DE945462C - UEberspannungsschutzeinrichtung - Google Patents

UEberspannungsschutzeinrichtung

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DE945462C
DE945462C DES37458D DES0037458D DE945462C DE 945462 C DE945462 C DE 945462C DE S37458 D DES37458 D DE S37458D DE S0037458 D DES0037458 D DE S0037458D DE 945462 C DE945462 C DE 945462C
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DE
Germany
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discharge
protection device
overvoltage
ignition
vessels
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Expired
Application number
DES37458D
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Ludwig Ernst
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
Priority to DES37458D priority Critical patent/DE945462C/de
Application granted granted Critical
Publication of DE945462C publication Critical patent/DE945462C/de
Expired legal-status Critical Current

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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

Description

  • Überspannungsschutzeinrichtung In den Verteilungsnetzen von Industrieanlagen treten. @erfahrungsgemäß häufig übierspannung@en auf, deren Höhe ein Vielfaches der Betriebsspannung betragen kann. Verursacht werden diese überspannungen .entweder durch Schalthandlungen, durch Erdschlüsse, beispielsweise in Form von Kabel-oder Endverschlußdurchschlägen, oder auch durch induktiven bzw. unmittelbaren Übertritt von Wanderwellen aus der :speisenden Hoichspannungsfreileitung. Infolge der besonderen Kapazitäts- und Induktivitätsverhältnisse, die in Induktionsnetzen vorliegen, namentlich wenn diese als Hochspannungskabelnetze ausgebildet sind, kann @es Eierbei zu Resonanz- oder sonstigen Schwingungserscheinungen kommen, die eine weitere Erhöhung der Überspannungsw elle und eine Vergrößerung ihres Ausbreitungsbereiches zur Folge haben.
  • Nun liegen in Indusitrienetzien die Stellen schwächster Isolation .meist gerade im den Hochspannungsmotoren; denn die einschlägigen Vorschriften s chreibien für diese in fabrikneuem Zustand eine Prüfspannung vor, die bereits 5o bis 75 % unter der vorschriftsmäßigen Prüfspannung der übrigen Anlagebeile liegt. Dazu. kommt, daß die Isolation der übrigen Anlageteile im Betrieb infolge des geringeren Verschleißes meist erheblich weniger leidet als die Isolation der Motoren. Audtretende Überspannungen führen daher häufig zu einem Durchschlag innerhalb der Motoren, die dadurch zum Ausfall kommen. Bedeutet die Beschädigungeines Hochspannungsmotors an sich schon einen beträchtlichen Schaden, so tritt durch den Ausfall des Motors meist noch ein viel größerer Schaden mittelbar wegen der dadurch verursachten Störung des Produktionsprozesses ein. Das gilt in besonders hohem Maße für solche Anlagen der chemischen Industrie, die normalerweise in ununterbrochenem Dauerbetrieb arbeiten.
  • Die bisher gebräuchlichen überspannungsschutzeinrichtungen eignen sich wohl für die Ableitung, der auf Hoch- und Höchstspannungsfreileitungen auftretenden Überspannungen und für die Begrenzung dieser überspannungen auf einen für die Isolationsfestigkeit der Freileitungslsolatoren,- der Durchführungen und der Transformatoren ungefährlichen Wert; in InduvstrIenetzen, namentlich wenn diese als Kabelnetze ausgeführt sind, werden jedoch die bei überspannungen abzuleitenden Energiemengen so groß, daß die bekannten Überspannungsableiter dieser Aufgabe, vor allein im Hinblick auf die besonderen Anforderungen, welche die Isolation der Hochspannungsmotoren stellt, nicht gewachsen sind. Die Erfindung hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, einen überspannungsableiter zu schaffen, der auch auf diesem Anwendungsgebiet einen zuverlässigen Schütz bietet. Ein solcher überspannungsableiter müß imstande sein, die bei üb:erspannüngen in Hochäpannungskabelnetzen auftretenden Energiemengen sicher abzuleiten, nach Abklingen der Überspannung das Netz unverzüglich wieder von Erde zu trennen und die in das Netz einlaufenden restlichen Spannungswellen unterhalb, desjenigen Wertes. zu halten, der zu einer Schädigung bzw. zu einem -Durchschlag der Wicklungsisolation der Motoren führen könnte. Ein, solcher überspannungsablefer ist dann natürlich auch in Freileitungsanlagen ohne weiteres brauchbar.
  • Die Erfindung benutzt zur Lösung dieser Aufgabe Gasentladungsstrecken, die parallel zu den zu schützendem Apparaten und Maschinen bzw. zwischen, die Leiter der zu :schützenden. Anlage und Erde geschaltet ;sind, und zwar werden diese Entladungsstrecken als Quecksilberdampfgefäße ausgebildet, die mixt einer :ständig in die Kathode tauchenden. bzw. mit dieser in leistender Berührung befindlichen. Zündelektrode ausgerüstet sind. Die Verwendung von Entladungsstrecken mit lichtbogenartiger Entladung als überspannungsableiter ist an sich bereits bekannt. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art werden jedoch ausschließlich Entlaiduazgsstreeken mit selbständiger Entladung benutzt, deren Zündung unmittelbar durch überschreitung .eines kritischen Wertes der zwischen den Elektroden liegenden Spannung erfolgt, wobei im allgemeinen zunächst eine Glimmentladung einsetzt, die dann .erst in einen Lichtbogen umschlägt. Solche Entladungsstrecken sind nicht geeignet, Ströme von der Größenordnung, wie sie hier gefordert wird, zu führen. Außerdem macht :es Schwierigkeiten, die Entladung nach. Beseitigung der Überspannung wieder .schnell genug zu löschen, weil die Brennspannung des entstehenden Lichtbogens. um ein Beträchtliches niedriger liegt .als der zur Einleitung der Glimmentladung erforderliche Spannungswert. im Gegensatz hierzu lassen sich Quecksälberdampfentlädungsgefäße, deren Kathode zunächst durch eine Tauchzündelektrode in emissionsfähigen Zustand gesetzt wird, für praktisch beliebig hohe Stromstärken herstellen, wobei zu bedenken ist, daß der ganze Ableitungsvorgang ja nur den Bruchteil einer Sekunde dauert. Weiterhirn. ist es von Wichtigkeit, daß die Ansprechgeschwindigkelt solcher Entladungsgefäße, d. h. die Geschwindigkeit, mit der die Ausbildung des Lichtbogens der Erregung der Zündelektrode folgt, außerordentlich hoch ist. Schwierigkeiten bereitet jedoch bei der Verwendung von. Quecksilberdampfentladungsgefäßen mit Tauchzündelektro:de die Schaltung des Zündstromkreises. Es erscheint zunächst als das Gegebene, den Zündstromkreis unmittelbar der Entladungsstrecke parallel zu schalten und seinen Widerstand so zu bemessen, daß der zur Zündung erforderliche Strom in ihm erst bei einem bestimmten Überspannungswert erreicht wird. Das würde aber eine ständige Belastung des Zünders und damit eine erhebliche Verkürzung seiner Lebensdauer sowie eine Beeinträchtigung der Ziindgenauigkeit bedeuten. Deshalb besteht ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung darin, daß die Zündstromkreise unter Zwischenschaltung einer erst 'beim Auftreten einer Überspannung zündenden Hilfsentladungsstrecke mit selbständiger Entladung zur 'Hauptentladungsstrecke parallel geschaltet sind. Ein Strom kommt über den Zünder infolgedessen erst 'dann zustande, wenn tatsächlich leine übersp.annung auftritt. Dieser Strom kann dann aber auch sofort .so groß sein, daß -er die Zündung der Hauptentladungsstrecke einleitet, so daß bei Überschreitung einer bestimmten Spannungsgrenze die Schutzeinrichtung praktisch ohne Verzögerung anspricht, Das Löschen der Hilfsentladungsstrecke im Zünderkreis macht keiinnerlei Schwierigkeiten, weil wegen der Parallelschaltung des Zünderkreises zu der Hauptentladungsstrecke in dem Augenblick, in dem die letztere zündet, die Spannung an ihm auf die sehr niedrige Brennspannung der Hauptentladungsstrecke zusammenbricht.
  • Als Hilfsentladungsstrecke im Zünderkreis wird zweckmäßig eine Löschfunkenstrecke verwendet, zumal solche Löschfunkenstrecken ganz genau definierte Zündspannungswerte- besitzen. Besonders vorteilhaft ist @es, an dieser Stelle seine Einrichtung zu verwenden, die aus der Reihenschaltung einer Löschfunkenstrecke mit einem Widerstand besteht, dessen Widerstandswert mit wachsender Spannung. sinkt. Solche Einrichtungen sind als. selbständige Überspannungsableiter fertig zusammengebaut- im Handel unter dem Namen »Kathodenfallableiter« für verschiedene Ansprechspannungen listenmäßig erhältlich. Um den Zünderstrom zu begrenzen, dürfte es ratsam sein, noch einen weiteren Widerstand in dem Zünderstromkreis vorzusehen. An Stelle eines ohmschen Widerstandes kann hier auch eine Induktivität benutzt werden, da es wegen des nachfolgenden Zusammenbrechens der Zünderspannun - beim Zünden der Hauptentladungsstrecke ja nicht auf eine stationäre Begrenzung des Zünderstromes, .sondern nur darauf ankommt, daß dieser bis zum. Zünden der Hauptentladungsstrecke nicht unzulässig hohe Werte :erreicht.
  • Die Entladungsgefäße werden meist so gebaut sein, daß sie nur eine Kathode enthalten und infolgedessen nur in einer Richtung stromdurchlässig sind. Beim Schutz von Wechselstromanlagen muß man daher je Phase zwei solcher Gefäße mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung :einander parallel schalten. Damit nun je nach der Polarität, mit der in der betreffenden Leitung die überspannungswelle auftritt, stets nur diejenige Entladungsstrecke erregt 'wird, die die zur Ableitung dieser überspannung richtige Durchlaßrichtung besitzt, ist es zweckmäßig, in die Zünderkreise noch richtungsabhängige Widerstände zu schalten. Es können hier beispielsweise Trockengleichrichter oder auch Funkenstrecken mit Ventilwirkung verwendet werden. Eine Ventilwirkung kann bei Funkenstrecken bekanntlich durch die Ausbildung der Elektroden als Spitze und Platte erreicht werden.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit i ist der zu schützende Zweig eines Drehstromnetzes bezeichnet. Die Schutzeinrichtung, die beim Ansprechen die Leiter des Drehstromnetzes an Erde legt, ist der Einfachheit halber nur für eine Phase dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus den beiden gegensinnig parallel geschalteten Entladungsgefäßen a und a', deren jedes eine Anode 3, eine Kathode ¢ und eine in die letztere tauchende, aus Material hohen Widerstandes hergestellte Zündelektrode :enthält. In Reihe mit beiden Entladungsgefäßen 2 und 2' liegt noch ein. Strombegrenzungswiderstand 9, der unter Umständen auch als induktiver Widerstand ausgebildet sein kann. Die Zündelektrode 5 ist mit der Anode 3 des zugehörigen Entladungsgefäßes verbunden. In ihrem Stromkreis liegt zunächst eine Hilfsentladungsstreck e 6, die bei einem ganz bestimmten Spannungs= wert anspricht. Weiterhin ist mit der Zündelektrode ein Strombegrenzungswiderstand 8 sowie eine Ventilstrecke 7 in Reihe geschaltet, und zwar letztere so, daß ein Zünderstro:m nur dann fließen kann, wenn die Anode des betreffenden Entladungsgefäßes gegenüber der zugehörigen Kathode positiv ist.
  • Man erkennt, daß, wie schon vorher- erwähnt, beim Zünden der Entladungsstrecke an dem Zündspannungskreis nur noch die Brennspannung des Lichtbogens liegt, .so daß die Hilfsentladungsstrecke 6 sofort wieder erlischt. Auf diese Weise ist es möglich, den Unterschied zwischen der Betriebsspannung des Netzes und der Ansprech- bzw. Begrenzungsspannung des erfindungsgemäßen überspannungsableiters beliebig klein zu halten. An Stelle einanodiger Gefäße, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, können auch m:ehranodg@e verwendet werden, um eine entsprechende Aufteilung der abzuführenden Energiemenge auf verschiedene Anoden zu erreichen. Man kann zu demselben Zweck auch mehrere einanodige Entladungsgefäße gleichsinnig parallel schalten. Mehranodige Gefäße mit gemeinsamer Kathode und nur einer Zündelektrode kann man auch beim Schutz von mehrphasigen Anlagen. in der Weisse verwenden, daß jeder Phase eine Anode des Gefäßes zugeordnet wird. Die Ableiter können bei der Verwendung in Industrie,-anlagen beispielsweise in den Schalthäusern an die Sammelschiene angeschlossen werden, von denen die Stich-, Ring- oder vermaschten Zuleitungen zu den Motoren und Apparaten abgehen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Überspannungsschutzeinrichtung, bei der parallel zu den zu sichütze;nden Apparaten bzw. zwischen die Leiter der zu schützenden Anlage und Erde Gasentladungsstrecken geschaltet sind, die beim Auftreten einer Überspannung gezündet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken als Quecksilberdampfentladungsgefäße mit ständig in die Kathode tauchender Zündelektrode ausgebildet sind und die Zündstromkreise :dieser Entladungsgefäße unter Zwischenschaltung :einer beim Auftreten einer überspaamung zündenden Hilfs.entladungsstreck:e mit selbständiger Entladung, vorzugsweise einer Löschfunkenstrecke, parallel zur Hauptentladungsstrecke geschaltet sind. a. Überspannungs:schutzeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zündstromkreis ohmsche oder induktive Widerstände liegen. 3. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch a, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert der in dem Zündstromkreis liegenden Widerstände mit zunehmender Spannung sinkt. ¢. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei gegensinnig parallel geschalteten Entladungsgefäßen eindeutiger Durchlaßrichtung in diie Zündstromkreise Ventile geschaltet sind, die je nach der Polarität der Überspannung .nur die Zündung des dieser Polarität zugeordneten Entladungsgefäßes zulassen. 5. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventile Funkenstrecken mit Richtwirkung, z. B. aus Spitze und Platte bestehend, dienen. 6. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Entladungsstrecken :ein Strombe:grenzungswiderstand in Reihe geschaltet ist. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 681 39z.
DES37458D 1941-03-15 1941-03-15 UEberspannungsschutzeinrichtung Expired DE945462C (de)

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DE945462C true DE945462C (de) 1956-07-12

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004060915A1 (de) * 2004-12-17 2006-06-22 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Gekapselter Überspannungsableiter für den Einsatz als Netzfunkenstrecke im Niederspannungsbereich mit getrennten, elektrisch in Reihe geschalteten Funktionseinheiten
DE102005060096B4 (de) * 2004-12-17 2008-01-17 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Gekapselter Überspannungsableiter für den Einsatz als Netzfunkenstrecke im Niederspannungsbereich mit getrennten, elektrisch in Reihe geschalteten Funktionseinheiten

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE681392C (de) * 1937-06-17 1939-09-21 Aeg Einrichtung zum Schutz gegen UEberspannungen verschiedener Polaritaet

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DE102005060096B4 (de) * 2004-12-17 2008-01-17 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Gekapselter Überspannungsableiter für den Einsatz als Netzfunkenstrecke im Niederspannungsbereich mit getrennten, elektrisch in Reihe geschalteten Funktionseinheiten

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