DE2827456C2 - Gekapselte Blitzschutzvorrichtung - Google Patents

Description

C₁ +C₂

genügt wird, in welcher H= Gesamtlänge der verschiedenen nicht linearen Widerstände und Ci und Ci = elektrostatische Kapazitäten zwischen einem nicht linearen Widerstand in einer Höhe x\ gemessen von dem an Masse liegenden Ende der nicht linearen Widerstandsreihe, und dem Abschirmleiter bzw. zwischen diesem Widerstand und dem geerdeten Gehäuse bedeuten.

5. Blitzschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht linearen Widerstände jeweils aus gesintertem Zinkoxid hergestellt sind.

Die Erfindung betrifft eine gekapselte Blitzschutzvorrichtung, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse in welches ein elektrischer Leiter unter elektrischer Isolierung gegenüber dem Gehäuse hineinragt, aus wenigstens einem Stapel aus mehreren in Reihe geschalteten nicht linearen Widerständen, der mit seinem einen Ende mit dem elektrischen Leiter und mit seinem anderen Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist, und aus wenigstens einem, mit dem elektrischen Leiter verbundenen Abschirmleiter, der sich neben dem Widerstandsstapel erstreckt.

Eine derartige gekapselte Blitzschutzvorrichtung ist aus der US-PS 37 67 937 bekannt. Diese bekannte Blitzschutzvorrichtung besitzt mehrere Abschirmleiter, die unterschiedliche Länge besitzen und sich unterschiedlich weit über die axiale Erstreckung des Widerstandsstapels erstrecken. Die Abschirmleiter verlaufen im wesentlichen parallel zur Längsachse des -, Widerstandsstapels.

Aus der DE-AS 20 37 921 ist ebenfalls eine Blilzschutzvorrichtung bekannt, die aus einer einseitig geerdeten Entladungseinheit besteht, welche mit einer Mehrzahl von Abschirmringen umgeben ist. Zur

κι Erhöhung der Durchschlagsspannung zwischen nebeneinanderliegenden Abschirmringen wird die Entladungseinheit zusammen mit den Abschirmungen in einem Gehäuse angeordnet, weiches mit einem elektrisch isolierenden Gas gefüllt ist. Die Abschirmrin-

r, ge haben einen rotationssymmetrischen Aufbau. Es sind also bei dieser bekannten Konstruktion mehrere Abschirmringe erforderlich.

Aus der DE-OS 23 61 211 ist ein Widerstandskörper mit spannungsabhängiger Kennlinie bekannt, der ein

2i) Carbid sowie Füll- und Bindemittel enthält. Der Mischung aus dem Carbid, dem Füll- und dem Bindemittel ist ein mit Metalloxiden dotiertes Zinkoxid zugesetzt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

2! besteht darin, eine gekapselte Blitzschutzvorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen, die einerseits in miniaturisierter Bauweise ausgeführt werden kann, andererseits ein gleichmäßiges Spannungsprofil über der Anordnung der in Reihe geschalteten nicht linearen

m Widerstände gewährleistet.

Ausgehend von der gekapselten Blitzschutzvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der wenigstens eine Abschirmleiter vom elektrischen Leiter ausgehend

)-, gegenüber dem Widerstandsstapel in Radialrichtung schräg nach außen verläuft, und daß der Widerstandsstapel in dem Gehäuse exzentrisch angeordnet ist.

Im Gegensatz zu der bekannten Konstruktion der eingangs genannten Art ist der Abschirmleiter beim

.κι Gegenstand der Erfindung in Schräglage in dem Gehäuse neben dem Widerstandsstapel angeordnet, und zwar derart, daß sich der wenigstens eine Abschirmleiter vom elektrischen Leiter ausgehend gegenüber dem Widerstandsstapel in Radialrichtung

4-, schräg nach außen erstieckt. Im Gegensatz zu der bekannten Konstruktion ist bei der Konstruktion nach der Erfindung auch bereits ein einzelner in der geschilderten Weise angeordneter Abschirmleiter ausreichend.

-,Ii Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

5j Fig. 1 eine graphische Darstellung typischer Spannung/Lebensdauer-Kurven für nichtlineare Elemente aus gesintertem Zinkoxid,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Innenaufbaus einer geschlossenen bzw. gekapselten Blitzschutz-

bo vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Wenn eine Überspannung ständig an einem nichtli-

b·) nearen Widerstandsstapel, z. B. aus Sinterzinkoxid-Widerständen, angelegt wird, so erfahren diese Widerstände im allgemeinen eine elektrische Verschlechterung, weil die Widerstände ungleiche Wärmemengen

erzeugen und sich dabei ungleichmäßig verschlechtern bzw. zersetzen. F i g. 1 zeigt ein Beispiel einer Spannung/Lebensdauer-Kurve für Sinterzinkoxid-Widerstände. In F i g. 1 ist eine Spannung auf der Ordinate gegenüber der Betriebslebensdauer (in Jahren) in logarithmischen Einheiten auf der Abszisse aufgetragen. Die obere Kurve gemäß F i g. 1 gilt für einen auf niedriger Temperatur gehaltenen Zinkoxidwiderstand, während die untere Kurve für einen auf erhöhter Temperatur gehaltenen, derartigen Widerstand gilt. Gemäß Fig. 1 nimmt die Beiriebslebensdauer schnell ab, wenn sich die Spannung einer bestimmten Größe V_u nähert.

Bei der bisherigen Konstruktion von Blitzschutzvorrichtungen wurde die Normalspannung zur Masse gegen die Hochspannungsseite des nichtlinearen Widerstandsstapels vorgespannt, woraus der Nachteil resultiert, daß der an der Hochspannungsseite befindliche Abschnitt dieses Widerstandsstapels eine schnelle Verschlechterung (seiner Eigenschaften) erfährt.

In Fig.2 ist eine Ausführungsform einer Blitzschutzvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt, die sich von der bekannten nur darin unterscheidet, daß sich in Fi g. 2 ein elektrischer Leiter 28 in Form eines Stabs von der Hochspannungsseite A des Stapels der nichtlinearen Widerstände 26 aus abwärts erstreckt und dabei gegenüber diesem Stapel in Radialrichtung schräg nach außen verläuft. Gemäß Fig. 2 erstreckt sich der eine umgekehrte L-Form besitzende Leiter 28 vom Hochspannungsleiter iOa an einer Stelle neben der Biegung seiner L-Form schräg nach unten, wobei der Widerstandsstapel 26 im kreisförmigen Gehäuse 12a exzentrisch angeordnet ist, so daß die Längsmittellinie des Gehäuses 12a an seiner Umfangsfläche entlangläuft. Genauer gesagt: der Widerstandsstapel 26 ist an seiner Hochspannungsseite A mit dem kürzeren Schenke! der L-Form verbunden, so daß seine Umfangsfläche praktisch auf den längeren Schenkel der L-Form ausgerichtet ist. Die andere Seite B des Stapels 26 liegt am Boden des Gehäuses 12a an und ist mit diesem Boden verbunden.

Gemäß Fig. 2 ist eine elektrostatische Kapazität 30 (d. h. eine Streukapazität) zwischen dem elektrischen Leiter 28 und dem nichtlinearen Widerstandsstapel 26 vorhanden, während zwischen dem Stapel 26 und dem geerdeten Gehäuse 12a eine elektrostatische Kapazität 32 (ebenfalls e<ne Streukapazität) besteht.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 erläutert. Wie im Fall der bekannten Vorrichtung besitzt der Stapel der nichtlinearen Widerstände 26 vor dem Auftreten eines Stromstoßes aufgrund eines Blitzeinschiags od. dgl. einen außerordentlich niedrigen Widerstand, wodurch ein Spannungsanstieg über die Vorrichtung verhindert wird. Andererseits spricht der Widerstandsstape! 26 auf eine an ihn angelegte Spannung dadurch an. daß er nur einen sehr kleinen Strom hindurchfließen läßt. Bei Strom-Blitzschutzvorrichtungen, an denen ständig eine Wechselspannung mit Netzfrequenz anliegt, wird der genannte, sehr kleine Strom, durch die elektrostatischen Kapazitäten des Widerstandsstapels bestimmt.

Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 2 hat das Vorhandensein der elektrostatischen Kapazität 30 zur Folge, daß sich ein von der ständig anliegenden Wechselspannung herrührendes Spannungsprofil am Stapel der nichtlinearen Widerstände eher einem geradlinigen Profil annähert Das ideale Spannungsprofil ist geradlinig. Ein solches Profil kann realisiert werden, wenn die folgende Bedingung

C,

C₁ +

erfüllt ist, worin Hdie Höhe oder Gesamtlänge /4ßder nichtlinearen Widerstände 26 gemäß F i g. 2 und Ci und Ci die elektrostatischen Kapazitäten bedeuten, die zwischen dem nichtlinearen Widerstand in Hohe x', von der geerdeten oder Masseseite 3 des Stapels (vgl. F i g. 2) her gemessen, und dem stabförmigen Leiter 28 (der als Abschirmleiter wirkt) bzw. zwischen demselben Widerstand in der Höhe x'und dem geerdeten Gehäuse , 12a erzeugt werden. Die obige Bedingung muß von allen in Reihe geschalteten nichtlinearen Widerständen erfüllt werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß an die Genauigkeit, mit welcher der genannten Bedingung genügt wird, nicht notwendigerweise strenge Anforderungen gestellt werden; vielmehr kann selbstverständlich innerhalb einer vorbestimmten Toleranz ein Fehler vorhanden sein.

Zur Verbesserung des Spannungsprofils bei elektrischen Geräten, die bei hohen Spannungen in bzw. an der Luft arbeiten, ist bereits ein Abschirmring mit rotaticnssymmetrischem Aufbau vorgeschlagen worden. Wenn eine Abschirmung mit solchem unveränderten Aufbau für den beschriebenen nichtlinearen Widerstand verwendet wird, kann die angegebene Beziehung nicht bei allen nichtlinearen Widerständen erfüllt werden, weil die elektrostatische Kapazität Ci in der Nähe dieser Abschirmung über einen weiten Bereich hinweg praktisch zu Null wird. Die genannte Beziehung kann jedoch ziemlich einfach durch die asymmetrische Anordnung des Widerstandsstapels gemäß F i g. 2 erfüllt werden. Diese asymmetrische Anordnung ist insofern vorteilhaft, als eine Vergrößerung des Durchmessers des geerdeten Gehäuses im Hinblick ajf die elektrische Isolierstrecke vermieden wird.

Obgleich vorstehend ein einziger Abschirmstab beschrieben ist, der radial von der Hochspannungsseite des Stapels nichtlinearer Widerstände abgeht, können zufriedenstellende Ergebnisse auch mit mehreren Abschirmstäben erreicht werden, die von der Hochspannungsseite des Stapels radial nach außen abgehen. Eine solche Anordnung ist auf die elektrostatischen Kapazitäten des Stapels aus nichtlinearen Widerständen, die Form des geerdeten Gehäuses usw. abzustimmen.

Die Anordnung nach Fig. 3 entsprich! im wesentlichen derjenigen nach F i g. 2, nur mit dem Unterschied, daß von jeder Grenzfläche zwischen aneinander angrenzenden nichtlinearen Widerständen jeweils eine Elektrode nach außen ragt, wobei die Elektroden eine ringförmige Abschirmung bilden, welche das elektrische Feld an der Umfangsfläche des Widerstandsstapels 26 vcgleichmäßigt.

Hierzu 1 Blatt Zcichnunucn

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gekapselte Blitzschutzvorrichtung, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse in welches ein elektrischer Leiter unter elektrischer Isolierung gegenüber dem Gehäuse hineinragt, aus wenigstens einem Stapel aus mehreren in Reihe geschalteten nicht linearen Widerständen, der mit seinem einen Ende mit dem elektrischen Leiter und mit seinem anderen Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist, und aus wenigstens eineiii, mit dem elektrischen Leiter verbundenen Abschirmleiter, der sich neben dem Widerstandsstapel erstreckt, d a durch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Abschirmleiter (28) vom elektrischen Leiter HQa) ausgehend gegenüber dim Widerstandsstape! (26) in Radialrichtung schräg nach außen verläuft, und daß der Widerstandsstapel (26) in dem Gehäuse (12a^exentrisch angeordnet ist

2. Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Grenzfläche zwischen aneinander angrenzenden nicht linearen Widerständen des wenigstens einen Widerstandsstapels jeweils eine Elektrode (34) nach außen ragt.

3. Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmleiter aus einem Stab oder einer flachen Platte besteht, die gegenüber den nicht linearen Widerständen asymmetrisch angeordnet ist.

4. Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmleiter derart von den verschiedenen nicht linearen Widerständen absteht, daß der Beziehung