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Widerstandsanordnung zur Steuerung der Löschfunkenstrecke von Überspannungsableitern mit spannungsabhängigen Strombegrenzungswiderständen Überspannungsableiter, insbesondere solche mit Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigen Widerständen, werden -heute in grossem Ausmass zur Begrenzung von Überspannungen in Hochspannungsanlagen verwendet.
Bei Ableitern für hohe Nennspannungen, etwa über 60 kV, und bei überspan- nungsableitern für hohe Nennspannungen, die nach dem Bausteinsystem aus Teilableitern kleinerer Nennspannung aufgebaut werden, hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, die Löschfunkenstrecke, bzw. die Löschfunkenstrecken mit Hilfe von parallelgeschalteten Widerständen so zu steuern, dass eine etwa auf die Ableiter kommende relativ niederfrequente Wechselspannung, d. h. gegebenenfalls eine Wechselspannung mit der Netzfrequenz, die zum Ansprechen des Ableiters führt, sich etwa linear auf den Ableiter aufteilt.
Mit der Ausbildung dieser sogenannten Steuerwiderstände befasst sich die vorliegende Erfindung, wobei eine Form der Widerstandssteuerung von Löschfunkenstrecken ausser Acht gelassen sei, nämlich die der Steuerung der einzelnen Elektrodenpaare mit jeweils einem zugeordneten Steuerwiderstand. Diese Art von Funkenstreckensteuerung ist in bezug auf den Platzbedarf sehr aufwendig und stellt auch grosse Anforderungen an den Abgleich der Steuerwiderstände und die Justierung der Funkenstrecke selbst.
Eine bekannte vielfach verwendete Funkenstrek- kensteuerung ist in Fig. 1 dargestellt. Mit 1 ist ein Isoliergehäuse bezeichnet, in dem die Elektroden der Löschfunkenstrecke 2 untergebracht sind. Mit 3 ist der Stapel der strombegrenzenden spannungsabhängigen Widerstände bezeichnet, 4 bezeichnet das äussere Isoliergehäuse des Ableiters, 5 den kopfseiti- gen Anschluss und 6 den erdseitigen Gehäuseab- schluss, an dem meist der Erdanschluss vorgesehen ist.
Zur Steuerung der in dem Funkenstreckenge- häuse 1 untergebrachten Löschfunkenstrecke ist vorgesehen, dass auf dieses Funkenstreckengehäuse in spiraligen Windungen ein Steuerwiderstand 7, bestehend aus kurzen zylindrischen Widerständen mit flexiblen Verbindungen, herumgelegt ist. Diese Widerstandsspirale, die so dicht als mit Rücksicht auf die zwischen den einzelnen Windungen herrschenden Spannungen das Funkenstreckengehäuse umgibt und damit nach aussen abschirmt, ist einmal an den Leitungsanschluss 5 angeschlossen und zum andern Made mit dem Stapel der strombegrenzenden Widerstände 3 verbunden.
Durch diese Abschirmung wird erreicht, dass die Ansprechwechsel- spannung einer so ausgerüsteten Löschfunkenstrecke praktisch unabhängig von äusseren Bedingungen, etwa Verschmutzung des Ableitergehäuses 4, oder sonstigen klimatischen Einflüssen wird.
Allerdings ist diese Art der Funkenstreckensteuerung relativ teuer, da, um ein gutes Anliegen der Widerstandsspirale auf dem Trägergehäuse zu erreichen, eine Unterteilung in viele kleine Widerstandsstäbe und deren flexible Verbindung erforderlich ist. Ausserdem muss durch entsprechende Massnahmen, etwa Schlitze auf dem Tragzylinder oder auch aussen zusätzlich auf die Widerstandskette aufgebrachte Bandagen dafür gesorgt werden, dass die Widerstandsspirale in ihrer Lage fixiert wird, da zwischen den einzelnen Windungen der Spirale eine doch ziemlich hohe Spannung herrscht. Meist sind die Konstruktionen so ausgeführt, dass zur Aufnahme der Widerstandsspirale ein eigener Tragzylinder vorgesehen ist, der unabhängig ist von dem Gehäuse der Löschfunkenstrecke.
Ein Vorteil dieser teuren Bauform einer Widerstandssteuerung ist der, dass der Weg für den Steuer-
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Strom zufolge des spiraligen Verlaufs des Steuerwiderstandes sehr lang ist, d. h. die spezifische Spannungsbelastung der einzelnen Steuerwiderstände sehr klein ist.
Eine bekannte wesentliche Vereinfachung des Aufbaues der Widerstandssteuerung einer Löschfunkenstrecke wird durch den Vorschlag nach Fig. 2 erreicht. Mit 1 ist hier wieder das Gehäuse der Löschfunkenstrecke, mit 2 die Löschfunkenstrecken- elektroden gekennzeichnet, 3 ist ebenfalls wieder der Stapel spannungsabhängiger Widerstände, 4 das äussere Ableitergehäuse, 5 der obere Anschluss und 6 der untere Abschlussboden. Die Steuerung erfolgt nun mit Hilfe eines mit 8 bezeichneten, sich selbst tragenden Widerstandszylinders, der die Löschfun- kenstrecke 1 und 2 umschliesst und einerseits mit dem Anschluss 5 und anderseits mit dem Widerstandsstapel 3 verbunden ist.
Sieht man von Inho- mogenitäten des Widerstandsmaterials ab, dann fliesst der Steuerstrom innerhalb der Wandung des Steuerzylinders 8 in Bahnen parallel zu seiner Achse, im Gegensatz zur Richtung des Steuerstromes in Fig. 1, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der Widerstandsspirale beziehungsweise der Löschfun- kenstrecke gerichtet ist.
Der Vorteil des Steuerzylinders 8 in Fig. 2 ist der, dass er keine besondere Tragkonstruktion braucht, und dass er, wenn er aus einzelnen unter sich gleichen Steuerzylindern durch deren Übereinandersetzen aufgebaut wird, auch relativ billig herzustellen ist, da die Herstellung von kurzen Widerstandszylindern kein schwieriges Problem ist. Zur Erzielung des Zusammenhalts der einzelnen Teilsteuerzylinder wird die ganze Steuersäule meist mit einem Klebelack überzogen.
Der Vorteil dieses Steuerzylinders liegt in dem bereits schon erwähnten sehr einfachen und robusten Aufbau und darin, dass er mit sehr grosser Wärmekapazität ausgeführt werden kann.
Ein Nachteil macht sich dann bemerkbar, wenn man mit Rücksicht auf eine Reduzierung der Ableiterbauhöhe die Löschfunkenstrecke in ihren Längsabmessungen auf das kleinstmögliche Mass reduzieren möchte. Es kann dann sein, dass der Weg des Steuerstromes sehr kurz, und dadurch bedingt die elektrische Beanspruchung des Widerstandsmaterials durch die anliegende Spannung so hoch wird, dass die Herstellung der Steuerringe grosse Schwierigkeiten macht.
Das Ziel der Erfindung ist nun, die Vorteile der Steuerung mit einem spiralig um die Funkenstrecke angeordneten Steuerwiderstand nach Fig. 1 mit jenen des selbsttragenden Steuerzylinders nach Fig. 2 zu vereinigen, und die Nachteile der beiden Konstruktionen zu vermeiden. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass ein die fragliche Löschfunkenstrecke umgebender selbsttragender Steuerzylinder vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, dass der in der Wand des Steuerzylinders fliessende Steuerstrom eine Komponente in einer Richtung senkrecht zur Achse des Steuer- zylinders besitzt.
Bei geeigneter Ausbildung des Steuerzylinders wird dadurch ein relativ langer Weg des Steuerstromes und damit eine, grosse elektrische Festigkeit des Steuerzylinders erreicht, trotz dessen sehr gedrängter und einfacher selbsttragender Ausführung. Die beispielsweise Verlängerung des Stromweges auf etwa das über 1,5fache der axialen Länge des Steuerzylinders kann dabei schon einen entscheidenden Gewinn bedeuten.
Der gemäss der Erfindung vorgeschlagene, selbsttragende Steuerzylinder wird zweckmässig wieder aus einzelnen Steuerringen aufgebaut, die vorzugsweise um eine gemeinsame Achse, eben die Achse des Steuerzylinders, zu gruppieren sind.
Vorzugsweise werden die einzelnen Steuerringe so ausgebildet, dass sie aus mindestens einer leitenden und einer isolierenden Schicht bestehen (Zweischichtringe), gegebenenfalls auch aus einer leitenden Schicht, der Widerstandsschicht, und zwei, die ebengenannte Widerstandsschicht zweckmässig umschliessende Isolierschichten (Dreischichtringe).
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert: In Fig. 3 ist die Abwicklung und in Fig. 4 ein Querschnitt durch die Zylinderwände zweier aufeinandergesetzter Zweischichtsteuerringe gegeben. In dem Querschnitt Fig. 4 ist die leitende Schicht mit 9 und die isolierende Schicht mit 10 bezeichnet.. Die leitende Schicht 9 (mit feinen waagrechten Strichen angelegter Teil der Steuerringe) geht, wie aus Fig. 3 ersichtlich, aber nicht über den ganzen Umfang des Steuerringes, sondern ein kurzes Stück im Umfang ist durch ein Isolierstück 12 unterbrochen. Zweckmässig wird dieses Isolierstück 12 mit der ebenfalls auf ihrem Umfang unterbrochenen Isolierschicht 10 verbunden.
Die Verbindung der Strombahnen der einzelnen Steuerringe untereinander erfolgt über entsprechend geformte aus dem Material der Widerstandsschicht bestehende leitende Verbindungsnasen 13, die über die Kontaktstücke 14 diese Kontaktstücke sind ihrerseits mit der Leit- schicht 9 des folgenden Steuerringes verbunden die durchgehende Verbindung herstellen. Zur gegenseitigen Zentrierung der Steuerringe untereinander können Nut 15 und Feder 16 (siehe Bild 4) in die Steuerringe eingepresst oder andere Verzahnungen vorgesehen werden, so dass bei Ineinanderfügen der Steuerringe die einwandfreie Kontaktierung sichergestellt ist.
In Fig. 3 ist gestrichelt der Verlauf einer Nut- und Federanordnung mit den Zahlen 17 und 18 gekennzeichnet.
In Fig. 5 ist, ähnlich wie in Fig. 3, die Abwicklung zweier Zweischichtsteuerringe dargestellt, wobei wieder mit 9 und 10 die leitenden bzw. isolierenden Schichten bezeichnet sind, die diesmal mit Hilfe von innerhalb der Zylinderwand verlegter metallischer Verbindungsstücke 19 galvanisch verbunden sind. Die Isolierstücke 12 unterbrechen wieder auf dem
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Umfang der einzelnen Steuerringe die Widerstandsschicht 9.
Der Querschnitt durch einen komplett zusammengebauten, selbsttragenden Steuerzylinder, und zwar aufgebaut aus Steuerringen nach Fig. 5, zeigt Fig. 6. Die leitenden Schichten sind wieder mit 9 und die Isolierschichten mit 10 bezeichnet. Soweit die Kontaktstücke zwischen den einzelnen Steuerringen (10) in der im Schnittbild Fig. 6 erfassten rückwärtigen Ansicht des kompletten Steuerzylinders enthalten sind, sind sie in Fig. 6 dargestellt. Ebenso ist in Fig. 6 der Weg des Steuerstromes dargestellt, aus dem zu ersehen ist, dass die Hauptflusskompo- nente des Steuerstromes senkrecht zur Achse des Steuerzylinders liegt.
Aus diesem Bild ist weiter zu ersehen, dass zur Komplettierung eines Steuerzylinders bei der dargestellten Ausführung zweckmässig auf die obere Ringfläche, die ohne besondere Massnahme ja eine Widerstandsschicht sein würde, noch ein halbhoher Ring aus Isoliermaterial 20 aufgesetzt und dessen leitende Kontaktschicht 21 mittels eines Verbinders 22 mit der darunter liegenden Widerstandsschicht verbunden wird.
Ähnlich wird man auf die isolierende untere Ringfläche des untersten Steuerringes eine Kontaktschicht 23 aufbringen, zweckmässig im Metal.lspritzverfahren, so dass nach Aufbringen einer äusseren und eventuell auch inneren Kleb.elackschicht 24 der Steuerzylinder ein kompaktes Ganzes bildet, dem über seinen Stirnflächen der Steuerstrom zugeführt werden kann.
In Fig. 3 und 5 ist die Abwicklung je zweier Steuerringe dargestellt, bei denen die leitende Schicht auf dem Umfang durch ein Isolierstück unterbrochen ist, wobei die Schichten in zur Ringachse senkrechten Ebenen liegen. Zur Verbindung der einzelnen Steuerringe untereinander waren dann besondere Kontakteinrichtungen notwendig geworden. Fig. 7 zeigt die Abwicklung eines Steuerringes, bei dem innerhalb der Höhe des Ringes die leitende Schicht 25 in Form eines Schraubenganges verläuft, wobei die Isoliermasse 26 den verbleibenden Raum der Zylinderwand zu einem ebenen Ring ausfällt.
Führt man die leitende Schicht 25 jeweils bis in die kreisringförmigen Oberflächen und metallisiert man diese Ringflächen etwa nach dem Metallspritzverfahren, die metallischen Schichten sind dabei mit 27 und 28 gekennzeichnet, dann ist bei Aufbau eines Steuerzylinders aus derartigen Steuerringen eine zusätzliche Kontaktierung zwischen den einzelnen Teilringen nicht mehr notwendig.
In Fig. 8 endlich ist ein Steuerring dargestellt, bei dem die Widerstandsschicht 29 in Form eines schief zwischen die beiden Kreisringflächen eingelagerten Ringes angeordnet ist; dieser Ring besteht also aus einer schief zur Ringachse liegenden Widerstandsschicht und zwei diese Widerstandsschicht in Richtung der Zylinderachse einschliessenden Isolierschichten; er kann als Dreischichtring bezeichnet werden. Mit 30 ist das Isoliermaterial bezeichnet, mit 31 und 32 Kontaktbahnen auf den Kreisring- flächen.
Die beschriebenen Steuerringe werden zweckmässig unter Verwendung von Siliziumcarbid . für die Widerstandsschicht und von Quarzsand für die Isolierschicht unter Zufügung geeigneter Binder gemeinsam gepresst und dann bei hoher Temperatur gebrannt. Es ist dabei darauf zu achten, dass die Schichten der Mehrschicht-Steuerringe den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
Die vorliegenden Steuerzylindejr bzw. Steuerringe können aus einem spannungsunabhängigen, oder auch, insbesondere bei L7berspannungsableitern für höhere Nennspannung, spannungsabhängigen Widerstandsmaterial gefertigt sein.
Da bei dem vorliegenden Steuerzylinder eine Stromkomponente senkrecht zur Zylinderachse auftritt, müssen in Richtung der Zylinderachse Isolationsstrecken vorhanden sein. Diese Isolationsstrek- ken werden dementsprechend auch elektrisch beansprucht. Es ist zweckmässig, die Steuerringe, aus dem die Steuerzylinder aufgebaut werden, bzw. deren leitende und nicht leitende Schichten so anzuordnen, dass die Aussenüberschlagswege möglichst lang werden. Nach Fig. 9 kann das etwa so geschehen, dass bei den beiden dort im Querschnitt gezeichneten Zweischi.chtsteuerringen die leitenden Schichten teilweise in die an den Aussenwänden hochgezogenen Isolierschichten 10 versenkt werden.
Ein Dreischichtring nach Fig. 10 kann sogar so ausgebildet werden, dass die leitende Schicht 9 völlig von der oberen und unteren Isolierschicht 10 eingehüllt wird und diese Widerstandsschicht nur an den Anschl'uss- stellen auf die Kreisringstirnflächen zur Kontak- tierung durchdringt, wie punktiert mit 33 und 34 eingezeichnet.