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Überspannungsableiter erniedrigter Bauhöhe mit Löschfunkenstrecke
und spannungsabhängigen Widerständen Es sind überspannungsableiter mit Löschfunkenstrecke
und spannungsabhängigen Widerständen bekanntgeworden, bei denen, insbesondere bei
Ableitern sehr hoher Nennspannung, die Bauhöhe dadurch reduziert werden konnte,
daß für den Aufbau des Widerstandsstapels sogenannte Widerstandsverbundscheiben
verwendet wurden. Diese Verbundscheiben besitzen etwa die gleiche Höhe wie die vordem
verwendeten einfachen Widerstandsscheiben, sie werden aber mit einem wesentlich
größeren Durchmesser und im allgemeinen mit einer Bohrung ausgeführt, wobei durch
entsprechend geformte, mit gegenseitigem Abstand aufgebrachte metallische Kontaktbeläge
auf den Scheiben elektrisch praktisch unabhängige nebeneinanderliegende Teilwiderstände
erzielt werden, die mittels durch die Mittelbohrung geführter Schaltbänder in Serie
geschaltet werden. Die Verbundscheiben können hierbei aus zwei verschiedenen Stoffen
hergestellt sein, aus dem Widerstandsmaterial und einem die Teilwiderstände trennendem
Isolierstoff, oder aus homogenem Widerstandsmaterial, wobei durch die Wahl der Abstände
der auf den Oberflächen liegenden Kontaktflächen der Leckstrom zwischen den nebeneinanderliegenden
Kontaktflächen auf ein zulässiges Maß begrenzt wird.
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Mit der Höhe einer Widerstandsscheibe alter Bauart erhält man auf
diese Weise zwei in Serie geschaltete Teilwiderstände, so daß die Höhe der Widerstandsstapel
etwa auf die Hälfte des früheren Wertes reduziert werden konnte. Eine Verringerung
dieser Höhe auf genau 50% war dabei nicht zu erzielen, da die übereinandergeschichteten
Widerstandsverbundscheiben gegeneinander durch Isolierscheiben distanziert werden
mußten. Die Serienschaltung der einzelnen, übereinanderliegenden Widerstandsverbundscheiben
erfolgte dann durch Schaltbänder, die in geeigneter Weise innerhalb der isolierenden
Distanzscheiben untergebracht waren.
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Die Gesamthöhe der Überspannungsableiter ergab sich nun aus der Höhe
der erwähnten, aus Verbundscheiben aufgebauten Widerstandsstapel und der noch vorzusehenden
Löschfunkenstrecke, die etwa zwei Drittel bis drei Viertel der Höhe des Widerstandsstapels
besaß.
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Obgleich die nach dieser Konstruktion ausgeführten Ableiter in ihrer
Bauhöhe wesentlich niedriger sind als die vordem hergestellten Ableiter gleicher
Spannung, so sind diese Höhenabmessungen immer noch wesentlich größer als die sonstiger
Hochspannungsgeräte, wie sie etwa Stützisolatoren oder auch Durchführungen gleicher
Nennspannung darstellen. Daraus ergibt sich in Höchstspannungsschaltanlagen unter
Umständen ein verhältnismäßig großer Raumbedarf für deratige Überspannungsableiter.
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Des weiteren ist bereits die Konstruktion eines Überspannungsableiters
bekannt, die, ebenfalls unter Anwendung von Widerstandsverbundscheiben, eine nochmalige
Reduzierung der Bauhöhe ermöglichte, und zwar dadurch, daß die Löschfunkenstrecke
der Überspannungsableiter unterteilt in die Bohrung der Widerstandsverbundscheiben
eingebaut wurde. Im allgemeinen ist diese Unterteilung so weit durchgeführt, daß
jede Widerstandsverbundscheibe auch einen Löschfunkenstreckenanteil, im einfachsten
Fall eine Löschfunkenstrecke erhielt. Bei der bekanntgewordenen Ausführung der nunmehr
aus einer Verbundscheibe und einer Bohrungslöschfunkenstrecke bestehenden Ableitereinheit
ist die Anordnung so getroffen, daß die Widerstandsverbundscheibe durch den zwischen
den Kontaktbelägen liegenden Steg, der aus isolierendem oder aus dem Widerstandsmaterial
bestehen kann, in zwei Scheibenhälften abgeteilt und die Löschfunkenstrecke in die
Bohrung, und zwar in die Verbindungsleitung zwischen den beiden Widerstandshälften
eingeschaltet wurde.
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Ein überspannungsableiter für höhere Nennspannungen wurde dann so
gebildet, daß eine entsprechende Anzahl der eben beschriebenen Elementarableiter
unter Zwischenlage von Isolierscheiben übereinandergeschichtet wurde, wobei wieder
Schaltbänder, die zweckmäßigerweise in den Isolierscheiben angeordnet sind, für
die Serienschaltung der einzelnen Elementarableiter sorgten. Auf die eben angegebene
Weise kann die Höhe der Ableiter mit Bohrungsfunkenstrecke auf etwa 70% oder weniger
der Höhe jener Ableiter mit einfachen Verbundscheiben reduziert werden. Es ergeben
sich damit
Bauhöhen, die jenen der Stützer gleicher Nennspannung
etwa entsprechen.
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Eine besonders einfache konstruktive Ausführung eines überspannungsableiters
für höchste Nennspannung nüt erniedrigter Bauhöhe infolge der Verwendung von Widerstandsverbundscheiben
mit Mittenbohrung ergibt sich dann, wenn die jeweils in Verbindungsleitungen eingeschalteten
Bohrungs-Löschfunkenstrecken erfindungsgemäß in die Verbindungsleitungen zwischen
den übereinandergestapelten Widerstandsverbundscheiben eingeschaltet und konstruktiv
mit den jeweiligen Isolierscheiben verbunden sind, die zur Isolierung der Verbundscheiben
gegeneinander dienen.
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Beim Zusammenbau derartiger Ableiter müssen dann nur noch abwechselnd
die Widerstandsverbundscheiben und die Zwischenelemente übereinandergestapelt werden.
Wenn man auch im allgemeinen bei überspannungsableitem jede Widerstandsverbundscheibe
mit einer Bohrungsfunkenstrecke nach der Erfindungsidee ausrüsten wird, so ist eine
derartige Unterteilung der Löschfunkenstrecke doch nicht unbedingt notwendig, es
ist ohne weiteres auch ein Aufbau denkbar, bei dem etwa jede zweite Widerstandsverbundscheibe
eine Bohrungsfunkenstrecke erhält. In solchen Fällen sind dann zwischen den einzelnen
Widerstandsscheiben abwechselnd Isolierscheiben mit Bohrungsfunkenstrekken und Isolierscheiben
mit durchgehenden Serienschaltbändern anzuwenden. Bei diesen durchgehenden Serienschaltbändem
bestehen die Kontaktfahnen 7 und 9 nach F i g. 1 und 2 aus einem zusammenhängenden
durchgehenden Band.
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Für die Wirkungsweise der Erfindung ist es gleichgültig, ob Widerstandsverbundscheiben
mit isolierendem Mittelsteg Verwendung finden oder Widerstandsverbundscheiben aus
homogenen Widerstandsmaterial mit in entsprechendem Abstand aufgebrachten metallischen
Kontaktflächen eingesetzt werden. Aus preislichen Gründen ist wohl im allgemeinen
der letzteren der Vorzug zu geben. Zur Platzeinsparung ist es vorteilhaft, wenn
das zur elektrischen Verbindung der Widerstandsabschnitte einer Verbundscheibe eingesetzte
Schaltband der Kontur der Mittelbohrung weitgehend angepaßt und entlang ihrer Wandung
verlegt wird. Dasselbe gilt wenn zwei parallel geschaltete, einander diametral gegenüberliegende
Schaltbänder verwendet werden.
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In den F i g. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Mit 1 ist dabei die in Draufsicht und ohne Isolierscheibe dargestellte Widerstandsverbundscheibe
bezeichnet, die durch aufmetallisierte Kontaktbeläge 2 und 3 in zwei etwa halbmondförmige
Teilwiderstände unterteilt ist. Diese beiden Teilwiderstände sind durch zwei parallelliegende,
durch die Mittenbohrung 5 geführte Schaltbänder 4 in Serie geschaltet. In
der Mittenbohrung 5 ist eine Bohrungsfunkenstrecke, bestehend aus der Elektrode
6 mit der Anschlußfahne 7 und der Elektrode 8 mit der Anschlußfahne
9, auf einem Tragring 10 befestigt untergebracht. Durch eine Isolierscheibe
11 wird nun nach der Erfindung, wie die S c h n i t t f i g. 2 erkennen läßt,
die Widerstandsverbundscheibe 1 gegen die nach oben folgende Widerstandsverbundscheibe
12, die genauso aufgebaut ist wie jene nach F i g. 1 und meist wohl auch
eine Bohrungsfunkenstrecke besitzt, isoliert, wobei durch die entsprechend angeordneten
Anschlußfahnen 7 und 9 eine Serienschaltung der übereinanderliegenden Bauelemente
eines Ableiters für höhere Spannungen beim Ansprechen der Löschfunkenstrecke mit
ihren Elektroden 6 und 8 erfolgt. Die Anschlußfahne 7 verbindet gemäß F i g. 2 den
oberen Kontaktbelag 2 des rechten Teilwiderstandes 1 mit der Löschfunkenstreckenelektrode
6 und die Anschlußfahne 9 den unteren Kontaktbelag 13 der Widerstandsverbundscheibe
12 mit der Elektrode 8 der Löschfunkenstrecke. Solange die Löschfunkenstrecke nicht
angesprochen hat, werden die Verbundscheiben 1 und 12 durch die Isolierscheibe 11
gegeneinander isoliert. Sinngemäß ist die Anschlußfahne 14 als Kontaktband
zu einer Löschfunkenstrecke der unter der Scheibe 1 liegenden Verbundscheibe zu
denken und 15 die Isolierscheibe zu dieser tiefer liegenden Verbundscheibe.
Der Stromweg bei Ansprechen der Löschfunkenstrecken ist in F i g. 2 durch die Pfeile
16, 17, 18, 19, 20 und 21 gekennzeichnet.
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Wie aus F i g. 1 bzw. 2 hervorgeht, werden die nebeneinanderliegenden
Teilwiderstände einer Widerstandsverbundscheibe zweckmäßig, wie bereits bekannt,
dadurch gebildet, daß auf einer homogenen Scheibe mit einer Mittenbohrung durch
im Metallspritzverfahren aufgebrachte übereinanderliegende Kontaktflächen Scheibenabschnitte
gebildet werden, die gegeneinander durch einen durchgehenden, nicht metallisierten
Steg 22 getrennt sind. Dadurch wird erreicht, daß vor dem Ansprechen der Löschfunkenstrecken,
solange als die über den Ableiter fließenden Ströme sehr klein, in der Größenordnung
etwa eines oder weniger Milliampere sind, die Widerstandsverbundscheibe nach außen
praktisch als ein Körper einheitlichen Potentials, d. h. als Äquipotentialfläche
wirkt. Diese Tatsache ergibt sich daraus, daß die genannten sehr kleinen Ströme
in der Widerstandsverbundscheibe praktisch keinen Spannungsabfall hervorrufen; solange
die Löschfunkenstrecken nicht angesprochen haben, fällt die am Ableiter anliegende
Spannung über den Löschfunkenstrecken ab.
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In dem Betriebszustand jedoch, der durch die durchgeschlagenen, d.
h. angesprochenen Löschfunkenstrecken des Ableiters gekennzeichnet ist, ergibt sich
durch den beschriebenen Aufbau der Widerstandsverbundscheibe die Wirkung von zwei
elektrisch unabhängigen und in Serie geschalteten Teilwiderständen, da hierbei Ströme
in dem Bereich von etwa 100 bis 20 000 A auftreten, wobei die in den kontaktfreien
Stegen 22 fließenden »Leckströme« gegen die durch die Teilscheibe fließenden Ableitströme
vemachlässigbar sind.
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Im Laufe der vorhergehenden Ausführungen ist schon wiederholt darauf
hingewiesen worden, daß überspannungsableiter für höchste Nennspannungen aus einer
entsprechend großen Anzahl von Widerstandsscheiben und Löschfunkenstrecken aufgebaut
werden. Das bedeutet, daß ein solcher Ableiter für höchste Nennspannung aus einer
entsprechend großen Zahl von Verbundscheiben mit Bohrungsfunkenstrecken nach der
Erfindungsidee zusammengesetzt wird. Um nun eine gleichmäßige Aufteilung der am
Ableiter liegenden Spannung, vor allem der anliegenden Wechselspannung zu erreichen,
wird zweckmäßig eine Widerstandssteuerung der Funkenstrecken vorgesehen. Im vorliegenden
Fall wird diese dann zweckmäßig ebenfalls innerhalb der Mittenbohrung 5 untergebracht;
bei entsprechender
Wahl des Materials, aus dem der Tragkörper 10
hergestellt ist, kann auch dieser als Steuerwiderstand für die Löschfunkenstrecke
mit den Elektroden 6 bzw. 8 verwendet werden.