DE1009709B - Schutzeinrichtung fuer Hochspannungsanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, Überspannungsableiter in Parallelschaltung an die zu schützende Anlage bzw. an das zu schützende Netz zu schalten, wenn mit einem aa die zu schützende Anlage oder an das zu schützende Netz allein angeschlossenen Überspannungsableiter der Schutzpegel oder dessen. Belastung infolge besonderer Verhältnisse der Anlage zu hoch, wird.

Die Erfindung sieht für solche parallel geschalteten Überspannungsableiter, insbesondere solchen, die aus Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigem Widerstand bestehen, vor, daß der primär zündende Überspannungsableiter die Einführung einer Hilfsspannung in die Stromkreise der parallel liegenden Überspannungsableiter steuert, die das unmittelbar nachfolgende Ansprechen; der parallel liegenden Überspannungsableiter bewirkt. Dabei stehen, in einem weiteren vorteilhaften Ausbau der Schutzeinrichtung nach der Erfindung sämtliche parallel liegenden Überspannungsableiterzweige in einer gegenseitigen Wechselwirkung, die die Gleichheit der Überspannungsableiterströme erzwingt. Die Ausführung der Schutzeinrichtung nach der Erfindung gestaltet sich besonders einfach, wenn in einer Fortführung des Erfindungsgedankens die Stromkreise der parallel geschalteten Überspannungsableiter über geeignet bemessene Induktivitäten miteinander gekoppelt sind.

Es liegen der Erfindung folgende Überlegungen zugrunde: Das Ansprechen eines Ableiters ist an. ein Wahrscheinlichkeitsgesetz gebunden, das nach Fig. 1 durch eine S-förmige Kurve, z. B. Kurve 1, dargestellt wird. Dabei gibt die Kurve die Ansprechhäufigkeit in Abhängigkeit von der den Überspannungsableiter beanspruchenden Überspannung wieder. Ein, zweiter Ableiter, der mit diesem parallel geschaltet ist, hat infolge der Natur des Ansp rech Vorganges eine Ansprechwahrscheinlichkeit, die von derjenigen des ersten Ableiters abweicht. Ihre Lage im Diagramm der Fig. 1 sei durch die Kurve 2 dargestellt. Kurve 2 ist entweder gegen Kurve 1 parallel verschoben oder gar stärker oder schwächer geneigt. In der Beziehung der beiden Kurven, zueinander gibt es somit Bereiche, in denen beide Ableiter nicht mit der gleichen Wahrscheinlichkeit ansprechen und vornehmlich ein. Gebiet, in dem der Ableiter 1 bereits mit 100°/» Wahrscheinlichkeit anspricht, der Ableiter 2 jedoch mit einer sehr viel geringeren Wahrscheinlichkeit, oder umgekehrt, je nach gegenseitiger Lage der Kurven zueinander. Die Wahrscheinlichkeit, daß nur ein Ableiter in der Parallelschaltung anspricht, ergibt sich theoretisch aus dem Produkt der Wahrscheinlichkeiten (1—^₁) für das Nichtansprechen des Ableiters 1, S₂ für das Ansprechen des Ableiters 2

σ = (1-S₁) ■ S₂

Schutzeinrichtung für Hochspannungsanlagen

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft,
Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22

Dr. Helmuth Böcker, Mannheim,
ist als Erfinder genannt worden

as Diese Beziehung ist in Kurve 1 (Fig. 2) dargestellt. In Wirklichkeit ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Ableiter nicht anspricht, größer als Kurve 1 angibt, wie aus Messungen dieses auch mit Versagerwahrscheinlichkeit bezeichneten Verhaltens der Ableiter hervorgeht (s. Kurve 2).

Die Betrachtungen zu Fig. 1 und 2 setzen eine Überspannungswelle bestimmter Form, z. B. 1 μβ Stirn dauer und 50 μ» Halbwertdauer voraus, in diesem Falle also eine Welle mit verhältnismäßig langem Rücken, Die Versagerwahrscheiinlichkeit wird noch größer, wenn man, Wellen sehr steilen Anstiegs, d. h. kürzerer Stirndauer und geringerer Halbwertdauer des Wellenrückens zugrunde legt.

Der zeitliche Spannungsverlauf an. einem Ableiter, der anspricht, ist in den Kurven 1 ... 3 in Fig. 3 dargestellt. Kurve 1 gilt für kleine Ableitströme, Kurve 2 und 3 für größere. Dieser Verlauf zeigt zu Beginn des Ableitvorganges vielfach eine sogenannte Ansprechspitze α und ein später erreichtes Maximum b, das die Restspannung des Ableiters für den jeweiligen Ableitstrom kennzeichnet. Dabei ist unter Restspannung die nach dem Ansprechen, des Überspannungsabieiters an diesem liegende Spannung zu verstehen. Die Größe des Ableitstromes hängt bei festen, Kennwerten des Ableiters und der am Überspannungsvorgang beteiligten Leitung von der Höhe der Überspannung ab. In den Nachstrom geht auch ein von der Aufladung der Kapazitäten herrührender sowie ein betriebsfrequenter Anteil ein. Man erkennt, daß die größte Spitze im

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Spannungsveiiauf bei kleinen Strömen nur einmal, und zwar mit sehr kurzer Dauer kurz nach dem Ansprechen erreicht wird, daß ferner bei größeren Strömen ein zweiter Höchstwert erscheint, dessen Dauer jedoch auch nicht sehr groß ist. Durch diese Erscheinungen tritt eine weitere Erschwerung für das unmittelbar aufeinanderfolgende Ansprechen parallel geschalteter Ableiter auf.

Die Beziehung zwischen der Restspannung und dem iVbleitstrom eines Ableiters ist für jeden Ableiter ebensowenig gleich wie die Ansprechwahrscheinlichkeiten. Wenn zwei Ableiter parallel geschaltet sind, so übernimmt derjenige, den. größten Strom, der die geringere Restspannung hat. Solange das aktive Ableitermaterial, also· die spannungsabhängigen Widerstände, schwach belastet ist, ist die Stromverteilung auf beide Ableiter gemäß ihren Kennlinien, wenn auch nicht gleich, so· doch stabil. Tritt jedoch-vor allen Dingen im Reststromgebiet eine thermische Belastung der Ableiter auf, so* bewirkt der negative Temperaturkoeffizient des Widerstandsmaterials, daß der Ableiter, der am stärksten belastet ist, sich weiter belastet. Hierdurch wird aber die Stabilität der Stromverteilung gefährdet, und ein Ableiter läuft Gefahr dabei, zerstört zu werden.

Die Parallelschaltung der Ableiter verfolgt den folgenden Zweck:

1. Wird bei größeren Ableitströmen die Restspanuung bei einem Ableiter so- hoch, daß der Schutz der Betriebsmittel, z. B. Transformatoren,, nicht, mehr gewährleistet ist, so soll durch den zweiten parallel geschalteten Ableiter der Ableitstrom auf beide Ableiter verteilt und die Restspannung entsprechend gesenkt werden.

2. Wird, bei Anlagen mit großer Kapazität der Reststrom infolge der zu leitenden Ladung, die die Überspannungswelle vornehmlich bei nahen Blitzschlägen auf Leitungen und Kabeln erzeugt, so· groß, daß der Ableiter thermisch zu hoch belastet wird, so soll ein zweiter parallel geschalteter Ableiter sich an der Führung des Reststromes beteiligen, um die thermische Belastung des ersten wie überhaupt des einzelnen Ableiters auf das zulässige Maß zu beschränken.

Diesen Überlegungen ist zu entnehmen, wie wichtig es ist, daß zwei parallel geschaltete Ableiter unmittelbar hintereinander ansprechen und sich an der Führung des Ableitstromes sowie des Reststromes gleich stark beteiligen. Die vorliegende Erfindung gibt Mittel an, um dieses zu erreichen.

In. der Fig. 4 der Zeichnung ist ein besonders einfaehes und vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Schutzeinrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Da es sich nur um ein Ausf ührungsbeispiel handelt, ist die Erfindung nicht auf dieses beschränkt.

1 und 2 sind die beiden parallel liegenden Ableiter von oben erwähntem Typ, die zwischen die Leitung A und Erde B geschaltet sind. 3 ist eine Gegeninduktivität, die aus zwei miteinander gekoppelten Spulen 3" und 3^& besteht. Die Spule 3^a ist mit dein Ableiter 1, die Spule 3^b mit dem Ableiter 2 in Reihe geschaltet.

Wenn z. B. der Ableiter 1 zuerst anspricht und Strom führt, so wird von der Spule 3" in der Spule 3^& eine Spannung induziert, die den zweiten Ableiter zusätzlich beansprucht. Diese Spannung bewirkt infolge des gewählten, entgegengesetzten Wirkungssinns der beiden Spulen 3^a und 3^b, daß am Ableiter 2 die Summe der zwischen Leiter und Erde liegenden Spannung und der in der Spule 3⁶ induzierten Spannung liegt. Hierdurch erfolgt ein sicheres Ansprechen des zweiten Ableiters.

Führen beide Ableiter Strom, so erzwingt die gegenseitige Kopplung der Ströme in der Gegeninduktivität, daß bei geringen Abweichungen infolge Fehlens des Amperewindungsgleichgewichts Spannungen erzeugt werden, die das Strom- und Amperewindungsgleichgewicht wieder herstellen.. Dieser Vorgang stabilisiert den Stromfluß durch die beiden parallelen Ableiter.

Die erwähnte Gegeninduktivität 3 hat dieselbe Wirkung, wenn sie nicht, wie in Fig. 4 dargestellt, zwischen die Ableiter und Erde geschaltet ist, sondern zwischen den spannungsführenden Leiter und die Ableiter.

Die koppelnde Gegeninduktivität wirkt ähnlich wie die Saugspule bei Stromrichtern, die Stromverteilungsdrossel bei parallel geschalteten Kontakten von Schaltern oder der Kopplungstransformator bei Gasentladungsstrecken, deren jede mit getrennten Leitern eines Fernmeldesystems verbunden ist. Die Gegeninduktivität braucht an sich keinen Eisenkern, sie kann jedoch, wenn eine bessere Fluß verteilung notwendig erscheint, auch mit einem Kern ausgeführt werden, der wegen, der nur geringzeitig fließenden Ströme aus einem für Hochfrequenz geeigneten Material gebaut sein muß.

Die gleiche Wirkung wie durch die koppelnde Gegeninduktivität kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, daß man im Zuge der zu schützenden Netzleitung einen Übertrager anordnet, der, vom Wanderwellenstrom erregt, über entsprechende Sekundärwicklungen zusätzliche, die Zündung bewirkende HilfsSpannungen in die Ableiterstromkreise überträgt. Ein solcher Übertrager erzielt bei gezündeten: Überspannungsableitern ebenfalls Stromgleichheit, da die Amperewindungen der beiden sekundären. Übertragerspulen sich aufzuheben trachten.. Unmittelbar hintereinander erfolgendes Ansprechen, parallel geschalteter Überspannungsableiter kann auch durch kapazitive Kopplungsglieder erreicht werden.

Die vorliegende Anordnung ist nicht an die Parallelschaltung von nur zwei Ableitern, gebunden, sondern sie kann nach demselben Prinzip auch für mehrere parallel geschaltete Ableiter Verwendung finden, wenn dies technisch von Bedeutung ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung für Hochspannungsanlagen, die mit zueinander parallel geschalteten Überspannungsableitern, insbesondere solchen,, die aus Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigem Widerstand bestehen, arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der zuerst zündende Überspannungsableiter die Einführung einer Hilfsspannung in die Stromkreise der parallel liegenden Überspannungsableiter steuert, die das unmittelbar nachfolgende Ansprechen der parallel liegenden Überspannungsableiter herbeiführt.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche parallel liegenden Überspannungsableiterzweige in einer gegenseitigen Wechselwirkung stehen,, die die Gleichheit der Überspannungsableitarströme erzwingt.

3. Schutzeinrichtung nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkreise der parallel geschalteten Überspannungsableiter über geeignet bemessene Induktivitäten miteinander gekoppelt sind.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel geschalteten Über-

spannungsableiterzweige Spulen enthalten, die, auf die Nachbarzweige bezogen, entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen und, in Reihe mit dem jeweiligen Überspannungsableiter geschaltet, miteinander gekoppelt sind.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander gekoppelten Spulen in die Erdverbindung der Überspannungsableiter geschaltet sind.

6. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander gekoppelte Induktivitäten einen gemeinsamen, vorzugsweise aus für Hochfrequenz geeignetem Material aufgebauten Kern besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen