DE1944817B2 - Ueberspannungsableiter - Google Patents

Description

schalteten Funkenstrecke, die zusammen eine Entladungszeit zur Folge hat.

Überspannungsentladungsschaltung darstellen, mit Zur Lösung dieser Schwierigkeit ist bereits vorge-

einem zusätzlichen in Reihe zu der Entladungs- schlagen worden, eine Zeitverzögerungs-oder langsame

schaltung geschalteten Ventilwiderstand, und mit Shunteinrichtung zu verwenden. Eine derartige Shunt-

einer parallel zu dem zusätzlichen Ventilwiderstand io einrichtung enthält eine besondere Funkenstrecke mit

geschalteten Spule, dadurch gekenn- magnetischer Ausblasung mit isolierten Hilfselektro-

zeichnet, daß die Induktivität der Spule(12) den im Weg des ausgeblasenen Lichtbogens,

bei Frequenzen, die der Vorderflanke einer Über- Aus der USA.-Patentschrift 3 019 337 ist weiterhin

spannungsstoßwelle entsprechen, einen wesentlich ein Überspannungsableiter mit einem Widerstand und

größeren Widerstandswert, und bei Frequenzen, 15 einer parallel zu diesem geschalteten Spule bekannt,

die dem Hauptteil der Überspannungsstoßwelle Hierbei ist der Widerstandswert der bei dem bekannten

entsprechen, einen wesentlich niedrigeren Wider- Überspannungsableiter verwendeten Spulen und Wi-

standswert als der zusätzliche Ventilwiderstand (11) derstände derart gewählt, daß im wesentlichen der

derart aufweisen, daß der Hauptteil der Überspan- gesamte, während einer Überspannungsstoßwelle flie-

nungsstoßwelle über die Induktivität der Spule (12) 20 ßende Strom über die Widerstände fließen muß, wäh-

und nur zu Beginn einer Überspannungswelle diese rend der Folgestrom mit einer wesentlich niedrigeren

über den zusätzlichen Ventilwiderstand (11) ab- Frequenz über die Spulen fließt. Die bei dem bekann-

leitbar ist. ten Überspannungsableiter vorgesehene Beziehung

zwischen den Widerstandswerten der Spule und der

35 Widerstände ist deswegen erwünscht, damit keine den

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter Lichtbogen streckenden magnetischen Felder aufge-

mit einer strombegrenzenden, in Reihe zu einem Ventil- baut werden.

widerstand geschalteten Funkenstrecke, die zusammen Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Überspannungsentladungsschaltung darstellen, einen Überspannungsableiter zu schaffen, bei dem die mit einem zusätzlichen in Reihe zu der Entladungs- 30 durch einen Ableiter mit strombegrenzender Funkenschaltung geschalteten Ventilwiderstand, mit einer strecke erzeugten Spannungsstöße reduziert werden,
parallel zu dem zusätzlichen Ventilwiderstand ge- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem schalteten Spule. Überspannungsableiter der eingangs beschriebenen Blitzableiter sind eine Abart der Überspannungs- Art dadurch gelöst, daß die Induktivität der Spule bei ableiter, die besonders zum Ableiten von Blitzspaiinun- 35 Frequenzen, die der Vorderflanke einer Überspangen geeignet sind. Bei sogenannten Höchstspannungs- nungsstoßwelle entsprechen, einen wesentlich größeren netzen jedoch erfordern die auftretenden Schalt-Über- Widerstandswe: t und bei Frequenzen, die dem Hauptspannungen eine ebenso hohe, wenn nicht sogar höhere teil der Überspannungsstoßwelle entsprechen, einen Schutzwirkung der Ableiter als bei Blitz-Überspannun- wesentlich niedrigeren Widerstandswert als der zügen. Daher ist der hier verwendete Ausdruck »Blitz- 40 sätzliche Ventilwiderstand derart aufweisen, daß der ableiter« nicht auf eine Vorrichtung zum Schutz gegen Hauptteil der Überspannungsstoßwelle über die InBlitz-Überspannungen beschränkt, sondern wird prak- duktivität der Spule und nur zu Beginn einer Übertisch gleichbedeutend mit dem allgemeinen Ausdruck spannungswelle diese über den zusätzlichen Ventil- »Überspannungsableiter« verwendet. Der Einfachheit widerstand ableitbar ist.

halber werden daher im folgenden lediglich die Aus- 45 An Hand der in der Zeichnung dargestellten, bei

drücke »Ableiter« bzw. »Ventilableiter« verwendet. spielsweisen Ausführungsform wird die Erfindung im

Bei einem Ventilableiter liegt im allgemeinen wenig- folgenden näher erläutert.

stens ein Ventilwiderstand in Reihe mit mindestens F i g. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines

einer Funkenstrecke. Hierbei weist ein Ventilwider- erfindungsgemäßen Ableiters.

stand eine negative Widerstands-Strom-Kennlinie auf, 50 F i g. 2 zeigt zur Erläuterung der Arbeitsweise eine die ihm eine nichtlineare Spannungs-Strom-Kennlinie Anzahl von Ableiterspannungs-Zeit-Kennlinien und verleiht. Eine strombegrenzende Funkenstrecke ist Ableiterstrom-Zeit-Kennlinien,
eine Funkenstrecke, deren Spannung nach dem Über- In F i g. 1 ist ein Teil eines Gleichstrom-Hochschlag steigt und einen Wert erreicht, der der Über- Spannungsnetzes gezeigt, der einen Umformer 1 entschlagsspannung fast vergleichbar ist. Dieser Wert 55 hält, der entweder aus einem Gleichrichter oder einem wird in einer Zeit erreicht, die im Vergleich zur Halb- Wechselrichter bestehen kann, dessen Wechselstromwertzeit einer normalen Spannungswelle beispielsweise seite an ein Netz mit einer üblichen Frequenz, und eines Blitzes, lang, jedoch im Vergleich zur Halbwert- dessen Gleichstromseite an eine Gleichstrom-Hochzeit einer normalen Schalt-Überspannung kurz ist. spannungsübertragungsleitung 2 angeschlossen ist. Der Normalerweise sollte daher, bei strombegrenzenden 60 Umformer enthält, wie üblich, eine Anzahl von Ionen-Funkenstrecken ein geringerer Ventilwiderstand ver- röhren und einen oder mehrere Transformatoren mit wendet werden als bei herkömmlichen oder nicht einem effektiven Reihen-Blindwiderstand, der durch strombegrenzenden Funkenstrecken, um die Ableiter- die Spule 3 dargestellt ist. Die Leitung 2 enthält ferner spannung während der Entladung, die sich aus der eine Reihen-Glättungsdrossel 4 und eine Parallel-Ventil- und Funkenstreckenspannung zusammensetzt 65 Dämpfungsschaltung mit einem Widerstands und zu begrenzen. Infolge dieses niedrigeren Ventilwider- einem Kondensator 6. Zum Schutz der Umformerstandes erzeugen strombegrenzende Ableiter jedoch in röhren und -transformatoren ist an der Gleichstrommanchen Anwendungsfällen im Moment des Über- Seite des Umformers ein Ableiter 7 aneeschlossen.

Per Ableiter 7 enthält Parallelzweige A und B und einen gemeinsamen Zweig C. Die Zweiget und B enthalten je eine Einheit 8 mit einer st-ombegrenzenden Funkenstrecke und einen daiu in Reihe liegenden Ventilwiderstand 9, während der gemeinsame Zweig C einen gemeinsamen Ventilwiderstand 10, einen zusatz liehen Ventilwiderstand 11 und eine parallel zum zusätzlichen Ventilwiderstand 11 liegende Induktivität die durch die Spule 12 dargestellt ist. enthält. Damit am Ableiter 7 keine zu niedrige Spannung oder zu große Stoßspannungsverminderung auftritt, wenn eine der Funkenstraken 8 überschlägt, ist es notwendig einen großen Ventilwiderstand zu verwenden. Dies ist insbesondere in der in F i g. 1 dargestellten Schaltung der Fall, wo der Ableiter auf beiden Seiten an die Induktivitäten 3 und 4 angeschlossen ist, so daß die einzige unmittelbare Quelle für den Ableiterstrom nach dem Überschlag aus dem Kondensator 6 der Dämpfungsschaltung besteht und der Strom durch den Widerstand 5 begrenzt wird. Daher muß ein ungewöhnlich hoher Ventil» idcrstdiul verwendet werden, um wegen des unmittelbar nach dem Überschlag auftretenden abnorm niedrigen Entladungsstromes die Ableiterspannung aufrechtzuerhalten.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ableiters wird nunmehr an Hand F i g. 2a und 2b erläutert, in denen die Ableiterspannung bzw. der Ableiterstrom über der Zeit (gleicher Zeitmaßstab) aufgetragen sind. In F i g. 2a stellt die Kurve 13 einen Überspannungsverlauf dar und zeigt eine mit der Zeit stufenweise ansteigende Ableiterspannung. Zur Zeit T₁ erreicht die Ableiterspannung c'ie Überschlagspanr.ung einer der Funkenstrecken 8. Da es praktisch unmöglich ist, zwei Funkenstrecken mit identischer Überschlagsspannung auszuführen, ist die Überschlagspannung der einen Funkenstrecke 8 zwangläufig niedriger als die der anderen. Angenommen die Funkenstrecke 8 im Zweig A habe die niedrigere Überschlagsspannung, so schlägt diese über und der Entladungsstrom beginnt durch den Zweig A und den gemeinsamen Zweig A und den gemeinsamen Zweig C des Ableiters zu fließen. Dieser Strom ist durch die Kurve A in Fig. 2b dargestellt. Die gestrichelte Kurve V_An in Fig. 2a zeigt den Spannungsverlauf an einem Ableiter mit normal hohem Ventilwiderstand, d. h., ohne den zusätzlichen Widerstandll und ohne die dazu parallele Spule 12. Der Unterschied zwischen dem Ende der Kurve 13 am Überschlagspunkt der Funkenstrecke 8 im Zweig A und dem Anfang der Kurve V_ΛΚ zur Zeit Γ, zeigt eine beträchtliche Verminderung der Sloßspanniing. Die ausgezogene Kurve VΆι: stellt den Gesamt-Spannungsverlauf des in F i g. 1 gezeigten Ableiters dar, d. h., des Ableiters mit dem zusätzlichen Ventilwiderstand 11 und der parallelen Spule 12. Unmittelbar nach dem beginnenden Überschlag zur Zeit T₁, wenn sich der durch den Zweig A fließende Strom schnell ändert, wird infolge der Spule 12 der größte Teil des Ableiterstromes durch den zusätzlichen Ventilwiderstand 11 geleitet, so daß c'"e Ableiterspannung betrachtlich erhöht wird. Im Zwischenbereich des Slromverlaufes im Zweig A, wo sich der Strom nicht so schnell ändert wie an den Enden, wirkt die Spule 12 als Nebenschluß für den Widerstand Il und der größte Teil des Ableiterslromes fließt durch die Spule. ⁶S

Zur Zeit T₂ ist die Spannung an der strombegrenzenden Funkenstrecke 8 auf einen so hohen Wert angestiegen, daß die Spannung des Zweiges A die Überschlagspannung der strombegrenzenden Funkenstrecke^ im Zweig B übersteigt und nunmehr diese anspricht, so daß der Zweigt den Ableiterstrom übernimmt (Kurve B nach der Zeit 7V).

Eine wichtige Nebenwirkung der Spule 12 ist an den rechten Enden der Kurven V.w. und Var zwischen den Zeiten T₁ und T₂ veranschaulicht In diesem Bereich nimmt der Strom im Zweigt ab, da sich an der strombegrenzenden Funkenstrecke 8 im Zweig A eine Spannung aufbaut. Die Spule 12 neigt dazu, den gleichen Strom aufrechtzuerhalten, so daß sich die Richtung des Stromes im zusätzlichen Ventilwiderstand umkehrt und die gesamte Ableiterspannung in diesem Bereich absinkt. Daher wirkt sich die Kombination des zusätzlichen Ventilwiderstandes 11 und der Spule 12 derart aus, daß die gesamte Ableiterspannung V'az nicht so stark wie unmittelbar nach dem Überschlag absinkt und nicht so hoch wie unmittelbar vorder Löschung im Zweig A ansteigt, was der Fall wäre, wenn diese Elemente nicht vorhanden wären. Nunmehr wiederholt sich der obige Zyklus bis zur Zeit F₅, wenn der Ableiter löscht. Die obigen Darlegungen beschreiben die Arbeitsweise des Ableiters bei Spannungsentladungen, die entweder von der Wechselstrom- oder der Gleichstromseite ausgehen, wobei die auftretenden Überströme im allgemeinen von langer Dauer sind und in ihrer Höhe durch die Blindwiderstände des Systems und die Spulen 3 und 4 begrenzt werden. In gewissen Anwendungsfällen jedoch kann es vorkommen, daß der Ableiter durch andere Überspannungen beansprucht wird, beispielsweise durch eine Blitzentladung an den Klemmen des Umwandlers. Bei derartigen Überspannungen kann der auftretende Strom größer sein als der bei inneren Überspannungen auftretende Strom. Auf Grund des bei so hohen Strömen auftretenden Spannungsabfalles am zusätzlichen Ventilwiderstand 11 kann die gesamte Ableiterspannung den gewünschten Schutzpegel überschreiten, auch bevor die strombegrenzenden Funkenstrecken genügend Zeit hatten, eine Gegenspannung aufzubauen.

Wenn derart hohe Ströme im Ableiter fließen, ist der zusätzliche Widerstand nicht notwendig, um die Verminderung der Stoßspannung zu begrenzen. Es ist wegen des obenerwähnten erhöhten Spannungsabfalles am Ableiter unerwünscht. Daher sollte, wenn der Ableiter sehr hohen Strömen kurzer Dauer ausgesetzt sein kann, eine Spannungs-Meßfunkenstrecke vorgesehen werden, die parallel zum zusätzlichen Widersland 11 und der parallelen Spule 12 liegt. Die Überschlagspannung einer derartigen Funkenstrecke kann leicht so eingestellt werden, daß der zusätzliche Ventilwiderstand während der Entladung schneller und hoher Überströme überbrückt wird und während der Entladung langsamerer begrenzter Überströme wirksam bleibt.

Die Verwendung derartiger paralleler Funkenstrecken zur Beseitigung des Einflusses des zusätzlichen Ventilwiderstandes während der Entladung hoher Überströme ist Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldungen P 15 88 238.9-32 und P 16 38 038.-4-32 (deutsche Offenlegungsschriften 1 588 238 und 1638 038). Die Verv/endung der parallelliegenden Spule dient einem völlig anderen Zweck, indem sie den Einfluß des zusätzlichen Widerstandes durch langsame Steuerung, unabhängig von der Größe des Entladungsstromes, beseitigt.

Die Erfindung wurde zwar an Hand eines Ableiters

mit sogenannter Flip-Flop-Arbeitsweise zwischen zwei parallelen Zweigen beschrieben, es soll jedoch festgestellt werden, daß die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt ist, und daß einer der Zweige A oder B weggelassen werden kann, so daß der Ableiter ein herkömmlicher strombegrenzender Ableiter ist. Ihr allgemeiner Zweck liegt darin, die Fähigkeit eines Ableiters zu erhöhen, Schalt-Überspannungen abzuleiten, indem zwei oder mehrere parallele Funkenstrecken abwechselnd den Entladungsstrom führen, so daß eine Überhitzung derselben vermieden wird, die auftreten würde, wenn eine Funkenstrecke kontinuierlich und lange Zeit einen hohen Entladungsstrom führen müßte. Durch die intermittierende Arbeitsweise eines Flip-Flop-Ableiters kann jede Reihe von strombegrenzenden Funkenstrecken abkühlen, während die anderen Funkenstrecken den Entladungsstrom führen. Strombegrenzende Funkenstrecken sind bekannt und beispielsweise in der USA.-Patentschrift ίο 3 320 482 beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Schlages unerwünschte hohe Spannungsstöße. Eine

Patentanspruch: einfache Erhöhung des Ventilwiderstands führt aber

niclit in befriedigender Weise zu einer Verminderung

Überspannungsableiter mit einer strombegren- dieser Stöße, da dies eine unerwünschte Erhöhung der

zenden, in Reihe zu einem Ventilwiderstand ge- 5 Ableiterspannung oder des Schutzpegels während der