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.