DE1538509C - Funkenstreckeneinheit zur Über bruckung eines Ventilwiderstandes in einem Uberspannungsleiter - Google Patents
Funkenstreckeneinheit zur Über bruckung eines Ventilwiderstandes in einem UberspannungsleiterInfo
- Publication number
- DE1538509C DE1538509C DE19661538509 DE1538509A DE1538509C DE 1538509 C DE1538509 C DE 1538509C DE 19661538509 DE19661538509 DE 19661538509 DE 1538509 A DE1538509 A DE 1538509A DE 1538509 C DE1538509 C DE 1538509C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- spark gap
- resistor
- spark
- gaps
- main
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 33
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 22
- 210000003284 Horns Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000630 rising Effects 0.000 description 4
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkenstreckeneinheit zur Überbrückung eines Ventilwiderstandes
in einem Überspannungsableiter, mit mindestens zwei Hauptfunkenstrecken, die miteinander
sowie mit einer zwischen sie geschalteten und mit einer im wesentlichen die gleiche Durchbruchsspannung wie
die Hauptfunkenstrecken aufweisenden weiteren Funkenstrecke überbrückten Magnetspule in Reihe geschaltet
sind.
Mit zunehmender Arbeitsspannung der Hochspannungsnetze, die im Laufe der Jahre auf 500 bis
700 kV erhöht wurde, wird es immer schwieriger, Überspannungsableiter zu bauen, mit denen sowohl
die verhältnismäßig kurz dauernden, hohen Blitzüberspannungen als auch die verhältnismäßig lange
andauernden und relativ energiereichen Schaltüberspannungen sicher beherrscht werden können.
Es sind Überspannungsableiter bekannt, die zur Vernichtung der Energie der Uberspannungswellen
einen oder mehrere sogenannte Ventilwiderstände, d. h. Widerstände mit spannungsabhängiger Widerstandscharakteristik,
enthalten. Es ist auch schon in ' der deutschen Offenlegungsschrift 1 513 155 vorgeschlagen
worden, einen solchen Ventilwiderstand mit einer Funkenstreckeneinheit zu überbrücken. Diese
Funkenstreckeneinheit zündet vor allem bei Blitzüberspannungen, gelegentlich aber auch bei Schaltüberspannungen.
Die Zeitspanne, in der sich nach Zünden der Funkenstreckeneinheit an dieser eine
Lichtbogenspannung aufbaut, die den Strom von der Funkenstrecke in den parallelgeschalteten Ventilwiderstand
umschaltet, ist im Vergleich zur Dauer einer typischen Blitzüberspannung lang, im Vergleich
zur Dauer einer typischen Schaltüberspannung jedoch kurz. Der Ventilwiderstand steht also sowohl während
des überwiegenden Teiles der Dauer einer Schaltüberspannung als auch während des auf einen Blitzschlag
folgenden Nachstromes für die Vernichtung von Überspannungsenergie zur Verfügung.
Um eine Lichtbogenspannung ausreichender Höhe bei vernünftigen Spaltweiten der Überschlagsstrecken
zu erreichen, verwendet man bei Funkenstreckeneinheiten gewöhnlich mehrere Einzelfunkenstrecken, die
Ij miteinander und mit einer Magnetspule in Reihe geschaltet sind, die ein allen Funkenstrecken gemeinsames
magnetisches Blasfeld zur Verlängerung der verschiedenen Lichtbogen erzeugt. Der Magnetspule
ist zum Schutz gegen Überspannungen gewöhnlich eine weitere Funkenstrecke (Nebenschluß-Funkenstrecke)
parallel geschaltet, an der sich nach ihrem Durchbruch schnell eine Bogenspannung aufbaut,
durch die der Strom in die Spule umgeschaltet wird.
Bei solchen stromschaltenden Nebenschluß-Funkenstrecken ist es sehr schwierig, die Durchbruchsspannung,
die verhältnismäßig niedrig sein soll, sehr stabil und unabhängig von der Wellenform der anliegenden
Spannung zu machen. Die Funkenstreckeneinheit soll nämlich einerseits eine relativ niedrige Durchbruchsspannung
aufweisen, so daß der Spannungsabfall am Überspannungsableiter bei Blitzüberspannungen nicht
wesentlich über den Wert ansteigt, der sich ohne den Ventilwiderstand mit der Nebenschluß-Funkenstrecke
ergeben würde. Andererseits muß die Durchbruchsspannung der Nebenschluß-Funkenstrecke so groß
sein, daß Rückzündungen durch Folgeströme und Schaltüberspannungen verhindert werden. Bei einer
Reihenschaltung von gleichartigen Funkenstrecken ist die Durchbruchsspannung der Reihenschaltung
etwa gleich der Anzahl der Funkenstrecken multipliziert mit der Durchbruchsspannung einer einzelnen
Funkenstrecke. Es ist selbstverständlich unmöglich, die Durchbruchsspannung der Reihenschaltung kleiner
5 zu machen als die Durchbruchsspannung der Einzelfunkenstrecken. Da die Nebenschluß-Funkenstrecke
durch einen Widerstand überbrückt und mit einer oder mehreren Hauptfunkenstrecken in Reihe geschaltet
ist, braucht sie nicht der Betriebsspannung des Netzes ίο standzuhalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstreckeneinheit zur Überbrückung
eines Ventilwiderstandes in einem Überspannungsableiter anzugeben, deren Durchbruchsspannung
zwischen der Durchbruchsspannung einer einzelnen Funkenstrecke und der Summe der Durchbruchsspannungen
aller in Reihe liegender Funkenstrecken praktisch frei wählbar und im wesentlichen
unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung ist und die einen raschen Aufbau der Lichtbogenspannung
unter Mitwirkung des durch eine Magnetspule erzeugten Blasmagnetfeldes gewährleistet.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Funkenstreckeneinheit der eingangs genannten gelöst,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß alle Funkenstrecken mit einer ein Impedanznetzwerk mit mindestens
einer Parallelkapazität enthaltenden Zündschaltung verbunden sind, die die Funkenstrecken bei einer
an der Funkenstreckeneinheit liegenden Spannung, die zwischen der Durchbruchsspannung einer einzigen
Funkenstrecke und der Summe der Durchbruchsspannungen aller Funkenstrecken liegt, der Reihe
nach so zündet, daß mindestens eine der Hauptfunkenstrecken vor der der Magnetspule parallelgeschalteten
Funkenstrecke kommt.
Die Durchbruchsspannung der vorliegenden Funkenstreckeneinheit kann also den jeweiligen Verhältnissen
optimal angepaßt werden, sie gewährleistet einen raschen Aufbau der Lichtbogenspannung, so
daß der Strom schnell auf den Ventilwiderstand umgeschaltet wird, und sie läßt sich so aufbauen, daß
die Durchbruchsspannung praktisch unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung ist.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der Erfindungsgedanke wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Einheit eines Überspannungsableiter,
die einen Ventilwiderstand enthält, der mit einer Funkenstreckeneinheit überbrückt ist,
F i g. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles einer Funkenstreckeneinheit gemäß der Erfindung und
F i g. 3 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Funkenstreckeneinheit gemäß der Erfindung.
F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Einheit 1 eines Überspannungsabieiters für sehr hohe Nennspannungen,
ζ. B. 500 oder 700 kV. Der Überspannungsleiter enthält in der Praxis eine Reihenschaltung
aus einer großen Anzahl solcher Einheiten 1. Die Einheit 1 enthält eine Hauptfunkenstreckenanordnung
2, die strombegrenzend oder nicht strombegrenzend sein kann. Im ersteren Falle baut sich
bald nach dem Durchschlag eine Lichtbogenspannung auf, die der Durchbruchsspannung vergleichbar ist,
während die Spannung im zweiten Falle erst nach
einem Nulldurchgang des Stromes wiederkehrt. Der Hauptfunkenstreckenanordnung 2 sind ein Hauptventilwiderstand
3 mit negativer Widerstandscharakteristik und ein zusätzlicher Ventilwiderstand 4 in
Reihe geschaltet, welcher im wesentlichen dem Ventilwiderstand 3 entspricht und durch eine stromschaltende
Funkenstreckeneinheit 5 überbrückt ist. An der Funkenstreckeneinheit 5 tritt nach einem Durchschlag
rasch eine Lichtbogenspannung auf, die vergleichbar mit der Durchbruchsspannung ist, so daß der den
Überspannungsableiter durchfließende Strom auf den zusätzlichen Ventilwiderstand 4 übergeht, der die
Aufgabe hat, Schaltüberspannungsenergie zu vernichten und den Nachstrom zu begrenzen.
Da die Nebenschluß-Funkenstreckeneinheit 5 der Betriebsspannung der Einheit 1 nicht standhalten
muß, braucht sie keine so hohe Durchbruchsspannung zu haben wie die Hauptfunkenstreckenanordnung 2.
In der Praxis soll die Funkenstreckeneinheit 5 sogar eine relativ niedrige Durchbruchsspannung aufweisen,
so daß die bei Blitzüberspannungen am Überspannungsableiter abfallende Spannung nicht wesentlich
über den Wert ansteigt, der sich ohne die Parallelschaltung aus dem zusätzlichen Ventilwiderstand 4
und der Funkenstreckeneinheit 5 ergeben würde.
F i g. 2 zeigt das Schaltbild einer Funkenstreckeneinheit 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Die Funkenstreckeneinheit 5 hat Endklemmen 6 und 7, zwischen die in Reihe eine
Vielzahl von Hauptfunkenstrecken geschaltet sind, von denen vier als Beispiel dargestellt und mit C1,
G2, C3 und C4 bezeichnet sind. Die Anordnung umfaßt
ferner eine in Reihe geschaltete Magnetspule 8, die vorzugsweise räumlich und elektrisch nahe der Mitte
des Reihenkreises angeordnet ist, so daß ihr magnetisches Feld im wesentlichen gleiche Stärke zwischen
den Elektroden aller Funkenstrecken aufweist. Eine Funkenstrecke C5, die im wesentlichen ähnlich den
anderen Hauptfunkenstrecken ist, liegt parallel zur Spule 8, um diese während der Stromableitung des
Ableiters gegen Überspannung zu schützen und um den Entladestrom in die Spule zu schalten, damit
deren magnetisches Feld und damit die Bogenablenkung an den Funkenstrecken G1 bis C5 verstärkt wird.
Die Funkenstrecken G1 bis G5 können irgendeinen geeigneten
körperlichen Aufbau aufweisen und sind vorzugsweise als übliche Hörnerfunkenstrecken ausgebildet,
so daß sie zwangläufig dazu neigen, ihre Lichtbogen zu verlängern, und die Polarität der
Spule 8 wird derart gewählt, daß ihr Magnetfeld die einzelnen Magnetfelder der Funkenstrecken verstärkt.
In Reihe zwischen die Klemmen 6 und 7 sind ferner Hilfsfunkenstrecken S1, S2, S3 und S4 geschaltet, die
nicht nur als Vorionisierer für die jeweiligen Hauptfunkenstrecken
C1, G2, C3 und G4 wirken, sondern
ebenfalls die aufeinanderfolgende Anlegung der Überschlagspannung an die Hauptfunkenstrecken steuern.
Daher ist die Hilfsfunkenstrecke S1 räumlich neben
der Funkenstrecke G1 angeordnet, so daß diese beim
Überschlagen den Raum zwischen den Elektroden von G1 ionisiert oder bestrahlt, und das gleiche trifft
zu für S2 gegenüber G2, für S3 gegenüber G3 und für
S4 gegenüber G4. In Reihe mit den Funkenstrecken S1
bis S4 ist ein Paar von Widerständen R1 und R2 geschaltet,
von denen der erste dazu dient, im wesentlichen die gesamte angelegte Spannung an die Funkenstrecke
G1 zii leiten, die, wie nachfolgend noch erläutert
wird, die erste zu zündende Hauptfunkenstrecke ist und die folglich als die Auslösefunkenstrecke
bezeichnet werden kann. Der Widerstand R2 dient in erster Linie zur Festlegung des Niveaus der
angelegten Spannung, bei dem die Auslösefunkenstrecke überschlägt. Wie ersichtlich, liegt der Widerstand
R1 zwischen S1 und S2, aber dies ist nicht wesentlich,
und die relative Lage von S1 und R1 kann
umgekehrt werden. Es ist jedoch wesentlich, daß R1
oberhalb von S2 liegt, d. h. zwischen S2 und der
ίο Klemme 6. Der Widerstand R2 ist zwischen S2 und S3
aus Gründen geschaltet, die aus der Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 hervorgehen
werden. Ein Widerstand R3 liegt parallel oder im Nebenschluß zu S1 und R1, und ein Widerstand i?4
liegt parallel zu S4, wobei diese Widerstände vorgesehen
sind, um die gewünschte Reihenfolge bei den Überschlägen der Funkenstrecken S1 bis S4 hervorzurufen.
Kopplungswiderstände R5, Re und R7 dienen zur Zwischenverbindung des Stromkreises der Funkenstrecken S mit dem Stromkreis der Funkenstrecken G, wobei R5 zwischen die Verbindung von G3 - G4 und die Verbindung von S3-Si geschaltet ist; R9 liegt zwischen der Verbindung von G3 - G5 und der Verbindung R2 - S3 und R7 zwischen G1 - C2 und R1 - S2. Ein Kondensator C1, der im Nebenschluß zu R2 liegt, macht die Überschlagspannung der Funkenstreckenanordnung im wesentlichen unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung, und ein im Nebenschluß zur Spule 8 liegender Kondensator C2
Kopplungswiderstände R5, Re und R7 dienen zur Zwischenverbindung des Stromkreises der Funkenstrecken S mit dem Stromkreis der Funkenstrecken G, wobei R5 zwischen die Verbindung von G3 - G4 und die Verbindung von S3-Si geschaltet ist; R9 liegt zwischen der Verbindung von G3 - G5 und der Verbindung R2 - S3 und R7 zwischen G1 - C2 und R1 - S2. Ein Kondensator C1, der im Nebenschluß zu R2 liegt, macht die Überschlagspannung der Funkenstreckenanordnung im wesentlichen unabhängig von der Wellenform der angelegten Spannung, und ein im Nebenschluß zur Spule 8 liegender Kondensator C2
. dient dazu, die Spule wirkungsmäßig so lange kurzzuschließen, bis ein Überschlag der Funkenstrecken G1
bis G4 hervorgerufen worden ist.
Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 2 ist wie folgt: Es wird angenommen, daß die Funkenstrecken G1 bis G5 im wesentlichen den gleichen Elektrodenabstand und gleiche individuelle Überschlagspannungen besitzen und daß die Funkenstrecken S1 bis S4 gleichen Elektrodenabstand aufweisen, der etwas weniger als die Hälfte des Elektrodenabstandes der G-Funkenstrecken beträgt, so daß die S-Funkenstrecken jeweils eine Überschlagspannung besitzen, die etwas geringer als die Hälfte der Überschlagsparinung einer jeden der G-Funkenstrecken ist. Es sei nun angenommen, daß die Spannung zwischen den Klemmen 6 und 7 wächst. In diesem Zusammenhang macht es keinen Unterschied, an welcher Klemme das höhere Potential anliegt, aber aus Gründen der Erläuterung sei angenommen, daß an der Klemme 7 das niedrigere Potential anliegt, das auf Erdpotential gehalten wird, und daß an der Klemme 6 das gegenüber der Erde ansteigende Potential anliegt. Es wird ferner für den Augenblick unterstellt, daß R2 und C1 kurzgeschlossen sind oder daß R2 im wesentlichen den Widerstand Null aufweist, was auf dasselbe hinausläuft. Da der effektive Widerstand der Funkenstrecken S2 und S3 sehr viel höher als der Widerstand von R3 und i?4 ist, liegt praktisch die gesamte angelegte Spannung an S2 und S3, so daß diese Funkenstrecken überschlagen, wenn die angelegte Spannung einen Wert erreicht, der etwas niedriger als die Überschlagspannung einer G-Funkenstrecke ist.
Wenn bei S2 und S3 ein Überschlag erfolgt, ist ihre Lichtbogenspannung sehr viel niedriger als die Spannung an R3 und R11, so daß dann praktisch die gesamte angelegte Spannung an S1 und S4 anliegt und bei diesen ein Überschlag erfolgt. Zu dieser Zeit liegt
Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 2 ist wie folgt: Es wird angenommen, daß die Funkenstrecken G1 bis G5 im wesentlichen den gleichen Elektrodenabstand und gleiche individuelle Überschlagspannungen besitzen und daß die Funkenstrecken S1 bis S4 gleichen Elektrodenabstand aufweisen, der etwas weniger als die Hälfte des Elektrodenabstandes der G-Funkenstrecken beträgt, so daß die S-Funkenstrecken jeweils eine Überschlagspannung besitzen, die etwas geringer als die Hälfte der Überschlagsparinung einer jeden der G-Funkenstrecken ist. Es sei nun angenommen, daß die Spannung zwischen den Klemmen 6 und 7 wächst. In diesem Zusammenhang macht es keinen Unterschied, an welcher Klemme das höhere Potential anliegt, aber aus Gründen der Erläuterung sei angenommen, daß an der Klemme 7 das niedrigere Potential anliegt, das auf Erdpotential gehalten wird, und daß an der Klemme 6 das gegenüber der Erde ansteigende Potential anliegt. Es wird ferner für den Augenblick unterstellt, daß R2 und C1 kurzgeschlossen sind oder daß R2 im wesentlichen den Widerstand Null aufweist, was auf dasselbe hinausläuft. Da der effektive Widerstand der Funkenstrecken S2 und S3 sehr viel höher als der Widerstand von R3 und i?4 ist, liegt praktisch die gesamte angelegte Spannung an S2 und S3, so daß diese Funkenstrecken überschlagen, wenn die angelegte Spannung einen Wert erreicht, der etwas niedriger als die Überschlagspannung einer G-Funkenstrecke ist.
Wenn bei S2 und S3 ein Überschlag erfolgt, ist ihre Lichtbogenspannung sehr viel niedriger als die Spannung an R3 und R11, so daß dann praktisch die gesamte angelegte Spannung an S1 und S4 anliegt und bei diesen ein Überschlag erfolgt. Zu dieser Zeit liegt
7 8
praktisch die gesamte angelegte Spannung an R1, angelegten Spannung zu vergrößern, da der Kondenwobei
zur Zeit angenommen ist, daß R2 einen vernach- satorstrom proportional zur Geschwindigkeit der
lässigbaren Widerstand besitzt. Die übergeschlagenen Spannungsänderung an seinen Klemmen ist. Dem-Funkenstrecken
S1 bis S4 ionisieren jetzt ihre ent- entsprechend wird die Zeitverzögerung von steil ansprechend
bezifferten G-Funkenstrecken, und wenn 5 steigenden, angelegten Spannungen beim Überschlag
die angelegte Spannung einen solchen Wert erreicht, von G1 dadurch kompensiert, daß der Strom des
daß die Spannung an R1 gleich der Überschlag- äußeren Kondensators bei steil ansteigenden, angespannung
von G1 ist, erfolgt an G1 ein Überschlag; legten Spannungen durch R1 fließt und somit die
die anfängliche Lichtbogenspannung ist hierbei niedrig, Spannung erhöht, die an die Auslöse-Funkenstrecke
weshalb das Potential an der oberen, in der Zeichnung io G1 angelegt wird.
gezeigten Elektrode von G2 sofort sehr nahe bei dem Für die Schaltung nach F i g. 2 werden folgende
Potential der Klemme 6 liegt, während das Potential geeignete numerische Werte als Beispiel angegeben:
an der unteren Elektrode von G2 sehr nahe bei dem Die Überschlagstrecke der G-Funkenstrecken ist
Potential der Klemme 7 liegt, da das rechte Ende des 1,03 mm, woraus sich eine Überschlagspannung bei
Kopplungswiderstandes R6 sich wegen der geringen 15 diesen Funkenstrecken von etwa 5,25 kV ergibt. Die
Lichtbogenspannungsabfälle bei S3 und S4 im we- S-Funkenstrecken können eine Weite von etwa 0,38
sentlichen auf dem Potential der Klemme 7 befindet; bis 0,51mm mit einer Überschlagspannung von 2
da die untere Elektrode von G2 an diesen Punkt über oder 3 kV besitzen. .R1 und R3 und i?4 können jeweils
jR6 und G2 oder die Spule 8 angeschlossen ist, befindet einen Widerstand von etwa 10 000 Ohm, R2 einen
sich diese also im wesentlichen auf dem gleichen 20 Widerstand von etwa 2200 Ohm und R5, R6 und R^
Potential wie die Klemme 7. Infolgedessen liegt einen Widerstand von etwa 5600 0hm besitzen. C1
praktisch die gesamte angelegte Spannung an G2 und kann eine Kapazität von etwa 200 Pikofarad und C2
* ,bringt diese zum Überschlagen. Da sich die Spannung eine Kapazität von etwa 750 Pikofarad aufweisen,
am Kondensator C2 nicht sofort ändern kann, wird Die vorerwähnten Größen der Schaltungskompodas
Potential an der oberen Elektrode von G3 sofort 25 nenten bringen eine Gesamtüberschlagspannung der
im wesentlichen das Potential der Klemme 6 an- Funkenstreckenanordnung von etwa 7,7 kV.
nehmen, während die: untere Elektrode von G3 im Bei der abgewandelten Ausführungsform nach
wesentlichen auf dem Potential der Klemme 7 bleibt, F i g. 3 entsprechen die Funkenstrecken G1 bis G5,
mit der diese Elektrode über die durchgezündete die Spule 8 und der Vorionisierungs-Funkenstrecke S1
Funkenstrecke S4, und den Kopplungswiderstand R5 30 den ähnlichen Elementen in Fig. 2. Der Widerverbunden
ist. Dementsprechend liegt die volle an- stand R1 entspricht im allgemeinen dem Widerstand
gelegte Spannung nun an G3 und bringt diese zum von ,R1 in F i g. 2, aber in F i g. 3 besitzt dieser ge-Überschlagen,
wodurch wiederum im wesentlichen wohnlich einen wesentlich höheren ohmschen Widerdie
volle Spannung an G4 angelegt wird, deren obere standswert. I1, I2 und /3 sind einfache Vorionisierer
Elektrode dann im wesentlichen auf dem Potential der 35 vom Koronatyp für die Hauptfunkenstrecken G1, G2,
Klemme 6 liegt und deren untere Elektrode mit der G3 und G4 und sind parallel zu diesen geschaltet. Die
Klemme 7 verbunden ist, so daß bei G4 ein Über- Widerstände R2, R3 und i?4 sind jeweils parallel zu
schlag erfolgt. Wenn die Funkenstrecken G1 bis G4 den Koronavorionisierern I1, I2 und I3 geschaltet und
übergeschlagen sind, liegt nahezu die gesamte an- bilden zusammen mit R1 und der Spule 8 ein Spangelegte
Spannung an G5, die überschlägt und damit 40 nungsteilernetzwerk in Form einer ohmschen Widerden
Überschlag der gesamten Funkenstreckenanord- Standsreihe, welches, nachdem S1 übergeschlagen ist,
nung 5 kaskadenartig bei einer angelegten Spannung wie nachfolgend noch beschrieben wird, die gesamte
vervollständigt, die nicht viel höher als die Über- angelegte Spannung im gewünschten Verhältnis auf
\i) Schlagspannung der einzelnen G-Funkenstrecken ist. die Funkenstrecken G1 bis G4 verteilt. Die Konden-Bei
Verwendung eines bestimmten Widerstandes R2 45 satoren C1 und C2 sind jeweils parallel zu R3 und i?4
erscheint ein kleinerer Anteil der gesamten angelegten geschaltet und sorgen für eine vorteilhaftere Span-Spannung
an R1, wenn alle S-Funkenstrecken über- nungsverteilung auf die Hauptfunkenstrecken bei
geschlagen sind, so daß mit zunehmender Größe des steil ansteigenden Spannungswellen, so daß der ÜberWiderstandes
von R2 eine größere Spannung angelegt schlag-Steuerkreis hinsichtlich des Volt-Zeit-Verzögewerden
muß, um einen Überschlag bei der Auslöse- 50 rungsverhaltens der Hauptfunkenstrecken kompen-Funkenstrecke
G1 hervorzurufen. Die Größe von R2 siert wird. Ein Kondensator C3 liegt parallel zur
bestimmt somit die Überschlageinstellung oder Schlag- Spule 8 und verhindert, daß irgendein nennenswerter
weite der Funkenstreckenanordnung 5. Wenn R2 einen Anteil der angelegten Spannung an der Spule 8 und an
gleichen Widerstandswert aufweisen würde wie R1, G5 erscheint, bevor die Funkenstrecken G1 bis G4 überdann
würde die Spannung gleichmäßig zwischen G1 55 geschlagen sind, was nachfolgend noch erläutert wird,
und G2 verteilt (bevor an einer von diesen ein Über Die Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 3 ist
schlag erfolgt), und beide würden zu Auslöse-Funken- wie folgt: Wenn die angelegte Spannung steigt, wird
strecken. Bei der Schaltung nach F i g. 2 kann dann ein Wert erreicht, bei dem an der Funkenstrecke S1
das maximale Überschlagniveau der Funkenstrecken- ein Überschlag erfolgt, wodurch die Funkenstrecke G1
anordnung nicht das Zweifache einer einzelnen G-Fun- 60 ionisiert und die gesamte angelegte Spannung an das
kenstrecke übersteigen. Wenn höhere Überschlags- aus den Widerständen gebildete Spannungsteilernetzniveaus erwünscht sind, so kann dies dadurch erreicht werk geführt wird. R1 besitzt einen Widerstand, der
werden, daß man Widerstände in Reihe mit S3 ober- ein Vielfaches der Summe der Widerstände von R2,
halb der Verbindung mit R5 und ebenfalls in Reihe R3 und .R4 zuzüglich des Widerstandes der Spule
mit S4 hinzufügt. 65 beträgt. Dementsprechend liegt dann der größte Teil
Der Kondensator C1 hat die Aufgabe, den durch der angelegten Gesamtspannung an der Funken-
R1 fließenden Strom entsprechend der Anstiegsge- strecke G1, und wenn die Spannung an der Funkenschwindigkeit
der zwischen den Klemmen 6 und 7 strecke G1 ihre Uberschlagspannung (von typisch
5,25 kV) erreicht, erfolgt bei G1 ein Überschlag. Der
Widerstand R1 ist jetzt wirkungsmäßig kurzgeschlossen,
und ein steiler Spannungsanstieg tritt an R1 bis
i?4 auf. Der größte Teil dieses Spannungsanstieges erscheint
jedoch an R2, da die Spannung an den Kondensatoren
C1 bis C3 sich nicht sofort ändern kann
und da R2 einen Widerstand besitzt, der ein Mehrfaches
des Gesamtwiderstandes von R3 und i?4 beträgt.
Daher liefert der Ionisierer/! plötzlich eine Ionisierung für G2, an der nun eine Überspannung
anliegt, die sofort überschlägt. In der gleichen Weise schlägt als nächste die Funkenstrecke G3 und nachfolgend
die Funkenstrecken G4 und schließlich G5
über. Infolgedessen werden die Funkenstrecken G1 bis G5 kaskadenartig zum Überschlagen gebracht bei
einer angelegten Gesamtspannung, die nur etwas oberhalb des Uberschlagsniveaus von irgendeiner einzelnen
G-Funkenstrecke liegt.
Die Kondensatoren erfüllen eine doppelte Aufgabe. Wie bereits beschrieben, bewirken diese zunächst, daß
die Funkenstrecken G2 bis G4 kaskadenartig jeweils
eine nach der anderen mit einer hohen Überspannung versorgt werden, nachdem G1 'übergeschlagen ist.
Weiterhin modifizieren sie bei steil ansteigenden Wellenformen die Spannungsteilung im Widerstandsnetzwerk
(bevor G1 übergeschlagen ist) in solcher Weise, daß G1 einen höheren Anteil der angelegten
Spannung erhält, als dies bei langsam ansteigenden Wellen der Fall wäre. Hierdurch wird eine Zeitverzögerung
der Funkenstrecke G1 kompensiert, und das Überschlagniveau der Gesamtfunkenstreckenanordnung
völlig unabhängig von der angelegten Wellenform herunter bis zu sehr kurzen Zeiten gemacht.
Ein Beispiel für geeignete numerische Widerstandsund Kapazitätswerte bei der Schaltung nach F i g. 3
besteht darin: .R1 ist gleich 68 000 0hm, R2 gleich
22 000 0hm, R3 gleich 6800 0hm und .R4 gleich
2200 Ohm; der Kondensator C1 ist gleich 100 Pikofarad,
C2 gleich 400Pikofarad und C3 gleich 1500
Pikofarad.
Wie ersichtlich, ändern sich die Widerstände im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten 3 und die Kondensatoren im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten 4. Die vorerwähnten Werte für die Schaltungskomponenten erbringen «ine Gesamtüberschlagspannung der Funkenstreckenanordnung von etwa 7,7 kV.
Wie ersichtlich, ändern sich die Widerstände im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten 3 und die Kondensatoren im wesentlichen nach einer geometrischen Reihe mit einem gemeinsamen Quotienten 4. Die vorerwähnten Werte für die Schaltungskomponenten erbringen «ine Gesamtüberschlagspannung der Funkenstreckenanordnung von etwa 7,7 kV.
Bei der Schaltung nach F i g. 3 mit den vorerwähnten numerischen Widerstands- und Kapazitätswerten führt S1 einen Strom in der Größenordnung
von 75 Milliampere zu der Zeit, wenn G1 überschlägt. Bei diesem Stromniveau arbeitet diese als sehr wirksamer
Vorionisierer, so daß der Überschlag von G1 sehr stabil ist. Die verbleibenden Ionisierer/! bis /4
werden nacheinander herangezogen, um auf einen sehr steilen Spannungsanstieg nach Überschlagen von
G1 zu arbeiten, und diese sind daher ebenfalls sehr leistungsfähig. Infolge dieser wirksamen Vorionisierung
und der genauen Überspannung an den Funkenstrecken G2 bis G5 erfolgt der kaskadenförmig abas
laufende Überschlag mit vernachlässigbarer ' Zeitverzögerung. Der Überschlag erfolgt bei dieser Funkenstreckenanordnung
über ein sehr enges Band für zugeführte Wellen, die das Überschlagniveau zu irgendeiner
Zeit zwischen einigen Zehnteln einer Mikro-Sekunde bis zu verschiedenen tausend Mikrosekunden
erreichen. Während bei F i g. 2 ein niedrigeres Überschlagniveau als bei F i g. 3 erreicht werden kann,
besitzt letztere den Vorteil, daß sie einfacher ist, weniger Bauteile benötigt und daß ihr Leistungsverlust
in ihren Widerständen niedriger ist, so daß mit dieser eine größere Zuverlässigkeit im Betrieb erreicht
werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Funkenstreckeneinheit zur Überbrückung eines Ventilwiderstandes in einem Überspannungsableiter,
mit mindestens zwei Hauptfunkenstrecken, die miteinander sowie mit einer zwischen
sie geschalteten und mit einer im wesentlichen die gleiche Durchbruchsspannung wie die Hauptfunkenstrecken
aufweisenden weiteren Funkenstrecke überbrückten Magnetspule in Reihe ge- ίο
schaltet sind, dadurchgekennzeichnet, daß alle Funkenstrecken mit einer ein Impedanznetzwerk
mit mindestens einer Parallelkapazität enthaltenden Zündschaltung verbunden sind, die
die Funkenstrecken bei einer. an der Funken-Streckeneinheit liegenden Spannung, die zwischen
der Durchbruchsspannung einer einzigen Funkenstrecke und der Summe der Durchbruchsspannüngen
aller Funkenstrecken liegt, der Reihe nach so zündet, daß mindestens eine der Hauptfunkenstrecken
(C1 bis G4) vor der der Magnetspule (8)
parallelgeschalteten Funkenstrecke (C5) kommt.
2. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung mindestens
einen Kondensator (C1) zur Kompensation der Zündverzögerung der als erste zündenden
Hauptfunkenstrecke (G1) bei steilen Spannungssprüngen
enthält.
3. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Hauptfunkenstrecke (G1 bis C4) eine eigene Vorionisierungs-Funkenstrecke
(S1 bis S4) vorgesehen ist.
4. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 1 oder 2 mit vier zwischen zwei Endklemmen in Reihe
geschalteten, im wesentlichen die gleichen Durchbruchsspannungen aufweisenden Hauptfunkenstrecken,
von denen je zwei vor und zwei hinter der die Lichtbogen in allen Funkenstrecken antreibenden
Spule geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Hauptfunkenstrecke (C1
bis C4) jeweils eine eigene Vorionisierungs-Funkenstrecke
(S1 bis S4) vorgesehen ist; daß die Vorionisierungs-Funkenstrecken
eine niedrigere Durchbruchsspannung haben als die Hauptfunkenstrecken und in Reihe zwischen die Endklemmen
(6,7) geschaltet sind; daß ein erster Widerstand (R1)
in Reihe zwischen die ersten beiden Vorionisierungs-Funkenstrecken
(S1 und S2), ein zweiter Widerstand (R2) in Reihe zwischen die zweite und
dritte Vorionisierungs-Funkenstrecke (S2 und S3), so
ein dritter Widerstand (R3) parallel zu der ersten
Vorionisierungs-Funkenstrecke (S1) und dem ersten Widerstand (A1), ein vierter Widerstand (R1) parallel
zur vierten Vorionisierungs-Funkenstrecke, ein fünfter Widerstand (Rs) zwischen die Verbindungssteile
der dritten und vierten Hauptfunkenstrecke (C3 und C4) und die Verbindungsstelle
der dritten und vierten Vorionisierungs-Funkenstrecke (S3 und S4), ein sechster Widerstand
(R6) zwischen die Verbindung der dritten Hauptfunkenstrecke (G3) und der Magnetspule (8)
und die Verbindung des zweiten Widerstandes (R3)
undderdritten Vorionisierungs-Funkenstrecke (S3),
ein siebter Widerstand (A7) zwischen die Verbindung
der ersten und zweiten Hauptfunkenstrecke (C1 und C2) und die Verbindung des ersten
Widerstandes (A1) und der zweiten Vorionisierungs-Funkenstrecke
(S2), ein Kondensator C1) parallel zum zweiten Widerstand (R2) und ein
zweiter Kondensator (C2) parallel zur Spule (8) geschaltet sind, wobei der erste, dritte und vierte
Widerstand (R1, R3, R4) im wesentlichen gleiche
Widerstandswerte haben, der fünfte, sechste und siebte Widerstand (R5, R6, R7) jeweils im wesentlichen
einen Widerstandswert gleich der Hälfte des Widerstandswertes des ersten Widerstandes (A1)
haben, der zweite Widerstand (A2) einen Widerstandswert
etwa gleich der Hälfte des fünften Widerstandes (R5) hat und der zweite Kondensator
(C2) eine Kapazität etwa gleich dem Vierfachen der Kapazität des ersten Kondensators (C1)
hat. -
5. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Gesamtüberschlagsspannung der Funkenstreckeneinheit
von 7,7 kV die Hauptfunkenstrecken (G1 bis G4)
und die weitere Funkenstrecke (C5) einen Mindestelektrodenabstand
von etwa 1,03 mm und eine Durchschlagsspannung von etwa 5,25 kV haben; daß die Vorionisierungs-Funkenstrecken (S1 bis S4)
einen Mindestelektrodenabstand von etwa 0,28 bis 0,51 mm und eine Durchschlagsspannung von etwa
2 oder 3 kV haben; daß der erste Widerstand (R1)
etwa 10 000 Ohm, der zweite Widerstand (Zi2) etwa
2200 Ohm, der fünfte Widerstand (R5) etwa 5600 Ohm, der erste Kondensator (C1) etwa 20OpF
und der zweite Kondensator (C2) etwa 75OpF groß sind.
6. Funkenstreckeneinheit nach Anspruch 1, bei welcher die Spule elektrisch und räumlich in der
Mitte zwischen den vier Hauptfunkenstrecken liegt, die im wesentlichen den gleichen Elektrodenabstand
haben, wie die weitere Funkenstrecke und wie diese als Hörnerfunkenstrecken ausgebildet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung vier Widerstände (R1 bis R4) enthält,.
deren Widerstandswerte eine geometrische Reihe mit einem Faktor von etwa 3 bilden, daß einer
an einem Ende der Reihenschaltung aus den Funkenstrecken liegenden ersten· Hauptfunkenstrecke
(G1) der den höchsten Widerstandswert aufweisende
Widerstand (R1) in Reihe mit einer Hilfsfunkenstrecke (S1), die zur Vorionisierung der
ersten Hauptfunkenstrecke (G1) dient und eine wesentlich kleinere Durchbruchsspannung aufweist
als diese, parallel geschaltet ist; daß die anderen Widerstände (R2 bis R4) in Reihenfolge
abnehmender Widerstandswerte den auf die erste Hauptfunkenstrecke (G1) folgenden drei Hauptfunkenstrecken
(G2 bis G4) parallel geschaltet sind;
daß den folgenden drei Hauptfunkenstrecken (G2
bis G4) jeweils eine Korona-Vorionisierungseinrichtung
(I1 bis 'J3) zugeordnet und parallel geschaltet
ist, daß der Magnetspule (8) ein den größten Kapazitätswert aufweisender Kondensator
(C3) von drei Kondensatoren (C3, C2, C1)
parallel geschaltet ist, deren Kapazitätswerte gemäß einer geometrischen Reihe mit einem Faktor von
etwa 4 abnehmen; daß der Kondensator(C2) mit
dem zweitgrößten Kapazitätswert dem Widerstand (A4) mit dem kleinsten Widerstandswert
parallel geschaltet ist und daß der Kondensator^^
mit dem kleinsten Kapazitätswert dem Widerstand (A3) mit dem zweitkleinsten Widerstandswert
parallel geschaltet ist (F i g. 3).
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US44168265 | 1965-03-22 | ||
US441682A US3348100A (en) | 1965-03-22 | 1965-03-22 | Sparkover control circuit for lightning arrester shunt gap unit |
DEG0046336 | 1966-03-18 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1538509A1 DE1538509A1 (de) | 1970-02-19 |
DE1538509B2 DE1538509B2 (de) | 1972-12-21 |
DE1538509C true DE1538509C (de) | 1973-07-26 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69019167T2 (de) | Überspannungsschutz für reihenkondensatorvorrichtung. | |
DE2902006C2 (de) | ||
DE1588607A1 (de) | Funkenstrecken- und Entladungssteueranordnung | |
DE3705165C2 (de) | ||
DE1513155C3 (de) | UEberspannungsableiter | |
DE1808374C3 (de) | Vielfachfunkenstreckenanordnung | |
DE1803162B2 (de) | Überspannungsableiter | |
EP1381127B1 (de) | Blitzstromtragfähige Funkenstrecke | |
DE3029303C2 (de) | Blitzschutz | |
DE1902214A1 (de) | Anordnung zum Schutz gegen UEberspannungen | |
EP1353422B1 (de) | Funkenstrecke | |
DE1538509C (de) | Funkenstreckeneinheit zur Über bruckung eines Ventilwiderstandes in einem Uberspannungsleiter | |
DE1922814A1 (de) | Funkenstreckenanordnung fuer UEberschlagssicherung | |
DE2008219A1 (de) | überspannungsableiter | |
EP1077519B1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Überspannungsschutzeinrichtung sowie Überspannungsschutzeinrichtung mit mindestens einem Grobschutz- und einem Feinschutzelement | |
DE1588233A1 (de) | UEberspannungsableiter | |
DE19952004A1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Überspannungsschutzeinrichtung sowie Überspannungsschutzeinrichtung mit mindestens einem Grobschutz- und einem Feinschutzelement | |
DE1538509B2 (de) | Funkenstreckeneinheit zur ueberbrueckung eines ventilwiderstandes in einem ueberspannungsleiter | |
DE2552627A1 (de) | Vorrichtung zum zuenden von blitzentladungsroehren | |
DE1613810A1 (de) | Mehrstufen-Hochspannungsimpulsgenerator | |
DE1944437A1 (de) | Spannungsstoss-Ableiter | |
DE476407C (de) | UEberspannungsableiter mit kuenstlicher Ionisation durch eine Hilfsfunkenstrecke | |
DE2419731C3 (de) | Funkenstreckenanordnung ffir einen Überspannungsableiter | |
DE1588238C3 (de) | Überspannungsschutzvorrichtung | |
DE2005988B2 (de) | Überspannungsableiter |