DE940002C

DE940002C - Funkenstreckenanordnung fuer hohe Spannungen

Info

Publication number: DE940002C
Application number: DES39531D
Authority: DE
Inventors: Walter Dr-Ing Estorff
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1939-07-04
Filing date: 1939-07-04
Publication date: 1956-03-08

Description

Funkenstreckenanordnung für hohe Spannungen Es ist bereits bekannt, bei einer Funkenstreckenanordnung für einen überspannungsableiter mit Vor- und Löschfunkenstrecke die vorhandenen Funkenstrecken durch Kondensatoren elektrisch zu überbrücken, so daß hierdurch ein Nebenschlußstrompfad zu der Funkenstrecke gebildet wird, der bei hoher Frequenz einen möglichst großen Strom durchlassen soll. Die Kondensatoren werden bei einigen dieser Anordnungen durch abschirmende Metallbeläge gebildet, die die Funkenstreckenreihe umgeben.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Funkenstreckenanordnungen für hohe Spannungen, und ,zwar sowohl Einzelfunkenstrecken wie auch Mehrfachfunkenstrecken. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechspannung bei Hochfrequenz bzw. Stoßbeanspruchung möglichst niedrig zu machen bzw. die Spannungsverteilung längs der gesamten Überschlagstrecke in einer gewünschten Weise zu steuern. Namentlich bei überspannungsableitern der Ventiltype mit spannungsabhängigem Widerstand und Vor- und/oder Löschfunkenstrecken soll einerseits die Funkenstrecke bei Betriebsspannung nicht überschlagen, andererseits soll bei plötzlich auftretenden Überspannungen die Stoßenergie durch sofortiges Ansprechen der Funkenstrecke abgeleitet und damit unschädlich gemacht werden.
Dies läßt sich in bekannter Weise dadurch erreichen, daß die Funkenstreckenreihe wenigstens einseitig-von einer sie annähernd koaxial übergreifenden sogenannten Schirmelektrode. umgeben ist, die über einen hohen ohmschen Widerstand mit der einen Endelektrode der Funkenstrecke verbunden ist. Durch diese Anordnung wird die Verteilung der Spannung auf die in Reihe geschalteten Funkenstrecken bei Normalfrequenz einerseits und bei Stoßfrequenz andererseits verschieden gestaltet. Bei Normalfrequenz wird ein Teil der gesamten Funkenstreckenreihe entlastet und ein anderer zusätzlich belastet; bei Stoßfrequenz dagegen fällt diese künstliche Vergleichmäßigung plötzlich fort, und die ursprünglich ungleichmäßige Verteilung der Spannung auf die Funkenstrecken wird wieder herbeigeführt, wodurch der Überschlag eingeleitet wird.
Eine ähnliche Wirkung läßt sich mit bedeutend einfacheren Mitteln dadurch erreichen, daß nach der vorliegenden Erfindung die vorhandenen Funkenstrecken teilweise, gemeinsam, einzeln oder gruppenweise durch vorzugsweise gegeneinander isolierte, aus einem Stoff hohen spezifischen Widerstandes bestehende Beläge elektrisch überbrückt sind. -Dieser Vorschlag läßt sich auf außerordentlich einfache Weise konstruktiv verwirklichen. Das soll im folgenden an Hand eines schematischen Ausführungsbeispiels gezeigt werden.
Die Abbildung zeigt schematisch eine Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter der Ventiltype mit einer Vorfunkenstrecke, deren kugelförmige Elektroden mit r, 2, und einer Löschfunkenstreckenanordnung, deren scheibenförmige Elektroden mit 3, 4, 5, 6 bezeichnet sind. Die gesamte Funkenstreckenanordnung ist mit einem Isolierrohr 7 umgeben und mit diesem in das nicht mit dargestellte übliche Porzellangehäuse eingesetzt. Das Isolierrohr kann zum Tragen schlecht leitender Beläge 8, 9 benutzt werden, von denen der obere 8 mit der Elektrode z, der untere 9 mit der Elektrode :2 der Vörfunkenstrecke leitend verbunden ist. Der eine Belag liegt auf der Außen-, der andere auf der Innenseite des Isolierrohres 7, so daß durch die schlecht leitenden Beläge keine galvanische, sondern nur eine kapazitive Überbrückung der Vorfunkenstrecke hergestellt wird.
Die Wirkungsweise ist folgende: Wären die Beläge nicht vorhanden; so ergäbe sich eine ungleichmäßige _ - Verteilung der Spannung. über die gesamte Höhe- -Uer Anordnung._ Die Äquipotentialflächen würdeü-in- der Nähe .der oberen Endelektrode verhältnismäßg dicht benachbart liegen, weiter unten lägen sie dagegen weiter auseinander. Das ist dadurch zü erklären., daß der Potentialverlauf bei eineiri-Überspännüngsableiter ebenso wie auch bei Stützisolatoren, Hängeketten usw. nicht linear ist, sondern sich nach Art der Grundform »Spitze-Platte« verhält. Mit Hilfe der Beläge hohen Widerstandes- läßt sich jedoch eine Vergleichmäßigung der- Feldverteilung über die Gesamtanordnung erzielen; da der Kapazitätsstrom, der über die Beläge nach Erde fließt, in diesen keinen wesentlichen Spannungsabfall hervorruft, so daß zunächst die Wirkung die gleiche ist, wie die von vorgeschobenen Steuerelektroden aus gut leitendem Werkstoff. Bei plötzlicher Stoßbeanspruchung dagegen ruft der über den schlecht leitenden Belag fließende Kapazitätsstrom in diesem einen so hohen Spannungsabfall hervor, daß der Belag praktisch keinen Einfluß auf die Spannungsverteilung mehr ausüben kann, so daß sich das gleiche Feldlinienbild ergibt, wie wenn der Belag überhaupt nicht vorhanden wäre, und die Spannung auf die einzelnen übereinander angeordneten Funkenstrecken ungleichmäßig verteilt ist. Auf diese Weise wird das Ansprechen bei Stoßbeanspruchung erleichtert.
Bei Normalfrequenz ist infolgedessen der Spannungsabfall zwischen den Elektroden z und 2 zu einem großen Teil auf die damit in Reihe geschalteten Löschfunkenstrecken abgewälzt. Wird dagegen die Reihenschaltung der beiden Funkenstrecken von einer höheren Frequenz oder von einer Stoßwelle beansprucht, so tritt gegenüber der Feldverteilung bei Betriebsfrequenz eine Feldverzerrung ein, wobei auf die Elektroden z und 2 größerer Anteil der Gesamtspannung entfällt. So läßt es sich erreichen, daß das Verhältnis der Stoßansprechspannung zum Scheitelwert der Wechselansprechspannung auf Werte weit unter r gebracht wird, während bei einer Funkenstrecke ohne die hier angegebene Einrichtung Stoßfaktoren von z, 2 und darüber zu verzeichnen sind.
Eine ähnliche Wirkung kann man .auch im Bereich der Löschfunkenstrecke der Anordnung hervorrufen; z. B. kann man auf der Außenseite des Isolierrohres 7 einen Belag oder mehrere von hohem spezifischem Widerstand, die mit keiner der beiden Elektroden verbunden zu sein brauchen, anordnen. Derartige Beläge sind in der Abbildung angedeutet und mit ro bezeichnet.
Die im Bereich einer oder mehrerer Funkenstrecken angordneten Beläge können Bandform besitzen. Sie können in Ringform oder auch in Form einer Wendel verlaufen. Es genügt in vielen Fällen, wenn diese Beläge nur auf der einen Seite des Isolierrohres, z. B. auf der Außenseite, angebracht sind.
Der verteilt wirksame, hohe spezifische -Widerstand der beim Gegenstand der Erfindung angewendeten Kondensatorbeläge bringt den Vorteil mit sich, daß sich eine besonders gut :wirksame frequenzabhängige Potentialsteuerung längs der gesamten Überschlagsstrecke erzielen läßt. Zwecks Erzielung einer den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden Beeinflussung der Potentialverteilung können die einzelnen benachbarten Windungen des in Ringform oder Schrauberilinienform angeordneten Widerstandbandes an verschiedenen Stellen verschiedene Abstände voneinander besitzen.
Asbestband, insbesondere lackgetränktes, ist gemäß der Erfindung besonders gut für die Herstellung der Beläge geeignet.
Man kann dieses Asbestband auch dazu verwenden, um eine reine ' Widerstandspotentialsteuerung herzustellen, so daß also durch das Widerstandband eine galvanische Verbindung zwischen den Endelektroden oder Zwischenelektroden geschaffen wird. Die lediglich kapazitive Überbrückung der Funkenstrecke mittels der Widerstandsbeläge hat aber den Vorteil, daß der dauernde Durchfluß eines kleinen Stromes im normalen Betrieb wegfällt, der bei der reinen Widerstandsteuerung das Widerstandsmaterial dauernd beansprucht und bei Unterbrechung des Widerstands zu einer Lichtbogenbildung mit nachfolgender Zerstörung des Ableiters Anlaß geben könnte.
Die Anwendbarkeit der Vorschläge der Erfindung ist keineswegs auf Anordnungen nach Art des Ausführungsbeispiels beschränkt. Sie ist vielmehr bei überspannungsableitern vielerlei Art mit gutem Erfolg möglich. Auch stellen die Vorschläge der Erfindung nicht nur vereinigt, sondern auch je für sich wertvolle Neuerungen dar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Funkenstreckenanordnung für hohe Spannungen, insbesondere für Überspannungsableiter der Ventiltype mit Vor- und/oder Löschfunkenstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhandenen Funkenstrecken teilweise, gemeinsam, einzeln oder gruppenweise durch vorzugsweise gegeneinander isolierte, aus einem Stoff hohen spezifischen Widerstandes _ bestehende Beläge elektrisch überbrückt sind.
2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge auf einem die Funkenstrecke umgebenden Isolierrohr angeordnet sind.
3. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge in Bandform angeordnet sind. q..
Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge in Ringform angeordnet sind.
5. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge in Schraubenlinienform angeordnet sind.
6. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen benachbarten Windungen des schlecht leitenden Bandes verschiedenen Abstand voneinander besitzen.
7.Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Asbestband für die schlecht leitenden Beläge verwendet ist. B. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Beläge nach Art von Kondensatorbelägen angeordnet sind, so daß sie bei Betriebsfrequenz eine im wesentlichen kapazitive Steuerung der Spannungsverteilung zwischen den Elektroden bewirken. g.Funkenstreckenanordnung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen bzw. mehrere schlecht leitende Beläge in Bandform eine galvanische Überbrückung der Funkenstrecke hergestellt ist, so daß die Steuerung der Spannungsverteilung zwischen den Elektroden im wesentlichen eine Widerstandssteuerung ist. Angezogene Druckschriften: Electrical Engineering, 1937, S. 8i9 bis 822; französische Patentschrift Nr. 57o 132; USA.-Patentschrift Nr. 1477 303; schweizerische Patentschrift Nr. 142 279.