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überspannungsableiter Überspannungsableiter besitzen üblicherweise
ein insbesondere aus Porzellan bestehendes Isolierstoffgehäuse mit metallischen
Flanschen an den Enden. Um ein Zersprengen des Gehäuses bei einer überlastung zu
vermeiden, ist nach der Hauptpatentanmeldung W 27888 VIIIb121c im Ableiterstromkreis
eine Löchrohrsicherung vorgesehen, die an dem einen Flansch angebracht ist und mit
ihrem offenen Ende auf den anderen Flansch weist. Bei einer überlastung spricht
die Sicherung an. Die aus dem Rohr ausströmenden ionisierten Gase überbrücken die
Luftstrecke zwischen den Flanschen. Es bildet sich ein Strompfad außerhalb des Ableitergehäuses,
der das Innere des Ableiters kurzschließt und damit entlastet.
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In Weiterbildung der in der Hauptpatentanmeldung angegebenen Erfindung
ist der Schmelzleiter im Inneren des Ableiter-ehäuses in einem Rohr angeordnet,
das aus dem Ableitergehäuse herausführt und in eine parallel zur Ableiterachse weisende
Mündung ausläuft. Man kann auf diese Weise einen im wesentlichen geradlinigen Strompfad
zwischen den metallischen Flanschen einschließlich des Schmelzleiters erhalten.
Dies ist im Hinblick auf die Stromkräfte bei großen Ableiterströmen besonders günstig.
Die vorteilhafte Schutzwirkung bei einem Versagen des Ableiters, die durch die Einleitung
eines äußeren Lichtbogens mit Hilfe ionisierter Gase zustande kommt, wird durch
die erfindungsgemäße Anordnung nicht nachteilig beeinflußt.
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Die Erfindung ist in der Anwendung bei einer an sich bekannten überspannungsableitereinheit
dargestellt, wie sie in Hochspannungsableitern als Bauelement verwendet wird. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf diese besondere Ausführungsform des Ableiters beschränkt.
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In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht eines Ableiters
mit der erfindungsgemäßen Kommutierungseinrichtung zum Teil im Schnitt; F i g. 2
ist ein vergrößerter Längsschnitt, in dem die Mittel zur Kommutierung des Stromes
dargestellt sind.
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In F i g. 1 ist eine an sich bekannte überspannungsableitereinheit
10 dargestellt, die ein hohles, im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 12 aus Porzellan
oder einem anderen geeigneten wetterfesten Isoliermaterial mit ausreichender mechanischer
Festigkeit aufweist. In dem Gehäuse 12 sind eine Anzahl spannungsabhängiger Widerstände
14 und Funkenstrecken 16 in Reihe geschaltet und als vertikale Säule angeordnet.
Bei der dargestellten Form ist die Säule der Widerstandsblöcke in zwei Teile geteilt.
Die Funkenstrecke 16 sitzt dazwischen. Es können jedoch verständlicherweise auch
andere geeignete Anordnungen verwendet- werden.
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Das Gehäuse 12 der überspannungsableitereinheit ist oben und unten
in an sich bekannter Weise durch Metallkappen 22 und 24 verschlossen, die relativ
dünne und empfindliche Bruchsicherungsplatten 26 bzw. 28 aufweisen. Zwischen den
Platten 26 bzw. 28 und den Enden des Gehäuses 12 sind Dichtungen 30 und 32 vorgesehen,
die das Gehäuse im wesentlichen hermetisch abschließen, um Feuchtigkeit auszusperren.
Die Metallkappen 22 und 24 sind mit dem Gehäuse 12 durch eine Kittung mit Zement
verbunden, wie bei 34 angedeutet ist. Die Metallkappen sind im wesentlichen kreisringförmig.
Sie enthalten die an sich bekannten Bruchsicherungsplatten 26 bzw. 28, die in an
sich bekannter Weise so bemessen sind, daß sie beim Auftreten eines überdruckes
zerreißen oder bei einer fortgesetzten Lichtbogeneinwirkung im Inneren des Ableiters
durchbrennen. Dadurch werden öffnungen freigegeben, durch die die im Gehäuse 12
entwickelten Gase entweichen können.
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In bekannter Weise sind zwischen dem oberen und unteren Ende der vom
Ableiterelement gebildeten Säule und den benachbarten Bruchsicherungsplatten
26
und 28 metallische Abstandsstücke 43, 47 vorgesehen. Falls erforderlich, kann im
unteren Ende der Säule zusätzlich ein metallisches Abstandsstück 49 vorgesehen sein.
Jedes der Abstandsstücke 43 und 47 ist mit axial verlaufenden Füßen 51 versehen,
die sich gegen die Membranen anlegen. Durch Federteller 45 und 5j, die arischen
den Abstandsstücken 43 und 47 -und den Enden der Ableitersäule `vorgesehen sind,
werden die Ableiterelemente festgehalten.
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Am inneren Umfang der Metallkappen 22 und 24 ist ein Absatz 36 vorgesehen.
An diesem Absatz sind eine Anzahl Vorsprünge 38 vorgesehen, an denen durch Schweißen
oder in an_ derer geeigneter Weise Deckelglätten 4Ö, 42 än den Metallkappen 22 bzw.
24 befestigt sind. Die Vorsprünge 38 halten die Abdeckplatten 40 und 42 in einem
Abstand von den Endstücken, so daß eine kreisringförmige Öffnung entsteht. Pie Depk@lpiatten
dienen dabei nur dem Zweck, das Eintreten vpn SchMutz und Staub zu verhindern, hingegen
das radiale Entweichen von Gas für den Fall zu gestatten, daß die Membranen 26 oder
28 zerreißen. Jede der Metallkappen 22 und 24 besitzt einen Vorsprung 44 bzw. 46
an seiner einen Seite. Die Vorsprünge haben axial verlaufende Kanäle 48 bzw.
59, die mit dem iflllerenl Teil der Metallkappen direkt 'in' der Nähe der
Bruchsicherungsplatten 26 und 28 in Verbindung stehen.
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Die gemäß der Erfindung vorgesehene Anordnung zur Kommutierung des
Lichtbogens ist um besten aus der F i g. 2 zu. ersehen. Obgleich die an sich bekannten
empfindlihen Bruchsicherungsplatten den Überspannungsleiter gegen Explosionen schützen,
die durch zu hohen inneren- Druck verursacht werden, ergibt die Anordnung zur L'ichtbogenkommutierung
gemäß der Erfindung bei den vorerwähnten bekannten überspannungsableitern einen
zusätzlichen Schutz. Für den Fall, daß die Bruchsicherungsplatten nicht ansprechen,
wird nämlich der Lichttogen durch die Anordrlupg poch der Erfindung von den Ableiterelementen
weggebracht. Jede dieser Schutzeinrichtungen dient somit als Rücksicherung für die
andere. Die Anordnung zur Lichtbogenkommutierung geinäli der F-rfindflng kann aber
ailph, obwohl sie zum Zweck der >rläüterung bei einem Ableiter mit Bruchsicherungsplatten
dargestellt wurde, in anderen Ableiterri yerwepdet werden, dgrqnter auch in solchen
ohne Bruchsicherungsplatten.
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Da die Anordnungen 5$ und 59 zur Kommutierun des Lichtbpgens an den
Eriderl des Gehäuses Y ö Ilig 'gleich 'aus -9 ebi#det si d, wird nur di e obere
Anordnung 58 beschrieben. Die Einrichtung 59 am unteren Ende ist ebenso aqfgebaut
wie die Anordnung Sg, .
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In die mit einem Gewinde versehene Öffnung Aa ist eip Messingzylinder
62 eingeschraubt, der sowohl außen wie innen mit einem Gewinde versehen ist. Pas
äußere Gewinde ist in das Gewinde der Öffnung 60 eirfgeschraubt. In den queren Teil
des inneren Gewindes ist ein mit einem Gewinde versehenes Eiberrohr 64 eingeschrubt.
Ein zweites Fiberrohr 66 ist von unten ih as Messingrohr 62 eingeschraubt. Dgs FiberrQhr
64' ist über seine ganze Länge außen mit eifle Gewinde verseifen. E$ ist so in das
Rohr 62 eingeschraubt, daß noch ein Teil seines Gewindes nach außen über fite Membran
24 hinausragt. Der Messingzylinder 6Z besitzt einen inneren Kreisring §§ etyp4 in
der Mitte. Das Fiberrohr 64 wird so weit eingeschraubt, bis es gegen den Kreisring
68 stößt. Ein innen mit einetp_ Gewinde versehenes Kniestück 70 aus Kunststoff wird
außen über das Fiberrohr 64 geschraubt, so daß es in den vergrößerten Tpil ,41 ües
Endstuckes 22 zeigt. In da§ ffeie frfde disuiestiickes@ ist ein witer@s Eiperrphr
72 Fingeschraubt. Daran schließt sich ein zweites Kniestück 76 an, das nach unten
in die Öffnung 48 des vergrößerten Teiles 44 des Endstückes 22 zeigt. In dieses
Kniestück ist ein weiteres Fiberrohr 78 eingeschraubt, das sich nach unten in die
Öffnung des vergrößerten Teiles 44 der Metallkappe 22 erstreckt.
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An dem dem Fiberrohr 64 gegenüberliegenden Ende des Ringes 68 ist
eine Membran 80 aus Kupfer öder einem anderen geeigneten Material angeordnet. Sie
wird von dem eingeschraubten Rohr 66 gehalten. In der Mitte der Membran 80 ist in
geeigneter Weise, beispielsweise durch Weichlöten öder Hartlöten, ein Leiter 64
befestigt. Der Leiter $4 kann aus geeignetem leitendem Material bestehen. In F i
g. 2 ist der Leiter 84 als spulenförmig gewickelter Draht dargestellt. Statt der
dargestellten Form könnte aber auch irgendein anderes stromführendes Element in
der Form eines Zapfens, einer Stange oder etwas ähnlichem verwendet werden. Die
Größe des Leiters 84 kann für die verschiedenen Ableiter ebenso wie das Material
verschieden gewählt werden. An das untere Ende des Fiberrohre_ s 66 ist ein Verschlußstück
86 eingeschraubt. Das verschlußstück $6 kann aus Messing oder einem anderen leitenden
Material bestehen. Es h_ ät an seinem freien Ende eine Ausnehmung 88. Der Leiter.
84 ist mit seinem der Membran 80 abgekehrten Ende mit dem Verschlußstück 86 in geeigneter
Weise, z. B. durch Weich-oder Hartlöten, bei 90 verbunden.
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-Der Leiter $4 ist so bemessen, daß er bei Überströmtet, verbrennt
und im Lichtbogen verdampft. Die Rohre 64 und 66 bestehen vorzugsweise aus Fiber.
Sie können aber auch aus einem anderen Material bestehen, das Gas abgibt, wenn es
den hohen Temperaturen eines Lichtbogens ausgesetzt ist. In die Ausnehmung 88 des
Verschlußstückes $6 ist eine Feder 92 eingesetzt. Das freie Ende der Feder 92 stützt
sich gegen die Tellerfeder 45 bei der oberen Anordnung 58 zur Kommutierung des Lichtbogens.
Bei der unteren Anordnung 59 drückt die Feder gegen das Abstandsstück 49: Die vergrößerten
Teile 44 und 46 der Metallkappen 22 und 24 stehen sich gegenüber. Die Fiberrohre
78 der oberen und unteren Einordnungen 58 bzw. 59 zur Kommutierung des Lichtbogens
sind ebenfalls einander gegenüberstehend angeordnet.
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Wie aus den F i g. 1 und 2 zu ersehen ist, durchfließt der Strom den
Ableiter über die Bruchsicherung 26, in das Messingrohr 62, die Membran 80, den
Draht 84 und das Verschlußstück 86. Von dort fließt der Strom über die Feder 92
in den Ableiter. Am unteren Ende des Ableiters gelangt der Strom über die Feder
92, das Verschlußstück 86, den Leiter 84, die Membran 80, den Zylinder 62 und die
Brpchsicherungsplatte 28 nach Erde. Die Anordnungen zur Kommutierung des Lichtbogens
sind, wie aus der F i g. 1 zu ersehen ist, mit dem Ableiter oben und unten elektrisch
in Reihe geschaltet. Der gesariite Strom durch den Ableiter muß daher diese Anordnungen
passieren.
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fehlerströme in Hochspannungsnetzen sind nicht immer gleich groß.
Sie schwanken von nur wenigen
1000 Ampere bis zu 40 000 und 50 000
Ampere. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß für höhere Ströme der Druck und die
Temperatur im Ableiter sehr viel schneller steigen. Daher muß die Anordnung zur
Kommutierung des Lichtbogens stromabhängig arbeiten. Wenn der Strom durch den Ableiter
zu hohe Werte annimmt, weil der Ableiter beschädigt ist, verbrennt der Leiter 84
und ruft einen Lichtbogen hervor. Dabei entstehen aus dem Kupferleiter 84 Kupferdämpfe.
Unter der Einwirkung des Lichtbogens werden aus den Wänden des Fiberrohres 66 Gase
abgegeben. Diese Gase zerstören die Membran 80 entweder durch Verbrennen oder durch
Zerreißen. Sie gelangen dann durch die Kunststoff- und Fiberröhre 64, 70, 72, 76
und 78 an die Außenseite des Ableitergehäuses und leiten einen Lichtbogen zwischen
den Metallkappen 22 und 24 ein. Kunststoff- und Fiberrohre werden deshalb verwendet,
um eine Entionisierung der Gase zu verhindern. Versuche bei kleinen Strömen (2000
A) haben gezeigt, daß die Ansprechzeit bei 60 Hz 2/1o Perioden beträgt. Bei höheren
Strömen verbrennt der Kupferdraht noch schneller und leitet damit eine noch schnellere
Wirkungsweise ein.
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Im Betrieb wird ein Ableiter, der beschädigt ist, durch andere Geräte
abgeschaltet. Da aber nur ein sehr kleiner Prozentsatz der Fehler in Netzen keine
kurzzeitigen Fehler sind, wie z. B. der Ausfall eines Ableiters, sind die Geräte
gewöhnlich so eingerichtet, daß sie mindestens noch einmal die fehlerbehaftete Leitung
wieder einschalten, in der Hoffnung, daß der Fehler beseitigt ist. Bei einem solchen
Wiedereinschalten eines beschädigten Ableiters soll die Anordnung zur Kommutierung
des Lichtbogens wieder arbeiten. Dies wird durch die Anordnung nach der Erfindung
auch erreicht. Falls nämlich die Anordnung bei dem ersten Versagen anspricht, so
bilden sich Kupfer- und Kohlenrückstände auf den Wänden des Fiberrohres 66, so daß
ein leitender Pfad von dem Rohr 62 zum Abschlußstück 86 führt. Es bildet sich wiederum
ein Lichtbogen, der Gas aus dem Fiberrohr 66 entwickelt und nochmals zu einem Lichtbogen
außerhalb des Gehäuses führt. Die Zeit, die bei dieser Wirkung im Falle einer Wiedereinschaltung
benötigt wird, ist weniger als die Hälfte dessen beim ersten Ansprechen. Bei Versuchen
mit 2000 A wurde eine Ansprechzeit von weniger als 1/1o Perioden festgestellt. Trotz
dieser Ansprechzeit für die Anordnung zur Kommutierung des Lichtbogens besteht dennoch
die Möglichkeit eines überdruckes im Inneren des Ableiters. Aus diesem Grunde sind,
wie in der F i g. 1 dargestellt ist, die bekannten Bruchsicherungen 26 und 28 vorgesehen.
Wie die Figur zeigt, ist der dünne Teil der Platten in einiger Entfernung von der
Anordnung zur Kommutierung des Lichtbogens angeordnet. Die Gase aus dem Ableiter
selbst werden deshalb beim Ansprechen der Bruchsicherungen nach oben und unten gegen
die Deckplatten 40 bzw. 42 ausgestoßen. Aus dem Vorstehenden ergibt sich,
daß ein überspannungsableiter der Ventiltype geschaffen wurde, der gegen Explosionskräfte
und das Zerspringen des Gehäuses beim Versagen des Ableiters geschützt ist. Das
Zerspringen des Gehäuses beim Versagen ist mit Sicherheit dadurch verhindert, daß
ein äußerer überschlag hervorgerufen wird, so daß der Lichtbogen von der Ableiterelementen,
insbesondere den Widerstandsscheiben, weggeführt wird. Die Erfindung wurde unter
Bezug auf einen Einsäulenableiter einer bestimmten Art beschrieben. Es können jedoch
auch zwei oder mehr Ableitersäulen in Reihe geschaltet werden. Ferner können auch
mehrere Ableitereinheiten zu einer Säule zusammengefaßt werden. Die Erfindung kann
mithin für alle üblichen überspannungsableiter verwendet werden. Die Bruchsicherungen
können auch weggelassen werden.