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Überspannungsableiter für Gleichstrom-Hochspannungsanlagen Die Erfindung
betrifft einen überspannungsableiter für mit hochgespanntem Gleichstrom betriebene
Kraftübertragungsanlagen. Bei Dreh-Stromanlagen ist das Problem der Überspannungsableitung
verhältnismäßig einfach zu lösen. Man verwendet dort Ableiter, die im wesentlichen
aus der Reihenschaltung einer Vorfunkenstrecke mit spannungsabhängigen Strombegrenzungswiderständen
und einer Löschfunkenstrecke bestehen. Die Betriebsspannung kann nach Aufhören einer
Überspannung nur noch bis zum nächsten Spannungsnulldurchgang einen Strom über den
Überspannungsableiter treiben. In der Nähe des Spannungsnulldurchganges wird infolge
der starken Entionisierung der Löschfunkenstrecke der Strom wieder unterbrochen.
Dies wäre bei Anwendung eines solchen Ableiters in Gleichspannungsanlagen nicht-
.der Fall. Die Betriebsspannung würde hier nach Abklingen der Überspannung den Strom
ständig weiter aufrechterhalten. Die üblichen Überspannungsableiter sind also in
den Gleichstrom-Hochspannungsanlagen nicht anwendbar. Man könnte daran denken, als
Ableiter die Reihen-Schaltung einer Funkenstrecke mit einem zunächst ungeladenen
Kondensator zu benutzen:. Dann würde sich beim Auftreten einer Überspannung der
Kondensator aufladen, und der Abl.eiterstrom würde nach vollzogener Aufladung wieder
zu Null werden. Hierzu wären aber außerordentlich große Kondensatoren notwendig,
wobei außerdem die abgeleitete Überspannungsenergie durch die Größe der Kondensatoren
festgelegt sein würde.
Durch die Erfindung wird ein Überspannungsableiter
für Gleichstrom-Hochspannungsanlagen geschaffen, der äußerst einfach, -- aber trotzdem
betriebssicher ist und beliebggroße Überspannungsenergien abführen kann. Der Überspannungsableiter
nach derErfindung besteht im wesentlichen darin, daß in Reihe mit einer bei einem
bestimmten Überspannungsbetrag ansprechenden Entladungs- bzw. Funkenstrecke und
einem Strombegrenzungswiderstand! ein.-. Hochspannungs Abschmelzsicherung liegt,
welche den Ableiterkreis nach Abführung der überspannungsenergie unterbricht. In
dieser einfachsten Ausführungsform fließt die gesamte überspannungsenergie über
die Hochspannungssicherung, :so daß diese beim Durchschmelzen bereits stark erwärmt
sein wird. Dies ist für eine Abschmelzsicherung ungünstig, da es die Lichtbogenlöschung
erschwert. Es ist deshalb vorteilhaft, die Sicherung durch einen Überbrückungss,tromzweig,
der sich erst nach Abführung der gesamten Überspannungsenergie oder wenigstens eines:
wesentlichen Teiles davon öffnet, von der überispannungsenergie zu entlasten. Die
Sicherung wird bei dieser Ausführungsform also erst, nachdem der überwiegende Betrag
der Übersp:annungsenergie abgeführt ist, in den Ableiterstromkreis eingeschaltet.
Sie befindet sich dann noch in kaltem Zustand. Da die Überspannungsenergie bereits
abgeführt ist, braucht sie im wesentlichen nur noch das Abschalten .des von :der
Betriebsspannung getriebenen Stromes zu übernehmen.
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Um den Überbrückungsstramkreis selbsttätig zu öffnen, kann man mit
Vorteil eine zweite Abschmelzsicherung benutzen, welche entweder,selbst al,s Unterbrechungsorgan
für den Überbrückungsstromkreis oder aber als Haltesicherung für einen mechanischen
Unterbrechungskontakt dient, der sich beim Abschmelzen dieser :Sicherung, die in
dieser Benutzungsart im folgenden als »Haltesicherung« bezeichnet werden ,möge,
durch Federkraft öffnet. Die abgeführte überspannungsenergie wird also ihrer Größe
nach durch die Haltesicherung bestimmt. Die andere Sicherung, die im folgenden als
»Schaltsicherung« bezeichnet werden möge, hat wiederum nur eine ganz geringeLeistung
zu unterbrechen.
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Fig. i der Zeichnung stellt ein Beispiel für diese Ausführungsform
der Erfindung dar. Mit 16 sei die zu schützende Gleichstromleitung bezeichnet. Über
einen Trennschalterkontakt i ist der Ableiter an die Leitung angeschlossen. Der
Ableiter selbst besteht aus der Vorfunkenstrecke 2, welche bei einer bestimmten
Überspannung anspricht, aus dem Strombegrenzungs.widerstand 3, der Schaltsich.erun94
und dem zu dieser parallel geschalteten Überbrückungsstromzweig. Letzterer wird
durch den Unterbrechungskontakt 6 gebildet, welcher entgegen der Öffnungskraft einer
Feder 8 im Normalzustand von der ebenfalls i:m Überbrückungsstromkreis liegenden
Haltesicherung 5' in geschlossenem Zustand gehalten wird. Sobald die Haltesicherung
5 abschmilzt, öffnet sich also der Unterbrechungskontakt 6 und hebt die Überbrückung
für die Schaltsicherung 4 auf. Letztere wird somit durch die Überspannungsenergie
nicht vorbelastet und führt die endgültige Abschaltung aus dem kalten Zustand heraus
durch.
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Fig. i zeigt im ganzen eine Schutzeinrichtung, welche aus mehreren
Übers:pamnungs.ableiterngemäß der Erfindung besteht, von denen jedoch nur der linke
in seinen Einzelheiten dargestellt ist. Die Gesamtanordnung dient dazu, daß bei
Abschalten eines Ableiters selbsttätig ein weiterer Ableiter eingeschaltet und damit
ansprechbar gemacht wird. Die Einzelteile des mittleren und rechten Ableiters sind,
soweit überhaupt dargestellt, mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie die entsprechenden
Teile des linken Ableiters, nur ist zu diesen Bezugsziffern der Index a bzw.
b hinzugefügt.
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Wenn beim Ansprechen des linken Ableiters der Hilfskontakt 7 geschlossen
wird, so wird über ein Relais 9 der Trennschalter i, des mittleren Überspannungsableiters
eingelegt, vorausgesetzt, daß der Schalter 15, geschlossen ist. Sobald der Trennschalter
i" des mittleren Ableiters eingelegt ist, schließt sich der Kontakt 12a, .der dem
Antrieb des Trennschalters i des linken Ableiters einen Öffnungsimpuls zuführt.
Dieser Schaltzustand bleibt so lange bestehen, bis durch eine weitere Überspannung
auch der mittlere Ableiter anspricht und auf die gleiche Weise der rechte Ableiter
betriebsbereit gemacht wird. Der rechte Ableiter würde mit dem Hilfskontakt 7b über
das Relais 9b wieder den Trennschalter i des linken Ableiters einlegen. Damit der
linke Überspannungsableiter nicht eingeschaltet werden kann, bevor die Sicherungen
in ihm wieder ersetzt worden sind, ist in der Steuerleitung zwischen dem Relais
9b des linken Ableiters und dem Antrieb des Trenners i des linken Ableiters ein
Schalter 15 vorgesehen. Dieser Schalter 15 kann so angeordnet sein, daß er sich
bei Ansprechen des betreffenden überspannungsableiters selbsttätig öffnet. Er kann
aber auch als handbetätigter Schalter ausgebildet sein, wobei er dann nur dazu dient,
zu verhindern, daß der Trenner i eingelegt wird, wenn an dem betreffenden Überspannungsableiter
gearbeitet wird. Die Wiedereinschaltung des Trennschalters kann durch den Druckknopf
14 geschehen.
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Eine weitere Ausführungsform des Überspannungsableiters nach der Erfindung
zeigt Fig. 2. Hier liegt wiederum parallel zu der Schaltsicherung4 ein Unterbrechungskontakt6,
der durch die Haltesicherung 5 in geschlossenem Zustand gehalten wird. Die Haltesicherung
5 liegt dabei in Reihenschaltung mit einem Widerstand 2o parallel zu einem Widerstand
3, welcher der Schaltsicherung 4 vorgeschaltet ist. Die beiden Widerstände 3 und
2o sind beide spannungsabhängig, aber nach verschiedenen Kennlinien. Der Widerstand
3 besitzt eine Kennlinie A, wie sie für die Strombegrenzungswiderstände bei Überspannungsableitern
für Wechselstrom benutzt wird. Man erkennt aus Fig. 3; daß bei der Nennspannung
Urs über den Widerstand 3 nur ein sehr kleiner Strom
fließen kann,
der jedoch bei wachsender Überspannung sehr rasch zunimmt. Bei Wechselstrom hat
dies zur Wirkung, daß nach Verschwinden der Überspannung derAbleiterstrom sehr stark
zurückgeht und leicht unterbrochen werden kann. Die Charakteristik B des Widerstandes
2o verläuft so, daß bei höheren Überspannungen nur sehr kleine Ströme fließen können,
die aber mit abnehmender Spannung rasch anwachsen.
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Spricht nun in dem Überspannungsleiter nach Fig. 2 die Funkenstrecke
2 an, so wird ein Teil des Stromes über den Widerstand 3 und ein anderer über den
Widerstand 2o und die Haltesicherung 5 fließen. Die Überspannung ist zunächst hoch,
und infolgedessen wird der wesentliche Teil des Stromes entsprechend den Kennlinien
der beiden Widerstände 3 und 2o über den erstgenannten Widerstand fließen. Der Abschmelzstreifen
der Haltesicherung 5 ist also gering belastet, und diese Haltesicherung spricht
erst an, wenn die Überspannung wieder auf einen geringen Betrag zurückgegangen oder
verschwunden ist. Erst dann öffnet sich der Unterbrechungs,k.ontakt 6, so daß die
Schaltsicherung q. nunmehr belastet wird. Der Ableiter hat also in dieser Form die
Eigenschaft, daß während der Überspannung ein erheblicher Strom abgeführt werden
kann, der erst dann unterbrochen wird, bis er bei Rückgang der Überspannung klein
geworden ist.
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In Fig. q. ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei welchem der Unterbrechungskontakt 6 in dem Parallelstromweg zu der Schaltsicherung
4 nicht durch eine weitere Abschmelzsicherung, sondern durch eine elektromagnetische,
von dem Ableiterstrom abhängige Einrichtung in geschlossenem Zustand gehalten wird.
In geschlossenem Zustand ist der Kontakt 6 durch eine Sperrklinke 18 verriegelt,
die sich über das Glied i9 gegen eine Nockenscheibe 21 stützt. Diese Nockenscheibe
21 wird durch die Feder 23 in der dargestellten Lage gehalten. Sobald jetzt ein
Ableiterstrom auftritt, wird durch den an den Meßwiderstand 25 angelegten Elektromagnet
22 die Nockenscheibe 2i so gedreht, daß das Glied i9 und damit die Sperrklinke 18
freigegeben wird. Gleichzeitig hält aber der Elektromagnet 2.4 die Klinke 18 noch
in ihrer Lage so lange fest, bis der Ableiterstrom wieder auf einen bestimmten Mindestwert
abgesunken ist. Erst dann öffnet sich der Unterbrechungskontakts, und die endgültigeAbschaltung
erfolgt durch die Schaltsicherung q. wie vorher beschrieben. Da der Unterbrechungskontakt
6 keine Schaltleistung zu bewältigen hat, kann die ganze Anordnung mit sehr geringen
'Maßen ausgeführt und eine kurze Abschaltzeit erreicht «-erden.
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Die Bauart des erfindungsgemäßen Ableiters setzt voraus, daß er nur
gelegentlich anspricht, da sich sonst die notwendigeAuswechselung der Sicherungen
unangenehm bemerkbar machen würde. Bei Gleichstrom-Hochspannungs-Anlagen ist dies
aber gewährleistet. Denn solche Anlagen werden normalerweise als Kabelübertragungen
gebaut werden, so daß mit atmosphärischer Überspannung auf der Strecke nicht zu
rechnen ist. Lediglich in den Stroniriehterstationen, in denen die- Isolation der
Apparate niedriger ist als auf der Strecke, ist ein Überspannungsschutz notwendig.
Es können hier Überspannungen durch gelegentliche Störungen in den Stromrichtern
durch Überschläge oder Fehlschaltungen entstehen. Dieses wird jedoch nur äußerst
selten vorkommen, so daß das gelegentliche Auswechseln einer Ableitersicherung für
das Bedienungspersonal der Stromrichterstation keine Belastung darstellt.
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Handelt es sich um eine Gleichspannungsanlage mit Freileitungen, so
wird man Überspannungsableiter auch auf der Strecke einbauen müssen. Es ist dann
vorteilhaft, die Einstellung der Ableiter so zu staffeln, daß die von den Stationen
weiter entfernten Ableiter seltener ansprechen als die Stationsableiter. Die Staffelung
kann sowohl durch entsprechende Einstellung der Ansprechfunkenstrecke als auch durch
Wahl der Ansprechwerte der Haltesicherungen vorgenommen werden. Die von den Stationen
weiter entfernten Ableiter wird man so einstellen, daß sie erst bei höheren Überspannungen
ansprechen und auch größere Energien abführen, bevor sie abschalten.