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Einrichtung zum Schutz von Gleichstrom-Hochspannungsanlagen gegen
Uberspannungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz elektrischer Apparate
und Leitungen, die mit hoher Gleichspannung betrieben werden, gegen Überspannungen.
Die Erfindung ist von. besonderer Bedeutung für Anlagen zur Energieübertragung über
Gleichstrom-Höchstspannungsleitun@gen. Es sind Schutzeinrichtungen bekannt, bei
denen zwi,-schen den spannungführenden Leiter und Erde eine bei Überspannungen ansprechende
Funkenstrecke geschaltet ist, deren von der spannungführenden Leitung abgewendeter
Pol über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eitner Kapazität mit Erde verbunden,
ist. Parallel zu der Kapazität liegt ein Widerstand, in dem ein Teil :der Üb:erspannung,swelle
vernichtet wird und der außerdem zur Entladung :der Kapazität dient. Gegenstand
der Erfindung ist time Verbesserung dieser bekannten Schutzeinrichtung, die darin
besteht, daß in den Parallelstromkreis, der Kapazität Hilfseinrichtungen geschaltet
sind, .durch die zumindest kurzzeitli:g der die Funkenstrecke durchfließende Strom
zum Verschwinden gebracht wird. Mit besonderem Vorteil dient :diesem Zweck eine
Induktivität, welche in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand und zu - der Kapazität
parallel geschaltet, ist. Die Induktirvvtät isst so bemessen, @daß der :die Sdhutzfunlkenstmecke
dürchfließende Strom gezwungen wind, durch den Wert Null hindurchzugehen.
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Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung ist in: der Zeichnung im
Schaltungsschema dargestellt. An :den die hohe Gleichspannung führenden Leiter i,
ist
eine Schutzfunkenstrecke 2 angeschlossen, die über einen Widerstand 3 und eine Kapazität
4 mit Erde verbunden isst. Parallel zu der Kapazität 4 liegt die Reihenschaltung
aus einem Ohmschen Widerstand 5 und einer Induktivität 6.
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Beim Ansprechen der Funkenstrecke stellt der ungeladene (Kondensator
4 einen Kurzschluß dar, so daß die zu: schützende Anlage im ersten Augenblick über
den Widerstand 31 ;geerdet isst. Wenn die überspannungsschutzeinfrichtun;g an eine
Gleichstrom-Hochspannungsleitung angeschlossen isst, dann wird an dem ;Anschlußpunkt
keine Reflexion erfolgen, wenn der Wvderstand 3 gleich lern Wellenwiderstand der
Leitung ist. Bei; Freileitungen ruß der Widerstand etwa 4oo Ohm, bei Kabeln etwa
4o Ohm haben. Man kann, einen verwenden, der bei, hoher Spannung, also zu Beginn
des Vorganges, einen kleinen Widerstand hat, dessen Widerstand jedoch zur nimmt,
wenn, die Spannung kleiner wird. Der Kondensator wird bei Hochspannung auch. bei
kleinen Kapazitäten verhältnismäßig groß. Praktisch wird man Kapazitäten von etwa
o,1 ,uF ausführen.
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Die mit Odem Parallelwiderstand 5 in Reihe geschaltete Induktivihät
ruß so bemessen sein, daß sie den über ,die Funkenstrecke gehenden Strom zusammen
mixt, dem. Kondensator so beeinflußt, daß der Strom ;durch den Wert Null hindurchgeht.
Zweckmäßig wird die Induktivität mit einer größeren Anzahl von Anzapfungen versehen,
damit der richtige Wert der Induktivität am Auistfiellungsort eingestellt werden
kann. Der Widerstand 5 ruß so gewählt werden."daß der Reststrom möglichst klein
wird, beispielsweise i bis io Ampere. Günstige Ergebnisse werden bei etwa folgender
Abmessung der einzelnen Teile der Schaltung erzielt:
| Widerstand 3 ......... 40 Ohm |
| Induktivität 6 ......... - o;8 H |
| Widerstand. 5 ......... 2,1o5 Ohm |
| Kapazität 4 ........... o, i ,uF |
An Stelle der Induktivität .im Parallelstromkreis der Kapazität kann, man auch-einen
Hilfsschalter vorsehen, durch den der Reststrom nach der Entladung der Kapazität
abgeschaltet wird. Dieser Hilfsschalter wird vorübergehend geöffnet, um kurzzeitig
dafür zu sorgen, daß der die .Schutzfunkenstrecke durchfließende Strom durch Null
geht. Als Hilfsschalter kann, man einen, normalen Trennschatter verwenden, der für
die volle Gleichspannung isoliert ist. Der Schalter kann mit Hilfe eines stromabhängigen
Relais mit Oeitverzögerung betätigt werden.
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Die Wirkungswelse der Erfindung sei an Hand der Diagramme der Fig.
2 und 3 näher erläutert. Wenn auf der Leitung i (Fig. i) eine Spannung E auftritt,
bei ,der die Funkenstrecke 2 durchschlagen wird und von der -man im -ungünstigsten
Fall annehmen kann, daß sie längere Zeit konstant bleibt, dann tritt über den Widerstand
3 und den Kondensator 4 augenblicklich, ein Strom auf, :der von der Spannung E und
dem Widerstand 3 abhängt, da der ungeladene Kondensator 4 wie ein Kurzschluß winkt.
Der Kurzschlußstrom klingt jedoch wegen der Aufl:adung des Kondensators 4 schnell
ab, während der Strom zur Drösselspule 6 ansteigt. Dabei steigt auch, idie Spannung
an. dler Drosselspule .und an idem Widerstand 5, und der Kondensator 4 wird, da
die Spannung auch. an seinem Klemmen steigt, sich entladen, wodurch es zu einer
Umkehrung des Stromes sowohl im Widerstand 5 als auch im Kondensator 4 kommt. Die
Ströme im 3 und im Kondensator 4 unterscheiden sich nur wenig voneinander, wenn
der Widierstand 5 ,groß genug ist. In ,dem Augenblick des, Nulldurchganges löscht
die Funkenstrecke aus, .und es folgt nur noch der Entladevorgang des Kondensators
über die Drosselspule 6 und den Widerstand 5. Sollte (die Löschung im ersten: Nulldurchgang
nicht erfolgen, dann, steht dafür kurze Zeit später noch ein. Nulldurchgang zur
Verfügung, bei dem die Löschung ider Funkenstrecke und die anschließende Entladung
des Kondensators erfolgen- kann. Der vorstehend erläuterte Verlauf der Ströme und
Spannungen ist in dem Diagramm der Fig. 2 dargestellt: Im oberen Teil des Diagramms
sind die Ströme i, inn unteren Teil die Spannungen e eingezeichnet. ER bedeutet
die Spannung am Widerstand 3, EC und Eo sind @die Spannungen an dem Kondensator
4 bzw. oder Drosselspule 6.
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Wenn, wie oben angegeben, ist, an Stelle der Induktivität 6 iim Parallelstromkreis
ein Hüfs.s chalter vorgesehen ist,: so tritt bei einer Überspannung, durch ,die
die Funkenstrecke :2 durchschlagen wird, zuerst ein Ladestrom auf, .der von der
Größe des .Widerstandes 3 abhängig .ist, der jedoch rasch abklingt. Zugleich fließt
ein: Strom über .dien Widerstand 5. Während der Ladestrom aufhört zu fließen,
kanni der über -die beiden Widerstände 3, und, 5 fließende Strom nicht aufhören
zu fließen. Um diesen Strom zu unterbrechen, wird der Hilfsschalter im Parallelstromkreis
des Kondensators 4 kurzzeitig geöffnet. Es. löscht dann @die Funkenstrecke, und
nach dem Schließendes Schalters wird der Kondensator 4 über den Widerstand 5 entladen.
Für,diesen Fall ist der zeitliche Verlauf der Ströme und Spannungen in,dem Diagramm
der Fig. 3 dargestellt. Im oberen Teil des Diagramms sind wiederum die Ströme, im
unteren Teil die Spannungen aufgetragenz.