DE940002C - Spark gap arrangement for high voltages - Google Patents

Spark gap arrangement for high voltages

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DE940002C
DE940002C DES39531D DES0039531D DE940002C DE 940002 C DE940002 C DE 940002C DE S39531 D DES39531 D DE S39531D DE S0039531 D DES0039531 D DE S0039531D DE 940002 C DE940002 C DE 940002C
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Germany
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spark gap
gap arrangement
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spark
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DES39531D
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German (de)
Inventor
Walter Dr-Ing Estorff
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/16Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series
    • H01T4/20Arrangements for improving potential distribution

Description

Funkenstreckenanordnung für hohe Spannungen Es ist bereits bekannt, bei einer Funkenstreckenanordnung für einen überspannungsableiter mit Vor- und Löschfunkenstrecke die vorhandenen Funkenstrecken durch Kondensatoren elektrisch zu überbrücken, so daß hierdurch ein Nebenschlußstrompfad zu der Funkenstrecke gebildet wird, der bei hoher Frequenz einen möglichst großen Strom durchlassen soll. Die Kondensatoren werden bei einigen dieser Anordnungen durch abschirmende Metallbeläge gebildet, die die Funkenstreckenreihe umgeben.Spark gap arrangement for high voltages It is already known in the case of a spark gap arrangement for a surge arrester with preliminary and extinguishing spark gap to bridge the existing spark gaps electrically with capacitors, so that this forms a shunt current path to the spark gap, which at high frequency should let the largest possible current through. The capacitors are formed in some of these arrangements by shielding metal coverings, which surround the spark gap row.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Funkenstreckenanordnungen für hohe Spannungen, und ,zwar sowohl Einzelfunkenstrecken wie auch Mehrfachfunkenstrecken. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechspannung bei Hochfrequenz bzw. Stoßbeanspruchung möglichst niedrig zu machen bzw. die Spannungsverteilung längs der gesamten Überschlagstrecke in einer gewünschten Weise zu steuern. Namentlich bei überspannungsableitern der Ventiltype mit spannungsabhängigem Widerstand und Vor- und/oder Löschfunkenstrecken soll einerseits die Funkenstrecke bei Betriebsspannung nicht überschlagen, andererseits soll bei plötzlich auftretenden Überspannungen die Stoßenergie durch sofortiges Ansprechen der Funkenstrecke abgeleitet und damit unschädlich gemacht werden.The invention also relates to spark gap arrangements for high voltages, both single and multiple spark gaps. It is based on the task of determining the response voltage in the event of high frequency or shock loading to make it as low as possible or the stress distribution along the entire rollover section to control in a desired manner. Especially in the case of surge arresters Valve type with voltage-dependent resistance and pre- and / or extinguishing spark gaps on the one hand, the spark gap should not flash over at operating voltage, on the other hand in the event of sudden surge voltages, the impact energy is immediately reduced Response of the spark gap can be derived and thus rendered harmless.

Dies läßt sich in bekannter Weise dadurch erreichen, daß die Funkenstreckenreihe wenigstens einseitig-von einer sie annähernd koaxial übergreifenden sogenannten Schirmelektrode. umgeben ist, die über einen hohen ohmschen Widerstand mit der einen Endelektrode der Funkenstrecke verbunden ist. Durch diese Anordnung wird die Verteilung der Spannung auf die in Reihe geschalteten Funkenstrecken bei Normalfrequenz einerseits und bei Stoßfrequenz andererseits verschieden gestaltet. Bei Normalfrequenz wird ein Teil der gesamten Funkenstreckenreihe entlastet und ein anderer zusätzlich belastet; bei Stoßfrequenz dagegen fällt diese künstliche Vergleichmäßigung plötzlich fort, und die ursprünglich ungleichmäßige Verteilung der Spannung auf die Funkenstrecken wird wieder herbeigeführt, wodurch der Überschlag eingeleitet wird.This can be achieved in a known manner in that the spark gap series at least unilaterally - from an almost coaxial overlapping one so-called shield electrode. is surrounded, which has a high ohmic resistance is connected to one end electrode of the spark gap. Through this arrangement is the distribution of the voltage on the series-connected spark gaps Normal frequency on the one hand and shock frequency on the other hand designed differently. At normal frequency, part of the entire spark gap series is relieved and another burdened additionally; on the other hand, at a shock frequency, this artificial one falls Uniformity suddenly continued, and the originally uneven distribution the voltage on the spark gaps is brought about again, causing the flashover is initiated.

Eine ähnliche Wirkung läßt sich mit bedeutend einfacheren Mitteln dadurch erreichen, daß nach der vorliegenden Erfindung die vorhandenen Funkenstrecken teilweise, gemeinsam, einzeln oder gruppenweise durch vorzugsweise gegeneinander isolierte, aus einem Stoff hohen spezifischen Widerstandes bestehende Beläge elektrisch überbrückt sind. -Dieser Vorschlag läßt sich auf außerordentlich einfache Weise konstruktiv verwirklichen. Das soll im folgenden an Hand eines schematischen Ausführungsbeispiels gezeigt werden.A similar effect can be achieved with considerably simpler means achieve that, according to the present invention, the existing spark gaps partially, together, individually or in groups, preferably against each other insulated coverings made of a material of high specific resistance electrically are bridged. -This suggestion can be made in an extraordinarily simple way realize constructively. This is intended in the following on the basis of a schematic exemplary embodiment to be shown.

Die Abbildung zeigt schematisch eine Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter der Ventiltype mit einer Vorfunkenstrecke, deren kugelförmige Elektroden mit r, 2, und einer Löschfunkenstreckenanordnung, deren scheibenförmige Elektroden mit 3, 4, 5, 6 bezeichnet sind. Die gesamte Funkenstreckenanordnung ist mit einem Isolierrohr 7 umgeben und mit diesem in das nicht mit dargestellte übliche Porzellangehäuse eingesetzt. Das Isolierrohr kann zum Tragen schlecht leitender Beläge 8, 9 benutzt werden, von denen der obere 8 mit der Elektrode z, der untere 9 mit der Elektrode :2 der Vörfunkenstrecke leitend verbunden ist. Der eine Belag liegt auf der Außen-, der andere auf der Innenseite des Isolierrohres 7, so daß durch die schlecht leitenden Beläge keine galvanische, sondern nur eine kapazitive Überbrückung der Vorfunkenstrecke hergestellt wird.The figure schematically shows a spark gap arrangement for surge arresters the valve type with a pre-spark gap, the spherical electrodes with r, 2, and a quenching spark gap arrangement, the disk-shaped electrodes with 3, 4, 5, 6 are designated. The entire spark gap arrangement is with an insulating tube 7 surrounded and with this in the usual porcelain housing, not shown used. The insulating tube can be used to carry poorly conductive coverings 8, 9 of which the upper 8 with the electrode z, the lower 9 with the electrode : 2 the pre-spark gap is conductively connected. One surface is on the outside, the other on the inside of the insulating tube 7, so that through the poorly conductive Deposits are not galvanic, but only a capacitive bridging of the pre-spark gap will be produced.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wären die Beläge nicht vorhanden; so ergäbe sich eine ungleichmäßige _ - Verteilung der Spannung. über die gesamte Höhe- -Uer Anordnung._ Die Äquipotentialflächen würdeü-in- der Nähe .der oberen Endelektrode verhältnismäßg dicht benachbart liegen, weiter unten lägen sie dagegen weiter auseinander. Das ist dadurch zü erklären., daß der Potentialverlauf bei eineiri-Überspännüngsableiter ebenso wie auch bei Stützisolatoren, Hängeketten usw. nicht linear ist, sondern sich nach Art der Grundform »Spitze-Platte« verhält. Mit Hilfe der Beläge hohen Widerstandes- läßt sich jedoch eine Vergleichmäßigung der- Feldverteilung über die Gesamtanordnung erzielen; da der Kapazitätsstrom, der über die Beläge nach Erde fließt, in diesen keinen wesentlichen Spannungsabfall hervorruft, so daß zunächst die Wirkung die gleiche ist, wie die von vorgeschobenen Steuerelektroden aus gut leitendem Werkstoff. Bei plötzlicher Stoßbeanspruchung dagegen ruft der über den schlecht leitenden Belag fließende Kapazitätsstrom in diesem einen so hohen Spannungsabfall hervor, daß der Belag praktisch keinen Einfluß auf die Spannungsverteilung mehr ausüben kann, so daß sich das gleiche Feldlinienbild ergibt, wie wenn der Belag überhaupt nicht vorhanden wäre, und die Spannung auf die einzelnen übereinander angeordneten Funkenstrecken ungleichmäßig verteilt ist. Auf diese Weise wird das Ansprechen bei Stoßbeanspruchung erleichtert.The mode of action is as follows: If the coverings were not there; this would result in an uneven distribution of the tension. over the entire Height- -Uer arrangement ._ The equipotential surfaces would be in the vicinity of the upper ones End electrode are relatively close to each other, but they would be further down further apart. This can be explained by the fact that the potential curve in an electric surge arrester just like with post insulators, hanging chains etc. is not linear, but behaves in the manner of the basic form »tip-plate«. With the help of the toppings high Resistance can, however, be made more uniform over the field distribution Achieve overall arrangement; because the capacitance current that flows through the pads to earth flows, in this does not cause a significant voltage drop, so that initially the effect is the same as that of advanced control electrodes from good conductive material. In the case of sudden impacts, on the other hand, the calls via the Poorly conductive coating flowing capacitance current in this such a high voltage drop shows that the covering has practically no influence on the stress distribution can exercise, so that the same field lines result as when the covering would not exist at all, and the tension on each one on top of the other arranged spark gaps is unevenly distributed. That way it becomes Responding to shock loads is facilitated.

Bei Normalfrequenz ist infolgedessen der Spannungsabfall zwischen den Elektroden z und 2 zu einem großen Teil auf die damit in Reihe geschalteten Löschfunkenstrecken abgewälzt. Wird dagegen die Reihenschaltung der beiden Funkenstrecken von einer höheren Frequenz oder von einer Stoßwelle beansprucht, so tritt gegenüber der Feldverteilung bei Betriebsfrequenz eine Feldverzerrung ein, wobei auf die Elektroden z und 2 größerer Anteil der Gesamtspannung entfällt. So läßt es sich erreichen, daß das Verhältnis der Stoßansprechspannung zum Scheitelwert der Wechselansprechspannung auf Werte weit unter r gebracht wird, während bei einer Funkenstrecke ohne die hier angegebene Einrichtung Stoßfaktoren von z, 2 und darüber zu verzeichnen sind.As a result, at normal frequency the voltage drop is between the electrodes z and 2 to a large extent on those connected in series with them Extinguishing spark gaps rolled off. If, however, the series connection of the two spark gaps stressed by a higher frequency or by a shock wave, so occurs opposite of the field distribution at operating frequency a field distortion, whereby on the electrodes z and 2 a larger proportion of the total stress is omitted. This is how it can be achieved that the ratio of the surge response voltage to the peak value of the alternating response voltage is brought to values far below r, while with a spark gap without this specified facility impact factors of z, 2 and above are recorded.

Eine ähnliche Wirkung kann man .auch im Bereich der Löschfunkenstrecke der Anordnung hervorrufen; z. B. kann man auf der Außenseite des Isolierrohres 7 einen Belag oder mehrere von hohem spezifischem Widerstand, die mit keiner der beiden Elektroden verbunden zu sein brauchen, anordnen. Derartige Beläge sind in der Abbildung angedeutet und mit ro bezeichnet.A similar effect can also be found in the area of the quenching spark gap cause of the arrangement; z. B. one can on the outside of the insulating tube 7 one or more layers of high resistivity that do not match either Electrodes need to be connected. Such coverings are in the picture indicated and labeled ro.

Die im Bereich einer oder mehrerer Funkenstrecken angordneten Beläge können Bandform besitzen. Sie können in Ringform oder auch in Form einer Wendel verlaufen. Es genügt in vielen Fällen, wenn diese Beläge nur auf der einen Seite des Isolierrohres, z. B. auf der Außenseite, angebracht sind.The linings arranged in the area of one or more spark gaps can be in the form of a band. They can be in the form of a ring or in the form of a helix get lost. In many cases it is sufficient if these coverings are only on one side of the insulating tube, e.g. B. on the outside, are attached.

Der verteilt wirksame, hohe spezifische -Widerstand der beim Gegenstand der Erfindung angewendeten Kondensatorbeläge bringt den Vorteil mit sich, daß sich eine besonders gut :wirksame frequenzabhängige Potentialsteuerung längs der gesamten Überschlagsstrecke erzielen läßt. Zwecks Erzielung einer den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden Beeinflussung der Potentialverteilung können die einzelnen benachbarten Windungen des in Ringform oder Schrauberilinienform angeordneten Widerstandbandes an verschiedenen Stellen verschiedene Abstände voneinander besitzen.The distributed effective, high specific resistance of the object the invention applied capacitor plates has the advantage that a particularly good one: effective frequency-dependent potential control along the entire Can achieve rollover distance. In order to achieve one of the respective requirements The individual neighboring ones can influence the potential distribution accordingly Windings of the resistance band arranged in a ring shape or screw line shape have different distances from one another at different points.

Asbestband, insbesondere lackgetränktes, ist gemäß der Erfindung besonders gut für die Herstellung der Beläge geeignet.Asbestos tape, especially paint impregnated, is special according to the invention well suited for the production of the coverings.

Man kann dieses Asbestband auch dazu verwenden, um eine reine ' Widerstandspotentialsteuerung herzustellen, so daß also durch das Widerstandband eine galvanische Verbindung zwischen den Endelektroden oder Zwischenelektroden geschaffen wird. Die lediglich kapazitive Überbrückung der Funkenstrecke mittels der Widerstandsbeläge hat aber den Vorteil, daß der dauernde Durchfluß eines kleinen Stromes im normalen Betrieb wegfällt, der bei der reinen Widerstandsteuerung das Widerstandsmaterial dauernd beansprucht und bei Unterbrechung des Widerstands zu einer Lichtbogenbildung mit nachfolgender Zerstörung des Ableiters Anlaß geben könnte.This asbestos tape can also be used for pure resistance potential control to produce, so that a galvanic connection through the resistance band between the end electrodes or intermediate electrodes. The only capacitive one Bridging the spark gap by means of the resistance coatings has the advantage that the continuous flow of a small current is eliminated in normal operation, the in the case of pure resistance control, the resistance material is constantly stressed and if the resistance is interrupted, arcing occurs with subsequent destruction the arrester could give cause.

Die Anwendbarkeit der Vorschläge der Erfindung ist keineswegs auf Anordnungen nach Art des Ausführungsbeispiels beschränkt. Sie ist vielmehr bei überspannungsableitern vielerlei Art mit gutem Erfolg möglich. Auch stellen die Vorschläge der Erfindung nicht nur vereinigt, sondern auch je für sich wertvolle Neuerungen dar.The applicability of the proposals of the invention is by no means up Arrangements restricted to the type of embodiment. Rather, it is with surge arresters many kinds possible with good results. Also make the proposals of the invention not only united, but also each represent valuable innovations in their own right.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: i. Funkenstreckenanordnung für hohe Spannungen, insbesondere für Überspannungsableiter der Ventiltype mit Vor- und/oder Löschfunkenstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhandenen Funkenstrecken teilweise, gemeinsam, einzeln oder gruppenweise durch vorzugsweise gegeneinander isolierte, aus einem Stoff hohen spezifischen Widerstandes _ bestehende Beläge elektrisch überbrückt sind. PATENT CLAIMS: i. Spark gap arrangement for high voltages, in particular for surge arresters of the valve type with pre- and / or extinguishing spark gaps, characterized in that the existing spark gaps partially, jointly, individually or in groups by preferably isolated from one another, from one Material with high specific resistance _ electrically bridged existing coverings are. 2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge auf einem die Funkenstrecke umgebenden Isolierrohr angeordnet sind. 2. spark gap arrangement according to claim i, characterized in that the Poorly conductive coatings arranged on an insulating tube surrounding the spark gap are. 3. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge in Bandform angeordnet sind. q.. 3. spark gap arrangement according to claim i and 2, characterized in that that the poorly conductive coverings are arranged in tape form. q .. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge in Ringform angeordnet sind. Spark gap arrangement according to claims i to 3, characterized in that the poorly conductive coverings are arranged in a ring shape. 5. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge in Schraubenlinienform angeordnet sind. 5. spark gap arrangement according to claim i to 3, characterized characterized in that the poorly conductive coatings are arranged in a helical shape are. 6. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen benachbarten Windungen des schlecht leitenden Bandes verschiedenen Abstand voneinander besitzen. 6. spark gap arrangement according to claim i to 5, characterized in that that the individual adjacent turns of the poorly conductive tape are different Have a distance from each other. 7.Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Asbestband für die schlecht leitenden Beläge verwendet ist. B. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge nach Art von Kondensatorbelägen angeordnet sind, so daß sie bei Betriebsfrequenz eine im wesentlichen kapazitive Steuerung der Spannungsverteilung zwischen den Elektroden bewirken. g.Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen bzw. mehrere schlecht leitende Beläge in Bandform eine galvanische Überbrückung der Funkenstrecke hergestellt ist, so daß die Steuerung der Spannungsverteilung zwischen den Elektroden im wesentlichen eine Widerstandssteuerung ist. Angezogene Druckschriften: Electrical Engineering, 1937, S. 8i9 bis 822; französische Patentschrift Nr. 57o 132; USA.-Patentschrift Nr. 1477 303; schweizerische Patentschrift Nr. 142 279. 7. spark gap arrangement according to claim i to 6, characterized in that asbestos tape is used for the poorly conductive coverings. B. spark gap arrangement according to claim i to 7, characterized in that the poorly conductive coatings are arranged in the manner of capacitor coatings so that they cause a substantially capacitive control of the voltage distribution between the electrodes at operating frequency. The spark gap arrangement as claimed in claims i to 7, characterized in that a galvanic bridging of the spark gap is produced by one or more poorly conductive coverings in strip form, so that the control of the voltage distribution between the electrodes is essentially a resistance control. Cited publications: Electrical Engineering, 1937, pp. 8i9 to 822; French Patent No. 57o 132; U.S. Patent No. 1,477,303; Swiss patent specification No. 142 279.
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