Über spannungsableiter. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Überspannungsableiter mit spannungs abhängigem Widerstand und einer Lösch- funkenstreckenanordnung, der gegebenenfalls noch eine besondere Ansprechfimkenstrecke vorgeschaltet sein kann.
Man hat zur Erhöhung des Ableitver- mögens solcher Überspannungsableiter bereits vorgeschlagen, den spannungsabhängigen Wi derstand nur unter Berücksichtigung seines Ableitvermögens und der Restspannung zu bemessen und zur Löschung des nachfolgen den Betriebsstromes vorwiegend die Lösch- funkenstreckenanordnung zu benützen, und zwar in der Weise, dass eine oder mehrere Löschfunkenstrecken zur Unterbrechung der Lichtbogen mit einem gemeinsamen Druck gasbehälter entnommenen Druckgas beblasen wurden.
Es ist nun aber nicht immer möglich, am Ort des Überspannungsableiters eine Druckgasanlage aufzustellen. Man ist daher häufig dazu übergegangen, die Löschfunken streckenanordnung als sogenanntes Lösch- rohr auszuführen, welches unter der Ein- wirkung des Lichtbogens aus gasabgebenden Stoffen das zur Löschung des Lichtbogens er forderliche Druckgas selbst erzeugt.
Ein sol ches Löschrohr hat jedoch eine im Vergleich zu seiner höchstzulässigen Löschspannung sehr hoch liegende Ansprechspannung. Das Verhältnis von Ansprechspannung zu Lösch- spannung ist nun bei den Löschrohren der üblichen Bauart viel zu hoch, um auch bei elektrischen Anlagen für höhere Betriebs spannungen eine genügend tiefe Ansprech- spannung des gesamten Ableiters sicherzu stellen und damit einen genügenden Schutz gegen Überspannungen zu gewährleisten.
Man hat daher versucht, dieses ungünstige Ver hältnis der Ansprechspannung zur Lösch- spannung des Löschrohres durch besondere Mittel am Löschrohr selbst zu verringern. Zu diesem Zweck sind zusätzliche Gleitbeläge oder besondere Zündelektroden am Löschrohr vorgeschlagen worden. Diese Mittel reichen jedoch nicht aus, um zum Beispiel bei Hoch spannungsnetzen das Verhältnis der An sprechspannung zur Löschspannung des Löschrohres auf den erforderlichen tiefen Wert herabzusetzen.
Bei höheren Netzspannungen stösst man ausserdem auch noch auf andere Schwierig keiten in der Ausführung des Löschrohres. Entsprechend der hohen Spannung muss das Löschrohr eine grössere Länge erhalten. wo bei sich besonders bei hohen Ableitströmen eine derart starke Druckstauung im Rohr er geben kann, dass dieselbe zur Zerstörung des Rohres führt. Der zu hohen Druckstauung bei längeren Rohren könnte natürlich durch eine entsprechend erweiterte Bohrung des Rohres begegnet werden. Eine grössere Boh rung hat jedoch bei geringeren Strömen das Versagen der Löschwirkung zur Folge. An derseits muss natürlich das Löschrohr, wenn.
es mit einem spannungsabhängigen Wider stand in Reihe liegt, auch bei geringeren Strömen noch einwandfrei löschen, da, wie oben erwähnt, der spannungsabhängige Wi derstand bei dem angestrebten höheren Ab leitvermögen nur unter Berücksichtigung der Restspannung und der maximal abzuleiten den Ströme bemessen werden darf und der nachfliessende Betriebsstrom wegen der er forderlichen hohen Spannungsabhängigkeit des Widerstandes entsprechend geringer aus fällt.
Diese zum Teil sich widersprechenden Anforderungen, welche an die Schaltelemente eines tberspannungsa:bleiters gestellt -%verdeii müssen, haben dazu geführt, dass es bisher besonders für höhere Netzspannungen nicht geglückt ist, Ableiter finit höherem Ableit- v ermögen herzustellen, welche auch die vor allem wesentliche Betriebssielierheit besitzen.
Erfindungsgemäss werden nun die kurz skiz- zierten Mängel der bekannten Ableiter ins besondere bei höheren Betriebsspannungen vermieden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Löschfunkenstreckenanordnung eine -Mehr zahl in Reihe beschalleter Löschrohre mit selbsterzeugtem Druckgas enthält, von denen ,jedes nur für einen Bruchteil der Betriebs spannung bemessen ist. Ein Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei jedoch konstruktive Einzelheiten aus Grün den der Ülxrsielitlic:ikeit nicht aufgenommen wurden.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. das keineswegs eine massstäbliche Darstellung zeigen soll, ist ein Überspannungsableiter der Hängebauart wie dergegeben. Die spannungsabhängigen Wi derstände 1 des Überspannungsableiters, die beispielsweise aus feinkörnigem Silizium karbid bestellen können, das mittels eines Bindemittels zu einzelnen Blöcken oder Scheiben gepresst oder gebrannt sein kann, sind in einem Isolierstoffgehäuse 2 angeord net.
In diesem G7ehäuse 2 kann ferner eine Ansprechfunkenstrecke 3.4 sowie ein nicht ein getragener Plattenstapel als Teil einer Lösch- funkenstreckenanordnung eingebaut sein. Der leistungsseitige. Anschluss des Überspannungs- ableiters erfolgt an der obern Metallkappe 5.
Die untere 31etallkappe 6 dient gleichzeitig als unterer Abschluss des Gehäuses 2 und als obere Elektrode des Löschrohres 7, dessen innere dem Lichtbogen ausgesetzte -\Vandung aus gasal)gebendem Material. wie zum Bei spiel aus Fiber oder aus Harnstoffabkömm- lingen, bestellt. Die untere Elektrode 8 ist gleiehzeiti- obere Elektrode des zweiten Löschrohres 9, von der gleichen Bauart wie das Löschrohr 7.
In der Zeichnung ist eine Austührungsforin eines Überspannungsablei- ters mit einer Lö schfunkenstreckenanordnung wiedergegeben, die ausschliesslich aus den beiden Lüsehrohren 7 und 9 besteht.
Die unterste Elektrode 1.0 dient dabei für den Anschluss der Erdleitung. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Löschrohre in Reihe geschaltet werden. sofern die Betriebs- spannumg des zu schützenden Netzes und die Bauart der verwendeten Löschrohre dies er forderlich machen. Massgebend ist, dass jedes der Löschrohre nur für einen Bruchteil der Betriebsspannung zu bemessen werden braucht,
wobei natürlich dieser Bruchteil mit der Anzahl der verwendeten Löschröhren entsprechend abnimmt. Vorzugsweise wird man jedoch eine so grosse Anzahl Löschrohre nehmen, da,ss der auf ein Löschrohr bezogene Bruchteil der Betriebsspannung höchstens 50 kV beträgt. Bis zu solchen Spannungen können die Löschrohre noch derart gebaut werden, dass sie den an sie gestellten Anfor derungen im beschriebenen überspannungs- ableiter noch Genüge leisten, ohne dass die Gefahr ihrer Zerstörung bei grossen abzulei tenden Strömen besteht.
Der in der Zeich nung dargestellte Überspannungsableiter mit zwei Löschrohren könnte demnach für eine Netzspannung von höchstens 100 kV aus gelegt werden. Damit ist natürlich nicht aus geschlossen, dass auch bei geringen Netzspan nungen eine hohe Anzahl Löschrohre ver wendet wird, um beispielsweise die Ansprech- spannung des gesamten Ableiters zu verrin- gern.
Die Verringerung der Ansprechspannung bei einer Reihenschaltung einer grösseren An zahl von Löschrohren, von denen jedes nur für einen Bruchteil der Betriebsspannung des zu schützenden Netzes bemessen ist, kommt schon durch die unvermeidlichen Ohmschen Leitwerte der Löschrohre selbst und durch die ebenfalls unvermeidlichen Kapazitäten der Elektroden der Löschrohre zustande. Bei Netzfrequenz sind wegen der geringen Erd kapazitäten vorwiegend die Ohmschen Leit werte der Löschrohre für die Spannungsver teilung massgebend und bei gleich ausgebil deten Löschrohren wird sich im allgemeinen auch eine gleichmässige Verteilung der Span nung ergeben.
Für die bei einem Spannungs stoss massgebenden hohen Frequenzen, die etwa zwischen 200 bis 20 000 mal grösser sind als die Netzfrequenz, sind jedoch praktisch nur die unvermeidlichen Kapazitäten für die Spannungsverteilung massgebend. Die an sich gleichen Kapazitäten der Elektroden unter einander ergeben dann in Verbindung mit den ungleichen Erdkapazitäten der Elektroden eine stark ungleiche Spannungsverteilung auf die verschiedenen Löschrohre. Die Lösch- rohre zünden daher kurzzeitig nacheinander, wodurch sich die angestrebte Verringerung der Gesamtansprechspannung des Ableiters ergibt.
Die Ohmschen Leitwerte der Löschrohr- substanzen sind nun aber stärk von äussern Einflüssen, insbesondere von den Witterungs einflüssen, abhängig. Anderseits hängen die Erdkapazitäten der Elektroden der Lösch- rohre in ausgeprägtem Mass von der Aufstel lung des gesamten Überspannungsableiters ab, wobei noch zu berücksichtigen ist, dass auch die spannungsabhängigen Widerstände beträchtliche Erdkapazitäten besitzen kön nen.
Es hat sich daher bei Überspannungs- ableitern der beschriebenen Bauart als vor teilhaft erwiesen, zusätzliche Mittel zur Po tentialsteuerung mindestens zwischen den als Löschrohre ausgebildeten Teilen der Lösch- funkenstreckenanordnung vorzusehen, um die gewünschte Spannungsverteilung unabhängig von äussern Einflüssen zu erzwingen.
Zu diesem Zweck kann man besondere Ka pazitäten den Löschstrecken parallel schalten, die so gross sind, dass die veränderbaren Erd- kapazitäten an der Spannungsverteilung bei den für einen Spannungsstoss massgebenden hohen Frequenzen keinen wesentlichen Ein fluss mehr haben. Dies kann man beispiels weise durch mit den Löschrohrelektroden 6, 8, 10 zusammengebaute, etwa kreisring förmige Metallflächen 11, 12 mit wulstför- migem Umfang erreichen.
Durch die Wahl des Durchmessers dieser Steuerflächen hat man es in der Hand., die gewünschte Span- nungsverteilung bei hohen Frequenzen zu er halten. Sobald natürlich die Löschrohre ge zündet haben, richtet sich die Spannungsver teilung unter ihnen nach dem Spannungsver brauch der auftretenden Lichtbogen.
Die Anordnung von mit den Löschrohrelektroden zusammengebauten metallischen Steuerflächen ist auch noch insofern günstig, als die letz teren gleichzeitig zur Entjonisierung und Kühlung der aus den Löschrohren austreten den heissen Lichtbogengase benützt werden können, wie das in der .Zeichnung angedeutet ist.
Die Lichtbogengase treten durch die seit lichen Offnungen 13, 14 in der Richtung der eingetragenen Pfeile aas und prallen auf den Steuerflächen 11, 12 auf, Eine Beschädigung des einen Löschrohres durch die austretenden heissen Gase eines darauffolgenden Lösch- rohres ist damit in einfacher Weise ver mieden.
Die Festlegung der Spannungsverteilung g im Normalzustand des zu schützenden Net zes, das heisst also bei Netzfrequenz, wird vorzugsweise mittels zusätzlicher Ohnischer Widerstände vorgenommen, die den Lösch- rohren parallel geschaltet. sind. Diese Wi derstände können als dünne leitende oder Halbleitende Schichten 15, zum Beispiel eine Kohleschicht, aussen auf den Lösch- rohren 7, 9 aufgebracht sein.
In der Zeich nung sind diese leitenden Schichten 15 ge strichelt eingetragen. Selbstverständlich -wird man über diesen Widerstandsschichten 15 noch einen geeigneten Schutzbelag, beispiels weise in der Form eines wetterbeständigen Lackanstriches, anbringen. Die Bemessung dieser Widerstände 15 erfolgt dabei derart., dass ihr Leitwert bei Betriebsfrequenz gross ist gegenüber dem Leitwert der durch be nachbarte Steuerflächen, zum Beispiel der Steuerflächen 11, 12 gebildeten Kapazitäten. Bei den für einen Spannungsstoss massgeben den hohen Frequenzen soll jedoch der Leit wert der Ohmschen Widerstände 15 klein sein gegenüber demjenigen der ihnen parallel liegenden Steuerkapazitäten.
Wie es in der Zeichnung wiedergegeben ist, besteht die gesamte Löschfunkenstrecken- anordnung ausschliesslich aus Löschrohren. Natürlich ist es auch möglich, ausser den Löschrohren noch die übliche Plattenfunken strecken einzubauen. Ihre Löschfunktion wird jedoch vorzugsweise den Löschrohren übergeben, so dass sie weggelassen werden l:.ann. Dadurch ergibt sich eine nicht unbe trächtliche Platzersparnis, und die Abmessun- gen des Isoliergehäuses 2 können dement sprechend geringer gewählt werden.
Besteht die Löschfunkenstreekenanordnung jedoch ausschliesslich aus Löschrohren, die mit zu sätzlichen Mitteln zur Potentialsteuerung -ver sehen sind, so ist es vorteilhaft, dem span nungsabhängigen Widerstand 1 und den Lösch rohren 7, 9 noch eine besondere Ansprech- funkenstrecke 3, 4 vorzuschalten. Dabei ist es erwünscht, -wenn der Stossfaktor dieser 3nspreehfunkenstreeke kleiner als 1 bleibt.
In üblielier Weise kann man dies zum Bei spiel dadurch erreichen, dass den eigentlichen Elektroden 3, 4 kalottenförmige Metall schalen 16, 17 beigegeben werden, die über Ohm.selie Widerstände 18. 19 geeigneter Grösse mit den Elektroden 3, 4 verbunden sind.