DE739248C - UEberspannungsableiter - Google Patents

UEberspannungsableiter

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DE739248C
DE739248C DES132899D DES0132899D DE739248C DE 739248 C DE739248 C DE 739248C DE S132899 D DES132899 D DE S132899D DE S0132899 D DES0132899 D DE S0132899D DE 739248 C DE739248 C DE 739248C
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DE
Germany
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spark gap
surge arrester
arrester according
voltage
gap arrangement
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Expired
Application number
DES132899D
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English (en)
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William E Berkey
Frederick B Johnson
Leon R Ludwig
Walter G Roman
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00Details of spark gaps
    • H01T1/16Series resistor structurally associated with spark gap
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12Overvoltage protection resistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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Description

  • Überspannungsableiter Bei überspannungsableitern für Hochspannungsanlagen werden in elektrischer Hinsicht eine Anzahl von Anforderungen gestellt, bezüglich deren die Ableiter durch die vorliegende Erfindung erheblich verbessert werden. Man verlangt im allgemeinen zunächst eine niedrige Stoßantsprechspannung, ferner einen möglichst kleinen Stoßfaktor, ein möglichst niedriges Schutzverhältnis und weiter ein möglichst hohes Ableitvermögen; außerdem sollen die Werte der Ansprechspannung, der Sperrspannung usw. möglichst konstant sein.
  • Die Stoßarnsprechspannung ist die Spannung, bei welcher der Ableiter anspricht und aus einem Isolator ein elektrischer Leiter wird, wenn er einer Stoßspannungswelle ausgesetzt wird. Es ist gebräuchlich, das Stoßansprechspannungsv erhältnis zu definieren als das Verhältnis dieser Spannung zum Scheitelwert der Nennspannung des Ableiters.
  • Der Stoßfaktor ist das Verhältnis der Stoßansprechspannung zum Scheitelwert der Ansprechspannung bei normaler Frequenz (6o Perioden).
  • Das Schutzverhältnis eines Ableiters ist das Verhältnis der Begrenzungsspannung zum Scheitelwert der Nennspannung des Ableiters, wobei man im allgemeinen einen Entladungsstrom von r5oo Amp. annimmt.
  • Das Ableitvermögen ist der Strombetrag, der- ohne Beschädigung des Ableiters abgeführt werden kann.
  • Die Sperrspannung ist derjenige Spannungswert, bei dem nach beendetem Ableitvorgang der Entladungsstrom plötzlich sehr stark abnimmt, um darauf als sogenannter nachfolgender Betriebsstrom abgeschaltet zu werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in erster Linie einen hinsichtlich seines Ableitvermögens und gleichzeitig hinsichtlich der Konstanz seiner Sperrspannung besonders hochwertigen Ableiter zu schaffen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf Überspantiungsableiter mit ventilartig wirkendem Ableiterelement in Gestalt eines oder mehrerer poröser Blöcke, und zwar unter Verwendung Halbleitender Stoffe, wie Siliciumcarbid. Derartige poröse Blöcke sind als Ableiter elemente für Überspannungsableiter an sich bereits bekannt, und zwar sind diese bekannten porösen Blöcke au: gehörntem Siliciumcarbid meist gepreßt und dann bei sehr hoher Temperatur gebrannt.
  • Der bekannte poröse Widerstandsblock mit keramischer Bindung nach der alten Ausführung hatte den Vorzug einer genau festliegenden Sperrspannung, bei welcher der Entladungsstrom plötzlich sehr stark abnimmt, so daß der Verluststrom bei normaler Betriebsspannung sehr klein war. Er hatte aber nur ein begrenztes Ableitvermögen infolge Stromkonzentration und lokaler Erhitzung, die unter Umständen leicht zu seiner Zerstörung führten, auch bestand eine etwas unbeständige Arbeitsweise insofern, als mit der Zeit die Ansprechspannung des gesamten Ableiters allmählich zunahm, da sich die Sperrwirkung des keramischen Blocks unter der Einwirhung vorkommender Entladungen verändern konnte.
  • Bekannt sind ferner Blöcke aus einem mit Wasserglas gebundenen Widerstandsmaterial, das getrocknet oder ausgebacken wird.
  • Das Kennzeichen der vorliegenden Erfindung besteht in folgender Kombination: Die als ventilartig wirkende Ableiterelemente dienenden Blöcke sind in an sich bekannter Weise aus gekörntem Siliciumcarbid mit Wasserglasbindung hergestellt, aber unter starkem Druck gepreßt und darauf bei mäßiger Hitze gebacken; Zusammensetzung der Bestandteile und Körnung sind so gewählt, daß ein poröses Endprodukt entsteht; diese Ableiterelemente sind mit einer zur Zündung des Entladungsstromes und Abschaltung des vermindertenEntladungsstromes vorgesehenen Schaltfunkenstreckenanordnung und mit einer diese Schaltfunkenstrecke ergänzenden, lediglich zur Abdrosselung des nachfolgenden Betriebsstromes vorgesehenen Löschfunkenstreckenanordnung in Reihe geschaltet; die Schaltfunkenstreckenanordnung besteht aus einer Reihe von Elektroden in Gestalt je einer Metallscheibe mit zentrischer Öffnung. in welche eine Hilfselektrode aus gut zündendem Werkstoff in Form eines vorzugsweise aus Sili.ciumcarbid bestehenden Prelkörpers eingesetzt ist. Bei einem wasserglasgebundenen Bloch, wie er beim Gegenstand der Erfindung verwendet wird, ist die Einhaltung eines scharf definierten Unterbrechungswertes schwieriger. aber der Strom wird doch jedenfalls auf einen Betrag mit einem Scheitelwert von etwa 2o bis 3o Amp. herabgesetzt, wenn nur die volle normale Betriebsspannung an dein ventilartig ,wirkenden Teil des Ableiters anliegt.
  • Bei einem Ableiter nach der Erfindung tritt die Spannung einer ankommenden Wanderwelle praktisch zunächst an den Reilienfunkenstrecken im Inneren des Ableiters auf. bis diese ansprechen. In diesem Augenblick verringert sich die Spannurig an den Funkenstrecken auf einen kleinen Betrag. wie er zum Aufrechterhalten des Entladungslichtbogens erforderlich ist, und praktisch die ganze Spannung der Wanderwelle liegt darauf an den porösen Blöcken an. Die porösen wasserglasgebundenen Blöcke haben nun den sehr großen Vorteil, auch Ströme bis zur Größenordnung von ioo ooo Amp. bewältigen zu können, und zwar bei derselben Bemessung. bei welcher die Widerstandsblöcke früherer Ausführung im Höchstfalle 3o ooo bis 5o ooo Amp. abführen konnten.
  • Weitere Vorteile, die durch die Erfindung. insbesondere durch die Vereinigung einer Funkenstreckenanordnung der gekennzeichneten Art mit einem porösen wasserglasgebundenen Block, erzielbar sind, bestehen in folgendem: Bislang betrugen die besten Werte für das Stoßansprechspannungsverhältnis lief Ableitern etwa 2,8 bis 3,o. Durch die Erfindung lädt sich der Wert dieses Verhältnisses unterhalb 2,5 herabsetzen, wodurch die Überspannung, der die Isolation des zu schützenden Gerätes praktisch ausgesetzt ist. wesentlich verkleinert wird.
  • Das Verhältnis der Ansprechspannung des Ableiters bei Normalfrequenz zur Aüleiternennspannung betrug bisher bei den besten Ableitern etwa 1,5 bis 2,o. Bei Ableitern nach der Erfindung lädt sich die untere Grenze dieses Wertbereiches auf 1,75 erhöhen. Eine hohe Ansprechspannung bei Normalfrequenz bzw. bei den nur wenig höher liegenden Frequenzen quasistationärer Vorgänge ist deshalb günstig, weil der Ableiter nicht während kleinerer Spannungswellen, die von Schaltvorgängen u. dgl. herrühren, aiispre-clien soll.
  • Darüber hinaus wird durch die Erfindung. mit der sowohl die Ventilelemente wie auch die Funkenstrecken der Ableiter verbessert werden, auch eine sehr weitgehende Konstanz der charakteristischen Werte des Ableiter:, insbesondere der Ansprechspamiung. des Sperrwertes usw. erzielt. Durch die Erfindung lassen sich besondere Ausführungsformen mit Rücksicht darauf schaffen, daß bei Verwendung der wasserglasgebundenen Blöcke mit einem besonders hohen nachfolgenden Betriebsstrom zu rechnen ist, welcher während der Zeitdauer bis zum ersten Stromnulldurchgang nach der Bedndigung der Ableitung der Überspannung noch fließt. Diese dauert im allgemeinen etwa 4o Mikrosekunden an, d. h. 1/4"o Periode bei Betriebsfrequenz. Wegen des hohen nachfolgenden Betriebsstromes ergab der Bau der Reihenfunkenstrecken, die diesen Strom zu unterbrechen haben, besonders schwierig zu erfüllende Anforderungen.
  • Dementsprechend ist beim Gegenstand der Erfindung die Funkenstreckenanordnung ausgebildet. Ein Teil davon, die Löschfunkenstrecke, dient zur Unterbrechung oder annähernden Unterbrechung des nachfolgenden Betriebsstromes, der den ventilartig wirkenden Teil des Ableiters durchfließt. Ein anderer Teil, die Schaltfunkenstrecke, dient zum Abschalten der Löschfunkenstrecke von der Betriebsspannung.
  • Im folgenden seien die Erfindungsmerkmale an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • Fig. i zeigt einen Längsschnitt eines Überspannungsableiters für mäßig hohe Nennspannung.
  • Fig. 2 zeigt in einem etwas kleineren Maßstab einen Ableiter für eine höhere Nennspannung.
  • Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform für verhältnismäßig kleine Nennspannungen.
  • Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Element einer Löschfunkenstfeckenanordnung.
  • Fig. 5 stellt eine Schnittansicht durch eine nach außen hermetisch abgeschlossene Schaltfunkenstreckenanordnung dar.
  • Der Ableiter befindet sich im Inneren eines Porzellangehäuses 5, das, wie Fig.3 beispielsweise zeigt, einteilig oder wie bei Fig. i und 2 aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein kann. An beiden Enden des rohrförmigen Gehäuses sind metallene Endverschlüsse 8 vorgesehen, die mit dem Porzellanteil 5 durch Kittüngen vereinigt sind. Diese Verbindungen sind im wesentlichen wasserdicht, bilden jedoch in der Regel keinen hermetischen Abschluß.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. i sind die beiden rohrförmigen Porzellanteile des Gehäuses durch Bolzen io miteinander verbunden. Der obere Gehäuseteil 5 enthält das für sich dicht abgeschlossene Schaltfunkenstreckenelement i i und etwa die Hälfte der porösen Blöcke, die den ventilartig wirkenden Teil 12 des Ableiters bilden. Der untere Gehäuseteil 5 enthält die übrigen porösen Blöcke und das dicht abgeschlossene Löschfunkenstreckenelement 13. Das Schaltfunkenstreckenelement i i ist za oberst nahe der zu schützenden Leitungsverbindung 14 am oberen Ende des Ableiters angeordnet, das Löschfunkenstreckenelement 13 zu unterst in der Nähe der Erdleitung 15.
  • Beide Funkenstreckenanordnungen i i und 13 sind in besonderen Gehäusen 16 und 17 abgeschlossen untergebracht. Ihre Gehäuse bestehen aus einem nicht porösen Porzellanrohr mitAbschlußkappen 18, die auf dem Porzellanrohr durch eine geeignete Spezialverbindung, bestehend aus einer Lötmetallverbindung 2o zwischen dem Metallteil und einem Metallüberzug ig, luftdicht befestigt sind. Die Kappen sind mit Anschlußstutzen 21 versehen, die normalerweise dicht verschlossen sind, aber auch geöffnet werden können, um trokkene, heiße Luft zwecks vollständiger Austrocknung der inneren Teile einzuführen.
  • Das Funkenstreckengehäuse 16 enthält eine Anzahl Schaltfunkenstrecken 22. Derartige Funkenstrecken haben im allgemeinen ein begrenztes Löschvermögen, weswegen mit ihnen besondere Löschfunkenstrecken zwecks Ergänzung der Löschwirkung zusammenarbeiten. Die Funkenstrecken 22 besitzen Metallelektroden 23, die durch Abstandsringe 24 gegeneinander isoliert sind. Ihr Stoßfaktor ist günstig beeinflußt durch gepreßte Einsätze 25 aus gekörntem Siliciumcarbid.
  • Zwischen der Endplatte 8 des äußeren Gehäuses und der Endplatte des Gehäuses 16 befindet sich ein metallener Abstandsring 26. Innerhalb des Gehäuses 16 ist der Stapel der Funkenstreckenelemente 22 von der Verschlußkappe i8 durch einen metallenen Abstandsring 26a getrennt. Eine Feder 27 preßt die Elemente elastisch gegeneinander. Zur Entlastung der Feder 27 vom Strom dient eine bewegliche Nebenschlußverbindung 28.
  • Das Gehäuse 16 wird von einer Schraubenfeder 29 getragen, die sich an einem Träger 31 abstützt. Unter diesem befindet sich eine Dichtungsscheibe 32.
  • Zur Einstellung der Ansprechspannung der Schaltfunkenstrecke bei normaler Frequenz wird die Länge des rohrförmigen Metallteiles 26 entsprechend gewählt. Hierdurch wird nämlich das elektrostatische Feld verändert, welches das obere Ende des Funkenstreckengehäuses umgibt, so daß durch Einsetzen verschieden hoher Ringe 26 die Ansprechspannung verändert werden kann.
  • Zwischen den porösen Blöcken 33 befinden sich leitende Scheiben 34. Die Blöcke können in verschiedenen Einheiten, z. B. für 3 kV oder 5 kV bemessen und in entsprechender Zahl je nach Nennspannung des Ableiters zusammengesetzt sein. Sie sind vorzugsweise an beiden Enden mit Metall, insbesondere mit Kupfer überzogen, das durch Spritzen aufgebracht wird, so daß sich ein guter elektrischer Kontakt ergibt.
  • Es ist von besonderem Vorteil, die Seitenwandungen der porösen Blöcke bzw. Scheiben 33 durch einen isolierenden Überzug mit Wachs o. dgl. zu schützen und den gesamten Stapel der Widerstandselemente gegebenenfalls mit einem dicken gemeinsamen Überzug aus Wachs o. dgl. zu umkleiden, der die Elemente zusammenhält.
  • Nach dem Einsetzen des Stapels der Blöcke 33 ist der Zwischenraum zwischen den Blökken und der inneren Wandung des Gehäuses 5 mit einer Füllung von isolierenden Eigenschaften, insbesondere mit heißem Wachs 37, vergossen, so daß die Scheiben sich nicht verschieben können und eine Entladung längs ihrer Außenseite verhindert ist. Die Zwischenwand 31 und die Dichtung 32 verhüten ein Durchfließen: des Wachses in dem oberen Teil des Gehäuses beim Eingießen, daß bei umgestülptem Gehäuse vorgenommen wird. Die Blöcke 33 im oberen Gehäuseteil ruhen auf einer unter Federwirkung stehenden Platte 38, welche wiederum auf der Bodenplatte 39 des Gehäuses ruht.
  • Entsprechend ist im unteren Gehäuseteil 5 eine Zwischenwand 3 iu und eine federnd abgestützte Platte q.o vorgesehen, unterhalb deren sich die übrigen Widerstandsblöcke 33 befinden, die von der Löschfunkenstreckenanordnung 13 durch eine ebenfalls mit einem flexiblen Nebenschluß versehene Schraubenfeder d.1 getrennt sind.
  • Das Löschfunkenstreckengehäuse 17 enthält einen metallenen Abstandsring 42, unter dem sich die Funkenstreckeneinheiten 4.3 befinden. Jede von diesen besteht bei der Ausführungsform nach Fig. i in einem Widerstandsring 44 aus einem gepreßten Widerstandsmaterial, in dessen Mitte eine Mehrzahl von Löschfunkenstreckenelementen 45 angeordnet sind.
  • Bei allen gezeigten Ausführungsformen mit Ausnahme der nach Fig. 5 sind drei Löschfunkenstreckenelemente.45 in je einem Widerstandsring 44 vorgesehen. Die Einzelheiten zeigt Fig. d.. Jede Funkenstrecke besteht aus zwei metallenen Elektrodenplatten .47 aus Messing o. dgl. mit zwei konzentrischen ringförmigen Einpressungen 48, 49. Diese werden durch Isolierringe 51, die aus Glimmerlamellen o. dgl. zusammengesetzt sein können, voneinander im Abstand gehalten. Er liegt auf an den nicht eingedrückten Stellen der beiden Platten zwischen den beiden Einpressungen d.8 und 49. Die Elektrodenplatten sind vorzugsweise aus Blech gedrückt, und die Kanten der Einpressungen sind vorteilllafterweise etwas abgerundet. Von besonderer Wichtigkeit ist das weitere neue Merkmal einer unter Federdruck stehenden Platte 52, die aus einem flachen, dünnen Blech mit mehreren Laschen 53 am Umfang besteht. Die Laschen sind aus dem Blech herausgeschnitten und nach oben gebogen, so daß sie nachgiebige Federkörper bilden, die mit den Ringen .1q. aus Widerstandsmaterial im Eingriff stehen. Der Stapel der drei Funketistreckenelemente .I5 ist also ein wenig höher wie der Widerstandsring q.4. Die Herstellungstoleranzen können demnach verhältnismäßig groß sein, da sie durch die Federkörper 53, die einen guten elektrischen Kontakt sicherstellen, unter allen Umständen ausgeglichen werden.
  • Der Boden des Stapels der Löschfunkenstrecken 43 wird bei der Anordnung 17 von Fig. i durch eine mit Nebenschluß versehene Schraubenfeder 54 getragen, welche auf der unteren Kappe des Gehäuses 17 ruht. Der Druck der Feder 5.4 ist natürlich größer wie der der Federkörper 53 an den Endblechen 52. ;Die Löschfunkenstreckenanordnung 17 ist unmittelbar auf der unteren Endplatte des Gehäuses 5 aufgesetzt.
  • Der in Fig. i gezeigte Ableiter arbeitet folgendermaßen: Der Stapel der porösen Blöcke 33, der den ventilartig wirkenden Teil bildet, ist für die volle Nennspannung des Ableiters bemessen und jede der beiden Funkenstreckenanordnungen, Schaltfunkenstrecke und Löschfunkenstrecke, ist ebenfalls je für die volle Betriebsspannung bemessen. Die Schaltfunkenstreckenanordnung 22 läßt normalerweise keinen Strom fließen, so daß die Isolierringe 24 die Widerstandsanordnung 12 und die Löchfunkenstreckenanordnung 13 von der Betriebsspannung isolieren. Die volle Betriebsspannung liegt also im wesentlichen an der Schaltfunkenstrecke i i. Die Schraubenfeder27 unterhalb der Schaltfunkenstrecke befindet sich auf einem im Vergleich zur Betriebsspannung sehr geringen Potential.
  • Die Schaltfunkenstrecke i i hat keinen so niedrigen Stoßfaktor wie die Löschfunkenstrecke 13, aber beide zusammen schützen die Widerstandsanordnung 12: es ist nicht erforderlich, daß jedes einzelne der beiden Funkenstreckenelemente einen äußerst niedrigen Stoßfaktor hat.
  • Die Schaltfunkenstrecke hat bei Überspannung normaler Frequenz eine Ansprechspannung von etwa 125 bis 150 °1o der Nennspannung. Treten solche Überspannungen auf, so sinkt die Spannung an der Schaltfunkenstrecke i i auf einen gegenüber der Betriebsspannung sehr geringen Wert und der grölte Teil der Betriebsspannung erscheint dann an der Löschfunkenstrecke 13, die einen Verluststrom von weniger als i Milliampere führt, der durch die Widerstandsringe 44 fließt. Die Löschfunkenstrecken zwischen den Elektroden 47 sprechen bei einer solchen Beanspruchung nicht an, so daß in solchen Fällen, wenn die normalen Betriebsverhältnisse lediglich infolge von Schaltvorgängen. o. dgl. gestört werden, die ebenfalls gewisse Überspannungen hervorrufen, die an der Schaltfunkenstrecke i i allein auftretende Entladung auch hier wieder unterbrochen wird.
  • Die Ansprechspannung der Schaltfunkenstrecken bei normaler Frequenz. ist einstellbar durch Verändern der Länge des rohrförmigen Stutzens 26, so daß die Funkenstrecken 22 in dem elektrostatischen Feld normaler Frequenz, das die Abschlüsse 8 des Gehäuses umgibt, die günstigste Lage einnehmen. Die Stoßansprechspannung wird durch die Wahl j des Stoffes der Einsätze 25 in den Elektroden herabgesetzt, so daß ein rasches Ansprechen erzielt wird.
  • Im Falle der Beanspruchung durch Stoß-Spannungswellen nimmt der kapazitiv e Strom, der die verschiedenen Teile des Ableiters durchfließt, sehr stark zu, so daß die kapazitiven Wirkungen auf die Spannungsverteilung längs der. verschiedenen Teile des Ableiters einen starken Einfluß erhalten. Die Anordnung der Teile ist so, daß alle unterhalb der Schaltfunkenstrecke befindlichen Teile durch eine verhältnismäßig große Eigenkapazität gegen Erde überbrückt sind.
  • Eine ankommende Wanderwellenstirn wird daher über ,diesen kapazitiven Nebenschluß einen starken Ladestrom fließen lassen, so daß der größere Teil der Stoßspannung zunächst auf die Schaltfunkenstrecke entfällt, während sich die Spannung sehr, rasch aufbaut. Infolgedessen ist die gesamte Stoßansprechspannung des Ableiters kleiner als die Summe der Stoßansprechspannungen der beiden Funkenstreckenanordnungen für sich. Die Stoßansprechspannung beträgt nicht mehr als etwa das 2,5fache des Sicheitehvertes der Nennspannung des Ableiters.
  • Spricht die Schaltfunkenstrecke i i an, wenn die Überspannung etwa das 475- bis 2fache des Scheitelwertes der- Nennspannung beträgt, so spricht auch die Löschfunkenstrecke 13 an und läßt eine lichtbogenförmige Entladung fließen. Der Spannungsabfall in der Löschfunkenstrecke 13 nimmt sogleich bis auf einen sehr kleinen Wert ab, so daß nunmehr der größte Teil der vorhandenen Spannung an dem ventilartig wirkenden Teil 12 anliegt. Der ventilartig wirkende Teil 12, der nunmehr eingeschaltet ist, bewirkt die Absenkung der Überspannung, sobald die Blöcke den Entladungsstoßstrom abführen, wobei der effektive Widerstand der Blöcke mit dem Zunehmen des Entladungsstromes stark abnimmt. Erreicht der Entladungsstrom den Wert von i 5oo Amp., so erhöht sich die Entladungsspannung an den porösen Blöcken auf etwa den 2,.o- bis 2, 5fachen Wert des Scheitelwertes der Nennspannung, bei einem Entladungsstrom von etwa 2o ooo Amp. ungefähr nur auf das 3,ofache des Scheitelwertes der Betriebsspannung bzw. der Nennspannung des Ableiters. Nach etwa 4o bis ioo Mikrosekunden ist der Stoßstrom abgeflossen und die Leitungsspannung nimmt wieder ihren normalen Wert an. Es fließen dann noch Entladungen über die Funkenstrecken i i und 13, deren Spannungsabfall niedrig ist, aber der ventilartig wirkende Teil 12 hat den Entladungsstrom bereits stark verkleinert. Es handelt sich nun um den verhältnismäßig geringen nachfolgenden Betriebsstrom, dessen Wert etwa 2o bis 3ö Amp. beträgt.
  • Nun tritt die Löschfunkenstrecke 13 in Wirkung. Sie besitzt ein gutes Löschvermögen infolge der großen Zahl im geringen Abstand voneinander befindlicher Funkenstreckenplatten. Bei einem Strom von etwa 2oAmp. Scheitelwert werden die Lichtbögen der Löschfunkenstrecke unstabil und verlieren die Fähigkeit des Wiederzündens nach Stromnulldurchgang. So wird durch die Löschfunkenstrecken der' Strom auf weniger als i Milliampere herabgesetzt, so daß er leicht durch die Schaltfunkenstrecke i i vollständig unterbrochen werden kann.
  • Die Nebehschlußwiderstände 44 der Löschfunkenstrecken wirken im übrigen hauptsächlich in der Weise, daß sie die Ansprechspannung der Löschfunkenstrecke bei normaler Frequenz steuern, da bei normaler Frequenz der Ladestrom, der von dem Kapazitätseffekt herrührt, verhältnismäßig gering ist, so daß die Unterteilung der gesamten, den verschiedenen Funkenstrecken aufgedrückten Spannung durch den Nebenschluß wesentlich beeinflußt wird.
  • Die Anwendung einer großen Zahl in Reihe Jiegender Funkenstrecken macht es schwierig, eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die verschiedenen in Reihe liegenden Funkenstrecken bei normaler Frequenz zu erzielen. Aus diesem Grunde werden die Nebenschlußwiderstände 44 ebenfalls angewendet, da ohne diese einzelne Funkenstrecken mehr: als ihre normalen gleichmäßigen Anteile an der Spannung erhalten würden.
  • Die Werte der Widerstände 4..4 sollen so gewählt sein, daß sie größere Ströme als lediglich die kleinen, bei normaler Frequenz auftretenden Ladeströme führen können; jedoch sollen sie hoch sein, daß der die Widerstände durchfließende Strom kleiner ist als der beim Auftreten einer Stoßspannung fließende Ladestrom. Es wurde gefunden, daß ein Widerstand zwischen r und 5Megohm pro 1:V Nennspannung eine vorteilhafte Bemessung darstellt. Insbesondere wurde ein Wert voll 2, 5 Megolim pro kV mit gutem Erfolg erprobt.
  • Die Ansprechspannung der Löschfunkenstrecken ist weitgehend abhängig von dem Grad der Gleichmäßigkeit der Spannungsverteilung längs der in Reihe liegenden Funkenstrecken, die ohne Anwendung der Widerstände-14 auch im besonders starken :Maße durch äußere Verhältnisse Feuchtigkeit, Schnee usw. beeinflußt werden würde. Auch mit Bezug hierauf sind die Widerstandsrinne .1I voll Vorteil.
  • Die Funkenstreckenanordnungen nach Fig. d. haben eine besonders niedrige Stoßansprechspannung. Dies dürfte durch Koronaerscheinungen zu erklären sein, welche an den Auflagestellen 58 (Fig. d.) zwischen den Isolierringen 5 1 und den Elektrodenplatten 47 auftreten, an der Stelle, wo der Körper der Elektrodenplatte an den Vertiefungen .t8 und .49, besonders an der inneren Vertiefung d.8, zurückzuspringen beginnt. Diese Koronaerscheinungen treten ebenso beim Anlegen normaler Betriebsspannung all der Löschfunkenstrecke auf, wie auch bei Stoßüberspannung nach dem Ansprechen der Schaltfunkenstrecke, oder wenn die Schaltfunkenstreckenanordnunweggelasseil würde. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die Lö schfunkenstreckenanordnung durch Anwendung der Schaltfunkenstrecke von der Betriebsspannung zu isolieren.
  • Die erwähnten Koronaerscheinungen bestehen in ultravioletten Emanationen, die nach innen in den Bereich der Hauptfunkenstrecke 59 zwischen den flachen mittleren Teilen der Elektrodenplatten .I7 vordringen, dort den Raum ionisieren und den Ansprechvorgang begünstigen, indem sie zunächst eine Glirnm- . entladung und dann einen Lichtbogen zustande bringen. Durch Versuche wurde gefunden, daß beim gleichen Elektrodenabs fand, aber weggelassenen Isolierringen 51 der Koronaeftekt nur zwischen den im weiten i Abstand befindlichen Teilen der Platten auftrat und den Bereich 59 nicht erreicht, womit eine wesentliche Erhöhung der Stoßansprechspannung und des Stoßfaktors der Lösch- ' funkenstrecke verbunden war.
  • Es ist besonders vorteilhaft, die Schaltfunkenstrecke und die Löschfunkenstrecke so j weit wie möglich voneinander entfernt anzuordnen, um auf diese Weise die Wirkung des kapazitiven Nebenschlusses zti begünstigen und eine arithmetische Addition der zu vermeiden. Dies gilt tvenigstens für die Ableiter für Nennspanilungen oberhalb voll z6 kV. Da jede Funkenstreckenan ordnung zur Erzielung einer glejcliförmigetl Arbeitsweise unabhängig von den atmosphärischen Bedingungen in einem hermetisch verschlossenen Gehäuse untergebracht ist, werden zweckmäßig getrennte Gehäuse 16, 17 angewendet. Bei Ableitern für verhältnismäßig niedrige Nennspannungen dagegen ist es vorteilhaft, beide Funkenstrecken in einem gemeinsamen hermetisch abgeschlossenen Gehäuse anzuordnen.
  • Einen solchen Ableiter, der für eine Nennspannung von 15 1X geeignet ist, zeigt Fig. ,;. Hier besitzen die Schaltfunkenstrecke t i und die Löschfunkenstrecke 13 ein gemeinsame:. dichtes Gehäuse 61, das auf seiner Außenseite finit einem metallenen Schirm 66 versehen ist, welcher mit der oberen metallenen Kappe des Gehäuses leitend verbunden ist. Der Schirm 66 hat den Zweck, die Schaltfunkenstreckenanordnung i i beim Auftreten einer Stoßspannung früher ansprechen zu lassen als die Löschfunkenstreckenanordnung 13, so dal3 die Stoßansprechspannung des Ableiters nicht etwa gleich der der Summe der Ansprechspannungen der beiden verschiedenen Funkenstreckenanordnungen ist.
  • Diese Bauart mit Schirmen ist besonders für Nennspannungen unter 16 kV geeignet, während sie bei höheren Nennspannungen wegen des hohen Spannungsgradienten latigS der Rohrwandung 61 tveniger in Frage kommt.
  • Bei Fig. i his 4. wird durch die Widerstandsringe 44 eine Art Potentiometer läng; derLöschfunkenstreckenailordnungengebilde t; es genügt jedoch unter Umständen eine bloße kapazitive Kupplung der Einzelelemente ohne dazwischenliegende leitende bzw. halbleitende Verbindung.
  • Fig.5 zeigt eine Ausführungsform der Löschfunkenstreckenanordnung bei Verwendung solch einer kapazitiven Kupplung z-,vischen den Potentiometerpunkten und den dazwischenliegenden Elektroden der U>sclifunkenstrecke. Das lierinetisch verschlossene Gehäuse 71 ist mit einer hocholittligen Potentionieteranordnung, die auf seiner Attl')enscite angeordnet ist verbunden. Im Gegensatz zti der Ausführungsform nach sind Widerstandsringe .Id. und federnde Scheiben 32 nicht vorhanden; es sind lediglich die Elemente der Funkenstrecl~e .t5 unter Zwischenfügung von Isolierringen ;i zu einem langen Stapel zusaintnengesetzt. Als Potetitiotneteraftordtittiig sind auf der Außenseite des Gehäuses eilte Anzahl von Widerstandsstäben 74 angeordnet, die in Reihe geschaltet sind. Jeder besitzt Metallkappen ; 5 und ist durch eilte ler@iindtitig 76 all einen auf der Gehätisewandtin angebrachten -Metallring ; 7 angeschlossen. .auf diese Weise wird bei der Ausführtuigsforin eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Länge der Lö scllftntlcei:-strecken geschaffen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. ijberspannungsableiter mit ventilartig wirkendem Ableiterelemnent in Gestalt eines oder mehrerer poröser Blöcke, unter Verwendung halbleitender Stoffe, wie Siliciumcarbid, dadurch gekennzeichnet, daß diese porösen Blöcke (33) aus gekörntem Siliciumcarbid mit Wasserglasbindung unter starkem Druck gepreßt und darauf bei mäßiger Hitze gebacken sind und mit einer zur Zündung des Entladungsstromes und Abschaltung des v erminderten Entladungsstromes vorgesehenen Schaltfunkenstreckenanordnung (ii) und mit einer diese Schaltfunkenstrecke ergänzenden, lediglich zur Abdrosselung des nachfolgendefl Betriebsstromes vorgesehenen Löschfunkenstreckenanordnung (13) in Reihe geschaltet sind, und daß die Schaltfunkenstreckenanordnung (i i) aus einer Reihe von Elektroden (23) in Gestalt je einer Metallscheibe mit zentrischer Öffnung besteht, in welche eine Hilfselektrode (25) aus gut zündendem Werkstoff inForm eines vorzugsweise aus S.ilioäumcarbid bestehenden Preßkörpers reingesetzt ist. 2. überspannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunkenstreckenanordnung (i i) in einem besonderen hermetisch verschlossenen Gehäuse (16) angeordnet ist (Fig. i). 3. überspannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschfunkenstreckenanordnung (13) aus einer Anzahl mit eingedrückten` konzentrischen Rillen (48, 49) versehener, unter Zwischenfügung dünnwandiger Isolierringe (51) aufeinandergeschichteter Blechscheiben (47) besteht (Fig. i und 4). 4. Überspannungsableiter nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschfunkenstreckenanordnung (13) in einem hermetisch verschlossenen Gehäuse (17) angeordnet ist (Fig. i). 5. überspannungsableiter nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine oder mehrere Einzelfunkenstrecken (43) der Löschfunkenstreckenanordnung durch einen hochohmigen Widerstand (44) überbrückt sind (Fig. i und 4). 6. überspannungsableiter nach Anspruch 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (44) die Form eines rohrförmigen Körpers besitzt, in dessen Innerem die vor. ihm überbrückten Teile (a.3) der Funkenstreckenanordnung untergebracht sind (Fig. 4). 7. überspannungsableiter nach Anspruch i und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere innerhalb eines Widerstandsringes (44) untergebrachten Einzelfunkenstrecken (43) der Löschfunkenstreckenanordnung (13) sich zwischen federnden Endplatten (52) befinden, deren stellenweise aufgebogene federnde Ränder (53) mit dem Körper des Widerstandsringes im Eingriff stehen (Fig. 4.). B. Überspannungsableiter nach Anspruch i, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hermetisch abgeschlossene Gehäuse (61) auf der Außenseite ganz oder teilweise mit einem leitenden Belag (66) überzogen ist (Fig. 3). 9. Ü'berspannungsableiter nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (71) der Löschfunkenstreckenanordnung auf der Außenseite mit Metallringen (77) umgürtet ist, die untereinander durch Widerstandselemente (74) leitend verbunden sind (Fig. 5). io. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anordnung in einem gemeinsamen wetterfesten Porzellangehäuse (5) untergebracht ist (Fig. i). i i. überspannungsableiter nach Anspruch i und io,' dadurch gekennzeichnet, daß das wetterfeste Porzellangehäuse aus mehreren rohrförmigen Porzellanteiien zusammengesetzt ist (Fig. i und 2). 12. überspannungsableiter nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hermetisch verschlossene Gehäuse mit einem oder mit zwei dichtverschließbaren Abschlußstutzen (21) zum Hindurchblasen heißer, trockner Luft zwecks Trocknung der inneren Teile versehen ist (Fig. i). 13. überspannungsableiter nach Anspruch i mit mehreren ventilartig wirkenden porösen Blöcken, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (33) auf ihren Stirnseiten mit Metallbelägen versehen sind (Fig. 3). 14. überspannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Blöcke (33) auf ihrer Außenseite mit einem isolierenden t#lherzug versehen sind (Fig. 3). ' 15. Überspannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einer Säule aufeinandergeschichtete:i porösen Blöcke (33) in einem gemeinsamen festen Mantel (37) aus Isolierstoff, insbesondere Wachs, eingebettet sind (Fig. 3). 16. Überspannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechspannung der Anordnung durch axiale Verschiebung wenigstens der einen Funkenstreckenanordnunggegenüber einer zusätzlichen Elektrode (=i') gegen den Druck einer Feder (54) mit Hilfe von Abstandsringen (.I2) von entsprechender Höhe einstellbar ist (Fig. 5). 17. lTberspannungsableiter nach Anspruch r und 16, dadurch gekennzeichnet, dar die mit den Elementen der Ableiteranordnung mechanisch und elektrisch in Reihe geschalteten Federn (54) durch hiegsame elektrische Leiter (154) vom Strom entlastet sind (Fig. 5). 18. überspannungsableiter nach Anspruch z und 3, dadurch gekennzeichnet. daß die zwischen die scheibenförmigen Elektroden (45) gelegten flachen Isolierscheiben (5i) derart mit ihrem Rand in den erweiterten Hohlraum zwischen den Elektrodenscheiben (d.5) hineinragen, dar die an den Rändern der Vertiefungen der Elektrodenscheiben auftretenden Koronaerscheinungen bis in den Entladungsraum hineinwirken (Fig. q.).
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