DE663465C

DE663465C - Surge arrester with valve-like arrester element

Info

Publication number: DE663465C
Application number: DES99941D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dietrich Mue Hillebrand
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1931-07-22
Filing date: 1931-07-22
Publication date: 1938-08-06

Description

Überspannungsableiter mit ventilartigem Ableiterelement Überspannungsableiter mit Ableiterelement von ventilartigem Charakter sind bekannt. Ihre Wirkung beruht darauf, daß ihr Widerstand mit zunehmender Spannung sehr stark abnimmt, so daß sie imstande sind, Wanderwellen wirksam abzusenken.Surge arrester with valve-like arrester element Surge arrester with diverter element of valve-like character are known. Their effect is based that their resistance decreases very sharply with increasing tension, so that they are able to effectively reduce traveling waves.

Wenn; derartige Überspannungsableiter die aus entfernten Blitzschlägen stammenden Überspannungsenergien abzuleiten haben, ist der abgeleitete Strom durch den gegenüber Wanderwellen wirksamen Widerstand der Leitung begrenzt. Bei Blitzschlägen in unmittelbarer Nähe des Ableiters verläuft jedoch der Ableitungsvorgang so, als ob dem Überspannungsableiter die an der Blitzeinschlagstelle vorhandene Spannung aufgedrückt würde. Die Ableiterstromstärke ist dann nur durch die Ergiebigkeit des Blitzstromes begrenzt. Es tritt daher der Nachteil ein, daß der Überspannungsableiter einen großen Teil des Blitzstromes aufnehmen muß, und da es nicht möglich ist, Ventilableiter wirtschaftlich zu bauen, die erhebliche Teile des Blitzstromes aufnehmen können, so wird das ventilartige Ableiterelement überlastet und zerstört.If; Such surge arresters from distant lightning strikes have to derive overvoltage energies, the diverted current is through limits the resistance of the line effective against traveling waves. In the event of lightning strikes in the immediate vicinity of the arrester, however, the derivation process proceeds as whether the surge arrester is aware of the voltage present at the point of lightning strike would be pushed. The arrester current strength is then only determined by the productivity of the Lightning current limited. There is therefore the disadvantage that the surge arrester must absorb a large part of the lightning current, and since it is not possible, valve arresters to be built economically, which can absorb considerable parts of the lightning current, so the valve-like diverter element is overloaded and destroyed.

Die Erfindung bezieht sich auf Überspannungsableiter mit ventilartigem Ableiterelement, dessen gegenüber Wanderwellen wirksamer Widerstand mit zunehmender Spannung sich stetig erniedrigt und dem in an sich bekannter Weise ein stromunabhängiger Widerstand vorgeschaltet ist. Sie besteht darin, daß auf den mit dem Ableiterelement in Reihe geschalteten Widerstand, dessen gegenüber Wanderwellen wirksamer Widerstand sich mit dem Strom nahezu nicht ändert oder mit zunehmendem Strom sogar ansteigt, im Bereich der normalen Ableiterstromstärken ein unbedeutender- Teil der gesamten Ableiterspannung entfällt.The invention relates to surge arresters with valve-like Arrester element whose resistance to traveling waves increases with increasing The voltage is steadily decreasing and, in a manner known per se, a current-independent one Resistance is connected upstream. It consists in the fact that with the arrester element Resistor connected in series, whose resistance to traveling waves is effective hardly changes with the current or even increases with increasing current, in the range of normal arrester currents an insignificant part of the total Arrester voltage is not applicable.

Hierdurch ist ein ausreichender Schutz des ventilartigen Ableiterelements gegen Zerstörung durch die Blitzenergie ohne Beeinträchtigung des normalen Ableitungsvorganges erreicht, weil sich bei Ableitung direkter Blitzschläge gegenüber dem normalen Betriebsfall eine erhebliche Verschiebung der Widerstandswerte von Ableiterelement und Reihenwiderstand ergibt.This provides sufficient protection for the valve-like diverter element against destruction by the lightning energy without impairing the normal discharge process achieved because, when directing direct lightning strikes, compared to normal operating conditions a significant shift in the resistance values of the arrester element and series resistance results.

Es ist bekannt, bei Hörnerableitern (Lichtbogenableitern), Funkenstreckenableitern ünd Elektrolytableitern einen Ohmschen Reihenwiderstand zu verwenden. Dieser hat jedoch bei den bekannten Überspannungsableitern nicht die Aufgabe, den Ableiter vor Überlastung durch nahe Blitzschläge zu schützen. Er soll vielmehr .den nachfolgenden Betriebsstrom so weit drosseln, daß der eingeleitete Ableitungsvorgang unterbrochen wird, und ferner soll er die Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen verhindern, weshalb er auch dementsprechend bemessen ist.It is known for horn arresters (arc arresters), spark gap arresters and electrolyte arresters to use an ohmic series resistance. This one has However, with the known surge arresters not the task of the arrester protect against overload from nearby lightning strikes. Rather, it should. The following Throttle the operating current so far that the initiated discharge process is interrupted will, and it should also generate high-frequency vibrations prevent, which is why it is dimensioned accordingly.

Ferner sind Überspannungsableiter mit stromabhängigen Widerstandsplatten bekanntgeworden, bei dem bei geringen Spannungen nur ein sehr niedriger Strom über den Ableiter fließt, während bei weiterem Spannungsanstieg der Strom so stärk ansteigt, daß infolge der raschen Abfuhr der Ladung die Überspannung sofort abklingt. Bei diesen Überspannungsableitern hat man bereits die stromabhängigen Widerstandsplatten mit Platten aus stromunabhängigem Material abwechseln lassen, also zu den stromabhängigen Widerstandsplatten solche ans stromunabhängigem Material in Reihe geschaltet.: Das geschah aber zu dem Zweck; den Überspannungsableiter durch Hinzunehtuen von stromunabhängigen Platten zu verbilligen.There are also surge arresters with current-dependent resistance plates became known, in which at low voltages only a very low current over the arrester flows, while with a further increase in voltage the current increases so much, that as a result of the rapid discharge of the charge, the overvoltage subsides immediately. at These surge arresters already have the current-dependent resistance plates alternate with plates made of non-current-dependent material, i.e. to the current-dependent ones Resistance plates such connected in series to the current-independent material .: The but it was done for the purpose; the surge arrester by adding current-independent Cheaper plates.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung veranschaulicht werden. Fig. i stellt die Anordnung schematisch dar. Es bedeutet io die durch den Ableiter geschützte Hochspannungsleitung, i I .die Erde. 12 ist eine Vorschaltfunkenstrecke, 13 ein Ableiterelement von ventilartigem Charakter.. i q. ist ein Vorschaltwiderstand von nahezu konstantem Wert bei allen Stromstärken.The invention is to be illustrated with the aid of the drawing. Fig. i shows the arrangement schematically. It means io the one protected by the arrester High voltage line, i I. earth. 12 is a series spark gap, 13 is a Discharge element of valve-like character .. i q. is a series resistor of almost constant value at all currents.

Fig.2 ist ein Schaubild, welches die Abhängigkeit der Ableiterspannung von dem Ableiterstrom darstellt. Die Spannung ist auf der vertikalen Achse, der Strom auf der horizontalen Achse aufgetragen. Beide Achsen sind im logarithmischen Maßstab geteilt. Die Gerade a veranschaulicht die Charakteristik eines idealen Ventilableiters, der eine Leitung mit 2 kV Betriebsspannung schützen möge und auf eine Sperrspannung von 2,5 kV eingestellt ist. Dieses ventilartig wirkende Ableiterelement würde beim Auftreten von Überspannungen, welche die Sperrspannung überschreiten, Ströme von beliebiger Höhe ableiten, die nur durch die Wanderwellenenergie selbst begrenzt würden. Bei einem direkten Blitzschlag würde daher der Ableiter mit einem so hohen Strom belastet, daß er zerstört würde.Fig.2 is a graph showing the dependency of the arrester voltage of the arrester current. The voltage is on the vertical axis, the Current plotted on the horizontal axis. Both axes are logarithmic Shared scale. The straight line a illustrates the characteristics of an ideal valve arrester, which may protect a line with 2 kV operating voltage and a reverse voltage of 2.5 kV is set. This diverter element, which acts like a valve, would be at Occurrence of overvoltages that exceed the reverse voltage, currents of derive any height that is only limited by the traveling wave energy itself would. In the event of a direct lightning strike, the arrester would therefore have such a high Electricity charged that it would be destroyed.

b bezeichnet die Charakteristik des Ventilelementes mit vorgeschaltetem, nahezu bei allen Stromstärken konstantem Widerstand. Man sieht, daß diese Ableiteranordnung bei normalen Überspannungen trotz des Vor-Schaltwiderstandes imstande ist, Ströme von einigen iooo Ampere abzuleiten. Bei entfernten Blitzschlägen, bei denen die Stromstärke durch den gegenüber Wanderwellen wirksamen Widerstand begrenzt wird, ist dabei der Anteil der Spannung,' der auf den vorgeschalteten Widerstand entfällt, ebenfalls klein im Vergleich zur gesamten Ableiterspannung, so daß das Fassungsvermögen des Ableiters immer noch sehr groß ist.b designates the characteristics of the valve element with an upstream, Constant resistance for almost all currents. It can be seen that this arrester arrangement in the case of normal overvoltages, despite the series switching resistance, it is capable of generating currents derived from a few iooo amps. For distant lightning strikes in which the Current strength is limited by the resistance effective against traveling waves, is the portion of the voltage that is attributable to the upstream resistor, also small compared to the total arrester voltage, so that the capacity of the arrester is still very large.

r Iiy nahen Blitzschlägen erhöht sich dagegen cfie Gesamtspannung auf einige ioo kV: Aus F g. 2 der Erfindung ergeben sich z. B. folgende Größen: Bei einem Ableiterstrom fron Wirksamer Reihen Spannung an - Ventil- Ableiter und widerstand Widerstand Widerstand =oo A 25 Ohm 2 Ohm 2 700 V zoooA 1,5 _ 2 - 3 500 V Io ooo A 0,25 - 2 - 22 500 V Aus diesen Zahlen ist ersichtlich, wie stark sich beim Erfindungsgegenstand das Verhältnis zwischen wirksainern Widerstand und Reihenwiderstand verschiebt, je nachdem, ob der normale Ableiter Strom öder die Energie eines Blitzschlages abgeführt wird. Der Ableiterstrom bleibt deshalb bei nahen Blitzschlagen auf einen zulässigen Wert begrenzt, indem außerhalb- des Ableiters zum nächstschwächsten Teil der Anlage ein Überschlag eintritt. Der nächstschwächste Teil der Anlage kann an eine beliebige" Stelle verlegt werden, an welcher ein Überschlag außerhalb des Ableiters keinen Schaden anrichtet.In contrast, when lightning strikes are close by, the total voltage increases to a few 100 kV: From F g. 2 of the invention result, for. B. the following sizes: In the case of an arrester current fron Effective rows of tension - Valve trap and resistance resistance resistance = oo A 25 ohms 2 ohms 2 700 V. zoooA 1.5 _ 2 - 3 500 V Io ooo A 0.25 - 2 - 22 5 0 0 V From these figures it can be seen how much the relationship between effective resistance and series resistance shifts in the subject of the invention, depending on whether the normal arrester current or the energy of a lightning strike is dissipated. The arrester current therefore remains limited to a permissible value in the event of lightning strikes in the vicinity, as a flashover occurs outside the arrester to the next weakest part of the system. The next weakest part of the system can be relocated to any "point where a flashover outside the arrester will not cause any damage.

Fig. 3 gibt ein Schaubild für eine analoge Anordnung mit einem spannungsabhängigen Widerstand wieder.3 shows a diagram for an analog arrangement with a voltage-dependent one Resistance again.

c ist die Charakteristik des spannungsabhängigen Elementes allein; d die Charakteristik der Kombination. Auch hier kann der Ableiter, wenn die Ableiterspannung in der Größenordnung von io kV liegt, noch Ströme von mehreren iooo Ampere ableiten, während sich bei höher ansteigender Spannung, insbesondere wenn diese die Größenordnung von mehreren loo kV annimmt, der Spannungsanteil des Vorschaltwiderstandes so stark erhöht, daß der Ableiterstrom dadurch unter einem zulässigen Grenzwert gehalten wird.c is the characteristic of the voltage dependent element alone; d the characteristics of the combination. Again, the arrester can if the arrester voltage is in the order of magnitude of 10 kV, can still derive currents of several thousand amperes, while at higher increasing voltage, especially if this is the order of magnitude of several loo kV, the voltage component of the series resistor is so strong increased so that the arrester current is kept below a permissible limit value will.

Das Schaubild Fig. q. zeigt endlich berechnete Werte für die Belastung des Ableiters mit und ohne Vorschaltwiderstand. Auf der vertikalen Achse ist die Belastung in Watt, auf der horizontalen Achse die Spannung in kV aufgetragen.The diagram Fig. Q. shows finitely calculated values for the load of the arrester with and without series resistor. On the vertical axis is the Load in watts, the voltage in kV plotted on the horizontal axis.

e zeigt die Belastung eines spannungsabhängigen Ableiterelementes, f die Belastung i dieses Elementes mit in Reihe geschaltetem konstantem Widerstand. Man erkennt, daß das spannungsabhängige Ableiterelement um mehr als eine Größenordnung durch die Hintereinanderschaltung mit dem Ohmschen i Widerstand entlastet wird und daß bei entfernten Blitzschlägen die Belastungsfähigkeit .nicht nennenswert eingeschränkt wird. Naturgemäß kann die Wirkung des Vorschalt-Widerstandes noch wesentlich verstärkt wer-,: den durch die Anwendung von Materialien oder Anordnungen, deren Widerstand mit zunehmender Spannung bzw. zunehmendem Strom anwächst. Ein derartiges Verhalten' zeigt beispielsweise eine in ihrem Querschnitt begrenzte elektrische Entladung.e shows the load on a voltage-dependent arrester element, f is the load i of this element with a series-connected constant resistance. It can be seen that the voltage-dependent arrester element by more than an order of magnitude is relieved by the series connection with the ohmic resistor and that with distant lightning strikes the resilience .not is significantly restricted. Naturally, the effect of the ballast resistor are significantly reinforced: by the use of materials or arrangements, whose resistance increases with increasing voltage or increasing current. Such a thing Behavior 'shows, for example, an electrical limited in its cross-section Discharge.

Claims

PATENT CLAIM: Surge arrester with valve-like arrester element, whose resistance to traveling waves increases with increasing voltage steadily decreased and a current-independent resistor is connected upstream, thereby marked, .daB on the resistor connected in series with the arrester element, Its resistance, which is effective against traveling waves, hardly changes with the current changes or even increases with increasing current, in the range of normal arrester currents an insignificant part of the total arrester voltage is omitted.