-
Sicherungsanordnung für Hochspannungsanlagen Hochspannungssicherungen,
deren Schmelzelement sich in einem Isolierrohr befindet, werden häufig bei Gewittern,
insbesondere durch unmittelbare Blitzschläge, zertrümmert, weil der Schmelzleiter
durch Stoßströme so schnell in Metalldampf verwandelt wird, .daß eine Sprengwirkung
zustande kommt. Diese Wirkung tritt sowohl bei vollkommen geschlossenen Sicherungen
mit Löschmittelfüllung ein als auch bei Ausblassicherungen, die an einer oder an
beiden Stirnseiten offen sind. Eine Sicherung, die beispielsweise eine Energiemenge
von 12 Kilowattsekunden ohne Schwierigkeiten aufnehmen kann, wenn der Energieumsatz
über einige Millisekunden verteilt vor sich geht, kann schon durch eine Energiemenge
von 3 Kilowattsekunden gesprengt werden, wenn diese innerhalb einiger Mikrosekunden
auftritt. Eine Ursache hierfür kann darin erblickt werden, daß zwischen den Polen
von Sicherungen, die infolge von Stoßströmen durchschmelzen sehr hohe Spannungen
entstehen können. Wenn nämlich der Schmelzleiter plötzlich verdampft, ,ist der Metalldampf
zunächst ein guter Isolator, der sich plötzlich an Stelle des gutleitenden Schmelzstreifens
zwischen die Pole der Sicherung einschaltet und den Stromfluß augenblicklich abzuriegeln
sucht. Die magnetische Energie / des-Stoßstromes wirkt aber einer plötzlichen Stromunterbrechung
entgegen und verursacht einen Spannungsanstieg an der Unterbrechungsstelle. Die
an den Polen der Sicherung auftretende Spannung ist nun um so höher, je steiler
der Anstieg des Stoßstromes, also je größer die Gefahr für ein Zersprengen
des Sicherungsrohres ist. Man kann ,demnach die Höhe der entstehenden Spannung an
den Polen der Sicherung als Maßstab für die Beanspruchung der Sicherungsröhren auf
Zersprengen verwenden und somit die Zersprengung verhindern, indem man die Spannungsbeanspruchung
mit Hilfe einer Funkenstrecke begrenzt.
-
Es ist bekannt, Schmelzsicherungen, wie sie beispielsweise ganz allgemein
in elektrischen Fernmeldeanlagen verwendet werden, durch eine parallel beschaltete
Funkenstrecke zu
schützen, die es auch bei verhältnismäßig kleinen
Stromstärken gestatten soll, kurzzeitige Überspannungen aufzunehmen, ohne daß die
Sicherung durchbrennt. Eine andere bekannte Anordnung besteht aus einer geschlossenen
Freileitungssicherung, zu der eine Funkenstrecke parallel geschaltet ist, die jedesmal
beim Ansprechen der Sicherung einen Überschlag einleiten soll, um die stoßartigen
Rückwirkungen aufzunehmen, die bei einer durch die Sicherung herbeigeführten Stromunterbrechung
auftreten. Durch das häufige Ansprechen der Funkenstrecke wird aber der Vorteil
der geschlossenen Sicherungsbauweise, die darin besteht, daß frei im Raume brennende
Lichtbögen nach Möglichkeit unterbunden werden, so gut wie hinfällig.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, in Hochspan ungsanlagen
die Zertrümmerung von Sicherungsrohren mittels einer parallel geschalteten, auf
gefährliche Überspannungen ansprechenden Funkenstrecke zu vermeiden, führte nun
zu folgender Überlegung, auf der sich die Erfindung aufbaut: Da durch Blitzströme,
die in eine Station einziehen, Schmelzsicherungen, verglichen mit anderen Schaltgeräten,
besonders gefährdet sind, weil sie, noch während der Blitzstrom fließt, abzuschalten
versuchen und dabei aus den oben angegebenen Gründen gewöhnlich zerstört werden,
so verzichtet man in solchen, und zwar nur in solchen Fällen lieber auf die Abschaltung
durch die Sicherungen in dieser Station und überläßt die notwandigen Abschaltungen
einer übergeordneten Unterbrechungseinrichtung, die infolge ihrer Bauart oder infolge
ihres Einbauortes durch den aufgetretenen Blitz nicht gefährdet ist. Die Annäherung
der Sicherungspole aneinander braucht nun aber nicht so weit zu gehen, daß etwa
dadurch die Sicherung nach der Zerstörung .des Schmelzleiters einen besonders schwachen
Punkt in der Anlage bildet und deren Betriebssicherheit gegenüber dein durch die
Isolationsfestigkeit der übrigen Einrichtungen eingehaltenen Mindestwert herabsetzt.
Der gewünschte Ablauf der Vorgänge bei einem Blitzschlag tritt vielmehr auch dann
ein, wenn erfindungsgemäß der Elektrodenabstand der zur Sicherung parallel geschalteten
Funkenstrecke so groß ist, daß der Isolationswert der nach demnAnsprechen der Sicherung
vorhandenen Trennstrecke größer ist als der Mindestisolationswert der übrigen Anlagenteile.
Die Überschlagspannung zwischen den Funkenstreckenelektroden wird also nicht etwa
auf einen niedrigeren Wert herabgedrückt als die Überschlagsspannung der Isolatoren
in der Anlage, in der die Sicherung eingebaut ist. Die Gefahr eines Überschlages
an diesen Isolatoren durch eine an der Sieherung möglicherweise entstehende Überspannung
besteht trotzdem nicht, da ja die Isolatoren nicht zur Sicherung parallel liegen,
sondern die im Betriebe spannungführenden Teile mit der Erde verbinden. Falls also
der Ausgleich einer an der Sicherung entstandenen Überspannung über einen Isolator
verlauten sollte, so müßte seine Bahn über Erde und einen weiteren Isolator, d.
h. mindestens über zwei Isolatoren hintereinander führen, so daß ein Überschlag
infolge einer solchen Überspannung auch bei der angegebenen Bemessung des Elektrodenabstandes
niemals an einem Isolator auftreten kann, sondern stets an der Funkenstrecke erfolgen
muß. Die vorn Üblichen abweichende erfindungsgemäße Bemnessung von zu Sicherungen
parallel geschalteten Funkenstrecken hat jedoch den Vorteil, daß die Ausbildung
frei im Raume brennender Lichtbögen auf diejenigen Fälle beschränkt ist, die sowieso
nicht einwandfrei beherrscht werden können, nämlich auf die Folgen von Blitzschlägen
in nächster Nähe der Sicherungen. Diese Folgen können durch die Erfindung wenigstens
gemildert werden, indem sie nicht zur völligen Zerstörung der Sicherungskörper führen
können. Dazu brauchen die Sicherungsrohre, da die für die erfindungsgemäß höchstmögliche
Innenbeanspruchung erforderliche Festigkeit des Sicherungskörpers bei Anwendung
der bisher für Sicherungsrohre üblichen Wandstärken bereits erreicht oder übertroffen
ist, nicht einmal stärker bemessen zu «werden, im Gegenteil, sie können sogar infolge
der durch die Annä herung der Elektroden erzielten Begrenzung der Beanspruchung
auf Zersprengen in vielen Fällen noch schwächer gewählt werden. Andererseits ist
aber mnit der Erfindung der Vorteil verbunden, daß der Weiterbetrieb anderer etwa,
hinter der übergeordneten Unterbrechungseinrichtung abgezweigter -Netzteile durch
die Zerstörungen in der vom Blitz getroffenen Station nicht verhindert wird. Div
nach der Erfindung ausgebildeten Sicherungen schalten zwar diese Station nicht ab,
brennen jedoch -durch, sodal) die kranke Station vorn Netz abgetrennt ist, wenn
die übergeorrInete Unterbrechungseinrichtung beispielsweise durch eine selbsttätige
Einrichtung sofort wiedereingeschaltet wird. lach Abtrennung des kranken Anlageteiles
ist infolge der erfindungagernäßen Bemessung des Elektroden:abstandes der Isolationswert
der ini Betriebe verbleibenden gesun:len Netzteile der gleiche wie im Normalzustand.
-
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele cier Erfindung
in den Fig. i und 2 dargestellt. Fig. 3 gibt eine besorider-e Anordnung der Sicherung
innerhalb eine Netzteiles an.
In Fig. I ist mit II ,das beispielsweise
aus Porzellan bestehende Sicherungsrohr bezeichnet, das durch die metallenen Kappen
12 und I3 beiderseits abgeschlossen ist. Zwischen den Kappen ist im Innern des Rohres
der Schmelzleiter I4 in Gestalt einer Locke untergebracht. Der Innenraum des Sicherungsrohres
ist mit einem die Lichtbogenlöschung fördernden Pulver gefüllt. Die Kappen Ia und
I3 besitzen einander zugekehrte lappenförmige Ansätze I5 und 16.
-
Statt der besonderen Kappenausbildung kann auch nach Fig.2 bei Benutzung
einer gewöhnlichen auswechselbaren Sicherung 2I zu dieser eine ortsfest eingebaute,
insbesondere mit Kugelelektroden 22 und 23 versehene Funkenstrecke von entsprechend
der Erfindung bemessener Schlagweite parallel geschaltet sein, die beispielsweise
an den Sicherungsträgern 24 und ä5 befestigt sind.
-
Nach der weiteren Erfindung werden die einander zugekehrten Enden
der Ansätze I5' und I6 abgerundet. Dadurch wird erreicht, daß die überschlagsspannung
bei Stoß verhältnismäßig nahe an der bei normaler Frequenz liegt. Die Funkenstrecke
kann infolgedessen verhältnismäßig kurz sein, ohne daß auch bei einer niedriger
Frequenz ein Überschlag zu befürchten ist, wie es bei scharfkantigen oder spitzen
Elektroden der Fall wäre Außerdem ist bekanntlich bei abgerundeten Elektroden der
Entladeverzug gering.
-
Da ein Überschlag zwischen den Elektroden des Sicherungsrohres im
allgemeinen einen Lichtbogen zur Folge hat, kann nach der weiteren Erfindung durch
Trennwände aus Isoliermaterial dafür gesorgt werden, daß der Lichtbogen keine großen
Zerstörungen anrichtet.
-
Es können erfindungsgemäß auch Röhren 26 (Fig. 2) aus Hartpapier oder
Fiber um die Überschlagsstrecke herum angeordnet sein, die eine so große lichte
Weite haben, daß sie durch den Blitzstrom nicht zersprengt werden, aber den darauf
folgenden Betriebs-oder Kurzschlußstromlichtbogen am Herumflattern verhindern. Dabei
tritt in den Röhren eine Auspuffwirkung auf, die unter Umständen den Lichtbogen
löscht, bevor der übergeordnete Schalter anspricht.
-
Fig. 3 zeigt einen Netzteil mit drei Unterstationen 34 32, 33, der
über einen Schalter 30 an eine Hauptleitung 29 angeschlossen ist. Die Unterstationen
sind durch erfindungsgemäß ausgebildete Sicherungen 41, 42 und 43 geschützt. Es
sei angenommen, daß in der Nähe der Unterstation 33 ein Blitz einschlägt. Dann schmilzt
der Streifen der Sicherung 43, und gleichzeitig findet an ihren Polen .ein Überschlag
statt. Es sei weiter angenommen, daß der Blitz in der Station 33 zur Erde überschlägt
und dabei einen Kurzschluß einleitet. Durch :den Kurzschlußstrom wird der Schalter
3o ausgelöst, der dann den Kurzschlußstrom unterbricht. Er wird dann beispielsweise
durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte selbsttätige Einrichtung sofort wieder
eingeschaltet. Die Stationen 3i und 32 werden dadurch wieder in Betrieb genommen,
während die beschädigte Station 33 abgetrennt ist. .