DE876268C - UEberspannungsschutz fuer Transformatoren oder aehnliche zu schuetzende Geraete - Google Patents

Description

• Überspannungsschutz für Transformatoren oder ähnliche zu schützende Geräte Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsschutz für Transformatoren, insbesondere Hochspannungstransformatoren oder ähnliche zu schützende elektrische Geräte, die in Ausläuferstationen über ein längeres, gegen unmittelbaren Blitzschlag durch Erdseil geschütztes Freileitungsstück oder durch ein längeres Kabelstück an eine Freileitung angeschlossen sind. Bei einer derartigen Anordnung genügt es für den Schutz des angeschlossenen Transformators meistens noch nicht, an den Eingang der durch Erdseil geschützten Freileitungsstrecke bzw. des Kabels eine Schutzfunkenstrecke oder einen Überspannungsableiter zu legen, weil die von diesen Schutzeinrichtungen durchgelassene Überspannungswelle durch Reflexion am Eingang der Transformatorwicklung auf den doppelten Betrag aufgestaut wird und dadurch die Wicklung des Transformators nach wie vor gefährdet. Sind auch an den Durchführungen des Transformators Schutzfunkenstrecken angeordnet, so kommt es an diesen zu Überschlägen mit einem sehr steilen Zusammenbruch der Stoßspannung,! so daß dann durch die in die Wicklung einziehende steile Entladewelle deren innere Isolation ebenfalls gefährdet ist. Durch Anschluß weiterer Überspannungsableiter an den drei Durchführungen des Transformators wäre ein ausreichender Schutz möglich. Bei Kabeleinführungen besitzt aber der Transformator im allgemeinen keine Durchführungen, sondern wird unmittelbar über einen Endverschluß mit dem Kabel verbunden. Dann ist aber der Anschluß eines Überspannungsableiters an den Trafoklemmen gar nicht möglich. Hier schafft die Erfindung Abhilfe.
• Erfindungsgemäß wird dadurch ein besonders weitgehender Überspannungsschutz erzielt, daß zwischen der Anschlußstelle des Überspannungsableiters und der gegen Blitzschlag geschützten Leitungsstrecke ein Widerstand etwa von der Größe des Wellenwiderstandes dieser Leitungsstrecke und parallel zum Widerstand eine Drossel etwa von solcher Größe geschaltet sind, däß die Zeitkonstante dieser Schutzeinrichtung groß gegenüber der Wanderwellenlaufzeit der Leitungsstrecke ist.
• Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.
• An die Freileitung z ist über einen Widerstand 3 mit parallel geschalteter Drosselspule 4 mit dem Selbstinduktionskoeffizienten L und über eine Kabelstrecke 2 ein Transformator 6 angeschlossen. Vor dem Widerstand 3 liegt zwischen der Leitung z und der Erde E ein Überspannungsableiter 5 oder eine Schutzfunkenstrecke. Die Größe R des Widerstandes 3 ist etwa gleich dem Wellenwiderstand Z der Kabelgtrecke z. Bei einem Blitzschlag in großer Nähe des Überspannungsableiters 5 in die - Freileitung i gilt dann für die Zeitkonstante des Stromanstieges in der Drossel die Größe v_on L wird nun so gewählt, daß T wesentlich größer als die Wanderwellenlaufzeit des Kabels 2; und zwar mindestens viermal so -groß ist. Nach bekannten Gesetzen ergibt sich nun an der Verbindungsstelle des Kabels 2 und des Widerstandes 3 ein Spannungsverlauf U ist dabei die Restspannung, die nach dem Ansprechen des Ableiters 5 auf der Leitung i verbleibt. Zur Zeit t = o ergibt sich also an der Verbindungsstelle von Widerstand und Kabel eine Spannung von nur Die andere Hälfte der Spannung wird in dem Widerstand 3 aufgezehrt. Durch die Drosselspule q, fließt im ersten Augenblick kein Strom. Es zieht daher eine Wanderwelle mit der Höhe in das Kabel 2 ein. Am Ende des Kabels, also am Transformator 6, wird sie Ruf die doppelte Spannung, also U, reflektiert. Diese Spannung ist der Trafoisolation - noch nicht gefährlich. Im weiteren Verlauf steigt die Spannung an den Trafoklemmen nach dem Gesetz langsam an. Bei passender Wahl der Zeitkonstante T macht sich aber bereits nach Ablauf der zweifachen Wanderwellenlaufzeit des Kabels ein Abbau der aufgestauten Welle am Transformatoreingang infolge der Ankunft einer mit derselben Zeitkonstante T ansteigenden reflektierten Welle negativen Vorzeichens vom Kabelanfang her bemerkbar. Dadurch wird erreicht, daß die Spannung am Transformatoreingang nicht wesentlich über den Wert U ansteigen kann.
• Ein Zahlenbeispiel soll dies näher erläutern. Das Kabel 2 habe eine Länge i von 300 m und einen Wellenwiderstand Z von 5o Ohm. Die Wellengeschwindigkeit v betrage x,5-- =o$ m/sec, die Kapazität des Kabels pro Phase somit Die einfache Laufzeit der Wanderwelle für die Kabelstrecke 2 ergibt sich zu 2;usec. Soll nun die eine Zeitkonstante werden, so muß mit R = Z = 50 Ohm die Selbstinduktivität L der Drossel 4 mindestens L 2 @ =o-4 a gewählt werden. Beträgt der Betriebsstrom I pro Phase 158 Ampere, dann ergibt sich die Leistung der Drossel pro Phase zu 12 - co - L = E,57 kVA. Der Spannungsabfall an der Drossel beträgt I co L = =o Volt. Die Stromaufnahme des Widerstandes 3 ist infolgedessen nur. und die dauernd aufzunehmende Leistung des Widerstandes beträgt nur 2 Watt.
• An Stelle der Kabelstrecke 2 kann auch ein durch Erdseil od. dgl. gegen Blitzschlag geschütztes Freileitungsstück treten oder irgendeine andere Anordnung, die eine nicht vernachlässigbare Wanderwellen-Laufzeit hat, aber gegen Blitzschlag gesichert ist. Die Erfindung bietet folgende Vorteile: Wie das Zahlenbeispiel zeigt, ergibt sich eine überraschend kleine Drossel und ein ebensolcher Widerstand. Die Spannung an dem Transformatoreingang wird trotz dieses geringen Aufwandes die Größe der Ansprechspannung des Ableiters 5 nicht wesentlich überschreiten. Diese Spannung steigt aber auch bei nahen Blitzschlägen in die Freileitung nicht sehr steil an, da sie durch die vorgeschaltete Kabelstrecke und die Eingangskapazität der Transformatorwicklung stark verflacht wird. Man verhütet dadurch ungünstige Beanspruchungen der Trarisformatorisolation. Die Erfindung eignet sich besonders für Transformatoren in Kopfstationen mit Kabeleinführung, bei denen man an den Transformatorklemmen keinen Ableiter und auch keine Schutzfunkenstrecke anschließen kann.

Claims (1)

1. . PATENTANSPRUCH: Überspannungsschutz für Transformatoren oder ähnliche zu schützende, an Freileitungen angeschlossene Geräte mit Überspannungsableiter, Schutzfunkenstrecken od. dgl., dadurch gekennzeichnet; daß zwischen dem zu schützenden Gerät (6) und der Anschlußstelle des Überspannungsableiters oder der Schutzfunkenstrecke (5) eine gegen Blitzschlag geschützte Leitungsstrecke' (2) und ein Widerstand (3) etwa von der Größe des Wellenwiderstandes dieser Leitungsstrecke (2) und parallel zu diesem Widerstand (3) eine Drossel (4) etwa solcher Größe geschaltet ist, daß die Zeitkonstante (T) dieser Schutzanordnung (2 bis 4) wesentlich größer, insbesondere mindestens vierfach größer als die Wanderwellenlaufzeit der Leitungsstrecke (2)-ist.