DE1944816C - Überspannungsableiter - Google Patents

Description

Spannung zeigen. Bei höheren Stromstärken sinken die Funkenstreckenspannungen, während die Spannung an den Ventil- bzw. Widerstandselementen ansteigt. Wenn die Gesamtspannung des ersten Stapels die Überschlagspannung des zweiten Stapels überschreitet, zündet der zweite Stapel. Wenn dies bei \orhältnismäßig hohe» Stromstärken auftritt, kann die an den Widerständen des zweiten Stapels auftretende Spannung die die Spannung der Funkenstrecke» des ersten Stapels unmittelbar vor dem Zünden überschreiten. In einem solchen Fall werden die Fimkenstrecken des ersten Stapels nicht gelöscht, ■-ο daß die beiden Stapel parallel arbeiten. Weil dann die durch intermittierende Arbeitsweise mögliche .Abkühlung nicht men¹.' vorhanden ist, versagen die Fimkenstrecken. Selbst wenn eine derartige gleichzeitige Arbeitsweise beider Stapel nicht das Versage» der Funkenstrecken bewirken würde, ist eine derartige Arbeitsweise während einer längeren Zeitspanne unerwünscht, weil dann die Zündung des einen Stapels nicht verhindert, daß der andere eine überschüssige Spannung aufbaut, wobei die Gesamtspannung den vorgeschriebenen Schutzpegel, d. h. die Spannung, bei der (spätestens) Überschlagspannung erfolgen soll, überschreiten würde.

Da der in dem Stapel der Funkenstrecke mögliche Widerstand begrenzt ist, muß ein Teil des Ventilmaterials außerhalb der Stapel angeschlossen werden. Deshalb muß der Schutzpegel des Überspannungsabieiters unter gewissen Bedingungen stets die Über- schlagspannung des Überspannungsabieiters überschreiten.

Weil die Überschlagspannung des Überspannungsabieiters in einer engen Beziehung zu der Betriebsspannung des Systems oder der Spannung steht, bei welcher der Überspannungsableiter ansprechen muß, ist der Schutzpegel mehr oder weniger durch die Betriebsspannung bestimmt. Da der Schutzpegel des Überspannungsableiter höher als die Überschlagspannung ist, ist die Güte des Schatzes für ein System mit gegebener Betriebsspannung beschränkt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Überspannungsableiter der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß sich ein niedrigerer Schutzpcgel, der insbesondere gleich der Überschlagspannung ist, ergibt.

Erfindungsgcmäß wird diese Aufgabe bei einem solchen Überspannungsableiter dadurch gelöst, daß mindestens ein Widerstand zwischen bestimmten Stellen jedes Stapels angeschlossen ist, die so gewählt sind, daß durch den bzw. die Widerstände des gleichen Teils jedes Stapels derart parallel geschaltet ist, daß dieser Teil mindestens eine Funkenstrecke und einen Ventilwiderstand enthält, so daß ein bestimmter Prozentsatz der Gesamtimpedanz jedes Stapels zwischen dem bzw. der Widerstände liegt, wobei ein Entladungsslrom über den durch den bzw. die Widerstände abgeteilten Teil eines Stapels eine Spannung entsprechend dem bestimmten Prozentsatz der Gesamtimpedanz des jeweils anderen Stapels erzeugt.

Auf diese Weise kann die während des Stromflusses am Überspannungsableiter auftretende Spannung auf die Überschlapspannung des Ableiters begrenzt werden, wodurch sich Schutzpegel für Gleichstrom-Überspannungsableiter ergeben, die denen in Wechsel- stromnetzen arbeitenden Wechselstrom-Überspannungsableitern gleichwertig sind.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Aus-

lührungsbeispiels soll die F.rfmdung naher erläutert werden. Ks zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines überspannungsableiters

gemäß der F.rfindun» und

Fig. 2 ein im Vergleich zu Fig. 1 abgewandeltes Alisführungsbeispiel mit Schait-Funkenstrecken.

Fig. 1 zeigt einen t berspannungsableitei 1. der /wischen Anschlußklemmen 2 und 3 angeschlossen ist. ikr überspannungsableiter I hat parallelgeschaltete Funkenstreckenstupel 4, 4' in Serie mit einem gemeinsamen Stapel 5 aus Ventilwiderständen geschaltot sind. Der Stapel 4 hat strombegrenzende Funkenstrecken G₁ bis C₁₁. Die Impedanzen Z₁ bis Z₁₁₁ bilden eine Schaltung zur Steuerung des Funkenüberschiags und zur Spannungsverteilung zwischen den in Serie geschalteten Elementen des Stapels 4. Eine verhältnismäßig kleine Anzahl \on Ventilwiderstanden I⁷A₁ und VR., sind in dem Stapel 4 vorgesehen. Der Stapel 4' ist identisch rr': dem Stapel 4, weshalb die Bezeichnung der entsprechenden Elemente mit einem Strich versehen ist. Der gemeinsame Stapel S enthält die Widerstandsscheiben VR^ bis ^A₁₀-

Die Widerstände /?, und R., können lineare Widerstände sein und haben einen kleinen Widerstand im Vergleich zu dem Widerstand der Steuerschaltung. Sie sind zwischen den Stapeln an solchen Stellen angeschlossen, daß die Anzahl der Funkenstrecken und Venfilwiderstände zwischen diesen Stellen einem bestimmten Prozentsatz der Gesamtzahl von Funkenstrecken und Ventilwiderständen in einem Stromkreis durch den gesamten Überspannungsableiter entspricht. Wenn der Überspannungsableiter beispielsweise 100 Funkenstrecken in jedem Stapel aufweist und die Anzahl der Ventilwiderstände in einem Stapel plus der Anzahl der Ventilwiderstände außerhalb der Stapel ebenfalls 100 beträgt, können 20 Funkenstrecken und 20 Ventilwiderstände zwischen den Anschlußstellen der Widerstände R₁ und /?., vorgesehen sein. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind jedoch die Funkenstrecken C₁ und G₆ und die Ventilwiderstände VR_{ und VR, des Stapels 4 zwischen den Zusatzverbindungsstellen der Widerstände A₁ und R., ebenso wie die entsprechenden beiden Fur.kenstrecken und Ventilwiderstände des Stapels 4' angeschlossen.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Spannung an den Funkenstrecken G₅ und G₈ gleich der Spannung an den Funkenstrecken G₅' und G₀' und den Ventilwiderständen VR₁' und VR.₂' ist, wenn der Stapel 4' leitet. Deshalb ist die Spannung an den Funkenstrecken G- und G₈ des Stapels 4 dann ein bestimmter Prozentsatz der Gesamtspannung am Überspannungs ableiter, unabhängig von der relativen Größe der Spannungen an den Funkenstrecken und den Vcnlilwiderständen.

Der Prozentsatz von Funkenstrecken zwischen den Widerständen R₁ und A₂ ist so ausgewählt, daß beim Zünden dieser Funkenstrecken die an den restlichen Funkenstrecken des Stapels auftretende Spannung ausreicht, um diese zu zünden. Wenn beispielsweise in dem Stapel 4 alle Funkenstrecken zünden, können die Funkenstrecken des Stapels 4' selbst bei hoher Stromstärke löschen, weil die Spannung an den Ventilwiderständen des Stapels 4 klein im Vergleich zu der Spannung an allen Funkenstrecken in dem Stapel 4' ist.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit einem Niederspannungs-Überspannungsableiter, bei dem die Funkenstrecken jedes Stapels aus nur einem Satz von Schalt-Funkenstrccken

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bestehen, um einen niedrigen Schutzpegcl zu erreichen. Funkenstreckeneinheit A. Wenn also die Widerstände

Der Flip-Flop-Obcrspannungsablcitcr Γ weist einen VR_x und VR₁ gleich sind, müssen auch die Funken

Flip-Fiop-Stapcl 7 und 8 und eine gemeinsame Ventil- strcckencinheitcn A und B die gleichen Charakte

Widerstandsreihe 10 auf. Der Stapel 7 enthält strom- ristiken haben. Der Kopplungswiderstand R, der itr

begrenzende Funkenstreckcncinheitcn A und B und 5 Vergleich zu den in Fig. 2 nicht dargestellten Ver·

eine Schall-Funkcnstrccke (7, die mit den Haupt- teilerschaltungen einen niedrigen Widerstand hat, ge

Funkenstreckencinheiten A und B durch cine RC- währleistct, daß die Schalt-Funkcnstrecken G und G

Kopplung 9 gekoppelt sind. Der Stapel 8 ist identisch in einem nichtleitenden Stapel den Überschlag in Ab

mit dem Stapel 7, weshalb die Bezeichnung der ent- hiingigkcit von der Spannung am gesamten Über

sprechenden Teile in der Figur mit einem Strich ver- io spannungsableiter erfaßt und steuert,

sehen sind. Die Zusatzverbindung ist durch den Wenn beispielsweise die Widerstände VR₁, unc

Widerstand R gegeben, der zwischen die WC-Kopp- VR_n' gleich VR₁- und die Funkenstreckcncinheitcn A

lungcn 9 und 9' geschaltet ist. und A' gleich ß und ΙΪ sind, wird die Zündspannung

Die Beziehung der Funkenstreckcncinheitcn A der Schalt-Funkcnstrcckcn O' und G' genau auf dii

und B zu der Schalt-Funkenstreckc Cl und der RC- 15 Hälfte der gewünschten Zündspannung und de:

Kopplung ist kein unabhängiges Merkmal der Hrfin- Schiitzpcgcls des gesamten Überspannungsableiter!

dung. Vorzugsweise besitzt die Schalt-Funkcn- eingestellt. Hs sei nun angenommen, daß der Stapel f

strecke G, die gcwünschtcnfalls vorionisiert werden leitet und der Stapel 7 nicht leitet. Wenn an der

kann, eine genaue Funkcnübcrschlag-Eichung, die Funkcnstrcckcneinhcitcn A' und B' eine Spannung

etwas niedriger als diejenige der Funkenstrcckcncin- ao liegt, wird an die Schalt-Funkcnstrcckc G in derr

heilen A und B ist. Wenn G überschlägt, wird die Stapel 7 die Summe der Spannungen an B' und VR₁,

Funkcnstreckcneinhcit B augenblicklich über den angelegt, die auf Grund der Auslegung ebcnfall·

Kondensator der WC-Kopplung 9 kurzgeschlossen, genau gleich der Hälfte der gesamten Spannung arr

wodurch die gesamte Spannung an der Funken- Überspannungsableiter ist. Wenn die Gesamtspannunj

strcckcncinhcit A angelegt wird, deren Funkenstrecke as am 'überspannungsableiter den Schutzpcgcl erreicht

dann gezündet wird, wodurch die Spannung an der der gleich der Zündspannung ist, zündet die Schalt

Funkcnstrcckencinhcit B bis zur Zündspannung an- Funkenstrecke G. wodurch die Funkcnstrcekcnein

steigt. Hei dieser Zündung wird die .Schalt-Funkcn- heilen A und B als Kaskade in der oben beschric

strecke G kurzgeschlossen und gelöscht. Dieselbe bencn Weise gezündet werden. Die Spannung an den

Arbeitsweise gilt für die klemcnte in dem Stapel 8. 30 Stapel 8 wird dann auf den Spannungsabfall an den

Wie in Verbindung mit F i g. I beschrieben wurde. Widerstand VR₁, verringert, so daß die Funken

muß die Beziehung von den Widerständen VR₁, und Streckeneinheiten A' und B' löschen und der Über

VR_n' zu dem Widerstand VR₁ dieselbe sein, wie die spannungsableiter wie ein Flip-Flop bei einer Gesamt

Beziehung der Kigcnsehaften beim Aufbau einer spannung an dem Überspannungsableiter arbeitet. di<

Spannung von der Funkenstrtekeneinlicit B zu der 35 dessen Überschlagspannung nicht überschreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Duner einer normalen äußeren Überspannung, aber

Patentanspruch: kurz im Vergleich zu der Dauer einer normalen

Schaltüberspannung ist. Derartige Funkenstrecken

Überspannungsableiter, bestehend aus zwei sind allgemein bekannt und besonders vorteilhaft in parallelgeschalteten, alternierend nach Art eines 5 Verbindung mit Glcichstromschaltungen, da sie »Flip-Flops« stromführenden Funkenstrecken- nichtperiodische Schallungsspannungen abschalten Stapeln mit einem in Serie zu den Stapeln ge- können.

schalteten gemeinsamen Ventilwiderstand, wobei Hin neuerer Vcniilablciter mit strom^egrenzenden

jeder Stapel eine gleiche Anzahl von strom- Funkcnsireckcn ist der sogenannte Flip-Flop-Übcrbegrenzenden Funkenstrecken in Serienschaltung io spannungsableiter, in welchem zwei oder mehr mit einer gleichen Anzahl von Ventüreihen- strombegrenzende Funkenstrecken oder Stapel von widerständen aufweist, dadurch gekenn- Funkenstrecken parallel ceschaltet sind. Bei einem zeichnet, daß mindestens ein Widerstand derartigen Überspannungsableiter schlägt der eine (R bzw. Al, R2) zwischen bestimmten Stellen Stapel gewöhnlich vor dem anderen über, wenn eine jedes Stapels angeschlossen ist, die so gewählt 15 Stoßspannung an dem Überspannungsableiter aufsind, daß durch den bzw. die Widerstände des tritt. An der oder den gezündeten Funkenstrecken gleichen Teils jedes Stapels (7, 8 bzw. 4, 4') der- wird dann eine Spannung aufgebaut, bis sie die art parallel geschaltet isi, daii aieser Teil minde- Funkenstrecken in dem anderen Stapel zünden, wostens eir> Funkenstrecke (B, B' bzw. GS, G6; durch der Lichtbogen in dem zuerst gezündeten Sta-G'5, G'b) und einen Ventilwiderstand (VRB 20 pel sofort gelöscht wird. Darauf wird an den Funkenoder VRB' bzw. VRl, VR2 oder VR'1, VR'2) strecken der zweiten Stapel eine Spannung aufgebaut enthält, so daß ein bestimmter Prozentsatz der und der Zyklus fortgesetzt, indem die Funken-Gesamtimpedanz jedes Stapels zwischen dem strecken des ersten Stapels erneut gezündet werden, bzw. den Verbindungspunkten des bzw. der In dieser Weise kann eine lang andauernde Schalt-Widerstände (R bzw. Rl, R2) liegt, wobei ein 25 überspannung mit intermittierender Arbeitsweise der Entladungpstrom über den durch den bzw. die Funkenstrecken entladen werden, so daß diese nicht Widerstände (R bzw. Rl, R2) abgeteilten Teil überhitzt werden und an ihnen keine Spannung mehr eines Stapels (7 od^r 8 bzw. 4 oder 4') eine aufgebaut werden kann.

Spannung entsprechend dem bestimmten Prozent- Flip-FIop-überspannungsableiter haben jedoch

satz der CesamlimpedanZ des jeweils anderen 3° einen verhältnismäßig hohen Schutzpegel, weil die Stapels (8 oder 7 brv. 4' ο '.er 4) erzeugt. am Überspannungsableiter auftretende Spannung die

Summe der Spannung an den Funkenstrecken und der Spannung am Ventilwiderstand ist. Da die Stapel

von Funkenstrecken direkt parallel geschaltet sind,

35 ist der nicht stromführende Funkenstreckenstapel der Spannung an dem stromführenden Stapel ausgesetzt. Wenn der stromführende Stapel eine Span-Die Erfindung betrifft Überspannungsableiter, be- nung erreicht, die gleich der Überschlagspannung des stehend aus zwei parallelgeschalteten, alternierend anderen Stapels ist, ist die Gesamtspannung am nach Art eines »Flip-Flops« stromführenden Funken- 40 überspannungsableiter gleich der Überschlagspanstrecken-Stapeln mit einem in Serie zu den Stapeln nung plus der Spannung am zugeordneten Ventilgeschalteten gemeinsamen Ventilwiderstand, wobei widerstand. Dies ist aber besonders dann nachteilig, jeder Stapel eine gleiche Anzahl von strombegren- wenn der Überspannungsableiterstrom über eine Inzenden Funkenstrecken in Serienschaltung mit einer duktivität abgeleitet wird, weil der Strom zum Zeitgleichen Anzahl von Ventilreihenwiderständen auf- 45 punkt des Überschlags des nichtleitenden Stapels weist. nicht auf Null verringert werden kann, weil eine

Bekannte Überspannungsableiter für Hochspan- schnellere Verringerung des Stroms eine große innungsnetze schützen nicht nur gegen äußere, sondern duktive Spannung an der Induktivität erzeugen auch gegen innere Überspannungen. Äußere Über- würde.

spannungen, die beispielsweise durch einen Blitz- 50 Aus der französischen Patentschrift 1530 513 ist einschlag bedingt sind, dauern nur kurze Zeit an bereits bekannt bzw. in der deutschen Offenlegungs- und haben eine niedrige Gesamtenergie bei hoher schrift 1 638 038 wurde bereits vorgeschlagen, diese Leistung, während innere Überspannungen wie Schwierigkeiten dadurch zu überwinden, daß ein Teil Schaltüberspannungen längere Zeit andauern und oder der gesamte Ventilwiderstand in den Funkeneine hohe Gesamtenergie bei niedriger Leistung 55 streckenstapeln vorgesehen wird. Der stromlose Stahaben. Sie sind deshalb nicht nur Blitzableiter, son- pel wird dann der Spannung an den leitenden dem auch Überspannungsableiter für Stoßspan- Funkenstrecken zuzüglich der Spannung an den nungen. Ventilelementen ausgesetzt, die in dem Stapel ent-

Ein Ventilableiter hat mindestens einen Ventil- halten sind. Es wurde jedoch festgestellt, daß die widerstand in Reihe mit mindestens einer Funken- 60 Höhe des Ventilwiderstands in einem Stapel begrenzt strecke. Ein Ventilwiderstand ist ein nichtlinearer ist, wenn der Überspannungsableiter unter gewissen Widerstand, der infolge einer momentanen negativen Bedingungen zufriedenstellend arbeiten soll. Wenn Widerstandskennlinie eine fallende Spannungs- der erste Stapel leitet, wird die Spannung zwischen charakteristik bei steigendem Strom hat. Eine strom- den Funkenstrecken und den Ventilwiderständen als begrenzende Funkenstrecke ist eine Funkenstrecke, 65 Funktion der Stromstärke aufgeteilt. Bei einer verdie einen Spannungsabfall nach dem Funken- hältnismäßig niedrigen Stromstärke liegt an den Überschlag ausbildet, der mit ihrer Überschlagspan- Funkenstrecken eine verhältnismäßig hohe Spannung vergleichbar ist, die lang im Vergleich zur nung, während die Ventilelemente eine niedrige