DE1944817C3 - - Google Patents

Description

»5 Widerstände ist deswegen erwünscht, damit keine den

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter Lichtbogen streckenden magnetischen Felder aufge-

mit einer strombegrenzenden, in Reihe zu einem Ventil- baut werden.

widerstand geschalteten Funkenstrecke, die zusammen Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Überspannungsentladungsschaltung darstellen, einen Überspannungsableiter zu schaffen, bei dem die mit einem zusätzlichen in Reihe zu der Entladungs- 30 durch einen Ableiter mit strombegrenzender Funkenschaltung geschalteten Ventilwiderstand und mit einer strecke erzeugten Spannungsstöße reduziert werden,
parallel zu dem zusätzlichen Ventilwiderstand ge- Ertindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem schalteten Spule. Überspannungsableiter der eingangs beschriebenen Blitzableiter sind eine Abart der Übsrspannungs- Art dadurch gelöst, daß die Induktivität der Spule bei ableiter, die besonders zum Ableiten von Blitzspannun- 35 Frequenzen, die der Vorderflanke einer Überspangen geeignet sind. Bei sogenannten Höchstspannungs- nungsstoßwelle entsprechen, einen wesentlich größeren netzen jedoch erfordern die auftretenden Schalt-Über- Widerstandswert und bei Frequenzen, die dem Hauptspannungen eine ebenso hohe, wenn nicht sogar höhere teil der Überspannungsstoßwelle entsprechen, einen Schutzwirkung der Ableiter als bei Blitz-Überspannun- wesentlich niedrigeren Widerstandswert als der zügen. Daher ist der hier verwendete Ausdruck »Blitz- 40 sätzliche Ventilwiderstand derart aufweis*, daß der ableiter« nicht avf eine Vorrichtung zum Schutz gegen Hauptteil der Überspannungsstoßwelle über die InBlitz-Überspannungen beschränkt, sondern wird prak- duktivität der Spule und nur zu Beginn einer Übertisch gleichbedeutend mit dem allgemeinen Ausdruck spannungswetle diese über den zusätzlichen Ventil- »Überspannungsableiter« verwendet. Der Einfachheit widerstand ableitbar ist.

halber werden daher im folgenden lediglich die Aus- 45 An Hand der in der Zeichnung dargestellten, bei

drücke »Ableiter« bzw. »Ventilabieiter« verwendet. spielsweisen Ausführungsform wird die Erfindung im

Bei einem Veniilablciter liegt im allgemeinen wenig- folgenden näher erläutert.

stens ein Venlilwiderstand in Reihe mit mindestens F i g. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines

einer Funkenstrecke. Hierbei weist ein Ventilwider- eriindungsgemäßen Ableiters.

stand eine negative Widerstands-Strom-Kennlinie auf, 50 F i g. 2 zeigt zur Erläuterung der Arbeitsweise eine

die ihm eine nichtlineare Spannungs-Strom-Kcnnlinie Anzahl von Ableiterspannungs-Zeit-Kennlinien und

verleiht. Eine strombegrenzende Funkenstrecke ist Ableiterstrom-Zeit-Kennlinien.

eine Funkenstrecke, deren Spannung nach dem Über- In F i g. 1 ist ein Teil eines Gleichstrom-Hochschlag steigt und einen Wert erreicht, der der Über- spannungsnetz.es gezeigt, der einen Umformer 1 entschlagsspannung fast vergleichbar ist. Dieser Wert 55 hält, der entweder aus einem Gleichrichter oder einem wird in einer Zeit erreicht, die im Vergleich zur Halb- Wechselrichter bestehen kann, dessen WechselstromwertzeiteinernormalenSpannungswelle,beispielsweise seite an ein Netz mit einer üblichen Frequenz und eines Blitzes, lang, jedoch im Vergleich zur Halbwert- dessen Gleichstromseite an eine Gleichstrom-Hochzeit einer normalen Schalt-Überspannung kurz ist. spannungsübertragungsleitung 2 angeschlossen ist. Der Normalerweise sollte daher bei strombegrenzenden 60 Umformer enthält, wie üblich, eine Anzahl von Ionen-Funkenstrecken ein geringerer Ventilwiderstand ver- röhren und einen oder mehrere Transformatoren mit wendet werden als bei herkömmlichen oder nicht einem effektiven Reiheu-Blindwiderstand, der durch strombegrenzenden Funkenstrecken, um die Ableiter- die Spule 3 dargestellt ist. Die Leitung 2 enthält ferner spannung während der Entladung, die sich aus der eine Rcihen-Glättungsdrossel 4 und eine Parallel-Ventil- und Funkenstreckenspannung zusammensetzt, 65 Dämpfungsschaltung mit einem Widerstand 5 und zu begrenzen. Infolge dieses niedrigeren Ventilwider- einem Kondensator 6. Zum Schutz der Umformerstandes erzeugen strombegrenzende Ableiter jedoch in röhren und -transformatoren ist an der Gleichstrommanchen Anwendungsfällen im Moment des Über- Seite des Umformers ein Ableiter 7 angeschlossen.

3 4

Der Ableiter 7 enthält Parallelzweig; A und B und Schlagspannung der strornbegrenzenden Funkeneinen gemeinsamen ZweigC. Die Zweiget und B strecke8 im ZweigB übeisteigt und nunmehr diese enthalten je eine Einheit 8 mit einer strombegrenzen- anspricht, so daß der Zweig B den Ableiterstrom den Funkenstrecke und einen dazu in Reihe liegenden übernimmt (Kurve B nach der Zeit T₄).
Ventilwiderstand 9, während der gemeinsame Zweig C 5 Eine wichtige Nebenwirkung der Spule 12 ist an den einen gemeinsamen Ventilwiderstand 10, einen zusatz- rechten Enden der Kurven V ar und Var zwischen liehen V?ntilwiderstand 51 und eine parallel zum zu- den Zeiten T₁ und T₂ veranschaulicht. In diesem Besätzlichen VentUwiderstand 11 liegende Induktivität, reich nimmt der Strom im Zweigt ab, da sich an die durch die Spule 12 dargestellt ist, enthält. Damit der strombegrenzenden Funkenstrecke 8 im Zweig Λ am Ableiter 7 keine zu niedrige Spannung oder zu io eine Spannung aufbaut. Die Spule 12 neigt dazu, den große Stoßsp.innungsverminderung auftritt, wenn eine gleichen Strom aufrechtzuerhalten, so daß sich die der Funkenstrecken 8 überschlägt, ist es notwendig, Richtung des Stromes im zusätzlichen Ventilwidereinen großen Ventilwiderstand zu verwenden. Dies ist stand umkehrt und die gesamte Ableiterspannung in insbesondere in der in F i g. 1 dargestellten Schaltung diesem Bereich absinkt. Daher wirkt sich die Kombider Fall, wo der Ableiter auf beiden Seiten an die 15 nation des zusätzlichen Ventilwiderstandes 11 und der Induktivitäten 3 und 4 angeschlossen ist, so daß die Spule 12 derart aus, daß die gesamte Ableiterspannung einzige unmittelbare Quelle für den Ableiterstrom V'_AR nicht so stark wie unmittelbar nach dem Übernach dem Überschlag aus dem Kondensator 6 der schlag absinkt und nicht so hoch wie unmittelbar vor Dämpfungsschaltung besteht und der Strom durch der Löschung im Zweig A ansteigt, was der Fall wäre, den Widerstands begrenzt wird. Daher muß ein un- 20 wenn diese Elemente nicht vorhanden wären. Nunmehr gewöhnlich hoher Ventilwiderstand verwendet werden, wiederholt sich der obige Zyklus bis zur Zeit T₅, wenn um wegen des unmittelbar nach dem Überschlag auf- der Abieiter löscht. Die obigen Darlegungen beschrcitretenden abnorm niedrigen Entladungsstromes die ben die Arbeitsweise des Abieiters bei Spannungs-Ableiterspannung aufrechtzuerhalten. entladungen, die entweder von der Wechselstrom- oder

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ableiters as der Gleichstromseite ausgehen, wobei die auftretenden

wird nunmehr an Hand Fig. 2a und 2b erläutert, Überströme im allgemeinen von langer Dauer sind

in denen die Ableiterspannung bzw der Ablenerstrom und in ihrer Höhe durch die Blindwiderstände des

über der Zeit (gleicher Zeitmaßstab) aufgetragen sind. Systems und die Spulen 3 und 4 begrenzt werden. In

In F i g. 2a stellt die Kurve 13 einen Überspannungs- gewissen Anwendungsfällen jedoch kann es vorkom-

verlauf dar und zeigt eine mit der Zeit stufenweise 30 men, daß der Ableiter durch andere Überspannungen

ansteigende Ableiterspannung. Zur Zeit 7", erreicht beansprucht wird, beispielsweise durch eine Blitz-

die Ablciterspannung die Überschlagspannung einer entladung an den Klemmen des Umwandlers. Bei

de» Funkenstrecken 8. Da es praktisch unmöglich ist. derartigen Überspannungen kann der auftretende

zwei Funkenstrecken mit identischer Überschlags- Strom größer sein als der bei inneren Überspannungen

spannung auszuführen, ist die Überschlagspannung 35 auftretende Strom. Auf Grund des bei so hohen

der einen Funkenstrecke 8 zwangläufig niedriger als Strömen auftretenden Spannungsabfalles am z.usätz-

die der anderen. Angenommen, die Funkenstrecke 8 liehen Ventilwiderstand 11 kann die gesamte Ableiter-

im Zweig/1 habe die niedrigere Überschlagsspannung, spannung den gewünschten Schulzpegel überschreiten,

so schlägt diese über, und der Entladungsstrom be- auch bevor die strombegren/cnden 1 unkenstrecken

ginnt durch den Zweig A und den gemeinsamen 40 genügend Zeit hatten, eine Gegenspannung aufzu-

Zweig C des Ableiters zu fließen. Dieser Strom ist bauen.

durch die Kurve A in Fig. 2b dargestellt. Die ge- Wenn derart hohe Ströme im Ableiter fließen, ist strichelte Kurve V_AR in Fig. 2a zeigt den Spannungs- der zusatzliche Widerstand nicht notwendig, um die verlauf an einem Ableiter mit normal hohem Ventil- Verminderung der Stoßspannung zu begrenzen. Er widerstand, d. h. ohne den zusätzlichen Widerstand 45 ist wegen des obenerwähnten erhöhten Spannungs-11 und ohne die dazu parallele Spule 12. Der Unter- abfalles am Ableiter unerwünscht. Daher sollte, wenn schied zwischen dem Ende der Kurve 13 am Über- der Ableiter sehr hohen Strömen kurzer Dauer atisgcschlagspunkt der Funkenstrecke 8 ini Zweig A und setzt sein kann, eine Spannungs-Meßf unkenstrecke vordem Anfang der Kurve V_AR zur Zeit 7, zeigt eine be- gesehen werden, die parallel zum zusätzlichen Widcrträchtliche Verminderung der Stoßspannung. Die aus- 5° stand U und der parallelen Spule 12 liegt. Die Übergezogene Kurve V_AR stellt den Gesamt-Spannungs- Schlagspannung einer derartigen Funkenstrecke kann verlauf des in Fig. 1 gezeigten Ableiters dar, d.h. leicht so eingestellt werden, daß der zusätzliche Ventildes Ableiters mit dem zusätzlichen Ventilwiderstand widerstand während der Entladung schneller und hoher 11 und der parallelen Spule 12. Unmittelbar nach Überströme überbrückt wird und während der Fntdem beginnenden Überschlag zur Zeit T_x, wenn sich 55 ladung langsamerer begrenzter Überströme wirksam der durch den Zweig A fließende Strom schnell an- bleibt.

dert, wird infolge der Spule 12 der größte Teil des Die Verwendung derartiger paralleler Funken-Ableiterstromes durch den zusätzlichen Ventilwider- strecken zur Beseitigung des Einflusses des zusätzstand 11 geleitet, so daß die Ableiterspannung be- liehen Ventilwiderstandes während der Entladung trächtlich erhöht wird. Im Zwischenbereich des ^6o hoher Überströme ist Gegenstand der älteren deutschen Stromverlaufes im Zweig A, wo sich der Strom nicht Patentanmeldungen P 15 88 238.9-32 und P 16 38 038.-so schnell ändert wie an den Enden, wirkt die 4-32 (deutsche Offenlegungsschriften 1 588 238 und Spule 12 als Nebenschluß für den Widerstandll, 1638 038). Die Verwendung der parallelliegenden und der größte Teil des Ableiterstromes fließt durch Spule dient einem völlig anderen Zweck, indem sie die Spule. 65 den Einfluß des zusätzlichen Widerstandes durch

Zur Zeit T₂ ist die Spannung an der strombegrenzen- langsame Steuerung, unabhängig von der Größe des

den Funkenstrecke 8 auf einen so hohen Wert ange- Entladungsstrornes, beseitigt,

stiegen, daß die Spannung des Zweiges A die über- Die Erfindung wurde zwar an Hand eines Ableiters

mit sogenannter Flip-Flop-Arbeitsweise zwischen zwei parallelen Zweigen beschrieben, es soll jedoch festgestellt werden, daß die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt ist und daß einer der Zweige A oder B weggelassen werden kann, so daß der Ableiter ein herkömmlicher strombegrenzender Ableiter ist. Ihr allgemeiner Zweck liegt darin, die Fähigkeit eines Ableiters zu erhöhen, Schalt-Überspannungen abzuleiten, indem zwei oder mehrere parallele Funkenstrecken abwechselnd den Entladungsstrom führen, so daß eine Überhitzung derselben vermieden wird, die auftreten würde, wenn eine Funkenstrecke kontinuierlich und lange Zeit einen hohen Entladungsstrom führen müßte. Durch die intermittierende Arbeilsweise eines Flip-Flop-Ableiters kann jede Reihe von strombegremzenden Funkenstrecken abkühlen, während die anderen Funkenstrecken den Entladungsstrom führen. Strombegrenzende Funkenstrecken sind bekannt und beispielsweise in der USA.-Patentschrift ίο 3 ?20 482 beschrieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Schlages unerwünschte hohe Spannungsstöße. Eine

   Patentanspruch: einfache Erhöhung des Ventilwiderstands führt aber

   Überspannungsableiter mit einer strombegren- nicht in befriedigender Weise zu e.ner Vermmderung

   zenden, in Reihe zu einem Ventilwiderstand ge- dieser Stöße, da dies eme "ΨΤ*^*^™* *«

   schalteien Funkenstrecke, die zusammen eine 5 Ableiierspannung oder des Schutzpegels wahrend der

   Überspannungsenüadungsschaltung darstellen, mit Entladungszeit zur Folge hat.

   einem zusätzlichen in Reihe zu der Entladungs- Zur Lösung dieser Schwierigkeit ist bereits vorge-

   schaltung geschalteten Ventilwiderstand und mit schlagen worden, eine Zeitverzögerung^-^oder langsame

   einer parallel zu dem zusätzlichen Ventilwider- Shunteinrichtung zu verwenden. Eine derartige Shunt-

   stand geschalteten Spule, dadurch gekenn- " einrichtung enthält eine besondere Funkens recke m,t

   zeichnet, daß die Induktivität der Spule.(12) . magnetischer Ausblasung mit isolierten Hilfselektro-

   bei Frequenzen, die der Vorderflanke einer Über- den im Weg des ausgeblasenen Lichtboeens

   spannungsstoßwelle entsprechen, einen wesentlich Aus der USA-Paten schrift.3 019 367 ist weiterhin

   größeren Widerstandswert und bei Frequenzen, ein überspannungsaWeiter mit emem Widerstand und

   die dem Hauptteil der Überspannungsstoßwelle «β einer paraUel zu diesem geschalteten Spule bekannt

   entsprechen, einen wesentlich niedrigeren Wider- Hierbei ist der Wkierstandswert der bei dem bekannten

   standswert als der zusätzliche Ventilwiderstand Überspannungsableiter verwendeten Spulen und Wi-

   (11) derart aufweist, daß der Hauptteil der Über- derstände derart gewählt daß im wesentlichen der

   spannungsstoßwelle über die Induktivität der gesamte, während einer Überspannungsstoßwelle flie-

   Spule (12) und nur zu Beginn einer Überspan- *° ßende Strom über die Widerstände fließen muß, wah-

   nungsweüe diese über den zusätzlichen Ventil- rend der Folgestrom mit einer wesentlich niedrigeren

   widerstand (11) ableitbar ist. Frequenz über die Spulen fließt. Die bei dem bekannten Überspannungsableiter vorgesehene Beziehung

   zwischen den Widerstandswerten der Spule und der