DE1538509C - Funkenstreckeneinheit zur Über bruckung eines Ventilwiderstandes in einem Uberspannungsleiter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkenstreckeneinheit zur Überbrückung eines Ventilwiderstandes in einem Überspannungsableiter, mit mindestens zwei Hauptfunkenstrecken, die miteinander sowie mit einer zwischen sie geschalteten und mit einer im wesentlichen die gleiche Durchbruchsspannung wie die Hauptfunkenstrecken aufweisenden weiteren Funkenstrecke überbrückten Magnetspule in Reihe geschaltet sind.

Mit zunehmender Arbeitsspannung der Hochspannungsnetze, die im Laufe der Jahre auf 500 bis 700 kV erhöht wurde, wird es immer schwieriger, Überspannungsableiter zu bauen, mit denen sowohl die verhältnismäßig kurz dauernden, hohen Blitzüberspannungen als auch die verhältnismäßig lange andauernden und relativ energiereichen Schaltüberspannungen sicher beherrscht werden können.

Es sind Überspannungsableiter bekannt, die zur Vernichtung der Energie der Uberspannungswellen einen oder mehrere sogenannte Ventilwiderstände, d. h. Widerstände mit spannungsabhängiger Widerstandscharakteristik, enthalten. Es ist auch schon in ' der deutschen Offenlegungsschrift 1 513 155 vorgeschlagen worden, einen solchen Ventilwiderstand mit einer Funkenstreckeneinheit zu überbrücken. Diese Funkenstreckeneinheit zündet vor allem bei Blitzüberspannungen, gelegentlich aber auch bei Schaltüberspannungen. Die Zeitspanne, in der sich nach Zünden der Funkenstreckeneinheit an dieser eine Lichtbogenspannung aufbaut, die den Strom von der Funkenstrecke in den parallelgeschalteten Ventilwiderstand umschaltet, ist im Vergleich zur Dauer einer typischen Blitzüberspannung lang, im Vergleich zur Dauer einer typischen Schaltüberspannung jedoch kurz. Der Ventilwiderstand steht also sowohl während des überwiegenden Teiles der Dauer einer Schaltüberspannung als auch während des auf einen Blitzschlag folgenden Nachstromes für die Vernichtung von Überspannungsenergie zur Verfügung.

Um eine Lichtbogenspannung ausreichender Höhe bei vernünftigen Spaltweiten der Überschlagsstrecken zu erreichen, verwendet man bei Funkenstreckeneinheiten gewöhnlich mehrere Einzelfunkenstrecken, die Ij miteinander und mit einer Magnetspule in Reihe geschaltet sind, die ein allen Funkenstrecken gemeinsames magnetisches Blasfeld zur Verlängerung der verschiedenen Lichtbogen erzeugt. Der Magnetspule ist zum Schutz gegen Überspannungen gewöhnlich eine weitere Funkenstrecke (Nebenschluß-Funkenstrecke) parallel geschaltet, an der sich nach ihrem Durchbruch schnell eine Bogenspannung aufbaut, durch die der Strom in die Spule umgeschaltet wird.

Bei solchen stromschaltenden Nebenschluß-Funkenstrecken ist es sehr schwierig, die Durchbruchsspannung, die verhältnismäßig niedrig sein soll, sehr stabil und unabhängig von der Wellenform der anliegenden Spannung zu machen. Die Funkenstreckeneinheit soll nämlich einerseits eine relativ niedrige Durchbruchsspannung aufweisen, so daß der Spannungsabfall am Überspannungsableiter bei Blitzüberspannungen nicht wesentlich über den Wert ansteigt, der sich ohne den Ventilwiderstand mit der Nebenschluß-Funkenstrecke ergeben würde. Andererseits muß die Durchbruchsspannung der Nebenschluß-Funkenstrecke so groß sein, daß Rückzündungen durch Folgeströme und Schaltüberspannungen verhindert werden. Bei einer Reihenschaltung von gleichartigen Funkenstrecken ist die Durchbruchsspannung der Reihenschaltung

etwa gleich der Anzahl der Funkenstrecken multipliziert mit der Durchbruchsspannung einer einzelnen Funkenstrecke. Es ist selbstverständlich unmöglich, die Durchbruchsspannung der Reihenschaltung kleiner 5 zu machen als die Durchbruchsspannung der Einzelfunkenstrecken. Da die Nebenschluß-Funkenstrecke durch einen Widerstand überbrückt und mit einer oder mehreren Hauptfunkenstrecken in Reihe geschaltet ist, braucht sie nicht der Betriebsspannung des Netzes ίο standzuhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstreckeneinheit zur Überbrückung eines Ventilwiderstandes in einem Überspannungsableiter anzugeben, deren Durchbruchsspannung zwischen der Durchbruchsspannung einer einzelnen Funkenstrecke und der Summe der Durchbruchsspannungen aller in Reihe liegender Funkenstrecken praktisch frei wählbar und im wesentlichen unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung ist und die einen raschen Aufbau der Lichtbogenspannung unter Mitwirkung des durch eine Magnetspule erzeugten Blasmagnetfeldes gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Funkenstreckeneinheit der eingangs genannten gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß alle Funkenstrecken mit einer ein Impedanznetzwerk mit mindestens einer Parallelkapazität enthaltenden Zündschaltung verbunden sind, die die Funkenstrecken bei einer an der Funkenstreckeneinheit liegenden Spannung, die zwischen der Durchbruchsspannung einer einzigen Funkenstrecke und der Summe der Durchbruchsspannungen aller Funkenstrecken liegt, der Reihe nach so zündet, daß mindestens eine der Hauptfunkenstrecken vor der der Magnetspule parallelgeschalteten Funkenstrecke kommt.

Die Durchbruchsspannung der vorliegenden Funkenstreckeneinheit kann also den jeweiligen Verhältnissen optimal angepaßt werden, sie gewährleistet einen raschen Aufbau der Lichtbogenspannung, so daß der Strom schnell auf den Ventilwiderstand umgeschaltet wird, und sie läßt sich so aufbauen, daß die Durchbruchsspannung praktisch unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung ist. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Erfindungsgedanke wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Einheit eines Überspannungsableiter, die einen Ventilwiderstand enthält, der mit einer Funkenstreckeneinheit überbrückt ist, F i g. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles einer Funkenstreckeneinheit gemäß der Erfindung und F i g. 3 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Funkenstreckeneinheit gemäß der Erfindung.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Einheit 1 eines Überspannungsabieiters für sehr hohe Nennspannungen, ζ. B. 500 oder 700 kV. Der Überspannungsleiter enthält in der Praxis eine Reihenschaltung aus einer großen Anzahl solcher Einheiten 1. Die Einheit 1 enthält eine Hauptfunkenstreckenanordnung 2, die strombegrenzend oder nicht strombegrenzend sein kann. Im ersteren Falle baut sich bald nach dem Durchschlag eine Lichtbogenspannung auf, die der Durchbruchsspannung vergleichbar ist, während die Spannung im zweiten Falle erst nach

einem Nulldurchgang des Stromes wiederkehrt. Der Hauptfunkenstreckenanordnung 2 sind ein Hauptventilwiderstand 3 mit negativer Widerstandscharakteristik und ein zusätzlicher Ventilwiderstand 4 in Reihe geschaltet, welcher im wesentlichen dem Ventilwiderstand 3 entspricht und durch eine stromschaltende Funkenstreckeneinheit 5 überbrückt ist. An der Funkenstreckeneinheit 5 tritt nach einem Durchschlag rasch eine Lichtbogenspannung auf, die vergleichbar mit der Durchbruchsspannung ist, so daß der den Überspannungsableiter durchfließende Strom auf den zusätzlichen Ventilwiderstand 4 übergeht, der die Aufgabe hat, Schaltüberspannungsenergie zu vernichten und den Nachstrom zu begrenzen.

Da die Nebenschluß-Funkenstreckeneinheit 5 der Betriebsspannung der Einheit 1 nicht standhalten muß, braucht sie keine so hohe Durchbruchsspannung zu haben wie die Hauptfunkenstreckenanordnung 2. In der Praxis soll die Funkenstreckeneinheit 5 sogar eine relativ niedrige Durchbruchsspannung aufweisen, so daß die bei Blitzüberspannungen am Überspannungsableiter abfallende Spannung nicht wesentlich über den Wert ansteigt, der sich ohne die Parallelschaltung aus dem zusätzlichen Ventilwiderstand 4 und der Funkenstreckeneinheit 5 ergeben würde.

F i g. 2 zeigt das Schaltbild einer Funkenstreckeneinheit 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Funkenstreckeneinheit 5 hat Endklemmen 6 und 7, zwischen die in Reihe eine Vielzahl von Hauptfunkenstrecken geschaltet sind, von denen vier als Beispiel dargestellt und mit C₁, G₂, C₃ und C₄ bezeichnet sind. Die Anordnung umfaßt ferner eine in Reihe geschaltete Magnetspule 8, die vorzugsweise räumlich und elektrisch nahe der Mitte des Reihenkreises angeordnet ist, so daß ihr magnetisches Feld im wesentlichen gleiche Stärke zwischen den Elektroden aller Funkenstrecken aufweist. Eine Funkenstrecke C₅, die im wesentlichen ähnlich den anderen Hauptfunkenstrecken ist, liegt parallel zur Spule 8, um diese während der Stromableitung des Ableiters gegen Überspannung zu schützen und um den Entladestrom in die Spule zu schalten, damit deren magnetisches Feld und damit die Bogenablenkung an den Funkenstrecken G₁ bis C₅ verstärkt wird. Die Funkenstrecken G₁ bis G₅ können irgendeinen geeigneten körperlichen Aufbau aufweisen und sind vorzugsweise als übliche Hörnerfunkenstrecken ausgebildet, so daß sie zwangläufig dazu neigen, ihre Lichtbogen zu verlängern, und die Polarität der Spule 8 wird derart gewählt, daß ihr Magnetfeld die einzelnen Magnetfelder der Funkenstrecken verstärkt.

In Reihe zwischen die Klemmen 6 und 7 sind ferner Hilfsfunkenstrecken S₁, S₂, S₃ und S₄ geschaltet, die nicht nur als Vorionisierer für die jeweiligen Hauptfunkenstrecken C₁, G₂, C₃ und G₄ wirken, sondern ebenfalls die aufeinanderfolgende Anlegung der Überschlagspannung an die Hauptfunkenstrecken steuern. Daher ist die Hilfsfunkenstrecke S₁ räumlich neben der Funkenstrecke G₁ angeordnet, so daß diese beim Überschlagen den Raum zwischen den Elektroden von G₁ ionisiert oder bestrahlt, und das gleiche trifft zu für S₂ gegenüber G₂, für S₃ gegenüber G₃ und für S₄ gegenüber G₄. In Reihe mit den Funkenstrecken S₁ bis S₄ ist ein Paar von Widerständen R₁ und R₂ geschaltet, von denen der erste dazu dient, im wesentlichen die gesamte angelegte Spannung an die Funkenstrecke G₁ zii leiten, die, wie nachfolgend noch erläutert wird, die erste zu zündende Hauptfunkenstrecke ist und die folglich als die Auslösefunkenstrecke bezeichnet werden kann. Der Widerstand R₂ dient in erster Linie zur Festlegung des Niveaus der angelegten Spannung, bei dem die Auslösefunkenstrecke überschlägt. Wie ersichtlich, liegt der Widerstand R₁ zwischen S₁ und S₂, aber dies ist nicht wesentlich, und die relative Lage von S₁ und R₁ kann umgekehrt werden. Es ist jedoch wesentlich, daß R₁ oberhalb von S₂ liegt, d. h. zwischen S₂ und der

ίο Klemme 6. Der Widerstand R₂ ist zwischen S₂ und S₃ aus Gründen geschaltet, die aus der Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 hervorgehen werden. Ein Widerstand R₃ liegt parallel oder im Nebenschluß zu S₁ und R₁, und ein Widerstand i?₄ liegt parallel zu S₄, wobei diese Widerstände vorgesehen sind, um die gewünschte Reihenfolge bei den Überschlägen der Funkenstrecken S₁ bis S₄ hervorzurufen.
Kopplungswiderstände R₅, R_e und R₇ dienen zur Zwischenverbindung des Stromkreises der Funkenstrecken S mit dem Stromkreis der Funkenstrecken G, wobei R₅ zwischen die Verbindung von G₃ - G₄ und die Verbindung von S₃-Si geschaltet ist; R₉ liegt zwischen der Verbindung von G₃ - G₅ und der Verbindung R₂ - S₃ und R₇ zwischen G₁ - C₂ und R₁ - S₂. Ein Kondensator C₁, der im Nebenschluß zu R₂ liegt, macht die Überschlagspannung der Funkenstreckenanordnung im wesentlichen unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung, und ein im Nebenschluß zur Spule 8 liegender Kondensator C₂

. dient dazu, die Spule wirkungsmäßig so lange kurzzuschließen, bis ein Überschlag der Funkenstrecken G₁ bis G₄ hervorgerufen worden ist.
Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 2 ist wie folgt: Es wird angenommen, daß die Funkenstrecken G₁ bis G₅ im wesentlichen den gleichen Elektrodenabstand und gleiche individuelle Überschlagspannungen besitzen und daß die Funkenstrecken S₁ bis S₄ gleichen Elektrodenabstand aufweisen, der etwas weniger als die Hälfte des Elektrodenabstandes der G-Funkenstrecken beträgt, so daß die S-Funkenstrecken jeweils eine Überschlagspannung besitzen, die etwas geringer als die Hälfte der Überschlagsparinung einer jeden der G-Funkenstrecken ist. Es sei nun angenommen, daß die Spannung zwischen den Klemmen 6 und 7 wächst. In diesem Zusammenhang macht es keinen Unterschied, an welcher Klemme das höhere Potential anliegt, aber aus Gründen der Erläuterung sei angenommen, daß an der Klemme 7 das niedrigere Potential anliegt, das auf Erdpotential gehalten wird, und daß an der Klemme 6 das gegenüber der Erde ansteigende Potential anliegt. Es wird ferner für den Augenblick unterstellt, daß R₂ und C₁ kurzgeschlossen sind oder daß R₂ im wesentlichen den Widerstand Null aufweist, was auf dasselbe hinausläuft. Da der effektive Widerstand der Funkenstrecken S₂ und S₃ sehr viel höher als der Widerstand von R₃ und i?₄ ist, liegt praktisch die gesamte angelegte Spannung an S₂ und S₃, so daß diese Funkenstrecken überschlagen, wenn die angelegte Spannung einen Wert erreicht, der etwas niedriger als die Überschlagspannung einer G-Funkenstrecke ist.
Wenn bei S₂ und S₃ ein Überschlag erfolgt, ist ihre Lichtbogenspannung sehr viel niedriger als die Spannung an R₃ und R₁₁, so daß dann praktisch die gesamte angelegte Spannung an S₁ und S₄ anliegt und bei diesen ein Überschlag erfolgt. Zu dieser Zeit liegt

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praktisch die gesamte angelegte Spannung an R₁, angelegten Spannung zu vergrößern, da der Kondenwobei zur Zeit angenommen ist, daß R₂ einen vernach- satorstrom proportional zur Geschwindigkeit der lässigbaren Widerstand besitzt. Die übergeschlagenen Spannungsänderung an seinen Klemmen ist. Dem-Funkenstrecken S₁ bis S₄ ionisieren jetzt ihre ent- entsprechend wird die Zeitverzögerung von steil ansprechend bezifferten G-Funkenstrecken, und wenn 5 steigenden, angelegten Spannungen beim Überschlag die angelegte Spannung einen solchen Wert erreicht, von G₁ dadurch kompensiert, daß der Strom des daß die Spannung an R₁ gleich der Überschlag- äußeren Kondensators bei steil ansteigenden, angespannung von G₁ ist, erfolgt an G₁ ein Überschlag; legten Spannungen durch R₁ fließt und somit die die anfängliche Lichtbogenspannung ist hierbei niedrig, Spannung erhöht, die an die Auslöse-Funkenstrecke weshalb das Potential an der oberen, in der Zeichnung io G₁ angelegt wird.

gezeigten Elektrode von G₂ sofort sehr nahe bei dem Für die Schaltung nach F i g. 2 werden folgende Potential der Klemme 6 liegt, während das Potential geeignete numerische Werte als Beispiel angegeben: an der unteren Elektrode von G₂ sehr nahe bei dem Die Überschlagstrecke der G-Funkenstrecken ist Potential der Klemme 7 liegt, da das rechte Ende des 1,03 mm, woraus sich eine Überschlagspannung bei Kopplungswiderstandes R₆ sich wegen der geringen 15 diesen Funkenstrecken von etwa 5,25 kV ergibt. Die Lichtbogenspannungsabfälle bei S₃ und S₄ im we- S-Funkenstrecken können eine Weite von etwa 0,38 sentlichen auf dem Potential der Klemme 7 befindet; bis 0,51mm mit einer Überschlagspannung von 2 da die untere Elektrode von G₂ an diesen Punkt über oder 3 kV besitzen. .R₁ und R₃ und i?₄ können jeweils jR₆ und G₂ oder die Spule 8 angeschlossen ist, befindet einen Widerstand von etwa 10 000 Ohm, R₂ einen sich diese also im wesentlichen auf dem gleichen 20 Widerstand von etwa 2200 Ohm und R₅, R₆ und R^ Potential wie die Klemme 7. Infolgedessen liegt einen Widerstand von etwa 5600 0hm besitzen. C₁ praktisch die gesamte angelegte Spannung an G₂ und kann eine Kapazität von etwa 200 Pikofarad und C₂ * ,bringt diese zum Überschlagen. Da sich die Spannung eine Kapazität von etwa 750 Pikofarad aufweisen, am Kondensator C₂ nicht sofort ändern kann, wird Die vorerwähnten Größen der Schaltungskompodas Potential an der oberen Elektrode von G₃ sofort 25 nenten bringen eine Gesamtüberschlagspannung der im wesentlichen das Potential der Klemme 6 an- Funkenstreckenanordnung von etwa 7,7 kV. nehmen, während die_: untere Elektrode von G₃ im Bei der abgewandelten Ausführungsform nach wesentlichen auf dem Potential der Klemme 7 bleibt, F i g. 3 entsprechen die Funkenstrecken G₁ bis G₅, mit der diese Elektrode über die durchgezündete die Spule 8 und der Vorionisierungs-Funkenstrecke S₁ Funkenstrecke S₄, und den Kopplungswiderstand R₅ 30 den ähnlichen Elementen in Fig. 2. Der Widerverbunden ist. Dementsprechend liegt die volle an- stand R₁ entspricht im allgemeinen dem Widerstand gelegte Spannung nun an G₃ und bringt diese zum von ,R₁ in F i g. 2, aber in F i g. 3 besitzt dieser ge-Überschlagen, wodurch wiederum im wesentlichen wohnlich einen wesentlich höheren ohmschen Widerdie volle Spannung an G₄ angelegt wird, deren obere standswert. I₁, I₂ und /₃ sind einfache Vorionisierer Elektrode dann im wesentlichen auf dem Potential der 35 vom Koronatyp für die Hauptfunkenstrecken G₁, G₂, Klemme 6 liegt und deren untere Elektrode mit der G₃ und G₄ und sind parallel zu diesen geschaltet. Die Klemme 7 verbunden ist, so daß bei G₄ ein Über- Widerstände R₂, R₃ und i?₄ sind jeweils parallel zu schlag erfolgt. Wenn die Funkenstrecken G₁ bis G₄ den Koronavorionisierern I₁, I₂ und I₃ geschaltet und übergeschlagen sind, liegt nahezu die gesamte an- bilden zusammen mit R₁ und der Spule 8 ein Spangelegte Spannung an G₅, die überschlägt und damit 40 nungsteilernetzwerk in Form einer ohmschen Widerden Überschlag der gesamten Funkenstreckenanord- Standsreihe, welches, nachdem S₁ übergeschlagen ist, nung 5 kaskadenartig bei einer angelegten Spannung wie nachfolgend noch beschrieben wird, die gesamte vervollständigt, die nicht viel höher als die Über- angelegte Spannung im gewünschten Verhältnis auf \i) Schlagspannung der einzelnen G-Funkenstrecken ist. die Funkenstrecken G₁ bis G₄ verteilt. Die Konden-Bei Verwendung eines bestimmten Widerstandes R₂ 45 satoren C₁ und C₂ sind jeweils parallel zu R₃ und i?₄ erscheint ein kleinerer Anteil der gesamten angelegten geschaltet und sorgen für eine vorteilhaftere Span-Spannung an R₁, wenn alle S-Funkenstrecken über- nungsverteilung auf die Hauptfunkenstrecken bei geschlagen sind, so daß mit zunehmender Größe des steil ansteigenden Spannungswellen, so daß der ÜberWiderstandes von R₂ eine größere Spannung angelegt schlag-Steuerkreis hinsichtlich des Volt-Zeit-Verzögewerden muß, um einen Überschlag bei der Auslöse- 50 rungsverhaltens der Hauptfunkenstrecken kompen-Funkenstrecke G₁ hervorzurufen. Die Größe von R₂ siert wird. Ein Kondensator C₃ liegt parallel zur bestimmt somit die Überschlageinstellung oder Schlag- Spule 8 und verhindert, daß irgendein nennenswerter weite der Funkenstreckenanordnung 5. Wenn R₂ einen Anteil der angelegten Spannung an der Spule 8 und an gleichen Widerstandswert aufweisen würde wie R₁, G₅ erscheint, bevor die Funkenstrecken G₁ bis G₄ überdann würde die Spannung gleichmäßig zwischen G₁ 55 geschlagen sind, was nachfolgend noch erläutert wird, und G₂ verteilt (bevor an einer von diesen ein Über Die Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 3 ist schlag erfolgt), und beide würden zu Auslöse-Funken- wie folgt: Wenn die angelegte Spannung steigt, wird strecken. Bei der Schaltung nach F i g. 2 kann dann ein Wert erreicht, bei dem an der Funkenstrecke S₁ das maximale Überschlagniveau der Funkenstrecken- ein Überschlag erfolgt, wodurch die Funkenstrecke G₁ anordnung nicht das Zweifache einer einzelnen G-Fun- 60 ionisiert und die gesamte angelegte Spannung an das kenstrecke übersteigen. Wenn höhere Überschlags- aus den Widerständen gebildete Spannungsteilernetzniveaus erwünscht sind, so kann dies dadurch erreicht werk geführt wird. R₁ besitzt einen Widerstand, der werden, daß man Widerstände in Reihe mit S₃ ober- ein Vielfaches der Summe der Widerstände von R₂, halb der Verbindung mit R₅ und ebenfalls in Reihe R₃ und .R₄ zuzüglich des Widerstandes der Spule mit S₄ hinzufügt. 65 beträgt. Dementsprechend liegt dann der größte Teil Der Kondensator C₁ hat die Aufgabe, den durch der angelegten Gesamtspannung an der Funken- R₁ fließenden Strom entsprechend der Anstiegsge- strecke G₁, und wenn die Spannung an der Funkenschwindigkeit der zwischen den Klemmen 6 und 7 strecke G₁ ihre Uberschlagspannung (von typisch

5,25 kV) erreicht, erfolgt bei G₁ ein Überschlag. Der Widerstand R₁ ist jetzt wirkungsmäßig kurzgeschlossen, und ein steiler Spannungsanstieg tritt an R₁ bis i?₄ auf. Der größte Teil dieses Spannungsanstieges erscheint jedoch an R₂, da die Spannung an den Kondensatoren C₁ bis C₃ sich nicht sofort ändern kann und da R₂ einen Widerstand besitzt, der ein Mehrfaches des Gesamtwiderstandes von R₃ und i?₄ beträgt. Daher liefert der Ionisierer/! plötzlich eine Ionisierung für G₂, an der nun eine Überspannung anliegt, die sofort überschlägt. In der gleichen Weise schlägt als nächste die Funkenstrecke G₃ und nachfolgend die Funkenstrecken G₄ und schließlich G₅ über. Infolgedessen werden die Funkenstrecken G₁ bis G₅ kaskadenartig zum Überschlagen gebracht bei einer angelegten Gesamtspannung, die nur etwas oberhalb des Uberschlagsniveaus von irgendeiner einzelnen G-Funkenstrecke liegt.

Die Kondensatoren erfüllen eine doppelte Aufgabe. Wie bereits beschrieben, bewirken diese zunächst, daß die Funkenstrecken G₂ bis G₄ kaskadenartig jeweils eine nach der anderen mit einer hohen Überspannung versorgt werden, nachdem G₁ 'übergeschlagen ist. Weiterhin modifizieren sie bei steil ansteigenden Wellenformen die Spannungsteilung im Widerstandsnetzwerk (bevor G₁ übergeschlagen ist) in solcher Weise, daß G₁ einen höheren Anteil der angelegten Spannung erhält, als dies bei langsam ansteigenden Wellen der Fall wäre. Hierdurch wird eine Zeitverzögerung der Funkenstrecke G₁ kompensiert, und das Überschlagniveau der Gesamtfunkenstreckenanordnung völlig unabhängig von der angelegten Wellenform herunter bis zu sehr kurzen Zeiten gemacht.

Ein Beispiel für geeignete numerische Widerstandsund Kapazitätswerte bei der Schaltung nach F i g. 3 besteht darin: .R₁ ist gleich 68 000 0hm, R₂ gleich 22 000 0hm, R₃ gleich 6800 0hm und .R₄ gleich 2200 Ohm; der Kondensator C₁ ist gleich 100 Pikofarad, C₂ gleich 400Pikofarad und C₃ gleich 1500 Pikofarad.
Wie ersichtlich, ändern sich die Widerstände im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten 3 und die Kondensatoren im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten 4. Die vorerwähnten Werte für die Schaltungskomponenten erbringen «ine Gesamtüberschlagspannung der Funkenstreckenanordnung von etwa 7,7 kV.

Bei der Schaltung nach F i g. 3 mit den vorerwähnten numerischen Widerstands- und Kapazitätswerten führt S₁ einen Strom in der Größenordnung von 75 Milliampere zu der Zeit, wenn G₁ überschlägt. Bei diesem Stromniveau arbeitet diese als sehr wirksamer Vorionisierer, so daß der Überschlag von G₁ sehr stabil ist. Die verbleibenden Ionisierer/! bis /₄ werden nacheinander herangezogen, um auf einen sehr steilen Spannungsanstieg nach Überschlagen von G₁ zu arbeiten, und diese sind daher ebenfalls sehr leistungsfähig. Infolge dieser wirksamen Vorionisierung und der genauen Überspannung an den Funkenstrecken G₂ bis G₅ erfolgt der kaskadenförmig abas laufende Überschlag mit vernachlässigbarer ' Zeitverzögerung. Der Überschlag erfolgt bei dieser Funkenstreckenanordnung über ein sehr enges Band für zugeführte Wellen, die das Überschlagniveau zu irgendeiner Zeit zwischen einigen Zehnteln einer Mikro-Sekunde bis zu verschiedenen tausend Mikrosekunden erreichen. Während bei F i g. 2 ein niedrigeres Überschlagniveau als bei F i g. 3 erreicht werden kann, besitzt letztere den Vorteil, daß sie einfacher ist, weniger Bauteile benötigt und daß ihr Leistungsverlust in ihren Widerständen niedriger ist, so daß mit dieser eine größere Zuverlässigkeit im Betrieb erreicht werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Funkenstreckeneinheit zur Überbrückung eines Ventilwiderstandes in einem Überspannungsableiter, mit mindestens zwei Hauptfunkenstrecken, die miteinander sowie mit einer zwischen sie geschalteten und mit einer im wesentlichen die gleiche Durchbruchsspannung wie die Hauptfunkenstrecken aufweisenden weiteren Funkenstrecke überbrückten Magnetspule in Reihe ge- ίο schaltet sind, dadurchgekennzeichnet, daß alle Funkenstrecken mit einer ein Impedanznetzwerk mit mindestens einer Parallelkapazität enthaltenden Zündschaltung verbunden sind, die die Funkenstrecken bei einer. an der Funken-Streckeneinheit liegenden Spannung, die zwischen der Durchbruchsspannung einer einzigen Funkenstrecke und der Summe der Durchbruchsspannüngen aller Funkenstrecken liegt, der Reihe nach so zündet, daß mindestens eine der Hauptfunkenstrecken (C₁ bis G₄) vor der der Magnetspule (8) parallelgeschalteten Funkenstrecke (C₅) kommt.

2. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung mindestens einen Kondensator (C₁) zur Kompensation der Zündverzögerung der als erste zündenden Hauptfunkenstrecke (G₁) bei steilen Spannungssprüngen enthält.

3. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Hauptfunkenstrecke (G₁ bis C₄) eine eigene Vorionisierungs-Funkenstrecke (S₁ bis S₄) vorgesehen ist.

4. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 1 oder 2 mit vier zwischen zwei Endklemmen in Reihe geschalteten, im wesentlichen die gleichen Durchbruchsspannungen aufweisenden Hauptfunkenstrecken, von denen je zwei vor und zwei hinter der die Lichtbogen in allen Funkenstrecken antreibenden Spule geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Hauptfunkenstrecke (C₁ bis C₄) jeweils eine eigene Vorionisierungs-Funkenstrecke (S₁ bis S₄) vorgesehen ist; daß die Vorionisierungs-Funkenstrecken eine niedrigere Durchbruchsspannung haben als die Hauptfunkenstrecken und in Reihe zwischen die Endklemmen (6,7) geschaltet sind; daß ein erster Widerstand (R₁) in Reihe zwischen die ersten beiden Vorionisierungs-Funkenstrecken (S₁ und S₂), ein zweiter Widerstand (R₂) in Reihe zwischen die zweite und dritte Vorionisierungs-Funkenstrecke (S₂ und S₃), so ein dritter Widerstand (R₃) parallel zu der ersten Vorionisierungs-Funkenstrecke (S₁) und dem ersten Widerstand (A₁), ein vierter Widerstand (R₁) parallel zur vierten Vorionisierungs-Funkenstrecke, ein fünfter Widerstand (R_s) zwischen die Verbindungssteile der dritten und vierten Hauptfunkenstrecke (C₃ und C₄) und die Verbindungsstelle der dritten und vierten Vorionisierungs-Funkenstrecke (S₃ und S₄), ein sechster Widerstand (R₆) zwischen die Verbindung der dritten Hauptfunkenstrecke (G₃) und der Magnetspule (8) und die Verbindung des zweiten Widerstandes (R₃) undderdritten Vorionisierungs-Funkenstrecke (S₃), ein siebter Widerstand (A₇) zwischen die Verbindung der ersten und zweiten Hauptfunkenstrecke (C₁ und C₂) und die Verbindung des ersten Widerstandes (A₁) und der zweiten Vorionisierungs-Funkenstrecke (S₂), ein Kondensator C₁) parallel zum zweiten Widerstand (R₂) und ein zweiter Kondensator (C₂) parallel zur Spule (8) geschaltet sind, wobei der erste, dritte und vierte Widerstand (R₁, R₃, R₄) im wesentlichen gleiche Widerstandswerte haben, der fünfte, sechste und siebte Widerstand (R₅, R₆, R₇) jeweils im wesentlichen einen Widerstandswert gleich der Hälfte des Widerstandswertes des ersten Widerstandes (A₁) haben, der zweite Widerstand (A₂) einen Widerstandswert etwa gleich der Hälfte des fünften Widerstandes (R₅) hat und der zweite Kondensator (C₂) eine Kapazität etwa gleich dem Vierfachen der Kapazität des ersten Kondensators (C₁) hat. -

5. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Gesamtüberschlagsspannung der Funkenstreckeneinheit von 7,7 kV die Hauptfunkenstrecken (G₁ bis G₄) und die weitere Funkenstrecke (C₅) einen Mindestelektrodenabstand von etwa 1,03 mm und eine Durchschlagsspannung von etwa 5,25 kV haben; daß die Vorionisierungs-Funkenstrecken (S₁ bis S₄) einen Mindestelektrodenabstand von etwa 0,28 bis 0,51 mm und eine Durchschlagsspannung von etwa 2 oder 3 kV haben; daß der erste Widerstand (R₁) etwa 10 000 Ohm, der zweite Widerstand (Zi₂) etwa 2200 Ohm, der fünfte Widerstand (R₅) etwa 5600 Ohm, der erste Kondensator (C₁) etwa 20OpF und der zweite Kondensator (C₂) etwa 75OpF groß sind.

6. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 1, bei welcher die Spule elektrisch und räumlich in der Mitte zwischen den vier Hauptfunkenstrecken liegt, die im wesentlichen den gleichen Elektrodenabstand haben, wie die weitere Funkenstrecke und wie diese als Hörnerfunkenstrecken ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung vier Widerstände (R₁ bis R₄) enthält,. deren Widerstandswerte eine geometrische Reihe mit einem Faktor von etwa 3 bilden, daß einer an einem Ende der Reihenschaltung aus den Funkenstrecken liegenden ersten· Hauptfunkenstrecke (G₁) der den höchsten Widerstandswert aufweisende Widerstand (R₁) in Reihe mit einer Hilfsfunkenstrecke (S₁), die zur Vorionisierung der ersten Hauptfunkenstrecke (G₁) dient und eine wesentlich kleinere Durchbruchsspannung aufweist als diese, parallel geschaltet ist; daß die anderen Widerstände (R₂ bis R₄) in Reihenfolge abnehmender Widerstandswerte den auf die erste Hauptfunkenstrecke (G₁) folgenden drei Hauptfunkenstrecken (G₂ bis G₄) parallel geschaltet sind; daß den folgenden drei Hauptfunkenstrecken (G₂ bis G₄) jeweils eine Korona-Vorionisierungseinrichtung (I₁ bis 'J₃) zugeordnet und parallel geschaltet ist, daß der Magnetspule (8) ein den größten Kapazitätswert aufweisender Kondensator (C₃) von drei Kondensatoren (C₃, C₂, C₁) parallel geschaltet ist, deren Kapazitätswerte gemäß einer geometrischen Reihe mit einem Faktor von etwa 4 abnehmen; daß der Kondensator(C₂) mit dem zweitgrößten Kapazitätswert dem Widerstand (A₄) mit dem kleinsten Widerstandswert parallel geschaltet ist und daß der Kondensator^^ mit dem kleinsten Kapazitätswert dem Widerstand (A₃) mit dem zweitkleinsten Widerstandswert parallel geschaltet ist (F i g. 3).