DE1946433B2

DE1946433B2 - FLIP-FLOP SURGE ARTER

Info

Publication number: DE1946433B2
Application number: DE19691946433
Authority: DE
Inventors: Stanley Andrew Kresge James Stanley Pittsfield Sakshaug Eugene Clemens Landesvorough Mass Niske (V St A)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-09-16
Filing date: 1969-09-13
Publication date: 1972-12-07
Also published as: FR2018165A1; SE348896B; JPS4636221B1; US3538387A; DE1946433A1; GB1275931A; DE1946433C3

Description

3 43 4

Fig. 2, 3, 4 und 5 sind Kurvenbilder und zeigt·. kleineren Induktivität sowie dem kleineren ohm-Figs. 2, 3, 4 and 5 are graphs showing. smaller inductance and the smaller ohmic

die Wirkung der Erfindung. sehen Widersland schnell ein Strom erzeugt wird.the effect of the invention. see contradiction quickly a current is generated.

In Fig. 1 ist schematisch und in Form eines Durch die Spule 5' wird auf ein Magnetfeld aufge-In Fig. 1 is a schematic and in the form of a through the coil 5 'is applied to a magnetic field. Schaltbildes ein Flip-Flop-Überspannungsableiter 1 baut, das sich proportional mit dem SpulenstromCircuit diagram a flip-flop surge arrester 1 builds, which is proportional to the coil current

gezeigt, der als Beispiel zwischen einen Leiter 2 eines 5 verstärkt, wie es in Fig. 4B dargestellt ist. Dadurchshown, which is reinforced as an example between a conductor 2 of a 5, as shown in Fig. 4B. Through this

Hochspannungssystems, der beispielsweise ein werden die Lichtbogen der Funkenstrecken 4' in ihreHigh-voltage system, for example, the arcs of the spark gaps 4 'in their Gleichstrom-Hochspannungsleiter sein kann, und Lichtbogenkammer getrieben, und sie entwickelnDC high voltage conductors can be, and arcing chamber driven, and they develop Erde geschaltet ist, die mit 3 bezeichnet worden ist. ziemlich schnell eine Spannung, wie es in Fig. 5BEarth is connected, which has been designated by 3. voltage quite quickly, as shown in Fig. 5B

Der Ableiter ist mit zwei parallelen Zweigen A und B The arrester is with two parallel branches A and B. dargestellt ist.is shown.

dargestellt, die jeweils eine Strombegrenzungsfunken- to I_n Zweig Λ, in dem die Funkenstrecke 6 parallel strecke oder eine Funkenstreckenanordnung aufwei- zu der Spule 5 liegt, vollziehen sich die Vorgänge sen. Die Strombegrenzungsfunkenstrecke A enthält langsamer. Während des Überschlages dieses Zweiges beispielsweise vier Hörnerfunkenstrecken 4_t, 4₂,4_?, 4₄ ist auch die Funkenstrecke 6 übergeschlagen. Die mit Magnetblasung, die miteinander und mit einer Anfangsspannung in dieser Funkenstrecke ist sehr magnetischen Blasspule 5 in Serie geschaltet sind. 15 klein, wie es in Fig. 3A gezeigt ist, da selbstver-Auf gleiche Weise enthält die Strombegrenzung«- ständlich die Spulenspannung die gleiche ist wie die funkenstrecke B vier Funkenstiecken 4/, 4₂\ 4.,', 4,' Spannung an der Funkenstrecke 6, weil diese beiden mil Magnetblasung zur Löschung des Lichtbogens. Elemente direkt parallel liegei. Folglich ist das dadie miteinander und mit einer magnetic hen 31as- bei entstehende Magnetfeld, das ve η der Spule 5 aufpule 5' in Reihe liegen. Der Spule 5 ist eine Schutz- 20 gebaut wird, relativ langsam, wie Fig. 4 A zeigt, funkenstrecke 6 eines solchen Typs parallel geschal- Dies wird weiterhin durch den relativ großen Wirk-Ut. die infolge der magnetischen Blaswirkung auf widerstand und die Induktivität der Spule 5 verstärkt. ihren Lichtbogen auch eine Spannung aufbaut. Dem- Deshalb wird der Lichtbogen in der Spulenfunken- ^■genüher ist der Spule 5' der Funkenstrecke B ein strecke 6 relativ langsam in die Länge gezogen. Auf \eryleichsweise kleinerer Ventilwiderstand 7 parallel 25 ähnliche Weise werden die Lichtbogen der Fauptgeschaltet, der typischerweise ein kleines Stück aus funkenstrecke π 4 relativ langsam gestreckt oder ver-Yentihviderstandsmaterial mit einem Durchmesser längert. Bevor der Lichtbogen der Spulenfunken-MMi etwa 7,5 cm (3ZoIl) und einer Dicke von etwa strecke 6 nicht vollständig gestreckt wird, nimmt 0.6 cm (¹M Zoil) sein kann. Vorzugsweise wird die seine Spannung keinen wesentlichen Wert an. Dann Impedanz der S,mle 5 größer gemacht als die Im- 30 erhallen die Funkenstreckeneinheiten den vollen pedanz der Spule 5', indem ihr Wirkwiderstand und/ Fluß, und die Funkenstreckeneinheit entwickelt eine oder ihre Induktivität größer ist als der entsprechende bedeutende Lichtbogenspannung.
Wert der Spule 5'. Die Funkenstrecken des Zweiges B erreichen die- shown, each of which has a current limiting spark to I _n branch Λ, in which the spark gap 6 stretch parallel or a spark gap arrangement is located on the coil 5, the processes take place sen. The current limiting spark gap A contains slower. During the rollover of this branch, for example, four horn gaps 4 _t , 4 ₂ , 4 _? , 4 ₄ the spark gap 6 is also overturned. The one with magnetic blowing, which is connected in series with one another and with an initial voltage in this spark gap, is very magnetic blowing coil 5. 15 small, as it is shown in Fig. 3A, because of course the coil voltage is the same as the spark gap B contains four spark plugs 4 /, 4 ₂ \ 4, ', 4,' voltage at the spark gap 6, because these two use magnetic blowing to extinguish the arc. Elements lie directly parallel. As a result, the magnetic field arising with one another and with a magnetic hen 31as- at which ve η of the coil 5 on coil 5 'lie in series. The coil 5 is a protective 20 is built, relatively slowly, as FIG. 4 A shows, a spark gap 6 of this type is connected in parallel. This is still due to the relatively large effective Ut. the resistance due to the magnetic blowing effect and the inductance of the coil 5 is increased. their arc also builds up a voltage. Therefore, the arc in the coil spark ^ ■ is closer to the coil 5 'of the spark gap B a stretch 6 is drawn relatively slowly in length. The arcs of the main are switched in a similar manner in a way similarly smaller valve resistance 7 parallel 25, which typically a small piece of spark gap π 4 is stretched relatively slowly or ver-Yentihv resistance material with a diameter elongated. Before the arc of the coil spark MMi is about 7.5 cm (3 inch) and a thickness of about stretch 6 is not fully stretched, it takes 0.6 cm ( ¹ M zoil) can be. Preferably its voltage will not show any significant value. Then the impedance of the S, mle 5 is made greater than the impedance. The spark gap units get the full pedanz of the coil 5 'by their effective resistance and / flux, and the spark gap unit develops one or their inductance is greater than the corresponding significant arc voltage.
Value of the coil 5 '. The spark gaps of branch B reach this

Weiterhin ist als ein Teil der Strombegrenzungs- sen Zustand schneller, wohingegen der oben erläufunkenstrecke A eine Schaltung vorgesehen, du. die 35 terte Prozeß für die Funkenstrecken des Zweiges A Spannung '..erabsetzt. Diese Schaltung umfaßt die nur teilweise abgeschlossen wird. Deshalb kann die Impedanzen Z₁, Z₂, Z.,, Z₄, die den einzelnen in Lichtbogenspo.inung des Zweiges B den vollen Reihe liegenden Hauptfunkenstrecken 4_r 4.„ 4.,, 4₄ Stromübergang auf den Zweig A übertragen. Somit parallel geschaltet sind. Auf gleiche Weise enthält die wird deutlich, daß zum Zeitpunkt T₁ in F i g. 2 B der Strombegrenzungsfunkenstrecke B zur Herabsetzung 40 Strom in Zweig A auf Null gedruckt worden ist weder Spannung eine ähnliche Schaltung, die die Im- gen des schnellen Aufbaues der Spannung in der pedanzenZ/. Z₂'. Z₃', Z₄' umfaßt, die auf entspre- Strombegrenzungsfunkenstrecke B, wie es in Fig. 5B chende Weise den in Reihe liegenden Hauptfunkeri- dargestellt ist. Es sei erwähnt, daß zum gleichen Zeitstrecken 4j'. 4/, 4_S', 4/ parallel geschaltet sind. Ob- punkt T in Fig. 5A die Spannung der Strombewohl es nicht erforderlich ist, umfaßt jeder Schenkel 45 grenzungsfunkenstrecke für Zweig A relativ klein ist einen in Reihe geschalteten Ventilwiderstan.I, der und der Strom des Zweiges, wie er in Fi g. 2 A darfür den Zweig A als Widerstand 8 und für den gestellt ist. relativ groß ist. so daß der gesamte Ab-Zweig B p'.s Widerstand 8' gezeigt ist. Vorzugsweise leitcrstrom innerhalb weniger hundert Mikrosekunist der ohmsche Widerstand des Widerstandes 8 wie- dv_n aus dem Zweig B heraus und in den Zweig A derum größer als der ohmsche Widerstand des Wi- 50 ·. edrückt wird. Dadurch kann der Zweig ß seine derstandcs 8'. Spannungsfestigkeit wiedererlangen oder gegen dieFurthermore, as part of the current limitation, the state is faster, whereas the above-mentioned spark gap A is provided with a circuit that reduces the voltage for the spark gaps in branch A. This circuit includes which is only partially completed. Therefore, the impedances Z _1, Z _2, Z. ,, Z _4, the single main spark gaps 4 lying in the full row Lichtbogenspo.inung of branch B _r 4 ". 4 ,, 4 ₄ current transfer can be transferred to the branch A. Thus connected in parallel. In the same way, it becomes clear that at time T ₁ in FIG. 2 B of the current limiting spark gap B to reduce 40 current in branch A has been printed to zero, neither voltage is a similar circuit, which has the ability to rapidly build up the voltage in the pedanzenZ /. Z ₂ '. Z ₃ ', Z ₄ ' includes the corresponding current limiting spark gap B, as shown in Fig. 5B corresponding way the main radio operator in series. It should be mentioned that at the same time interval 4j '. 4 /, 4 _S ', 4 / are connected in parallel. Ob point T in Fig. 5A, the voltage of the Strombewohl it is not necessary, comprises each leg 45 grenzungsfunkenstrecke for branch A relatively small is a series-connected Ventilwiderstan.I, and the current of the branch as in Fi g. 2 A for branch A as resistor 8 and for which is provided. is relatively large. so that the entire down branch B p'.s resistor 8 'is shown. Preferably conductive current within a few hundred microseconds is the ohmic resistance of resistor 8 again out of branch B and into branch A, in turn, greater than the ohmic resistance of resistor. is pressed. This allows the branch ß its derstandcs 8 '. Regain dielectric strength or against the

Der Ableiter ist weiterhin mit einem gemeinsamen Betriebsspannung sperren. Wie weiterhin ausThe arrester continues to block with a common operating voltage. How to continue from

Zweig gezeigt, der aus einem gemeinsamen Ventil- F i g. 5 A ersichtlich ist, erzeugt dieser erzwungeneBranch shown, which consists of a common valve F i g. 5 A can be seen, this generates forced

widerstand 9 besteht. Übergang ke'ne übermäßige Zweigspannung, da dieresistance 9 exists. Transition no excessive branch tension, since the

Für den Fall des gleichzeitigen Überschlages ist 55 Fähigkeit der Spulenfunkenstrecke in Zweig A, eine die Wirkungsweise in den Fig. 2, 3, 4 und 5 dar- Spannung zu entwickeln, bis jetzt noch unvollständig gestellt. Jede Figur weist eine linke Zeichnung A, ist und die Spannung der FunkensUeckeneinheit A die sich auf den Zweig A bezieht und eii.e rechte recht klein ist zum Zeitpunkt T₁. wenn der Strom Zeichnung Z? auf. die den Zweig B betrifft. Auf jeder umgc'eitet wird und der Parallelbetrieb endet.
Horizontalen ist das gleiche Zeitmaß von liind ^6o Eine erfolgreiche Löschung des Zweiges B wird 1000 Mikrosekunden aufgetragen. Nach einem par- durch die Tatsache unterstützt, daß beim Löschen allelen Überschlag beginnt der Strom durch den Ab- der Strombegrenzungsfunkenstrecke B der Strom in leiter zu fließen und wird au!' die zwei Zweige ver- ihrer Spule 5' nicht unterbrochen wird. Der Strom teilt, wie es in den Fig. 2 A und 2 B gezeigt ist. In in der Spule 5' kann durch den parallelen Ventil-Zweig B erzeugt der Stromnuß sofort einen beträcht- 65 widerstand 7 fließen. Somit fällt der Magnetfluß nicht liehen Spannungsabfall an dem Ventihviderstand 7 zur gleichen Zeit auf Null ab. wie der Funken- und der Spule 5'. Dies ist in Fig. 3B dargestellt. Streckenstrom, sondern etwas später. Dadurch wird Diese Spannung bewirkt, daß in der Spuk 5' mit der verbinder:, daß sich der Löschvorgang verlangsamt,In the event of a simultaneous rollover, the ability of the coil spark gap in branch A to develop a voltage representing the mode of operation in FIGS. 2, 3, 4 and 5 has not yet been fully established. Each figure has a left-hand drawing A, and the voltage of the spark plug unit A, which relates to branch A and a right-hand drawing, is quite small at time T ₁ . when the current drawing Z? on. which concerns branch B. On each one is rerouted and the parallel operation ends.
Horizontal is the same time measure from left ^6o Successful deletion of branch B is applied 1000 microseconds. After a par- supported by the fact that when the allelic flashover is deleted, the current begins to flow through the current limiting spark gap B, the current in the conductor and is o! ' the two branches ver their coil 5 'is not interrupted. The stream divides as shown in Figures 2A and 2B. In the coil 5 ', through the parallel valve branch B , the current nut generates a considerable resistance 7 immediately. Thus, the magnetic flux does not drop to zero at the same time as the voltage drop across the valve resistor 7. like the spark and coil 5 '. This is illustrated in Figure 3B. Line current, but a little later. This tension causes that in the spook 5 'with the connector: that the deletion process slows down,

wenn der Zweigstrom kleinere Werte erreicht. Dies ist in den Fig. 3B und 4B dargestellt, wo sich die Spulenspannung nach dem Zeitpunkt T₁ umkehrt und weiterhin Strom durch die Spule und den Widerstand 7 hindurchdrückt, so daß der Magnetfluß zum Zeitpunkt T₁ nicht auf Null absinkt. Dies ist nicht das gleiche wie für die Spule der Funkenstrecke A. Die unterschiedlichen Wirkwiderstandswerte der Ventilwiderstände 8 und 8' bewirken auch, daß sich Ableiterspannung in den Zweigen A und B mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entwickelt. Diese Ungleichheit hat zur Folge, daß in Zweig B ein größerer Strom fließt als in Zweig A, wenn der erste Parallelbetrieb auftritt. Die Funkenstrecken mit dem kleineren Strom neigen dazu, die Spannung langsamer zu entwickeln, während die Funkenstrecken mit dem größeren Strom die Spannung schneller aufbauen. Der Grund hierfür wird darin gesehen, daß die Lichtbogen bei größeren Strömen dichter sind und deshalb erzeugt der Magnetfluß eine größere Kraft auf die Lichtbogen. Weiterhin hat das örtliche Magnetfeld, das durch den Stromfluß in den Funkenstreckenelektroden erzeugt wird, die Wirkung, den Lichtbogen in Richtung auf die Lichtbogenkammer zu drücken. Diese Wirkung wird mit steigendem Strom vergrößert.when the branch current reaches lower values. This is shown in FIGS. 3B and 4B, where the coil voltage reverses after time T ₁ and continues to push current through the coil and resistor 7 so that the magnetic flux does not _{drop to zero at time T 1.} This is not the same as for the coil of spark gap A. The different effective resistance values of valve resistors 8 and 8 'also mean that arrester voltage in branches A and B develops at different speeds. This inequality has the consequence that a larger current flows in branch B than in branch A when the first parallel operation occurs. The spark gaps with the smaller current tend to develop the voltage more slowly, while the spark gaps with the larger current tend to build up the voltage more quickly. The reason for this is believed to be that the arcs are denser with larger currents and therefore the magnetic flux creates a greater force on the arcs. Furthermore, the local magnetic field, which is generated by the current flow in the spark gap electrodes, has the effect of pushing the arc in the direction of the arc chamber. This effect increases as the current increases.

Es sei erwähnt, daß die Ventilwiderstände 8 und 8' nicht notwendigerweise einen ungleichen Widerstandswert aufweisen müssen. Es können durchaus gleiche Widerstände verwendet werden, wobei nur zu berücksichtigen ist, daß der einen Spule eine Funkenstrecke und der anderen ein Ventilwiderstand parallel geschaltet ist.It should be noted that the valve resistors 8 and 8 'do not necessarily have an unequal resistance value must have. The same resistors can be used, with only It must be taken into account that one coil is a spark gap and the other is a valve resistor is connected in parallel.

ίο Wenn andererseits ungleiche Ventilwiderstände in den Schenkeln oder Zweigen verwendet werden, ist es im allgemeinen wünschenswert, aber nicht unbedingt notwendig, ungleiche Strombegrenzungsfunkenstrecken in den Zweigen zu verwenden.ίο If, on the other hand, unequal valve resistances in If the legs or twigs are used, it is generally desirable, but not essential necessary to use unequal current limiting spark gaps in the branches.

Selbst wenn der Flip-Flop-Überspannungsableiter mehr als zwei Zweige aufweist, ist es immer noch möglich, daß ein gleichzeitiger Überschlag aller Zweige auftreten kann. Es sei deshalb erwähnt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf einen zweischenkeligen Flip-Flop-Ableiter beschränkt ist und daß unabhängig von der Anzahl der verwendeten Schenkel, mindestens einer von ihnen dem Zweig B entsprechen sollte und die anderen wie der Zweig A sein sollten.Even if the flip-flop surge arrester has more than two branches, it is still possible that a simultaneous flashover of all branches can occur. It should therefore be mentioned that the present invention is not limited to a two-legged flip-flop arrester and that regardless of the number of legs used, at least one of them should correspond to branch B and the others should be like branch A.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

one branch to the other passed back and forth Claims: will. This is where the name flip-flop comes from. This flip-flop effect prevents overheating of the

1. Flip-Hop-Überspannungsableiter mit minde- Strombegrenzungsfunkenstrecke, so daß der Ableiter stens zwei parallelen Zweigen, die jeweils eine 5 mehr Energie ableiten kann, als wenn die gesamte Strombegrenzungsfunkenstreckenanordnungmitje Energie kontinuierlich über die Funkenstrecken abeiner entsprechenden in Reihe geschalteten Ma- geleitet werden würde.1. Flip-hop surge arrester with minimum current-limiting spark gap, so that the arrester at least two parallel branches, each of which can dissipate a 5 more energy than if the whole Current limiting spark gap arrangement with each energy would be conducted continuously over the spark gaps from a corresponding series connected Ma-.

gaetblasspule aufweisen, dadurch gekenn- Eine derartige Überspannungsschutzvorrichtung isthave gas blower coil, thereby marked- Such an overvoltage protection device is

zeichnet, daß einer ersten Spule (5) eine Fun- aus der französischen Patentschrift 1 530513 bekenstrecke (6) und einer zweiten Spule (5') ein io kannt. Diese bekannte Vorrichtung weist mindestens Ventilwiderstand (7) parallel geschaltet ist. zwei parallelgeschaltete Slromzweige mit mindestensdraws that a first coil (5) a spark from the French patent 1 530513 bekenstrecke (6) and a second coil (5 ') knows an io. This known device has at least Valve resistor (7) is connected in parallel. two parallel-connected current branches with at least

2. Surge arrester according to claim 1, da- onei working with current limiting sparks, characterized in that the first coil (5) stretch in each branch. Each of these pairs has a significantly greater impedance than allelic branches of the current has a negative resistance to the second coil (5 '). * 5 Stand characteristics. After an ignition it then builds

3. Surge arrester according to claim 2, that each of the spark gaps quickly has a counter voltage by se denotes that the first coil (S) with over its branch on, which together with the The greater the impedance, the greater the inductive voltage drop of a circuit connected in parallel tivitSt. Branches of the valve resistance in series

4. Surge arrester according to claim 2, da- 2 ° results in a total voltage which the ignition voltage through characterized in that the first coil (5) exceeds the voltage of the other spark gap. Through this the larger impedance also the larger ohms, every spark gap forces after its excitation see resistance. a rapid diversion of the current surge to a minimum

5. Surge arrester according to claim 2, there being one of the other parallel current branches.
characterized in that the first coil (5) with 25 There is, however, the unfavorable possibility that the greater impedance both the greater inductance in both branches of such a flip-flop arrester and also the greater ohmic consequence of an overvoltage flash over at the same time the state has. can. Furthermore, if w; nn is an arrester branch

6. Surge arrester according to one of the instructions, in which the spark gap units are marked with claims 1 to 5. that the 30 of a voltage-reducing circuit are vererste coil (5) in a branch (A) of the current, this branch is not itself in the correct limiting spark gap arrangement, the tige.i value can overturn. Therefore, if a larger valve resistance (8) is connected in series, a simultaneous flashover in the branches is switched than a valve resistance (8 '), which occurs and if both branches continue to conduct, the branch in which the second coil (5') ) lies after the spark gap has been connected a substantial Boin series. have developed tension, then it works

Arrester not in the intended way. As a result, the branch voltage di-j becomes prescribed

Exceed values and the arrester voltage is

40 now uncontrolled, exceeding the permitted limits. If the voltage surge is still not quite short, the arcs will remain in their

The invention relates to a flip-flop extended position so that the arc surge arrester With at least two parallel chambers, the extinguishing of the arrester and ien branches that each have a current limiting 45 ultimately the arrester itself will be destroyed. It spark gap arrangement with one corresponding each - it is thus clear that the known arrester verden Magnetic blow-off coil connected in series opens when both branches of the flip-flop arrester assign, roll over together and then

A flip-flop surge arrester includes min- tend.

at least two electrical, if not even physical ^ 50 It is therefore the task of the present invention, branches, rows or ends connected in parallel to create an improved "arrangement in order to kel, each of which has at least one current limiting and parallel operation in flip-flop overvoltage spark gap or to prevent a spark gap arrangement. It also includes have a current limiting spark gap i.u invention a new and improved arrangement to a spark gap which, after a flashover, generates a 55 the parallel branches of a flip-flop overpan counter voltage which, with their flashover arrester, have significantly different speed voltages is comparable. The build-up of these opposites for the build-up of a counter-tension too tension takes place in a time that is long in giving.

Comparison to the duration of the front of a fmpulsspan- These tasks are carried out in the case of a flip-flop over-

tion, such as B. a voltage surge through lightning arrester of the above type inventive impact, which is, however, short compared to the duration solved in that a first coil a one of a shock on a high voltage over- spark gap and a second coil a valve support system. These surge arresters are resistor connected in parallel.
in particular for the derivation of high voltage The invention will now be based on the following

encounter for a long time direct current high voltage 65 description and the drawings explained in more detail, can now be used for transmission systems. The reason Fig. 1 is a schematic, graphic representation

here it is. that in normal operation by the setting of a preferred execution form of the Er shift shock generated leakage current periodically from detection;