DE2707425B2 - Blitzstrom-Melder - Google Patents

Description

5. Blitzstrom-Melder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer (RSQ) der nichtlinearen Widerstände (R 50, RSi) relativ niederohmig und der andere (R 51) relativ hochohmig ist, und daß der Kondensator (CS) mit dem Spannungsabfall am relativ hochohmigen nichtlinearen Widerstand (Ä 51) aufladbar ist (F ig. 5).

6. Blitzstrom-Melder nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator aus zwei Kondensatoren (C60, C61) in ,Reihe zueinander besteht (F i g. 6).

7. Blitzstrom-Melder nach Anspruch 2 und 6, *o dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerspule (CC) des Fühlers parallel zu einem (C6i) der Kondensatoren fC60, C61) vorgesehen ist.

8. Blitzstrom-Melder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren parallel zum nichtlinearen Widerstand liegen.

9. Blitzstrom-Melder nach den Ansprüchen 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (CGO, C61) parallel zu dem nichtlinearen Widerstand (R 6i) vorgesehen sind, der an seinem einen Anschluß geerdet ist (F i g. 6).

10. Blitzstrom-Melder nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Eingang eines Gieichrichtergliedes (70) parallel zum nichtlinearen Widerstand liegt, und daß der Kondensator und die Zählerspule (CC) des Fühlers (20) parallel zum Ausgang des Gleichrichtergliedes (70) vorgesehen sind.

11. Blitzstrom-Melder nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen weiteren Kondensator parallel ^M zum nichtlinearen Widerstand.

12. Blitzstrom-Melder nach den Ansprüchen 4,10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kondensator aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren (C70, C71) parallel zu dem einen ^ω Widerstand (R 71) besteht, der mit seinem einen Anschluß geerdet ΐκί, und daß das Gleichrichterglied (70) an seinem Eingang parallel zu einem der in Reihe geschalteten Kondensatoren liegt (F i g. 7).

13. Blitzstrom-Melder nach einem der Ansprüche 1, 7 und 10, gekennzeichnet durch einen weiteren Widerstand mit relativ niedrigem Widerstandswert zwischen der Blitzschutz-Entladungsstrecke (A) und der Parallelschaltung aus dem nichtlinearen Wider stand (R 4) und dem Impedanzelement (L).

Die Erfindung betrifft einen Blitzstrom-Melder nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Blitzstrom-Melder mit Blitzschutz-Einrichtungen sind bisher im allgemeinen so aufgebaut, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. Bei der bekannten Einrichtung 10 in Fig.2 liegen mehrere reihengeschaltete nichtlineare Widerstände R1 und R 2 parallel zu einer Luftstrecke G, und die Parallelschaltung aus den nichtlinearen Widerständen Ri, R2 und der Luftstrecke G liegt zwischen Erde und einer Blitzschutz-Entladungsstrecke oder einem Blitzschutz A in einem Leistungsübertragungssystem. Ein Kondensator C und eine Zählerspule CC eines Sensors oder Zählers 20 sind parallel zu einem der nichtlinearen Widerstände vorgesehen, z. B. dem Widerstand R 2 (vgl. z. B. JP-Gbm 5 01 176).

Bei der herkömmlichen Einrichtung in F i g. 2 haben die nichtlinesiren Widerstände R1 und R 2 eine relativ geringe Nichtlinearität, und die Luftstrecke G ist so angeordnet, daß sie den Folgestrom leitet. Daher ist die Beziehung zwischen dem Spannungsabfall an den nichtlinearen Widerständen R1, R 2 und der Länge der Luftstrecke G so, daß der auslösbare Bereich des Blitzstromes eng begrenzt ist (vgl. unten), und der Melder kann im »Starkstrombereich« bis in die Größenordnung von einigen 20 000 A nicht ausreichend auslösen. Weiterhin kann der herkömmliche Blitzstrom-Melder nicht zuverlässig auf einen Folgestrom ansprechen, wie z. B. einen Schwing-Folgestrom, der auf der Induktion zwischen den Leitern von Freileitungen beruht Schließlich hat beim herkömmlichen Blitzstrom-Melder die Luftstrecke G gegebenenfalls eine sehr kurze Lebensdauer, da sie durch den Kurzschluß-Folgestrom beschädigt wird, der große Stromwerte in der Größenordnung von einigen 1000 A unter den verschiedenen Folgeströmen aufweist.

F i g. 3 zeigt die Betriebskennlinie des herkömmlichen Blitzstrom-Melders der F i g. 2. Eine Kurve G1 stellt die Betriebskennlinie dar, wenn die Länge der Luftstrecke G so eingestellt ist, daß eine Entladung beim kleinsten Betriebsstrompegel des Zählers 20 auftreten kann. In einem derartigen Fall führt ein relativ geringer Anstieg im Stromwert zu einem starken Anwachsen des Spannungsabfalles an den nichtlinearen Widerständen R 1 und R 2, und der sich ergebende Spannungsabfall ist etliche Male größer als beim kleinsten Betriebsstrompegel des Zählers 20. Als Ergebnis wird die Eingangsspannung Va am Kondensator C, der mit dem Anschlußpunkt der nichtlinearen Widerstände R1 und R 2 parallel zur Zählerspule CC verbunden ist, innerhalb einer kurzen Zeitdauer wegen der Luftstrecke G abgeschaltet und erreicht nicht den Pegel, der ausreicht, um die maximale Eingangsspannung Vo für de.i Zähler 20 zu erzeugen. Auf diese Weise fällt die Eingangsspannung Va plötzlich ab (vgl. Fig.3), so daß der Betriebsstrombereich des Zählers 20 sehr eng begrenzt ist, wie dies durch einen Doppelpfeil A 1 dargestellt ist. Die Eingangsspannung Va am Kondensator C fällt auf

ähnliche Weise plötzlich ab, und der Betriebsstrombereich des Zählers 20 ist auf ähnliche Weise eng begrenzt, wie dies durch einen Doppelpfeil A 2 in F i g. 3 dargestellt ist, wenn die Streckenlänge der Luftstrecke G auf einen anderen Wert eingestellt wird, wie dies durch eine Kurve G2 dargestellt ist. Das heißt, der Betriebsstrombereich des Zählers 20 ist auf einen sehr engen oder schmalen Bereich begrenzt, der von der Streckenlänge der Luftstrecke G abhängt. Versuche haben bestätigt, daß eine größere Erweiterung des Betriebsstromkreises des Zählers 20 unmöglich ist. Dies beruht im wesentlichen darauf, daß ein zu großes Anwachsen der Streckenlänge der Luftstrecke G unerwünscht ist, du der Zähler 20 nicht den niedrigst möglichen kleinsten Betriebsstrom messen kann, und die maximale Eingangsspannung Vo des Zählers 20 wird überschritten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Blitzstrom-Melder anzugeben, der die oben aufgezeigter! Nachteile überwindet und im Starkstrombereich zuverlässig, wirtschaftlich und vorteilhaft einsetzbar ist, wobei ein Zinkoxid-Widerstandelement verwendbar ist, das mit sehr geringer Änderung des Spannungsabfall-Anstiegs bis zum Starkstrombereich als nichtlinearer Widerstand dient, um die Durchbruchspannung und die Strombeiastbarkeit von Bauelementen, wie z. B. einem hiermit parallelgeschalteten Kondensator und einem Zähler, zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gegeben.

Als nichtlinearer Widerstand kann ein Zinkoxid-Widerstandselement mit sehr geringer Änderung des Spannungsabfall-Anstiegs bis zum Starkstrombereich dienen, und das induktive Impedanzelement ist parallel zu diesem Zinkoxid-Widerstandselement vorgesehen, wodurch ein Weg oder Pfad für den Blitzstrom bzw. den Folgestrom aufgebaut wird.

Ein Kondensator kann die Eingangsspannung für eine Zählerspule erzeugen, indem der Spannungsabfall am Zinkoxid-Widerstandselement geteilt wird, so daß die Zähler-Eingangsspannung leicht einstellbar ist, um an den Grenzwert der Durchbruchspannung und den gewünschten Betriebsstrombereich des Zählers angepaßt zu sein.

Weiterhin kann die durch Teilen des Spannungsabfalles durch den Kondensator erhaltene Spannung vor Anlegen an die Zahlerspule einer Zweiweg-Gleichrichtung unterworfen werden, so daß die Zähler-Eingangsspannung gegenüber allen Arten von Schwing-Blitzströmen stabil gehalten werden kann.

Die Erfindung sieht also einen Blitzstrom-Melder vor, bei dem eine geerdete Entladungsstrom-Scha'tung aus einem Parallel-Glied eines nichtlinearen Widerstandes und eines induktiven Impedanzelementes zwischen einer Blitzschutz-Entladungsstrecke in einem Leistungsübertragungssystem und Erde liegt. Beim Blitzstrom-Melder wird ein Kondensator bis zum Spannungsabfall am nichtlinearen Widerstand aufgeladen, und ein Sensor oder Zähler wird durch den Entladestrom des Kondensators betätigt, so daß der Blitzstrom-Melder mit stark erweitertem Betriebsbereich arbeiten kann, der einen Starkstrombereich des Blitzstromes überdeckt.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild mit der Anordnung des erfindungsgemäßen Blitzstrom-Melders,

F i g. 2 die Schaltung eines herkömmlichen Blitzstrom-Melders,

F i g. 3 die Beziehung zwischen der Streckenlänge der Luftstrecke und dem Betriebsstrombereich des Zählers in Fig.2, wobei auf der Ordinate die Spannung Va aufgetragen ist, die den Kondensator Cauflädt, der beim herkömmlichen Blitzstrom-Melder parallel zur Zählerspule CC liegt, und wobei die Abszisse den Blitzstrom Imp darstellt,

Fig.4 bis 7 Schaltungen eines ersten bis vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und

F i g. 8 die Beziehung zwischen der Spannung Va, die einen Kondensator C 72 auflädt, der parallel zur Zählerspule CC liegt, und dem Blitzstrom Imp beim vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 1 zeigt die Anordnung des erfindungsgemäßen Blitzstrom-Melders. Ein Netz-Le^:stungsschalter 2 liegt zwischen einer Freileitung 1 und einer Stromschiene 3 in einer Unterstation. Ein zum Erfassen und Auslösen des Betriebs einer Blitzschutz-Entladungsstrecke A vorgesehener Blitzstrom-MeJder 5 Jiegt in Reihe zur Blitzstrom-Entladungsstrecke A zwischen dem Eingang des Leistungsschalters 2 und Erde, um den Leistungsschalter 2 gegenüber Blitzschlag-Spannung zu schützen. Ein weiterer Leistungschalter 7 ist in jeder von mehreren Leitungen vorgesehen, die sich von der Stromschiene 3 zu Transformatoren 6 in der Unterstation erstrecken, und eine weitere Blitzschutz-Entladungsstrecke A und ein weiterer Blitzstrom-Melder 5 ähnlich zu den oben beschriebenen Einrichtungen sind in Reihe zwischen dem Ausgang des Leistungsschalters / und Erde vorgesehen.

Die Fig.4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Blitzstrom-Melders. In Fig.4 liegt ein nichtlinearer Widerstand A4, der im wesentlichen aus Zinkoxid besteht und mit sehr geringer Änderung des Spannungsabfall-Anstiegs bis zum Starkstrombereich betreibbar ist, zwischen einer Blitzschutz-Entladungsstrecke oder einem Blitzschutz A und Erde E Ein derartiger Widerstand kann von herkömmlicher Art sein (vgl. US-PS 36 63 458).

Parallel zum Widerstand R 4 ist ein induktives Impedanzelement vorgesehen, wie z. B. eine Spule L, das eine niedrige Impedanz gegenüber Niederfrequenz und eine hohe Impedanz gegenüber Hochfrequenz besitzt. Parallel zum Widerstand R 4 sind ein Kondensator C4 und eine Zählerspule CC eines Sensors oder Zählers 20 vorgesehen. Der Zähler 20 für sich ist von herkömmlicher Art und so aufgebaut, daß sein Kontaktstück 20 zur Zählerspule CC angezogen wird, wenn diese erregt ist, um so ein Relaisglied 9 einzuschalten. Wenn das Reiaisglied 9 eingeschaltet ist, wird ein Meldeglied, wie z. B. ein (nicht dargestellter) Summer erregt, um das Fließen des Blitzstromes und/oder des Folgestromes durch den Blitzschutz A zu melden. Weiterhin wird ein (nicht dargestelltes) Register betätigt, so oft das Relaisglied 9 eingeschaltet ist, um die Anzahl aufzuzeichnen, mit der der Blitzstrom-Melder innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ausgelöst wurde.

Im folgenden wird der Betrieb dieses ersten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Wenn z. B. die Freileitung 1 von einem Blitzschlag getroffen wird, fließt der größere Teil des Blitzstromes durch den Widerstand R 4, während der größere Teil des Folgestromes durch das induktive Impedanzelement oder die Spule L fließt. Die Spule L ist nämlich so ausgewählt, daß sie den geeignetsten Induktivitätswert besitzt, wobei berücksichtigt wird, daß die Frequenz des Folgestromes

niedrig ist, während die Frequenz des Blitzstromes hoch ist, Genauer ausgedrückt, es gilt die Bezeichnung Zac < Zr < ZiMp zwischen den Impdanzen Zr des Widerstandes Λ 4 im stromleitenden Zustand, Zimp der Spule L bezüglich des HF-Blitzstromes und Zac der Spule L bezüglich des NF-Folgestromes. Der Kondensator C 4 wird bis zur Abfallspannung Va aufgeladen, die am Widerstand Λ 4 aufgrund des dort durchfließenden Blitzstromes imp auftritt, und die Zählerspule CC wird durch die im Kondensator C4 gespeicherten Ladungen erregt, was den Betrieb des Sensors oder Zählers 20 bewirkt.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß der Grundaufbau des erfindungsgemäßen Blitzstrom-Melders ein geerdetes EntladungsstromgUed zwischen der geerdeten Elektrode des Blitzschutzes oder der Blitzschutz-Entladungsstrecke und Erde hat und einen nichtlinearen Widerstand aufweist, der im wesentlichen aus Zinkoxid besteht und parallel zu einem induktiven Impedanzelement angeordnet ist. Durch diesen Grundaufbau schließt die Erfindung die oben aufgezeigten Nachteile der herkömmlichen Blitzstrom-Melder aus, bei denen der Betriebsstrombereich des Zählers eingeengt wird, indem die Streckenlänge der Luftstrekke begrenzt wird, die parallel zum nichtlinearen Widerstand vorgesehen ist. Entsprechend dem Grundaufbau der Erfindung kann die Änderung oder Geschwindigkeit des Spannungsabfall-Anstiegs am nichtlinearen Widerstand sehr niedrig gehalten werden, obwohl der sich über einen weiten Bereich im Starkstrombereich ändernde Blitzstrom durch die Blitzschutz-Entladungsstrecke fließt. Auf diese Weise kann der Betriebsstrombereich des Zählers stark erweitert werden, um den kleinsten Betriebsstrompegel bis zum größten Eingangspegel Vo des Zählers zu überdecken, wie dies in F i g. 8 gezeigt ist. Der Entladungsstrom des Kondensators C4 hängt im wesentlichen von der Zeitkonstanten ab, die durch die Kapazität des Kondensators C4 und die Induktivität der Zählerspule CC bestimmt ist. Daher können die Halte-Zeitdauer des Zählers 20, der Zählerkontakt 8 und das Relaisglied 9 einfach eingestellt werden, indem die Kapazität des Kondensators C4 geändert wird.

In der Fig.5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels in F i g. 4 ist. Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der nichtlineare Widerstand R 4 durch zwei nichtlineare Widerstände R 50 und Ä51 ersetzt ist, die im wesentlichen aus Zinkoxid bestehen und die in Reihe zueinander und parallel zur Spule L liegen, wobei anstelle des Kondensators CA ein Kondensator CS für den gleichen Zweck mit der gleichen Funktion wie der Kondensator C4 parallel zum Widerstand Λ 51 vorgesehen ist. In F i g. 5 sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig.4. Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist der obenerläuterte Grundaufbau vorhanden, indem die Widerstände Λ 50 und /751 parallel zur Spule L liegen, um die gleichen Vorteile wie beim ersten Ausführungsbeispiel zu erzielen. Der Widerstand /?50 hat einen Widerstandswert, der beträchtlich niedriger als der Widerstandswert des Widerstandes Λ 51 ist, und er begrenzt den Strom, so daß die Restladungen des Kondensators C5 nicht unnütz durch den Widerstand /?50 und die Spule L fließen können, um so weiter das Ansprechen des Sensors oder Zählers 20 zu verbessern. Die Spule /..

kann parallel lediglich zum Widerstand R5\ vorgesehensein.

In der F i g. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das eine Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispieles der Fig.5 ist. Der Grundaufbau dieses dritten Ausführungsbeispiels umfaßt zwei nichtlineare Widerstände Ä60 und Ä61 in Reihe zueinander und parallel zur Spule L Zwei Kondensatoren C60 und C61 sind in Reihe zueinander und parallel zum

ίο Widerstand Ä61 vorgesehen, und die Zählerspule CC liegt parallel zum Kondensator C61. Mit diesem dritten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Vorteile wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erzielt. Beim dritten Ausführungsbeispiel wird die Eingangsspannung zur Zählerspule CC durch den Widerstand /?61 und dann durch den Kondensator C61 geteilt. Daher ist dieses dritte Ausführungsbeispiel besonders wirtschaftlich, da die Kondensatoren C60 und C61, der Zähler 20 und die Zählerspule CC keine hohe Durchbruchsspannung und große Strombelastbarkeit aufweisen müssen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Spule L parallel lediglich zum Widerstand R 61 vorgesehen sein.

In der Fig.7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im wesentlichen dem dritter Ausführungsbeispiel der F i g. 6 entspricht, wobei jedoch ein Zweiweg-Gleichrichter hinzugefügt ist. Der Grundaufbau dieses vierten Ausführungsbeispiels umfaßt zwei nichtlineare Widerstände Ä70 und Ä71 in Reihe zueinander und parallel zur Spule L Zwei Kondensatoren C70 und C71 liegen in Reihe und parallel zum Widerstand R 71. Ein Zweiweg- oder Vollweg-Gleichrichter 70 liegt am Kondensator C71 bei dessen Eingang und an einem weiteren Kondensator C72 bei dessen Ausgang. Der Kondensator C72 ist parallel zui Zählerspule CC des Sensors oder Zählers 20 vorgesehen.

Der Betrieb des vierten Ausführungsbeispiels isl ähnlich dem Betrieb der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Der an den nichtlinearen Widerständen R 7C und R 71 abhängig vom Druchfluß des Blitzstromes I/mi auftretende Spannungsabfall Vr wird durch den Widerstand R 71 geteilt, um eine Spannung Vr zu erzeugen die an die in Reihe geschalteten Kondensatoren C7C und C71 abgegeben wird, und die durch Teilen dei Spannung Vr durch den Kondensator C71 erhaltene Spannung Vcwird dann durch den Zweiweg-Gleichrichter 70 gleichgerichtet, um die Eingangsspannung Va füi den Kondensator C72 zu erzeugen. Bei dieserr Ausführungsbeispiel ist der Betriebsstrombereich A 3 des Zählers 20 sehr groß, wie dies durch die Kennlinie ir F i g. 8 dargestellt ist, da die Änderung im Spannungsabfall Vr auf einen sehr engen Bereich begrenzt wird obwohl sich der Blitzstrom Iimp, der durch die irr wesentlichen aus Zinkoxid bestehenden nichtlinearer Widerstände Λ 70 und Ä71 fließt, über einen weiter Bereich im Starkstrombereich ändert. Die geteilte Ausgangsspannung Vc des Kondensators C71 kanr auch einfach eingestellt werden, indem geeignet die Kapazität der Kondensatoren C70 und C71 geänder wird, und der kleinste Betriebsstrompegel des Zählen 20 ist ebenfalls frei wählbar. Die Spannung Vc kanr unter Berücksichtigung des Durchbruchsspannungspe gels des Gleichrichters 70, des Kondensators C72 unc

b5 der Zählcrspule CC ebenfalls frei gewählt werden. Di weiterhin der oszillierende Strom zusätzlich zum Strorr in einer Richtung vor Einspeisung in den Kondcnsatoi C72 gleichgerichtet wird, kann der Zähler 20 zuvcrläs

sig selbst bei Versorgung mit dem oszillierenden Strom arbeiten. Auch bei diesem vierten Ausführungsbeispiel kann die Spule L parallel lediglich zum Widerstand R 71 vorgesehen sein.

Die Betriebsspannung Va des Zählers 20 wird durch den unterteilten Anteil Ir des Blitzstromes Iimp bestimmt. Der Zähler 20 ist daher frei von Fehlbetrieb

aufgrund von außen induzierter Spannungsstöße, und der Folgestrom Iac oder ein ähnlicher Strom infolge direkten Auftreffens durch einen Blitzschlag kann sicher zur Erde über die Spule L abgeleitet werden. Daher tritt keine Änderung in den Betriebsbedingungen des Zählers auf, und die Betriebseigenschaften des Zählers sind für sich wiederholenden Betrieb stark verbessert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Blitzstrom-Melder zwischen einer Blitzschutz-Entladungsstrecke, an der eine Entladung bei Einwirkung einer Blitzschlag-Spannung erfolgt, und Erde, zum Auslösen des Betriebs der Blitzschutz-Entladungstrecke, mit einem nichtlinearen Widerstand, einem Kondensator, der bis zum Spannungsabfall am nichtlinearen Widerstand aufgeladen ist, und einem Fühler, der durch den Entladestrom des to Kondensators betrieben ist, gekennzeichnet durch eine Impedanzelement (L) parallel zum nichtlinearen Widerstand (R 4; Ä50, RSV, R 60, R 61; R 70, R 71) mit niedriger Impedanz gegenüber Niederfreqenz (NF)und hoher Impedanz gegenüber '⁵ Hochfrequenz (HF)(F i g. 4 - 7).

2. Blitzstrom-Melder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzelement (L) ein induktives Impedanzelement ist (F i g. 4).

3. Blitzstrom-Melder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzelement (L) eine Spule ist (F ig. 4).

4. Blitzstrom-Melder nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand in an sich bekannter Weise aus zwei in Reihe geschalteten nichtlinearen Widerständen (R 50, R 51; R 60, R 61; R 70, R 71) besteht (F i g. 5,6,