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Überspannungsschutzeinrichtung.
Es ist bereits bekannt, bei einer Schutzeinrichtung gegen Überspannungen für Hochspannung- anlagen, die eine von Isoliermaterial eng allseitig umschlossene Funkenstrecke enthält, den Isolierkörper, der den Querschnitt der Entladungsstrecke begrenzt, aus einem in besonders starkem Masse unter Einwirkung des Liehtbogens nicht ionisiertes Gas auss heidenden Stoff herzustellen oder im Bereich der Entladungsbabn mit einem solchen Stoff auszukleiden. Dabei ist wenigstens eine der Elektroden als Hohlelektrode ausgebildet und so angeordnet, dass sie das Innere des Ent1adungsraumrs mit der Aussenluft verbindet, um den Löschgasen einen Weg ins Freie offenzuhalten.
Der Vorteil einer solchen Einrichtung besteht hauptsächlich darin, dass die infolge Auftretens von Überspannung gezündete lichtbogenförmige Entladung nach Wiederherstellung der normalen Betriebsspannung sehr rasch im stomschwachen Zeitbereich der Stromkurve wieder zum Verlöschen kommt ; die den Lichtbogen einengende Wirkung der schmalen Entladungsbaln und die infolge der engen Berührung des Lichtbogens mit deren Wandungen Ausserordentlich starke Löschgasentwicklung aus der Oberfläche des Isolierkörpers ergänzen sich hiebei gegenseitig zweckentsprechend.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weitere Verbesserungen von überspannung- schutzeinrichtungen der bekannten Art, die insbesondere die Herabsetzung der Anspreehspannung und die Eignung zur Bewältigung grösserer Ströme bezwecken.
Ein Mittel zur weiteren Herabsetzung der Ansprechspannung besteht gemäss der Erfindung darin, dass die vordersten Teile der Elektroden scharfkantig ausgebildet werden. Auf diese Weise ergibt sieh ein hoher Spannungsgradient an der scharfen Kante, der das Ansprechen schon bei verhältnismässig niedriger Spannung begünstigt.
Ist die eine Elektrode-geschlossen und die andere als Hohlelektrode ausgebildet, so ist es weiterhin vorteilhaft, die geschlossene Elektrode mit einer tiefen zentrischen Höhlung zu verschen, in die der Fusspunkt der an dem scharfkantigen Rand der Elektrode gezündeten Entladung sofort unter Einwirkung der Gasströmung übergeht. Auf diese Weise lässt sich die Gefahr ausschalten, dass der Lichtbogen durch Stehenbleiben auf dem scharfkantigen vorderen Teil der Elektroden einen starken Abbrand verursacht, wodurch der Elektrodenabstand, sich vergrössern und der Wert der Ansprechspannung sich entsprechend ändern könnte.
Weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit von Überspannungsschutzeichrichtungen der bekannten Art sollen an Hand der nachstehend beschriebenen Aus- führungsbeispiele angegeben werden.
Fig. 1 und 2 zeigen Funkenstreekenanordnungen na h der Erfindung in einer Bauart, die insbesondere für den Überspannungsschutz von Transformatoren in Hochspannungsanlagen geeignet ist.
Zwei Elektroden 1, : 2 stehen sich hier im Innern eines Isolierrohres 3 gegenüber, das selbst aus einem unter Einwirkung des Lichtbogens grosse Mengen von Lösehgas hervorbringenden Stoff, wie Hartfiber, bestehen kann.
Beide Elektroden besitzen an ihrem vordersten Teil Abschrägungen 6, so dass ein scharfer Rand 7 gebildet wird, durch den das Ansprechen bei einem niedrigen Spannungswert begünstigt wird. Die geschlossene Elektrode 1 enthält eine tiefe zentrische Bohrung S, auf deren Boden der Lichtbogenfusspunkt sogleich nach der Zündung getrieben wird, während der andere Lichtbogenfusspunkt auf der Innenwandung der Elektrode 2 in Richtung nach aussen wandert.
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Durch eine solche Ausbildung lässt sich die Schwierigkeit beseitigen, die sich daraus ergibt, dass eine stumpfe Elektrodenform zwar starken nachfolgenden Betriebsströmen gut standhält, aber eine hohe Ansprechspannung ergibt, während scharfkantige Abschrägungen allein ohne eine tiefe zentrische Höhlung an der geschlossenen Elektrode zwar die Ansprechspannung herabsetzen, dafür aber infolge starken Abbrandes sich stärker abnutzen.
Zwischen den Elektroden sind hintereinander mehrere, gegebenenfalls in sich längsunterteilte, d. h. aus mehreren Platten zusammengesetzte Isolierkörper 9, 10, 11 angeordnet, die mit parallelen Entladungsbahnen in Form von Schlitzen 12 od dgl., durch die der Entladungslichtbogen stark eingeengt wird, versehen sind.
Durch die Anordnung mehrerer Isolierkörper hintereinander entsprechend der vorliegenden Erfindung wird beim Abführen hoher Stromstärken die Druckbeanspruchung der einzelnen Isolierteile erheblich herabgesetzt, da die im mittleren Teil einer Entladungsbahn vom Lichtbogen erzeugten Gasteilehen nur einen verhältnismässig kurzen Weg zurückzulegen brauchen, um aus dem Entladungskanal ins Freie zu gelangen ; trotzdem wird dadurch, dass mehrere Isolierkörper vorhanden sind, die erforderliche Gesamtlänge der Entladungsstreeke eingehalten.
Zweckmässig werden die einzelnen Isolierkörper durch Abstandringe 1.'3 auseinandergehalten, die aus Isolierstoff bestehen können. Dadurch werden Kammern 14 zwischen den Isolierkörper gebildet, nach denen hin sich der im Innern der Entladungsbahnen vom Lichtbogen selbst und durch die von ihm erzeugte Gasentwicklung hervorgebracht Druck entlasten kann. Auch die Höhlung in der geschlossenen Elektrode 1 wirkt gleichzeitig als ein solcher Entladungsraum. Da die Entladung immer nur durch einen der Schlitze eines jeden Isolierkörpers hindurch vor sich geht, werden die Kammern nach dem Aussenraum hin durch die vom Lichtbogen freien Schlitze hindurch entlastet.
Sowohl die Anordnung mehrerer Isolierkörper mit parallelen Entladungsbahnen wie auch die
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Einrichtung zur Bewältigung besonders hoher Ströme zu befähigen.
Die Ansprechspannung lässt sich dadurch noch weiter herabsetzen, dass zwischen den einzelnen Isolierkörpern 9, 10, 11 Zwisehenelektroden, die den Spannungsgradienten erhöhen und somit die Ansprechspannung erniedrigen, vorgesehen werden. Zweckmässig erhalten diese Zwisehenlektroden ringförmige Gestalt und werden, wie in Fig. 2 dargestellt, als Körper mit konischen Abschrägungen J ausgebildet. Der Wert der Anspreehspannung ist dann praktisch derselbe, wie wenn die Verlängerung des Entladungsweges, die durch die Abstandstüeke verursacht wird, nicht vorhanden wäre.
Die durch die Abschrägungen 6, 16 der Haupt-und Hilfselektroden freigewordenen Räume werden zweckmässig durch Isolierung 17 ausgefüllt.
Für die Elektroden wird mit besonderem Vorteil Stahl oder ein ähnlicher Stoff von guter Leitfähigkeit verwendet, der den Lichtbogenfusspunkt, ohne erheblichen Abbrand zu erleiden, führen kann und gute Liehtbogenlöschfähigleit besitzt.
Nach der weiteren Erfindung lässt sich die Ansprechspannung auch noch dadurch verkleinern, dass das die Zündelektroden und die Entladungsstrecke enthaltende Isolierrohr von seiner Innenwandung getrennte, sich in Längsrichtung erstreckende Widerstands-bzw. leitende Schichten oder Streifen enthält, durch die der Verlauf des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden beeinflusst wird.
Dies sei an den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hier ist im Schnitt und in Seitenansicht eine Ausführungsmögliehkeit des Erfindungsgegenstandes dargestellt, die insbesondere zum Schntz von Freileitungen geeignet ist. Das die Elektroden und die Entladungsstrecke enthaltende Isolierrohr bildet hiebei selbst den die Entladungsbahn einengenden, unter Einwirkung des Lichtbogens gasabgebenden Isolierkörper. Es ist also hier nur ein einziger enger Entladungskanal vorhanden. Natürlich könnte der Entladungskanal, der durch den lichten Querschnitt des Rohres gebildet wird, auch durch einen entsprechend geformten Einsatz aus Isolierstoff unterteilt sein.
Die Funkenstreckenanordnung 20 mit begrenztem Entladungsquerschnitt ist in Reihe mit einer Funkenstreeke mit unbegrenztem Entladungsquerschnitt (Luftfunkenstreeke) 2-3 angeordnet, deren untere, bogenförmig gestaltete Elektrode von der feststehenden Funkenstreckenanordnung 20 getragen wird und deren obere Elektrode durch den zu schützenden Leiter 2. selbst gebildet wird.
Dieser ist mittels einer Isolierkette an einer ortsfesten Tragschiene aufgehängt.
Die Funkenstreckenanordnung 20 mit begrenztem Entladungsquersehnitt besteht im wesentlichen aus mehreren konzentrisch eng ineinander liegenden Isolierrohren 28, 29,. 30, von denen wenigstens der innerste Teil aus einem unter Einwirkung des Lichtbogens grosse Mengen von lichtbogenlösehendem Gas abgebenden Stoff, wie Fiber, Borsäure oder Azetylzellulose, besteht oder mit einem solchen Stoff ausgekleidet ist.
Der Erfindung entsprechend ist eines oder mehrere der verschiedenen ineinander liegenden Rohre, aus denen die Anordnung zwecks Sicherstellung hoher Festigkeit und Formbeständig- keit zusammengefügt ist, auf seiner Aussenfläche mit einem leitenden oder halbleitenden Überzug, Aufstrich oder, wenn das Rohr aus keramischem Stoff besteht, einer entsprechenden Glasur od. dgl. versehen. Sämtliche Rohre. 2, 29,. 30 können auf solche Weise überzogen sein. Beim Ausführungsbeispiel besitzt das mittlere Rohr 29 einen solchen Überzug. 31. An Stelle eines vollständigen Überzugs kann auch eine Mehrzahl von Streifen vorgesehen werden.
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Der halbleitende Überzug bildet zweckmässig eine elektrisch leitende Verbindung von sehr hohem Widerstand zwischen den beiden Polen der Anordnung bzw. den Metallteilen ?, 3. 3.
Der Flansch 32 steht mit der weit in das Innere des Rohrs 20 hineinreichenden Hohlelektrode 34 in Verbindung. Der Metallteil 3. 3 ist mit der weit in das entgegengesetzte Ende des Rohres 20 hineinragenden Gegenelektrode 36 verbunden. Das Innere des Entladungsraumes steht durch die Hohlelektroden 34, 36 hindurch mit der Aussenluft in Verbindung.
Tritt am oberen Ende der Funkenstreckenanordnung 20 über die Luftfunkenstrecke 23 ein
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beträgt, zwischen den Enden der Elektroden < M,. 36. Diese Spannung wirkt sieh im Isoliermaterial als elektrostatische Beanspruchung zwischen den Elektrodenenden und den gegenüberliegenden Stellen 37, 40 auf der halbleitenden Schicht 31 aus. Dies ergibt eine äusserst starke Konzentration des elektrischen Feldes an den Elektrodenenden und führt durch Gleitfunkenbildung dazu, dass die Entladung schon bei einem verhältnismässig niedrigen Ansprechwert eingeleitet wird.
Ein weiterer Vorteil der halbleitenden Schicht besteht darin, dass die Anordnung in ihrer Arbeitsweise weitgehend unabhängig von der Witterung, insbesondere von den Einflüssen der Luftfeuchtigkeit wird ; es spielt dabei keine Rolle, ob die halbleitende Schicht frei liegt und allen Witterungseinflüssen ausgesetzt ist oder ob sie mit einer weiteren besonderen Schutzhülle 30 umgeben ist.
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geschaltete Luftfunkenstreeke nicht vorgesehen ist, kaum Leistungsverluste oder merkliche Strom- erwärmung wahrzunehmen sind. Zur Beeinflussung des elektrostatischen Feldes genügt eine sehr geringe Leitfähigkeit der Schicht.
Eine weitere Möglichkeit zur Herabsetzung der Ansprechspannung besteht bei Überspannungsschutzeinrichtungen nach der Erfindung darin, dass mehrere Funkenstreckenanordnungen mit massiven bzw. grossflächigen metallischen Zwischengliedern hintereinander angeordnet werden.
Ein Beispiel hiefür zeigen die Fig. 5 und 6. Hier sind zwei Funkenstreckenanordnungen 40, 41 von ähnlichem Aufbau wie die Funkenstreckenanordnungen 20 der Fig. 3 und 4, jedoch in waagerechter Lage angeordnet, vorgesehen.
Beide sind in der Mitte durch ein metallenes Kupplungsglied 42 miteinander verbunden, das hohl ausgebildet und mit Entlüftungsöffnungen 4. 3 versehen ist und das zugleich die elektrische Verbindung zwischen den Entladungselektroden 44, 45 der Funkenstreekenanordnungen 40, 41 herstellt.
Die Gegenelektroden 46, 47 an den entgegengesetzten Enden der Funkenstreckenanordnungen können auch zur Entlüftung der Entladungsräume dienen.
Mit der Anordnung ist eine bogenförmige Elektrode einer vorgeschalteten Luftfunkenstreeke verbunden, deren Gegenelektrode, ähnlich wie bei der Anordnung gemäss Fig. 3 und 4, von dem zu schützenden Leiter 50 selbst gebildet wird, der mittels einer Isolatorenkette an einer Schiene aufgehängt ist.
Tritt am Leiter 50 eine Stossspannungswelle auf, so schlägt die Luftfunkenstreeke der Schutzeinrichtung über und die volle Stossspannung liegt plötzlich an der Elektrode 46 der Funkenstreckenanordnung 40. Das mittlere Verbindungsglied 42 besitzt zusammen mit den unmittelbar mit ihm verbundenen Metallteilen gegenüber den umgebenden Metallteilen des Traggerüstes und anderen geerdeten Teilen eine beträchtliche Kapazität, deren Wert sehr viel grösser ist als der Wert der Kapazität zwischen den Elektroden 44 und 46 der Funkenstreckenanordnung 40, so dass sich unmittelbar vor dem Ankommen der Stossspannungswelle der mittlere Verbindungsteil 42 auf einem Potential befindet, das dem Erdpotential im wesentlichen gleich ist.
Sobald die Stossspannung an die Elektrode 46 gelegt wird, spricht daher die Funkenstreckenanordnung 40 sogleich an und es entsteht eine lichtbogenförmige Entladung zwischen den Elektroden 46 und 44. Infolge dieses Entladungsstrompfades steigt das Potential des mittleren Verbindungsgliedes 42 plötzlich hoch an, so dass sogleich auch ein Über-
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Ebenso wie bei den übrigen beschriebenen Funkenstreckenanordnungen ist es auch hier erforder- lieh, dass der Überschlagweg zwischen den Elektroden im Innern des Isolierrohres um so viel kleiner ist als der Überschlagweg zwischen den aussen am Rohr befindlichen Metallteilen verschiedenen Potentials, dass der Überschlag unter allen Umständen nur im Innern der Anordnung stattfindet. Die Unterbrechung des nachfolgenden Betriebsstromes erfolgt im wesentlichen ebenso wie bei den übrigen Ausführungsbeispielen.
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