DE2500431A1 - Stossueberspannungsableiter mit verbesserter spannungsabstufungsschaltung - Google Patents

Description

ijtoßüuerapannung3 ab leiter mit verbesserter Spannungeabstufungaschaltung

Die Erfindung bezieht 3ich allgemein auf elektrische Stoßüberspannungsableiter und insbesondere, aber nicht ausschließlich auf solche Ableiter, die bei relativ hohen Spannungen verwendbar sind und mit einer Vielzahl von Punkenatrecken versehen sind, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. · , .

tin Stoßüberspannungsableiter für relativ hohe Wechaelspannungen von 3 kV oder mehr enthält üblicherweise eine Anzahl einzelner und ähnlicher Ableitermoduln, die auf der Innenseite eines langgestreckten, hohlen Porzellangehäuseaylinders elektrisch in Reihe

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gestapelt 3ind, der an beiden Enden durch obere bzw, untere Metallendkappen verschlossen ist. Die obere Kappe steht in Kontakt mit. der Oberseite des obersten Moduls und ist mit der Netzleitung verbunden. Die untere Kappe 13t mit dem Boden de3 unteren Moduls in Kontakt und mit Erde verbunden.

Jeder Ableitermodul enthält eine oder mehrere Funkenstrecken, die mit einem oder mehreren einen nicht linearen Widerstand aufweisenden Strombegrenzungselementen oder VentiIblocken in Reihe geschaltet sind. Der Funkenstrecke von jedem Modul ist üblicherweise ein Abstufungswiderstand parallel geschaltet, um unter den Moduln eine gleichförmige Spannungsverteilung aufrechtzuerhalten. Zusätzliche Komponenten können in oder unter den Moduln vorgesehen sein, um den Betrieb des Ableitera noch weiter zu verbessern*

Die einzelnen Moduln sind so ausgelegt, daß normalerweise eine "Betriebespannung" anliegt. Jeder Modul besitzt ferner eine charakteristische tlberschlagsspannung", die etwas über der Betriebsspannung liegt und bei der die Funkenstrecke überschlägt, um einen aktiven Betrieb des Ableiters einzuleiten. Typischerweise liegt die Überschlagsspannung in der Größenordnung des 1,7-fachen der Betriebsspannung. Die Betriebs- und überschlagaapannung eines gesamten Ableiters ist einfach die Summe der entsprechenden Spannungen der Moduln, die in dem Ableiter in Reihe geschaltet sind. Somit ist der Ableiter so ausgelegt, daß er eine Betriebsspannung hat, die gleich der normalen Leitungsspannung gegen Erde derjenigen Leitung iet, die mit dem Ableiter verbunden werden soll.

Ein ernsthaftes Problem bei Hochspannungsableitern der oben beschriebenen Art kann auftreten, wenn die äußere Oberfläche des Porzellangehäuses verschmutzt wird mit einem elektrisch leitfähi-· gen Film, wie beispielsweise einer Salzschicht oder feuchtem Zementetaub. Verschiedene Auswirkungen einer derartigen Verunreinigung sind beschrieben beispielsweise in den folgenden US-Patentschriften i

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2 179 297

3 467 936
3 510 726
3 683 23^
2 688 715

Eine Verunreinigung des Porzellans kann bewirken, daß der Ableiter versagt, indem er bei der Betriebsspannung überschlägt anstatt bei der entsprechenden höheren überschlagaspannung. Ein derartiger fehlerhafter Betrieb führt häufig zu einer Zerstörung des Ableiters.

Wenn die Oberfläche des Ableitergehäuses mit einer leitenden Verunreinigung bedeckt ist, wie beispielsweise Salz, Zementstaub, Flugasche usw., und die Verunreinigung feucht ist, so daß sie Strom leiten kann und Entladungen auf Teilen der Oberfläche auslöst, nehmen die Ströme über die Kapazitäten, die durch die Verbindung der Innenteile des Ableiters mit dem Qehäuse gebildet sind, wesentlich zu. Der Grund für diese Zunahme besteht darin, daß die Spannungsverteilung auf der Porzellanoberfläche gelegentlich äußerst ungleichförmig wird durch schnelle Veränderung der ungleichförmigen Oberflächenleitfähigkeit des Schmutzfilmes aufgrund einer ungleichmäßigen Benetzung und der Auswirkungen eines Überschlages auf den feuchten Stellen. Da der Strom in einem Kondensator der Spannungeänderung proportional ist, führt eine derartige rasche Änderung der Spannungsverteilungen sporadisch zu wesentlich erhöhten kapazitiven Verluetströmen, die durch die Spannungsabstufungswiderstände fließen und insbesondere diejenigen, die der Leitungsspannung am nächsten sind. Unter starken Verschmutzungszuständen können Spitzenverlust3tröme von einigen 10 mA oder mehr in den Ableiter gekoppelt werden. Solche relativ großen sporadischen kapazitiven Verlustströme durch die Abstufungswiderstände können zu einem Spannungsabfall über den Abstufungswiderständen führen, der groß genug ist, um einen falschen bzw. unechten Spannungeüberschlag über den parallel geschalteten Funkenstreckenelektroden bei der Betriebsepan- ^v nung mit einem darauÄ folgenden fehlerhaften Betrieb des Ableiters zu bewirken.

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-n-

Eine Lösung zur Verhinderung dieses fehlerhaften Betriebes des Ableiters besteht darin, für jeden Modul einen Abstufungswiderstand mit kleinem Exponenten und einen Abstufungswiderstand mit großem Exponenten vorzusehen, die elektrisch miteinander und mit dem Funkenstreckenabschnitt des Moduls parallel geschaltet sind. Der Ausdruck "Exponent", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf den Wert des Exponenten η der Spannung in der Strom-Spannungsbeziehung für einen durch die Gleichung I= küⁿ beschriebenen Widerstand, worin I den Strom durch den Widerstand, k eine Konstante und U die Spannung über dem Widerstand darstellen. Wenn ein Ableiter, der mit derartigen einen kleinen und großen Exponenten aufweisenden Parallelwiderständen versehen ist, in einem stationären Zustand bei Betriebsspannung arbeitet, gestatten die einen kleinen Exponenten aufweisenden Abstufungswiderstände einen Abstufungsstrom in der Größenordnung von Milliampere, so daß irgendeine Kapazitätswirkung bei Fehlen einer Verunreinigung auf der äußeren Oberfläche des Gehäuses bei Netzspannungs-Frequenzen nicht signifikant ist. Infolgedessen ist die Spannung über dem Funkenstreckenabschnitten relativ gleichförmig abgestuft. Der Strom durch die einen großen Exponenten aufweisenden Abstufungswiderstände ist sehr klein und liegt in der Größenordnung von nur Mikroampere. Dies ist nicht genug Strom, um eine signifikante Gefahr für eine Instabilität von relativ stabilen Zusammensetzungen derartiger Widerstände mit hohen Exponenten darzustellen. Wenn eine Verunreinigung des Ableiters einen wesentlich erhöhten kapazitiven Streustrom bewirkt, der sporadisch durch die Abstufungswiderstände gedrückt wird, so wird der größte Teil dieses Stromes durch die einen hohen Exponenten aufweisenden Widerstände hindurch geleitet. Aufgrund des hohen Exponenten der Widerstände kann dieser Strom ohne Überschlag über dem Funkenstreckenabschnitt geleitet werden, da der ohm'sche Spannungsabfall gut unterhalb der Überschlagsspannung gehalten werden kann.

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Es existiert ein Hochstromproblem bei der vorstehend beschriebenen parallelen Anordnung von Abstufungswiderständen mit großem und kleinem Exponenten, wenn die gewünschte Überschlagsspannung relativ hoch gemacht wird im Vergleich zur Betriebsspannung. Wenn der einen großen Exponenten aufweisende Abstufungswiderstand so gewählt ist, daß ein Strom in der Größenordnung von einem Milliampere bei der Nennspannung fließt, wie es gemäß der vorstehenden Beschreibung der Fall sein soll, dann ist der Strom unangemessen hoch wenn sich der Überschlag nähert. Oa darüber hinaus in den meisten Ableitern mit zahlreichen Funkenstrecken wenigstens einige der Funkenstrecken Kaskaden-Funkenstrecken sind, die so eingestellt sind, daß sie eine wesentlich höhere Überschlagsspannung als andere Funkenetrecken haben, die zur Triggerung des gesamten Ableiterüberschlages eingestellt sind, ist dieses Hochstroraproblem sogar noch ernster für die einen hohen Exponenten aufweisenden Abstufungswiderstände, die diesen sogenannten Kaskaden-Funkenstrecken parallel geschaltet sind. Die großen Ströme, die durch die einen großen Exponenten aufweisenden Abstufungswiderstände unmittelbar vor und während des aus einem Überspannungsstoß resulierenden Überschlages des Ableiters hindurchfließen, können so groß sein, daß eine augenblickliche Hitzebeschädigung des Widerstandsmaterials mit großem Exponenten bewirkt wird. Eine derartige Hitzebeschädigung kann zu einem Versagen des einen großen Widerstand aufweisenden Widerstandes führen.

Deshalb enthält der Ableiter gemäß der Erfindung eine Funkenstrecke, der sowohl ein Abstufungswiderstand mit relativ kleinem, Exponenten als auch ein Abstufungswiderstand mit relativ' großem Exponenten parallel geschaltet 1st, die zueinander ebenfalls ge« schaltet sind. Ein im wesentlichen linearer Abstufungswiderstand ist mit dem einen großen Exponenten aufweisenden Widerstand in Reihe und dem Widerstand mit kleinen Exponenten parallel geschaltet. Der lineare Widerstand verhindert einen übermäßig großen Strom in dem Widerstand mit hohem Exponenten nahe der

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Überschlagsspannung, während er die Punktion des einen hohen Exponenten aufweisenden Widerstandes bei kleineren Spannungen im wesentlichen unbeeinflußt läßt.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 ist eine Seitenschnittaneicht von einem Teil eines bekannten Ableiters und enthält eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung.

Figur 2 1st eine Seitenschnittansicht von einem Teil eines Stoß-Uberspannungsableiters gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 3 1st eine Seitenansicht von einem Ableitermodul des Able! te rs gemäß Fl gedrehten Sicht.

leiters gemäß Figur 2 aus einer gegenüber dieser um 90°

Figur 4 1st eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht von einem Teil des Moduls gemäß Figur 3·

Figur 5 1st eine teilweise schematische Seitenschnittansicht von einem Teil des Ableiters gemäß Figur 2,

Figur 6 ist ein Kurvenbild und stellt die Strom-SpannungsCharakteristiken von Abstufungswiderständen des Ableiters gemäß Figur 2 dar.

Um den in Rede stehenden Fehlerbetrieb der bekannten Ableiter zu verstehen, 1st es nützlich, den Wechselstromverlust aufgrund der kapazitiven Kopplung des Ableiters zu betrachten. Um die Erläuterung dieses kapazitiven Verlustes au erleichtern, ist in Figur 1 eine «chematieche Darstellung von einem Teil eines be-

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kannten Ableiters 10 gegeben. Der Ableiter 10 enthält drei von einer Anzahl von Ableitermoduln 12 auf der Innenseite eines Gehäusezylinders I¹I, der mit einer oberen Endkappe 16 versehen ist. Jeder Modul 12 ist durch, ein gestricheltes Kästchen 13 umrissen und enthält einen Funkenstreckenabschnitt 18, zwei Ventilblöcke 20.auf jeder Seite des Funkenstreckenabschnittes 18 und einen Abstufungswiderstand 22, der über die entfernten Seiten der Ventilblöcke 20 geschaltet ist.

Die kapazitive Kopplung, die zu Jedem der Moduln 12 gehört, beruht vorwiegend auf vier kapazitiven Komponenten, die in Figur durch ein Ersatzschaltbild in gestrichelten Linien und gestrichelten Kondensatoren dargestellt sind. Die gestrichelten Leitungen und Kondensatoren werden hier verwendet, um eine Verwechslung der koppelnden Kapazitäten mit tatsächlichen Kondensatoren zu vermeiden, die gelegentlich in einem Abieiter enthalten sind.

Die ersten koppelnden Komponenten C.., C.p, 0.,... der ersten, zweiten und dritten Moduln, wobei mit dem obersten begonnen wird, sind die Kapazität des Moduls 12 selbst einschließlich beispielsweise der Kapazität zwischen den Elektroden des Funkenstreckenabschnittes 18.

Die zweiten koppelnden Komponenten C₂₁, C₂₂* Cp. ... von jedem entsprechenden Modul 12 sind die Kapazitäten aufgrund der Kopp» lung der Innenteile des Ableiters 10 mit dem Gehäuse 1Ί.

Die dritten koppelnden Komponenten C,., C,₂, C,..... von jedem entsprechenden Modul 12 sind die Kapazitäten des Porzellangehäusezylinders 14 selbst.

Die vierten koppelnden Komponenten Cj₄₁, Cj₁₂, C₁J-... von jedem entsprechenden Modul 12 sind die Kapazitäten aufgrund der Kopplung des Porzellangehäusezylinders Ik mit Erde.

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Während des normalen Betriebes des Ableiters IO ist die Spannung über der Kapazität C₁₁ und deshalb über dem Funkenstreckenabschnitt 18 des ersten Moduls 12 größer als die Spannung über dem Kondensator C₁₂, da C₁₁ und der Abstufungswiderstand 22 des ersten Moduls 12 auch alle kapazitiven Verlust- und die normalen Abstufungsströme für alle anderen Moduln 12 entlang der Leitung führen muß. Die Abstufungswiderstände 22 sind üblicherweise so gewählt, daß während des normalen Betriebes der Abstufungswiderstände durch diese hindurch viel größer ist als der kapazitive Verluststrom. Somit wird die Spannung über Jeder Funkenstrecke durch die Widerstände 22 möglichst nahe dem gleichen Wert der anderen Funkenstrecken gehalten. Bei normalen Leitungsapannungen liegt der gesamte kapazitive Verluststrom üblicherweise in der Größenordnung von beispielsweise 0,01 mA, während der Abstuf ungs strom durch die Abstufungswiderstände 22 üblicherweise in der Größenordnung von ImA liegt.

In Figur 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Ableiters gemäß der Erfindung gezeigt. Der Ableiter 24 weist ein Porzellangehäuse 26 auf, das an beiden Enden durch nicht gezeigte Metallkappen abgedichtet ist. Auf der Innenseite des Gehäuses 26 ist zwischen den Endkappen ein Stapel aus einzelnen Ableitermoduln eingeklemmt, die paarig Seite an Seite angeordnet sind. In Figur ist nur ein Paar davon vollständig gezeigt. Eine andere Ansicht der Moduln 28 in einer gegenüber Figur 2 um 90° gedrehten Lage ist in Figur 3 gezeigt. Eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Moduls 28 ist in Figur 3 gezeigt. Alle Moduln 28 des Ableiters 24 sind ähnlich und haben eine Nennspannung von 6 kV, was bedeutet, daß sie so ausgelegt sind, daß sie einer einzelnen Betriebsspannung von etwa 4,8 kV ausgesetzt werden sollen. Es sind gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Teile der Moduln 28 in den Figuren 2, 3 und 4 zu bezeichnen.

Gemäß den Figuren 2, 3 und 4 enthält jeder Modul 28 einen Funkenstreckenabschnitt oder eine Einheit 30, die auf Jeder ihrer

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Stirnflächen mit einem Ventilblock 32 in Kontakt steht. Elektrisch parallel zu der Reihenschaltung aus dem Funkenstreckenabs ehnitt 30 und den Ventilblöcken 32 liegt ein Abstufungswiderstand 3¹J mit einem hohen Exponenten und. ein Abstufungswiderstand 36 mit einem kleinen Exponenten. Die Moduln 28 sind in Paaren in einer Reihe geschichtet bzw. gestapelt, wobei die Paare auf isolierenden Abstandshaltern 38 zwischen metallischen Stützplatten 40 eingeklemmt sind, die in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind für eine Reihenschaltung als Paar durch ein diagonales Metallband 42, das zwischen zwei dünnen metallischen Kontaktplatten 44 verläuft, die Jeweils zwischen dem Abstandshalter 38 und dem Ventilblock 32 angeordnet sind. Die Funkenstreckenelektroden der Einheit 30 sind auf der Innenseite keramischer Trägerscheiben der Einheit 30 angeordnet und nicht im einzelnen gezeigt, da eine detaillierte Beschreibung ihrer bestimmten Konfiguration für ein Verständnis der Erfindung nicht für erforderlich gehalten wird. Die primären stromführenden Funkenstrecken der Einheit 30 sind mit den zwei Stirnflächen der Funkenstreckeneinheit 30 in Reihe geschaltet.

Der einen kleinen Exponenten aufweisende Abstufungswiderstand ist ein runder Stab aus einer Siliziumkarbid-Varistorzusammensetzung, die für einen elektrischen Kontakt mit metallischen Endkappen versehen ist. Er ist etwa 5 cm lang, besitzt einen Durchmesser von etwa 1 cm und hat einen Exponenten der Strom-Spannungscharakteristik von etwa 4,5.

Der Abstufungswiderstand 34 mit hohem Exponenten ist ein runder Stab aus Zinkoxid-Varistorzusammensetzung, der mit einer* Metallisierung auf einem kurzen Abschnitt der Enden für einen elektrischen Kontakt mit Aufnahmeklemmeη 46/von denen eine auf einer Trägerplatte 40 und die andere auf einem kurzen Isolierarm 48 montiert ist, der an der Kontaktplatte 44:atagebracht ist. Er ist etwa 10 cm lang, hat einen Durchmesser von etwa 1,6 cm und einen Exponenten der Strom-Spannungscharakteristik von etwa 45* Zwischen der Klemme 46 auf dem Arm 48 und der Kontaktplatte 44 1st ein

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linearer Widerstand 50 angeordnet, der einen Widerstandswert von etwa 1 kJtund eine Nennleistung von etwa 2 Watt aufweist.

In Figur 5 ist eine teilweise schematische Darstellung der elektrischen Elemente des Ableiters 24 und der kapazitiv koppelnden Wechselspannungs-Streukomponenten gezeigt,\ die mit der Verunreinigung des Ableitergehäuses 26 verbunden sind. Die kapazitiven Kopplungskomponenten sind durch die gleichen Symbole dargestellt, die in Verbindung mit Figur 1 verwendet sind, da die koppelnden Komponenten gemäß Figur 5 denjenigen der vorstehenden Beschreibung analog sind. Der erste Ableitermodul 28 an der Oberseite und die folgenden sind durch gestrichelte Linien 51 umrissen. Der erste Modul 28 enthält einen Ventilblock 32, der elektrisch mit jeder Seite des Funkenstreckenabschnittes 30 verbunden ist. Den entfernten Seiten der Ventilblöcke 32 ist der Abstufungswiderstand 36 mit kleinem Exponenten parallel geschaltet. Weiterhin sind parallel zu den entfernten Selten der VentiIblücke 32 und in Reihe miteinander der einen hohen Exponenten aufweisende Abstufungswiderstand 34 und der lineare Widerstand 50 geschaltet.

Eine grafische Darstellung der Strom-Spannungscharakteristiken . der Abstufungswiderstände 34, 36 mit kleinem bzw. großem Exponenten des Ableiters 10 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist grob in Figur 6 dargestellt. Die Abszisse des Kurvenbildes entspricht dem Strom in Ampere durch den Widerstand in einem logarithmischen Maßstab, während die Ordinate der Nennspannung des Ableitermoduls 28 entspricht. Die eingangs bereits erwähnte Betriebsspannung beträgt im allgemeinen etwa 80 % der Nennspannung. Die gestrichelte Kurve 52 zeigt das Verhalten des einen kleinen Exponenten aufweisenden Widerstandes Wenn der Strom ansteigt, nimmt auch die Spannung über dem Widerstand 36 relativ schnell zu. Die ausgezogene Kurve 54 zeigt das Verhalten des Widerstandes 34 mit großem Exponenten. Die Spannung

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-listeigt mit zunehmendem Strom relativ langsam an. Die gestrichelte Kurve 56 stellt die Art und Weise dar, in der der Strom durch den einen großen Exponenten aufweisenden Widerstand 3¹* modifiziert werden kann durch den Zusatz des linearen Widerstandes Es ist aus den zwei Kurven 52, 5¹» ersichtlich, daß bei parallel geschalteten nicht-linearen Widerständen 3¹», 36, so daß sie die gleiche Spannung sehen, nahezu der gesamte Strom vom den kleinen Exponenten aufweisenden Widerstand 36 bei der Betriebsspannung von 80 Z/geiShri^würSjUnd die Wirkung des linearen Widerstandes 50 ist bei dieser Spannung unbedeutend. Wenn der Strom zunimmt, so daß die Spannung auf 100 % der Nennspannung ansteigt, wird der Strom gleichmäßig auf die Widerstände 3¹», 36 verteilt. Der Hauptteil der größeren Ströme als diejenigen bei 100 % Nennspannung werden von dem Widerstand 3^ mit dem hohen Exponenten geführt. Somit kann die resultierende Kurve für die parallelen Widerstände 3¹I, 36 für praktische Zwecke als die Kombination von dem Teil der dem kleinen Exponenten entsprechenden Kurve 52 unterhalb der dem großen Exponenten entsprechenden Kurve 5^ busaramen mit demjenigen Teil der Kurve 54 angesehen werden, der sich rechts von der Kurve 52 für den kleinen Exponenten befindet. Somit wird der einen hohen Exponenten aufweisende Widerstand 3^ ein signifikanter Stromführer nur bei oder über der Nennspannung. Da die Überschlagsspannung des Funkenetreckenabschnittes 28 im allgemeinen wenigstens 125 % der Nennspannung beträgt, ist ein Überschlag des Funkenstreckenabschnittes 28 durch falsche Streu- bzw. Verlust ströme" in den Abstufungswiderständen 3¹*, 36 durch den Widerstand J>k mit hohem Exponenten verhindert. Es ist aus der gestrichelten Kurve 56 ersichtlich, daß unmittelbar unterhalb der Überschlagsspannung, die in diesem Fall mit etwa 135 Si der Nennspannung angenommen wird, die Spannung über dem linearen Widerstand schnell an Bedeutung gewinnt, um den Strom in dem einen hohen Exponenten aufweisenden Widerstand 3¹* zu begrenzen, der damit in Reihe geschaltet ist.

Zwar betrug der Exponent des Abstufungswiderstandmaterials mit relativ hohem Exponenten in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel

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das Zehnfache des Exponenten des einen relativ kleinen Exponenten aufweisenden Materials, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das einen hohen Exponenten aufweisende Material nur einen Exponenten zu haben braucht, der wesentlich größer als der Exponent des Materials Mt kleinem Exponenten ist, um die Vorteile der Erfindung zu erreichen. Mit einem "wesentlich größeren Exponenten" ist gemeint, daß der Exponent in einem stärkeren Maße größer ist als der Exponent normalerweise variiert für ein gegebenes Material im Produktionsprozeß. Weiterhin ist das einen kleinen Exponenten aufweisende Material nicht auf Siliziumkarbid beschränkt, sondern es kann irgendeines von verschiedenen nicht linearen Widerstandematerialien sein, die gegenwärtig verwendet werden oder voraussichtlich in einem Ableiter für diesen Zweck verwendet werden könnten. Aus diesem Grunde könnte das einen relativ kleinen Exponenten aufweisende Material tatsächlich linear sein und somit den Exponenten 1 aufweisen. Aus praktischen Gründen sind Jedoch Siliziumkarbid und Zinkoxid für die einen kleinen bzw. großen Exponenten aufweisenden Materialien die wahrscheinlichsten Materlallen, die in der absehbaren Zukunft verwendet werden.

Die vorstehende Beschreibung eines Abstufungswiderstandes, der einem Funkenstreckenabschnitt parallel geschaltet sein soll, umfaßt Anordnungen, in denen Ventilblöcke oder verschiedene andere Elemente einschließlich anderer Funkenstrecken zusätzlich mit dem Funkenstreckenabschnitt in Reihe und mit dem Widerstand parallel geschaltet sind.

Der Widerstandswert und das kontinuierliche Leistungsabfuhrvermögen des linearen Widerstandes sollten so gewählt sein, daß sie für die gewünschte Strombegrenzungswirkung für die jeweilige Überschlagsspannung der in Rede stehenden Funkenstrecke sorgen. Ansonsten sind sie nicht besonders kritisch. Für Überschlagsspannungen in der Größenordnung von Kilovolt wird ein Widerstand in der Größenordnung von 0,5 bis 5 Kiloohm für verschiedene Zusammensetzungen der einen großen Exponenten auf-

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weisenden Widerstände für ausreichend gehalten. Es ist im allgemeinen adäquat, als linearen Widerstand einen solchen aus einer Kohlenstoff-Zusammensetzung mit genügender Masse zu verwenden, um die während eines Überspannungszustandes in ihm entwickelte Energie ohne überhitzung abzuführen.

Der mit dem einen großen Exponenten aufweisenden Widerstand in Reihe geschaltete lineare Widerstand muß nicht absolut linear sein, so lange er im wesentlichen linear ist im Verhältnis zu dem Widerstand mit dem großen Exponenten. Aus praktischen Gründen sollte der lineare Widerstand einen Strom-Spannungsexponenten von weniger als 2 haben. Somit bedeutet der Begriff "im wesentlichen linear", wie er hier zur Beschreibung eine» Wideretandes verwendet wird, daß der Exponent des Widerstandes einen zahlenmäßigen Wert von weniger als 2 hat. _v

Der Funkenstreckenäbschnitt, über den die Abstufungswiderstände geschaltet werden, kann eine einzelne Funkenstreckenanordnung aus zwei Funkenstreckenelektroden oder eine Vielzahl von Funkenstreckenanordnungen umfassen, und die Funkenstreckenanordnungen können alle vom gleichen Typ sein, wie beispielsweise eine einfache Funkenstrecke, oder einen komplexeren Aufbau besitzen, wie beispielsweise ein Strombegrenzungstyp. Sie können gleichfalls eine Mischung von verschiedenen Arten von Funkenstreckenanordnungen sein, die zusammen in Reihe, parallel oder eine Kombination davon geschaltet sind. Die wichtige Überlegung besteht darin, daß der Funkenstreckenabschnitt im wesentlichen ein spannungsempfindlicher Schalter ist, der sehr plötzlich bei einer vorbestimmten Spannung schließt, die höher als diejenige Spannung ist, der er während des normalen Betriebes bei der Betriebsspannung des Ableiters ausgesetzt 1st.

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Claims (1)

1. - lit Ansprüche

   [ 1.Jüberspannungsableiter rait einem Gehäuse, das wenigstens zwei —leitende Anschlußteile aufweist, die durch ein hohles Isolierelement im Abstand angeordnet sind, einem Funkenstreckenabschnitt, der in dem Gehäuse angeordnet is.t und wenigstens eine Funkenstreckenanordnung umfaßt, von der eine Funkenstrecke mit den Anschlußteilen elektrisch In Reihe geschaltet ist, einem ersten Abstufungswiderstand aus einem ersten nichtlinearen Widerstandsmaterial, der dem Funkenstreckenabschnitt parallel geschaltet ist, wobei der Grad der Nichtlinearität des ersten Materials durch einen ersten numerischen Exponenten für die Spannung in einer Gleichung angegeben ist, die die allgemein» strom-Spannungscharakteristiken des ersten Materials beschreibt, und mit einem zweiten Abstufungswiderstand aus einem zweiten nicht-linearen Widerstandsmaterial, der dem Funkenstreckenabschnitt und dem ersten Abstufungswiderstand parallel geschaltet ist, wobei der Grad der Nichtlinearität des zweiten Materials durch einen zweiten numerischen Exponenten für die Spannung in einer Gleichung angegeben ist, die die allgemeinen Strom-SpannungsCharakteristiken des zweiten Materials beschreibt, wobei der erste Exponent wesentlich größer als der zweite Exponent ist, dadurch gekennzei chnet, daß ein im wesentlichen linearer Widerstand (50) mit dem ersten Abstufungswiderstand (3¹O elektrisch in Reihe geschaltet ist.

   2. Ableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Exponent wenigstens doppelt so groß ist wie der zweite Exponent.

   3, Ableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Exponent etwa zehnmal so groß ist wie der zweite Exponent und der lineare Widerstand (50) einen Widerstandswert in der Größenordnung von wenigstens mehreren hundert Ohm und einen Strom-Spannungs-

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   - 15 -Exponenten von weniger als zwei aufweist.

   k. Ableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Material im wesentlichen ein Metalloxid ist.

   5. Ableiter nach Anspruch M, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Material im wesentlichen Zinkoxid ist und der lineare Widerstand (50) einen Widerstandewert von etwa 1000 Ohm aufweist.

   6. Ableiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material im wesentlichen Siliziumkarbid 1st.

   7. Ableiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Ventilblockelement (32) mit nicht-linearem Widerstand vorgesehen 1st, das elektrisch zwischen der Funkenstrecke (30) und einem der Anschlußteile in Reihe geschaltet ist.

   8. Ableiter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß der Funkenstreckenabschnitt (30) eine Vielzahl von Funkenstreckenanordnungen umfaßt, die elektrisch zwischen den Anschlußteilen in Reihe geschaltet sind.

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