DEP0048461DA

DEP0048461DA - Surge arrester for high voltage

Info

Publication number: DEP0048461DA
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Schauenstein Kaufmann (Obfr.)
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Publication date: 1951-03-22

Description

Überspannungsableiter bestehen im allgemeinen aus zwei Elementen, nämlich den mehr oder weniger spannungsabhängigen Widerständen und den aus zahlreichen einzelnen Scheiben zusammengesetzten Löschfunkenstrecken.Surge arresters generally consist of two elements, namely the more or less voltage-dependent resistors and the extinguishing spark gaps composed of numerous individual disks.

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.Both elements are very long. Sometimes a pre-spark gap is connected upstream of the column. The higher the voltage and the larger the column, the more noticeable a distortion of the voltage distribution over the quenching spark gap, which is caused by the earth capacitance of the individual elements of the quenching spark gap. For the arrester to work properly, however, the individual partial spark gaps must be loaded with equal parts of the 50-period operating voltage. In the case of steep shock waves, on the other hand, the voltage distribution should be as uneven as possible so that the partial spark gaps respond early and the response delay remains as short as possible.

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.So far, for this voltage control, large radiation rings have been attached to the conductor column, which were connected to the top of the column via resistors and which smoothed the voltage distribution at 50 Hz, but remained ineffective in the case of steep shock waves. However, these control rings take up a great deal of space and still do not bring about a complete equalization of the stress distribution.

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.It has also been proposed to make the insulating disks between the disk-shaped electrodes of the quenching spark gap from a material whose dielectric constant is greater than 10. This measure alone is by no means sufficient to equalize the tension and can only contribute to the intended purpose in conjunction with other measures. Another disadvantage is that the arrangement is not frequency-dependent and thus a different voltage distribution is not achieved at the operating frequency and in the case of a steep impact. In addition, a ceramic body in thin disks less than 1mm thick is difficult to manufacture and is unsafe to assemble.

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.In order to avoid these disadvantages, according to the invention, several partial spark gaps of the quenching spark gap are to be combined into a block and jointly bridged by a capacitor. Due to the higher voltage, the high dielectric strength of a ceramic material can be used to good effect. In addition, if a material with an extremely high dielectric constant is used, as is the case with the invention, parallel capacitances are obtained which exceed the earth capacitance by several orders of magnitude and thus cause perfect capacitive potential control.

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.Fig. 1 shows an example of such a capacitor 11 parallel to the block 10, consisting of a number of extinguishing spark gaps. The coverings 12, 13 of the capacitor can be metallic; they are connected to the likewise metallized end faces 16 of the ceramic body by high-ohmic resistors 14, 15. These high-ohmic resistances can be applied as weakly conductive layers on the entire cylindrical surface or only on parts of the same.

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.It is also possible to produce the capacitor plates 12, 13 also from high-resistance layers. In both cases, the resistance of the layer must be dimensioned so that it carries the small displacement current at 50 Hz without a noticeable voltage drop, while with the strong displacement current, such as occurs with steep shock waves, it generates a voltage drop that accounts for a notable proportion of the total voltage matters. This means that the capacitor becomes ineffective in the event of a surge voltage. The entire quenching spark gap is composed of numerous such blocks of partial spark gaps. However, one block of the spark gap can alternate with parts of the voltage-dependent resistor.

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.In Fig. 2, the capacitor 21, which corresponds to the capacitor 11 of Fig. 1, is kept smaller, which may be cheaper when using material with a high dielectric constant. Its linings 22, 23 are connected to the ends of the quenching spark gap via separate ohmic resistors 24, 25. In this case, the insulation in the axial direction is provided by a cheaper material, e.g. a hard paper tube 26. Such blocks of the quenching spark gap can be connected alternately in series with parts of the voltage-dependent resistor 27, 28. If a pre-spark gap is connected upstream of the entire arrester, this can be bridged in a known manner by a capacitor which is of such a size that no excessive voltage occurs at the pre-spark gap.

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.If the shock factor (= ratio of the flashover voltage at operating frequency to that in the case of steep shock waves) is made smaller than 1 by other measures, a parallel capacitance without a feed line via a high-ohmic resistor is sufficient. When using an insulating material with an extremely high dielectric constant, an arrangement according to FIG. 3 is sufficient, where the parallel capacitor 31 consists of a simple cylindrical tube.

Bei Verwendung einer Dielektrizitätskonstanten von beispielsweise 10(exp)4 kann das Verhältnis der Kondensatorfläche zum Abstand der Beläge kleiner als 10 sein.When using a dielectric constant of, for example, 10 (exp) 4, the ratio of the capacitor area to the distance between the layers can be less than 10.

Claims

1. Surge arrester for high voltage, consisting of many individual disks forming a quenching spark gap and with these in series connected block-shaped resistors, characterized in that several partial spark gaps of the quenching spark gap are combined into a block and bridged by capacitors whose capacitance is several orders of magnitude greater than the Earth capacity of the individual disks of the extinguishing spark gap.

2. Surge arrester according to claim 1, characterized in that the capacitors consist of a material with a dielectric constant of 10 (exp) 3 to 10 (exp) 4.

3. Surge arrester according to claim 1 and 2, characterized in that the capacitors are designed in such a way that the ratio of the area of their coatings to the distance between them is greater than 10.

4. Surge arrester according to claim 1 to 3, characterized in that the coatings of the capacitors consist entirely or partially of high-resistance layers.

5. Surge arrester according to claim 1 to 4, characterized in that the supply lines to the capacitor layers consist entirely or partially of high-resistance layers.

6. Surge arrester according to claim 1 to 5, characterized in that alternating blocks of the voltage-dependent resistor and parts of the quenching spark gap bridged by a capacitor are stacked one on top of the other.