Über spannungsableiter. Es ist bereits eine Schutzeinrichtung ge gen Überspannungen in Hochspannungsanla gen bekannt geworden, die aus einer Funken strecke besteht, bei welcher der zwischen den Elektroden gelegene Entladungsraum von einem Körper aus Isoliermaterial so eng um schlossen ist, dass der bei der Entladung auf tretende Lichtbogen zusammengeschnürt wird und bei der in Reihe mit der Funkenstrecke ein säulenförmiger Widerstandskörper ange ordnet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Überspannungsableiter für grosse Ent ladungsenergien, auch bei relativ langer Ent ladungsdauer, namentlich zur Verwendung in Kabelnetzen.
Die heutigen Überspannungsableiter für grosse Entladungsenergien enthalten im In nern eines stützerähnlichen Porzellangehäuses einen Stapel von Widerstandsplatten aus spannungsabhängigem Material und ausser dem eine Löschfunkenstreckenreihe. Die spannungsabhängige Widerstandssäule, die beim Einfallen der abzuleitenden Überspan nung vorübergehend einen geringen Wider standswert annimmt, hat die Aufgabe, nach Abführung der Überspannungsenergie den nachfolgenden Betriebsstrom zu drosseln, so dass er von der Löschfunkenstrecke leicht unterbrochen werden; kann.
Die Löschfunken strecke, die aus einer Anzahl in geringem Abstand übereinander angeordneter Metall- platten besteht, vermag im allgemeinen Höch stens etwa 100 Ampere zu unterbrecben. Der Widerstandsstapel muss also so bemessen sein, dass der von ihm bei der normalen Be triebsspannung angenommene Widerstands wert ausreicht, um den Strom auf einen ent sprechend kleinen Wert zu begrenzen.
Der Widerstandsplattenstapel hat eine Stromspannungscharakteristik, die sich ma thematisch annähernd durch die Formel B. Ja<I>-</I> c bestimmen lässt. Die Grösse R gibt den Wi derstandswert an, I ist die Stromstärke und c eine Konstante; der Exponent a ist hierbei ein Mass für den Grad der Spannungsab hängigkeit des Widerstandsmaterials, die sich in bekannter Weise durch dessen Zu sammensetzung und Herstellung beeinflussen lässt.
Zur Erläuterung zeigt Fig. 1 einige Bei spiele für Kennlinien von Widerstandsstapeln mit verschiedenen Exponenten a, die zwischen den Werten 0 und 1 liegen. Im Falle a = 0 ist die Stromspannungskennlinie eine (;erade, die durch den Nullpunkt geht; in diesem Fall ist das Widerstandsmaterial überhaupt nicht spannungsabhängig.
Im Falle a = 1 ist die Kennlinie eine parallel zur A'bs,zisse verlau fende Gerade; vier Ableiter hat dann eine ideale Ventilcharakterl4iIi: Unterhalb eines gewissen Wertes der Spannung fliesst, über haupt kein Strom, oberhalb dieses Wertes wird jeder noch so grosse Strom durcligela.s- sen. Praktisch liegen die Werte von a bei den heutigen Ableitern etwas unterhalb 1, und zwar strebt man im allgemeinen zur Erzie lun- einer guten Ventilwirkung danach, einen Wert etwa zwischen 0,8 und 1 für a zu erhalten.
Im Interesse einer guten Schut;z- ivirkung ist es ferner anzustreben, dass die Begrenzungsspannung, das heisst die Span nung am Ableiter während der Entladung, möglichst tief unterhalb der t#berschlagsspa,zi- nung U;; der zu schützenden Isolation der Anlage liegt.
Jedoch sind bei der Entvick- lung von Ableitern auch noch andere Ge sichtspunkte zu berücksichtigen, so ins4son- dere die Fähigkeit des spannungsabhängigen )jriderstandsmaterials zur Führung von Erit- la.dungsströmen hinreichend hoher Strom- stärke und relativ langer Entladungsdauer, wie sie zum Beispiel bei Ableitvorg;ingen in grösseren Hochspannungsnetzen, insbesondere grossen Kabelnetzen, aufzutreten pflegen.
Es wurde nun gefunden, dass eine Belast barkeit des spannungsabhängigen Materials mit wehr hohen Überspannungsenergien, insbe sondere auch bei verhältnismässig langen Ent ladungszeiten, um so leichter erreichbar ist, je kleiner der Exponent a bezw. je geringer die Sperrwirkung des spannungsabhängigen Materials ist.
Jedoch wird bei der gleichen Betriebsspannung <B>UB</B> der nachfolgende Be triebsstrom 1B, wie Fig. 1 zeigt, um so grösser, je kleiner der Exponent a des Materials wird, so dass die Stromunterbrechung schliesslich von einer gewissen Grenze ab überhaupt nicht mehr von einer Metallplatten-Lösch- funkenstrecke üblicher Bauart bewältigt wer den kann.
Ein neuer Weg für den Bau derartiger Überspannungsableiter besteht nach der Er findung in der Kombination eines Stapels von Widerstandsplatten aus einem Material, das für die Stromspannungscharakteristik R <I>.</I> 1a <I>=</I> c des Stapels einen Exponenten a ergibt, der zwischen den Werten 0 und 0,8 liegt, und einer Funkenstrecke mit Lichtbo- genlösehung in einem den Lichtbogen umge benden Isolierrohr aus gasabgebendem Stoff.
Einem solchen Ableiter kann man die Fähig keit zur Abführung besonders hoher Ent ladungsenergien, auch bei relativ langer Ent ladungsdauer, geben, ferner, wie noch zu er läutern sein wird, eine besonders gute Schutz wirkung, und dennoch gleichzeitig auch die Fähigkeit zur Unterbrechung nachfolgender Betriebsströme von einer Grösse, wie sie bei den bisher allgemein verwendeten Ventilab leitern mit Metallplatten-Löschfunkenstrek- ken unvermeidlich zum Zusammenschmelzen der Metallplatten führen würde.
Rohrfunkenstrecken, bei denen die Licht bogenelektroden in einem Rohr aus unter Lichtbogeneinwirkung gasabgebendemIsolier- stoff angeordnet sind, sind an sich bekannt ("Lösclirohrableiter", "Ilartgasableiter"). Sie wurden bereits in grösserem Umfange zum Schutz von Freileitungen angewendet.
Diesen Blasrohr-Schutzfunkenstreeken ge genüber bringt jedoch der Vorschlag der Er findung bedeutende Vorteile, insbesondere hinsichtlich der Schutzeigenschaften des Ge rätes, denn eine Blasrohr-Funkenstrecke ohne einen in Reihe geschalteten Widerstand er fordert eine verhältnismässig grosse Elektro- denentfernung mit Rücksicht auf die in den Hochspannungsnetzen vorkommenden hohen Einschwingfrequenzen der wiederkehrenden Spannung, besonders bei vorwiegend indukti ven Stromkreisen.
Mit dieser .grösseren Elek- trodenentfernung ist naturgemäss ein höherer Wert der Ansprechspannung und damit eine schlechtere Schutzwirkung zwangsläufig ver bunden.
Ist dagegen in Reihe zur Blasrohr- Funkenstrecke ein Widerstand geschaltet, so wird der Charakter des Stromkreises, in dem sieh das Löschrohr befindet, vorwiegend ohmisch anstatt induktiv. Nach Erlöschen des Stromes im Stromnulldurchgang springt die Spannung dann nicht mehr in äusserst kurzer Zeit auf einen hohen Wert, sondern steigt allmählich sinusförmig, entsprechend der Be triebsfrequenz des Netzes, an.
Infolge der Dämpfung des Stromkreises durch den in Reihe zum Löschrohr geschalteten Wider stand treten keine übermässig hohen Span nungsspitzen bei der wiederkehrenden Span nung auf. Aus diesen Gründen kann die Elektrodenentfernung der Blasrohr-Funken- strecke bei der hier vorgeschlagenen Kombi nation beträchtlich, auf etwa die Hälfte, er niedrigt werden. Die Ansprechspannung fällt damit ebenfalls auf den halben Wert, wo durch die Schutzwirkung auf rund das Dop pelte gesteigert wird.
Die Verwendung eines spannungsabhängigen Widerstandes in Reihe zum Löschrohr gestaltet die eben genannten Verhältnisse auch deswegen besonders gün stig, weil der spannungsabhängige Wider stand den nachfolgenden Betriebsstrom so verformt"dass ein langer, abgeflachter Strom nulldurchgangentsteht, der für eine Löschung besonders günstig wirkt.
Durch einen in Reihe geschalteten, spannungsabhängigen Widerstand wird ausserdem der nachfolgende Betriebsstrom in Löschrohr gegenüber einer gewöhnlichen Blasrohr-Funkenstrecke ohne Widerstand wesentlich verkleinert und ist vom Kurzschluss- bezw. Doppelerdschluss- strom eines Netzes nahezu unabhängig.
We gen dieses kleineren nachfolgenden Betriebs stromes wird die Lebensdauer des Lösch- rohres im Vergleich zu einem Löschrohr ohne Widerstand wesentlich erhöht, da der klei- nere Strom naturgemäss einen kleineren Ab brand. der Rohrinnenwandungen hervorruft. Diese Erhöhung der Lebensdauer ist nament lich für gewisse modernen, in besonders star kem Mass vergasenden und relativ kostspieli- gen Löschrohrwerkstoffe von grosser Bedeu tung, z. B. Harnstoffkunstharze.
Darüber hinaus bietet die Erfindung auch als Überspannungsableiter bei relativ nied riger Betriebsspannung, etwa zum Schutz von elektrischen Hochspannungsmaschinen, sowie in Höchstspannungsanlagen wichtige Vorteile, namentlich hinsichtlich der Schutz wirkung.
Das ergibt sich daraus, dass man bei der vorgeschlagenen Kombination die Möglichkeit hat, durch Verringerung der Höhe des Stapels von Widerstandsplatten aus üblichem spannungsabhängigem Material oder durch Herstellung der Platten aus einem Material mit niedrigem spezifischem Wider stand (bezogen auf einen bestimmten Strom bezw. eine bestimmte .Spannung)
die Begren zungsspannung wesentlich herabzusetzen und die sich hierbei ergebende beträchtliche Er höhung des nachfolgenden Betriebsstromes ohne weiteres in Kauf nehmen zu können; da die Löschung keine Schwierigkeiten mehr be reitet. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel.
1 ist ein mit Schirmringen versehenes Porzellangehäuse in Form eines Stützisola- tors, das von einer Schelle 2 getragen wird. Es enthält in seinem Innern eine Vorfunken- strecke 3, die gegebenenfalls auch weggelas sen werden kann, ferner einen Stapel aus Widerstandsplatten 4.
Es ist an seinem un- tern. Ende mit einer Blasrohr-Funkenstrecke 5 verbunden, deren eine Elektrode 6 in Form eines Stabes in das Rohr hineinragt und deren andere Elektrode 7 als Hohlelektrode und Auspufföffnung ausgebildet ist. Die Lichtbogenbahn kann natürlich auch in an sich bekannter Weise in mehrere parallele Längskanäle unterteilt sein. Das Isolierrohr, das die Löschstrecke umschliesst, besteht aus gasausscheidendem Stoff.
Die Anschlüsse 8, 9 am obern und untern Ende der Anordnung führen zu dem zu schützenden Leiter bezw. zur Erde.