DE1588233A1 - UEberspannungsableiter - Google Patents

Description

4480-67; Dr.Sd/sch 25. April 1967

(Docket No. UD-2781)

GENERAL ELECTRIC COMPANY, SCHENECTADY, N. Y,, USA

Überspannungsableiter

Die Erfindung bezieht sich auf Überspannungsableiter mit Funkenstrecken zum Schutz von Gleichstrom-Hochspannungsleitungen gegen Beschädigungen durch Überspannungen.

Die erfindungsgemäßen überspannungsableiter enthalten eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Funkenstrecken zwischen den beiden Hochspannungsleitungen.Um die Benutzung einer möglichst geringen Zahl solcher Funkenstrecken zum Schutz einer Hochspannungsleitung von vorgegebener Spannung möglich zu machen, ist es wünschenswert, die auf die Funkenstrecken entfallenden Spannungen im stationären Zustand möglichst gleichmäßig aufzuteilen.

Wenn eine Überspannung zwischen den betreffenden Leitungen auflritt, so soll der Überspannungsableiter überschlagen, wenn die Überspannung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dieser vorgegebene Wert ist manchmal ein verhältnismäßig kleines Vielfaches der stationären Spannung, • beispielsweise weniger als das Zweifache der stationären . Spannung. 009637/0289

Um einen schnellen Überschlag bei dieser geringen Überspannung sicherzustellen^ soll die Spannungsverteilung im Überspannungsfalle beeinflußt werden, d. h. es soll statt der im Normalfalle herrschenden gleichmäßigen Spannungsverteilung*eine stark ungleichmäßige Spannungsverteilung auftreten. Zu diesem Zweck vfird eine Mehrzahl von Kondensatoren zu den betreffenden Punkenstrecken parallel geschaltet., und es werden diese Kondensatoren so bemessen, daß eiQhoher Bruchteil der Überspannung anfänglich nur an einer der Funkenstrecken auftritt. Diese letztere Funkenstrecke schlägt dann durch. Wenn dieser Durchschlag stattgefunden hat, tritt die überspannung schnell auch an der zweiten bzw. an den übrigen Funkenstrecken auf. Hierdurch wird diese letztere Funkenstrecke bzw. diese letzteren Funkenstrecken nunmehr überlastet, so daß sie schnell durchschlagen und somit den Ableitungsweg für die Überspannung zwischen den beiden Hochspannungsleitungen vervollständigen.

Wenn eine Kehrzahl von Funkenstrecken in Reihe geschaltet sind, so ist es wichtig, daß der an einer vorgegebenen Funkenstrecke eingeleitete Lichtbogen bestehen bleibt, bis auch alle anderen Funkenstrecken gezündet haben. Dies ist deshalb erforderlich, weil eine Funkenstrecke, die bereits wieder löschen würde, bevor die anderen Funkenstrecken durchgeschlagen haben, wieder einen Teil der Überspannung

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übernehmen würde, so daß die anderen Funkenstrecken teilweise entlastet werden würden und daher möglicherweise nicht überschlagen.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, den in einer ersten Funkenstrecke gezündeten Lichtbogen so lange aufrecht zu erhalten, bis auch die übrigen in Reihe mit der ersten Funkenstrecke liegenden Funkenstrecken gezündet haben.

Außerdem besteht ein Zweck der Erfindung darin, das vorstehend genannte Ziel mit Hilfe von mit Spannungsteilerkapazitäten verbundenen Widerständen in einer solchen Weise zu erreichen, daß durch die Widerstände die Aufteilung der Überspannungen auf die Kapazitäten nicht gestört wird.

Die Erfindung geht aus von einem Überspannungsableiter für Gleichstrom - Hochspannungsleitungen mit zwei Funkenstrecken und einem in Reihe dazu liegenden nichtlinearen Widerstand zwischen den Hochspannungsleitungen, einem Spannungsteiler zur Aufteilung der Überspannungen auf die Funkenstrecken, wobei der Spannungsteiler aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht, die zu den Funkenstrecken parallel liegen. Der eine dieser Kondensatoren entlädt sich über die zu ihm parallel liegende Funkenstrecke, sobald diese übergeschlagen hat.

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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfungswiderstand zwischen dem Verbindungspunkt der beiden erwähnten Funkenstrecken und dem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren vorhanden ist, welcher den Stromfluß durch die bereits übergeschlagene Funkenstrecke aufrecht erhält, bis die andre Funkenstrecke ebenfalls zündet. Dieser Dämpfungswiderstand liegt außerhalb des über den Spannungsteiler verlaufenden Stromweges zwischen den beiden Hochspannungsleitungen und außerdem außerhalb des zwischen diesen beiden Hochspannungsleitungen über die Funkenstrecken verlaufenden Stromweges.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert werden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. la enthält eine genauere Darstellung eines Teiles des Überspannungsabieiters nach Fig. 1.

Fig. 2 enthält einen Schnitt durch den Überspannungsableiter längs der Schnittebene 2-2 in Fig. ^.

Fig. J5 stellt einen Schnitt längs der Schnittebene 3-5 in Fig. 2 dar.

Fig. 4 zeigt den Verlauf zweier Ströme in dem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter.

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Pig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters.

In Fig. 1 ist mit 10 eine positive Gleichstromhochspannungsleitung und mit 12 die entsprechende negative Hochspannungsleitung bezeichnet. Mit 14 ist die diese Hochspannungsleitungen speisende Versorgungseinrichtung oder ein von diesen Hochspannungsleitungen gespeister Verbraucher bezeichnet. Jede der Leitungen 10 bzw. 12 kann eine beliebige Art von Stromleiter mit Einschluß eines über Erde verlaufenden Stromweges sein. Auf den Leitungen 10 und 12 können Überspannungen auftreten, welche die Anlage 14 beschädigen können, wenn diesenicht einen entsprechenden Schutz erhält.

Zum Schutz der Anlage 14 gegen Überspannungen dient der insgesamt mit 16 bezeichnete Überspannungsschutz. Diese Schutzeinrichtung ist mit ihrer änen Klemme 17 an die positive Hochspannungsleitung 10 und mit ihrer anderen Klemme 18 an die negative Hochspannungsleitung 12 angeschlossen. Dabei liegt zwischen der Klemme 17 und der positiven Hochspannungsleitung 10 noch ein Widerstand 20, welcher vorzugsweise ein nichtlinearer Widerstand ist, der aus einem Material besteht, welches einen mit zunehmendem Strom abnehmenden Widerstand zeigt. Der im einzelnen in Fig. 2 und J> genauer dargestellte Überspannungsableiter 16 enthält ein luftdicht verschlossenes Gehäuse, das mit einem im wesentlichen aus Wasserstoff bestehenden Gas zur Löschung eines Lichtbogens gefüllt ist.

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Innerhalb des Gehäuses 2L befinden sich zwei elektrisch in Reihe geschaltete Hauptfunkenstrecken 22 und 2k. Jede dieser Funkenstrecken besteht ihrerseits aus zwei Elektroden, zwischen denen Lichtbogen übergehen können. Die Elektroden der oberen Funkenstrecke sind mit 25 und 26 bezeichnet und der Lichtbogenspalt mit 27. Zwischen den unteren Elektroden 25a und 26a liegt der Lichtbogenspalt 27a.

Da beide Funkenstrecken gleichartig ausgebildet sind, wird im folgenden nur die obere Funkenstrecke genauer beschrieben werden. Gemäß Fig. 3 sind diese Elektroden etwa halbkreisförmig ausgebildet, wobei die.Elektrode 25 die andere Elektrode 26 umschließt. Die Krümmungsmittelpunkte der beiden Elektroden sind gegen einander versetzt, so daß der Spalt 27 in der Richtung des Pfeiles 32 an Länge zunimmt.

Am oberen Ende des Spaltes, das mit 28 bezeichnet ist, ist der Elektrodenabstand gering, und dort setzt der Lichtbogen ein. Der übrige Teil des Elektrodenzwischenraums soll als Lichtbogenlaufstrecke bezeichnet werden, da nämlich ein Lichtbogen nach seiner Zündung bei 28 in der Richtung des Pfeiles 32 wandert, wie sofort erläutert werden wird.

Gemäß der vergrößerten Darstellung in Fig. la besteht der kleinste Abstand der Elektroden 25 und 26 im Punkte G,^ welcher gegenüber dem rechten Ende der beiden Elektroden etwas versetzt ist. In diesem Punkte G bildet sich der erste

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Lichtbogen. Um die Zündverzögerung Hein zu halten, wird von der Koronaentladung bei 29 Gebrauch gemacht, wenn eine Überspannung an der Funkenstrecke auftritt. Die ultraviolette Strahlung dieser Koronaentladung tritt in den Elektrodenzwischenraum ein und erreicht auch die Elektrodenflächen an der Stelle des kleinsten Abstandes G. Durch diese Bestrahlung und durch die damit verbundene Erzeugung freier Elektronen kommt eine Lichtbogenzündung praktisch ohne Verzögerung zustande. Es ist zu beachten, daß die Anschlußleitungen für die Elektroden 25 und 26 sich an deren rechtem Ende befinfen, so daß der Stromweg über die Stelle G in Form eines punktiert gezeichneten Bogens L verläuft. Die magnetische Wirkung dieses Stromverlaufs besteht darin, daß der Lichtbogen in Richtung des Pfeiles J52 zu wandern beginnt, und zwar entsprechend dem Quadrat der Stromstärke. Dieser magnetische Effekt besteht auch schon für den an der Stelle G übergehenden Lichtbogen.

Um die in der Richtung des Pfeiles 32 wirkende Kraft noch zu verstärken, wird eine Bogenvortriebsspule ^O vorgesehen. Diese Spule JQ liegt in Reihe mit den beiden Elektroden 25 und 26, und ihr magnetisches Feld wirkt auf den Lichtbogen in einer sogleich zu beschreibenden Weise ein. Eine ähnliche Spule 50a liegt in Reihe mit den Elektroden 25a und 26a der unteren Lichtbogenstrecke.

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In Pig. 2 sind die Elektroden 25 und 26 der oberen Lichtbogenstrecke zwischen zwei Isolierstoffplatten 35 montiert, die als Seitenwände für die Lichtbogenstrecke 27 dienen. Die Platten 55 bestehen vorzugsweise aus einem keramischen Material, welches durch den Lichtbogen nicht angegriffen wird. Die Platten 55 sind durch Bolzen 37 aus Isoliermaterial aneinander befestigt.

Gemäß Fig. 2 ist die Spule 30 für die obere Lichtbogenstrecke an der Unterseite der Platte 35 befestigt. Die Spule 30 ist gemäß Fig. 3 rund und deckt sich etwa über ihren halben Umfang mit der Lichtbogenelektrode 25. Die Spule 30a für die untere Funkenstrecke hat praktisch dieselbe Form und ist auf der Oberseite einer Isolierplatte 35 der unteren Funkenstrecke angebracht. Die Spulen JO und 30a sind so geschaltet, daß sie in der gleichen Richtung von Strom durchflossen werden. Es entsteht also ein gemeinsames magnetisches Feld gemä3 den in Fig. 2 punktiert dargestellten Linien 41.

Das Feld 41 durchsetzt die Lichtbogenstrecken 27 und 27a überall senkrecht zur Richtung des Lichtbogens und treibt daher in an sich bekannter Weise den Lichtbogen in Richtung der Pfeile 32 in Fig. 1 und 3 an.

Bei dieser Wanderung des Lichtbogens vergrößert sich die Lichtbogenlänge, wodurch die Spannung am Lichtbogen zunimmt und der Strom durch den Lichtbogen sinkt» bis dieser schließlich erlischt.

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Um die Spul en. 30 und 30a gegen die hohen Spannungen zu schützen, die beim Auftreten eines plötzlichen Stroms durch diese Spulen entstehen können, ist noch eine Hilfsfunkenstreeke. 50 parallel zu diesen beiden Spulen vorgesehen. Wenn die Spannung an den Spulen 30 und 30a eine bestimmte Höhe erreicht, zündet diese Hilfsfunkenstgecke 50 und bildet somit einen Nebenschluß zu den Spulen, welche die Spannung an den Spulen begrenzt. Die Hilfsfunkenstrecke 50 kann in der gleichen Weise ausgebildet werden wie die Funkenstrecken 22 und 24. Sie ist also gemäß Fig. 2 auch mit Seitenwänden 55 ausgerüstet. Die Elektroden 51 und 52 haben die gleiche Form wie die Elektroden der beiden anderen Funkenstrecken, und die Hilfsfunkenstrecke liegt gemäß Fig. 2 auch räumlich zwischen den beiden andren Funkenstrecken.

Die Funkenstrecke 50 soll bei sehr kleinen Strömen in den Spulen 30 und 30a noch nicht überschlagen. Nur wenn der Strom auf dem Stromwege L stark genug ist, um den Lichtbogen aus seiner anfänglichen Lage G ohne die Mitwirkung der Spulen 30 und 30a fortzubewegen, soll die Funkenstrecke 50 zünden. Dies wird durch eine geeignete Einstellung der. Zündspannung der Hilfsfunkenstrecke bewerkstelligt.

Durch die Begrenzung der Spannungen an den Spulen 30 und 30a begrenzt die Hilfsfunkenstrecke 50 auch die Gesamtspannung an dem Überspannungsableiter. Dies ist deshalb

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wünschenswert, weil die maximale auftretende Spannung an dem ganzen Überspannungsableiter die zulässige Überspannung der Anlage 14 nicht überschreiten darf.

Um die Wirkungsweise des Überspannungsableiters 16 kurz darzustellen, kann man davon ausgehen, daß in den beiden Funkenstrecken 22 und 24 sich Lichtbögen infolge einer auf den Leitungen 10 und 12 aufgetretenen Überspannung gebildet haben. Der Überstrom fließt dann durch die beiden Funkenstrecken 22 und 24 sowie über die zur Verlagerung der Lichtbögen dienenden Spulen ^O und j50a. Wenn man annimmt, daß dieser Strom hoch ist, so zündet auch die Hilfsfunkenstrecke 50 und schließt die beiden erwähnten Spulen kurz. Hierdurch wird das magnetische Feld zur Verlagerung der Lichtbögen in der Richtung des Pfeiles J>2 vermindert, jedoch ist wegen des Stromverlaufs längs der gebogenen Kurve L in Fig. la noch genügend magnetische Antriebskraft vorhanden, um die Lichtbögen in der Richtung des Pfeiles ~$2 anzutreiben. Hierdurch wird also der Lichtbogenweg verlängert und die Lichtbogenspannung steigt, wodurch der Lichtbogenstrom selbst abnimmt. Wenn die am Lichtbogen liegende Spannung denjenigen Spannungsbetrag überschreitet, welcher von der Hochspannungsleitung dem Überspannungsableiter zur Verfügung gestellt wird, so nimmt der Lichtbogenstrom schnell bis auf 0 ab. Wenn also die in der Überspannung enthaltene Energie, welche den Lichtbogen gezündet hat, in dem Überspannungsableiter und in dem Widerstand 20 vernichtet worden ist, so erlischt der Lichtbogen, und es findet zunächst kein neuer Überschlag der Funkenstrecken statt. ^ ^ ⁸ 37- ' °2 8S

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Wenn ein hoher in der Überspannung enthaltener Energiebetrag vernichtet wird, so findet nur die Vernichtung eines kleinen Energieanteils bis zu demjenigen Zeitpunkt statt, in welchem sich der Lichtbogenstrom durch Zunahme der Lichtbogenspannung auf 0 vermindert hat. Infolgedessen führt die noch vorhandene Energie dazu, daß beide Funkenstrecken an der Stelle G wieder überschlagen. Bei der Bildung des zweiten Lichtbogens verschwinden die ersten Lichtbogen. Der zweite Lichtbogen wandert ebenfalls in der Richtung des Pfeiles 32 bis in die mit 59 in Fig. 3 angedeutete Lage am anderen Ende der Elektroden, so daß die am Lichtbogen liegende Spannung wieder steigt und der Lichtbogenstrom sich schnell auf 0 vermindert. Kurz bevor oder im Augenblick dieser Erreichung des O-Wertes führt die noch in der Überspannung enthaltene Energie zur Bildung eines dritten Lichtbogens, etwa an der Stelle 28 in Fig. ;5. Der zweite Lichtbogen erlischt also, und der dritte Lichtbogen verhält sich genau so wie die beiden vorhergehenden Lichtbögen. Diese Folge von neu entstehenden und wieder erlöschenden. Lichtbögen setzt sich fort, bis die in der Überspannung enthaltene Energie vollkommen verbraucht ist. Nach diesem vollständigen Energieverbrauch kann nach dem Erlöschen des letzten Lichtbogens an der Stelle 59 kein neuer Lichtbogen bei G entstehen, und die Funkenstrecken bleiben daher stromlos»

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Wenn der den Überspannungsableiter durchsetzende Strom auf einen bestimmten Wert abgefallen ist, erlischt die Hilfsfunkenstrecke 50, so daß der Strom nunmehr die Spulen J50 und JOa durchsetzen muß. Diese Spulen bleiben also für den Rest des Vorgangs in den Stromkreis eingeschaltet und wirken bei der Löschung der Lichtbogen in den Hauptfunkenstrecken mit.

Um die Zündstelle 28 für den Lichtbogen gegen die Wirkung eines hohen Stromes zu schützen, der an der Stelle 59 in Fig. J> übergeht, wird ein Isolierkörper 57 vorgesehen, welcher gemäß Fig. j5 zwischen der Zündstelle 28 der Lage 59 des Lichtbogens liegt. Durch diesen Isolierkörper wird verhindert, daß ein Lichtbogen bei 59 auf die Zündstelle übergeht und sie beschädigt, was beispielsweise durch Verbrennen der scharfen Kanten 29 in Fig. la, die für die Entstehung der Koronaentladung notwendig sind, möglich wäre. Im Zusammenhang mit dem Isolierkörper 57 sei noch bemerkt, daß er verhältnismäßig nahe an der Zündstelle für den Lichtbogen liegt und von der durch die punktierte Linie 59 angedeuteten Lichtbogenlage nach dem Durchwandern der ganzen Funkenstrecke einen verhältnismäßig großen Abstand hat.

Um mit einer möglichst kleinen Zahl von In Reihe geschalteten Funkenstrecken auszukommen, ist es erwünscht, daß sich die Spannung im stationären Zustand gleichförmig auf die Funkenstrecken verteilt, so daß diese nicht unbeabsichtigt

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durchschlagen werden. Zur Erreichung dieser gleichmäßigen Spannungsverteilung wird ein Spannungsteiler 60 (Fig. 1) zwischen die Leitungen 10 und 12 eingeschaltet. Dieser besteht aus den Widerständen 62 und 64, die gleiche Größe besitzen. Diese Widerstände liegen den beiden Hauptfunkenstrecken 22 und 24 parallel. Im stationären Zustand treten an den Widerständen 62 und 64 gleiche Spannungen auf, so daß auch an den beiden Hauptfunkenstrecken gleiche Spannungen liegen. Die Widerstände 62 und 64 sind sehr hoch und haben eine Größe von etwa 1-5 Megohm, so daß sie im stationären Zustand nur eine geringe Leistung verbrauchen.

Wenn eine Überspannung auf den Leitungen 10 und 12 auftritt, soll der Ableiter zünden, wenn die Spannung eine vorgegebene Größe übersteigt. Bei vielen praktischen Fällen ist diese Spannung nur ein verhältnismäßig kleines Vielfaches der stationären Spannung, d. h. weniger als das doppelte der stationären Spannung. Um einen Überschlag bei einer so geringen Überspannung sicherzustellen, wird für eine stark ungleichmäßige Spannungsverteilung gesorgt, welche zuverlässig zu einer Zündung der einen Funkenstrecke bei der gegebenen Überspannung führt. Diese weitgehend ungleichmäßige Spannungsverteilung wird durch einen im Überspannungsfalle wirksam werdenden Spannungsteiler 70 erreicht, welcher die Reihenschaltung zweier Kondensatoren 71 und 72 und zweier Widerstände 73 und 74 enthält.

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AlIe diese vier Schaltelemente liegen in Reihe zwischen den Hochspannungsleitungen 10 und 12. Die obere Hälfte des Spannungsteilers 70 besteht aus dem Widerstand 73 und dem Kondensator 71 und liegt zur oberen Funkenstrecke 22 parallel. Die untere Hälfte* besteht aus dem Widerstand 74 und dem Kondensator 72 und liegt zur unteren Funkenstrecke 24 parallel* Die Verbindungsklemme 78 beider Spannungsteilerhälften ist mit der Verbindungsklemme 77 beider Punkenstrecken über die Leitung 65 verbunden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Widerstand 72 klein gegenüber dem Widerstand 74 gemacht und der Kondensator 7I groß gegenüber dem Kondensator 72. Beispielsweise kann der Widerstand 73 zehnmal kleiner sein als der Widerstand 74* und der Kondensator 71 kann die zehnfache Kapazität des Kondensators 72 erhalten. Die Größen der Widerstände 73 und 74 sind sehr gering im Vergleich zu den Widerständen 62 und 64.

Wenn eine Überspannung zwischen den Leitungen 10 und auftritt, fließt ein viel stärkerer Strom über den Spannungsteiler 70 als über den Spannungsteiler 60. Da der» untere Widerstand 74 zehnmal größer ist als der obere Widerstand 73j und da der Kondensator 72 nur ein Zehntel der Größe des Kondensators 71 besitzt, tritt praktisch di» ganze Überspannung an der unteren Funkenstrecke 24 auf. Diese schlägt also sofort über, wenn die Überspannung denjenigen Wert überschreitet,

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auf welchen die Funkenstrecke 24 eingestellt ist. Bei der Zündung der Funkenstrecke 24 bricht die an ihr liegende Spannung zusammen, und die Überspannung tritt sodann an der oberen Funkenstrecke 22 auf. Diese zündet ebenfalls schnell, so daß ein Ableitungsweg geringen Widerstandes für die Überspannung geschaffen ist.

Es ist wichtig, daß der in der Funkenstrecke 24 entstehende Lichtbogen nicht erlischt, bevor die Funkenstrecke gezündet hat. Wenn nämlich die Funkenstrecke 24 erlöschen würde, bevor die Funkenstrecke 22 gezündet hat, so würde die Spannung an 22 wieder absinken, so daß diese nicht zünden würde. Derartige Schwierigkeiten treten in noch größerem Ma3e auf, wenn eine größere Zahl von Funkenstrecken in Reihe geschaltet sind, da die Zeit zwischen der Zündung der ersten Funkenstrecke und der Zündung der letzten Funkenstrecke noch langer ist und daher die erste Funkenstrecke noch leichter vor der Zündung der letzten Funkenstrecke erlöschen kann. Derartige Schwierigkeiten treten insbesondere bei verhältnismäßig langsam ansteigenden Überspannungen auf.

Um sicherzustellen, daß nach der Zündung der Funkenstrecke 24 diese bis zur Zündung der Funkenstrecke 22 in Betrieb bleibt, wird ein Dämpfungswiderstand δθ in die Leitung 65 eingeschaltet. Dieser Widerstand So arbeitet in folgender Weise. Wenn die untere Funkenstrecke 24 überschlägt, wird der Strom vom Kondensator 72 abgeleitet. Dieser entlädt sich also

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über den Widerstand 74, den Widerstand 80, die Spule ^O a und die Funkenstrecke 24. Ohne den Widerstand 8o würde diese Entladung ein Schwingungsvorgang mit dem Kondensator 72 und der Spule ^O a sein. Der Widerstand 80 verhindert jedoch die Ausbildung solcher Schwingungen. Hierdurch wird das Abklingen des Stromes des Kondensators bis auf den Wert verhindert, und der Strom in der Funkenstrecke 24 kann also nicht erlöschen. In Fig. 4 zeigt die Kurve I den in dem erwähnten Schwingungskreis ohne den Widerstand 80 fließenden Strom und die Kurve I_n den bei Vorhandensein des Widerstandes

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80 fließenden Strom. Wenn die Funkenstrecke 22 erst im Zeitpunkt B zündet, sind also durch den Widerstand 80 mehrere O-Stellen des Stromes vermieden worden.

Es ist auch überlegt worden, ob der Widerstand 74 höher bemessen werden könnte, um die oben beschriebene überaperiodische Dämpfung zu erreichen. Eine solche Bemessung hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, da sie mit der gewünschten Wirkungsweise des Spannungsteilers 70, der ja die Überspannung ungleichmäßig aufteilen muß,kollidieren würde. Der Spannungsteiler 70 muß ja in der Hauptsache ein kapazitiver Spannungsteiler sein, und eine Steigerung der Größe der Widerstände 73 und 74 würde dieser kapazitiven Spannungsteilung entgegenwirken.

Der Hauptzweck der Widerstände 73 und 74 in dem Spannungsteiler 70 besteht darin, Schwingungsvorgänge der

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Kondensatoren Jl und 72 zusammen mit anderen in dem Hochspannungsnetz vorhandenen (aber nicht mit dargestellten) Induktivitäten zu vermeiden. Ohne die Widerstände 72 und könnten solche Schwingungen im Überspannungsfall auftreten und die Ansprechzeit des Überspannungsabieiters in unerwünschter Weise verlängern.

Zur Beschleunigung des Auftretens der Überspannung an der zweiten Funkenstrecke 22 nach einem Überschlag in der ersten Funkenstrecke 24 wird ein sehr kleiner Kondensator 79 parallel zu den beiden Spulen j50 und j50a geschaltet. Wenn die Funkenstrecken 22 und 24 stromlos sind, tritt keine nennenswerte Spannung an dem Kondensator 79 auf, und die Punkte 84 und 85 liegen daher auf dem gleichen Potential. Der Kondensator 79 stellt eine induktivitätsfreie Verbindung zwischen den Punkten 84 und 85 dar. Wenn also die erste Funkenstrecke zündet, tritt das an ihrer unteren Klemme 18 liegende Potential schnell an der Klemme 84 auf, so daß praktisch die ganze Überspannung an der zweiten Funkenstrecke 22 liegt, so daß diese ebenfalls schnell zündet. Ohne den Kondensator 79 wurden die Punkte 84 und 85 über die Drosselspulen j50 und J>0& verbunden sein. Deren Induktivität würde die Geschwindigkeit des Spannungsanstiegs im Punkte 84 vermindern und daher das Auftreten der vollen Überspannung an der oberen Funkenstrecke 22 verzögern. Eine geeignete Größe für den Kondensator 79 ist 50 Pikofarad. Man sieht, daß die Einschaltung

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des Kondensators 79 im Zusammenhang mit dem kapazitiven Spannungsteiler 70 steht. Der verhältnismäßig große Kondensator 71 hat zur Folge, daß das Potential im Punkte 84 auf dem Potentialwert vor der Zündung der Funkenstrecke 22 bleibt, jedoch w±rd dieser Verzögerungseffekt durch den kleinen Kondensator 79 vermindert.

Obgleich nur zwei Funkenstrecken zum Schutz des Hochspannungskreises dargestellt sind, kann man erkennen, daß für höhere Spannungen auch eine größere Anzahl von Funkenstrecken in Reihe geschaltet werden kann, Beispielsweise sind in Fig. 5 zwei Überspannungsableiter, von denen jeder dem Ableiter 16 in Fig, 1 entspricht, in Reihe geschaltet. Der obere Ableiter ist der Ableiter 16 aus Fig. 1 und der untere Ableiter ein gleichartig ausgeführter Ableiter l6b.

Der dem stationären Zustand zugeordnete Spannungsteiler enthält vier ohmische Widerstände 62, 64, 62b und 64b von gleicher Größe, die zwischen den Hochspannungsleitungen 10 und 12 in Reihe geschaltet sind und je parallel zu den vier Funkenstrecken 22, 24, 22b und 24b liegen. Ein weiterer Spannungsteiler besteht aus den Kondensatoren 71 und 72 undcfen Widerständen 73 und 74 und entspricht dem Spannungsteiler 70 in Fig. 1, Für den unteren Ableiter l6b sind jedoch die Kon- '' densatoren 71b und 72b erheblich größer als die Kondensatoren 71 und 72 des oberen Ableiters 16, Der untere Kondensator 72b ist ferner klein gegenüber den Kondensatoren 71b und 71» Die Widerstände 73b und 74b sind klein im Vergleich ^u den Wider-

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ständen 72 und Jk im oberen Ableiter. Der Widerstand 73b ist ferner klein im Vergleich zum Widerstand 74b. Durch diese Bemessung der Kondensatoren und Widerstände in dem der geeigneten Spannungsverteilung der Überspannungen zugeordneten Spannungsteiler hat man es in der Hand, daß der größte Teil einer auftretenden Überspannung an der Funkenstrecke 24 auftritt, wenn alle anderen Funkenstrecken stromlos sind. Sobald jedoch die Funkenstrecke 24 überschlägt, tritt der größte Teil der überspannung an der Funkenstrecke 24b auf. Wenn diese Funkenstrecke 24b überschlägt, bildet sich eine Überspannung an der Funkenstrecke 22 aus. Eine auftretende Überspannung tritt somit der Reihe nach an den Funkenstrecken 24, 24b, 22 und 22b in der angegebenen Reihenfolge auf, so daß diese Funkenstrecken nacheinander überschlagen.

Wie vorstehend geschildert, verhindert der Dämpfungswiderstand SO zunächst eine Löschung des Lichtbogens in der ersten Funkenstrecke 24, bevor alle anderen Funkenstrecken, also die Funkenstrecken 22, 24fc und 22b überschlagen. Dieser Widerstand 80-verhindert auch eine Löschung der Funkenstrecke 22 bevor die nachfolgende Funkenstrecke 22b überschlägt. Ein ähnlicher Widerstand 80b in den unteren Überspannungsableiter stellt eine Aufrechterhaltung des Lichtbogens in 24b sicher, bis die Funkenstrecken 22 und 22b überschlagen.

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Claims (5)

- CSJ - Patentansprüche

1.) Überspannungsableiter für Gleichstrom-Hochspannungsleitungen mit zwei Funkenstrecken und einem nichtlinearen Widerstand in Reihenschaltung zwischen den beiden Hochspannungsleitungen, mit einem Spannungsteiler zur Verteilung von Überspannungen auf die Funkenstrecken, wobei dieser Spannungsteiler aus zwei Kondensatoren besteht, die miteinander in Reihe geschaltet sind und zu je einer Funkenstrecke parallel liegen und der eine Kondensator sich über die zu ihm parallel liegende und zuerst zündende Funkenstrecke entlädt, dadurch gekennzeichnet, daS ein Dämpfungswiderstand (SG) zwischen dem Verbindungspunkt (77) der beiden Funkenstrecken (22, 24) und dem Verbindunsspunkt (Jc) der beiden Kondensatoren (71* 72) liegt, um nach der Zündung der ersten Funkenstrecke den über diese Funkenstrecke laufenden Lichtbogen bis zur Zündung der zweiten Funkenstrecke aufrechtzuerhalten, wobei dieser Dämpfungswiderstand außerhalb des erwähnten Spannungsteilers und außerhalb des über beide Funkenstrecken verlaufenden Stromkreises liegt.

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2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler einen Kondensator (72) mit einer viel kleineren Kapazität als der andere Kondensator (71) enthält, so daß der größte Teil der Überspannung an dem kleineren Kondensator (72) auftritt und daher die zu diesem letzteren Kondensator parallel liegende Funkenstrecke (24) früher als die erste Funkenstrecke zündet und sich der größere Kondensator über diese zuerst zündende Funkenstrecke entlädt.

j5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableiterelektroden (25, 26) an einer dem einen Elektrodenende nahe benachbarten Stelle den geringsten Abstand besitzen* und daß der über diese Stelle geringsten Elektrodenabstandes nach der Zündung des Lichtbogens verlaufende Strom von der einen Elektrodenanschlußklemme über den Lichtbogen zu der anderen Elektrodenanschlußklemme einen U-förmlgen Stroaweg durchläuft.

4. Überspannungsableiter nach Anspruch l-j5> dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen von sdner Zündstelle aus unter dem Einfluß von Hilfsspulen (30, 30a) in eine am anderen Ende der Elektroden befindliche Stellung (59) wandert, und daß ein isolierender Abschirmkörper (57) zwischen diesen beiden Elektrodenenden angeordnet ist.

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5. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Anspruch^ dadurch gekennzeichnet, daß ein Entladungskreis für den Kon- densator, welcher zu der zuerst zündenden Funkenstrecke parallel liegt, vorhanden ist und daß dieser Entladungskreis den Dämpfungswiderstand (80) von solcher Größe enthält, daß der Kondensator sich über die Funkenstrecke aperiodisch entlädt.

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