DE917857C - Schutzanordnung fuer Reihenkondensatoren mit zu diesen parallel geschalteter Funkenstrecke - Google Patents
Schutzanordnung fuer Reihenkondensatoren mit zu diesen parallel geschalteter FunkenstreckeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Reihenkondensatoren in Wechselstromleitungen, insbesondere auf
eine Schutzanordnung für Reihenkondensatoren in Höchstspannungsdrehstromnetzen, für die die Stabilität
der Übertragung eine Haupt- bzw. Grenzbedingung für den Betrieb der Fernleitungen ist.
Reihenkondensatoren werden in Wechselstromübertragungs- bzw. -Verteilungsleitungen eingebaut,
um entweder die ganze induktive Blindleistung der Leitung oder einen Teil derselben zu kompensieren,
wodurch die Stabilitätsgrenze bzw. der Leistungsfaktor einer Übertragungsleitung erhöht bzw. die
Spannungsregelung einer Verteilungsleitung verbessert wird. Da solche Reihenkondensatoren unmittelbar
in die Leitung eingeschaltet sind und den Leitungsstrom führen, ist die an ihnen auftretende
Spannung dem Leitungsstrom proportional, und im Falle einer Störung an der Leitung
kann die an dem Reihenkondensator auftretende Spannung auf ein Vielfaches ihres Normalwertes
anwachsen. Genormte Kondensatoreinheiten, beispielsweise solche, die in Reihenkondensatoranlagen
Anwendung finden, können Überspannungen von der Größenordnung von 150% der Normalspannung
während kurzer Zeit aufnehmen; jedoch dürfen dieselben, wenn auch nur sehr kurzfristig,
nicht wesentlich höheren Überspannungen ausgesetzt werden, ohne daß die Gefahr der Beschädigung
besteht.
Es ist wegen der damit verbundenen hohen Kosten nicht üblich, Reihenkondensatoren zu verwenden,
die diejenige Höchstspannung aushalten,
der sie im Falle von Störungen ausgesetzt sein könnten, da die Kosten eines Kondensators ungefähr
mit dem Quadrat der Spannung, für welche er gebaut ist, steigen. Eine Reihenkondensatoranlage
besteht daher für gewöhnlich aus Kondensatoreinheiten, deren Spannungswerte auf der Basis
der im Normalbetrieb an dem Kondensator auftretenden Spannung festgelegt sind, und einer
Schutzanordnung, welche im Störungsfall den ίο Reihenkondensator überbrückt, oder irgendeiner
anderen Überstromschutzeinrichtung, die den Reihenkondensator gegen Überspannungen schützen
soll. Um den Reihenkondensator ausreichend zu schützen, muß die Schutzanordnung so arbeiten,
daß sie ihn im wesentlichen unmittelbar beim Auftreten einer Überspannung bestimmter Größe überbrückt,
d. h. der Reihenkondensator muß in ausreichendem Maße schon innerhalb der ersten Halbwelle
des Störungsstromes wirksam überbrückt werden. Wegen dieser Forderung einer im wesentlichen
verzögerungsfreien Wirksamkeit werden für gewöhnlich in diesen Schutzanordnungen Funkenstrecken
angewandt, da kein Schalter bzw. kein anderes Gerät mit beweglichen Teilen und mechanischer
Bewegung schnell genug ansprechen würde. Bei Schutzanordnungen, die für gewöhnlich in
Verbindung mit Reihenkondensatoren in Verteilerleitungen verwendet werden, ist eine Funkenstrecke
an den Kondensator angelegt, um beim Auftreten einer bestimmten Überspannung am Kondensator
dieselbe augenblicklich abklingen zu lassen und den Kondensator davor zu schützen; ferner ist ein
Schalter bzw. irgendein anderes Schaltgerät vorgesehen, mit dessen Hilfe sowohl die Funkenstrecke
als auch der Kondensator unmittelbar, nachdem die Funkenstrecke durchschlagen wurde, überbrückt
werden, um den Lichtbogen der Funkenstrecke zu löschen und die Funkenstrecke vor der durch den
Lichtbogen bedingten übermäßigen Erwärmung zu schützen. Der Sehalter wird danach geöffnet, um
den Umgehungskreis wieder zu unterbrechen und um den Kondensator, nachdem der Leitungsstrom
wieder auf seinen Normalwert abgefallen ist, wieder betriebsbereit zu machen bzw. nach Verstreichen
eines bestimmten Zeitraumes, der lang genug gewählt wird, um den Schutzgeräten der
Leitung zu gestatten, die Störung zu beheben. Diese Ausführungsart von Schutzanordnungen
arbeitet bei Reihenkondensatoren, die in Verteilerleitungen eingebaut sind, vollkommen befriedigend,
wo der Hauptzweck des Reihenkondensators der ist, die Spannungsregelung der Leitung zu verbessern
; die kurze Verzögerung, mit welcher der Reihenkondensator nach dem Auftreten einer Störung
bis zu deren Beseitigung seine Tätigkeit wieder aufnimmt, ist von geringerer Bedeutung.
Wenn ein Reihenkondensator jedoch in eine Höchstspannungsübertragungsleitung eingebaut ist,
bei der die Stabilität der Übertragung eine wichtige bzw. eine Grenzbedingung für den Betrieb der
Leitung darstellt, und wenn der Reihenkondensator mit dem Hauptzweck der Erhöhung der Stabilitätsgrenze
der Übertragung eingebaut wurde, wodurch die Größe der über die Leitung zu übertragenden
Leistung erhöht wird, dann arbeitet diese Art von Schutzanordnungen, die bei Reihenkondensatoren
in Verteilerleitungen befriedigend arbeitet, nicht zur Zufriedenheit; die Aufgabe des Schutzes der
Leitung ist in diesem Fall sehr viel schwieriger zu lösen. Der Reihenkondensator muß im wesentliehen
augenblicklich nach dem Auftreten einer bestimmten Überspannung geschützt werden, wie dies
bereits erwähnt wurde, und wenn er vollständig überbrückt wird, wie dies bei den bisher bekannten
Schutzanordnungen der Fall ist, so wrird der
Reihenkondensator während der Dauer der Störung, wenn gerade das Stabilitätsproblem am allerbrennendsten
ist, unwirksam. Daher muß die Schutzanordnung so wirken, daß der Reihenkondensator
unmittelbar nach Behebung der Störung seine Tätigkeit voll wieder aufnimmt, so daß
er während des kritischen Ubergangszustandes, der der Behebung der Störung folgt, zur Aufrechterhaltung
der Stabilität zur Verfügung steht.
Bei bisherigen Versuchen zur Schaffung einer befriedigenden Schutzanordnung für Reihenkondensatoren
in Höchstspannungsübertragungsleitungen wurde der Reihenkondensator jeweils
während der Störung vollständig überbrückt, und es wurden verschiedene Anordnungen vorgeschla- go
gen, mit deren Hilfe der Überbrückungskreis nach Rückkehr des Leitungsstromes auf seinen Normalwert bzw. in den Bereich seines Normalwertes so
schnell wie möglich unterbrochen wurde. Selbst mit besonders gebauten, schnell öffnenden Relais
und Schaltern besitzt eine solche Anordnung jedoch immer noch die wesentliche Verzögerung von mindestens
einigen Perioden nach dem Abklingen der Störung, bevor der Reihenkondensator wieder
wirksam wird. Mit den bisher bekannten Schutzanordnungen wurde der Reihenkondensator also
während der Störung und zum mindesten während eines Teiles der kritischen, unmittelbar auf das Abklingen
der Störung folgenden Zeitspanne vollständig außer Tätigkeit gesetzt, so daß der Reihenkondensator,
der in erster Linie zum Zwecke der Verbesserung der Stabilitätsbedingungen und zur
Erhöhung der über die Leitung zu übertragenden Leistung eingebaut wurde, sich in solchen Fällen
vollständig außer Betrieb befindet und gerade wäh- n0
rend derjenigen Zeit, während der er am dringendsten gebraucht wird, für den beabsichtigten Zweck
nicht zur Verfügung steht. Diese Schwierigkeiten bei der Schaffung eines ausreichenden Schutzes für
Reihenkondensatoren, ohne daß diese gerade in dem Augenblick unwirksam werden, wenn sie am
dringendsten benötigt werden, waren der Hauptgrund, der die Verwendung von Reihenkondensatoren
in Höchstspannungsübertragungsleitungen erschwert bzw. ganz unmöglich gemacht hat, obwohl
die Vorteile der Verwendung von Reihenkondensatoren in solchen Leitungen an sich längst
bekannt sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Reihenkondensatoranlage für Drehstromhöchstspannungsübertragungsleitungen,
bei der die
Reihenkondensatoren gegen Überspannungen infolge von Störungsströmen bzw. irgendwelchen anderen
Überströmen geschützt sind, bei der jedoch die Reihenkondensatoren unmittelbar nach Abklingen
der Uberstromwelle, d. h. innerhalb der ersten Halbwelle nach Abklingen der Störung,
wieder in Betrieb gesetzt werden, so daß die Reihenkondensatoren während des der Störung folgenden
Ubergangszustandes die Stabilität der Leitung wieder voll aufrechterhalten.
Der Gegenstand der Erfindung besteht in erster Linie in einer Schutzanordnung für Reihenkondensatoren,
bei der eine Funkenstrecke an den Kondensator angelegt ist, um im wesentlichen augenblickliehen
Schutz gegen Überspannungen zu bieten, und bei der der Lichtbogen der Funkenstrecke
während der Störung vorzugsweise bei jedem Stromnulldurchgang durch einen Luftstrom gelöscht
wird, so daß die Funkenstrecke den Funken unterbricht und der Lichtbogen in keiner der Halbwellen,
solange die Spannung nicht wieder auf die anfängliche Unterbrechungsspannung der Funkenstrecke
ansteigt, wieder zünden wird, so daß der Reihenkondensator innerhalb der ersten Halbwelle,
nachdem die Störung abgeklungen ist, wieder wirksam wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung wird der Reihenkondensator während einer
Störung nicht vollständig kurzgeschlossen, sondern durch einen im Nebenschluß zu ihm liegenden
Widerstand überbrückt, der so bemessen ist, daß er die an dem Reihenkondensator anliegende Spannung
auf einen zulässigen Wert begrenzt, so daß der Reihenkondensator nicht nur während der Störung
ausreichend geschützt ist, sondern auch mindestens teilweise mithilft, die Stabilität aufrechtzuerhalten.
Da der Widerstand mit der Funkenstrecke in Reihe liegt, wird der Reihenkondensator
innerhalb der ersten Halbwelle nach Abklingen des Fehlers wieder voll wirksam bzw. innerhalb derjenigen
ersten Halbwelle, während der die an dem Reihenkondensator anliegende Spannung nicht
mehr auf einen unzulässig hohen Wert ansteigt.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist, daß vorzugsweise die Funkenstrecke mittels einer Isolatorsäule
gegen Erde isoliert ist und Einrichtungen besitzt, mit deren Hilfe Luft von der dem Erdboden
zugewandten Seite der Säule her zur Funkenstrecke geleitet werden kann, und daß weiterhin
Einrichtungen vorgesehen sind, die eine ausreichende Luftzufuhr ganz in der Nähe der Funkenstrecke
gewährleisten, so daß der Luftstrom eingeschaltet werden kann, sobald die Funkenstrecke
anfängt, wirksam zu werden, und durch die derselbe so lange aufrechterhalten werden
kann, wie ein Funke an der Funkenstrecke überspringt.
Die Erfindung wird aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsart, die beispielsweise in der Zeichnung dargestellt ist, besser verständlich. Es zeigt
Fig. ι eine schematische Ansicht einer Reihenkondensatoranlage
und
Fig. 2 eine teils im Aufriß und teils im Schnitt wiedergegebene Ansicht einer Schutzfunkenstrecke
gemäß der Erfindung.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in Anwendung auf eine Reihenkondensatoranlage in einer
Drehstromleitung dargestellt. Die Leitung 1 stellt eine Phase einer Höchstspannungsdreiphasenübertragungsleitung
dar, in welche ein Reihenkondensator eingebaut ist, um die Stabilitätsgrenze der
Leitung zu erhöhen, wodurch die Größe der über die Leitung zu übertragenden Leistung erhöht
wird. In der Zeichnung ist der Einfachheit halber nur eine Phase abgebildet; es ist jedoch klar, daß
die anderen Phasen die gleichen Einrichtungen aufweisen. Der Reihenkondensator 2 besteht aus einer
entsprechenden Anzahl von Kondensatoreinheiten, die jeweils in Reihe bzw. in Reihe und zueinander
parallel geschaltet sind, um den gewünschten kapazitiven Blindwiderstand und die gewünschte Stromaufnahme
sicherzustellen; diese Batterie ist als Ganzes in Reihe in die Leitung 1 eingeschaltet.
Der Begriff Kondensator umfaßt in diesem Zusammenhang jede jeweils benötigte Anzahl einzelner
Kondensatoreinheiten. Vorzugsweise sind Trennschalter 3 beiderseits des Reihenkondensators 2 und
ein Überbrückungsschalter 4 vorgesehen. Mit diesem kann der Reihenkondensator überbrückt und
mit jenem zur Besichtigung und Pflege von der Leitung 1 getrennt werden. Der Überbrückungsschalter
4, der normalerweise offen ist, wirkt, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist und nachstehend beschrieben
wird, selbsttätig; es wird jedoch bemerkt, daß der Überbrückungsschalter 4 auch von Hand
betätigt werden kann, um den Reihenkondensator nach Bedarf überbrücken zu können, und daß
außerdem irgendwelche zusätzlich erforderliche selbsttätige Steuereinrichtungen vorgesehen sein
können.
Wie bereits erläutert, ist der Reihenkondensator 2 im Falle unzulässiger Überspannungen bei einer
Störung bzw. anderen Überströmen in der Leitung ι unzulässig hohen Beanspruchungen ausgesetzt;
er muß im wesentlichen augenblicklich nach Auftreten einer Überspannung geschützt werden,
die einen bestimmten Sicherheitswert, beispielsweise 150% der Normalspannung, überschreitet.
Hierzu ist eine Schutzfunkenstrecke 5 vorgesehen, und ein Widerstand 6 ist in Reihe mit
der Funkenstrecke 5 geschaltet. Die miteinander in Reihe geschaltete Funkenstrecke 5 und der Widerstand
6 sind an den Reihenkondensator 2, wie Fig. 1 zeigt, so angeschlossen, daß, wenn die Funkenstrecke
5 durchschlagen wird, der Widerstand 6 parallel zum Reihenkondensator 2 liegt. Die Funkenstrecke
5 ist so gebaut und eingestellt, daß sie den Funken immer dann übertreten läßt bzw. daß
sie immer dann leitend wird, wenn die an dem Reihenkondensator anliegende Augenblicksspannung
den festgelegten Sicherheitswert übersteigt. Der Widerstand 6 ist so bemessen, daß er, wenn
er parallel zum Reihenkondensator 2 geschaltet ist, die an ihm liegende Spannung auf einen Sicherheitswert
begrenzt. Genauer gesagt, ist der ohmsche
Widerstand des Widerstandes 6 so festgelegt, daß der sich ergebende Scheinwiderstand der Parallelschaltung
Widerstand—Kondensator so groß ist,
daß der Spannungsabfall am Reihenkondensator und Widerstand bei dem in der Leitung ι möglichen
höchsten Störungsstrom die Sicherheitshöchstspannung, welcher der Reihenkondensator 2
ausgesetzt werden darf, nicht übersteigt. Es ist daher klar, daß, wenn der Widerstand 6 parallel
ίο zum Reihenkondensator 2 geschaltet ist, der Reihenkondensator selbst unter den schwersten zu
erwartenden Bedingungen wirksam gegen Überspannungen geschützt ist, daß er jedoch dabei nicht
vollständig überbrückt und außer Wirksamkeit gesetzt wird und daß noch ein gewisser kapazitiver
Blindwiderstand in Reihe mit der Leitung vorhanden ist, um die Stabilität während der Störung
aufrechtzuerhalten.
Die Funkenstrecke 5 ist eine selbstlöschende Funkenstrecke, d. h. der Lichtbogen der Funkenstrecke
wird jedesmal, wenn der Strom durch Null geht, gelöscht und zündet wieder, solange die
Augenblicksspannung in der folgenden Halbwelle nicht auf einen bestimmten Wert im Bereich der
erstmaligen Überschlagsspannung an der Funkenstrecke ansteigt. Es kann jede geeignete Bauart
einer selbstlöschenden Funkenstrecke Anwendung finden; vorzugsweise wird eine Bauart verwendet,
bei der die Löschung mittels eines Stromes entionisierenden Gases, welches durch den Spalt
zwischen den Elektroden der Funkenstrecke hindurchgeblasen wird, erzielt wird. Bei der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung wird ein Luftstrom dazu benutzt, den Spalt der Schutzfunkenstrecke
5 selbstlöschend zu machen; der Luftstrom wird von einem Ventil 7 gesteuert,
welches die Luft durch eine Düse 8 in den Spalt leitet. Das Ventil 7 wirkt, wie nachstehend näher
erläutert, selbsttätig, so daß der Luftstrom im wesentlichen unmittelbar nach dem Durchschlagen
der Funkenstrecke 5 ausgelöst wird, d. h. sobald Strom in dem von der Funkenstrecke 5 und dem
Widerstand 6 gebildeten Stromkreis zu fließen beginnt; der Luftstrom wird so lange aufrechterhalten,
bis der Strom in dem Funkenstreckenkreis aufhört zu fließen, und dann unterbrochen.
Im Störungsfall wird die Funkenstrecke 5 durchschlagen, wodurch der Widerstand 6 parallel zum
Reihenkondensator 2 geschaltet wird, sooft die an dem Reihenkondensator 2 anliegende Augenblicksspannung den festgelegten Sicherheitswert, auf
welchen die Funkenstrecke 5 eingestellt ist, überschreitet. Sobald die Funkenstrecke 5 durchschlagen
wird, wird unmittelbar darauf der Luftstrom ausgelöst. Der Lichtbogen in der Funkenstrecke 5
wird infolgedessen bei jedem Nulldurchgang des Stromes gelöscht und wird so lange nicht mehr
zünden, wie die an dem Reihenkondensator anliegende Spannung während der folgenden HaIbwelle
den Durchschlagswert unterschreitet. Die Funkenstrecke 5 wird daher so lange fortfahren,
den Widerstand 6 bei jedem Nulldurchgang des Stromes auszuschalten und ihn während der folgenden
Halbwelle wieder einzuschalten, wie die Spannung diesen Wert überschreitet. Dieser Vorgang
setzt sich fort, bis die Überströme aufhören zu bestehen; der Lichtbogen in dem Spalt der Schutzfunkenstrecke
5 wird dann während der ersten Halbwelle nach Fortfall der Störung nicht mehr
zünden. Der Luftstrom wird sodann abgeschaltet.
Der Widerstand 6 wirkt also so, daß er die an dem Reihenkondensator 2 anliegende Spannung auf
einen Sicherheitswert begrenzt und einen vollkommenen
Schutz für die Reihenkondensatoren gewährleistet, ohne sie jedoch kurzzuschließen und
außer Wirksamkeit zu setzen, während die Funkenstrecke 5 dazu dient, den Widerstand 6 während
jeder Halbwelle, während der er gebraucht wird, parallel zum Reihenkondensator 2 zu schalten und
ihn, wenn erforderlich, auszuschalten. Auf diese Weise wirkt der Reihenkondensator 2 während des
ersten Teiles jeder Halbwelle vollständig, während er während des Restes der Halbwelle, wenn er von
dem Widerstand 6 überbrückt wird, noch teilweise wirksam ist, worauf er während der ersten Halbwelle
nach Fortfall der Störung wieder vollständig wirksam wird. Der Reihenkondensator 2 dient
daher wenigstens zum Teil dazu, die Stabilität während einer Störung aufrechtzuerhalten, und
wirkt während des auf die Störung folgenden Übergangszustandes vollständig. Daraus geht hervor,
daß der Reihenkondensator einerseits voll geschützt ist, andererseits jedoch in dem Augenblick,
in dem er am nötigsten gebraucht wird, nicht vollständig außer Wirksamkeit gesetzt wird, wie dies
bei bisher bekannten Schutzanordnungen der Fall ist, bei denen der Reihenkondensator während
einer Störung vollständig überbrückt wird und auch während wenigstens eines Teiles der auf die
Störung folgenden kritischen Zeitspanne bis zur Behebung des Fehlers vollständig überbrückt
bleibt.
Der Widerstand 6 dient außerdem noch dem weiteren Zweck der Verhinderung einer Beschädigung
des Reihenkondensators 2 durch oszillatorische Umladungen, die eintreten könnte, wenn
die selbstlöschende Funkenstrecke 5 allein an den Reihenkondensator angelegt wäre, da der Widerstand
6 dämpfend auf die Entladung des Reihenkondensators 2 wirkt und so seine Beschädigung
verhindert. Dämpfungswiderstände sind bisher schon im Zusammenhang mit durch Funkenstrecken
geschützten Reihenkondensatoren vorgeschlagen worden, jedoch besaßen die bisher vorgeschlagenen
Widerstände verhältnismäßig niedrige Werte, da sie nur die Kondensatorentladung dämpfen sollen
und mit diesen Ausführungsformen nicht beabsichtigt ist, die an dem Reihenkondensator während
Störungen anliegende Spannung auf einen Mindestwert zu begrenzen. Der Widerstandö gemäß der iao
Erfindung ist hingegen in erster Linie dafür vorgesehen, die an dem zu schützenden Reihenkondensator
anliegende Spannung zu begrenzen, und wird in Verbindung mit einer selbstlöschenden Funkenstrecke
verwendet, die ihn, wenn er benötigt wird, sofort einschaltet und ihn im wesentlichen un-
mittelbar, wenn er nicht mehr gebraucht wird, ausschaltet.
In einigen Fällen kann es genügen, einen kleineren und deshalb billigeren Widerstand 6 anzuwenden,
der einen niedrigeren Widerstandswert als der oben beschriebene Widerstand hat, so daß der
Reihenkondensator 2 während derjenigen Zeitspannen, während denen die Funkenstrecke 5 durchschlagen
wird, mehr oder weniger wirksam überbrückt ist. Wenn nun ein solcher Widerstand zusammen mit einer selbstlöschenden Funkenstrecke
Anwendung findet, wird der Hauptvorteil der Wiedereinschaltung des Reihenkondensators
auf volle Wirksamkeit innerhalb der ersten HaIbwelle nach Fortfall der Störung ebenfalls beibehalten,
so daß der Reihenkondensator während des unmittelbar auf die Störung folgenden Ubergangszustandes,
währenddessen er zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität am dringendsten benötigt
ao wird, voll wirksam ist. Dieses Ergebnis wird durch
die selbstlöschende Funkenstrecke erzielt, bei der der Lichtbogen bei jedem Nulldurchgang des
Stromes gelöscht wird und nicht wieder zündet, bis die Augenblicksspannung nochmals über den
as Sicherheitswert ansteigt, so daß die tatsächliche
Stromstärke innerhalb jeder Halbwelle beibehalten wird und der Reihenkondensator erst dann überbrückt
wird, wenn es notwendig ist. Die Zeit, innerhalb welcher der Reihenkondensator wieder
vollständig wirksam wird, nachdem eine Störung abgeklungen ist, wird infolgedessen auf einen
Mindestwert herabgedrückt. Der Widerstand 6 verhindert, obwohl er einen verhältnismäßig kleinen
ohmschen Wert hat, übergroße Augenblicksströme und begrenzt den Anfangsstromstoß der Kondensatorentladung,
wenn die Funkenstrecke 5 durchschlagen wird. Außerdem vermindert er die Heftigkeit
des Durchschlages an der Funkenstrecke. Wenn ein Widerstand mit größerem ohmschem Wert verwendet
wird, ergibt sich noch der zusätzliche Vorteil, daß der Reihenkondensator während einer
Störung nur teilweise überbrückt wird, wie dies bereits erläutert wurde.
Der Luftstrom kann der Funkenstrecke 5 über das Ventil 7 in irgendeiner geeigneten Weise zugeführt
werden. Da die Funkenstrecke 5 jedoch für die volle Nennspannung des Netzes gegen Erde
isoliert sein muß und da die Netzspannung bei den Anlagen, für die die Schutzanordnung hauptsäch-Hch
gedacht ist, ziemlich hoch, nämlich von der Größenordnung von beispielsweise 220 kV sein
kann, entstehen gewisse praktische Schwierigkeiten bei der Schaffung einer ausreichenden Luftzufuhr
mit ausreichendem Druck zur Funkenstrecke 5, damit der Luftstrom, solange er benötigt wird, auch
tatsächlich aufrechterhalten wird. Der Luftstrom muß unmittelbar nach dem Durchschlag der Funkenstrecke
in dieselbe eingeführt werden, wobei die Verzögerung nicht mehr als 1,5 bis 2 Perioden betragen
darf. Er muß so lange aufrechterhalten werden, wie die Funkenstrecke weiter durchschlagen
wird, was unter Umständen eine beträchtliche Anzahl von Perioden andauern kann. Diese Forderung
macht die Zufuhr einer erheblichen Luftmenge zur Funkenstrecke nötig, und es muß eine
Verzögerung hierbei auf Grund der Luftzufuhr vom Luftbehälter bis zur Funkenstrecke über beträchtliche
Entfernungen vermieden werden, andererseits muß die Funkenstrecke für die Netzspannung
isoliert sein, d. h. sie muß sich in einem beträchtlichen Abstand von allen Anlagen, die Erdpotential
besitzen, befinden.
Eine bevorzugte Ausführungsform für die Zuführung des Luftstromes ist in der Zeichnung dargestellt.
Es ist ein Hauptpreßluftbehälter 9 vorgesehen, der mittels eines von einem Motor 11 angetriebenen
Verdichters 10 mit Preßluft beschickt wird. Der Motor 11 wird aus irgendeiner verfügbaren
Niederspannungsquelle 12 gespeist. Er kann in irgendeiner geeigneten Weise selbsttätig so gesteuert
werden, daß er den Verdichter 10· in Gang setzt und daß der Luftdruck im Hauptpreßluftbehälter
9 auf einem bestimmten Druck,· beispielsweise von der Größenordnung von 10,6 kg/cm2, gehalten
wird. Der Verdichter 10 ist mit dem Hauptpreßluftbehälter 9 über ein Rückschlagventil 13 in
an sich bekannter Weise verbunden. Es hat sich nicht als günstig erwiesen, den Hauptpreßluftbehälter
9, den Verdichter 10 und seinen Antriebsmotor 11 gegen Erde zu isolieren. Der Hauptpreßluft- g0
behälter 9 ist deshalb über eine Isolierleitung 15 mit einem Hilfsluftbehälter 14 verbunden, so daß
der Hilfsluftbehälter 14 in der Nähe der Funkenstrecke 5 und gegen Erde isoliert angebracht sein
kann. Damit ist eine ausreichende Luftzufuhr dicht an der Funkenstrecke 5 gegeben. In die Isolierleitung
15 ist vorzugsweise ein Druckregler 16 irgendeiner geeigneten Bauart eingebaut, um den
Druck im Hilfsluftbehälter 14 auf einem bestimmten niedrigeren Wert zu halten, beispielsweise von
der Größenordnung 7 kg/cm2. Ein Rückschlagventil 17 wird vorzugsweise ebenfalls in der Isolierleitung
15 vorgesehen.
Der Hilfsluftbehälter 14 ist so angeordnet, daß er den Luftstrom über das Ventil 7 unmittelbar
zur Funkenstrecke 5 schickt. Es kann irgendeine geeignete Bauart eines Ventils 7 Anwendung
finden, das in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Stromes in der Funkenstrecke 5 bzw. im
Widerstandskreis rasch geöffnet wird und das, wenn der Stromfluß aufhört, selbsttätig wieder
geschlossen wird. Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ventil 7 besteht aus einer Ventilkammer
18, die normalerweise mittels eines Hauptventils 19 geschlossen ist. Das Hauptventil 19 wird mittels
eines in einem mit der Ventilkammer 18 verbundenen Zylinder 21 verschiebbaren Kolbens 20 betätigt.
Die Luft tritt aus der Ventilkammer 18 über einen normalerweise durch ein Steuerventil 22 verschlossenen,
nicht näher bezeichneten Kanal ein, der außerdem ein zweites Ventil 23 enthält, das
mit einer normalerweise offenen öffnung 24 zur Entlüftung des Zylinders 21 zusammenwirkt. Das
Steuerventil 22 kann mittels eines Solenoides 25 betätigt werden und wird normalerweise mittels 1*5
einer Spannfeder 26 oder irgendeines anderen ge-
eigneten Druckmittels in seiner geschlossenen Lage gehalten, die in Fig. ι dargestellt ist. Das Solenoid
25 wird durch den in der Funkenstrecke 5 fließenden Strom entweder unmittelbar oder über einen
Wandler 27 erregt.
Wenn in der Leitung 1 eine Störung oder irgendein sonstiger Überstrom eintritt, wird die Funkenstrecke
5 durchschlagen und der Widerstand 6 an den Reihenkondensator 2 angelegt, wodurch die an
dem Reihenkondensator auftretende Spannung, wie bereits erklärt, begrenzt wird. Sobald die Funkenstrecke
5 durchschlagen wird und Strom durch den von ihr und dem Widerstand 6 gebildeten Stromkreis
fließt, wird das Solenoid 25 erregt und bewegt das Steuerventil 22 nach rechts, wodurch die
Entlüftungsöffnung 24 geschlossen wird und Luft aus der Ventilkammer 18 in den Zylinder 21 einströmt.
Die auf diese Weise dem Kolben 20 zugeführte Druckluft bewegt das Hauptventil 19
ao nach rechts, worauf Luft von der Ventilkammer 18 der Düse 8 zuströmen kann, die den Luftstrom
in den Spalt der Schutzfunkenstrecke 5 einführt. Der Luftstrom entionisiert den Funkenraum in der
Funkenstrecke und löscht infolgedessen den Lichtbogen bei jedem Nulldurchgang des Stromes. Solange
der Überstromzustand bestehenbleibt, zündet der Lichtbogen bei jeder Halbwelle, sobald die
Augenblicksspannung an der Funkenstrecke 5 den vorgeschriebenen Wert, auf den sie eingestellt ist,
überschreitet. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis die Störung behoben ist bzw. bis der
Strom auf seinen Normalwert zurückgekehrt ist. Dieses fortgesetzte Wiederzünden des Lichtbogens
bei jeder Halbwelle ruft in dem Stromkreis der Funkenstrecke 5 einen intermittierenden Strom
hervor, der das Solenoid 25 ausreichend erregt hält, um das Steuerventil 22 offenzuhalten, so
daß das Hauptventil 19 ebenfalls offengehalten wird und der Luftstrom während dieser Zeit aufrechterhalten
wird. Wenn die Störung behoben ist und die jeweils an dem Reihenkondensator 2 auftretende
Augenblicksspannung nicht mehr auf die Durchschlagsspannung der Funkenstrecke 5 ansteigt,
wird der Lichtbogen der Funkenstrecke 5 nicht mehr wiederzünden, wodurch der Strom im
Stromkreis der Funkenstrecke 5 verschwindet. Das Solenoid 25 wird infolgedessen entregt, und die
Spannfeder 26 bewegt das Steuerventil 22 wieder In1 die in Fig. 1 dargestellte Lage, in der die Entlüftungsöffnung
24 offen und der Zylinder 21 von der Ventilkammer 18 abgesperrt ist. Der Zylinder
21 wird daher entlüftet, und die Druckluft in der Ventilkammer 18, die auf das Hauptventil 19
wirkt, bewegt dieses in seine geschlossene Lage, wodurch der Luftstrom unterbrochen wird.
Der Überbrückungsschalter 4 wird selbsttätig so gesteuert, daß der Reihenkondensator 2 im Falle
eines Ausbleibens der Druckluft überbrückt ist. Der Überbrückungsschalter 4 ist schematisch dargestellt;
er wird mittels einer Feder 28 gespannt und normalerweise durch eine Klinke 29 in offener
Stellung gehalten. Die Klinke 29 wird normalerweise mittels eines Solenoides 30 in einer Stellung
gehalten, in der sie den Überbrückungsschalter 4 offenhält; bei Entregung des Solenoides 30 wird
die Klinke 29 mittels einer Druckfeder 31 bzw. irgendeiner anderen geeigneten Druckvorrichtung
in einer solchen Richtung bewegt, daß der Überbrückungsschalter 4 ausgelöst und mittels der
Feder 28 geschlossen wird. Das Solenoid 30 wird normalerweise durch die Niederspannungsquelle
12 erregt; der Stromkreis enthält die normalerweise geschlossenen Kontakte 32 eines Druckschalters
33, der mit dem Hilfsluftbehälter 14 oder der
Isolierleitung 15 so verbunden, ist, daß er auf den in dem Hilfsluftbehälter 14 herrschenden Luftdruck
anspricht. Der Druckschalter 33 ist so eingestellt, daß seine Kontakte 32, wenn der Druck in
dem Hilfsluftbehälter 14 unter einen bestimmten Wert, beispielsweise 5,6 kg/cm2, fällt, öffnen und
damit der Klinke 29 gestatten, den Überbrückungsschalter 4 auszulösen, wodurch der Reihenkondensator
2 überbrückt wird. Dabei ist vorausgesetzt, daß der normalerweise in dem Hilfsluftbehälter 14
herrschende Druck 7 kg/cm2 beträgt.
Eine in der Praxis bevorzugte Ausführungsart einer Funkenstrecke mit dazugehöriger Druckluftanlage
ist in Fig. 2 dargestellt. Wie aus ihr ersichtlich, sind der Hauptpreßluftbehälter 9, der
Verdichter 10 und der Motor 11 in einem Gehäuse
35 untergebracht, welches auf dem Fußboden bzw. irgendeinem geeigneten Fundament aufgesetzt sein
kann. Dasselbe soll nicht gegen Erde isoliert sein. Die Funkenstrecke 5, das Ventil 7 und der Hilfsluftbehälter
14 sind für volle Netzspannung gegen Erde isoliert und auf eine senkrechte Säule aus
Isolatoren 36 aufgesetzt, die gleichzeitig dazu benutzt wird, die Luft von dem Hauptpreßluftbehälter
9 zum Hilfsluftbehälter 14 zu leiten. Die Isolatoren 36 können hohle Porzellanisolatoren irgendeiner
geeigneten Ausführungsart und mit aneinanderliegenden Stirnseiten zu einer senkrechten
Säule aufgebaut sein, wobei jeweils eine für die betreffende Spannung ausreichende Anzahl von
Isolatoren Anwendung findet. Der Hilfsluftbehälter 14 besteht vorzugsweise aus einem zylindrischen
Stahlbehälter und ist in senkrechter Lage, wie aus Fig. 2 ersichtlich, auf den obersten der Isolatoren
36 aufgesetzt. Die Isolatorensäule kann auf das Gehäuse 35 aufgesetzt oder an irgendeiner anderen n0
geeigneten Stelle aufgestellt sein. Der Hilfsluftbehälter 14 ist mit dem Hauptluftbehälter 9 mittels
einer Isolierleitung 15 verbunden, die vorzugsweise aus einem dickwandigen Gummischlauch besteht,
der einerseits dem Luftdruck standhält und der andererseits auf eine geeignete Spannungsfestigkeit,
beispielsweise 6600 V/m, geprüft sein kann. Derjenige Teil der Isolier leitung 15, der sich innerhalb
des Gehäuses 35 befindet, kann jedoch die Form einer gewöhnlichen Röhre haben und mit dem
Gummischlauch am Fuß des untersten der Isolatoren 36 verbunden sein. Die Isolierleitung 15 erstreckt
sich durch die hohlen Isolatoren 36 hindurch und ist innerhalb dieser in Schraubenwindungen
verlegt; die Isolatoren 36 sind Vorzugsweise mit einer Isolierflüssigkeit 37 gefüllt. Um
die Verwendung von luftdichten Dichtungen bzw. anderen Abdichtungsmitteln zwischen den Isolatoren
zu vermeiden, ist die Isolierleitung 15 an jedem Ende jedes einzelnen Isolators aus diesem herausgeführt
und jeweils zwischen zwei aneinanderstoßenden Isolatoren durch Druckverschraubungen 38
verbunden. Das Ventil 7 ist in einem Ventilgehäuse 39 untergebracht, das auf dem Hilfsluftbehälter 14
aufsitzt, während die Funkenstrecke 5 unmittelbar auf dem Ventilgehäuse 39 aufgesetzt ist.
Die bevorzugte Ausführungsart einer Funkenstrecke, die in Fig. 2 dargestellt ist, weist massive
Graphitelektroden auf, die einem fortgesetzten Funkenübertritt standhalten, ohne daß übermäßige
Erhitzung bzw. irgendwelche andere Beschädigungen eintreten. Die Funkenstrecke 5 besteht aus
einer oberen, hohlen Elektrode 40, die im allgemeinen die Form einer sich nach unten öffnenden
Schale hat, und einer unteren Elektrode 41, die stabförmig ist, senkrecht steht und in die Höhlung
der oberen Elektrode 40 hineinragt. Beide Elektroden liegen in einem solchen Abstand voneinander,
daß eine Funkenstrecke der gewünschten Durchschlagspannung entsteht. Die untere Elektrode 41
besitzt eine Mittelbohrung 42, die sich durch die ganze Länge derselben hindurch erstreckt; ein Ventilationsrohr
43 ist mit dieser Mittelbohrung 42 am unteren Ende der unteren Elektrode41, d.h. an
dem von der Funkenstrecke 5 abgewandten Ende, verbunden. Das Ventilationsrohr 43 kann durch das
Ventilgehäuse 39 hindurchführen und in die Luft münden, während die Düse 8 des Ventils 7 neben
der unteren Elektrode 41 nach oben mündet, so daß der Luftstrom in den Raum zwischen den Elektroden
40 und 41 geleitet wird und über die Mittelbohrung 42 und das Ventilationsrohr 43 entweichen
kann. Die obere Elektrode 40 ist an einem metallenen Deckel 44 befestigt, welcher eine Klemme
45 irgendeiner geeigneten Ausführungsart trägt, mit der eine Leitung an die obere Elektrode 40 angeklemmt
werden kann. Die untere Elektrode 41 ist auf eine nicht näher bezeichnete Grundplatte
aufgeschraubt, die gleichzeitig die Abdeckung für das Ventilgehäuse 39 bilden kann; an dem Ventilgehäuse
39 befindet sich eine geeignete Durchführung 46, durch welche eine Leitung an die untere
Elektrode 41 herangeführt werden kann. Die Funkenstrecke S ist in einem Porzellangehäuse 47
untergebracht, welches die Funkenstrecke 5 schützt und die Elektroden 40 und 41 voneinander isoliert.
Aus dem Gesagten ergibt sich, daß die Erfindung ein Höchstspannungsfunkenstreckenschutzgerät
darstellt, welches für die volle Leitungsspannung gegen Erde isoliert ist und welches mittels
eines Luftstromes selbstlöschend wirkt. Der Hilfsluftbehälter 14 und das Ventil 7 sind außerdem
gegen Erde isoliert und unmittelbar neben der Funkenstrecke 5 angebracht, so daß, wenn das Ventil
7 infolge eines durch die Funkenstrecke 5 fließenden Stromes geöffnet wird, der Luftstrom
unmittelbar ausgelöst wird, ohne daß eine Verzögerung dadurch eintritt, daß die Luft von einem auf
Erdpotential befindlichen Hauptpreßluftbehälter erst herangeführt werden muß. Die Verwendung
des Hilfsluftbehälters macht es außerdem möglich, einen verhältnismäßig großen Luftvorrat dicht bei
der Funkenstrecke unterzubringen, so daß der Luftstrom auf die volle Dauer, während der die Funkenstrecke
5 arbeitet, mit unverminderter Stärke aufrechterhalten werden kann. Es ist also eine
günstige praktische Ausführung einer selbstlöchenden Funkenstrecke zur Verwendung in der Schutzanordnung
nach Fig. 1 gegeben.
Aus dem Gesagten dürfte ferner hervorgegangen sein, daß für Reihenkondensatoren in Höchsstspannungsdrehstromübertragungsleitungen
eine Schutzanordnung geschaffen wurde, bei der der Reihenkondensator zwar gegen Überspannung ausreichend
geschützt ist, jedoch nicht vollständig überbrückt wird, so daß er für die Dauer einer etwaigen Störung
mindestens teilweise wirksam ist und nach Fortfall der Störung wieder unmittelbar voll wirksam
wird, wodurch der Reihenkondensator während derjenigen Zeitspanne, in der die Stabilitätsbedingungen besonders schwer sind, d. h. während
einer Störung und während des unmittelbar darauf folgenden Ubergangszustandes, zur Aufrechterhaltung
der Stabilität beitragen kann. Dieses Ergebnis wird durch die Anwendung eines die Spannung
begrenzenden Widerstandes und durch eine go
selbstlöschende Funkenstrecke, die den Widerstand parallel zum Reihenkondensator schaltet, erzielt,
so daß die Spannung immer dann begrenzt wird, wenn ihr Augenblickswert eine bestimmte Grenze
überschreitet, während der Widerstand ausge- g5
schaltet wird, wenn er nicht mehr gebraucht wird.
Claims (7)
1. Schutzanordnung für Reihenkondensatoren in Höchstspannungswechselstromleitungen
mit zu diesen parallel geschalteter Funkenstrecke, die leitend wird, wenn die am Reihenkondensator
auftretende Augenblicksspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, dadurch
gekennzeichnet, daß Einrichtungen (7,27,
25) vorgesehen sind, mit deren Hilfe unmittelbar nach dem Durchbruch der Funkenstrecke
ein Luftstrom praktisch verzögerungslos derart auf diese gerichtet wird, daß er deren Licht- n0
bogen löscht, und zwar jedesmal dann, wenn der Strom durch Null geht, und daß der Luftstrom
ein erneutes Zünden des Lichtbogens verhindert, wenn nicht die Augenblicksspannung
nochmals auf den erwähnten vorbestimmten Wert ansteigt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Widerstand (6) in Reihe mit der an den Reihenkondensator (2) angelegten Funkenstrecke (5) geschaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (6) so bemessen
ist, daß er die an dem Reihenkondensator (2) auftretende Spannung bei Überströmen
infolge Leitungsstörungen auf einen bestimmten Höchstwert begrenzt.
4· Anordnung nach Anspruch ι, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Luftstromes ein Ventil (7) und eine auf Strom
ansprechende Steuereinrichtung (25 bis 27) zur Auslösung des Öffnungsvorganges des Ventils
vorgesehen sind, so daß der Luftstrom eingeschaltet wird, sobald in der Funkenstrecke (5)
Strom fließt, und das Ventil (22,24) den Luftstrom
unterbricht, wenn der Strom in dem genannten Stromkreis verschwindet.
5. Anordnung nach Anspruch 4, bei welcher der Luftstrom von einem Preßluft enthaltenden
Luftbehälter geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den Luftdruck ansprechendes
Gerät (33) vorgesehen ist, welches einen Überbrückungsschalter (4) für den Reihenkondensator
schließt, wenn der Druck in dem Luftbehälter unter einen bestimmten Wert fällt.
6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke
(5) eine erste, schalenförmige Elektrode (40) und eine im allgemeinen stabförmige
zweite Elektrode (41) aufweist, die in die Schalenhöhlung der erstenElektrode hineinragt,
daß die genannten Elektroden so zueinander liegen, daß sie eine Funkenstrecke bilden, die
in einem Gehäuse (47) untergebracht ist, daß die stabförmige zweite Elektrode eine Mittelbohrung
(42) aufweist und in der Nähe derselben eine Düse (8) angebracht ist, durch die ein Gasstrom in den Raum zwischen den Elektroden
eingeblasen wird, und daß eine Entlüftungseinrichtung (43) vorgesehen ist, die sich außerhalb des genannten Gehäuses (47) befindet
und mit der Mittelbohrung (42) der zweiten Elektrode an dem von der Funkenstrecke
(5) abgewandten Ende in Verbindung steht.
7. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Säule von
Isolatoren (36), ein Hauptpreßluftbehälter (9) am Fuß der genannten Isolatorensäule, ein auf
dieser befindlicher Hilfsluftbehälter (14), eine Isolierleitung (15), die Hauptpreßluftbehälter
(9) und Hilfsluftbehälter (14) miteinander verbindet,
ein isolierendes, die Funkenstrecke (5) enthaltendes Gehäuse (47) und ein Ventil (7)
vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Luftstrom von dem Hilfsluftbehälter (14) zur Funkenstrecke
(5) geleitet wird, und daß das Funkenstreckengehäuse (4) und das Ventil (7) auf den
Hilfsluftbehälter (14) aufgesetzt sind.
Angezogene Druckschriften:
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 9546 9.54
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