DE2128128A1

DE2128128A1 - Überspannungsableiter mit einer Steuerfunkenstrecke

Info

Publication number: DE2128128A1
Application number: DE19712128128
Authority: DE
Inventors: Joseph C; Kennon Richard E.; Bloomington Ind. Osterhout (V.St.A.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-06-02
Publication date: 1972-01-05
Also published as: ES391973A1; CA923552A; BE769252A; CH525569A; US3611044A; AT303874B; JPS471924A; FR2100024A5; JPS5344018B1

Description

Westinghouse 2.6.71

Electric Corporation

Pittsburgh . .. . 217817ft

' " - Mein Zeichen:

■ VPA 71/8582

■ ■ -Et/Sho

Überspannungsableiter mit einer Steuerfunkenstrecke

diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Anmeldung Serial No." 51·" 096'vom 30.6.197.0 beansprucht.

Es sind Überspannungsableiter bekannt, die außer den zur Unter- . g brechung des Folgestromes vorgesehenen Löschfunkenstrecken eine Steuerfunkenstrecke besitzen, die bei einem verhältnismäßig genau vorbestimmten Spannungswert anspricht und dadurch die Funkenstrecken des gesamten Ableiters zum Durchzünden" bringt.

Ferner" ist es bekannt (DT-OS 1 947 046), der Steuerfunkenstrecke eine Impedanz zuzuordnen, um den eigentlichen Ableitstrom von der Steuerfunkenstrecke fernzuhalten. Hierzu ist ein Wirkwiderstand in Reihe mit der Steuerfunkenstrecke geschaltet, und diese Reihenschaltung ist parallel z;u einer der Löschfunkenstrecken gelegt. Ein weiterer Wirkwiderstand ist zwischen die Steuerfunkenstrecke und einen der Kondensatoren des paral- ™ IeI zu den Löschfunkenstrecken liegenden kapazitiven Spannungsteilers geschaltet, um den Entladestrom über den Steuerkondensator zu begrenzen.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich dieser Stromkreis wegen gegensätzlicher Anforderungen nur mit Schwierigkeit optimieren läßt, weil einerseits die Widerstände groß genug sein sollen, um eine wirksame Strombegrenzung zu erzielen; andererseits soll der Stromkreis, der die Steuerfunkenstrecke enthält, 'möglichst als direkter Kurzschluß wirken, wenn die Steuerfunkenstrecke zündet, um den übrigen Funkenstrecken eine möglichst hohe Spannung aufzudrücken,

109882/1163 "²"

BAD ORIGINAL

' VPA 71/8382

Die Erfindung geht von einem elektrischen Überspannungsableiter aus, der eine Reihenschaltung von Löschfunkenstrecken und einen hierzu parallel liegenden kapazitiven Spannungsteiler sowie einen parallel zu wenigstens einer der Löschfunkenstrekken geschalteten Schaltungsteil besitzt, der eine Steuerfunkenstrecke und eine Impedanz enthält. Gemäß der Erfindung umfaßt die Impedanz induktive und kapazitive Blindwiderstände« Diese Blindwiderstände veranlassen bei geeigneter Bemessung die Entstehung einer Wechs el spannung an dem die Steuerfunkenstrecke enthaltenden Stromkreis mit dem Ergebnis, daß die Spannung an der benachbarten Löschfunkenstrecke vergrößert wird, wobei der dreifache Wert der dort ansonsten anliegenden Spannung erreicht werden kann. Damit ist ein zuverlässiges Ansprechen des Fberspannungsableiters, d.h. ein Durchzünden sämtlicher Löschfunkenstrecken, sichergestellt.

Die Erfindung-kann beispielsweise mit einem Induktivitätselement verwirklicht werden, das zugleich einen Wirkwiderstand und eine Kapazität aufweist, wobei'der Wirkwiderstand im wesentlichen der einzige Wirkwiderstand des die Steuerfunkenstrecke enthaltenden Schaltungsteiles ist«,

Wesentlich für die Erfindung ist die Entstehung einer Resonanz ' mit einer stehenden Strom- und Spannungswelle. Dabei ist jeder ™ nennenswerte Wirkwiderstand vermieden, der die an die benachbarte Löschfunkenstrecke, angelegte Spannung verkleinern würde· Mit Vorteil kann jedoch ein Wirkwiderstand parallel zu dem Kondensator des die Steuerfunkenstrecke enthaltenden Sehaltungsteiles geschaltet sein, um den gesamten Ableiter nach dem Ansprechen.für ein erneutes Ansprechen vorzubereiten«,

Die von den induktiven und kapazitiven Blindv/iderständen hervorgerufene Sp axtnungs schwingung führt zu einem deutlichen Spannungsanstieg an der benachbarten Löschfunkenstrecke. Werden ein Kondensator und eine ,Induktivität in Reihe geschaltet, so wird verhindert, daß ein größerer Strom über die Steuerfunkenstrecke fließen kann.

10988 2/ 1,16 3 -3-

BAD ORIGINAL

VPA 71/8382

Im folgenden, wirά die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Hierzu ist in der Zeichnung ein "überspannungsableiter dargestellt, der vier Reihenschaltungen. 10, 20, 30 und 4-0 umfaßt, die parallel zueinander zwischen eine zu schützende Hochspannungsleitung L und Erde geschaltet sind.

Die Reihenschaltung 10 umfaßt Löschfunkenstrecken 11, 12, 13, 14 und 15, die jeweils aus einer Anzahl kleinerer Funkenstrekken bestehen können. Zwischen die Löschfunkenstrecken sind nichtlineare strombegrenzende Widerstände 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 und 58 geschaltet.

Die Reihenschaltungen 20 und 30 bestehen aus spannungssteuernden Kondensatoren 21, 22, 23 bzw. 31, 32 und 33, die abwechselnde aufeinanderfolgende Verbindungen mit der Reihenschaltung 10 der Löschfunkenstrecken aufweisen. Die Kondensatoren 22 und 23 der Reihenschaltung 20 sind jeweils parallel zu einem Paar der Löschfunkenstrecken geschaltet, jedoch ist der unterste Kondensator 21 nur parallel zu einer einzigen Löschfunkenstrekke 11 geschaltet, während in der Reihenschaltung 30 die Kondensatoren 31 und 32 jeweils zu einem Paar von Loschfoikenstrecken parallel geschaltet sind, bevor sie abwechselnd und überlappend an die Kondensatoren angeschlossen sind, die mit der Reihenschaltung 20 verbunden, sind. Der oberste Kondensator 33 ist parallel zu einer einzelnen !Funkenstrecke 15 geschaltet. Vorzugsweise können die Kondensatoren 21 und 33 den doppelten Wert der anderen Kondensatoren aufweisen (z<,B. 4OO pi¹ und 200 pi¹).

Eine weitere Reihenschaltung 40 enthält eine Anzahl niclrtlinear er Spannungsteilerwiderstände 41, 42, 43, 44 und 45, wobei jeweils einer dieser Widerstände an eine der Löschfunkenstrekken angeschlossen ist«, Die Widerstandswerte der Widerstände 41 bis 45 sind in der vorliegenden Schaltung verhältnismäßig groß, ZoB. in der Größenordnung von Kegohm.

-4-109882/1163

VPA 71/8382

. Dem spannungssteuernden Kondensator 21 der Reihenschaltung 20 .ist ein Schaltungsteil 60 ρarallelgeschaltet, der eine Steuerfunkenstrecke 61 enthält, um eine genaue und zuverlässige Zündung des gesamten Überspannungsabieiters zu erreichen. Die Steuerfunkenstrecke 61 ist besonders sorgfältig hergestellt und abgeschlossen, damit sie einen festgelegten Ansprechpegel hat» Ein Beispiel einer solchen Steuerfunkenstrecke, die für die Zwecke der vorliegenden-Erfindung verwendet werden kann, ist in der zuvor erwähnten Offenlegungsschrift 1 947 046 beschrieben.

Der Schaltungsteil 60 enthält außer der Steuerfunkenstrecke 61 induktive und kapazitive Blindwiderstandselemente 62 und 63· Diese veranlassen einen ausreichend großen Spannungsaufbau, um eine zuverlässige Zündung der in Reihe geschalteten Löschfunkenstrecke 12 und die nachfolgende kaskadenartige Zündung der übrigen 3Jöschfunkenstrecken zu erreichen. Die Blindwiderstände . 62 und 63, die gemäß der Erfindung vorgesehen sind, sorgen für einen Resonanz- bzw. Schwingungseffekt der Spannung am Punkt A, wenn ,die Steuerfunkenstrecke 61 anspricht. Dabei schwingt die Spannung am Punkt A zwischen positiven und negativen Maximal- werten, wodurch aber nicht die absolute Spannung am Punkt B oder die gesamte Ableiterspannung beeinflußt wird. Innerhalb « der ersten Periode des vorübergehenden Schwingungsvorganges, ^ . wenn die Spannung am Punkt A ihren größten negativen Wert erreicht und die Spannung am Punkt B bei ihrem positiven Wert verharrt, ist der. Spannungsabfall zwischen den Punkten A und B und damit über die Löschfunkenstrecke 12 wesentlich größer als ohne die Blindwiderstände 62 und 65. Die vergrößerte Spannung stellt das Ansprechen der Löschfunkenstrecke 12 und damit das kaskadenartige Ansprechen der gesamten Anordnung sicher.

Die Zeit der Sρannungsumkehr am Punkt A kann durch die Größe der Blindwiderstände 62 und 63 auf die Zeit der größten Wahrscheinlichkeit des Zündens der Löschfunkenstrecke 12 abgestimmt werden. Beispielsweise kaiin eine Umkehr ze it von annähernd 0,4 Mikrosekunden mit einer Induktivität von 40 Mikro--. henry und mit einer Kapazität von 1000 pi¹ erreicht v/erden.

'109882/1163 ~⁵~

VPA 71/8382

Parallel zu dem Kondensator 63 ist ein Wirkwiderstand 64 vorgesehen, dessen Wert so gewählt ist, daß die Entladung des Kondensators 63 in einer zum Vergleich mit der Ansprechzeit der gesamten Anordnung langen Zeit erfolgt, andererseits kurz ist im Vergleich zu dem als wahrscheinlich anzunehmenden Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansprechvorgängen des Überspannungsableiters. Vorzugsweise kann der Wirkwiderstand etwa 10 Kiloohm "betragen, womit eine Entladungszeit von 100 Mikrosekunden für einen Kondensator 63 mit einer Kapazität von 1000 pF erzielt wird.

Der Kondensator 63 ist in Reihe mit der Induktivität 62 und der Steuerfunkenstrecke 61 geschaltet und hat infolgedessen ^ die zusätzliche Funktion, einen übermäßigen Stromfluß durch die Steuerfunkenstrecke 61 zu verhindern. Damit wird eine Beschädigung der Steuerfunkenstrecke durch einen hohen Polgestrom vermieden. Der Hauptteil des Polgestromes fließt deshalb über die Löschfunkenstrecke 11. Der Wirkwiderstand 64 ist seinerseits ausreichend groß bemessen, damit er nicht einen zu hohen Strom führen kann.

Es können, auch andere Schaltungen der Induktivität und der Kapazität vorgesehen sein; z.B. kann der Widerstand 64 parallel zu der Reihenschaltung der Blindwiderstände (Kapazität 63 und Induktivität 62) geschaltet sein. Es können auch die Kapazität j( und die Induktivität parallel geschaltet sein. Damit wäre ebenfalls ein zuverlässiges Ansprechen des Überspannungsableiters durch einen Schwingungsvorgang erreicht, jedoch nicht derselbe Schutz der- Steuerfunkenstreeke gegen einen Polgestrom wie bei der zuvor beschriebenen Reihenschaltung.

Der beschriebene Überspannungsableiter ist" .insofern lediglich beispielhaft, als er"fünf Löschfunkenstrecken, besitzt. Im allgemeinen wird man eine größere Anzahl vorsehen, insbesondere für Überspannungsableiter in Umspannstationen. Die räumliche Anordnung der Schaltungselemente ist beliebig. In üblicher Weise können die Elemente gruppenweise in Isoliergehäusen, angeordnet sein.

4 Ansprüche 109882/1163'

1 Figur _6-

BAD ORIGfNAIi ;

Claims

VPA 71/8382

Pat e nt ansprüche

M Λ Elektrischer Überspannungsableiter mit einer Reihens ehalt ung von Löschfunkenstrecken und parallel hierzu liegendem kapazitiven. Spannungsteiler sowie einem parallel zu wenigstens einer der Löschfunkenstrecken, geschalteten Schaltungsteil, der eine Steuerfunkenstrecke und eine Impedanz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz induktive und kapazitive Blindwiderstände (62, 63) umfaßt.
2. ,Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz ein Induktivitätselement umfaßt, welches zugleich einen Wirkwiderstand und eine Kapazität aufweist, wobei der Wirkwiderstand im wesentlichen, der einzige Wirkwiderst and des die Steuerfunkenstrecke enthaltenden Schaltungsteiles darstellt. ·
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz aus einer Induktivität (62) und einer mit dieser in Reihe geschalteten. Kapazität (63) besteht.

4o Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazität (63) ein Wirkwiderstand (64) parallelgeschaltet ist.

109882/1163 BAD ORJGINAt