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Uberspannungsschutz Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz
für Hochspannungsnetze und hat vorwiegend zur Aufgabe, die Überspannungen zu vermindern,
die für die Ausführung, besonders mit Rücksicht auf die Isolation der Transformatoren
und Apparate, welche an das Netz angeschlossen werden sollen, maßgebend ist.
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Durch die Senkung des Überspannungsniveaus, die man durch die Erfindung
erreicht, wird es möglich, die Transformatoren und Apparate billiger zu bauen und
dadurch auch die Kosten der ganzen Anlage zu senken; oder, wenn die Maschinen und
Apparate wie vorher bemessen werden, bekommt man einen größeren Sicherheitsgrad.
In beiden Fällen ist der Gewinn bedeutend größer als die Unkosten für den Überspannungsschutz.
Zur Zeit werden zum Schutz gegen Überspannungen bei elektrischen Anlagen hauptsächlich
Ventilableiter benutzt. Diese enthalten eine Mehrzahl von Zündfunkenstrecken und
Löschfunkenstrecken oder kombinierte Zündfunken- und Löschfunkenstrecken in Reihe
mit einem. spannungsabhängigen Widerstand. Wenn eine Überspannung eintrifft, zünden
die Funkenstrecken, und der Strom fließt durch den spannungsabhängigen Widerstand
zur Erde. Dieser Strom verursacht in dem Widerstand einen Spannungsabfall, der zusammen
mit dem vernachlässigbaren Spannungsabfall über den Funkenstrecken die Ableitungsspannung
gibt. Wenn die Überspannung fällt, fällt auch der Strom durch den Widerstand auf
einen Wert, der von der kleinen Spannung und dem Widerstandswert bestimmt wird,
wobei der Widerstandswert
dank der abfallenden Spannung vergrößert
worden ist. Der Strom durch den Widerstand, nachdem die Überspannung verschwunden
ist, wird Folgestrom des Ableiters genannt. Die Löschstrecken sind so bemessen,
daß sie diesen Strom unterbrechen können auch bei einer Spannung, die etwas größer
ist als die normale Spannung. Damit die Löschstrecken aber den Strom unterbrechen
können, darf der Widerstand jedoch nicht zu klein sein. Gewöhnlich wird das Lösche
ermögen der Funkenstrecken etwa bei 5o bis i5o Ampere liegen.
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Es ist offenbar, daß aus den obengenannten Gründen der Widerstandswert
des spannungsabhängigen Widerstandes des Ableiters groß genug sein muß, um den Folgestrom
so klein zu halten, daß er von den Funkenstrecken unterbrochen werden kann, und
folglich kann die Ableitspannung nicht unter eine bestimmte Grenze erniedrigt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, durch welche die
Ableitspannung (Ableitniveau) bedeutend niedriger gehalten wird als in den bisher
bekannten Ableiteranlagen, und die Erfindung wird es deshalb ermöglichen, in der
zu schützenden Anlage ein bedeutend niedrigeres Isolationsniveau zu verwenden oder,
wenn das Isolationsniveau beibehalten wird, die Verwendung einer höheren Übertragungsspannung.
Nach der Erfindung wird der Widerstandswert bedeutend niedriger gewählt als bisher,
und ferner wird eine Schaltanordnung in Reihe mit dem Ableiter angeordnet, die zur
Aufgabe hat, den Folgestrom durch den Ableiter zu unterbrechen. Da aber immer ein
Ableiter in Verbindung mit dem Netz vorhanden sein soll, um nachfolgende Überspannungen
zu bewältigen, ist die Schaltanordnung so ausgebildet, daß bei dem Auftreten einer
Überspannung, ehe der Ableiter ausgeschaltet wird, ein neuer Ableiter zwischen dem
Netz und Erde eingeschaltet wird. Nach der Erfindung wird deshalb der Überspannungsschutz
aus zwei oder mehreren Ableitern bestehen, welche aus Funkenstrecken und damit in
Reihe geschalteten Widerständen bestehen, und ferner in Reihe mit diesen Ableitern
eine Schaltanordnung haben, die, von dem Strom durch diese Ableiter betätigt, die
Ableiter abschaltet und gleichzeitig den Strom durch dieselben unterbricht und dabei
vor dieser Stromunterbrechung auch einen oder mehrere neue Ableiter zwischen Netz
und Erde einschaltet.
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Die Schaltanordnung, welche die Unterbrechung des Stromes durch den
gezündeten Ableiter oder durch die Gruppe von Ableitern bewirkt und auch zur Einschaltung
eines anderen Ableiters oder einer anderen Gruppe von Ableitern zum Netz dient,
muß schnellwirkend sein, um eine unzulässige Erhitzung der Widerstände zu vermeiden.
Es ist. deshalb zweckmäßig, die Schaltanordnung nach der Art der Druckluftschalter
zu bauen, aber sie muß so konstruiert sein, daß sie einen neuen Ableiter oder eine
neue Gruppe von Ableitern einschaltet, ehe die Unterbrechung des angesprochenen
Ableiters erfolgt. Wenn deshalb eine weitere Überspannung auftritt, unmittelbar
nach der ersten, wird sie den neu eingeschalteten Ableiter oder die Gruppe von Ableitern
durchlaufen, welche dann abgeschaltet werden, nachdem der erste Ableiter nochmals
zwischen dem Netz und Erde eingeschaltet worden ist, und deshalb wird immer ein
Ableiter oder eine Gruppe von Ableitern eingeschaltet sein, um auftretende Überspannungen
zu bewältigen.
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Die Ableiter oder Gruppe von Ableitern können ständig ent-,veder an
die Leitung oder an Erde angeschlossen sein, wobei die Schaltanordnung an der anderen
Seite angeordnet ist. Mit Rücksicht auf die Isolation der letzteren ist es aber
am besten, die Ableiter ständig an die Leitung anzuschließen und die Schaltanordnung
an der Erdseite anzubringen.
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Es ist gewöhnlich genügend, nur zwei Ableiter zu benutzen, die abwechselnd
eingeschaltet werden, aber es liegt auch im Bereich der Erfindung, die einzelnen
Ableiter durch Gruppen von parallel geschalteten Ableitern zu ersetzen. Die Erfindung
umfaßt auch eine Anordnung, in welcher drei oder mehrere Ableiter oder Gruppen von
Ableitern nacheinander eingeschaltet werden. Im letzten Fall muß die Schaltanordnung
so ausgeführt sein, daß sie diese aufeinanderfolgende Einschaltung durchführen kann,
und muß deshalb eine der Zahl der Ableiter oder Gruppen von Ableitern entsprechende
Zahl von Schaltstellen haben.
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In der Zeichnung ist in Fig. i ein Überspannungsschutz nach der Erfindung
dargestellt. Fig. 2 zeigt im einzelnen die in Fig. i gezeigte Schaltanordnung. Fig.
3 zeigt schematisch ein Relais zur Steuerung der Schaltanordnung.
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In Fig. i bezeichnen i und 2 zwei an und für sich bekannte Ableiter,
welche jeder aus zwei Einheiten i' und i", bzw. 2' und 2", bestehen, welche Einheiten
aus Funkenstrecken und einem mit diesen in Reihe geschalteten spannungsabhängigen
Widerstand bestehen. Die Ableiter sind auf Säulenisolatoren 3 und .4 aufgebaut,
welche ihrerseits auf Sockeln 5 und 6 ruhen. Oben an jedem Ableiter sind spannungsausgleichende
Schirme 7 und 8 angeordnet, und die oberen Enden der Ableiter sind durch Leiter
g und io mit der Leitung ii, die geschützt werden soll, verbunden.
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Zwischen den Ableitern ist eine Schaltanordnung 13 angeordnet. Diese
wird mittels Isolatoren 16 und 17 von dem Ständer 18 getragen. 1q. bezeichnet einen
Kasten, der Ausblasventile und elektrisch betätigte Steuerventile für die genannten
Ausblasventile sowie Betätigungszylinder für diese enthält. 15 bezeichnet einen
Kasten, der einen Stromtransformator und ein Relais enthält. Das Relais ist so ausgeführt,
daß es beim Durchfließen eines Stromes von der einen Endlage zur anderen wechselt
und dabei abwechselnd einen Strom durch die elektrisch gesteuerten Betätigungsventile
in der Schaltanordnung 13 schließt. ig ist eine Rohrleitung für die Zufuhr von Druckluft
zu der Schaltanordnung 13. 2o und 21 bezeichnen Leiter, welche die Erdseite der
Ableiter i und 2 mit der Erdseite der Schaltanordnung verbinden.
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Die Schaltanordnung, die in Fig. z gezeigt ist, besteht aus einem
langgestreckten Zylinder 21, der an den Enden mit Durchführungen 22 und 23 versehen
ist. An den inneren Enden dieser Durchführungsisolatoren sind Hülsenkontakte 24
und 25 sowie Stabkontakte 26 und 27 angebracht. In dem Zylinder 21 ist ferner ein
Zylinder 28, in welchem ein Kolben 29 gleitet, und an diesem sind die beweglichen
Kolben 30
und 31 befestigt. Der Zylinder 28 ist mit dem Zylinder
2i durch die beiden Rohre 32 und 33 verbunden. Die beiden Kontakte 30 und
31 sind rohrförmig und verbunden mit dem Kolben 29, so daß die Bohrung der Kontakte
mit den Öffnungen 34 und 35 in dem Kolben zusammenfallen.
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Druckluft wird durch die Rohrleitung ig über die Rohrleitung 46 dem
Behälter 2i zugeführt. Von der Rohrleitung ig wird auch Druckluft zu den beiden
Betätigungszylindern 38 und 39 über die elektrisch gesteuerten Ventile 40
und 41 zugeführt, welche Ventile durch den Strom durch die Spulen 42 und 43 gesteuert
werden. Die Kolben in den Betätigungszylindern 38 bzw. 39 wirken auf die
Ausblasventile 36 bzw. 37.
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Wenn in der Schaltlage, wie sie in der Figur gezeigt ist, die Spule
43 von einem Strom durchflossen wird, wird das Ventil 41 geöffnet, so daß Druckluft
zu dem Zylinder 39 zugeführt wird. Der Kolben wird dann nach oben geführt
und öffnet das Ventil 37. Die Druckluft in dem Zylinder 21 wird dann den Kolben
29 nach rechts führen, bis der Kontakt 31 in Eingriff mit dem Kontakt 25
kommt und die beiden Kontakte 24 und 30 getrennt werden.
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In Fig. 3 bezeichnet 47' die Primärwicklung eines Stromwandlers 47,
die mit dem einen Ende mit Erde verbunden ist, während das andere Ende über die
Leitung 49 mit dem Kasten 14 und deshalb mit der Erdungsseite der Schaltanordnung
13 verbunden ist. Der Stromwandler ist zweckmäßigerweise zusammen mit dem Stromrelais
50 in dem Kasten 15 eingeschlossen, welcher Kasten mit dem Ständer 18 verbunden
ist. Das Stromrelais 5o besteht aus zwei Eisenkernen 51 und 52, und zwischen den
Eisenkernen ist ein Anker 53. Die beiden Kerne werden durch zwei Wicklungen 55 und
56 magnetisiert, welche über Kontakte 57 und 58 abwechselnd mit der Sekundärwicklung
47" verbunden werden. Die zwei Steuerspulen 42 und 43 sind über Kontakte
59 und 6o mit einer Gleichstromquelle 61 verbunden. In Reihe mit der Gleichstromquelle
61 ist ein Kontakt 62 angeordnet, der durch eine Spule betätigt wird, die von einem
Strom durch die Wicklung 47" durchflossen wird. Der Kontakt 62 wird durch die Feder
64 normalerweise in offener Lage gehalten, aber durch den Strom durch die Wicklung
47" geschlossen. Um eine Verzögerung des Öffnens des Kontakts 62 zu erreichen, ist
der Anker in der Spule 63 mit einer Dämpfungswicklung 65 verbunden, welche aber
beim Schließen des Kontaktes 62 nicht wirksam ist. Nach einer Überspannung wird
der Folgestrom durch den Ableiter i, über die Kontakte 24 und 30 und durch
die Primärwicklung 47' in dem Kasten 15 zu Erde einen Strom durch die Sekundärwicklung
47" des Stromwandlers und über den Kontakt 58 durch die Wicklung 55 verursachen,
und das Feld, das dann in dem Kern 51 erzeugt wird, ist genügend stark, um den Anker
53 von dem permanenten Magneten 52 loszureißen. Der Kontakt 6o wird dann geöffnet
und der Kontakt 59 geschlossen, so daß die Spule 43 an die Gleichstromquelle
61 angeschlossen wird. Die Druckluft an der linken Seite des Kolbens 2g wird den
Kolben nach rechts führen, bis der Kontakt 25 in Eingriff mit dem Kontakt 31 kommt,
und bei einer weiteren Bewegung des Kolbens 29 werden die Kontakte 24 und
30 getrennt. Die Druckluft im Zylinder 21 wird in den Kontakt 3o einfließen
und den Lichtbogen zwischen den Kontakten 24 und 3o auslöschen,. Bei einer folgenden
Überspannung wird der oben beschriebene Vorgang wiederholt, aber nun wird der Anker
des Relais in entgegengesetzter Richtung bewegt, so daß statt dessen die Spule 42
eingeschaltet wird, und der Kolben 29 wird in die in Fig. 2 gezeigte Lage zurückgeführt.
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Die Schaltanordnung, die in Fig. 2 gezeigt ist, ist nur ein Beispiel
und kann durch jede schnell genug arbeitende Anordnung ersetzt werden, z. B. durch
eine mechanische oder auf Ionenbasis arbeitende Schaltanordnung, und das Relais,
das in Fig. 3 gezeigt ist, ist nur als ein Beispiel für eine Auslöseanordnung zu
betrachten.