DE876268C - Overvoltage protection for transformers or similar devices to be protected - Google Patents

Overvoltage protection for transformers or similar devices to be protected

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Publication number
DE876268C
DE876268C DES13423D DES0013423D DE876268C DE 876268 C DE876268 C DE 876268C DE S13423 D DES13423 D DE S13423D DE S0013423 D DES0013423 D DE S0013423D DE 876268 C DE876268 C DE 876268C
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DE
Germany
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protected
cable
transformers
transformer
resistor
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Expired
Application number
DES13423D
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German (de)
Inventor
Richard Dr-Ing Elsner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

Überspannungsschutz für Transformatoren oder ähnliche zu schützende Geräte Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsschutz für Transformatoren, insbesondere Hochspannungstransformatoren oder ähnliche zu schützende elektrische Geräte, die in Ausläuferstationen über ein längeres, gegen unmittelbaren Blitzschlag durch Erdseil geschütztes Freileitungsstück oder durch ein längeres Kabelstück an eine Freileitung angeschlossen sind. Bei einer derartigen Anordnung genügt es für den Schutz des angeschlossenen Transformators meistens noch nicht, an den Eingang der durch Erdseil geschützten Freileitungsstrecke bzw. des Kabels eine Schutzfunkenstrecke oder einen Überspannungsableiter zu legen, weil die von diesen Schutzeinrichtungen durchgelassene Überspannungswelle durch Reflexion am Eingang der Transformatorwicklung auf den doppelten Betrag aufgestaut wird und dadurch die Wicklung des Transformators nach wie vor gefährdet. Sind auch an den Durchführungen des Transformators Schutzfunkenstrecken angeordnet, so kommt es an diesen zu Überschlägen mit einem sehr steilen Zusammenbruch der Stoßspannung,! so daß dann durch die in die Wicklung einziehende steile Entladewelle deren innere Isolation ebenfalls gefährdet ist. Durch Anschluß weiterer Überspannungsableiter an den drei Durchführungen des Transformators wäre ein ausreichender Schutz möglich. Bei Kabeleinführungen besitzt aber der Transformator im allgemeinen keine Durchführungen, sondern wird unmittelbar über einen Endverschluß mit dem Kabel verbunden. Dann ist aber der Anschluß eines Überspannungsableiters an den Trafoklemmen gar nicht möglich. Hier schafft die Erfindung Abhilfe.Surge protection for transformers or similar to be protected Devices The invention relates to surge protection for transformers, in particular high-voltage transformers or similar electrical ones to be protected Devices that are used in foothills over a longer period of time against an immediate lightning strike overhead line protected by earth wire or by a longer length of cable an overhead line are connected. With such an arrangement, it is sufficient for the protection of the connected transformer is usually not yet applied to the input the overhead line section or the cable protected by earth wire a protective spark gap or to lay a surge arrester because of these protective devices Surge voltage wave transmitted through reflection at the entrance of the transformer winding is backed up to double the amount and thereby the winding of the transformer still endangered. There are also protective spark gaps on the bushings of the transformer arranged, it comes to flashovers with a very steep collapse the surge voltage! so that then by the steep discharge wave pulling into the winding whose internal isolation is also endangered. By connecting additional surge arresters Sufficient protection would be possible on the three bushings of the transformer. In the case of cable entries, however, the transformer generally has no bushings, but is connected directly to the cable via a termination. Then but it is not possible to connect a surge arrester to the transformer terminals. The invention provides a remedy here.

Erfindungsgemäß wird dadurch ein besonders weitgehender Überspannungsschutz erzielt, daß zwischen der Anschlußstelle des Überspannungsableiters und der gegen Blitzschlag geschützten Leitungsstrecke ein Widerstand etwa von der Größe des Wellenwiderstandes dieser Leitungsstrecke und parallel zum Widerstand eine Drossel etwa von solcher Größe geschaltet sind, däß die Zeitkonstante dieser Schutzeinrichtung groß gegenüber der Wanderwellenlaufzeit der Leitungsstrecke ist.According to the invention, this provides particularly extensive overvoltage protection achieved that between the connection point of the surge arrester and the line section protected against lightning strikes has a resistance of approximately Size of the wave resistance of this line section and parallel to the resistance a choke are connected approximately of such a size that the time constant of this Protective device is large compared to the traveling wave transit time of the line section.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.The invention is explained with reference to the drawing.

An die Freileitung z ist über einen Widerstand 3 mit parallel geschalteter Drosselspule 4 mit dem Selbstinduktionskoeffizienten L und über eine Kabelstrecke 2 ein Transformator 6 angeschlossen. Vor dem Widerstand 3 liegt zwischen der Leitung z und der Erde E ein Überspannungsableiter 5 oder eine Schutzfunkenstrecke. Die Größe R des Widerstandes 3 ist etwa gleich dem Wellenwiderstand Z der Kabelgtrecke z. Bei einem Blitzschlag in großer Nähe des Überspannungsableiters 5 in die - Freileitung i gilt dann für die Zeitkonstante des Stromanstieges in der Drossel die Größe v_on L wird nun so gewählt, daß T wesentlich größer als die Wanderwellenlaufzeit des Kabels 2; und zwar mindestens viermal so -groß ist. Nach bekannten Gesetzen ergibt sich nun an der Verbindungsstelle des Kabels 2 und des Widerstandes 3 ein Spannungsverlauf U ist dabei die Restspannung, die nach dem Ansprechen des Ableiters 5 auf der Leitung i verbleibt. Zur Zeit t = o ergibt sich also an der Verbindungsstelle von Widerstand und Kabel eine Spannung von nur Die andere Hälfte der Spannung wird in dem Widerstand 3 aufgezehrt. Durch die Drosselspule q, fließt im ersten Augenblick kein Strom. Es zieht daher eine Wanderwelle mit der Höhe in das Kabel 2 ein. Am Ende des Kabels, also am Transformator 6, wird sie Ruf die doppelte Spannung, also U, reflektiert. Diese Spannung ist der Trafoisolation - noch nicht gefährlich. Im weiteren Verlauf steigt die Spannung an den Trafoklemmen nach dem Gesetz langsam an. Bei passender Wahl der Zeitkonstante T macht sich aber bereits nach Ablauf der zweifachen Wanderwellenlaufzeit des Kabels ein Abbau der aufgestauten Welle am Transformatoreingang infolge der Ankunft einer mit derselben Zeitkonstante T ansteigenden reflektierten Welle negativen Vorzeichens vom Kabelanfang her bemerkbar. Dadurch wird erreicht, daß die Spannung am Transformatoreingang nicht wesentlich über den Wert U ansteigen kann.A transformer 6 is connected to the overhead line z via a resistor 3 with a choke coil 4 connected in parallel with the self-induction coefficient L and via a cable section 2. A surge arrester 5 or a protective spark gap is located in front of the resistor 3 between the line z and the earth E. The size R of the resistor 3 is approximately equal to the characteristic impedance Z of the cable route z. In the event of a lightning strike in close proximity to the surge arrester 5 in the overhead line i, the time constant of the current rise in the choke then applies the variable v_on L is now chosen so that T is significantly greater than the traveling wave transit time of the cable 2; and at least four times as large. According to known laws, there is now a voltage curve at the junction of the cable 2 and the resistor 3 U is the residual voltage that remains on line i after the arrester 5 has responded. At the time t = o there is a voltage of only at the junction of the resistor and the cable The other half of the voltage is consumed in resistor 3. For the first time, no current flows through the choke coil q. It therefore pulls a traveling wave with the height into cable 2. At the end of the cable, that is to say at the transformer 6, it is called twice the voltage, that is U, reflected. This voltage is the transformer isolation - not yet dangerous. In the further course, the voltage at the transformer terminals increases according to the law slowly on. With a suitable choice of the time constant T, however, after twice the traveling wave transit time of the cable, a breakdown of the pent-up wave at the transformer input becomes noticeable as a result of the arrival of a reflected wave with a negative sign rising with the same time constant T from the beginning of the cable. This ensures that the voltage at the transformer input cannot rise significantly above the value U.

Ein Zahlenbeispiel soll dies näher erläutern. Das Kabel 2 habe eine Länge i von 300 m und einen Wellenwiderstand Z von 5o Ohm. Die Wellengeschwindigkeit v betrage x,5-- =o$ m/sec, die Kapazität des Kabels pro Phase somit Die einfache Laufzeit der Wanderwelle für die Kabelstrecke 2 ergibt sich zu 2;usec. Soll nun die eine Zeitkonstante werden, so muß mit R = Z = 50 Ohm die Selbstinduktivität L der Drossel 4 mindestens L 2 @ =o-4 a gewählt werden. Beträgt der Betriebsstrom I pro Phase 158 Ampere, dann ergibt sich die Leistung der Drossel pro Phase zu 12 - co - L = E,57 kVA. Der Spannungsabfall an der Drossel beträgt I co L = =o Volt. Die Stromaufnahme des Widerstandes 3 ist infolgedessen nur. und die dauernd aufzunehmende Leistung des Widerstandes beträgt nur 2 Watt.A numerical example should explain this in more detail. The cable 2 has a length i of 300 m and a characteristic impedance Z of 50 ohms. The wave speed v is x.5-- = 0 $ m / sec, the capacity of the cable per phase The simple transit time of the traveling wave for cable section 2 results in 2; usec. Should now be the one time constant the self-inductance L of the choke 4 at least L 2 @ = o-4 a must be selected with R = Z = 50 Ohm. If the operating current I per phase is 158 amperes, the output of the choke per phase is 12 - co - L = E, 57 kVA. The voltage drop across the choke is I co L = = o volts. As a result, the current consumption of the resistor 3 is only. and the resistance to be continuously consumed is only 2 watts.

An Stelle der Kabelstrecke 2 kann auch ein durch Erdseil od. dgl. gegen Blitzschlag geschütztes Freileitungsstück treten oder irgendeine andere Anordnung, die eine nicht vernachlässigbare Wanderwellen-Laufzeit hat, aber gegen Blitzschlag gesichert ist. Die Erfindung bietet folgende Vorteile: Wie das Zahlenbeispiel zeigt, ergibt sich eine überraschend kleine Drossel und ein ebensolcher Widerstand. Die Spannung an dem Transformatoreingang wird trotz dieses geringen Aufwandes die Größe der Ansprechspannung des Ableiters 5 nicht wesentlich überschreiten. Diese Spannung steigt aber auch bei nahen Blitzschlägen in die Freileitung nicht sehr steil an, da sie durch die vorgeschaltete Kabelstrecke und die Eingangskapazität der Transformatorwicklung stark verflacht wird. Man verhütet dadurch ungünstige Beanspruchungen der Trarisformatorisolation. Die Erfindung eignet sich besonders für Transformatoren in Kopfstationen mit Kabeleinführung, bei denen man an den Transformatorklemmen keinen Ableiter und auch keine Schutzfunkenstrecke anschließen kann.Instead of the cable section 2, an earth wire or the like can also be used. step overhead line section protected against lightning strikes or any other arrangement, which has a not negligible traveling wave travel time, but against lightning is secured. The invention offers the following advantages: As the numerical example shows, the result is a surprisingly small throttle and resistance. the Voltage at the transformer input is the size despite this little effort do not significantly exceed the response voltage of the arrester 5. This tension but does not rise very steeply even in the event of lightning strikes in the overhead line, because it is through the upstream cable route and the input capacitance of the transformer winding is greatly flattened. This prevents unfavorable stresses on the Trarisformer insulation. The invention is particularly suitable for transformers in head-end stations with cable entry, where there is no arrester and no protective spark gap at the transformer terminals can connect.

Claims (1)

. PATENTANSPRUCH: Überspannungsschutz für Transformatoren oder ähnliche zu schützende, an Freileitungen angeschlossene Geräte mit Überspannungsableiter, Schutzfunkenstrecken od. dgl., dadurch gekennzeichnet; daß zwischen dem zu schützenden Gerät (6) und der Anschlußstelle des Überspannungsableiters oder der Schutzfunkenstrecke (5) eine gegen Blitzschlag geschützte Leitungsstrecke' (2) und ein Widerstand (3) etwa von der Größe des Wellenwiderstandes dieser Leitungsstrecke (2) und parallel zu diesem Widerstand (3) eine Drossel (4) etwa solcher Größe geschaltet ist, daß die Zeitkonstante (T) dieser Schutzanordnung (2 bis 4) wesentlich größer, insbesondere mindestens vierfach größer als die Wanderwellenlaufzeit der Leitungsstrecke (2)-ist.. PATENT CLAIM: Surge protection for transformers or similar Devices to be protected and connected to overhead lines with surge arresters, Protective spark gaps or the like, characterized in that; that between that to be protected Device (6) and the connection point of the surge arrester or the protective spark gap (5) a line section protected against lightning strike '(2) and a resistor (3) about the size of the wave impedance of this line section (2) and parallel to this resistor (3) a throttle (4) is connected about such a size that the time constant (T) of this protective arrangement (2 to 4) is much greater, in particular is at least four times greater than the traveling wave transit time of the line section (2).
DES13423D 1944-09-21 1944-09-21 Overvoltage protection for transformers or similar devices to be protected Expired DE876268C (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2554284A1 (en) * 1983-10-26 1985-05-03 Schaff Jean Paul Method of protecting electrical or electronic installations from lightning.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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