DE1463072A1 - Protective spark gap on insulators of high-voltage overhead lines - Google Patents

Description

"Schutzfunkenstrecke an Isolatoren von Hochspan- nungsfreileitungen" Als Mittel zum Schutz von Hochspannungsfreileitungen und den ihrer Aufhängung an geerdeten Festpunkten dienenden Isolatoren sind parallel zu den Isolatoren und mit Abstand von diesen angeordnete Schutzfunkenstrecken bekannt, die von einer mit der Leitung und einer mit Erde verbundenen metallischen Stabelektrode gebildet werden. Der die Länge der Funkenstrecke bestimmende Abstand zwischen den einander zugekehrten Blektrodenenden ist von der Betriebsspannung der Zeitung gegenüber Erde abhängig. Solche Schutzfunkenstrecken haben lediglich die Aufgabe, Überschläge zwischen der Leitung und dem geerdeten Ende des Isolators von diesem fernzuhalten, die infolge von bei Gewitternein der Leitung entstehender Überspannung auftreten und ungeschützte Isolatoren beschädigen oder gar zerstören würden. Sie sind jedoch weder bestimmt noch geeig-net, den nach einem Überschlag zwischen den Elektroden vom Erdschlußstrom gebildeten Lichtbogen zu löschen. Zum Schutz der Freileitung gegen die Belastung durch einen solchen Erdschluß sind vielmehr zusätzliche Einrichtungen, z.B. Überstromrelais, erforderlich, die die betroffene Zeitung unterbrechen und spannungslos machen. Auf.diese Weise herbeigeführte teilweise oder völlige Ausfälle der 1tromversorgung sind lästig und unerwünscht. "Protective spark gap on insulators of high-voltage overhead lines" As a means of protecting high-voltage overhead lines and the insulators used to suspend them at grounded fixed points, protective spark gaps arranged parallel to the insulators and at a distance from them are known Rod electrode can be formed. The distance between the facing lead electrode ends, which determines the length of the spark gap, depends on the operating voltage of the newspaper with respect to earth. The only task of such protective spark gaps is to keep flashovers between the line and the grounded end of the insulator away from the latter, which occur as a result of overvoltage occurring in the line during thunderstorms and which would damage or even destroy unprotected insulators. However, they are not designed or suited to clear the after a rollover between the electrodes from the ground fault current arc formed. Rather, to protect the overhead line against the load caused by such a ground fault, additional devices, such as overcurrent relays, are required which interrupt the newspaper in question and de-energize it. Partial or total power supply failures caused in this way are bothersome and undesirable.

Es wurden daher zum Schutz von Hochspannungsfreileitungen gegen Überspannung sogenannte Rohrableiter oder Blasrohre entwickelt, die in ihrem einfachsten Aufbau aus einem Isolierstoffrohr und zwei in dessen Enden eingeschobenen Metallelektroden bestehen, die im Innern des Rohrs eine Funkenstrecke bilden und von denen eine aus einem massiven Stab und die andere aus einem Rohrabschnitt besteht. Diese Rohrableiter werden der zu schützenden Zeitung so zugeordnet, daß die rohrförmige Elektrode geerdet ist und das äußere Ende der Stabelektrode mit der Leitung eine mit der inneren Funkenstrecke in Reihe liegende äußere Funkenstrecke bildet. Von den im Anschluß an einen Überschlag vom Folgestrom an'beiden Funkenstrecken gebildeten Lichtbögen wird der im Innern des Isolierrohrs stehende Lichtbogen bei einem der folgenden Nulldurchgänge der Betriebsfrequenz dadurch gelöscht, daß unter dem infolge der Lichtbogenwärme im Isolierrohr auftretenden Überdruck der größte Teil der darin enthaltenen Luft und der Lichtbogen durch die hohle geerdete Elektrode ausgeblasen werden. Diese Wirkung wird meist dadurch unterstützt, daß das Isolierrohr aus bei Erwärmung Gas abgebendem Werkstoff besteht.It was therefore used to protect high-voltage overhead lines against overvoltage so-called pipe arresters or blowpipes developed in their simplest structure from an insulating tube and two metal electrodes inserted into its ends exist, which form a spark gap inside the tube and one of them a solid rod and the other consists of a pipe section. These pipe arresters are assigned to the newspaper to be protected in such a way that the tubular electrode is grounded and the outer end of the rod electrode with the line one with the inner spark gap outer spark gap lying in series forms. Of the following a rollover arcs formed by the follow current at the two spark gaps becomes the one inside of the insulating tube at one of the following zero crossings of the Operating frequency deleted by the fact that under the result of the arc heat in Insulating tube occurring overpressure most of the air and contained therein the arc can be blown out through the hollow grounded electrode. This effect is usually supported by the fact that the insulating tube emits gas when heated Material.

Von gut funktionierenden Rohrableitern wird der Lichtbogen so schnell gelöscht, daß in der Leitung.vorhandene zusätzliche Sicherungen nicht ansprechen und die Stromversorgung nicht unterbrochen wird.Well-functioning pipe arresters make the arc so fast deleted that in the Line. Existing additional fuses do not respond and the power supply is not interrupted.

Trotz der Vorteile, die Rohrableiter gegenüber den einganös genannten einfachen Schutzfunkenstrecken haben, weisen sie diesen ge;_enüber jedoch erhebliche Nachteile auf, die sich vor allem in ihrer geringen Lebensdauer und ihrer nicht nur mit der Zahl der Überschläge zunehmenden Funktionsuntüchtigkeit äußern. Niederschlag von Feuchtigkeit, Staub u.dgl. an der Innenwand des notwendig gegen die Außenluft offenen Isolierrohrs begünstigen die Bildung von Kriechstromwegen parallel zur inneren Funkenstrecke, die durch im Normalbetrieb auftretende Glimmentladungen zwischen ihren Elektroden noch grefördert wird. Durch solche Kriechstromwege wird, die Ansprechspannung des Ableiters wesentlich herabgesetzt, so daß es bei hohe Spannungen führenden Leitungen unter unginstigen Umstünden, z.B. bei hoher Luftfeuchtigkeit, auch ohne nennenswerte gberspannung zu,Überschlägen kommen kann. Das ist besonders dann der Fall, wenn die nur kurze äußere Funkenstrecke durch Schnee, Eis oder Fremdkörper teilweise' oder ganz überbrückt ist. Solche Überschläge führen aber - ebenso wie' die durch hohe Übersparinun`en he rbeigef ührten Entladungen - zu einer relativ schnellen Abnutzung des Rohrableiters durch Abbrand von den Elektroden, vor allem aber von der Inn-enwand d'es aus gasabgebendem Werkstoff bestehenden Isolierrohrs. Äbbrand von der Isolierrohrwand führt anderseits außer zur Bildung von leitenden Oberflächenteilen verhältnismäßig schnell zu einer Vergrößerung des Querschnitts des Blaskanals, die die Lichtbogenlöschung in Frage stellt oder sogar ausschließt. Demgegenüber ist Gegenstand der Erfindung eine Schutzfunkenstrecke an Isolatoren von Hochspannungsfreileitungen, die von einer mit der Freileitung verbundenen ui-id einer geerdeten Metallelektrode gebildet wird, die sich erfindung.s`emäß dadurch auszeichnet, daß jede Elektrode einen Hohlraum einschließt, der am freien Elektrodenende in eine sich nach außen verjüngende Düse ausläuft, an die sich ein in die Außenluft mündender kurzer enger Kanal eines die Elektrode umhüllenden Isolierstoffmantels anschließt.Despite the advantages that pipe arresters have over the ones mentioned above If you have simple protective spark gaps, they show this, however, considerable Disadvantages, which are mainly in their short lifespan and their not only express an increasing inoperability with the number of flashovers. Precipitation moisture, dust, etc. on the inner wall of the necessary against the outside air open insulating tube favor the formation of leakage current paths parallel to the inner Spark gap caused by glow discharges occurring during normal operation between their electrodes are still being promoted. Through such leakage current paths, the response voltage of the arrester is significantly reduced, so that there are lines carrying high voltages under unfavorable circumstances, e.g. with high humidity, even without noteworthy overvoltage, flashovers can occur. This is especially the case when the only short outer spark gap through snow, ice or foreign bodies partially ' or is completely bridged. But such rollover - just like that - carry out high over-saving discharges - to a relatively fast one Wear of the pipe arrester due to burn-off from the electrodes, but above all from the inner wall of the insulating tube made of gas-emitting material. Fire on the other hand, from the insulating tube wall leads to the formation of conductive surface parts relatively quickly to an enlargement of the cross section of the blow channel, the questions or even excludes arc extinction. In contrast The subject of the invention is a protective spark gap on insulators of high-voltage overhead lines, the ui-id of a grounded metal electrode connected to the overhead line is formed, which is characterized according to the invention in that each electrode includes a cavity which at the free electrode end into an outward tapering nozzle, to which a short narrower one opens into the outside air Channel of an insulating material jacket surrounding the electrode connects.

Die Erfindung vereinigt die Vorteile üblicher Funkenstrecken mit massiven Stabelektroden mit denen der Rohrableiter, ohne jedoch deren Nachteile zu übernehmen. Die im Sinne der Erfindung ausgebildete Schutzfunkenstrecke enthält gewissermaßen zwei miteinander in Reihe liegende "Innenfunkenstrecken" von Rohrableitern, die jedoch Teile der von den Metallelektroden gebildeten Schutzfunkenstrecke bilden und entsprechend großen Abstand voneinander haben.The invention combines the advantages of conventional spark gaps with massive ones Stick electrodes with those of the pipe arrester, but without taking on their disadvantages. The protective spark gap formed in the sense of the invention contains to a certain extent two "internal spark gaps" of pipe arresters lying in series, the however, they form parts of the protective spark gap formed by the metal electrodes and have a correspondingly large distance from each other.

Die Erfindung ist durch das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel für die ihren Gegenstand bildende Funkenstrecke näher veranschaulicht.The invention is based on the embodiment shown in the drawing illustrated in more detail for the spark gap forming their object.

In der Zeichnung ist ein mit der neuen Funkenstrecke ausgestatteter Abspannisolator einer Freileitung in Fig. 1 von der Seite her und in Fig. 2 von einer Stirnseite her gesehen dargestellt.In the drawing, an overhead line tensioning insulator equipped with the new spark gap is shown in FIG. 1 from the side and in FIG. 2 from an end face.

An den metallischen Endkappen 1a und 1b des Isolators 1, der einerseits an einem `eerdeten Festpunkt E aufgehängt ist, anderseits das Freileitungsaeil L trägt, ist je eine der beiden unter sich gleichen Elektroden 2 und 3 befestigt. Die Elektroden sind schräg abwärts gerichtet und mit ihren freien Enden auf einen der gegebenen Überschlagweite entsprechenden Abstand fest eingestellt. Beide Metallelektroden schließen - im Gegensatz zu denen bekannter Stabfunkenstrecken und Rohrableiter - einen an ihrem Befestigungsende geschlossenen Hohlraum ¢ ein, der- an freien Elektrodenende in eine sich nach außen verjünende Düse 5 ausläuft. Die Elektroden sind in voller hänge von einem Mantel aus bei Erwärmung Gas abgebendem Isolierstoff umgeben, der in gerader Verlängerung der Düse 5 einen in die Außenluft mUndenden kurzen engen Kanal 6 enthält.On the metallic end caps 1a and 1b of the isolator 1, which is suspended from an `` earthed fixed point E '' on the one hand, and the Overhead line L carries one of the two electrodes that are the same among themselves 2 and 3 attached. The electrodes are directed obliquely downwards and with their free Ends set to a distance corresponding to the given overlap width. Both metal electrodes close - in contrast to those of known rod spark gaps and pipe arrester - a cavity ¢ closed at its fastening end, which runs out at the free end of the electrode into a nozzle 5 which tapers towards the outside. The electrodes are fully suspended from a jacket, releasing gas when heated Surrounding insulating material, which is a straight extension of the nozzle 5 into the outside air MUndend the short narrow channel 6 contains.

Die Funkenstrecke wirkt in folgender Weise Beim Auftreten einer Gewitterüberspannung auf der Hochspannungsleitung L werden zwischen den freien Elektrodenenden die Luftstrecke und damit auch die beiden Kanäle vor den Enden der Elektroden 2 und 3 durchschlagen. Der Lichtbogen erhitzt die Luft in den engen Kanälen 6 sehr schnell. Hier steigt außer der Temperatur auch der Druck sehr stark an. Die heißen Gase strömen aus den Isolierstoff-Kanälen ' 6 sowohl ins Freie als auch in den Hohlraum 4 hinein. In der jeweils als Kathode wirkenden Metalldüse 5 werden dabei die sich anfänglich an der Spitze der DVse häufenden positiven Ladungsträger in den Hohlr»wr + mitgerissen. Der "Brennfleck" bleibt also nicht an der Düsenspitze stehen, sondern wandert in den Hohlrautt 4 hinein. Die "Kathodenzerstäubung" wird dadurch verringert. Zugleich erhöhen sich im Hohlraum die Temperatur und der Druck sehr schnell. Nähert sich dann der Betriebsstrom dem natürlichen Nulldurchgang, so geht fast gleichzeitig der Druck im Isolierstoff-Kanal 6 zurück. Er wird hier kleiner als im Hohlraum 4. Deshalb fließt gerade beim Nulldurchgang des Betriebsstromes ein kräftiger Luftstrom durch die konische Düse 5 und durch den Kanal 6 im Isolierstoffmantel ins Freie. Der mit hoher Geschwindigkeit austretende Luftstrahl verlängert den Lichtbogen zwischen den Elektroden und bewirkt dessen schnelle Abkühlung und Löschung. Dieser Vorgang wird dadurch unterstützt, daß die aus dem Rohrableiter mit hoher Geschwindigkeit ausströmende Luft - wie bei einer Injektordüse - kalte Luft aus der Umgebung der Elektroden in die Lichtbogenbahn zieht. Aus der Wandung des Isolierstoff-Kanals braucht nur wenig Gas zum Löschen des Lichtbogens abgegeben zu werden. Deshalb ist der Abbrand von der Kanalwand bei der neuen Rohrfunkenstrecke wesentlich geringer als bei Isolierrohren der bisher gebräuchlichen Rohrableiter, die bekanntlich lange Innenraum-Funkenstrecken und wenigstans eine massive Stabelektrode haben,- und bei denen der Lichtbogen allein durch das aus der Wandung der Innenfunkenstrecke austretende Gas gelöscht wird. Um die Löschung des Lichtbogens durch.Vermehrung der eingeschlossenen Gasmenge noch zu beschleunigen, kann die Innenwand des Hohlraums 4 mit ffunatstoff ausgekleidet werden, der bei hoher Temperatur Gas abgibt.The spark gap acts in the following way when a thunderstorm overvoltage occurs on the high-voltage line L, the air gap between the free electrode ends and thus also penetrate the two channels in front of the ends of the electrodes 2 and 3. The arc heats the air in the narrow channels 6 very quickly. Here rises In addition to the temperature, the pressure also increases very strongly. The hot gases flow out of the Insulating material channels' 6 both into the open air and into the cavity 4. In each acting as a cathode metal nozzle 5 are initially located at the tip of the DVse accumulating positive charge carriers carried away into the hollow r »wr +. The "focal point" does not remain at the nozzle tip, but migrates into it the hollow diamond 4 into it. The "cathode sputtering" is thereby reduced. At the same time, the temperature and pressure in the cavity increase very quickly. Approaching If the operating current then passes the natural zero crossing, it goes almost simultaneously the pressure in the insulating material channel 6 returns. It becomes smaller here than in cavity 4. This is why a powerful air stream flows precisely when the operating current passes through zero through the conical nozzle 5 and through the channel 6 in the insulating jacket to the outside. The air jet emerging at high speed extends the arc between the electrodes and causes their rapid cooling and extinction. This process is aided by the fact that the drain from the pipe arrester at high speed outflowing air - as with an injector nozzle - cold air from the environment of the Pulls electrodes into the arc path. From the wall of the insulating material duct only a little gas needs to be released to extinguish the arc. Therefore the burn-off from the duct wall with the new pipe spark gap is significantly lower than the tube arresters commonly used up to now for insulating pipes, which are known to be long Indoor spark gaps and few stans have a massive stick electrode - and at those of the arc solely through the one emerging from the wall of the internal spark gap Gas is extinguished. To extinguish the arc by increasing the trapped To accelerate the amount of gas, the inner wall of the cavity 4 with ffunatstoff be lined, which gives off gas at high temperature.

- Mit der Funkenstrecke nach der Erfindung an einem 2okV-Netz durchgeführte versuche haben eine unerwartete starke Glaswirkung der Elektroden und extrem schnelle Lichtbogenlöschung bei "erin#"en Abnutzungserscheinungen ergeben.- Performed with the spark gap according to the invention on a 2okV network attempts have one unexpected strong glass effect of the electrodes and extremely fast arc extinction in case of "erin #" en signs of wear.

Claims (3)

Patentansprüche: '`1. Schutzfunkenstrecke an Isolatoren für Hochspannungsfreileitungen, die von einer mit der Freileitung verbundenen und einer geerdeten Metallelektrode gebildet ist, d a d u r c h g e k« e n n z e i c h n e t , daß jede Elektrode (2,3) einen Hohlraum (4) einschließt, der am freien Elektrodenende in eine sich nach außen verjüngende Düse (5) übergeht, an die sich ein in die Außenluft mündender kurzer enger Kanal (b) in einem die Elektrode umgebenden Isolierstoffmantel (7) anschließt. Claims: '' 1. Protective spark gap on insulators for high-voltage overhead lines, which is formed by a metal electrode connected to the overhead line and a grounded metal electrode , characterized in that each electrode (2, 3) encloses a cavity (4) which at the free end of the electrode becomes an outwardly tapering one Nozzle (5) passes over, to which a short, narrow channel (b) which opens into the outside air is connected in an insulating material jacket (7) surrounding the electrode. 2. Schutzfunkenstrecke nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierstoffmantel (7) der Elektroden (2,3)aus einem bei der Erwärmung Gas abgebenden@Isolierstoff besteht. 2. Protective spark gap according to claim 1, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the insulating material jacket (7) of the electrodes (2,3) consists of an insulating material which emits gas when heated. 3. Schutzfunkenstrecke nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Innenfläche des Hohlraums (4) der Elektroden (2,3) mit einem bei der Erwärmung Gas abgebenden Kunststoff ausgekleidet ist, die sich an den Hohlraum anschließende Düse (5) dagezen eine solche Auskleidung nicht aufweist.3. Protective spark gap according to claims 1 and 2, that the Inner surface of the cavity (4) of the electrodes (2,3) with a gas when heated dispensing plastic is lined, the nozzle adjoining the cavity (5) does not have such a lining.