DE2536318C2 - Überspannungsableiter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Schweizer Patentschrift 5 49 883 ist es bereits bekannt, bei Überspannungsableitern eine Serienschaltung von mehreren strombegrenzenden Löschfunkenstrecken und Blasspulen vorzusehen. Den Blasspulen sind hierbei nichtlineare Widerstände parallelgeschaltet, um die Blasspulen gegen Überspannungen zu schützen, die durch sehr große Änderungen des Folgestromes hervorgerufen werden. Die Blasspulen sind aber anstatt durch nichtlineare Widerstände auch mittels parallelgeschalteter Funkenstrecken, sogenannter Bypaßfunken- ω strecken, gegen die vorgenannten Überspannungen schützbar (CH 5 19 807).

In bekannter Weise bestehen die Löschfunkenstrekken aus je einem Paar von Elektroden, die in einer Löschkammer angeordnet sind. Solche l.ösehkam nein h^r> bestehen aus elektrisch nichtleitenden, feuerfesten, wenn notwendig porösen, übereinandergestapelten Scheiben. Mehrere solche übereinandergeschichtetc Scheiben bilden einen Funkenstrecken-Stapel, wobei bis auf die beiden Endplatten zweckmäßigerweise jeweils jede der Scheiben sowohl den Deckel für die eine, als auch den Boden für die nächste Löschkammer bildet Der zwischen Boden und Deckel befindliche Raum, genannt Kammerspalt, ist hierbei u. a. durch die Höhe des ringförmigen Wulstes der jeweiligen Löschkammer festgelegt. Durch diesen Wulst ist außerdem die jeweilige Löschkammer nach außen einigermaßen abgeschlossen.

Die paarweise vorgesehenen Elektroden der Bypaßfunkenstrecken befinden sich ebenfalls jeweils in einer Bypaßkammer, die den vorstehend beschriebenen Löschkammern ähnlich ist

Tritt nun an einem Überspannungsableiter der vorbeschriebenen Ausführung eine hinreichend hohe Überspannung auf, so zünden die in Serie geschalteten Löschfunkenstrecken und eventuell vorhandenen Bypaßfunkenstrecken durch und die Überspannung wird abgebaut. Anschließend wird im Überspannungsableiter eine elektrische Spannung, genannt Löschspannung, aufgebaut, derart, daß der auftretende Folgestrom trotz einer von außen wirkenden Spannung begrenzt und so verringert wird, daß die Löschfunkenstrecken löschen können.

Der letztgenannte Folgestrom, der anfänglich durch die den Blasspulen parallelgeschalteten Widerstände bzw. P.ypaßfunkenstrecken geflossen ist, beginnt nun mit der Zeit durch die Blasspulen zu fließen. Dadurch wird ein Magnetfeld aufgebaut, das dazu Verwendung findet, die Lichtbogen in den Löschkammern von der jeweiligen Ansprechstelle an den inneren Rand der zugehörenden Löschkammer zu treiben. Nach einer bestimmten Zeit wird der jeweilige Lichtbogen entlang des inneren Randes seiner Löschkammer brennen und, auf diese Weise verlängert, die erwünschte Löschspannung aufbauen, wodurch der Folgestrom entsprechend abnimmt. Mit dem Folgestrom nimmt nun auch der Strom in den Blasspulen ab, was sich auf das Löschvermögen des Überspannungsabieiters, wie nachstehend beschrieben, auswirkt.

Durch die Abnahme des Stromes in der Blasspule wird deren magnetisches Feld kleiner, mit der Folge, daß dadurch die Lichtbogenspannung und damit die Löschspannung geringer wird. Außerdem wird durch die Verkleinerung des Stromes in der Blasspule in dieser eine Spannung induziert, die der Löschspannung entgegenwirkt bzw. diese teilweise kompensiert.

Aus der DE-OS 20 08 219 ist nun bereits ein Überspannungsableiter mit einer Entladungsstreckenanordnung und mit einer ein magnetisches Feld erzeugenden Spule zur Längung der durch Überspannungen am Ableiter in der Entladungsstrecke erzeugbaren Lichtbogen bekannt. Bei diesem Überspannungsableiter ist die Lichtbogenspannung so regelbar, daß der Spannungsaufbau '"in Lichtbogen nach dem Zünden über eine vorgegebene Zeit gedrosselt werden kann. Die Mittel zur Steuerung der Spulenerregung umfassen hierbei nichtlincare Widerstände, die der Spule parallelgeschaltet sind, und außerdem die Maßnahme, daß die Spule eine vorgesehene Anzahl Windungen aufweist zur Erzeugung einer induktiven Reaktanz, die größer ist als die Impedanz der nichtlinearen Widerstandsmittel, und /war derart, daß für eine vorbestimmte 7.cit nach Zündung der Eniladungsstreekcnanordnung die Spulenerregung nicht ausreicht, den Lichtbogen zu längen und nach Ablauf dieser Zeit die Spulenerregung ausreicht, ein magnetisches Feld für eine Längung des Lichtbo-

gens zu erzeugen. Insbesondere können die Mitlei zur Steuerung der Spulenerregung eine mit der Spule in Serie geschaltete frequenzabhängige Impedanz und die nichtlinearen Widerstandsmittel eine Hilfsentladungs- bzw. Bypaßfunkenstrecke umfassen.

Beim letztbeschriebenen Überspannungsableiter ist demnach eine Spule mit großer Induktivität erforderlich. Außerdem wird bei einer solchen Überspannungsableiterausführung das Löschvermögen des Systems in zweifacher Hinsicht ungünstig beeinflußt. Einerseits wird bei einer solchen Ausführung das von der Blasspule erzeugte Magnetfeld und somit die Lichtbogenspannung bzw. die Löschspannung kleiner. Andererseits wird durch die Verkleinerung des Blasspulenstromes in der Spule eine der Löschspannung entgegenwirkende Spannung induziert, was zu einer entsprechenden sich auf das Löschvermögen negativ auswirkenden Kompensation der Löschspannung führt

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Löschvermögen von Überspannungsablcitern durch Maßnahmen bzw. Mittel zu verbessern, denen zufolge der Strom bzw. das magnetische Feld der Blasspule bei abnehmendem Folgestrom im Vergleich mit den bisherigen Ableiterausführungen weniger stark abnimmt, und zugleich durch Vermeidung eines stark negativen Spannungsabfalles an der Blasspule eine teilweise Kompensation der Löschspannung weitgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, gelöst.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß der durch die Blasspule fließende Strom im Verlauf des Löschvorgangs vom Folgestrom entkoppelt wird. Dadurch kann auch bei stark gesunkenem Folgestrom noch ein starkes Magnetfeld zur magnetischen Beblasung des zu löschenden Lichtbogens aufrechterhalten werden. Die bei sinkendem Strom durch die Blasspule von derselben induktiv erzeugte Spannung wirkt sich auf den zu löschenden Lichtbogen nicht aus. Sie verhindert dagegen erwünschtermaßen eine zu rasche Abnahme des Stroms durch die Blasspule und damit des der Lichtbogenlöschung dienenden Magnetfelds.

Der Gegenstand der Erfindung iöst in der nunmehrigen Phase der technischen Entwicklung die hinsichtlich ihres betriebsmäßigen Einsatzes über das zulässige Maß überbeanspruchten bekannten Überspannungsableiter ab; dies insbesondere im Hinblick darauf, daß hinsichtlich des Energieaufnahmevermögens an den modernen Überspannungsableiter immer höhere Anforderungen gestellt werden. Bei den derzeit verwendeten Überspannungsableitern nimmt nämlich der Querschnitt der Blasspule und damit auch deren Induktivität immer stärker zu; dies um so mehr, weil auch das magnetische Feld immer mehr verstärkt werden muß, damit die Lichtbogenspannung entsprechend und hinreichend rasch ansteigt. Mit dem gleichzeitigen Größerwerden des Folgestromes nimmt aber auch dessen zeitliche Änderung zu. Dies bewirkt wieder eine erhöhte Beanspruchung der Blasspule sowie des dieser parallelgeschalteten nichtlinearen Widerstandes, so daß sich deshalb die eingangs beschriebenen Schwächen der bisher in Verwendung befindlichen bekannten Überspannungsableiter immer stärker bemerkbar machen.

Die mit der Erfindung erzielten wesentlichen Vorteile bestehen darin, mit relativ einfachen Mitteln und Maßnahmen das Löschvermögen der Überspannungsleiter zu verbessern, d. h. diese insbesondere an die nunmehr auftretende erhöhte Beanspruchung anzupassen und hierbei außerdem noch deren Rückzündungsfestigkeit zu erhöhen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine im wesentlichen aus der CH 5 49 883 bekannte Schaltung bei Überspannungsableiter^

F i g. 2 die Draufsicht auf eine bekannte Löschkammer mit einer Löschfunkenstrecke, wobei ein bereits am inneren Rand der Löschkammer brennender Lichtbogen angedeutet ist,

F i g. 3 die Draufsicht auf eine Löschfunkenstreckenkammer gemäß der Erfindung mit einer Kurzschlußelektrode, wobei auch noch die angeschlossene Blasspule mit einem parallelgeschalteten nichtlinearen Widerstand abgebildet ist, und

Fig.4 einen Teil einer Funkenstreckenkammer mit einer besonderen Ausführung und Anordnung einer Abschirmung.

In F i g. 1 sind zu den in Serie liegenden Funkenstrekken 1, genannt Lösch funkenstrecken, Blasspulen 3 in Serie geschaltet. Die Blasspulen 3 können nun mittels hierzu parallel angeordneter nichtlinearer Widerstände 4 oder mit Hilfe von parallelgeschalteten Funkenstrekken 2, genannt Bjjpaßfunkenstrecken, wie einleitend dargelegt, gegen Überspannungen geschützt werden. Die Löschfunkenstrecken 1 bestehen hierbei aus je zwei Elektroden 5 und 6, während die Elektroden der Bypaßfunkenstrecke 2 mit 5a und 6a bezeichnet sind. Die anlagenseitig am Überspannungsableiter auftretende Überspannung ist mittels der Position 9 symbolisch angedeutet und der erdungsseitige Anschluß des Systems ist mit 12a benannt.

In F i g. 2 ist die Draufsicht auf eine bekannte, auf der dem Beschauer zugewandten Seite offene Löschkammer 7 dargestellt. Die im wesentlichen zylindrische Seitenwand der Löschkammer 7 erscheint als ringförmiger, auf dem Boden 15 angeordneter Wulst 8, dessen innerer Rand und zugleich innerer Rand der Löschkammer 7 mit 8a bezeichnet ist. Der von den Elektroden 5 und 6 der Löschfunkenstrecke 1 ausgehende bzw. endende und bereits am inneren Rand der Löschkammer 7 brennende Lichtbogen ist mit 10 benannt.

Fig.3 zeigt nun ein Ausfüh^ungsbeispiel der Erfindung, wobei die Löschkammer 7 wieder in Draufsicht dargestellt ist. Es ist wieder eine Löschfunkenstrecke 1 mit ihren Elektroden 5 und 6 in einer Löschkammer 7 mit einem Wulst 8 angeordnet. Die Elektrode 5 ist hierbei mittels eines elektrischen Leiters direkt mit dem einen Ende der Blasspule 3 verbunden, wogegen die Elektrode 6, beispielsweise wie in Fig. 1, mit der in Serie liegenden nächsten Löschfunkenstrecke 1 in Verbindung steht. In der Nähe der Elektrode ist nun eine Kurzschlußelektrodc 11 angeordnet, die über den elektrischen Leiter 12 an das andere Ende der Blasspule 3 angeschlossen ist.

Tritt nun am Überspannungsableiter gemäß der Erfindung eine Überspannung auf, so ändert sich hinsichtlieh der zu Beginn der Beschreibung bereits dargelegten Funktionsweise vorerst nichts. Es fließt der Folgestrom über die Blasspule 3 und der Lichtbogen (10 in Fig. 2) wird vom magnetischen Feld der Blasspule 3 bei der Hajptfunkenstrecke 1 ansprechend bis zum inneren

b5 Rand 8a des Wulstes 8 bzw. der Löschkammer 7 getrieben, wie in F i g. 2 angedeutet ist. Zu einem nicht zu frühen Zeitpunkt, der insbesondere durch die Formgebung der Abschirmung 13 festlegbar ist, erreicht der

wandernde Lichtbogen die Kurzschlußelektrode 11. Von diesem Zeitpunkt ab ist die Blasspule 3 kurzgeschlossen. Der Spulenstrom im Stromkreis 12, 3, 5 und 11 (Hilfsfunkenstrecke) ist daher unabhängig vom Verlauf des Folgestromes im Strompfad 6, 11 und 12a, so daß sich die aufgabenmäßigen Eigenschaften bzw. Vorteile des Überspannungsabieiters gemäß der Erfindung ergeben.

Durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Abschirmung 13 kann der Zeitpunkt des Kurz-Schlusses der Blasspule 3 derart festgelegt werden, daß durch die Spule 3 die jeweils gewünschte Stromstärke fließt. Hierbei ist durch die Spuleninduktivität und den ohmschen Widerstand des Stromkreises 12, 3, 5 und 11 die Zeitkonstante festgelegt, mit der der Spulenstrom der kurzgeschlossenen Spule abklingt. Die Anordnung entsprechend F i g. 3 kann auch Verwendung finden, wenn an Stelle des BypaBwiderstandes 4 eine Bypaßfunkenstrecke angebracht ist. In Fig. 3 sind hierzu verschiedene Phasen des Lichtbogens bis zum Kurzschlie-Ben der Spule 3 schematisch angedeutet.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform und Anordnung der Abschirmung der Kurzschlußelektrode 11 abgebildet. Die in der Nähe des inneren Randes 8a der Funkenstreckenkammer 7a befindlichen Elektroden sind mit 5a und 6a benannt. Die Abschirmung 13£> ist derart ausgeführt daß zwischen ihr und dem Rand 8a ein hinreichend großer Spalt 17 bzw. 17a vorhanden ist, so daß durch diesen zu einem nicht zu frühen Zeitpunkt nach dem Zünden der Lichtbogen des Folgestromes weiterbrennen kann. Zuerst wird der Kathodenfleck des einen Endes des Lichtbogens die Stelle 6£> erreichen. Sobald aber eine Zündung um die Abschirmung 13Z> herum zur Kurzschlußelektrode 11 erfolgt ist, wird gleichzeitig der Kathodenfleck 6c entstehen und jener von Bb verlöschen, worauf der Lichtbogen durch den Spalt 17a zwischen 11 und 6a brennt.

Ein Vorteil der Variante gemäß Fig.4 besteht nun insbesondere darin, daß nach dem Verlöschen des Kathodenfleckes 6fc in der Nähe der Ansprcchsteüe 2a kein Lichtbogen mehr brennt und dadurch die letztbeschriebene Variante eine besonders gute Rückzündungsfestigkeit aufweist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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bO

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Überspannungsableiter mit mindestens einer Löschfunkenstrecke (1), welche, in einer Löschkammer (7), mindestens zwei Elektroden (5, 6) aufweist und mit einer mit der Löschfunkenstrecke (1) in Serie geschalteten Blasspule (3) zur magnetischen Beblasung des Lichtbogens (10), dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der mit der Blasspule (3) elektrisch leitend verbundenen Elektrode (5) im Laufweg des magnetisch oeblasenen Lichtbogens (10) eine Kurzschlußelektrode (11) in der Löschkammer (7) angeordnet ist, welche mit demjenigen Anschluß der Blasspule (3) elektrisch leitend verbunden ist, welcher dem mit der besagten Elektrode (5) der Löschfunkenstrecke (1) verbundenen Anschluß gegenüberliegt

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der mit der Blasspule (3) elektrisch leitend verbundenen Elektrode (5) einerseits und der Kurzschlußelektrode (11) andererseits eine die Kurzschlußelektrode (11) vom auftretenden Lichtbogen (10) an der Löschfunkenstrecke (1) teilweise trennende Abschirmung (13) vorgesehen ist.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (13) ein Teil der Löschkammer (7) bildet.

4. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Löschkammer (7a) eine Abschirmung (\3b) vorgesehen ist, die aus einem zwischen sich und dem inneren Rand (8a) der Funkenstreckenkammer (Ja) beiderseits der Kurzschlußelektrode (11) einen Spalt (17) freiläßt und an ihrem einen Ende an die Elektrode (Sa) der Funkenstrecke (2a) angrenzt und an ihrem anderen freien Ende dem Lichtbogen durch den Spalt (17) den Zutritt zur Kurzschlußelektrode (11) ermöglicht.

5. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, bei welchem der Blasspule (3) ein im allgemeinen nichtlinearer Widerstand (4), genannt Bypasswiderstand, oder eine Funkenstrecke (2), genannt Bypassfunkenstrecke, parallelgeschaltet ist.