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Überspannungsableiter Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter,
der die Energie von Überspannungswellen zur Erde abführen soll. Es ist bekannt,
zu . diesem Zwecke Funkenstrecken oder gasgefüllte Entladungsröhren mit Glimm- -bzw.
Lichtbogenentladung zu verwenden. Gemäß der Erfindung werden als überspannungsableiter
Entladungsröhren mit kalten Elektroden, die in einem die Ionisation von Restgasen
verhindernden Hochvakuum angeordnet sind, d. h. Entladungsröhren mit der an sich
bekannten autoelektronischen Entladungsform, verwendet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. i dargestellt. In
einem Glasgefäß i, das als Kugel mit zwei nach verschiedenen Seiten hin ausladenden
Armen ausgebildet ist, ist eine Funkenstrecke 2 angeordnet. Die Elektroden der Funkenstrecke
sind knopfförmig ausgebildet und auf zwei Zuleitungsstangen 3 angeordnet. Die Zuleitungsstangen
verlaufen durch die Arme des Glasgefäßes und sind luftdicht nach außen geführt.
Ihre beiden Enden sind einerseits mit der Leitung q., anderseits mit der Erde 5
verbunden.
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Der Abstand der beiden Elektroden schwankt zwischen i mm und i cm;
er hängt von der Form und dem Material der L.lektroden ab sowie von der Spannung
der zu schützenden Leitung. Ein Abstand von 2 mm hat sich für eine 22 KV-Leitung
bei Verwendung von Aluminiumelektroden als günstig herausgestellt.
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Als Material eignet sich am besten Wolfram oder Aluminium, weil sich
mit diesen Metallen die notwendige Entgasung am leichtesten durchführen läßt. Man
kann aber auch Graphit oder Kupfer verwenden.
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Um das Vakuum auch im Betriebe -aufrechterhalten zu können, ist es
zweckmäßig, eine weitere Elektrode vorzusehen, welche in bekannter Weise zur Entgasung
der Funkenstrecke dient. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einer derartigen
Elektrode 6, die durch einen im Vakuumgefäß -zusätzlich angebrachten Arm 7 in das
Innere des Gefäßes luftdicht eingeführt ist.
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Das hohe Vakuum bewirkt, daß beim Auftreffen einer Überspannungswelle
zwischen den Elektroden zunächst eine reine Elektronenentladung entsteht, die aber
sehr schnell zu einer Lichtbogenentladung führt. Mit dem Verschwinden der Übergangswelle
erlischt der Lichtbogen, und der Überspannungsableiter
erhält seine
isolierende Wirkung wieder. Die Zeit, die verstreicht, bis die reine Elektronenentladung
in eine Lichtbogenentladung übergeht, beträgt nicht mehr als To-' Sekunden. Die
Zeit, während der der .Lichtbogen stehenbleibt, hängt von der Dauer und Höhe der
Überspannung ab und schwankt bei Entladungsstromstärken bis zu 2o ooo Amp. zwischen
i und io # ro-3 Sekunden.
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Das Spannungsgefälle der Funkenstrecke, bei dem ein Überschlag stattfindet,
beträgt ungefähr 5ooooo Volt pro Zentimeter bei Wolfram und iooooo Volt pto Zentimeter
bei Kohleelektroden. Durch geeignete Wärmebehandlung der Elektroden kann die elektrische
Festigkeit der Funkenstrecke erhöht oder verringert werden.
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Es gibt zwei Möglichkeiten, die Einrichtung zwischen Erde und Leitung
einzubauen. Gewöhnlich wird die Funkenstrecke ohne Zwischenschaltung eines Widerstandes
zwischen Leitung und Erde gelegt. In diesem Falle wird die Entladezeit so gering,
daß die Schutzeinrichtung wieder ihre isolierende Wirkung erhält, bevor ein von
der Betriebsspannung hervorgerufener Strom nachfließen kann. Die zweite Art, die
Schutzeinrichtung zu schalten, unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß ein
Widerstand, der gewöhnlich ungefähr dem Wellenwiderstand der Leitung entspricht,
mit der Funkenstrecke in Serie geschaltet wird. Diese Einbauart wird bei Netzen
größerer Leistung verwendet. Der eingebaute Widerstand hat eine Entladeverzögerung
zur Folge. Dadurch wird von der Betriebsspannung ein Strom in der Ableitung hervorgerufen,
während noch die Überspannung vorhanden ist. Dieser Strom wird aber in den meisten
Fällen beim Nulldurchgang der Betriebsspannung zum Verschwinden gebracht, spätestens
innerhalb der nachfolgenden Halbperiode.
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Vorzugsweise wird der in Reihe finit der Schutzeinrichtung liegende
Widerstand so ausgebildet,' daß seine Leitfähigkeit finit der Spannung zunimmt,
und zwar am günstigsten mit einer höheren Potenz, z. B. mit der dritten Potenz der
Spannung. Dann wird mit zunehmender Amplitude der Überspannungswelle der abfließende
Energiestrom wachsen. Einen Widerstand, dessen Leitfähigkeit mit einer höheren Potenz
der Spannung zunimmt, stellt z. B. ein Röstprodalt aus Carborundum dar, dem his
zu io % freier Kohlenstoff beigemengt ist. Auch N@Tolfraindrähtchen, die
in einem Vakuum oder in einem trägen Gase angeordnet sind, besitzen derartige spannungsabhängige
Widerstandskennlinien.
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In Fig. 3 ist eine Schutzeinrichtung in Serie mit einem Widerstand
8 dargestellt. Die Anordnung liegt parallel zu einer I.olatorkette und ist
an einer besonderen Traverse eines Hochspannungsmastes aufgehängt. Das Vakuumgefäß
ist als eine lange Röhre 9 ausgebildet, die Elektroden t o haben eine kegelförmige
Gestalt. Zum Schutz des Vakuumgefäßes ist. ein Schirm t i vorgesehen, der Beschädigungen,
clie in der Hauptsache durch Witterungseinflüsse entstehen können. verhüten soll.
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Statt einer einzigen Funkenstrecke können auch, wie in Fig. d. ausgeführt,
mehrere in besonderen Vakuumgefäßen angeordnete, in Serie geschaltet werden. Dadurch
wird die Sicherheit der Einrichtung bedeutend erhöht. Auch wenn eine Funkenstrecke
ausfällt, bleibt dennoch die Schutzwirkung der Einrichtung bestehen. Durch Veränderung
des Abstandes oder der Form der Funkenstrecken kann der Zeitpunkt des Überschlages
bei den einzelnen Funkenstrecken verschieden eingestellt werden. Bei gleich ausgebildeten
Funkenstrecken kann auch, wie in Fig. 4. dargestellt, eine Kapazität 12 zu einzelnen
Funkenstrecken parallel geschaltet werden, um bei diesen das Entstehen des Lichtbogens
zu verzögern.
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Bei glatten Wandungen des Vakuumgefäßes besteht die Gefahr einer Entladung
von Einschmelzstelle zu Einschmelzstelle der Elektrodenzuleitungen. Diese Gefahr
wird, wie in Fig. 5 dargestellt, dadurch vermindert, daß die Wandungen
13 wellenförmig ausgebildet und damit die Kriechwege für den Erstladestrom
vergrößert werden. Durch eine derartige Gestaltung der Wandurig läßt sich bei gleicher
Betriebssicherheit die Baullnge des Gefäßes gegenüber der Baulänge eines Gefäßes
mit glatten Wandungen bedeutend verringern.
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An den Einschmelzstellen ist in Fig. 5 die Wandung um die Elektrodenzuführung
manschettenartig, i4., bis zu den eigentlichen Elektroden verlängert. Es soll dadurch
ein Überschlag von Zuleitung zu Zuleitung innerhalb des Glasgefäßes vermieden werden,
auch dann, wenn ein Überschlag durch Gasbildung an den Zuführungen an sich ermöglicht
würde.