DE1463264C - Überspannungsableiter fur ein Gleichstromnetz - Google Patents

Description

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elektrische Magnetanordnung aus je einer auf der In Fig. 1 ist ein Gleichspannungsnetz mit einer

Außenseite der die Funkenstrecke einschließenden positiven Leitung 10 und einer negativen Leitung 12

Isolierstoffplatten montierten Spule besteht, von der dargestellt, die mit einer Halbleitergieichrichteranlage

ein Teil mit der äußeren der Hauptelektroden ausge- 14 verbunden sind. Im Betrieb können an den Leitun-

richtetist. 5 gen 10, 12 impulsförmige Überspannungen oder

Diese Anordnung hat den Vorteil* daß sich die Spannungsstöße auftreten, die die mit Haibleiterbau-

Wandergeschwindigkeit des Bogens und die Zeit bis elementen bestückte Gleichrichteranläge 14 besehädi-

zu seinem Erlöschen wesentlich besser in Verbindung gen würden, falls nicht geeignete Sicherheitsmaßnah-

mit der Vorzugsweise kreisförmigen Magnetanord- men getroffen werden. Zum Schutz der Anlage 14 ge-

nung beherrschen lassen, als bei den bekannten Über- io gen solche Überspannungsstöße dient ein schematisch

spannungsableitern. Dies ermöglicht einerseits eine dargestellter Überspannungsableiter 16. Eine Klemme

lange Lebensdauer der Elektroden und stellt anderer- 17 dieses Überspannungsabieiters oder Überspan-

seits sicher, daß der Zündbereich rechtzeitig seine Iso-^ nungsschutzes ist mit der positiven Leitung 1Ö und

lationsfähigkeit wieder erlangt. eine andere Klemme 18 mit der negativen Leitung 12,

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung 15 vorzugsweise über einen Widerstand 20, verbunden,

weist ein Überspannungsschutz für ein Niederspan- Der Widerstand 20 ist nichtiinear und besteht vor-

mings-Gleichstromnetz ein Gehäuse auf; das Wasser- zugsweise in an sich bekannter Weise aus einem

stoffgas unter- einem Druck von 254 bis 508 Torr Werkstoff mit fallender Widerstand-Strom-Kenn-

enthält. In dem Gehäuse sind im Abstand voneinan- linie.

der zwei Hauptelektroderi angeordnet, die eine in dem 20 Der in Fig. 2 und 3 genauer dargestellte Uber-Füllgas liegende Übefschlagstrecke bilden: Die spannungsschutz enthält ein dichtes Gehäuse 21, in Haüptelektroderl sind mit elektrischen Anschlüssen dem sich Wasserstoffgas befindet. Im Gehäuse 21 sind für das zu schützende Gleichspannungsnetz versehen. zwei beabstandete Hauptelektroden 22, 24 angeord-Die Hauptelektroden umfassen jeweils einen Teil, an net, die zwischen sich eine Entladungsstrecke in einem dem der Lichtbogen zündet und einen Teil* längs des- 25 Zwischenraum 25 definieren, an der Überschläge bzw. sen der Lichtbogen wandert; Die bei dem Teil der Lichtbogen auftreten können. Die Elektroden werden einen Hauptelektrode, an dem der Lichtbogen zündet, vorzugsweise aus einer Kupfer-Wolfram-Mischung vorgesehene Zündelektrode bewirkt, daß der Lichtbo- hergestellt; Rostfreier Stahl ist ebenfalls geeignet. Die gen zwischen den hierfür vorgesehenen Anfangsteilen Elektroden sind vorzugsweise im wesentlichen halbder Hauptelektroden entsteht, wenn die Zündelek- 30 kreisförmig und die eine Elektrode 22 umgibt die antrode durch einen im Gleichspannungsnetz auftreten- dere Elektrode 24. Die Krümmungsmittelpunkte der den Spannungsimpuls einer bestimmten Größe erregt beiden Hauptelektroden 22, 24 sind so gegeneinander wird; Die Magnetanordnung treibt in an sich bekann- versetzt, daß der Zwischenraum 25 am einen Ende der ter Weise die Ansatzpunkte des Lichtbogens von den Elektroden verhältnismäßig klein ist und in Richtung Teilen der Hauptelektroden, an denen der Lichtbogen 35 auf das andere Ende längs des etwa halbkreisförmigen ansetzt, fort und entlang der Elektroden, wobei die Weges entlang der Elektroden allmählich[größer wird. Lichtbogenspannung während des Wanderns des Der Teil des Zwischenraumes 25, in dem sich die Lichtbogens zunimmt und schließlich einen Wert er- Elektroden in nahem Abstand gegenüberstehen, wird reicht, bei dem der Lichtbogen erlischt; Der Lichtbo- im folgenden als Lichtbogenentstehungs- oder Zündgen wird durch die magnetische Anordnung sehr rasch 40 bereich 25 a und der Rest des Zwischenraumes 25 als aus dem Bereich, in dem der Bogen gezündet hatte Bogenlaufbereich bezeichnet. Die an den Lichtbogen-(Zündbereich), wegbewegt, die Wanderungsgeschwin- entstehungs- oder Zündbereich 25 a angrenzenden digkeit des Lichtbogens wird jedoch auf einem so kiel·- Teile der Elektroden werden als Zündteile und der nen Wert gehalten, daß der Zündbereieh rechtzeitig Rest der Elektroden als Lichtbogenlaufteile beseine Isolationsfähigkeit wieder erreichen kann; bevor 45 zeichnet.

der Lichtbogen an dem Punkt angelangt ist; in dem die Mit den Elektroden 22,24 sind zwei zur Fortbewe-

Lichtbogenspannung ihren maximalen Wert hat, so gung des Lichtbogens dienende Spulen 28, 30 an-

daß der Zündbereieh die maximale Lichtbogenspan- geordnet, von denen die eine zwischen die Klemme 17

nung isoliert; wenn keine Energie des Spannungssto- und die Elektrode 22 und die andere zwischen die

ßes mehr vorhanden ist: 50 Klemme 18 und die Elektrode 24 geschaltet sind. Die

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Spulen 28, 30 erzeugen ein Magnetfeld, das eine Kraft

Zeichnung näher erläutert Es zeigt auf einen zwischen den Hauptelektroden 22, 24 bren-

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Über- nenden Lichtbogen ausübt und diesen fortbewegt, wie

Spannungsschutzes gemäß der Erfindung für einen weiter unten erläutert wird.

Gleiehstrom-Leistungskreis, 55 Neben dem Zündteil der Hauptelektrode 24 ist

F i g. 2 eine Querschnittansicht des in F i g: 1 sehe- eine Zündelektrode 32 zum Zünden eines Lichtbo-

matisch dargestellten Überspannungsschutzes in einer gens zwischen den Hauptelektroden 22, 24 angeord-

Ebene 2-2 der F i g. 3, net: Die Zündelektrode 32 ist von der Hauptelektrode

F i g. 3 eine Querschnittansicht in einer Ebene 3-3 24 durch einen Streifen 34 aus einem isolierenden

derFig:2, 60 Werkstoff hoher Dielektrizitätskonstante, yorzugs-

F i g: 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeite- weise Bariumtitanat, getrennt. Wenn zwischen der

weise des Überspannungsschutzes der Fig. 1 bis3 Zündelektrode 32 und der Hauptelektrode 24 ein

beim Auftreten eines Spannungsstoßes hoher Energie .Spannungsstoß einer bestimmten Mindestamplitude

und auftritt, wird das elektrische Feld in der Nähe des

F ig: 5 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines 65 Randes des Isoliermaterials durch dessen hohe Di-Überspannungssehutzes für höhere Spannungen, bei elektrizitätskonstarite erhöht und über den Zwischenweichem gewisse Merkmale der Erfindung verwirk- raum 33 zwischen der Zündelektrode 32 und der licht sind. Hauptelektrode 24 tritt ein Funkenüberschlag auf.

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Die durch diesen Funken erzeugten positiven Ionen 22, 24 zwischen zwei isolierenden Platten 45 montiert verzerren das elektrische Feld zwischen den beiden sind, die als Seitenwände für die Entladungsstrecke im Hauptelektroden 22, 24 und verringern die Durch- Zwischenraum 25 zwischen diesen Elektroden dienen, bruchsspannung zwischen diesen Hauptelektroden Die Platten 45 sind im Bereich dieser Entladungsauf einen Wert, der unter dem Wert der an den Haupt- 5 strecke praktisch nicht durchbrochen und verlaufen elektroden anliegenden Spannung liegt. Zwischen den im wesentlichen parallel zur Längsachse der zwischen Zündteilen der Hauptelektroden 22, 24 zündet dann den Elektroden 22, 24 brennenden Lichtbogen. Die ein Lichtbogen. Der Lichtbogenstrom durchfließt die isolierenden Platten 45 bestehen aus einem Material, Spulen 28, 30, so daß ein Magnetfeld entsteht, das den das unter der Einwirkung eines Lichtbogens möglichst Lichtbogen in Richtung des Pfeiles 35 (Fig. 1) wan- io wenig Gas abgibt, z.B. aus Aluminiumsilikat. Die dem läßt, wie noch genauer erläutert wird. Platten 45 werden gegen die gegenüberliegenden Rän-

Die normale Betriebsspannung der Leitungen 10, der der Elektroden 22, 24 gedrückt, beispielsweise 12, die zwischen den Hauptelektroden 22, 24 liegt, durch isolierende Bolzen 47, die in Abständen am reicht nicht aus, um in der Hauptüberschlagstrecke, Außenrand der Platten 45 angeordnet sind. Diese BoI-also im Zwischenraum 25, eine Entladung oder einen 15 zen 47 reichen durch fluchtende öffnungen in den Durchbruch entstehen zu lassen. Beim Fehlen der Platten 45 und sind in eine Endkappe 48 des Gehäues Zündelektrode 32 würden auch Spannungsstöße mit 21 eingeschraubt. Zwischen den Platten 45 werden die einem Scheitelwert des Mehrfachen der normalen Be- Bolzen 47 von Abstandshaltern 49 aus einem isolietriebsspannung nicht ausreichen, um die Hauptüber- renden Werkstoff umgeben, die den durch die Bolzen schlagstrecke zünden zu lassen. Durch die Zündelek- 20 47 ausgeübten Anpreßdruck begrenzen. Zur Festletrode 32, die am selben Potential liegt wie die Haupt- gung des Abstandes der isolierenden Platten 45 von elektrode 22, wird die Spannung an der Leitung 10, der Endkappe 48 sind Hülsen 50, die die einzelnen bei der ein Überschlag auftritt, wesentlich herabge- Bolzen umgeben, vorgesehen.

setzt, wie noch erläutert wird. Um Überspannungs- Die Spulen 28, 30, die das die Lichtbogen antrei-

stöße, die zwischen den Leitungen 10, 12 auftreten, 25 bende Magnetfeld erzeugen, sind an der Außenseite der Zündelektrode 32 zuzuführen, ist diese' durch der isolierenden Platten 45 angeordnet. Die Spulen einen Kondensator 36 mit der Leitung 10 verbunden. sind jeweils vorzugsweise kreisförmig, wie aus Fig. 3 Im normalen Betriebs-oder Ruhezustand ist dieZünd- ersichtlich ist, und die eine Hälfte deckt sich wenigelektrode 32 durch den Kondensator 36 praktisch stens annähernd mit der halbkreisförmigen äußeren von der Leitung 10 isoliert. Für Spannungsstöße, die 30 Elektrode 22. Die Spulen sind so geschaltet, daß sie auf der Leitung 10 erscheinen, stellt der Kondensator von einem den Überspannungsschutz durchfließenden jedoch keine nennenswerte Impedanz dar, und die Strom in der gleichen Winkelrichtung durchflossen Überspannung erscheint praktisch in voller Höhe an werden. Dabei entsteht dann ein die beiden Spulen der Zündfunkenstrecke im Zwischenraum 33 zwi- 28, 30 umgebendes Magnetfeld 51 der in F i g. 2 ansehen der Zündelektrode 32 und der Hauptelektrode 35 gedeuteten Form. Dieses Magnetfeld 51 verläuft an 24. Die Durchschlagspannung der Zündfunkenstrecke allen Punkten längs der äußeren Hauptelektrode 22 ist so bemessen, daß ein Überschlag auftritt, bevor die wenigstens annähernd senkrecht zur Längsachse der Amplitude des Spännurigsstoßes gefährliche Werte er- zwischen den Elektroden 22, 24 brennenden Lichtreicht. Normalerweise wird die Durchschlagspannung bögen durch den Zwischenraum 25. Bekanntlich tritt der Zündfunkenstrecke auf etwa 200% der Nenn- 40 ein quer zu einem Lichtbogen verlaufendes Magnetspannung zwischen den Leitungen 10, 12 eingestellt. feld derart mit dem Eigenfeld des Lichtbogens in

Zwischen die Zündelektrode 32 und die Hauptelek- Wechselwirkung, daß auf den Lichtbogen eine Kraft trode 24 ist ein Widerstand 42 geschaltet, dessen in einer Richtung ausgeübt wird, die senkrecht zur Widerstandswert sehr klein im Vergleich zum Isola- Längsachse des Lichtbogens und senkrecht zur Richtionswiderstand des Kondensators 36 ist. Dieser 45 tung des äußeren Magnetfeldes verläuft. Die Polung Widerstand 42 dient dazu, die Zündelektrode 32 und des auf den Lichtbogen einwirkenden Magnetfeldes die Hauptelektrode 24 auf praktisch dem gleichen Po- wird hier so gewählt, daß die den Lichtbogen antreitential zu halten, wenn normale Betriebsbedingungen bende Kraft in Richtung des Pfeiles 35 (F i g. 1, 3) herrschen, also zwischen den Leitungen 10, 12 keine wirkt. Ein im Zündbereich 25 a entstehender Licht-Überspannungen vorhanden sind. Zwischen den Lei- 50 bogen wandert daher unter dem Einfluß des Magnettungen 10, 12 besteht dann ein Stromweg hohen feldes in Richtung des Pfeiles 35 längs der Elektroden Widerstandes, der die Reihenschaltung aus dem Isola- 22, 24 zu deren dem Zündbereich entgegengesetzten tionswiderstand des Kondensators 36, den dem Isola- Enden.

tionswiderstand der Zündfunkenstrecke parallelge- Wenn der Lichtbogen in Richtung des Pfeiles 35

schalteten Widerstand 42 und den Widerstandswert 55 (F i g. 3) wandert, wird er wegen der zunehmenden der Spule 30 und des Widerstandes 20 umfaßt. Der Breite des Zwischenraumes 25 fortschreitend länger, Widerstandswert der Widerstände 20 und 42 und der so daß seine Brennspannung zunimmt und der Licht-Spule 30 ist sehr klein im Vergleich zum Isolations- bogenstrom entsprechend herabgesetzt wird. Wenn widerstand des Kondensators 36. Im Ruhezustand fal- die Lichtbogenspannung diejenige Spannung erreicht, len daher praktisch die ganze Ruhespannung am Kon- 60 die der Hauptentladungsstrecke durch das System zudensator 36 und praktisch nichts von dieser Spannung geführt wird, so fällt der Lichtbogenstrom rasch auf am Widerstand 42 und damit an der diesem Wider- Null ab. Wenn die Energie des Spannungsstoßes, stand parallel liegenden Zündfunkenstrecke im Zwi- durch den der Bogen entstanden ist, im Überspanschenraum 33 ab. Durch diese Isolation der Zündfun- nungsschutz vernichtet ist, erlischt der Lichtbogen kenstrecke von der Ruhespannung werden eine Ver- 65 -und im Zwischenraum 25 tritt kein weiterer Überschlechterung der Zündfunkenstrecke und die Gefahr schlag mehr auf, so daß das System wieder seinen norunerwünschter Überschläge vermieden. niälen Betriebszustand annimmt. Es ist einleuchtend,

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Hauptelektroden daß die Lichtbogenspannung dann am höchsten ist,

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wenn die Ansatzpunkte des Lichtbogens die weiter be- ihr Abstand. Die Bodenlänge der Elektroden beeinabstandeten Enden der Elektroden 22, 24 erreicht ha- flußt die Laufzeit und der Elektrodenabstand beeinben und der Lichtbogen in seinem mittleren Teil nach flußt den Wert der aufgebauten Lichtbogenspannung !außen gewölbt ist, wie bei 60 in F ig. 3 dargestellt ist. und die Durchschlagfestigkeit im Zündbereich 25 a.
In dieser Stellung hat der Lichtbogen seine maximale 5 Ein anderer Faktor, der die Geschwindigkeit, mit Länge. der die Länge des Lichtbogens und somit die Lichtbo-I Die Brennspannung des die Stellung 60 einnehmen- genspannung zunimmt, beeinflußt, ist die Verteilung 'den Lichtbogens hängt außerdem von dem Betrage des Magnetfeldes längs des Zwischenraumes 25. der Restenergie des Spannungsstoßes ab, die beim Er- Wenn man die Spulen 28,30 so formt, daß sie sich weteichen der Stellung 60 durch den Bogen noch vor- io nigstens annähernd mit der Außenelektrode 22 dekhanden ist. Ist die Energie des Spannungsstoßes voll- ken, ist das Feld längs der Entladungsstrecke im Zwiständig verbraucht, wenn der Lichtbogen die Stellung schenraum 25 zumindest im Bereich bei der äußeren 60 erreicht, so ist die Brennspannung des Lichtbogens Hauptelektrode 22 im wesentlichen gleichförmig, niedriger als in Fällen, in denen der Spannungsstoß Durch ein solches gleichförmiges Feld ist eine weitgenoch andauert, sie ist jedoch immer noch größer als 15 hende Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit, mit der die normale Spannung des Gleichstromnetzes und der Lichtbogen längs der Hauptelektrode 22 wandert, reicht aus, den Bogenstrom auf Null herabzusetzen. gewährleistet. Ein anderer, allerdings zweitrangiger ¹ Es ist wichtig, daß die Wanderungsgeschwindigkeit Faktor, der die Lichtbogenlaufgeschwindigkeit beeindes Lichtbogens ziemlich sorgfältig gesteuert wird. flußt, ist die Lage von Anschlüssen 28 a, 30 α an den Wenn sich der Lichtbogen zu langsam bewegt, tritt 20 Elektroden für die benachbarten Spulen. Wenn man eine übermäßige Verdampfung von Elektrodenmate- diese Anschlußpunkte so nahe wie möglich am Zündrial ein und die isolierenden Platten 45 bedecken sich ende der Elektroden anordnet, wird der über die rasch mit kondensiertem Elektrodenmaterial, wo- Elektroden 22, 24 durch den Lichtbogen fließende durch die Isolationsfähigkeit zwischen den Elektroden Strom immer auf einen schleifenförmigen Weg ge-22, 24 leidet, insbesondere im kritischen Zündbereich 25 zwungen, der in Richtung auf das entgegengesetzte 25 a, in dem der Elektrodenabstand klein ist. Ende der Elektroden nach außen gebogen ist. Der ma- ! Wenn der Lichtbogen andererseits zu rasch fortbe- gnetische Effekt eines längs eines solchen schleifenwegt wird, baut sich die Lichtbogenspannung so rasch förmigen Weges fließenden Stromes besteht bekanntauf, daß nicht genügend Zeit zur Verfügung steht, um lieh darin, daß auf den Bogen eine Kraft ausgeübt üie Isolationsfähigkeit im Zündbereich 25 a des Zwi- 30 wird, die die Schleife zu vergrößern strebt,
schenraums 25 so weit wiederherzustellen, daß sie der Außer von der Lichtbogenlänge hängt die sich auf-Lichtbogenspannung standhält, selbst wenn die Ener- bauende Lichtbogenspannung auch noch von einer gie des Spannungsstoßes vollständig verbraucht wor- Anzahl anderer Faktoren ab. Unter diesen Faktoren den ist. Dies kann dann dazu führen, daß im Zündbe- ist einer der wesentlichsten die Art des in der Entlareich 25 α dauernd Überschläge eintreten, auch nach- 35 dungsstrecke vorhandenen Gases. Für den -vorliegendem der Spannungsstoß abgeklungen ist, außerdem den Überspannungsschutz stellt Wasserstoff ein idea-Desteht die Gefahr, daß im Zündbereich 25 α beträcht- les Gas dar, nicht nur da es hohe Bogenspannungen zu lieh vor dem Zeitpunkt, in dem der Lichtbogen die erreichen gestattet, sondern auch wegen seines relativ Stellung 60 erreicht, wiederholt Überschläge auftre- geringen Isolationsvermögens. Durch dieses geringe :en. Der letztgenannte Zustand hat zur Folge, daß sich 40 Isolationsvermögen von Wasserstoff kann die Zündier Lichtbogenentladungszyklus auf den Zündbe- funkenstrecke so ausgebildet werden, daß sie bei der ■eich 25 a konzentriert und eine übermäßige Ver- relativ geringen Spannung überschlägt, die zum lampfung von Elektrodenmaterial mit der damit ver- Schutz von Niederspannungsanlagen erforderlich ist. mndenen Beeinträchtigung der Isolationseigenschaf- Trotz der niedrigen Uberschlagspannung lassen sich en der Platten 45 im Zündbereich eintreten. Um eine 45 andererseits in Wasserstoffgas jedoch genügend große iolche Konzentration des Entladungszyklus im Zünd- Bogenspannungen erreichen, um den Lichtbogen-)ereich 25 α zu verhindern, soll die Zeit, die der Licht- strom im Überspannungsschutz in der beschriebenen )ogen zum Erreichen der Stellung 60 am Ende der Weise beeinflussen zu können.

ilektoden 22, 24 benötigt, so groß bemessen werden, Zum Schutz von Anlagen höherer Leistung, die mit

laß die Isolationsfestigkeit im Zündbereich so weit 50 relativ niedrigen Spannungen arbeiten, also mit Nenn-

insteigen kann, daß sie der Lichtbogenspannung spannungen von unterhalb etwa 1000 Volt, beträgt

tandzuhalten vermag, die sich einstellt, wenn keine der bevorzugte Druck des Wasserstoffgases 250 bis

Ipannungsstoßenergie mehr vorhanden ist. Bei einer 510 Torr (1 bis 20"Hg). Drücke unterhalb dieses Be-

traktischen Ausführungsform der Erfindung konnte reiches ergeben im allgemeinen keine ausreichende

rreicht werden, daß die Durchschlagfestigkeit im 55 Lichtbogenspannung während überhalb dieses Berei-

'ündbereich 25 α praktisch ihren ursprünglichen ches liegende Drücke unzweckmäßig sind, da sie

Vert wieder angenommen hat, wenn der Lichtbogen Zündspannungen ergeben, die für den Schutz von

lie Stellung 60 erreicht, die Isolationsfestigkeit ist Niederspannungskreisen zu hoch sind,

lann gewöhnlich sogar größer als erforderlich ist, um Ein weiterer Faktor der die Lichtbogenspannung,

Ie höchste Lichtbogenspannung auszuhalten, die sich 60 die sich einstellen kann, beeinflußt, ist der Abstand

instellt, wenn kein Spannungsstoß mehr vorhanden zwischen den isolierenden Platten 45. Wenn dieser

it. Abstand größer als etwa 4,8 mm ist, wird der Lichtbo-

Zwei zusätzliche Faktoren, die einen wesentlichen gen diffus und die resultierende Lichtbogenbrenn-

änfluß darauf haben, ob der Zündbereich 25 α eine spannung wird sehr klein. Wenn andererseits der Ab-

usreichende Isolationsfähigkeit wieder erlangt hat, 65 stand kleiner als 0,8 mm ist, kann der Lichtbogen

m der erforderlichen Lichtbogenspannung widerste- nicht mehr aus dem Zündbereich 25 α in den Laufbe-

en zu können, wenn der Lichtbogen die Stellung 60 reich der Entladungsstrecke im Zwischenraum 25

rreicht hat, sind die Länge der Elektroden 22,24 und wandern. In diesem Falle treten dann eine übermäßige

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Erhitzung und Verdampfung der Elektroden ein, einstellt, wenn sich der Lichtbogen in der Stellung 60 außerdem ist die Lichtbogenbrennspannung niedrig. befindet, nicht mehr aus, um im Zündbereich 25 a Der Abstand der Platten 45 beträgt daher längs der einen Überschlag entstehen zu lassen,
ganzen Entladungsstrecke zwischen 0,8 und 4,8 mm. F i g. 4 zeigt eine graphische Darstellung dieser sich Beim Auftreten eines Spannungsstoßes niederer 5 wiederholenden Vorgänge, die obere Kurve stellt da-Energie, dessen Spitzenspannung ausreicht, um die bei die Spannung am Überspannungsschutz und die Zündfunkenstrecke ansprechen zu lassen und dessen untere Kurve den Lichtbogenstrom dar, die beide in Gesamtenergie durch einen einzigen Stromimpuls Ordinatenrichtung aufgetragen sind, die Zeitachse durch den Überspannungsschutz vernichtet werden (Abszisse) ist für beide Kurven gleich,
kann, beispielsweise unter 10 Ws, arbeitet der be- i° Der Spannungsstoß hoher Energie beginnt zum schriebene Überspannungsschutz folgendermaßen: Zeitpunkte, der Überspannungsschutz zündet zum Der Spannungsstoß läßt als Folge der oben beschrie- Zeitpunkt ß, wenn die Überschlagspannung erreicht benen Auslösewirkung der Zündelektrode 32 im ist. Im Zeitpunkt B entsteht im Bereich 25 α ein Licht-Zündbereich 25 α zwischen den Hauptelektroden 22, bogen, wie erläutert wurde, der die Spannung im Netz

24 einen Lichtbogen entstehen. Der durch den Licht- 15 momentan abfallen läßt, bis der Lichtbogen im Zeitbogen fließende Strom durchfließt auch die Spulen 28, punkt C zu wandern beginnt. Der Lichtbogen wandert 30 und läßt daher ein Magnetfeld entstehen, das den dann rasch vom Bereich 25 α in die Stellung 60, wobei Lichtbogen in Richtung des Pfeiles 35 antreibt. Hier- die Lichtbogenbrennspannung in der erläuterten durch wird die Lichtbogenspannung erhöht, während Weise ansteigt; der resultierende Spannungsanstieg der Lichtbogenstrom herabgesetzt wird. Die Lichtbo- 2° am Überspannungsschutz ist durch den zwischen den genspannung erreicht schließlich einen Wert, der hö- Zeitpunkten C und D liegenden Teil der Kurve dargeher als die Spannung, die der Hauptentladungsstrecke stellt. Während der Lichtbogen vom Bereich 25 α zur im Zwischenraum 25 durch das System zugeführt Stellung 60 wandert, steigt der Lichtbogenstrom anwird, und der Lichtbogenstrom wird dadurch rasch fänglich an, mit steigender Lichtbogenspannung wird auf Null herabgesetzt, so daß der Lichtbogen schließ- 25 der Lichtbogenstrom jedoch dann wieder in Richtung lieh erlischt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Energie des auf Null verringert, wie zwischen den Zeitpunkten C niederenergetischen Spannungsstoßes in der Lichtbo- und D dargestellt ist. Bei einem Spannungsstoß hoher genentladung und dem nichtlinearen Widerstand 20 Energie wird im Intervall zwischen B und D nur ein vollständig vernichtet worden, so daß keine Span- kleiner Teil der Energie des Spannungsstoßes vernichnungsstoßenergie für eine erneute Zündung des Licht- 30 tet. Die verbliebene Energie des Spannungsstoßes bogens zur Verfügung steht und das System wieder trägt zum Aufbau der Spannung zwischen C und D bei seinen normalen Betriebszustand annimmt. Bei der und verursacht im Zeitpunkt D einen neuen Überoben beschriebenen Vernichtung des Spannungssto- schlag. Durch den neuen Überschlag wird die anließes hilft der spannungsabhängige Widerstand 20 mit, gende Spannung herabgesetzt, bis der sich einstelden durch die Entladungsstrecke fließenden Strom zu 35 lende Lichtbogen im Zeitpunkt E aus dem Zündbebegrenzen, bei vielen Anwendungsgebieten kann je- reich 25 α herauszuwandern beginnt. Die verbliebene doch auf die unterstützende Wirkung des spannungs- Energie des Spannungsstoßes trägt zum Aufbau der abhängigen Widerstandes 20 verzichtet und diese anliegenden Spannung zwischen E und F bei, so daß weggelassen werden. schließlich im Zeitpunkt F ein erneuter Überschlag

Es sei nun angenommen, daß die Energie des Span- 4<> eintritt. Diese Folge von Vorgängen wiederholt sich so nungsstoßes wesentlich größer ist, beispielsweise lange, bis die Energie des Spannungsstoßes vollstäneinige 100 Ws. Der Lichtbogen wandert dann vom dig vernichtet wird, worauf der Kreis beginnend im Zündbereich 25 α in die Stellung 60 (F i g. 3) und die Zeitpunkt / seinen normalen Betriebszustand wieder Lichtbogenspannung nimmt wieder einen so hohen annimmt.

Wert an, daß der Strom rasch auf Null abfällt. Zu die- 45 Der Spannungsanstieg kurz vor dem Zeitpunkt/ ist sem Zeitpunkt ist jedoch dann erst ein kleiner Teil der zwischen G und H dargestellt. Während dieses Span-Spannungsstoßenergie verbraucht und die verblie- nungsanstieges wandert der Lichtbogen vom Bereich bene Energie des Spannungsstoßes läßt die Span- 25 a in die Stellung 60 und die Lichtbogenspannung nung wieder steil ansteigen, wodurch im Zündbereich steigt dabei so weit an, daß der Lichtbogenstrom im

25 a der Hauptentladungsstrecke ein neuer Über- 5° Zeitpunkt H Null wird. Wie oben erläutert, kann der schlag auftritt und ein neuer Lichtbogen im Zündbe- Zündbereich 25 α dieser Lichtbogenspannung ohne reich 25 α der Hauptelektroden zu brennen beginnt. durchzuschlagen widerstehen. Nach dem Zeitpunkt H Der erste Lichtbogen kann beim Zünden des zweiten tritt daher keine weitere Lichtbogenentladung mehr Lichtbogens vollständig oder noch nicht ganz erlo- ein und die Anlage kehrt in ihren normalen Betriebsschen sein, er verschwindet jedoch nach dem Entste- 55 zustand zurück.

hen des zweiten Lichtbogens. Der zweite Lichtbogen Wenn der beschriebene Überspannungsableiter wandert wie der erste in Richtung des Pfeiles 35 in die auch besonders zum Schutz von Gleichspannungskrei-Stellung 60, wobei die Lichtbogenspannung steigt und sen verhältnismäßig niedriger Betriebsspannung geder Lichtbogenstrom rasch nach Null abnimmt, wor- eignet ist, so können doch bestimmte Merkmale mit auf die aus der verbliebenen Spannungsstoßenergie 6° Vorteil auch zum Schutz von Gleichspannungskreisen resultierende Überspannung im Zündbereich 25 α einen mit hoher Nennspannung verwendet werden. Für dritten Lichtbogen entstehen läßt. Der zweite Licht- solche Hochspannungsanwendungen werden in an bogen geht dann aus und die dritte Lichtbogenentla- sich bekannter Weise höhere Gasdrücke verwendet dung verläuft wie die vorangehenden. Diese Folge von und mehrere Unterbrechungsstrecken werden in Vorgängen wiederholt sich immer wieder, bis die 65 Reihe geschaltet. Ein typischer Kreis für in Reihe geEnergie des Überspannungsstoßes vollständig ver- schaltete Unterbrechungseinrichtungen ist in F i g. 5 nichtet ist. Wenn die Energie vollständig vernichtet dargestellt, in der entsprechende Teile wie in Fig. 1 ist, reicht die maximale Lichtbogenspannung, die sich mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden

sind. Zwischen die Leitung 10, 12 sind zwei in Reihe geschaltete hochohmige Widerstände 70, 72 wenigstens annähernd gleichen Widerstandswertes geschaltet und ein Punkt zwischen den beiden Widerständen ist elektrisch mit einem Punkt zwischen den beiden

Überspannungsableitereinrichtungen verbunden, um die Gleichspannung annähernd gleich auf die beiden Überspannungsableiter aufzuteilen. Die Überspannungsableiter arbeiten jeweils wie oben in Verbindung mit F i g. 1 bis 3 beschrieben wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche· aus ^em geschützten Leitungsnetz stammenden Strom zu unterbrechen, nachdem die Energie des Überspan-

1. Überspannungsableiter für ein Gleichstrom- nungsimpulses verbraucht ist, so daß das Leitungsnetz netz mit einem gasgefüllten Kolben, in dem zwi- wieder seinen normalen Betriebszustand annimmt, sehen zwei Isolierstoff platten zwei eine Funken- 5 also den Zustand, in dem der Überspannungsschutz strecke begrenzende Hauptelektroden angeordnet keinen Strom führt.

sind, deren gegenseitiger Abstand stetig von einem Es kann vorkommen, daß der den Überspannungs-

Zündbereich aus zunimmt, bei welchem sich eine schutz zum Ansprechen bringende Spannungsimpuls Zündelektrode befindet, und mit einer mit den einen so hohen Energieinhalt hat, daß er eine wesent-Hauptelektroden in Reihe geschalteten elektri- io Hch längere Zeit andauert als zum Löschen des Boschen Magnetanordnung, die einen Lichtbogen gens nach dem Überschlag nötig ist. In einem sochen vom Zündbereich fortbläst, dadurch ge- Fall verursacht die verbliebene Energie des Spankennzeichnet, daß die beiden Hauptelek- nungsstoßes einen weiteren Überschlag, nachdem der troden (22, 24) im gleichen Sinn, aber mit unter- Lichtbogenstrom Null oder annähernd Null geworden schiedlichem Radius gekrümmt sind und die eine 15 ist, und der nach dem zweiten Überschlag fließende Hauptelektrode (22) um den äußeren Umfang der Strom wird dann wieder durch die Löschwirkung des anderen Hauptelektrode (24) herum angeordnet Überspannungsschutzes auf Null verringert. Wenn der ist und daß die in Reihe mit den Hauptelektroden Spannungsstoß beim Erreichen der maximalen Bo-(22, 24) geschaltete elektrische Magnetanordnung genspannung oder bei der Annäherung an diese Spanaus je einer auf der Außenseite der die Funken- 20 nung immer noch andauert, erfolgt ein weiterer Funstrecke einschließenden Isolierstoffplatten (45) kenüberschlag, so daß ein weiterer Stromimpuls durch montierten Spule (28, 30) besteht, von der ein Teil den Überspannungsschutz fließen kann. Bei Spanmit der äußeren der Hauptelektroden ausgerichtet nungsstößen hoher Energie, wie sie für Gleichspanist, nungsanlagen hoher Leistung typisch sind, können

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, da- 25 sich diese Vorgänge bei der Vernichtung der Energie durch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptelek- eines einzigen Spannungsstoßes sehr oft, unter Umtroden (22, 24) halbkreisförmig sind. ständen bis zu hunderten von Malen wiederholen.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 Bei Überspannungsableitern ist es bekannt, fortoder2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben schreitend auseinanderlaufende Elektroden nach Art Wasserstoffgas enthält. 30 eines Hörner-Blitzableiters vorzusehen, ohne daß

4. Überspannungsableiter nach Anspruch 3, da- hierdurch die oben geschilderten Schwierigkeiten bedurch gekennzeichnet, daß von dem Zündbereich hoben werden (deutsche Auslegeschrift 1 092 109 so-(25 α) zwischen den Hauptelektroden (22,24) und wie schweizerische Patentschriften 391069 und den Platten (45) ein Kanal in den mit Wasserstoff- 356 828). Ferner ist ein Funkenstrecken-Überspangas gefüllten Kolben führt. 35 nungsableiter bekannt, bei dem zwischen zwei Isolier-

5. Überspannungsableiter nach einem der vor- stoffplatten magnetisch beblasene, auseinanderlauangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, fende Hauptelektroden und beim Zündbereich eine daß zwischen der Zündelektrode (32) und einer isolierte Zündelektrode vorgesehen sind (deutsche Pader Hauptelektroden (24) ein Streifen (34) aus tentschrift 1 140256, österreichische Patentschrift einem isolierenden Werkstoff hoher Dielektrizi- 40 204 109 und deutsches Gebrauchsmuster 1 765 057). tätskonstante angeordnet ist. Es ist bekannt, die Magnetanordnung aus einer in

Reihe mit den Hauptelektroden geschalteten Spule aufzubauen (deutsche Patentschrift 889 934 und

schweizerische Patentschrift 324 862). Weiterhin ist es

45 bei Überspannungsableitern bekannt, der Ansprechstelle des Lichtbogens aus benachbarten Räumen fri-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspan- sches Gas zuzuführen, um dort ionisiertes Gas zu benungsableiter für ein Gleichstromnetz mit einem gas- seitigen (österreichische Patentschriften 204 109 und ! gefüllten Kolben, in dem zwischen zwei Isolierstoff- 232685). . j

platten zwei eine Funkenstrecke begrenzende Haupt- 5° Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen j elektroden angeordnet sind, deren gegenseitiger Ab- Überspannungsableiter für ein Gleichstromnetz anzustand stetig von einem Zündbereich aus zunimmt, bei geben, bei dem der Lichtbogen mit einer möglichst welchem sich eine Zündelektrode befindet, und mit günstigen Wandergeschwindigkeit magnetisch bis zu einer mit den Hauptelektroden in Reihe geschalteten einer Erlöschungsstelle geblasen und dabei sichergeelektrischen Magnetanordnung, die einen Lichtbogen 55 stellt wird, daß sich beim Erlöschen des Lichtbogens I vom Zündbereich fortbläst. im Zündbereich wieder die normalen Isolationsbedin- ;

Die üblichen mit Funkenstrecken arbeitenden gungen eingestellt haben, damit sich im Falle größerer! Überspannungsschutzvorrichtungen enthalten eine Überspannungen der Lichtbogenvorgang gleichmäßig Funkenstrecke, die überschlägt, wenn in dem ge- in einer raschen Folge von Stromimpulsen wiederhoschützten Leitungsnetz ein Überspannungsimpuls be- 60 len kann, bis die gesamte Überspannungsenergie abstimmter Amplitude auftritt. Nach dem Überschlag geleitet ist.

entsteht in der Überschlagstrecke ein Lichtbogen, und Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem ein-!

die Energie des Überspannungsimpulses wird durch gangs genannten Überspannungsableiter dadurch, daß den Lichtbogenstrom verbraucht. Nach dem Zünden die beiden Hauptelektroden im gleichen Sinn, aber der Überschlagstrecke fließt jedoch auch Strom aus 65 mit unterschiedlichem Radius gekrümmt sind und die dem geschützten Leitungsnetz über den sich nach dem eine Hauptelektrode um den äußeren Umfang der anÜberschlag bildenden Lichtbogen. Die Überspan- deren Hauptelektrode herum angeordnet ist, und daß nungsschutzvorrichtung muß in der Lage sein, diesen die in Reihe mit den Hauptelektroden geschaltete