DE1905904A1 - Blitzableiter und Vorrichtung zu seiner Ausloesung - Google Patents

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PATENTANWÄLTE DIPPING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN PotUchedc-Konto: Bank-Konto: Telefon Tel.-Adr.

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Unser Zeichen: F°3338 Erb/sch 1905904

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^den I 6, Feb. IS59

COMPAGNIE GENERALE D, Paris /Frankreich'

Blitzableiter und Vorrichtung zu seiner Auslösung

Die Erfindung betrifft Energieübertragungsleitungen hoher und sehr hoher Spannung, Vorrichtungen zum Schutz dieser Leitungen und allgemein Vorrichtungen zur Entladung eines Leiters hoher oder sehr hoher Spannung in die Erde oder in eine Last.

Der Schutz von Einrichtungen und Stationen von Übertragungsleitungen hoher und sehr hoher Spannung gegen. Überspannungen stellt ein sehr schwieriges Problem dar. Es wurde festgestellt, daß das Auftreten von Überspannungen infolge von Blitzeinschlag in einem gewissen Leitungsabschnitt in unmittelbarer Nachbarschaft von Kraftwerken, Unterwerken oder anderen derartigen Einrichtungen unbedingt zu vermeiden sind. Versuche ergaben beispielsweise, daß es bei Leitungen von 380 KV mit unter der Erde verlegten Transformatoren, die über Verbindungskabeln von etwa 100 m Länge mit der Leitung verbunden sind, erforderlich ist, die Leitung von dem Transformator oder dem Kraftwerk aus über eine Strecke von etwa 1200 m zu

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schützen. Andererseits wurde nachgewiesen, daß ein Schutz gegen ^: direkten Blitzeinschlag auf einer Leitungsstreae von ungefähr ! 800 m von der Zentrale oder dem Transformator aus auf jeden Fall erforderlich ist. Um wirksam zu sein, muß der Schutz äusserst schnell in Wirkung treten, da ein Blitzeinschlag in Nähe eines Kraftwerkes (beispielsweise in einer Entfernung von 1200 m) einen Wellenstoß erzeugt, der das Kraftwerk in einer Zeit von weniger als 5 Mikrosekunden erreicht, so daß die Verwendung von Unterbrechern, deren Ansprechzeit wesentlich höher ist, ausgeschlossen ist.

Zum Schutz von Leitungen gegen derartige Überspannungen werden im allgemeinen Blitzableiter verwendet, die Funkenentladungsstrecken mit Elektroden besonderer Form besitzen. Diese Funkenentladungsstrecken sind in Reihe oder parallel geschaltet : und mit Widerständen versehen oder kombiniert. Bei Ankunft einer' durch einen Blitz oder durch eine andere Erscheinung erzeugten Stoßwelle, deren Spannung größer ist als die Auslösespannung der Funkenentladungsstrecken, entsteht zwischen den Elektroden der Funkenentladungsstrecke» ein Lichtbogen, so daß die Leitung mit der Erde verbunden wird. Nach Entladung der Überspannung muß der Lichtbogen der Funkenentladungsstrecken gelöscht werden, damit eine Entladung der Leitung in die Erde verhindert und ihr Normalbetrieb wieder hergestellt wird.

Die Schutzhöhe eines Blitzableiters wird durch die Auslösespannung und die Restspannung - die Spannung an den Polen des Blitzableiters, wenn durch ihn ein Strom fließt - bestimmt.

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Im allgemeinen ist die Restspannung stärker als die Überschlägst spannung, wodurch die Schutzhöhe vermindert wird. Zur Erhöhung ! des Schutzes müssen also die Betriebscharakteristiken der Funkenentladungsstrecken durch Verringerung der Auslösezeit verbessert werden, indem man den Wert der Auslösespannung steuert.
Andererseits kann durch Erhöhung des Löschungsvermögens des
Blitzableiters die Restspannung verringert werden. I

Ziel der Erfindung ist es, die Arbeitsweise von Blitz- j ableitern zu verbessern, indem man ihnen eine Vorrichtung zum j Auslösen der Funkenentladungsstrecken beigibt, mit deren Hilfe j der Überschlag genau zu dem gewünschten Zeitpunkt bei einer be- ; liebigen Spannung, die höher als die Nennspannung der Leitung
ist, ausgelöst werden kann.

Erfindungsgemäß kann nicht nur der Zeitpunkt der Auslö-

sung des Blitzableiters gesteuert werden, sondern kann auch ; ohne Einwirkung auf die mechanischen Elemente des Blitzableiters die Auslösespannung variiert werden; mit anderen Worten: während die bekannten Blitzableiter für eine bestimmte Arbeitsspannung ■ gebaut sind, kann der erfindungsgemäße Blitzableiter in einem : ι wesentlich breiteren Spannungsbereich arbeiten.

Ziel der Erfindung ist ferner, den von Blitzableitern bewirkten Schutz zu erhöhen, indem ein aktives Element geschaffen
wird, das sich im Ruhezustand befindet, wenn auf der Leitung
keinerlei Überspannung gemeldet wird, und das automatisch in
den Arbeitszustand gelangt, d.h. bereit ist, unter den günstigsten Bedingungen ausgelöst zu werden, wenn die Wahrscheinlichkeit besteht, daß eine Überspannung auftreten wird, oder wenn

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an einem beliebigen Leitungsabschnitt eine Überspannung festge-I stellt wurde. '

Die Erfindung beruht auf der Anwendung elektromagnetische])¹ Strahlen hoher Energiedichte, beispielsweise Laserstrahlen, zur Auslösung von Fuhkenentladungsstrecken.

Die Zündung von Hochspannungs-Funkenentladungsstrecken durch elektromagnetische Strahlen hoher Energiedichte, die auf sehr verschiedenen Erscheinungen beruht, bildet den Gegenstand einer Reihe französischer Patentschriften, insbesondere der französischen Patentschriften 1.387.087, 1.381.470 und 1.381.480.

In einem im Mai 1963 in der Zeitschrift "IBM Technical Disclosure Bulletin" erschienen Artikel wird von Anderson ein Verfahren beschrieben, durch welches für einen ein gasförmiges Medium durchquerenden elektrischen Lichtbogen ein bevorzugter Weg erreicht werden kann. Anderson hatte die Entdeckung gemacht, daß der Durchgang eines Lichtstrahls hoher Leistung in einem leicht ionisierbaren gasförmigen Medium (Zäsiumdampf) eine lokale Erhitzung des Mediums und dessen Ionisierung bewirkt. Anderson benutzt diese Erscheinung zur Stabilisierung eines Lichtbogens, indem er durch den Raum zwischen zwei zueinander parallelen Platten einen Laserstrahl hindurchführt, der durch eine in einer der Platten vorgesehene Öffnung eintritt. Der hierbei zwischen den auf das entsprechende Potential gebrachten Platten hergestellte Lichtbogen verlief im wesentlichen geradlinig und stabil in dem Laserstrahl.

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Die Idee τοη Anderson wurde von Perry in der französischen Patentschrift 1.480.034 (amerikanische Prioritätsanmeldung Nr. 456.793 vom 18. Mai 1965) der Firma Allis Chalmers wieder aufgenommen. Perfy stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Führung eines elektrischen Lichtbogens zu schaffen, j mit der man eine Entladung zwischen einer Leitung und der Erde an einem genau bestimmten.Punkt in einer möglichst stabilen und kürzesten Bahn erhält. Zu diesem Zweck benutzt Perry zwei Platten, von denen eine mit der Leitung und die andere mit der Masse ^: verbunden ist und die in einem gegenseitigen Abstand von etwa 2 bis 4 Meter angeordnet waren. Bekanntlich ist die Entladung ! des Lichtbogens unter diesen Umständen nicht geradlinig, sondern ! folgt einer unregelmäßigen, zufälligen Linie, deren Länge 5 bis ; 6 Meter erreichen i;ann. '

Zur Stabilisierung des Lichtbogens einer derartigen Vorrichtung nimmt Perry die Idee von Anderson auf und benutzt ei- ; nen Laserstrahl, der infolge der in seiner Bahn erzeugten Ionisierung der Luft durch Erhitzung dem Lichtbogen eine geradlinige ! Bahn verleiht· Dies hat außerdem den Vorteil, daß dadurch die j Ausgangspunkte des Lichtbogens auf den Platten festgelegt werden, deren Standort normalerweise nicht vorhersehbar ist. Perry

schlägt vor, einen kontinuierlich arbeitenden Laser zu verwenden oder einen pulsierenden Laser, d.h. einen Laser, dessen Lichtstrahl synchron ait der Spannung oder dem Strom der Übertragungsleitung moduliert wird. Gemäß Perry wird der laser durch ein ■ beliebiges, festgelegtes Signal ausgelöst, beispielsweise wenn der Strom der,Leitung einen bestimmten Wert überschreitet.

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Obwohl diese Vorrichtung nur allgemein beschrieben wird, ! scheint es doch, daß sie die durch Anderson bekannte Aufgabe, ! nämlich die Stabilisierung und Führung eines Lichtbogens zwi- ! ! sehen zwei in verhältnismäßig großem Abstand voneinander ange- i ordneten leitern, erfüllt. Eine derartige Vorrichtung ist je- ' j doch in keiner Weise zum Schütze von leitungen geeignet, da sie nicht die an derartige Schutzvorrichtungen gestellten Anforderungen erfüllen kann. Die Stabilität und die Länge des Lichtbogens sind nämlich nicht die wichtigsten Faktoren, die den Betrieb von Schutzvorrichtungen, wie Blitzableitern, beeinflussen, von denen die Vorrichtung von Perry lediglich eine Grundidee ι darstellt. Vielmehr ist es bei Blitzableitern von Bedeutung, j daß man einen Lichtbogen mit einer gewissen Länge erhält, da der ; Lichtbogen nach Durchgang der Überspannung möglichst schnell und möglichst vor dem Nulldurchgang der Leitungsspannung gelöscht web

I i

; den soll. Für Blitzableiter von Hochspannungsleitungen sind be- ! reits Einrichtungen zum Blasen des Lichtbogens, beispielsweise [ auf magnetischem Wege bekannt, wodurch dieser verlängert wird. ; Eine derartige Blasvorrichtung ist beispielsweise in der Zeitj schrift "ASEA Revue" Nr. 1, 1962, Seiten 3 bis 7, ausführlich J beschrieben. Im Gegensatz zu dem aus der Patentschrift von

Perry bekannten Stand der Technik besteht das Ziel der vorlie- \ genden Erfindung also darin, die Ansprechzeit einer Vorrichtung

zum Schutz einer Leitung zu verbessern, die beliebige Steuerung j der Auslösespännung dieser Vorrichtung zu ermöglichen, die Rest-* • spannung zu verringern, und das Löschungsvermögen zu erhöhen.

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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Schutz einer Leitung zur tiber tragung elektrischer Energie hoher Spannung gegen durch Blitzeinschlag erzeugte Überspannungen, bestehend aus einen Blitzableiter mit mehreren Funkenentladungsstrecken, einen Laser, der in den Baum zwischen den Elektroden der Funkenentladungsstrecken einen Laserstrahl sendet, und einem Steuerkreis zur Auslösung der Funkenentladungsstrecke durch Einwirkung auf den Laser, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Steuerkreis mindestens ein für die durch ein Gewitter erzeugten elektrischen Störungen und Funkstörungen empfindliches Abtastorgan besitzt, das mindestens die Vorionisierung mindesten«! einer der Funkenentladungsstrecken bewirkt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen ist. Auf dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine scheiaatische Gesamtdarstellung der erfindungsgesäßen Vorrichtung;

. Fig. 2 eine schematises dargestellte Einzelheit einer Aus- ^; führungsform eines erfindungsgemäßen Blitzableiters ia Schnitt;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Ebene A-A¹ des auf Figur 2 gezeigten Blitzableiters;

Fig. 4 und 5 Schnitte durch zwei andere, schematisch dargestellte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Blitzableiters;

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; Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer anderen Aus-I führungsform der in einem erfindungsgemäßen Blitzab- ' leiter verwendbaren Wicklung.

Die auf Fig, 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt einen Blitzableiter 1, der aus mindestens einer Funkenentladungsstrecke mit einer mit einem Laser 2 versehenen Vorrichtung zur Auslösung des Lichtbogens besteht. Hier-_: bei kann ein Blitzableiter bekannter Ausführung verwendet wer- | den, der normalerweise keine Vorrichtung zum Auslösen des Lichtbogens besitzt und so abgeändert wird, daß er den Durchgang eines Laserstrahls mindestens in einem Teil des Baumes zwischen I den Elektroden einer Funkenentladungsstrecke oder das Auf treffen '■

eines Laserstrahls auf mindestens eine Elektrode oder Gegenelektrode der Funkenentladungsstrecke gestattet. In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann nämlich ein Blitzableiter neu- j artiger Ausführung verwendet werden, der später noch anhand einiger Ausführangsbeispiele beschrieben werden soll.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ferner einen Steuerkreis 3 zur Steuerung des Lasers 2. Dieser besitzt einer- j seits die zum Betrieb des Lasers erforderlichen elektronischen ^! Einrichtungen und Vorrichtungen zur Energiezufuhr und andererseits . Informationsbehandlungskreise, die zur Steuerung des Laserbetriebes in Abhängigkeit der von den äußeren Steuerkreisen . oder verschiedenen zur Anlage gehörenden Tastorgailen gelieferten : Signale erforderlich sind. · ;

' Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ferner mindestens ; ein Abtastorgan, das das tatsächliche oder wahrscheinliche Vor-

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handensein einer Überspannung oder eines Überstromes in der zu schützenden Übertragungsleitung oder das Auftreten einer Stoßwelle in dieser Leitung meldet. Gegebenenfalls kann dieses Abtastorgan mit Meßeinrichtungen versehen sein, die die Merkmale der in der Leitung bestehenden Störungen liefert. Die von dem oder den Abtastorganen der Vorrichtung gelieferten Informationen werden durch den Informationsbehandlungskreis behandelt, der den Blitzableiter in den zur Beseitigung der Störung der Leitung günstigsten Zustand bringt.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Abtastorgane können sehr verschieden ausgeführt sein.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Abtastorgan aus einem, photoelektrischen Fühler 4, der das Vorhandensein von Blitzen am Himmel in Nähe der zu schützenden Station oder in Mhe der Blitzableiteranlage selbst feststellen kann.

Wenn eine Station beispielsweise in einem Tal in Nähe von Bergen installiert ist, so iönnen die photoelektrischen Abtastorgane in den Bergen aufgestellt sein, während die erfindungsgemäße Blitzableiteranlage sich in Nähe der Station befindet. Ein photoelektrisches Abtastorgan hat hierbei die Auf- ^;gabe, dem Blitzableiter die wahrscheinliche Ankunft einer durch einen Blitz erzeugten Störung zu melden. ,

Ein anderes Abtastorgan, das eine ähnliche Aufgabe erfüllt, kann aus einem Funkempfänger 5 mit besonderen Merkmalen beste- ! hen, der für die durch einen in der Nähe einschlagenden Blitz er-i zeugten hertzsehen Störwellen empfindlich ist. Eine derartige ^: Vorrichtung ist beispielsweise aus der französischen Patentschrift

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-ΙΟΙ .485.939 oder aus der US.Patentschrift 3.215.997 bekannt.

Erfindungsgemäß kann die Schutzvorrichtung ferner Abtastorgane 6 besitzen, die die Merkmale der tatsächlich in der Leitung bestehenden Überströme oder Überspannungen melden und messen können. Diese Abtastorgane können in einer gewissen Entfernung von der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung angeordnet sein. Dadurch kann der Informationsbehandlungskreis nicht allein von der Ankunft einer Stoßwelle benachrichtigt werden, sondern er kann auch mit Genauigkeit den Zeitpunkt der Ankunft dieser Stoßwelle an der Stelle der Leitung, an welcher der Blitzableiter installiert ist, berechnen.

Die in der erfindungsgernäßen Vorrichtung verwendeten Abtastorgane können auf jede bekannte Weise ausgebildet sein. Bei-f spielsweise können elektromagnetische, elektrostatische, magnetisch-optische, elektrisch-optische Abtastorgane oder auch bekannte Meßtransformatoren verwendet werden.

Diese Abtastorgane können je nach Ausführungs form auf dem Boden, auf Pfosten, auf Leitungsmasten oder auf der Lei- | tung selbst montiert werden.

Der in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Laser kann beliebig ausgebildet sein. Insbesondere kann ein Laser verwendet werden, der ausgelöst wird und einen Impuls kurzer Dauer und verhältnismäßig hoher Energie aussendet. Der Laser kann ferner abklingende Impulse liefern oder kontinuierlich arbeiten. Insbesondere kann ein Gaslaser verwendet werden. Der Laser kann ferner mit einer beliebigen Vorrichtung zur Modulierung der Leistung des ausgesendeten Strahls versehen sein. _-]-]_

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Beispielsweise wird ein kontinuierlich arbeitender Laser verwendet, der zu dem Zeitpunkt, an dem eines der Abtastorgane die Möglichkeit oder die Wahrscheinlichkeit der Ankunft einer Störung in der Leitung meldet, ausgelöst wird.

Der Lichtstrahl kann so gesteuert werden, daß er in dem Blitzableiter eine Vorionisierung bewirkt, die nicht in der Lage ist, den elektrischen Lichtbogen auszulösen, die jedoch die Arbeitsweise des Blitzableiters im Falle einer von einem beispielsweise ausgefallenen Abtastorgan nicht gemeldeten Ankunft einer Stoßwelle verbessert, Normalerweise kann die durch das Abtastorgan gemeldete Ankunft der Stoßwelle die Vorrichtung zur Modulierung des Laserstrahls so steuern, daß die Intensität des Strahls plötzlich erhöht wird und der Lichtbogen gegebenenfalls eitige Augenblicke vor Ankunft der Stoßwelle an dem Blitzableiter! ausgelöst wird.

Lurch Erhöhung der Intensität des kontinuierlich arbeitenden Laserstrahls können ferner auch die Eigenschaften des Lichtbogens in der Funkenentladungsstrecke verbessert und ein besseres Abfließen des Hauptteiles der Stoßwelle erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird der Laser 50 zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgelöst, der von den Eigenschaften der abzuleitenden Stoßwelle und von dem für die Leitung erforderlichen Schutz abhängt.

Der Laser kann vor Ankunft der Stoßwelle ausgelöst werden, wodurch der Grad des Leitungsschutzes erhöht wird. Ferner

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ί kann der Laser auch zum Zeitpunkt der Ankunft der Stoßwelle nur i j dann ausgelöst werden, wenn der Wert dieser Stoßwelle einen be- j j stimmten Wert überschreitet. Die Bestandteile des Blitzableiters ■ können in einer hermetisch abgeschlossenen Kammer Vorgesehen : sein, die ein dielektrisches Druckgas, beispielsweise Stickstoff-. Helium, Luft oder Schwefelhexafluorid (SFg), enthält.

Somit können die Eigenschaften des Blitzableiters durch Änderung der verschiedenen Parameter, beispielsweise des Zeit- J punktes, der Dauer und der Energie des Laserimpulses, der Natur i und des Druckes dieses Gases und der Entfernung des Läserstrahls von einer der Elektroden geändert werden, ohne daß hierzu irgendf ein mechanisches Teil ausgetauscht werden muß.

Auf diese Weise kann derselbe Blitzableiter für einen weihten Spannungsbereich verwendet werden, indem lediglich die obenerwähnten Parameter zu äncfern sind.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Blitz-• ableiters besteht darin, daß er aus mehreren vorgefertigten ^; Elementen zusammengesetzt ist. Ein derartiges Element ist bei-I spielsweise auf Fig. 2 dargestellt und besitzt eine gemeinsame ^! rohrförmige Elektrode 33, die zwei durch eine dichte Isolierwand \ 32 voneinander getrennte Innenelektroden 35 und 36 umgibt. Die rohrförmige Elektrode 33 besitzt eine Wicklung 34, die mit einem j in Reihe geschalteten Widerstand des Blitzableiters parallelge- :schaltet ist. Ferner kann auch das Blitzableiterelement selbst als Widerstand verwendet werden, indem man die Wicklung 34 mit diesem über Leiter 37 und 38 (gemäß Fig. 2) parallel schaltet.

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Nötigenfalls können die die Elektroden 35 und % tragen-.den Stangen 40 und 41 aus einem Material bestehen, das einen gewissen elektrischen Widerstand besitzt. Dieser Widerstand bewirkt ein Potentialgefälle, das sich zu dem durch die Lichtbögen! selbst erzeugten Potentialgefälle addiert.

Ein derartiges Element besitzt ferner zwei dichte isolierende Deckel 30 und 31» die ebenso wie die Wandung 32 dichte transparente Fenster 39 besitzen, durch welche der Laserstrahl hindurchtreten kann. Diese Fenster 39 können mit optischen Einrichtungen zur Konzentrierung des Laserstrahls im Inneren jeder der Kammern der Funkenentladungsstrecke versehen sein. Die isolierenden Leitungen zur Zufuhr des dielektrischen Gases sind auf Fig. 2 nicht dargestellt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann an der Innenwand der rohrförmigen Elektrode 33 in mindestens einer der Kammern des Elementes in deren Mitte mindestens eine Erhebung 42 vorgesehen sein, die gegenüber der Innenelektrode 36 einen verengten Durchgang bildet, welcher die Auslösung der Funkenentladungsstrecke begünstigen kann. Diese Erhebung 42 kann aus einem ringförmigen Wulst oder einer Reihe von auf einer Umfangslinie der Innenfläche der Elektrode 33 angeordneten Vorsprüngen bestehen.

Fig. 3 zeigt die Funkenentladungsstrecke in einem Schnitt ; durch die Ebene A-A¹. Die ringförmige Erhebung 42 kann sich auch j nur über einen Teil des Umfanges der Innenfläche der Elektrode I 33 erstrecken _h deren anderer Teil hierbei mit einer Reihe von '

Vorsprüngen 43 versehen sein kann. i

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Im folgenden soll davon ausgegangen werden, daß der Laserstrahl einen Lichtbogen 44 auslöst. Der Laserstrahl kann sowohl auf der Seite der Vorsprünge 42 als auch auf der Seite der Erhebung 43 vorgesehen sein. Auf der Seite der Vorsprünge 43 würde die Spitzenwirkung die Auslösung begünstigen. Bei Anoriong des Laserstrahls auf der Seite der Erhebung 42 kann ein stabilerer und intensiverer Lichtbogen erzeugt werden, der den Strom des Stoßwellenbeginns besser abführen würde.

Das durch eine Wicklung 34 erzeugte, zur Schnittebene von Fig. 3 senkrechte magnetische Feld bewirkt, daß der Lichtbogen abgelenkt wird, indem sein Angriffspunkt auf der Innenfläche der Elektrode 33, wie auf Fig. 3 in unterbrochenen Linien dargestellt ist, verschoben wird. Im Grenzfall, wenn das magnetische Feld ausreichend stark ist, schließt sich der Licht- i bogen in sich, wodurch er gelöscht wird.

• Die Kombination einer Erhebung 42 mit Vorsprüngen 43 kann also die Löschung des Lichtbogens der Fünkenentladungsstrecke nur begünstigen.

Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform der Eifindung (auf der Zeichnung nicht dargestellt) kann das Blitzableiterelement mit einer Lichtbogenblaseinrichtung versehen sein, bei der ein Strahl eines.dielektrischen Gases beispielsweise durch die Innenelektrode zugeführt wird, dessen Teile 36 und 41 hierbei zu diesem Zweck hohl ausgeführt sind.

Auf den Fig. 4 bis 6 sind andere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Blitzableiters dargestellt. Bei all diesen

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Ausführungsformen wird die Löschung des Lichtbogens nicht durch * Einwirkung eines zum Lichtbogen der Funkenentladungsstrecke senkrechten Magnetfeld, sondern durch Einwirkung eines zu diesem Lichtbogen parallelen Magnetfeldes erreicht. Ein derartiges Magnetfeld bewirkt keine Verlängerung, sondern eine Einschnürung des Lichtbogens.

Bei den auf den Figuren 4 bis 5 dargestellten Ausführungsp formen besitzt der Blitzableiter eine Reihe von Funkenentladungsjstrecken, die aus im wesentlichen kugelförmigen oder eiförmigen \ Elektroden (taspielsweise den Elektroden 45, 46 auf Fig. 4) oder; im wesentlichen flache Elektroden (beispielsweise den Elektro- j den 47ι 48 von Fig. 5) besteht, in welchen eine zentrale Bohrung 49 zum Durchgang des Strahls eines unterhalb der Säule angeordneten Lasers 50 vorgesehen ist. Jede dieser Elektroden kann nötigenfalls mit einer aus Linsen gebildeten optischen Einrichtung ausgerüstet sein, durch welche der Laserstrahl in dem Kaum zwischen den Elektroden konzentriert werden kann.

Eine derartige optische Einrichtung ist nur auf Fig. 5 mit der Vorrichtung 51-52 dargestellt, kann jedoch ebenso auch^: in einem oder mehreren der auf den anderen Figuren dargestellten Funkenentladungsstrecken vorgesehen sein.

Die auf den Fig. 4 und 5 dargestellten Blitzableiter können eine obere Elektrode 53 besitzen, in der keine zentrale Öffnung vorgesehen ist und auf die der Laserstrahl auftreffen kann.

Die Form der unteren Elektrode 54 ist den anderen Elektroden derselben Funkenen-fladungsstrecke angepaßt. Sie kann ein-

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stückig sein (Fig. 4) oder ein zusätzliches plattenfrmiges EIe- \ ment 55 (Fig. 5) besitzen. Jede der Elektroden 45 oder 47 wird ' von Isolierteilen 56 gehalten, die an der Innenseite eines isolierenden Zylinders 57 befestigt sind. Der Zylinder 57 kann auf I jede beliebige bekannte Weise gehalten werden. Insbesondere kann ier auf der den Sockel der Elektrode 54 bildenden Metallplatte 55 ; (Fig. 5) oder auf dem entsprechenden Teil der Elektrode 54 von Fig. 4 aufliegen. _:

Die untere Elektrode 54 ruht auf einem hohlförmigen Leiter

,von beliebigem, beispielsweise kreisförmigem, vieleckigem Profil. Dieser Leiter, der in seinem unteren Teil mit der Erde verbunden j ist, kann aus mehreren Teilen bestehen, die verschiedene elektri-4 : i

sehe Leitfähigkeit besitzen.

I Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet ein Teil j dieses Leiters einen in Reihe geschalteten Widerstand, an dessen j

I !

!Anschlüsse eine Wicklung angeschlossen ist, die das die Löschung des elektrischen Lichtbogens der Funkenentladungsstrecken be- .

günstigende Magnetfeld erzeugt.

Gemäß Fig. 4 und 5 kann dieser Widerstand aus einem oberen Teil 58 des den Sockel der Elektrode 54 tragenden Leiters bestehen.

! Ein anderer Teil 59 dieses Leiters kann aus einem Matejrial bestehen, das einen in Abhängigkeit von dem durch ihn hin-Idurchfließenden Strom veränderlichen, nicht linearen spezifischen Widerstand besitzt. Wie oben ausgeführt wurde, trägt ein derartiger Widerstand zur Löschung des Folgestroms des Blitzabileiters bei.

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j Der untere Teil des die Elektrode 54 tragenden hohlen

Leiters kann aus einem metallischen Material mit normaler elek- i I trischer Leitfähigkeit bestehen.

! Wie oben erwähnt wurde, kann der auf den Fig. 4 und 5 dargestellte erfindungsgemäße Blitzableiter eine Wicklung 61 be- ! sitzen, die den die Säule der Funkenentladungsstrecken umgebenden ¹ Isolierzylinder 57 umgibt. Ein Ende -62 dieser Wicklung ist mit , der beispielsweise mit ihrem Sockel in Berührung stehenden Elek-; trode 54 elektrisch verbinden. Das andere Ende 63 dieser Wicklung! ' ist elektrisch mit dem oberen Teil eines zylindrischen Leiters ί 64 verbunden, der die Säule der Funkenentladungsstrecke und die i ; Wicklung 61 vollständig umgibt. *

i Am unteren Ende ist der metallische, zylindrische Leiter j I 64 im unteren Teil des Widerstandes 58 mit dem die Elektrode 54 | I tragenden Leiter verbunden. Diese Verbindung kann durch eine !Platte 65 hergestellt werden, die zwischen dem Widerstand 58 und dem nicht linearen Widerstand 59 eingesetzt oder zwischen diesen angeschweiBt ist. Bei dieser Anordnung ist die Wicklung 61 mit ί

dem Widerstand 58 parallel geschaltet. Der Widerstand 58 läßt die ansteigende Front der von dem Blitzableiter absorbierten Stoßwelle durch, während die Wicklung 61 den abgeleiteten Strom j nur während des Durchganges der hinteren Front dieser Stoßwelle !und während des Durchganges des Folgestroms zu leiten beginnt. ,Das durch die Wicklung 61 erzeugte Magnetfeld, das zu den zwi-I sehen den Elektroden der Funkenentladungsstrecke ausgelösten 'Lichtbögen parallel ist, bewirkt eine Einschnürung der Lichtbögen ιwas,deren Löschung fördert. Die zylindrische Form des Leiters 61

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trägt zu einem guten Abfließen des die Wicklung durchquerenden Stromes bei¹ und besitzt ferner den Vorteil, daß sie eine Faraday'sehe Abschirmung bildet, durch welche die durch den Betrieb ' der Funkenentladungsstrecken verursachten Funkstörungen verringert werden.

Der leiter 64 kann in die Masse des den Blitzableiter umgebenden Isolators eingelassen sein (Fig. 5) oder kann innerhalb dieses Isolators angeordnet sein (Fig. 4).

Die die Elektroden tragenden Isolierteile 56..können aus Isolierwänden bestehen, die im Inneren des Zylinders 57 dichte Kammern bilden, deren jede eine Funkenentladungsstrecke enthält. Die auf Fig. 4 dargestellten Elektroden 45 können ebensogut auch : eine andere Form besitzen, beispielsweise können sie aus zwei ^: einzelnen kugelförmigen oder eiförmigen Teilen bestehen, die

durch einen ähnlich wie der Mittelteil der Elektroden 47 oder 48: : von Fig. 5 ausgebildeten Mittelteil voneinander getrennt sind.

Anstelle der optischen Einrichtung zur Konzentrierung des· Laserstrahls, die im Inneren der Elektrode vorgesehen sein kann,

kann eine einfache transparente Wand eingesetzt werden. Wenn die

Kammern abgedichtet sein sollen, so können die optischen Ein- ; richtungen oder die transparenten Wände mit Gasdichtungsorganen

versehen werden. Auf diese Weise kann jede der Kammern mit ver- .' schiedenen Gasen oder mit demselben Gas mit verschiedenen Drücken gefüllt werden. Dies ermöglicht eine Änderung der elektrischen j Eigenschaften des Blitzableiters. |

Die Wicklung 61 kann auf beliebige Weise ausgebildet sein. Insbesondere kann sie mit Einrichtungen zur Kühlung durch Umlauf

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eines Strömungsmittels versehen sein. Fig. 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer derartigen Wicklung, die aus einer Reihe ringförmiger, nicht geschlossener metallischer Leiter bestehen kann, die miteinander durch Metallrohre 67 verbunden sind. Der in einem erfindungsgemäßen Blitzableiter verwendete laser kann durch einen Isoliermantel 68 geschützt und im Inneren des zylindrischen Leiters angeordnet sein, der die untere Elektrode der Säule der Funkenentladungsstrecken trägt, wie beispielsweise auf den Fig. 4 und 5 dargestellt ist.

Der Speise- und Auslösekreis des Lasers kann,wie oben er-; wähnt wurde, innerhalb oder außerhalb des Blitzableiters ange- ! ordnet sein. Der Laser 2 (Fig. 1) und 50 (Fig. 4 und 5) kann j beliebig ausgeführt sein.. Er kann an die besonderen Bedingungen jedes einzelnen Falles angepaßt sein und gegebenenfalls mit einer auf Fig. 4 und 5 schematisch dargestellten Vorrichtung 69 ! zur Modulierung des Laserstrahls versehen sein.

Die Reihenfolge der in Reihe geschalteten Elemente in einem erfindungsgemäßen Blitzableiter kann geändert werden. Ins-! besondere kann bei der auf den Fig. 4 und 5 dargestellten Aus- j . führungsform der nicht lineare Widerstand ein Teil des die Lei- |

j tung mit der Elektrode 53 verbindenden Leiters 66 sein. Ebenso ' i kann der Leiter 66 die Aufgabe des Widerstands 58 erfüllen. In ; diesem Fall ist der Anschluß 63 der Wicklung direkt an die Elektrode 53 angeschlossen, das untere Ende des Leiters 64 ist mit dem Anschluß 62 verbunden (oder bleibt unverändert, wenn der Abschnitt 58 einen normalen oder geringen spezifischen Widerstand besitzt), während das obere Ende des Leiters 64 mit

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einem Punkt des Leiters 66 Terbunden ist. Auf diese Weiße kann die Säule oder die Wicklung in mehrer« Abschniite unterteilt werden, können zwischen diese Teile zusätzliche Teile eingeh setzt werden, u.dgl.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt zahlreiche Änderungen und Abwandlungen zu.

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7 / Π

Claims (1)

1. Patentansprüche :

   Vorrichtung zum Schutz einer Leitung zur Übertragung ■
   elektrischer Energie hoher Spannung gegen durch Blitzeinschlag , erzeugte Überspannungen, bestehend aus einem Blitzableiter mit : mehreren Funkenentladungsstrecken, einem Laser, der in den Raum
   zwischen den Elektroden der Funkenentladungs strecken einen Laser-* ι strahl sendet, und einem Steuerkreis zur Auslösung der Funkenent-* '; ladungsstrecke durch Einwirkung auf den Laser, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (3) mindestens ein für die durch
   ein Gewitter erzeugten elektrischen Störungen und Funkstörungen _; empfindliches Abtastorgan (5) besitzt _s das mindestens die Vor- .j ionisierung mindestens einer der Funkeneniadungestrecken be- j wirkt. . ;

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1_S daduiäi gekennzeichnet 5
   daß der Steuerkreis (5) mindestens ein für das von Blitzen ausgesandte Licht empfindliche Ibtastorgan (4) oder ein Abtastorgan ; (6) zum Feststellen der durch am Blitz in der Leitung erzeugten i Stoßwelle'besitzt, das ein die Auslöaimg des Blitzableiters (1) ! bewirkendes Signal erzeugt» ' !

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2_S dadurch gekennzeichnet,
   daß der Steuerkreis (3) ein mit den Abtastorganen (4» 5» 6) ver- I bundenes Eechenorgan besitzt? das den wahrscheinlichen Zeitpunkt j der Ankunft der Stoßwelle an den Blitzableiter (1) errechnen ' kann und ein Verzögerungssignal steuert₉ das die die Auslösung :

   <=> 22 — j

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   des Blitzableiters bewirkenden Signale überträgt,,

   4* Vorrichtung nach Anspruch 3_? dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Blitzableiters (1) durch eine Vorrichtung zur Modulierung der Intensität des Lichtstrahls des "von dem Verzögerungsorgan mit Steuersignalen, gespeisten Lasers (2) bewirkt ist» . ■ · .."■■_-.

   5ο Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet_?. daß die Einrichtung zur Auslösung des Blitzableiters (1) durch eine Vorrichtung gesteuert ist_s die den Lichtstrahl des durch das Verzögerungsorgan mit Steuersignalen gespeisten Lasers (2) ablenkt»

   6 ο Vorrichtung nach Anspruch 1_? dadurch gekennzeichnet, daß der Blitzableiter (T) mindestens eine doppelte Funkenentladungsstrecke (33 9 35j? 36) besitzt ρ die aus zwei koaxialen_f in Reihe geschalteten Funkenentladungsstrecken besteht _s die von einer mit diesen parallel geschalteten und ein axiales_s zum Lichtbogen (44) senkrechtes Magnetfeld erzeugenden Wicklung (34) umgeben sind_o

   7o Vorrichtung nach Anspruch 6₉ dadurch gekennzeichnet, daß im Falle γοη koaxialen Funkenentladungsstreckeng γοη denen,. mindest ens-'©ine τοη einer zentralen Elektrode (35_S 36) und einer diese umgebenden zylindrischen Elektrode (33) gebildet ist, aie Innenfläche dieser zylindrischen Elektrode mehrere die Ausdehnung des Lichtbogens (44) begünstigende Erhebungen -(42, 43) besitzt ο ■■■""."

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   8.■Vorrichtung nach Anspruch i_t dadurch gekennzeichnet, daß der Blitzableiter (1) eine Säule axialer Funkenentladungsstrecken besitzt, die voii in einer.Linie liegenden und jeweils mit einer axialen Bohrung (49) sum Durchtritt des Laserstrahls versehenen Elektroden (45, 46, 47, 48, 53, 54) gebildet sind und im Inneren eines mit isolierenden Haltern (56) für die Elektroden versehenen Isolierzylinders'(57) angeordnet sind, der von einer ein axiales Magnetfeld erzeugenden Wicklung (61) umgeben !ist, die ihrerseits von einer einen Abschirmungsieiter bildenden jMetallwändung (64) umgeben ist, die unten mit der Erde und oben ■über die Wicklung mit der unteren Elektrode (54) der von den Funkenentladungsstrecken gebildeten Säule verbunden ist.

   ; 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Widerstände (58, 59, 60), die die untere Elektrode (54) mit dem Boden verbinden und einen Sockel für den Blitzableiter bilden.

   10. Vorrichtung nach Anspruch"-9, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Metallwandung (64) über mindestens einen Abschnitt dieses Sockels (58, 59, 60) mit dem Boden verbunden ist. ' . .

   11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, flaß der Sockel (58, 59, 6.0) einen ausgesparten Mittelteil zur Aufnahme des Lasers (50) besitzt.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 8_? dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (45, 46, 47, 54) mit Organen (51, 52) zum Konzentrieren des Laserstrahls in mindestens einem der Räume zwischen zwei Elektroden versehen ist.

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   13« Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (61) Einrichtungen zum Umlauf eines Kühlmittels besitzt und aus mehreren Hohlleitern (66) in Form von" Ireisabschnitten besteht, die durch zur"Achse der Wicklung parallelen Hohlleitern (67) miteinander verbunden sind.

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