DE1803162B2 - Surge arresters - Google Patents
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- H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
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- H01T4/20—Arrangements for improving potential distribution
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter für Gleich- und Wechselspannung, dessen Ableitstrompfad aus einer potentialgesteuerten Mehrfachlöschfunkenstrecke mit magnetischer Lichtbogenbeblasung und einem spannungsabhängigen Ableitwiderstand besteht, unter Verwendung von den Löschfunkenteilstrecken zugeordneten Zündfunkenstrecken, wobei die Potentialverteilung auf die einzelnen Zündfunkenstrecken mittels Impedanzen erfolgt.The invention relates to a surge arrester for DC and AC voltage, its Leakage current path from a potential-controlled multiple extinguishing spark gap with magnetic arc blowing and a voltage-dependent bleeder resistor using the Ignition spark gaps assigned to extinguishing spark sections, with the potential distribution on the individual Spark gaps are carried out by means of impedances.
Durch die US-PS 33 20 482 ist bereits ein Überspannungsableiter für Gleich- und Wechselspannung der eingangs genannten Art bekannt Hierbei sind den Löschfunkenteilstrecken Zündfunkenstrecken zugeordnet. Weiterhin ist jeder Löschfunkenteilstrecke jeweils eine Impedanz parallelgeschaltet, wobei letzterer jeweils eine der vorgenannten Zündfunkenstrecken parallelgeschaltet ist. Nun ist aber beim Gegenstand der vorgenannten US-Patentschrift selbst bei Spezifizierung der Ausführung nach F i g. 1 mittels der Varianten gemäß F i g. 2 und F i g. 3 kein aus Zündfunkenstrecken bzw. einer Zündfunkenstreckenkette und einer Vorimpedanz gebildeter Nebenstrompfad vorhanden, der einem aus einer Mehrfachlöschfunkenstrecke und einem Ableitwiderstand gebildeten Ableitstrompfad parallelgeschaltet ist Außerdem gibt es auch keine einer Zündfunkenstreckenkette entsprechend zuordenbare Impedanzkette.By US-PS 33 20 482 is already a surge arrester for DC and AC voltage The type mentioned at the outset is known. Here, ignition spark gaps are assigned to the extinguishing spark sections. Furthermore, an impedance is connected in parallel to each extinguishing spark section, the latter being the case one of the aforementioned ignition spark gaps is connected in parallel. But now with the subject the aforementioned US patent even when specifying the embodiment according to FIG. 1 by means of the variants according to FIG. 2 and F i g. 3 none from ignition spark gaps or an ignition spark gap chain and a pre-impedance formed bypass current path available, one of a multiple quenching spark gap and one The leakage current path formed is connected in parallel. In addition, there is also no one Spark gap chain correspondingly assignable impedance chain.
Das Schaltungsgrundelement beim Gegenstand der US-PS 33 20 482 besteht vielmehr aus einer Parallelschaltung zweier Funkenstrecken, einer Hauptfunkenstrecke sowie einer Zündfunkenstrecke, denen weitere Impedanzen oder Widerstände parallelgeschaltet sind. Durch diese Parallelschaltung der Hauptfunkenstrecke zur Zündfunkenstrecke erhält letztere eine Spannung, die jener der Hauptfunkenstrecke gleicht Deshalb ist es unmöglich, mittels eines aus einer solchen Hauptfunkenstrecke und zwei hierzu in Reihe geschalteten Ableiterwiderständen gebildeten Ableiterelementes ίο hohe, aus der Lichtbogenspannung und dem ohmschen Spannungsabfall bestehende Spannungen wirkungsvoll zu begrenzen.The basic circuit element in the subject matter of US-PS 33 20 482 consists rather of a parallel connection two spark gaps, a main spark gap and an ignition spark gap, which are further Impedances or resistances are connected in parallel. This parallel connection of the main spark gap to the ignition spark gap, the latter receives a voltage that is the same as that of the main spark gap, which is why it is impossible, by means of one from such a main spark gap and two connected in series for this purpose Arrester resistances formed arrester element ίο high, from the arc voltage and the ohmic Voltage drop to limit existing voltages effectively.
Wenn Überspannungsableiter zur Begrenzung von Schaltüberspannungen an mehr oder weniger langen Leitungen angeschlossen sind, müssen sie in der Lage sein, ladungen auf diesen Leitungen abzuleiten. Um die bei der Entladung auftretende Energie aufnehmen zu können, werden die Ableiter mit magnetisch beblasenen Löschfunkenstrecken ausgerüstet Die hierbei stattfindende Verlängerung und die Kühlung des Lichtbogens in den Funkenkammern ergeben einen derartigen Anstieg der Lichtbogenspannung, daß ein großer Teil der Energie in den Funkenstrecken umgesetzt wird. Bei Höchstspannungsübertragungen (Gleich- oder Wechselstrom) erreichen die Entladeströme Werte der Größe von etwa 1000A1 wobei die Entladezeiten einige Millisekunden betragen können, so daß die Lichtbogenspannung in dieser Zeit einen sehr hohen Wert erreichen kann. Das geforderte Schutzniveau ist jedoch für Höchstspannungen relativ niedrig. Wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, kann die Summe aus Lichtbogenspannung und Spannungsabfall über dem Ableitwiderstand das Schutzniveau übersteigen, wodurch das gewünschte ordnungsgemäße Arbeiten des Ableiters nicht erfolgt.If surge arresters are connected to lines of greater or lesser length to limit switching overvoltages, they must be able to discharge charges on these lines. In order to be able to absorb the energy occurring during the discharge, the arresters are equipped with magnetically blown extinguishing spark gaps.The lengthening and cooling of the arc in the spark chambers result in such an increase in the arc voltage that a large part of the energy is converted in the spark gaps. In the case of high voltage transmissions (direct or alternating current), the discharge currents reach values of around 1000A 1, whereby the discharge times can be a few milliseconds, so that the arc voltage can reach a very high value during this time. However, the required level of protection is relatively low for maximum voltages. If no special measures are taken, the sum of the arc voltage and the voltage drop across the leakage resistor can exceed the protection level, which means that the arrester does not work properly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Lösung für einen Überspannungsableiter anzugeben, der ein hohes Ableitvermögen besitzt und bei dem unabhängig vom Ableitstrom eine Begrenzung der Lichtbogenspannung erfolgt, so daß das vorgegebene Schutzniveau eingehalten wird.The invention is based on the object of a simple solution for a surge arrester indicate which has a high discharge capacity and which has a limitation regardless of the discharge current the arc voltage takes place so that the specified level of protection is maintained.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß dem aus der Reihenschaltung von Löschfunkenteilstrekken und Ableitwiderstand gebildeten Ableitstrompfad ein aus den Zündfunkenstrecken und einer Vorimpedanz bestehender Nebenstrompfad parallel geschaltet und jeder Löschfnnkenteilstrecke eine Zündfunkenstrecke mit parallelgeschalteter Impedanz zugeordnet ist.According to the invention, this is achieved in that the series connection of partial extinguishing spark sections and leakage resistance a leakage current path formed from the ignition spark gaps and a bias impedance existing auxiliary current path connected in parallel and each extinguishing spark section an ignition spark gap is assigned with impedance connected in parallel.
Besonders vorteilhaft ist es, einen derartigen Überspannungsableiter so auszugestalten, daß der Ableitwiderstand im Ableitstrompfad und die Vorimpedanz im Nebenstrompfad so aufgeteilt sind, daß jeder Löschfunkenteilstrecke ein Teil-Ableitwiderstand und jeder Zündfunkenstrecke eine Teil-Vorimpedanz zugeordnet ist.It is particularly advantageous to have such a surge arrester designed so that the leakage resistance in the leakage current path and the pre-impedance are divided in the secondary current path so that each extinguishing spark section has a partial leakage resistance and a partial pre-impedance is assigned to each ignition spark gap is.
Weiter ist es zweckmäßig, daß den Löschfunkenteilstrecken Impedanzen zur Potentialsteuerung parallelgeschaltet sind.It is also useful that impedances for potential control are connected in parallel to the extinguishing spark sections are.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Impedanzen als ohmsche Widerstände auszuführen, denen jeweils Kondensatoren parallelgeschaltet sind.According to a preferred embodiment, the impedances are designed as ohmic resistances, each of which capacitors are connected in parallel.
Anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung wiedergeben, wird die Erfindung näher erläutertThe invention is illustrated by means of the drawings, which show exemplary embodiments according to the invention explained in more detail
F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Überspannungsäbleiter mit vier Löschfunkenteilstrekken. währendF i g. 1 shows a schematic representation of a surge arrester with four extinguishing spark sub-sections. while
Fig.2 eine Variante wiedergibt, bei der der Ableitwiderstand und die Vorimpedanz aufgeteilt sind.Fig.2 shows a variant in which the Leak resistance and the pre-impedance are divided.
F i g. 3 und 4 zeigen im Auf- und Grundriß den Aufbau eines Ableiters nach F i g. 1.F i g. 3 and 4 show the construction of an arrester according to FIG. 1.
In Fig. 1 besteht die Löschfunkenstrecke des Ableiters aus vier Löschfunkenteilstrecken 11, zwischen denen die Blasspule 12 zur magnetischen Beblasung der Löschfunkenteüstrecken 11 eingeschaltet ist. Die Blasspule 12 besitzt eine Überbrückungsfunkenstrecke 13. In Reihe mit den Löschfunkenteilstrecken 11 liegt der spannuGgsabhängige Ableitwiderstand 14. Zwischen den beiden Anschlüssen des Überspannungsabieiters, also parallel zur Reihenschaltung aus AbleitwiderstandIn Fig. 1, the quenching spark gap of the arrester consists of four quenching spark sections 11, between which the blowing coil 12 is switched on for magnetic blowing of the extinguishing spark element 11. the Blow-out coil 12 has a bridging spark gap 13. In series with extinguishing spark sub-sections 11 the voltage-dependent leakage resistance 14. Between the two connections of the surge arrester, i.e. parallel to the series connection of the bleeder resistor
14 und den Löschfunkenteüstrecken 11, liegt eine Impedanzkette, die aus einer Vorimpedanz 18 und vier Impedanzen 16 besteht Parallel zu den Impedanzen 16 ist jeweils eine Zündfunkenstrecke 15 geschaltet. Sofern die Vorimpedanz 18 und die Impedanz 16 als lineare oder spannungsabhängige Widerstände ausgebildet sind, kann es zweckmäßig sein, zur Steuerung der Spannungsverteilung jeweils einen Kondensator 17 bzw. 19 parallel zu schalten. Desgleichen können die Löschfunkenteüstrecken 11 mit Steuerimpedanzen 20 (Widerstände, Kondensatoren) versehen sein.14 and the extinguishing spark element 11, is an impedance chain, which consists of a pre-impedance 18 and four Impedances 16 exist. An ignition spark gap 15 is connected in parallel to the impedances 16. Provided the pre-impedance 18 and the impedance 16 are designed as linear or voltage-dependent resistances are, it can be useful to control the voltage distribution in each case a capacitor 17 or 19 to be connected in parallel. The extinguishing spark sections 11 can also have control impedances 20 (Resistors, capacitors).
Die Wirkungsweise des Überspannungsabieiters beim Auftreten einer Überspannung ist folgende: Da die Schlagweite der Zündfunkenstrecken 15 kleiner als diejenige der Löschfunkenteüstrecken 11 ist, sprechen die Zündfunkenstrecken 15 zuerst an. Durch die Vorimpedanz 18 wird der über die ZündfunkenstreckenThe mode of operation of the surge arrester when an overvoltage occurs is as follows: Since the The striking distance of the ignition spark gaps 15 is smaller than that of the extinguishing spark gaps 11, speak the spark gaps 15 appear first. The pre-impedance 18 over the ignition spark gaps
15 fließende Entladestrom begrenzt und damit die Spannung am Ableiter auf einem zur Zündung der Löschfunkenteüstrecken 11 notwendigen Wert gehalten. Es erfolgt somit sofort dadurch die Zündung der Löschfunkenteilstrecken U und gleichzeitig die der Überbriickungsfunkenstrecke 13. Danach löschen die Zündfunkenstrecken 15, die Blasspule 12 übernimmt mehr und mehr den Strom, der zunächst über die Überbrückungsfunkenstrecke 13 floß, wodurch der Lichtbogen infolge der magnetischen Beblasung an den Löschfunkenteüstrecken 11 aufgeweitet und gekühlt v/ird. Übersteigt die Summe aus der Lichtbogenspannung an den Löschfunkenteüstrecken 11 und dem Spannungsabfall am Ableitwiderstand 14 den für das Ansprechen der Zündfunkenstrecken 15 maßgebenden Wert, so zündet diese und der ausgeweitete Lichtbogen an den Löschfunkenteilstrecken 11 wird durch einen neuen Lichtbogen kurzgeschlossen, wodurch der ausgeweitete Lichtbogen erlischt und das Spiel sich wiederholt, bis der Entladevorgang beendet ist und der Überspannungsableiter endgültig gegen die anliegende Netzspannung erlischt Die F i g. 2 zeigt eine Variante bezüglich der Anordnung von Ableitwiderstand und Vorimpedanz. Der Ableitwiderstand 14 aus F i g. 1 ist hier in drei Teilwiderstände 14a, 14Z>, 14c aufgeteilt, wobei jeder Teilwiderstand den drei Löschfunkenteüstrecken 11 zugeordnet ist. In analoger Weise ist die Vorimpedanz 18 gegenüber Fig. Ϊ in drei Teü-Vorimpedanzen 18a, 18Z>, 18c aufgeteilt. Die Anordnung ist dort von Vorteil, wo eine Löschfunkenteilstrecke 11, eine Zündfunkenstrecke 15, eine Impedanz 16, ein Ableitwiderstand 14a und eine Teil-Vorimpedanz 18a jeweils als eine Baueinheit ausgeführt sind und mehrere15 flowing discharge current is limited and thus the voltage at the arrester on one to ignite the Löschfunkenteüstrecken 11 held necessary value. This immediately causes the ignition of the Extinguishing spark sections U and at the same time that of the bridging spark gap 13. Then extinguish the Ignition spark gaps 15, the blower coil 12 takes over more and more of the current that is initially via the Bridging spark gap 13 flowed, whereby the arc as a result of the magnetic blowing to the Extinguishing spark part 11 widened and cooled. Exceeds the sum of the arc voltage at the extinguishing spark elements 11 and the voltage drop across the bleeder resistor 14 for the If the ignition spark gaps 15 respond, then this and the expanded arc ignites at the extinguishing spark sections 11 is short-circuited by a new arc, whereby the expanded The arc goes out and the game repeats itself until the discharge process has ended and the Surge arrester finally goes out against the applied mains voltage. The F i g. 2 shows a variant regarding the arrangement of leakage resistance and pre-impedance. The bleeder resistor 14 from FIG. 1 is here divided into three partial resistors 14a, 14Z>, 14c, each partial resistance being assigned to the three extinguishing spark partial sections 11. In an analogous way is the Pre-impedance 18 is divided into three partial pre-impedances 18a, 18Z>, 18c compared to FIG. The arrangement is It is advantageous where there is a partial extinguishing spark gap 11, an ignition spark gap 15, an impedance 16 Leakage resistor 14a and a partial pre-impedance 18a are each designed as a structural unit and several
ίο dieser Baueinheiten zu einem Überspannungsableiter zusammengesetzt werden.ίο these structural units to a surge arrester be put together.
In Fig.3 ist der beispielsweise Aufbau eines Überspannungsabieiters nach F i g. 1 als Teil-Längsschnitt gezeigt, während in Fig.4 ein zugehörigerFIG. 3 shows the example of the structure of a surge arrester according to FIG. 1 as a partial longitudinal section shown, while in Fig.4 an associated
ι "> Querschnitt gemäß der Linie I-I dargestellt ist. Soweit es sich um gleiche Teile wie in F i g. 1 handelt, werden gleiche Bezugszeichen verwendet Die aktiven Teile des Überspannungsabieiters sind in einem Isolierstoffgehäuse 1 untergebracht das an beiden Enden eine zugleich dem elektrischen Anschluß dienende Abschlußarmatur 2 besitzt, gegen die sich wiederum eine Platte 3 abstützt. Die Platten 3 sind in an sich bekannter Weise als Bruch- bzw. als Entlastungsglieder gegen ungewollte innere Überdrücke ausgebildet. Zwischen den Platten 3ι "> cross-section along the line. Insofar as is shown II it g to the same parts as in F i. 1 is, like reference numerals are used The active parts of the surge arrester are housed in an insulating case 1, at both ends at the same time the electrical connection serving closing fitting 2, against which in turn a plate 3 rests
r> ist mittels einer Feder 4, welche durch ein Kupferband 5 von der Stromführung entlastet ist, ein Stapel eingespannt. Dieser Stapel setzt sich von unten angefangen aus einer Metallscheibe 6, dem aus zwei Scheiben bestehenden Ableitwiderstand 14 und einer r>, is clamped a stack by means of a spring 4, which is relieved by a copper tape 5 of the flow guide. Starting from the bottom, this stack consists of a metal disk 6, the bleeder resistor 14, which consists of two disks, and one
J» weiteren Metalischeibe 6 zusammen. Dann folgen sechs keramische Teile 7, zwischen denen die Blasspule 12 angeordnet ist Die keramischen Teile 7 sind in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß sie Funkenkammern bilden, in denen, wie Fig.4 näher zeigt,J »another metal disk 6 together. Then six follow ceramic parts 7, between which the blowing coil 12 is arranged. The ceramic parts 7 are in themselves As is known, designed so that they form spark chambers in which, as Fig. 4 shows in more detail,
Jr> Elektroden 11a, Ub und 15a, 15f> einer Löschfunkenteilstrecke 11 bzw. eine Zündfunkenstrecke 15 untergebracht sind. Mittels der Verbindungen 8, 9, 10 sind die verschiedenen Teile entsprechend dem Schema der F i g. 1 miteinander elektrisch verbunden. Die Impedanzen 16 sowie die Vorimpedanz 18 sind außerhalb des Stapels angeordnet. Die zur Blasspule 12 parallel geschaltete Überbrückungsfunkenstrecke 13, deren Elektrodenenden mit 13a, 136 angedeutet sind, befindet sich innerhalb der Blasspule 12. Die Kondensatoren 17J r > electrodes 11a, Ub and 15a, 15f> a quenching spark section 11 or an ignition spark gap 15 are accommodated. By means of the compounds 8, 9, 10, the various parts are in accordance with the scheme in FIG. 1 electrically connected to each other. The impedances 16 and the pre-impedance 18 are arranged outside the stack. The bridging spark gap 13 connected in parallel to the blowing coil 12, the electrode ends of which are indicated by 13 a, 136, is located within the blowing coil 12. The capacitors 17
■>■> und 19 und die Steuerimpedanz 20 der Fig. 1 wurden der Übersichtlichkeit wegen in den Fig.3 und 4 weggelassen.■> ■> and 19 and the control impedance 20 of FIG. 1 have been shown in FIGS. 3 and 4 for the sake of clarity omitted.
Der Vorteil der neuen Anordnung ist vor allem darin zu sehen, daß es damit möglich wird, den Ableiter durch entsprechende Dimensionierung von Funkenkammern und Ableitwiderstand für ein großes Energieaufnahmevermögen auszulegen bei Einhaltung eines niedrigen Schutzniveaus, wie es insbesondere bei Übertragungsanlagen höchster Spannungen gefordert wird. The main advantage of the new arrangement is that it enables the arrester to pass through Corresponding dimensioning of spark chambers and leakage resistance for a large energy absorption capacity designed while maintaining a low level of protection, as is particularly required for transmission systems with the highest voltages.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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