DEP0048461DA - Überspannungsableiter für Hochspannung - Google Patents

Description

Überspannungsableiter bestehen im allgemeinen aus zwei Elementen, nämlich den mehr oder weniger spannungsabhängigen Widerständen und den aus zahlreichen einzelnen Scheiben zusammengesetzten Löschfunkenstrecken.

Beide Elemente bauen sehr lang. Mitunter wird der Säule noch eine Vorfunkenstrecke vorgeschaltet. Je höher die Spannung und je grösser damit die Säule wird, desto stärker macht sich eine Verzerrung der Spannungsverteilung über die Löschfunkenstrecke bemerkbar, die durch die Erdkapazität der einzelnen Elemente der Löschfunkenstrecke verursacht wird. Für das einwandfreie Arbeiten des Ableiters müssen aber die einzelnen Teilfunkenstrecken mit gleichen Teilen der 50-periodigen Betriebsspannung beansprucht werden. Bei steilen Stosswellen soll dagegen die Spannungsverteilung möglichst ungleichmässig sein, damit die Teilfunkenstrecken frühzeitig ansprechen und damit die Ansprechverzögerung möglichst klein bleibt.

Man hat bisher für diese Spannungssteuerung grosse Strahlungsringe an der Ableitersäule angebracht, die über Widerstände am Kopf der Säule angeschlossen waren und die Spannungsverteilung bei 50 Hz vergleichmässigten, dagegen bei steilen Stosswellen unwirksam blieben. Diese Steuerringe nehmen jedoch sehr viel Raum in Anspruch und bewirken doch nicht eine vollständige Vergleichmässigung der Spannungsverteilung.

Es wurde auch vorgeschlagen, die Isolierscheiben zwischen den scheibenförmigen Elektroden der Löschfunkenstrecke aus einem Material zu machen, dessen Dielektrizitätskonstante grösser als 10 ist. Diese Massnahme genügt allein bei weitem nicht, die Spannung zu vergleichmässigen und kann nur in Verbindung mit anderen Massnahmen zu dem beabsichtigten Zweck beitragen. Ein weiterer Nachteil ist der, dass die Anordnung nicht frequenzabhängig ist und somit eine verschiedene Spannungsverteilung bei Betriebsfrequenz und bei steilem Stoss nicht erzielt wird. Ausserdem ist ein keramischer Körper in dünnen Scheiben von weniger als 1mm Stärke nur schwer herstellbar und unsicher bei der Montage.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sollen nach der Erfindung mehrere Teilfunkenstrecken der Löschfunkenstrecke zu einem Block zusammengefasst und durch einen Kondensator gemeinsam überbrückt werden. Durch die höhere Spannung kann die hohe dielektrische Festigkeit eines keramischen Materials gut ausgenutzt werden. Benutzt man darüber hinaus, wie dies bei der Erfindung geschieht, ein Material mit extrem hoher Dielektrizitätskonstante, so erhält man Parallelkapazitäten, die die Erdkapazität um mehrere Grössenordnungen übertreffen und somit eine einwandfreie kapazitive Potentialsteuerung bewirken.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines solchen Kondensators 11 parallel zu dem Block 10, bestehend aus einer Anzahl Löschfunkenstrecken. Die Beläge 12, 13 des Kondensators können metallisch sein, sie sind durch hochohmsche Widerstände 14, 15 mit den ebenfalls metallisierten Stirnflächen 16 des keramischen Körpers verbunden. Diese hochohmschen Widerstände können als schwachleitende Schichten auf der ganzen zylindrischen Oberfläche, oder nur auf Teilen derselben aufgetragen sein.

Es ist auch möglich, die Kondensatorbeläge 12, 13 ebenfalls aus hochohmschen Schichten herzustellen. In beiden Fällen ist der Widerstand der Schicht zu bemessen, dass er den kleinen Verschiebungsstrom bei 50 Hz ohne nennenswerten Spannungsabfall führt, während er bei dem starken Verschiebungsstrom, wie er bei steilen Stosswellen entsteht, einen Spannungsabfall erzeugt, der einen bemerkenswerten Anteil der Gesamtspannung ausmacht. Dadurch wird bei Stosspannung der Kondensator unwirksam. Die ganze Löschfunkenstrecke wird aus zahlreichen derartigen Blocks von Teilfunkenstrecken zusammengesetzt. Es kann aber auch je ein Block der Funkenstrecke mit Teilen des spannungsabhängigen Widerstands miteinander abwechseln.

In Fig. 2 ist der Kondensator 21, der dem Kondensator 11 der Fig. 1 entspricht, kleiner gehalten, was u.U. bei Verwendung von Material mit hohen Dielektrizitätskonstanten billiger ist. Seine Beläge 22, 23 werden über getrennte ohmsche Widerstände 24, 25 mit den Enden der Löschfunkenstrecke verbunden. Die Isolation in axialer Richtung übernimmt in diesem Fall ein billigeres Material z.B. ein Hartpapierrohr 26. Derartige Blocks der Löschfunkenstrecke können mit Teilen des spannungsabhängigen Widerstands 27, 28 abwechselnd in Reihe geschaltet werden. Wenn dem gesamten Ableiter eine Vorfunkenstrecke vorgeschaltet ist, so kann diese in bekannter Weise durch einen Kondensator überbrückt werden, der eine solche Grösse hat, dass an der Vorfunkenstrecke keine zu grosse Spannung auftritt.

Wird der Stossfaktor (= Verhältnis der Überschlagsspannung bei Betriebsfrequenz zu der bei steilen Stosswellen) durch andere Massnahmen kleiner als 1 gemacht, so genügt eine Parallelkapazität ohne Zuleitung über einen hochohmschen Widerstand. Bei Verwendung eines Isoliermaterials mit extrem hoher Dielektrizitätskonstante genügt dann eine Anordnung nach Fig. 3, wo der Parallelkondensator 31 aus einem einfachen zylindrischen Rohr besteht.

Bei Verwendung einer Dielektrizitätskonstanten von beispielsweise 10(exp)4 kann das Verhältnis der Kondensatorfläche zum Abstand der Beläge kleiner als 10 sein.

Claims (6)

1. Überspannungsableiter für Hochspannung, bestehend aus vielen einzelnen eine Löschfunkenstrecke bildenden Scheiben und mit diesen in Reihe geschalteten blockförmigen Widerständen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Teilfunkenstrecken der Löschfunkenstrecke zu einem Block zusammengefasst und durch Kondensatoren überbrückt sind, deren Kapazität um mehrere Grössenordnungen grösser ist als die Erdkapazität der einzelnen Scheiben der Löschfunkenstrecke.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 10(exp)3 bis 10(exp)4 bestehen.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren so ausgebildet sind, dass das Verhältnis der Fläche ihrer Beläge zum Abstand derselben grösser als 10 ist.

4. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge der Kondensatoren ganz oder teilweise aus hochohmschen Schichten bestehen.

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen zu den Kondensatorbelägen ganz oder teilweise aus hochohmschen Schichten bestehen.

6. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd Blöcke des spannungsabhängigen Widerstandes und mit einem Kondensator überbrückte Teile der Löschfunkenstrecke übereinander gestapelt sind.