DE2037921C3 - Blitzschutzeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Blitzschutzeinrichtung, bestehend aus einem geerdeten Gehäuse, mit einer Serie von Entladcngseinheiten und zu diesen parallel angeordneten Spannungsteilerelementen und mit die Entladungseinheiten umgebenden metallischen Ringen, die jeder Entladungseinheit zugeordnet und mit einem entsprechenden Spannungsteilerelement elektrisch verbunden sind.

Eine Blitzschutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art ist durch die DE-PS 7 39 248 bekanntgeworden, bei welcher längs der Löschfunkenstreckenanordnung durch Widerstandsringe eine Art Potentiometer gebildet wird, die Entladeelemente im Isolator untergebracht sind und eine zylindrische Abschirmung vorgesehen ist. Diese einzige Abschirmung ist darüber hinaus für mehrere Entladeelemente vorgesehen und überdeckt alle Entladeelemente. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Löschfunkenstreckenanordnung nach der DE-PS 7 39 248 wird eine kapazitive Kopplung zwischen den Potentiometerpunkten und den dazwischenliegenden Elektroden der Löschfunkenstrecke verwendet. Bei dieser Ausführungsform sind keine Widerstandsringe vorgesehen; es sind lediglich die Elemente der Funkenstrecke unter Zwischenfügen von Isolierringen zu einem langen Stapel zusammengesetzt. Am hermetisch verschlossenen Gehäuse sind auf der Außenseite eine Anzahl von in Reihe geschalteten Widerstandsstäben angeordnet, von denen jeder an einen an der Gehäusewandung angebrachten Metallring angeschlossen ist. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Länge der Löschfunkenstrecke geschaffen.

Bei dieser Anordnung gemäß DE-PS 7 39 248 kann jedoch die einzige Abschirmung nicht den gesamten Bereich betreffen; und darüber hinaus ist die Abschirmung nur neben den oberen Entladeelementen angeordnet.

Weiter ist es durch die US-PS 33 78 731, die sich auf die Verteilung elektrischer Energie und insbesondere auf Hochspannungs-Nebenstationen bezieht, bekannt, das Gehäuse der Entladeeinheit einer Blitzschutzeinrichtung mit elektrisch isolierendem Gas zu füllen. Bei dieser US-Patentschrift dient die Anordnung des Abschirmringes auf der Seite der Spannungszuführung lediglich dazu, das geerdete Gehäuse vor einer Konzentration des elektrischen Feldes an dieser Stelle

ίο zu schützen. Es ist darüber hinaus nicht möglich, Entladestreckenpotentiale zu steuern, da die relative Lagebeziehung zwischen den Entladestrecken und dem Abschirmring nicht bekannt ist Insbesondere ist der am oberen Bereich angeordnete einzige Abschirmring nur für eine Verringerung des elektrischen Feldes auf der Spannungszuführungsseite wirksam.

Es sind weiter Überspannungsableiter bekannt (CH-Patentschriften 2 38051, 239484 und 239485), weiche eine Entladungseinheit aufweisen, an welcher ein Isolator hängt, der mit einer Mehrzahl von in Abständen angeordneten Abschirmringen versehen ist Diese CH-Patentschriften beschreiben jedoch eine nicht geschlossene Entladeeinheitsanordnung und somit einen ferneren Stand der Technik, der aufgrund der vorstehend beschriebenen DE-PS 7 39 248 und US-PS 33 78 731 nicht unmittelbar zu einem Vergleich mit der erfindungsgemäßen Anordnung herangezogen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blitzschutüeinrichtung zu schaffen, bei der eine Störung der Spannungsverteilung entlang der Entladungseinheit nicht stattfinden kann, Koronaentladungen an den Spannungsteilerelementen vermindert und die seitlichen Abmessungen der Blitzschutzeinrichtung mögliehst kleingehalten werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die metallischen Ringe als Abschirmringe innerhalb des mit elektrisch isolierendem Gas gefüllten Gehäuses ausgebildet sind und sich im Rohrdurcttnesser und im Außendurchmesser von einem jeweils benachbarten Abschirmring unterscheiden.

Im Rahmen der Erfindung sind die einzelnen Abschirmringe in einer Atmosphäre von elektrisch isolierendem Gas angeordnet, so daß keine Möglichkeit besteht, daß sich Staub und Schnee auf diesen Abschirmringen niederschlagen können. Einen wesentlichen Unterschied gegenüber der mit mehreren Metallringen versehenen Anordnung nach der DE-PS 7 39 248 stellt ferner dar, daß die Abschirmringe

so innerhalb des gasgefüllten Gehäuses angeordnet sind, wohingegen die Abschirmringe nach der DE-PS 7 3? 248 zwischen dem hermetisch verschlossenen Gehäuse und dem Außengehäuse liegen. Die Spannungsteilerelemente und die Abschirmringe zur Verminderung der Koronaentladungen sind demnach beim erfindungsgemäßen Aufbau innerhalb eines einzigen Gehäuses angeordnet, das kein weiteres Gehäusebauteil erfordert Dies ermöglicht einen wenig aufwendigen Aufbau im Hinblick auf die erforderlichen Bauteile und die Abmessungen; die Verwendung des elektrisch isolierenden Gases läßt auch keine Isolationsprobleme entstehen, obwohl die Abschirmringe nahe den Entladeelementen angeordnet sind. Wegen der Anwesenheit des elektrisch isolierenden Gases kann ferner der Abstand zwischen den einzelnen Abschirmringen verringert werden, so daß die Möglichkeit besteht, den Rohrdurchmesser dieser Abschirmringe zu erhöhen, wodurch wiederum der Spannungsgradient vermindert

wird. Die Spannungsverteilung in der dazugehörigen Entladungseinheit wird im übrigen dadurch nicht verändert

Diese unterschiedlichen Rohrdurchmesser erweisen sich als vorteilhaft, um die seitlichen Abmessungen der Blitzschutzeinrichtung möglichst kleinzuhalten.

Gegenüber der bekannten Anordnung nach der US-PS 33 78 731 mit gesondertem Gehäuse für die Blitzschutzeinrichtung bekannten Typs und am oberen Gehäuseteil angeordnetem Abstufring zur Verringerung des dort entstehenden elektrischen Feldes, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Aufbau eine Verbesserung der Verteilung des elektrischen Feldes an der Oberfläche jedes einzelnen Spannungsteilerelements erzielen, welche mit den jeweiligen Abschirmringen elektrisch verbunden sind.

Um die Durchschlagsspannung zwischen den nebeneinanderliegenden Abschirmringen noch weiter zu erhöhen, erweist es sich als zweckmäßig, daß die Abschirmringe in einer zusätzlichen elektrischen Isolierung eingebettet sind.

Um im Hinblick auf die Erzielung einer n:öglichst gleichmäßigen Spannungsverteilung ebenfalls die Streukapazitäten zwischen den einzelnen Abschirmringen und dem sie umschließenden Gehäuse zu berücksichtigen, erweist es sich als zweckmäßig, daß die Rohrdurchmesser und/oder Außendurchmesser der Abschirmringe von der Spannungseingangsseite gegen den Boden des geerdeten Gehäuses abnehmen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigt

F i g. 1 den grundlegenden Aufbau der erfindungsgemäßen Blitzschutzeinrichtung und

F i g. 2 bis 4 Einzelheiten der Erfindung.

Nach Fig. 1 besteht die Blitzschutzeinrichtung aus einem geerdeten Gehäuse 10, das mit einem geeigneten elektrisch negativen Gas — wie z. B. Schwefelhexafluorid (SF₆) — gefüllt ist, das hohe elektrische Isoliereigenschaften aufweist An dem Boden des Gehäuses 10 ist ein Element 12 angeordnet, oberhalb dessen eine Entladungseinheit 14 angeordnet ist. Das Element 12 besteht aus einem nichtlinearen Widerstand, beispielsweise aus Siliciumcarbid (SiC). Selbst wenn an dem Element 12 Jurch Blitzeinschlag bedingte hohe elektrische Entladungen auftreffen, was zu hohen Strömen innerhalb dieses Elements 12 führt, wird die Spannung an der Blitzschutzeinrichtung auf einen niedrigen Wert gebracht Dabei fließt ein kontinuierlicher Strom von der elektrischen Stromquelle in die Schutzeinrichtung, nachdem die Entladung auf einen Wert abgesunken ist, bei welchem die Entladung durch die Entladungseinheit 14 unterbrochen wird. Die Entladungseinheit 14 besteht aus einer Mehrzahl von Entladungsräumen, die in Serien hintereinander angeordnet sind. Jeder Entladungsraum wird durch einen Widerstand 16 und einen Kondensator 18 überbrückt, welche die Entladungseinhcit 14 bilden. Die Enden der Entladungseinheit 14 sind auf der einen Seite mit dem Element 12 und auf der anderen Seite mit einem Klemmenleiter 20 verbunden, welcher innerhalb einer elektrischen Isolierung 22 nach oben hin durch das Gehäuse 10 geführt wird.

Das durch die Widerstände und Kondensatoren 16 und 18 gebildete Spannungsteilerelement bewirkt eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen Entladung, welche beispielsweise dur/,i einen Blitzschlag ausgelöst sein !;ann. Aufgrund des durch das Gehäuse 10 gebildeten Potentials ergeben sich Verschiebungen der Aquipoteniiallinien. Dies führt zu einer Verminderung der Spannung, bei welcher Koronaentladungen entlang der Oberfläche des Spannungsteilerelements auftreten.

Ferner ergeben sich gleichzeitig Verringerungen der Durchschlagsspannung zwischen dem Spannungsteilerelement und dem geerdeten Gehäuse 10. Wenn es gewünscht ist, die Durchschlagsspannung zu erhöhen, müßte das Spannungsteilerelement in Längsrichtung

ίο größer dimensioniert werden. Dies bedingt eine Zunahme der gesamten Länge der Blitzschutzeinrichtung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dies dadurch eliminiert werden, daß an der Außenseite der Spannungsteilerelemente um die Entladungseinheit 14 herum eine Mehrzahl von Abschirmringen 24 angeordnet wird. Gemäß F i g. 1 ist eine Mehrzahl von derartigen Abschirmringen 24 in axialer Obereinstimmung in gewissen Abständen mit geringen Zwischenräumen von dem Widerstand 16 --r.geordnet Die Abschirmringe 24 weisen alle dieselbe Konstruktion und räumlichen Abmessungen auf. Jeder Abschirmring 24 besteht aus einem kreisförmig elektrisch leitfähigen Rohr, das in einem geschlossenen Kreis gebogen ist, wobei zusätzlich Scheiben 26 vorgesehen sind, die mit ihrer äußeren Peripherie an der inneren Peripherie im Bereich der mittleren Ebene an den Ring angesetzt sind. Die Scheiben 26 liegen in ihrem mittleren Bereich zwischen einem Paar von nebeneininderiiegenden Elektroden, weiche den Entladungsabstand bilden. Die am Ende liegenden Scheiben 26 jedoch bilden eine Ausnahme, da sie zwischen dem Klemmenleiter 20 und der Elektrode bzw. dem Element 12 und der entsprechenden Elektrode angeordnet sind. Demzufolge werden die Scheiben 26 und die Abschirmringe 24 auf gleichem Potential wie die Abstandselektroden gehalten. Gemäß Fig. 1 sind vier Entladungsabstände und fünf Abschirmringe 24 vorgesehen, wobei jeder Entladungsabstand mit wenigstens einem Abschirmring 24 verbunden ist.

Der Abschirmring 24 und die Scheibe 26 bewirken, daß die Äquipotentiallinien gleichmäßig im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Spannungsteilerelements auftreffen, so daß im Bereich dieses Elements eine gewünschte elektrische Feldverteiiung erzeugt wird. Demzufolge können Koronaentladungen an der Oberfläche der Spannungsteilerelemente nicht so leicht auftreten, während gleichzeitig die Durchschlagsspannung zwischen dem Spannungsteilerelement und dem

so geerdeten Gehäuse 10 erhöht ist Dies bewirkt eine sehr kleine Bauweise der Britzschutzeinrichtung.

Bei einer derartigen mit Abschirmringen 24 versehenen Blitr.schutzeinrichtung bildet die Durchschlagsspannung zwischen den Abschirmringen 24 und dem geerdeten Gehäuse f 0 einen der wesentlichen Faktoren für die Feststellung der Eigenschaften der Blitzschutzeinrichtung. Es ist festgestellt worden, daß, je größer der Durchmesser a des kreisförmigen Leiters bzw. des den Abschirmring 24 bil .!enden metallischen Rohres gemäß

bo F i g. 1 ist, desto größere elektrische Felder angelegt werden können; demzufolge sind größere Durchschlagsspannungen erzielbar.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 kann der Rohrdurchmesser a des den Ring bildenden Rohres

hi nicht genügend groß gemacht werden, da die Ringe 24 sehr nah nebeneinander liegen. Demzufolge ist es notwendig, den Abstand b zwischen dem geerdeten Gehäuse 10 und jedem der Abschirmringe 24 zu

vergrößern, um die Durchschlagsspannung zu erhöhen. Dies führt notgedrungen zu einer Zunahme der seitlichen Abmessungen der Blitzschutzeinrichtung.

Diese Zunahme der seitlichen Abmessungen der Blitzschutzeinrichtung kann durch die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform vermieden werden. So wie dies in dieser Figur dargestellt ist, sind eine Mehrzahl von größeren Abschirmringen 24/4 vorgesehen, die aus einem elektrisch leitenden Rohr mit einem Ronrdurchmesser a hergestellt sind. Zwischen diesen Abschirmringen 2*\A sind kleinere Abschirmringe 24fl angeordnet, die aus einem leitenden Rohr kleineren Durchmessers hergestellt sind. Die Ringe 24A und 24ß haben Außendurclimesser d\ und c/2, während die Innendurchmesser im wesentlichen identisch sind.

Da die Abschirmringe 24,4 einen größeren Rohrdurchmesser a aufweisen, kann die Durchschlagsspannung zwischen den Abschirmringen 24 und dem geerdeten Gehaust: 10 genügend hoch gemacht werden, selbst wenn das Gehäuse 10 in seitlicher Hinsicht relativ klein dimensioniert ist. Die an den einzelnen Eniladungsabständen angelegte Spannung kann gesteuert werden, indem der Durchmesser der die Ringe bildenden Rohre verändert wird, wobei die Größe der Spannungsteilerwiderstände und Kondensatoren unverändert bleibt. Demzufolge ergibt sich eine Spannungsteilereinrichtung mit verbesserten Entladungseigenschaften.

Die in Fig.3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform nur darin, daß gemäß F i g. 3 die Abschirmringe 24Λ und 248 in einem geeigneten elektrischen Isoliermaterial 28 — beispielsweise aus Epoxidharz — unter Bildung einer einheitlichen Struktur eingebettet sind. Dies bewirkt eine Erhöhung der Durchschlagsspannung zwischen nebeneinanderliegenden Abschirmringen, so daß dadurch der Durchmesser der Rohre der größeren Abschrimringe 24A erhöht werden kann, wodurch sich eine weitere Zunahme der Durchschlagsspannung zwischen den Abschirmringen 24 und dem Gehäuse 10 ergibt.

F i g. 4 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung. Gemäß dieser Figur sind abwechslungsweise Entladungseinheiten 14 und Elemente 12 angeordnet, wobei jedesmal ein entsprechender Abschirmring 24 für jeden Entladungsraum vorgesehen ist. Die Abschirmringe 24 sind aus elektrisch leitenden Rohren gefertigt, die gemäß F i g. 4 progressiv von oben bzw. von der Seite des Anlcgungspunktes der Spannung nach unten bzw. der geerdeten Seite hin abnehmen. Man erkennt ferner, daß die Außendurchmesser der Abschirmringe 24 ebenfalls progressiv nach unten hin abnehmen, während der Innendurchmesser dieser Abschirmringe im wesentlichen unverändert bleibt. Die Scheiben 26 sind dabei mit ihrer äußeren Peripherie an der oberen Seite der Abschirmringe 24 befestigt während sie mit ihrem mittleren Bereich zwischen entsprechenden Elektroden für den Entladungsabstand und dem danebenliegenden Element 12 angeordnet sind.

Die Abschirmringe 24 gemäß Fig. 4 bewirken, dafJ die Streukapazitäten zwischen denselben und dem geerdeten Gehäuse 10 progressiv in Richtung der geerdetem Seite abnehmen, so daß sich eine gleichmäßigere Verteilung innerhalb der Entladungsspalte der Entladungseinheiten 14 beim Auftreten einer Entladung ergibt. Demzufolge ist die in Fig.4 dargestellte Ausführungsform besonders vorteilhaft, da die elektrischen Eigenschaften genau gesteuert werden können ohne daß dadurch die Anzahl der Spannungsteilerelemente erhöht werden muß.

Falls es gewünscht werden sollte, kann auch nur einer der Durchmesser des Rohres und der Außendurchmesser des Ringes in der oben beschriebenen Art und Weise verändert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Blitzschutzeinrichtung, bestehend aus einem geerdeten Gehäuse mit einer Serie von Entladungseinheiten und zu diesen parallel angeordneten Spannungsteilerelementen und mit die Entladungseinheiten umgebenden metallischen Ringen, die jeder Entladungseinheit zugeordnet und mit einem entsprechenden Spannungsteilerelement elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Ringe als Abschirmringe (24A, 24B) innerhalb des mit elektrisch isolierendem Gas gefüllten Gehäuses (10) ausgebildet sind und sich im Rohrdurchmesser (a) und im Außendurchmesser (dt, t/2) von einem jeweils benachbarten Abschirmring (24Λ, 24B) unterscheiden.

Z Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmringe (24A, 24B) in einer zusätzlichen elektrischen Isolierung (28) eingebettet sind.

3. Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrdurchmesser (a) und/oder die Außendurchmesser (d\, d2) der Abschirmringe (24/1, 24B) von der Spannungseingangsseite gegen den Boden des geerdeten Gehäuses abnehmen.