke ist und die folglich als die Auslösefunkenstrecke bezeichnet werden kann. Der Widerstand Ep dient in erster Linie zur Festlegung des Niveaus der angelegten Spannung, bei dem die Auslösefunkenstrecke überschlägt. Wie ersichtlich, liegt der Widerstand S^ zwischen S^ und Sg, aber dies ist nicht wesentlich, und die ralative Lage von S^. und R^ kann um-

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gekehrt werden« Es ist, jedoch - v/eseiTclich, daß R^ oberhalb von S^ liegt, d«h. zväschen S^ und der klemme 6. Der 'Widerstand Rp ist zwischen Sp und ,o-, aus C-r'dnden geschaltet, dieaus der Beschreibung der .Virkungsveise der ochaltung nach ö?ig. 2 hervorgehen werden. Ein T/iderstand R, liegjt parallel oder im i'ebenschruß zu S. und R^, und ein Widerstand R^, liegt parallel zu S^., \vo"oei diese widerstände vorgesehen sind, um die gevninschte Reihenfolge "bei den "Überschlägen der Funkenstrecken S. bis S^ hervorzurufen.

Kopplungswiderstände Rr, Rg und Rr₇ dienen zur Zwischenverbindung des Stromkreises der Punkenstrecken S mit dem Btromkreis der Funkenstrecken G, wobei R₁- zwischen die Verbindung von G-, - G^ und die Verbindung von S^ S^ geschaltet ist; R,- liegt zwischen der Verbindung von G, ~G[- und der Verbindung Rp - S, und Rr₇ zwischen G^ G₂ und R^ - S₂O Ein Kondensator C,.> der im Hebenschluß zu Rp liegt, macht die uberschlagspannung der Funkenstreckenanordnung im wesentlichen unabhängig von der wellenform der angelegten Spannung, und ein im lieben-Schluß zur Spule 8 liegender Kondensator O^ dient dazu, die Spule wirkungsmäßig solange kurzzuschließen, bis Überschlag der Funkenstrecken G>, bis Q₁, hervorgerufen worden ist ₀

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'Die Arbeitsv/eise der o'chal-tung nach i'ig» 2 ist wie folgte ^s wird angenommen, daß die i'unlieiistr ecken Gy. bis G₁- im wesentlichen den gleichen Elektrodenabstand und gleiche individuelle tberschlagspannungen besitzen und daß die x^?unkenstrec;:'eii S^. Ms S^ gleichen Elektrodenabstand -'aufweisen,, der etivas weniger als die Hälfte des Elektrodenabstandes der G-Punkenstrecken beträgt, so daß die S-I'unkenstreeken jeweils eine tberschlagspannung besitzen, die Gt¹VaS geringer als die Hälfte der L^;bersclilaßspannung einer jeden der G-Funkenstrecken ist. Es sei nun angenommen, daß die cpannung z\?ischen den Klemmen 6 und 7 wächst. In diesem Susammenhang macht es keinen ^ünterschied, an \?elcher Klemme das höhere Potential anliegt, aber" aus Gründen der Erläuterung sei angenommen, daß an der. Llem-r mez 7 das niedrgxere Potential anliegt, das auf Erdpotential gehalten wird, und daß an der Klemme 6 das gegenüber der Erde ansteigende Potential anliegt» Es wird ferner für den Augenblick unterstellt, daß-Ep und CL kurzgeschlossen sind oder daß Rp im.'we sent liehen den ..id erst GJDd EuIl aufweist, was auf dasselbe hinausläuft. Da der effektive v7ider stand der Funken strecken S₀ und S,

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sehr viel höher als der widerstand von E₃," und E^ ist, liegt praktisch die gesamte angelegte Spannung an Sp und S^, so daß diese i'unkenstrecken überschlagen, wenn die angelegte Spannung einen Wert erreicht, der etxms niedriger als die Überschlagspannung einer G-Funkenstrecke isto

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7/enn bei S₂ und S₇ ein Überschlag erfolgt, ist ihre Lichtbogenspannung sehr viel niedriger als die Spannung an R₅. und R., so daß dann praktisch die gesamte angelegte Spannung an S. und S. anliegt und bei diesen ein Überschlag erfolgt. Zu dieser "eit liegt praktisch die gesamte angelegte Spannung an R^, wobei zur Zeit angenommen ist, daß R₂ Einen vernachlässigbaren 'Widerstand besitzt. Die übergeschlagenen Funkenstrecken S_x, bis S^ ionisieren jetzt ihre entsprechend bezifferten Ö-ffunkenstrecken, und wenn die angelegte Spannung einen solchen ;/ert erreicht, daß die Spannung an R^ gleich der Überschlag spannung von G^. ist, erfolgt an G.ein Überschlag; die anfängliche Lichtbogenspannung ist hierbei niedrig, weshalb das Potential an der oberen, in der Zeichnung gezeigten Elektrode von Gp sofort sehr nahe bei dem Potential der Klemme 6 liegt, während das Potential an der unteren Elektrode von G₂ sehr nahe bei dem Potential der Klemme 7 liegt, da das rechte Ende des Koppiunggwiclerstandes Rg sich wegen der geringen Lichtbogenspannungsabfälle bei S^ und S^ im wesentlichen auf dem Potential der KlemmeTbefindet; da die untere Elektrode von Gp an diesen Punkt über Rg und G₂ oder die Spule 8 angeschlossen ist, befindet sich diese also im wesentlichen auf dem gleichen Potential vde die Klemme 7· Infolgedessen liegt praktisch die gesamte angelegte Spannung an Gp und bringt diese zum Überschlagen. Da sich die Spannung am Kondensator C₂ nicht sofort ändern kann, wird dasPoten-

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tial an der oberen .Elektrode von G₂ sofort im wesentlichen das Potential der Klemme 6 annehmen, während die untere Elektrode von G-, im wesentlichen auf dem Potential der Klemme 7 bleibt, mit der diese Elektrode über die durchgezündete funkenstrecke S^ und den Kopplungswiderstand Hc- verbunden ist ο Dementsprechend liegt die volle angelegte Spannung nun an G^ und bringt diese zum überschlagen, wodurch wiederum im wesentlichen die volle Spannung an G^, angelegt wird, deren obere elektrode dann ' im-" wesentlichen auf dem Potential der IQemme 6 liegt und deren untere Elektrode mit der Klemme 7 verbunden ist, so daß bei G^ ein Überschlag erfolgt„ V.enn die !Tunkenstrecken G. bis G^ übergeschlagen sind, liegt nahezu die gesamte angelegte Spannung an G₁-, die überschlägt und damit den Überschlag der gesamten iunkenstreckenanordnung 5 kaskadenartig bei einer angelegten Spannung vervollständigt, die nicht viel höher als die ^berschlagspannung der einzelnen G-Funkenstrecken ist.

Bei Verwendung eines bestimmten Widerstandes R« erscheint ein kleinerer Anteil der gesamten angelegten Spannung an K^j, wenn alle S-Funkenstreoken übergeschlagen sind, so daß mit zunehmender Größe des Widerstandes von H₉ eine, größere Spannung angelegt werden muß, um einen Überschlag tt#i der i.uilöüe-i'uiikenstrecke G₁ hervorzurufen. Hi.% Größe Ton Hp feiatittttt somit die % erschlageinst·llung oder

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Jbchla&weite der x^unkenstreckenanordnung 5· '-'enn ll_o einen gleichen *Jid er standswert nuLV/eisen würde v/ie R., dann würde die Spannung gleichmäßig zwischen G^ und Gp verteilt (bevor an einer von diesen ein "Überschlag erfolgt) und beide würden zu ^.uslöse-i'tinkenstrecken» Bei der -Schaltung nach ü'igo 2 kann dann das maximale ^überschlagniveau der Funkens treckenanordnung nicht das '"'weifache einer einzelnen G—funkenstrecke übersteigen. Jenn höhere Überschlagsniveaus erwünscht sind, so kann dies dadurch erreicht v/erden, daß man ~.o.derstände in Reihe mit S^ oberhalb der Verbindung mit R^ und ebenfalls in Reihe mit S_/(_ hinzufügt.

Der Kondensator C^. hat die Aufgabe, den durch Ii^ fließenden Strom entsprechend der xinctiegsgeschwindigkeit der zv/ischen den Klemmen 6 und 7 angelegten Spannung zu vergrößern, da der Kondensatorstrom propotional zur Geschwindigkeit der üpannungsänderung an seinen Klemmen isti Dementsprechend wird die Zeitverzögerung von steil ansteigenden, angelegten Spannungen beim Überschlag von GL dadurch kompensiert, daß der Strom des äußeren Kondensators bei steil ansteigenden, angelegten Spannungen durch B- fließt und somit die Spannung erhöht, die an die Aus- lÖse-Fiuakenstrecke G^. angelegt wird·

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Für die ochaltumj nach Figo 2 werden folgende geeignete numerische V.erte als Beispiel angegeben: Die überschlagstrecke cer (x-Funkenstrecken ist 1,03 mm, woraus sich eine tberschlagspannüng bei diesen I'unkenstrecken von etwa i?j 25 kV ergibt. Die S-Funkenstrecken können eine Weite von etwa 0,38 bis 0,51 mm mit einer Lber'schlagspan nung von 2 oder-5 kV besitzen. E^. und R, und E^ können jeweils einen Widerstand von etwa 10000 Ohm, Ep einen Widerstand von etwa 2200 Olim und E^, E^ und Er₇ einen Widerstand von etwa 5600 0hm besitzen* CL kann eine Kapazität von etwa 200 P iko far ad und Cp eine Kapazität von etwa 750 Pikofarad aufweisen. Die vorerwähnten Größen der .Schältungskomp0nenten bringen eine Ge samt Überschlagspannung der i'unkenstreckenanordnung von etwa 7>7 kV_o

Bei der abgewandelten Ausfülirungsforn nach Fig. 3 entsprechen die itmkenstrecken G^ bis G₁-, die Spule 8 und der Vorionisierungsfunkenstrecke .0. den ähnlichen Elementen in I¹Ig-. 2. Der .«iderstand E. entspricht im allgemeinen dem 'widerstand von E in £*ig· 2, aber in Fig.3 besitzt dieser gewöhnlich einen wesentlich höheren ohmi-^ sehen Ader st and s wert. 1^, Ip und I, sind einfache Vorionisier er vom Ivoronatyp für die ⁿauptfunkenstrecken G^, Gp, G^, und G^ und sind parallel zu diesen geschaltet» Die ../iderstände Ep, B, und E^ cind'jeweils parallel zu den ft-oronavorionisierern 1*, Ip und I^ geschaltet und bilden zuyairnnen mit E^, und der bpule 8 ein Üpannungstei-

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lernet zw. erk in Form einer ohmischän Viiderstandsreihe, welches, nachdem. S,. übergeschlagen ist, wie nachfolgend noch beschrieben wird, die gesamte angelegte Spannung im gewünschten Verhältnis auf die Funkenstrecken Q^ bis G^ verteilte Die Kondensatoren C^ und C₂ sind jeweils parallel- zuE, und IL geschaltet und sorgen für eine vorteilhaftere Spannungsverteilung auf die Hauptfunkenstrekken bei steil ansteigenden Spannungswellen, so daß der Überschlag-Steuerkreis hinsichtlich des Volt-Zeit-Verzögerungsverhaltens der Hauptfunkenstrecken kompensiert wirdο Ein Kondensator G, liegt parallel zur Spule 8 und verhindert, daß irgendein nennenswerter Anteil der angelegten Spannung an der Spule 8 und an G_n- erscheint, bevor die Funkenstrecken Gv, bis G^ übergeschlagen sind, was nachfolgend noch erläutert wird.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig, 3 ist wie folgte Wenn die angelegte Spannung steigt, wird ein Wert erreicht, bei dem an der Funkenstrecke S,- ein Überschlag erfolgt, wodurch die Funkenstrecke G^, ionisiert und die gesamte angelegte Spannung an das den Widerständen gebildete Spanungsteilernetzwerk geführt wird. R,- besitzt einen Widerstand, der ein Vielfaches der Summe der Widerstände von Rg, &3 und R^ zuzüglich des Widerstandes der Spulä 8 beträgt· Dementsprechend liegt dann der größte !Teil der angelegten Ge samt spannung an der Funkenstrecke G^, und wemj&ie Spannung an der Funkenstrecke G^, ihre

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ι ο j ο ο υ

Überschlagspannung (von typisch 5»25 kV) erreicht, erfolgt bei G_x, ein tiberschlag» Der Widerstand E_x, ist jetzt wirkungsmäßig kurzgeschlossen, und ein steiler Spannungsanstieg tritt aaL bis R^, auf. Der größte Teil dieses Spannungsanstieges erscheint jedoch an Ep₁ da die Spannung an den Kondensatoren CL bis G-, sich nicht sofort ändern kann und da Rp einen V/iderstand besitzt, der ein Mehrfaches des Gesamtwiderstandes von R^ und R^ beträgt. Daher liefert der Ionisierer I_x. plötzlich eine Ionisierung für Gp, an der nun eine überspannung anliegt, die sofort überschlägt. In der gleichen 'veise schlägt als nächste die Iftankenstrecke G, und nachfolgend die JFunkenstrecken G^ und schließlich G₁- über« Infolgedessen werden die lunkenstrecken G_x. bis G₁- kaskadenartig zum Überschlagen gebracht bei einer angelegten Gesamtspannung, die nur etwas oberhalb des ^berschlagsniveaus von irgendeiner einzelnen G-Punkenstrecke-. liegt.

Die Kondensatoren erfüllen eine doppelte Aufgabe. Wie' bereits beschrieben , bewirken diese zunächst, daß die !Funkenstrecken Gp bis G^, kaskadenartig jeweils eine nach der anderen mit diner hohen überspannung versorgt werden, nachdem G_xJ übergeschlagen ist. Weiterhin modifizieren sie bei steil ansteigenden Wellenformen die Spannungsteilung im Widerstandsnetzwerk (bevor G_x. übergeschlagen ist) in solcher .Weise, daß G_x, einen höheren Anteil der angelegten Spannung erhält, als dies bei

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langsam ansteigenden fellen der E'all wäre. Hierdurch wird eine Zeitverzögerung der funkenstrecke G- kompensiert, und das überschlagn&veau der Gesamtfunkenstrekkenanordnung völlig unabhängig von der angelegten Wellenform herunter "bis zu sehr kurzen Zeiten gemacht»

Ein Beispiel für geeignete numerische' 7/iderstands- und .Kapazitätswerte hei der Schaltung nach Fig* 3 besteht darin: R^ ist gleich 68 000 Ohm, R^ gleich 22 000 Ohm, Pw gleich 6 800 Ohm und R^ gleich 2 200 Ohm; der kondensator C^ ist gleich 100 Bkifarad, C₂ gleich 400 Pikofarad und Cj gleich 1 500 Pikofarad.

Wie ersichtlich, ändern sich die Widerstände im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten drei und die kondensatoren im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten vier« Die vorerwähnten .Werte für die Schaltungskomponenten erbringen eine Gesamtüberschlagspannung der Funkenstreckenanordnung von etwa 7_S7 kV.

Bei der Schaltung nach Pig. 3 mit den vorerwähnten numerischen Widerstands- und Kapazitätswerten führt S. einen Strom in der Größenordnung von 75 Milliampere zu der ^eit_s wenn G. überschlägt. Bei diesem Stromniveau arbeitet diese als sehr wirksamer Yorionisierer, so daß der Überschlag von G,, sehr stabil ist. Die verbleibenden Ionisierer I„

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bis I^ werden nacheinander herangezogen, um auf einen sehr steilen Spannungsanstieg nach, Überschlagen von G^ zu arbeiten, und diese sind daher ebenfalls sehr leistungsfähig. Infolge dieser wirksamen Vorionisierung und der genauen Überspannung an den iunkens tr ecken GU bis G,-erfolgt der kaslfcadenförmig ablaufende Überschlag mit vernachlässigbaer Zeitverzögerung« Der Überschlag erfolgt bei dieser Funkenstreckenanordnung über ein sehr enges Band für zugeführte Wellen, die das Überschlagniveau zu irgendeiner ^eit zwischen einigen Zehnteln einer Mikrosekunde bis zu verschiedenen tausend Mikrosekunden erreichen. Während bei S¹Ig. 2 ein niedrigeres 'Überschlagniveau als bei S¹Xg. 3 erreicht werden kann, besitzt letztere den Vorteil, daß sie einfacher ist, weniger Bau- < teile benötigt und daß ihr ^eistungsverlust in ihren Widerständen niedrigere ist, so daß mit dieser eine größere Zuverlässigkeit im Betrieb erreicht werden kann.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. ] Im Nebenschluß zu einem Ventilwiderstand liegende,

stromschaltende Funkenstreclcenanordnung für einen Überspannungsableiter, die in Kombination zumindest zwei Hauptfunkenstrecken, eine Magnetspule und eine parallel zur Spule geschaltete Funkenstrecke umfaßt, wobei die H_aUptfunkenstrecken und die Spule mit in der Mitte liegender Spule in Reihe geschaltet sind und alle Funkenstrecken etwa dieselbe individuelle Überschlagspannung auf v/eisen, gekennzeichnet durch eine Schaltung zur aufeinanderfolgenden Überschlagzündung der Funkenstrecken bei einer an die Reihenschaltung angelegten Spannung, die zwischen der individuellen Überschlagspannung der Funkenstrecken und der Summe der Überschlagspannung aller Funkenstrecken liegt, wobei die. Aufeinanderfolge derart ist, daß eine der ^auptfunkenstrecken überschlägt, bevor die im Nebenschluß zur Spule liegende Funkenstrecke überschlägt.

2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung ein Impedanznetzwerk enthält, das an jede der Funkenstrecken angeschlossen ist.

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- Sr-

3· Ifunkenstreckenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2,' dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Kondensator enthält, welcher den Wert der angelegten Spannung, bei dem die ersten ffunkenstreoken überschlagen, im wesentlichen unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung macht, und daß die Schaltung ferner individuelle Vbrionisierer für die 5"unkens tr ecken umfaßte

4. Punkenstreckenanordnung nach^den .Ansprüchen 1 bis 3» mit ein Paar Endklemmen, mit vier ^auptfunkenstjyecken G-, G«, &,, && ^l^. einer gemeinsamen, die Lichtbögen verschiebenden Magnetspule für die Punkenstrecken, die in der Eeihenfolge ihrer Äumerierung zwischen den Klemmen in Eeihe geschaltet sind, wobei die Spule in Eeihe zwischen den I'unkenstrekken G, und Sg liegt, und mit einer funkenstrecke Gc, die im Nebenschluß zur Spule liegt, wobei alle Funkenstrecken im wesentlichen das gleiche tlberschlag spannüi3.gsniveau besitzen, gekennzeichnet dadurch, daß jeweils eine besondere 'Vorionisierungs-Punkenstrecke (S^, Sg, S,, S^) für Jede Funkenstrecke (G^, Gg, Ga, G^) vorgesehen ist, daß alle Vorionisierungsfunkenstrecken ein niedrigeres tJberschlagspannungsniveau als die %uptfunkenstreckön aufweisen und alle in Eeihe zwischen den Endklemmen liegen, wobei ein Widerstand E^ in Eeihe zwischen

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den Funkens tr ecken (S.- und S₂), ein 7/iderstand (E„) in Reihe zwischen den jPu&kenstrecken (& _lan^ S,), ein Widerstand (R.,) im Nebenschluß zu S* und R^. ein

y si

Widerstand (R^) im Nebenschluß zu S^₅ ein Widerstand (Rc) zwischen der Verbindungsstelle von G^ und G^

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und der Verbindungsstelle S- und S^, ein Widerstand (Rg) zwischen der Verbindung von G, und der Spule und der Verbindung von Rp und S-, ein 'Widerstand (R_n) zwischen der Verbindung von G■- und Qi₀ und der Verbindimg von R^ und Sp₉ ein Kondensator (G,-) im Nebenschluß zu'Ep und "ein Kondensator (S^ ^^m ^^e^^enra Schluß aur %ule geschaltet sind, wobei S^₉ S^₉ R₁, im wesentlichen gleichen Widerstand, Ec? Rg₉ Rn im wesentlichen einaa Widerstand gleich der Hälfte des Widerstandes voa E^₉ IU eiasa Widerstand von etwa.. der Hälfte von Rc unö Gg eine Kapazität von etwa dem Vierfachen von Qy. besitzen_e

5·.· lunkenstreckenanordnung nach Aasprueh. 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die lunkenstrecken (G) einen Mindestelektrodenabstand von etwa 1,03 mm und eiüös tJberschlagspannung von etwa 5»25 kV besitzen, daß die Vorionisierungsfunkenstre^lteeH einen Mindestelek«- trodenabstand von etwa 0,38 bis 0,^1 bbr und eine tJberschlagspannung von etwa 2 oder 3 kV besitzen, daß R,j etwa 10 000 Ohm, R₂ etwa 2200,.0hm_#Rc etwa 5600 Ohm, C^ etwa 200 Pikofarad und C₂ etwa 750 Pikofarad besitzen.

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6. Überspannungsableiter mit einer stromschaltenden Nebenschluß-lFunkenstrecke, nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche., die vier HÖrner-Hauptfunkenstrecken und eine gemeinsame Spule zur Bogenverlängerung für die ^auptfunkenstrecken besitzt, wobei alle Eauptfunkenstrecken in Seine-mit der Spule geschaltet sind, welche Spule elektrisch und räumlich in der Hitte der Reihenschaltung liegt, und die eine weitere Hörnerfunkenstrecke besitzt, die parallel zur Spule geschaltet ist, wobei alle Funkenstrecken im wesentlichen den gleichen Elektrodenabstand aufweisen, gekennzeichnet durch ein an die Funkenstreckenanordnung angeschlossenes Impedanznetzwerk zur Verringerung deren Gesamtüberschlagspannung, welches deren Volt-^eit-Überschlagspannungskennlinie abflacht( und deren Eücksperrspannung erhöht, um eine Wiederzündung zu verhindern, wenn langanhaltende Schaltstoßströme geschaltet werden), wobei das Netzwerk vier Widerstände von verschiedenen Werten (im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten von etwa drei)besitzt; durch eine VOrionisierungs-Funkenstrecke, die eine wesentlich niedrigere ^berschlagspannung als die Hauptfunkenstrecken besitzt und die zur Isolierung des ver-, bleibenden Endes von einer der ^auptfunkenstrekken angeordnet ist, wobei die Vor ionisier ungs-IPun-

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kenstrecke und der größte der Widerstände in Reihe parallel zu diesem Ende der einen der Hauptfunkenstrecken geschaltet ist, die anderen. Widerstände jeweils parallel zu den verbleibenden Hauptfunkenstrecken geschaltet sind, um den Widerstand herabzusetzen* wobei der zweitgrößte Widerstand parallel zu der Hauptfunkenstrecke geschaltet ist, die dem Ende der einen üHinkenstrecke benachbart ist, und wobei der kleinste Widerstand parallel zur H_auptfunkenstrecke am andiren Ende geschaltet istj durch besondere (koronaförmige) Vorionisierer zur Virionisie« rung der verbleibenden Hauptfunkenstrecken, die jeweils parallel mit den anderen Widerständen geschaltet sind ι und durch drei Kondensatoren verschiedener Kapazität (im wesentlichen nach iiner geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten von etwa vier), wobei der größte Kondensator parallel Ettr Spule, und die verbleibenden Kondensatoren jeweils parallel zu den kleinsten Widerständen geschaltet sind, wobei der verbleibende Kondensator mit der höchsten Kapazität parallel zum kleinsten Widerstand und der nächst kleinere Kondensator parallel zum nächst»», größeren Widerstand geschaltet sind·