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Für elektrische Kraftübertragungsanlagen bestimmter Ventilableiter mit spannungsabhängigen Widerständen und Funkenstrecken Die Erfindung bezieht sich auf Ventilableiter für elektrische Kraftübertragungsanlagen. Sie hat die Aufgabe, den Stossfaktor bei solchen Ableitern zu verbessern.
Der Ventilableiter enthält in der Regel spannungsabhängige Ableiterwiderstände sowie eine oder mehrere Funkenstrecken. Die Funkenstrecken werden zwischen Elektroden, die oft die Form von runden Elektrodenplatten haben, gebildet. Die Elektroden sind durch mehrere Distanzstücke voneinander getrennt. Eine Anzahl Elektroden ist vorteilhaft zu einem Funkenstreckenstapel zusammengesetzt. Die Distanzstücke werden aus hochohmigem Material hergestellt und sind dazu bestimmt, eine Wi- derstandssteueranordnung für den Funkenstreckenstapel zu bilden.
Es ist sehr wünschenswert, dass die Potentialsteuerung im Ventilableiter so ausgeführt wird, dass eine gleichmässige Verteilung in bezug auf die Spannungsbeanspruchungen, die von der Leitungsspannung an den Funkenstrecken hervorgerufen werden, erzielt wird. Besonders die Beanspruchungen, die von der Leitungsspannung unter normalen stabilen Betriebsverhältnissen erzeugt werden, und die Beanspruchungen, die von Ausgleichsvorgängen herrühren, z. B. von der von dem aufhörenden Folgestrom erzeugten Rückkehrspannung, müssen gleichmässig verteilt sein, um die Ansprechspannung des Ableiters bei Wechselstrom zu erhöhen.
Um die Zündung der Funkenstrecken bei Beanspruchungen, die von atmosphärischen überspannungen herrühren, zu erleichtern, und um zu verhindern, dass unzulässig hohe Stossspannungen im Kraftübertragungsnetz entstehen, ist jedoch die entgegengesetzte Wirkungsweise erwünscht.
Gemäss der Erfindung wird diese Wirkungsweise dadurch erzielt, dass zwischen den Elektroden im Ventilableiter der genannten Art Körper aus hoch- ohmigemWiderstandsmaterial angeordnet sind, welche eine Widerstands-Potentialsteueranordnung für die Funkenstrecken bilden, und dass zwischen wenigstens einem Paar, aber nicht allen Paaren aufeinanderfolgender Elektroden ein Körper aus hochdielek- trischem Material angeordnet ist, der zusammen mit den Elektroden eine solche Kapazität bildet, dass bei eintreffenden Stossüberspannungen die Spannung zwischen den mit einer Kapazität parallel geschalteten Elektroden niedriger ist als die Spannung zwischen den andern Elektroden.
Bei Anwendung hochdielektrischen Materials mit einer Dielektrizitäts- konstante beispielsweise in der Grössenordnung von 1000 erhält man eine Kapazität zwischen den Elektroden von solcher Grösse, dass sich die Streukapazitäten, die von der Eigenkapazität der Elektroden und von den dielektrischen Eigenschaften der Widerstandskörper herrühren, nicht geltend machen können. Die hochdielektrischen und hochohmigen Körper erhalten zweckmässigerweise die gleichen physikalischen Abmessungen wie die Distanzstücke, so dass sie diese ganz oder teilweise ersetzen können.
Versieht man einen Funkenstreckenstapel, beispielsweise in jedem zweiten aufeymanderfolgenden Elek- trodenpaar, mit hochdielektrischen Distanzstücken, so erhält man eine kapazitive Steuerwirkung, welche die Ansprechstossspannung des Ableiters wesentlich herabsetzt, wogegen die Ohmsche Spannungsverteilung sehr wenig beeinflusst wird, so dass diese in bezug auf Beanspruchungen, die von der Leitungsspannung herrühren, wirksam ist.
Anhand der beigefügten Zeichnung wird nachstehend eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt des Ventilableiters gemäss der Erfindung.
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Funkenstreckenstapel längs der Schnittlinie A -A in Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Ansicht bzw. einen Längsschnitt eines Teils des Funkenstreckenstapels längs der Schnittlinie B -B in Fig. 2. Aus dieser Figur geht der Zusammenhang zwischen den Distanzstücken und den Funkenstreckenelektroden hervor.
Fig. 4 ist ein Schaltbild, das die Impedanzen für die Potentialsteuerung nach der Erfindung zeigt. Gemäss Fig. 1 umfasst der Ableiter 10 ein zylindrisches Porzellangehäuse 11 mit einer Bohrung 12, die die wirksamen Ableiterelemente enthält. Der Ableiter besitzt eine Reihe von spannungsabhängigen Widerstandsblöcken 13 und 14 im obern bzw. untern Teil des Ableiters sowie einen Funkenstreckenstapel 15 und eine Feder 16, welche die Widerstände und den Funkenstreckenstapel miteinander und mit den Endstücken des Gehäuses in Kontakt hält.
Das Gehäuse enthält zwei metallische Endplatten 17 und 18, die als Montagestützen für den Ableiter und als Anschlüsse zur Verbindung des Ableiters mit der Kraftleitung oder mit einem andern vom Ableiter zu schützenden äussern Stromkreis dienen.
Die Widerstandsblöcke 13 und 14, die hauptsächlich aus Siliziumkarbid oder einem ähnlichen Stoff bestehen, sind mit dem Funkenstreckenstapel 15 in Reihe geschaltet. Eine (nicht dargestellte) Metallplatte am untern Ende des untersten der Widerstandsblöcke 14 steht in Verbindung mit einem mit der Endplatte 18 verbundenen Organ. Die unterste Elektrode des Funkenstreckenstapels 15 steht mit einem ringförmigen Glied 19 mit einer an den untern Widerstandsblöcken 14 aufliegenden Platte 20 in Verbindung. Eine mit den obern Widerstandsblöcken 13 in Kontakt stehende weitere Platte 21 mit einem Organ 22 ist mit einer Feder 16 und eine Platte 23 ist mit einer Feder 24 verbunden.
Die Feder 24 trägt eine federnde Platte 25, die sich mit der Endplatte 17 in Eingriff befindet. Die Feder 16 trägt eine Platte 26, die das ringförmige Glied 26a gegen die oberste Elektronenplatte des Funkenstreckenstapels 15 drückt, und hält den notwendigen elektrischen Kontakt zwischen den verschiedenen Widerstandsblöcken, den Teilen des Funkenstreckenstapels und den Endplatten aufrecht. Der Feder 16 ist ein Leiter 27 parallel geschaltet.
Der Funkenstreckenstapel 15 enthält eine Reihe von Elektronenplatten 30, die durch eine keramische Stange 31, welche sich in der Längsrichtung durch die Elektronenplatten erstreckt, zentriert werden. Die Elektronenplatten werden durch Distanzstücke 32, die um die Stange 31 herum angeordnet sind, in gewünschtem Abstand voneinander gehalten.
Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, besteht jede Elektronenplatte 30 aus einer runden Scheibe aus hartem Messing, die mit einer Anzahl Einpressungen versehen ist. Die Einpressungen erstrecken sich abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen. So sind die Einpressungen 34, 35 und 36 an der Elektrodenplatte 30 aufwärts gerichtet, wogegen die Einpressungen 37, 38 und 39 nach unten gerichtet sind.
Die konvexen Flächen der Einpressungen bilden die Fusspunkte für die Lichtbögen. So bilden z. B. die konvexen Flächen der in Fig. 2 gezeigten Einpressungen 34, 35 und 36 zusammen mit gegenüberliegenden Einpressungen einer angrenzenden Elektrode je eine Funkenstrecke. Der konkave Teil der Einpressungen dient dagegen als Sitz für je eines der Distanzstücke 32. Gemäss Fig. 2 bilden z. B. die Einpressungen 37, 38 und 39 Sitze für die Distanzstücke 40, 41 und 42.
Der in der Fig. 3 dargestellte Teil des Funkenstreckenstapels 15 enthält die Elektrodenplatten 43, 44, 45, 46, 47, 48 und 49. Wie aus der Figur hervorgeht, bilden je zwei Elektrodenplatten eine Funkenstrecke, und jede Elektrodenplatte ist ein Teil zweier angrenzender Funkenstrecken. So bildet z. B. die Elektrodenplatte 44 zusammen mit der Elektrodenplatte 43 eine Funkenstrecke und zusammen mit der Elektrodenplatte 45 eine andere Funkenstrecke.
Die verschiedenen Distanzstücke sind abwechselnd auf der einen oder der andern Seite jeder Elektronenplatte in übereinstimmung mit der Lage der Einpressungen um die Stange 31 herum angeordnet. Die Anordnung ist so gewählt, dass jede Einpressung auf der einen Seite einer Elektronenplatte als Sitz für ein Distanzstück und auf der entgegengesetzten Seite als Teil einer Funkenstrecke dient, so dass der Funkenstreckenstapel mit den Distanzstücken sechs Säulen bildet, in denen die Distanzstücke und die Funkenstrecken abwechseln. Zum Beispiel die Einpressungen in den Elektronenplatten 43-49 bilden die Funkenstrecken 50, 51 und 52 und halten die Distanzstücke 53, 54 und 55 in richtiger Lage.
In gleicher Weise bilden andere Einpressungen in den Elektronenplatten 43-49 die Funkenstrecken 56, 57 und 58 und zugleich Sitze für die Distanzstücke 59, 60 und 61. Hieraus geht hervor, dass jede Funkenstreckeneinheit drei Funkenstrecken und drei Distanzstücke enthält.
Wenigstens eines der Distanzstücke 32 in jeder Funkenstreckeneinheit ist aus hochohmigem Material, z. B. Kohle, hergestellt und wirkt als Steuerwiderstand für diese Funkenstreckeneinheit. Die Steuerwiderstände bilden eine Widerstandssteueranordnung für die verschiedenen Einheiten im Fun- kenstreckenstapel 15 und wirken mit den Widerständen in den Widerstandsblöcken zusammen, um eine Widerstandssteuerung über den verschiedenen Elementen des Ableiters zu erreichen. Bei einer Ausführungsform gemäss der Erfindung bestehen zwei Distanzstücke je Funkenstreckeneinheit aus Widerstandsmaterial.
In Übereinstimmung mit der Erfindungsidee ist wenigstens eines der Distanzstücke in jeder zweiten Funkenstreckeneinheit aus Material mit sehr hoher
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Dielektrizitätskonstante gefertigt, wogegen die entsprechenden Distanzstücke in den zwischenliegenden Funkenstreckeneinheiten aus Material mit verhältnismässig niedriger Dielektrizitätskonstante hergestellt sind. Die Distanzstücke 59, 60 und 61 sind demnach aus hochdielektrischem Material gefertigt, während die Distanzstücke 53, 54 und 55 aus Porzellan bestehen. Die gegenseitige Anordnung der verschiedenen Arten von Distanzstücken ist nicht von Bedeutung.
Die dielektrischen Distanzstücke 59-61 und die Distanzstücke 53-55 sind nur der einfachen Darstellung halber in der Zeichnung auf entgegengesetzten Seiten der Stange 31 dargestellt.
Die Distanzstücke 59-61 bestehen aus einem Material mit sehr hoher Dielektrizitätskonstante, z. B. in der Grössenordnung von 1200. Eine derart hohe Dielektrizitätskonstante besitzt z. B. ein keramischer Stoff, der Bariumtitanat und Magnesium- zirkonat enthält. Materialien mit so hoher Dielektri- zitätskonstante sind aus der ferroelektrischen Materialtechnik bekannt und können verschiedene Zusammensetzungen haben. Die wichtigste von diesen enthält Bariumtitanat, entweder allein oder zusammen mit einigen Prozenten Magnesiumzirkonat, Blei oder Kalziumtitanat.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung derartiger Materialien beschränkt, sondern kann unter Anwendung all jener dielektrischen Stoffe verwirklicht werden, die eine zweckmässige mechanische Festigkeit und eine solche Dielektrizitäts- konstante haben, dass die von den dielektrischen Distanzstücken gebildete Kapazität zwischen den Fun- kenstreckenelektroden, um ein Mehrfaches grösser ist als die Eigenkapazität der Elektrodenplatten und die Kapazität der Distanzstücke aus hochohmigem Material.
Demnach können die Distanzstücke aus Titandioxyd hergestellt werden, das eine Dielektrizi- tätskonstante in der Grössenordnung von 80 besitzt.
Ein wichtiges Kriterium für die Wirkungsweise der Anordnung ist die Frequenz, bei der die kapa- zitive Steuerung zur Erzeugung ungleicher Spannungsbeanspruchungen im Funkenstreckenstapel hauptsächlich wirksam ist. Mit den genannten keramischen Distanzstücken, die eine Dielektrizitäts- konstante in der Grössenordnung von 1000 besitzen, wird die kapazitive Steuerung bei Frequenzen wirksam, die 5000 Hz überschreiten, das heisst bei Frequenzen, die höher sind als jene, die im wesentlichen bei Ausgleichsvorgängen im Kraftübertragungssystem vorkommen.
Die Distanzstücke 53-55 können aus Porzellankörpern oder Körpern ähnlichen Materials mit verhältnismässig niedriger Dielektrizitätskonstante von beispielsweise 6-8 bestehen. Diese Distanzstücke stellen in erster Linie den mechanischen Aufbau des Funkenstreckenstapels sicher.
Die Wirkungsweise des Ableiters gemäss der Erfindung wird am besten unter Hinweis auf die Fig. 4 beschrieben. Diese Figur zeigt ein Schaltbild zweier aufeinanderfolgender Funkenstreckeneinheiten, z. B. der aus den Elektrodenplatten 43, 44 und 45 (Fig. 3) gebildeten Einheiten. Der obere Teil des Schaltbildes, der mit 65 bezeichnet ist, stellt eine Funkenstreckeneinheit dar, die ein Distanzstück aus Porzellan besitzt, z. B. die von den Elektrodenplatten 43 und 44 gebildete Einheit. Diese Einheit enthält daher nur Steuerwiderstände 66 und 67 und die Funkenstrecke 68, da die Wirkung der Eigenkapazität der Elektrodenplatten und der Kapazität der Distanzstücke vernachlässigt werden kann.
Der untere, mit 69 bezeichnete Teil des Schaltbildes stellt eine Funkenstreckeneinheit dar, die aus zwei Elektrodenplatten, z. B. 44 und 45, zwischen denen sich ein hochdielektrisches Distanzstück befindet, gebildet wird. Dieser Teil enthält Steuerwiderstände 70 und 71, eine Kapazität 72 und die Funkenstrecke 73. Bei niedriger Frequenz, z. B. der Frequenz der Kraftleitung, ist die Impedanz der Kapazität 72 hinreichend hoch verglichen mit der Impedanz der Steuerwiderstände, so dass die Steuerwiderstände die Spannungsverteilung zwischen den Funkenstrecken 68 und 73 bestimmen. Hierdurch werden die Spannungen über diesen Funkenstrecken im wesentlichen gleich. Wegen der gleichmässigen Spannungsverteilung hat keine der Funkenstrecken die Tendenz, vor den andern zu zünden.
Daher spricht der Ableiter bei einer verhältnismässig hohen Leitungsspannung an. Da die Impedanz der Kapazität 72 bei Frequenzen bis zu ungefähr 5000 Hz, verglichen mit dem Widerstand der Steuerwiderstände, noch verhältnismässig hoch ist, überwiegt die Ohmsche Wi- derstandssteuerwirkung, und der Ableiter ist in bezug auf Ausgleichsvorgänge in der Leitung, welche entstehen, wenn der Folgestrom nach der Entladung aufhört, unempfindlich.
Gegenüber dem Ableiter zugeführten Stossspannungen, die eine sehr steile Wellenfront haben, z. B. gegenüber solchen, die von atmosphärischen über- spannungen herrühren, weist die Kapazität 72 eine verhältnismässig niedrige Impedanz auf, so dass dieselbe eine wirksame Parallelschaltung über der Funkenstrecke 73 bildet. Hierdurch tritt der grösste Teil der Spannung an der Funkenstrecke 68 auf. Sobald die Funkenstrecke 68 zündet, entlädt sich der Kondensator 72 teilweise. Dies hat zur Folge, dass die Spannung an der Funkenstrecke 73 kräftig steigt, wodurch die Funkenstrecke 73 zündet und die Stossspannung zur Erde ableitet.
Wegen den verschiedenartigen Frequenzcharakteristiken der Funkenstrecken, die eine Kapazität 72 enthalten, zündet der Ableiter sehr leicht bei Stossüberspannungen mit steiler Front. Hierdurch erzielt man eine gute Schutzwirkung für die Kraftleitung oder den Stromkreis, an die bzw. an den der Ableiter angeschlossen ist.
Natürlich brauchen die Widerstände 66 und 70, 67 und 71 nicht unbedingt eine lineare Spannungs- charakteristik zu besitzen. Einer der Kreise 65 und 69 oder beide Kreise können statt dessen mit spannungsabhängigen Widerständen versehen wer-
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den. Der Funkenstreckenstapel 15 enthält zweckmässig Mittel zur Vorionisierung in Gestalt der Spitzen 75, die gegen die Stange 31 anliegen. Diese Ionisierungsanordnungen sind jedoch nicht wesentlich zur Ausübung der vorliegenden Erfindung.
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Valve arresters intended for electrical power transmission systems with voltage-dependent resistors and spark gaps. The invention relates to valve arresters for electrical power transmission systems. Its task is to improve the shock factor in such arresters.
The valve arrester usually contains voltage-dependent arrester resistances and one or more spark gaps. The spark gaps are formed between electrodes, which are often in the form of round electrode plates. The electrodes are separated from one another by several spacers. A number of electrodes are advantageously combined to form a spark gap stack. The spacers are made of high resistance material and are designed to form a resistance control arrangement for the spark gap stack.
It is very desirable that the potential control in the valve arrester is carried out in such a way that an even distribution with regard to the voltage stresses caused by the line voltage at the spark gaps is achieved. In particular, the stresses that are generated by the line voltage under normal stable operating conditions, and the stresses that arise from equalization processes, e.g. B. from the return voltage generated by the ceasing follow current, must be evenly distributed in order to increase the response voltage of the arrester for alternating current.
However, in order to facilitate the ignition of the spark gaps in the event of stresses caused by atmospheric overvoltages and to prevent inadmissibly high surge voltages in the power transmission network, the opposite mode of action is desired.
According to the invention, this mode of operation is achieved in that bodies made of high-ohmic resistance material are arranged between the electrodes in the valve arrester of the type mentioned, which form a resistance potential control arrangement for the spark gaps, and that between at least one pair, but not all pairs of successive electrodes Body made of highly dielectric material is arranged, which together with the electrodes forms such a capacitance that when surge voltages occur, the voltage between the electrodes connected in parallel with a capacitance is lower than the voltage between the other electrodes.
When using high dielectric material with a dielectric constant, for example in the order of magnitude of 1000, a capacitance between the electrodes is obtained of such a size that the stray capacitances, which result from the internal capacitance of the electrodes and from the dielectric properties of the resistance bodies, cannot be applied . The high dielectric and high resistance bodies are expediently given the same physical dimensions as the spacers, so that they can replace them in whole or in part.
If a stack of spark gaps is provided, for example in every second successive electrode pair, with high dielectric spacers, a capacitive control effect is obtained, which significantly reduces the surge voltage of the arrester, whereas the ohmic voltage distribution is very little influenced, so that it is affected in relation to stresses, resulting from the line voltage is effective.
An example embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below with the aid of the accompanying drawing.
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Fig. 1 shows a longitudinal section of the valve arrester according to the invention.
Fig. 2 is a cross-section through the spark gap stack along the section line A -A in Fig. 1. Fig. 3 shows a view or a longitudinal section of a portion of the spark gap stack along the section line B -B in Fig. 2. From this figure, the Relationship between the spacers and the spark gap electrodes.
Fig. 4 is a circuit diagram showing the impedances for potential control according to the invention. According to FIG. 1, the arrester 10 comprises a cylindrical porcelain housing 11 with a bore 12 which contains the effective arrester elements. The arrester has a number of voltage-dependent resistor blocks 13 and 14 in the upper and lower part of the arrester, as well as a spark gap stack 15 and a spring 16 which hold the resistors and the spark gap stack in contact with one another and with the end pieces of the housing.
The housing contains two metal end plates 17 and 18, which serve as mounting supports for the arrester and as connections for connecting the arrester to the power line or to another external circuit to be protected by the arrester.
The resistor blocks 13 and 14, which are mainly made of silicon carbide or a similar substance, are connected in series with the spark gap stack 15. A metal plate (not shown) at the lower end of the lowermost one of the resistance blocks 14 is in connection with a member connected to the end plate 18. The lowermost electrode of the spark gap stack 15 is connected to an annular member 19 with a plate 20 resting on the lower resistor blocks 14. Another plate 21, which is in contact with the upper resistance blocks 13 and has an element 22, is connected to a spring 16 and a plate 23 is connected to a spring 24.
The spring 24 carries a resilient plate 25 which is in engagement with the end plate 17. The spring 16 carries a plate 26 which presses the annular member 26a against the top electron plate of the spark gap stack 15 and maintains the necessary electrical contact between the various resistor blocks, the parts of the spark gap stack and the end plates. A conductor 27 is connected in parallel to the spring 16.
The spark gap stack 15 includes a series of electron plates 30 which are centered by a ceramic rod 31 which extends longitudinally through the electron plates. The electron plates are held at a desired distance from one another by spacers 32 which are arranged around the rod 31.
As can be seen from FIGS. 2 and 3, each electron plate 30 consists of a round disk made of hard brass which is provided with a number of impressions. The indentations extend alternately in opposite directions. The impressions 34, 35 and 36 on the electrode plate 30 are directed upwards, whereas the impressions 37, 38 and 39 are directed downwards.
The convex surfaces of the indentations form the base points for the arcs. So form z. B. the convex surfaces of the indentations 34, 35 and 36 shown in Fig. 2 together with opposite indentations of an adjacent electrode each have a spark gap. The concave part of the indentations, on the other hand, serves as a seat for one of the spacers 32. According to FIG. B. the impressions 37, 38 and 39 seats for the spacers 40, 41 and 42.
The part of the spark gap stack 15 shown in FIG. 3 contains the electrode plates 43, 44, 45, 46, 47, 48 and 49. As can be seen from the figure, two electrode plates each form a spark gap, and each electrode plate is part of two adjacent spark gaps . So z. B. the electrode plate 44 together with the electrode plate 43 a spark gap and together with the electrode plate 45 another spark gap.
The various spacers are arranged alternately on one side or the other of each electron plate in accordance with the position of the indentations around the rod 31. The arrangement is chosen so that each indentation on one side of an electron plate serves as a seat for a spacer and on the opposite side as part of a spark gap, so that the spark gap stack with the spacers forms six columns in which the spacers and the spark gaps alternate . For example, the impressions in the electron plates 43-49 form the spark gaps 50, 51 and 52 and hold the spacers 53, 54 and 55 in the correct position.
In the same way, other impressions in the electron plates 43-49 form the spark gaps 56, 57 and 58 and at the same time seats for the spacers 59, 60 and 61. This shows that each spark gap unit contains three spark gaps and three spacers.
At least one of the spacers 32 in each spark gap unit is made of high resistance material, e.g. B. coal, produced and acts as a control resistor for this spark gap unit. The control resistors form a resistance control arrangement for the various units in the spark gap stack 15 and cooperate with the resistors in the resistor blocks to achieve resistance control over the various elements of the arrester. In one embodiment according to the invention, two spacers per spark gap unit consist of resistance material.
In accordance with the idea of the invention, at least one of the spacers in every other spark gap unit is made of material with a very high
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Dielectric constant made, whereas the corresponding spacers in the intermediate spark gap units are made of material with a relatively low dielectric constant. The spacers 59, 60 and 61 are therefore made of high dielectric material, while the spacers 53, 54 and 55 are made of porcelain. The mutual arrangement of the different types of spacers is not important.
The dielectric spacers 59-61 and the spacers 53-55 are shown on opposite sides of the rod 31 in the drawing for the sake of simplicity only.
The spacers 59-61 are made of a material with a very high dielectric constant, e.g. B. in the order of 1200. Such a high dielectric constant has z. B. a ceramic material that contains barium titanate and magnesium zirconate. Materials with such a high dielectric constant are known from ferroelectric material technology and can have different compositions. The most important of these contains barium titanate, either alone or together with a few percent magnesium zirconate, lead or calcium titanate.
However, the invention is not limited to the use of such materials, but can be implemented using all those dielectric materials which have an appropriate mechanical strength and a dielectric constant such that the capacitance formed by the dielectric spacers between the spark gap electrodes, is several times greater than the self-capacitance of the electrode plates and the capacitance of the spacers made of high-resistance material.
Accordingly, the spacers can be made of titanium dioxide, which has a dielectric constant in the order of 80.
An important criterion for the mode of operation of the arrangement is the frequency at which the capacitive control for generating unequal voltage stresses in the spark gap stack is mainly effective. With the ceramic spacers mentioned, which have a dielectric constant in the order of magnitude of 1000, the capacitive control is effective at frequencies that exceed 5000 Hz, i.e. at frequencies that are higher than those that essentially occur during balancing processes in the power transmission system .
The spacers 53-55 can consist of porcelain bodies or bodies of similar material with a relatively low dielectric constant of, for example, 6-8. These spacers primarily ensure the mechanical structure of the spark gap stack.
The mode of operation of the arrester according to the invention is best described with reference to FIG. This figure shows a circuit diagram of two successive spark gap units, e.g. B. the units formed from the electrode plates 43, 44 and 45 (Fig. 3). The upper part of the circuit diagram, which is designated by 65, represents a spark gap unit which has a spacer made of porcelain, e.g. B. the unit formed by the electrode plates 43 and 44. This unit therefore only contains control resistors 66 and 67 and the spark gap 68, since the effect of the self-capacitance of the electrode plates and the capacitance of the spacers can be neglected.
The lower part of the circuit diagram, labeled 69, represents a spark gap unit which consists of two electrode plates, e.g. B. 44 and 45, between which there is a high dielectric spacer is formed. This part contains control resistors 70 and 71, a capacitance 72 and the spark gap 73. At low frequency, e.g. B. the frequency of the power line, the impedance of the capacitance 72 is sufficiently high compared to the impedance of the control resistors, so that the control resistors determine the voltage distribution between the spark gaps 68 and 73. As a result, the voltages across these spark gaps are essentially the same. Because of the even voltage distribution, none of the spark gaps has the tendency to ignite before the others.
The arrester therefore responds to a relatively high line voltage. Since the impedance of the capacitance 72 is still relatively high at frequencies up to approximately 5000 Hz, compared to the resistance of the control resistors, the ohmic resistance control effect predominates, and the arrester is in relation to compensation processes in the line, which arise when the Follow current stops after discharge, insensitive.
Compared to the surge arrester applied surge voltages that have a very steep wave front, z. Compared, for example, to those that arise from atmospheric surges, the capacitance 72 has a relatively low impedance, so that it forms an effective parallel circuit across the spark gap 73. As a result, most of the voltage occurs at the spark gap 68. As soon as the spark gap 68 ignites, the capacitor 72 partially discharges. This has the consequence that the voltage at the spark gap 73 rises sharply, whereby the spark gap 73 ignites and diverts the surge voltage to earth.
Because of the different frequency characteristics of the spark gaps, which contain a capacitance 72, the arrester ignites very easily in the event of surge overvoltages with a steep front. This achieves a good protective effect for the power line or the circuit to which or to which the arrester is connected.
Of course, the resistors 66 and 70, 67 and 71 do not necessarily have to have a linear voltage characteristic. One of the circuits 65 and 69 or both circuits can instead be provided with voltage-dependent resistors
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the. The spark gap stack 15 expediently contains means for pre-ionization in the form of tips 75 which rest against rod 31. However, these ionization arrangements are not essential to the practice of the present invention.