DE1946416B2 - Überspannungsableiter mit scheibenförmigen Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Überspannungsableiter mit einem Stapel aus mehreren Funkenstrekken, wobei jede Funkenstrecke aus zwei scheibenförmigen metallischen Elektroden gebildet ist, die durch ein schwach leitfähiges, gleichzeitig als Steuerwiderstand wirkendes Abstandsstück voneinan^ er distanziert sind. Eine Anordnung dieser Art ist beispielsweise durch die DT-PS 9 77 529 bekanntgeworden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung der Spannungsaufteilung auf mehrere in Reihe geschaltete Funkenstrecken und zugleich eine Abschirmung gegen den Einfluß von Fremdschichten auf dem Gehäuse des Überspannungsableiters zu erreichen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Abstandsstück der innere Teil eines Ringes mit !-ähnlichem Querschnitt ist, welcher Teil vom äußeren Teil eines benachbarten, den gleichen Querschnitt aufweisenden Ringes umfaßt wird. Somit wird für beide Vorgänge, d. h. die Steuerung der Spannungsverteilung und die Abschirmung, nur ein Element, nämlich Abstandsringe aus schwach leitendem Material mit Z-ähnlichem Querschnitt, benötigt. Der innere Ringteil kann dabei als der eigentliche Steuerwiderstand angesehen werden, der weitgehend unabhängig von dem äußeren Ringteil die Spannung an den Elektroden beeinflußt, X. B. unerwünschte kapazitive Aufladungen abbaut. Der lußere Ringteil wirkt dagegen als Abschirmung, die insbesondere die störenden Einflüsse von Fremdschichten auf dem Ableitergehäuse fernhält. Außerdem kann man den äußeren Ringteil als mechanischen Schutz des für die Teilfunkenstrecken als Steuerwiderstand wirkenden inneren Teilbereiches des Ringes mit 2-ähnlichern Querschnitt benutzen. Dies bedeutet, daß man für die Abmessungen des inneren Bereiches keine mechanischen Festigkeitswerte zu berücksichtigen braucht, so daß man die Querschnitte den günstigsten elektrischen &5 Werten anpassen kann.

Es ist bereits ein Überspannungsableiter bekannt (DT-PS 3 02 684), der aus einer Anzahl in Reihe geschalteter Ventilwiderstönde besteht, d^;e durch Elektroden und eine zwischen den Elektroden befindliche Füllmasse gebildet sind. Als Abstandshalter für die Elektroden dienen Ringe mit einem abgestuften Querschnitt, die jedoch im Gegensatz zu der Erfindung nur mechanische, dagegen keinerlei elektrische Wirkung aufweisen. Sofern bei dem bekannten Überspannungsableiter eine Funkenstrecke verwendet werden soll, wird diese als gesondertes Element in Reihe mit den Ventilwiderständen geschaltet.

Bei dem Überspannungsableiter nach der Erfindung kann die Höhe des äußeren Teiles der Ringe mit Z ähnlichem Querschnitt um die Dicke einer Elektrodenscheibe größer als die Höhe des inneren Teiles sein, und die Berührungsflächen mit den Elektroden können einen leitfähigen Belag haben. Daher geben der innere und der äußere Teil der Ringe unter Berücksichtigung der Elektrodenscheibe gleichmäßig Kontakt, wenn die Ringe ineinandergestapelt werden. Man kann aber auch durch metallische Federelemente ode- durch andere elastische Einlagen, die leitfähig sind, die Höhen beider Teile unabhängig voneinander festlegen. Der leitfähige Belag an den Berührungsflächen mit den Elektroden dient dazu, störende Entladungen an den Berührungsflächen zu vermeiden.

Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft sein kann, die Stirnflächen des inneren Teiles am Innenrand abzuschrägen, so daß das Abstandsstück zusammen mit den Elektrodenscheiben spitzwinkelige Zwikkel begrenzt. In den Zwickeln bilden sich nämlich Vorentladungen, wie an sich bekannt ist. Diese Vorentladungen ergeben eine Ionisierung der von den Abstandsstücken eingeschlossenen Funkenstrecke, so daß der Entladeverzug in erwünschter Weise herabgesetzt wird.

Zur näheien Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeicnnung beschrieben.

In F i g. 1 sieht man einen Überspannungsableiter für beispielsweise 20 kV mit einem Porzellangehäuse 1. das an den Enden mit aufgekitteten Metallarmaturen 2 und 3 verschlossen ist. Eine Schelle 4. mit der der Ableiter befestigt wird, weist ebenso wie der untere Anschluß an der Armatur 3 üblicherweise Erdpotential auf.

Der Hohlraum 5 des Gehäuses 1 ist mit den aktiven Ableiterelementen gefüllt. Dies sind in Reihe geschaltete Widerstandsscheiben 7, vornehmlich aus Siliziumkarbid (SiC), und die Löschfunkenstrecke 8, die die Ansprechspannung des Ableiters bestimmt und den Folgestrom zu unterbrechen hat, der nach dem Ansprechen des Überspannungsableiters unter dem Einfluß der Netzspannung fließt.

Die Löschfunkenstrecke 8 ist eine Mehrfachfunkenstrecke, die aus übereinandergestapelten Elektrodenscheiben mit dazwischenliegenden Abstandsstücken besteht. Sie besitzt, wie F i g. 2 zeigt, im Querschnitt Z-förmige Ringe 10 mit zwei im wesentlichen gleichen rechteckigen Teilbereichen 11 und 12. die bei 13 ineinander übergehen. Die Teilbereiche 11 und 12 bestehen beim Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Material, z. B. aus keramischem Werkstoff oder einem Kunststoff, wie Epoxydharz. Dieser Werkstoff wird durch einen Zusatz von 20 Gewichtsprozent Siliziumkarbid schwach leitend gemacht. Sein Widerstand beträgt vorzugsweise etwa 10⁹OfIm -cm. Die Erfindung kann aber auch so verwirklicht werden, daß für die beiden Teilbereiche 11 und 12 Werkstoffe unterschiedlicher Leitfähigkeit verwendet und durch einen thermischen

Vorgang vereinigt (verschweißt oder zusammengesintert) werden.

Die Elektroden sind beim Ausführungsbeispiel gleiche ebene Scheiben 16 aus einer Speziallegierung, z. B. Sondermessing, die lediglich einen einseitigen Vorsprung 17 aufweisen. Der Vorsprung bildet mit der ebenen Fläche der benachbarten Elektrode eine Zündstelle 18, an der wegen des verringerten Abstandes bei einer Überspannung der Überschlag erfolgt, so daß ein Lichtbogen «ntsteht. Da der Vorsprung 17 exzentrisch angeordnet ist, wird der Lichtbogen durch die in der Kammer schwingende Druckwelle des Gases in Bewegung gesetzt. Der Fußpunkt des Bogens wandert vom Vorsprung 17 auf die Ebene der Elektrodenscheibe. Dadurch wird der lokale Abbrand an der Zündstelle 18 klein gehalten.

Wie man in F i g. 2 sieht, greifen die Ringe 10 des Stapels ineinander, so daß jeweils der innere Teilbereich 12 vom äußeren Teilbereich 11 des benachbarten Ringes umfaßt wird. Da hierbei die Höhe des äußeren Teilbereiches 11 um die Dicke einer Elektrodenscheibe 16 größer ist als die Höhe des Teilbereiches 12, sind die Teilbereiche 11 und 12 parallel zueinande. jeweils elektrisch in Reihe geschaltet. Dadurch bilden die Teilbereiche 12 Steuerwiderstände, die parallel zu den Funkenstrecken 18 der Elektrodenscheibe 16 geschaltet sind und kapazitive Aufladungen abbauen, die bei kurz aufeinanderfolgenden unipolaren Stoßspannungen das Ansprechverhalten nachteilig beeinflussen können.

Die parallel zu dem Elektrodenstapel liegenden, in Reihe geschalteten Teilbereiche 11 der Ringe 10 stellen dagegen eine Abschirmung der Elektrode gegen eine Spannungsbeanspruchung der Funkenstrecke 8 von außen dar. Diese Abschirmung der Funkenstrecke bewirkt auch bei ungleichförmiger Verschmutzung, die zu einer ungleichförmigen Spannungsverteilung an der Außenseite des Gehäuses 1 führt, eine gleichmäßige Ansprechspannung des Ableiters. Darüber hinaus erhält man durch das Umfassen der inneren Teilbereiche 12 durch die äußeren Teilbereiche 11 der benachbarten Ringe 10 eine mechanische Verstärkung.

Wie F i g. 3 zeigt, kann der Querschnitt des inneren Teilbereichs 12 vorteilhaft geringfügig abgewandelt werden. Durch Abschrägungen 20, die am Innenrand 22 des Teilbereiches 12 an den Stirnflächen 23 vorgesehen sind, werden zusammen mit den Elektrodenscheioen 16 Zwickel 21 begrenzt, in denen Vorentladungen entstehen. Dadurch ergibt sich beim Ansteigen der Spannung eine Ionisierung des Raumes zwischen den Elektroden-Scheiben, die den Entladevor/.ug in vorteilhafter Weise ; verkürzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Überspannungsableiter mit einem Stapel aus mehreren Funkenstrecken, wobei jede Funkenstrekke aus zwei scheibenförmigen metallischen Elektroden gebildet ist, die durch ein schwach leitfähiges, gleichzeitig als Steuerwiderstand wirkendes Abstandsstück voneinander distanziert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsstück der innere Teil (12) eines Ringes (10) mit Z-ähnlichem Querschnitt ist, welcher Teil (12) vom äußeren Teil (11) eines benachbarten, den gleichen Querschnitt aufweisenden Ringes (10) umfaßt wird.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die höhe des äußeren Teiles (11) um die Dicke einer Elektrodenscheibe (16) größer als die Höhe des inneren Teiles (12) ist und daß die Berührungsflächen mit den Elektroden einen leitfähigen Belag haben.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (23) des inneren Teiles (12) am Innenrand (22) abgeschrägt sind, so daß sie zusammen mit den Elektrodenscheiben (16) spitzwinkelige Zwickel (21) bilden.