-
Überspannungsableiter mit Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigen
Widerständen für hohe Spannungen Überspannungsableiter mit Löschfunkenstrecke und
spannungsabhängigen Widerständen besitzen eine besonders .große Bedeutung bei der
Festlegung des Schutzpegels für Anlagen besonders hoher Betriebsspannungen, das
sind Spannungen über etwa 110000V zwischen den Phasen. Die Ableiter normaler Ausführung,
wie etwa in Fig. 1 dargestellt, ergeben aber bei sehr hohen Spannungen sehr große
Bauhöhen, so daß schon -die verschiedensten Vorschläge gemacht wurden, die Bauhöhe
zu reduzieren.
-
Zunächst sei der Aufbau eines Überspannungsableiters nach Fig. 1 erläutert.
Mit 1 ist hier -die Löschfunkenstrecke bezeichnet, die aus voneinander distanzierten
einzelnen Elektroden besteht. Die Bauhöhe dieser Löschfunkenstrecke ergibt sich
dadurch, .daß an ihr normalerweise die Netzspannung ansteht, darüber hinaus muß
ihre Isolation mit Sicherheit größer sein als ihrer Ansprechspannung entspricht.
-
Mit dieser Löschfunkenstrecke ist ein Stapel spannungsabhängiger Widerstände
2, meist aus einzelnen Scheiben bestehend, .in Serie geschaltet. Bei hohen Betriebsspannungen
ist es teilweise üblich, die Löschfunkenstrecke 1 durch Steuerwiderstände, hier
als Ringstapel 3 dargestellt, abzuschirmen, damit bis zur Wechselansprechspannung
.eine anliegende Wechselspannung sich möglichst gleichmäßig über :die Löschfunkenstrecke
verteilt. Der Netzanschluß ist in Fig. 1 mit 4, der Erdanschluß mit 5 bezeichnet.
Die Bauhöhe des Widerstandsstapels 2 muß mindestens so groß sein, daß bei -der stoßmäßig
an ihr auftretenden Restspannung des Ableiters kein Überschlag stattfinden kann.
-
Die bisher vorgeschlagenen Maßnahmen zu einer Reduzierung der Bauhöhe
solcher Überspannungsableitcr laufen teilweise darauf hinaus, daß die Scheiben,
aus denen der Widerstandsstape12 aufgebaut ist, als Ringe ausgebildet werden, in
die die Funkenstrecke versenkt eingebaut wird. Damit ergeben sich aber zwischen
Funkenstrecke und Begrenzungswiderstand Spannungsdifferenzen, die zu einer aufwendigen
Bauart führen.
-
Es sind auch schon Ventilableiter mit zwei oder mehreren nebeneinander
angeordneten Stapeln von Funkenstreckengruppen und spannungsabhängigen Widerständen
sowie mit isolierenden Zwischenlagen bekanntgeworden, wobei die an beiden Seiten
mit leitenden Belägen versehenen Zwischenlagen die Stapel in eine Mehrzahl von Teilen
aufteilen. Die leitenden Beläge in einem Stapel sind dabei durch besondere Verbindungsleiter
mit den leitenden Belägen des anderen Stapels so verbunden, daß -eine Reihenschaltung
der durch die isolierenden Zwischenlagen getrennten Teile der Stapel entsteht Im
Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung, bei der es sich lediglich um die Stapelung
von einzelnen Widerstandsscheiben zu entsprechenden Säulen handelt, wobei dann den
einzelnen aus Widerstandsscheiben gebildeten Teilstapeln eine gemeinsame Löschfunkenstrecke
vorgeschaltet ist, handelt es sich bei dem bekannten Ventilableiter bei den einzelnen
Teilen -der Stapel jeweils um vollständige aus Funkenstrecke und spannungsabhängigen
Widerständen bestehende Ableiterelemente. Auf Grund der Tatsache, daß der Isolationsaufwand
nicht llincar mit der Spannung, sondern in einem wesentlich stärkeren Maße ansteigt,
ergibt sich bei den bekannten Ventilableitern vergleichsweise zu der vorliegenden
Erfindung der Nachteil, daß .in Achsrichtung der einzelnen Stapel ein erheblich
größerer Isolationsaufwand erforderlich wird, @da nämlich die zwischen den einzelnen,
vollständigen Teilableitern liegenden Spannungen höher sind als bei einer Anordnung
nach der Erfindung.
-
Auf Grund der erheblich :größeren Spannungsdifferenzen sind bei der
bekannten Ventilahleiterausführung auch zwischen den nebeneinander liegenden einzelnen
Stapeln entsprechend bemessene Isolationszwischenlagen vorzusehen, so -daß die Bauhöhe
solcher Ableiter auch in radialer Richtung gesehen erheblich größer wird, als bei
einem nach der Erfindung ausgelegten Überspannungsableiter. Außerdem wird die Isolation
als solche bei den bekannten Ventilableitern infolge der Verwendung von vollständigen
Ableiterelementen mit Funkenstrecke ständig spannungsmäßig beansprucht, wobei diese
Beanspruchung beim Ansprechen des Ableiters noch wesentlich stärker wird. Demgegenüber
wird der gemäß der Erfindung aus einzelnen Widerstandsscheiben gebildete Stapel
nur bei Stoß und nur mit sehr kleinen Spannungädifferenzen
zwischen
den einzelnen -Scheiben und Stapeln belastet.
-
Aus diesem Grunde wurden bereits auch Überspannungsableiter bekannt,
bei denen mehrere Ableiterwiderstände gemeinsam in Hohlisolatoren mit Metallkappen
zu relativ langen Elementen vereinigt undals Glieder eines mehrsäuligen Isolierstutzers
verwendet wurden. Bei mehrsäuligen Ableitern stellen dabei diese Glieder Teile des
mehrsäuligen Ableiters .dar, die sich in den einzelnen Säulen in der Höhe mit Isolatoren
abwechseln. Wie leicht einzusehen ist, erfordert ein @derartiger Überspannungsableiter
.auch noch eine große Höhe und eine .große Zahl von Hohlisolatoren. Aus diesem Grunde
wurden ferner Überspannungsableiter bekannt, bei .denen die Elemente des Ableiters
auf mindestens zwei Säulen verteilt wurden, die innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses
angeordnet wurden. Auch bei dieser Anordnung innerhalb des Gehäuses sind die Ableiterwi.derstandselemente
in der Höhe in gestaffelter Verteilung untermischt mit relativ hohen Isoliergliedern,
wobei die Säulen untereinander durch mechanisch verbindende Ableiterwiiderstandselemente
elektrisch in Reihe geschaltet sind.
-
Dieser Ableiteraufbau weist ebenfalls eine verhältnismäßig große tote
Höhe und damit einen großen toten Raum auf, -da ein wesentlicher Teil .der Höhe
nur aus Isolatoren besteht. Dieser Nachteil wird nun durch die Erfindung beseitigt.
Diese besteht -darin, daß jede Widerstandsscheibe der Säulen einzeln isoliert ist
und daß die gegenseitige Zu.samm-enschaltung der auf -die einzelnen Widerstandssäulen
verteilten Wi-derstandsschoiben so erfolgt, daß zwischen zwei übereinanfderliegenden
Widerstandsscheiben einer Säule nur eine Spannungsdifferenz auftritt, die -der Serienschaltung
einer solchen Zahl von Widerstandsscheiben- entspricht als zu dieser Säule geometrisch
parallele Widerstandssäulen vorhanden sind. Damit ergibt sich innerhalb einer Säule
ein Minimum von Isolationsmaterial. Bei geeigneter Bemessung beträgt dieses nur
etwa 5 bis 10 11/o der Säulenhöhe.
-
Ein Ausführungsbeispiel ,der Erfindung ,ist in Fig. 2 schematisch
dargestellt. Mit 1 ist wieder die Löschfunkenstrecke -des Ableiters bezeichnet,
mit 3 der Widerstandszylinder für die Steuerung der Löschfunkenstrecke 1. Der Widerstandsstapel
ist in Fig. 2 in drei Teilstapel unterteilt, wovon die Widerstandsscheiben des rechten
Stapels mit 6 bezeichnet sind, während. mit 7 isolierende Zwischenlagen aus einem
möglichst wärmebeständigen Isolierstoff, etwa Glimmer oder einem ähnlichen Stoff,
gekennzeichnet sind. Genau entsprechend sind die banden anderen Widerstandsstapel
aufgebaut, die Schaltverbindungen zwischen dem rechten und,dem mittleren Stapel
sind mit 8 bezeichnet, -die .anderen erforderlichen Schaltverbindungensind in Rig.
2 ohne weiteres zu erkennen. Die drei Widerstandsstapel werden zweckmäßig zwischen
zwei metallischen Endplatten 9 und 10 angeordnet. Weiter empfiehlt es sich, die
Widerstandsstapel einschließlich der isolierenden Zwischenlagen und der Schaltverbindungen
gemeinsam mit einem .isolierenden Klebelack zu überziehen, mit dem auch noch die
Endplatten 9 und 10 an dendrei Teilstapeln befestigt werden können, so daß der -so
hergestellte Widerstandsstapel eine kompakte Einheit bildet. Da die isolierenden
Zwischenlagen 7 sehr dünn gehalten werden können - an ihnen tritt ja nur für die
äußerst kurze Zeit eines Ansprechvorgangs des Ableiters überhaupt eine Spannung
auf - ergibt sieh bei einem Ableiter, der nach Fig. 2 ausgeführt ist, gegenüber
einem Ableiter nach Fig. 1 eine Ersparnis an der Höhe des Widerstandsstapels, .die
nahezu 2/s der ursprünglichen Höhe rausmacht.
-
Weiterhin werden die Teilstapel in einem gleichseitigen Vieleck, bei
drei Stapeln .also in einem gleichseitigen Dreieck nach Fig. 3 angeordnet und zusammen
mit der Löschfunkenstrecke und dem allenfalls vorhandenen Steuerwiderstand derselben
in einem gemeinsamen Isoliergehäuse, das meist wohl aus keramischem Isoliermaterial
bestehen wird und atmungsfest abgedichtet ist, untergebracht.
-
Es hat sich weiter als zweckmäßig herausgestellt, Ableiter hoher Nennspannung
in Teilableüter kleiner Spannung aufzulösen, da sich solche Teilableiter in größerer
Stückzahl weit wirtschaftlicher herstellen lassen als einzelne Ableiter hoher und
höchster Nennspannungen.
-
Um die Teilwiderstandsstapel möglichst einfach aufbauen zu können,
empfiehlt es sich, .die Kantender einzelnen Widerstandsscheiben etwas anzuschrägen
und die isolierenden Zwischenlagen mit dem gleichen Durchmesser wie die Wiederstandsscheiben
selbst auszuführen. Die Widerstandssäulen können dann in einer einfachenZylinderform
gestapelt und auch leicht mit dem isolierenden Klebelack überzogen werden.