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Überspannungsableiter . Die Erfindung bezieht sich auf üb:erspannungsableiter
mit einer Mehrzahl übereinander angeordneter Ableiterelemente in Gestalt von F
1 unkenstrecken und spannungsabliii an, gigen Körpern, die in :einem etwa
rohrförmigen Wetterschutzgehäuse untergebracht sind. Es wurde gefunden, daß bei
den bisher üblichen Anordnungen mit gleichmäßigen Abständen zwischen den Elektroden
der Reihenfunkenstrecken bei. Benetzung des Wetterschutzgehäuses auf der Außenseite
Veränderungen in der Wirkungsweise des Gerätes eintreten können, die unter Umständen
von Nachteil sind. Es kann sich nämlich die Feldverteilung längs der Ableitersäule
erheblich ändern, so daß in Abhängigkeit von der Witterung unerwünschte Überschläge
und Ungenauigkeiten des Ansprechens vorkommen können. Es ist bereits bekannt, die
Feldverteilung künstlich -durch besondere äußere elektrostatische Schirme zu beeinflussen
und so den gewünschten Gradienten herzustellen. Es sind auch bereits überspannungsableiter
mit einer Mehrzahl in verschiedenen Abständen übereinander angeordneter Ableiterelemente
in Gestalt von Funkenstrecken bekannt. Die Erfindung besteht darin, die Elektrodenabstände
auf Grund der eingangs geschilderten Erkenntnis derart verschieden zu wählen, daß
nachteilige Wirkungen der durch Feuchtigkeit auf der Außenfläche des wetterfesten
Gehäuses entstehenden zusätzlichen Beeinflussung der Feldverteilung tunlichst vermieden
werden.
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Iin folgenden seien die Merkmale der Er= findung an Hand der in den
Figuren gezeigten
Ausführungsbeispiele beschrieben und erläutert.
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Fig. i zeigt einen überspannungsableiter nach der Erfindung mit einem
Wetterschutzgehäuse 2 aus Porzellan, das mit einer Anzahl Schirmringen 4. versehen
ist. Es ist uni oberen Ende mit einer wasserdicht aufgekitteten Metallkappe 6 versehen.
Am unteren Ende ist eine Abschlußarmatur i o angekettet, die mit einer Sicherungsplatte
12 mit einer bei unzulässiger Erhi:zung erweichenden, die Flaue 12 freigebenden
Lö@verbindung-14 versehen ist.
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In dem Gehäuse befindet sich eine Funkenstreckenre'he 18 und ein ventilartig
wirkender, spannungsabhängiger Ableiterkörper 2o. Diese Elemente werden durch eine
Druckfeder 21 gegeneinandergepreßt. Der spannungsabhängige Teil beateht aus den
Blöcken 3o und dem Block 26. Der Raum zwischen den Blöcken 3o und dem Gehäuse ist
mit einer Wachsschicht 28 ausgefüllt. Der Block 26 ist durch eine Federplatte 24
mit den Blöcken 3o verbunden. Für die spannungsabhängigen Blöcke werden vorzugsweise
gepreßte, poröse Blöcke aus gekörntem Siliciumcarbid mit Wasserglasbindung verwendet.
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Die Elektroden der Funkenstreckenreihe sind mit 32 und 34. bezeichnet.
Sie werden durch Porzellanringe, gegebenenfalls auch noch außerdem durch Zwischenscheiben
in dem erforderlichen gegenseitigen Abstand gehalten. Die Elektroden 32 besehen
aus einfachen Metallscheiben mit einer z°ntrischen Bohrung; die Elektroden 3.1 sind
etwa trichterförmig gezogen; sie besitzen ebenfalls eine zentrische ütfnung, die
gegebenenfalls mit Einsätzen aus gepreßtem, gekörntem Siliciumcarbid versehen ist.
Die Abstände zwischen den Elektroden einer jeden Funkenstrecke, eine davon ist mit
X bezeichnet, sind nun verschieden. groß gewählt. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. i haben die oberen Funkenstrecken Abstandsringe aus Porzellan 36 von solcher
Höhe, äaß d'e Funkenstreckenlänge etwa i,65 mm beträgt. Weiter nach unten hin ändern
sich die Funkenstrekkenlängen durch Verwendung von Porzellanringen 3; - mit etwas
größerer Höhe auf i,go mm. Noch weiter unten beträgt die Länge der Funkenstrecken
2,15 mm. Hierbei kann z;ir Herstellung des Abstandes zusätzlich eine hupferne Ringscheibe
39 mit einer Stärke von o,5omm verwendet werden. Ganz unten beträgt der Abstand
X 2.,1o mm.
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Für einen Ableiter mit 4.2 kV Nennspannung wurden 14. Funkenstrecken
angewendet, deren Abstände bei der obersten i,65 mm, bei der, folgenden acht
i,go mm, bei den folgenden sechs 2. i 5 mm und bei den vier letzten 2,40 mm betrugen.
Die Art der ?1) stufung ist natürlich den jeweils herrschenden Verhältnissen anzupassen.
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Fi.g. 2 zeigt einen Ableiter als Ausführungsbeispiel, der aus zwei
Teilen zusammengesetzt ist. 5o ist das Wetterschutzgehäuse des einen Teils. Es enthält
die Funkenstreckenreihe 52 und eine weitere mit parallel geschalteten Widerständen
5.;. versehene F unkenstreck enreihe. Das Wetterschutzgehäuse des andren Teas ist
mit 56 bezeichnet. In ihm befindet sich der ventilartig wirkende Teil des Ableiters.
Auch bei diesem Ableiter sind die Elektrodenabstände verschiedenartig abgestuft.
Sie betragen beispielsweise in dem lYereich A i,go mm, in dem Bereich L'
1,65 min. in dem Bereich C 1,35 mm, in dem Bereich B. 1,5o min und in dem Bereich
E i,go mm, in dem mit Parallehviderständen versehenen Bereich F betragen die Abstände
i,65 mm.
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Der Ableitvorgang spielt sich bei derartigen Anordnungen in der üblichen
Weise ab. Beine Auftreffen einer Wanderwelle spricht die Funkenstreckenre'he an,
und der Ableiter wird leitend. Der ventilartig wirkende Teil begrenzt dabei den
Spannungsabfall auf ein geringes Maß und läßt einen starken Strom zur Erde abfließen,
bis die Überspannung im wesentlichen abge'eitet ist. Danach niinint der Widerstand
seinen ursprünglichen. hohen Wert an.
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Die günstige Wirkung der neuen Ausbildung gemäß der Erfindung kann
folgendermaßen erklärt werden: In dem unteren Teil des Porzellangehäuses befinden
sich Elemente, die auch bei normalem. trockenem Wetter bis zu einem gewissen Grade
elektrisch leitend svld. Bei der Anordnung nach Fig. i sind dies die spannungsabhängigen
Widerstandsblöcke, bei der Anordnung nach Fig. 2 die Widerstandsblöcke und die zu
einem Teil der Funkenstrecken parallel geschalteten Widerstandselemente 5.1. Diese
leitenden Teile sind mit der Erde -verbunden. Das obere Ende des Ableiters dagegen
besitzt das Potential des zu schützenden Anlagenteils. Durch kapazitive Kopplung
zwischen den leitenden Teilen des Ableiters, die sich auf Erdpotential befinden,
und der äußeren Oberfläche des Porzellangehäuses erhält die letztere ebenfalls annähernd
Erdpotential. Infolgedessen können die unteren Funkenstrecken der gesamten Funkenstreckenreihen
weniger leicht überschlagen. Wird nun die Außenfläche des Wetterschutzgehäuses befeuchtet,
so entstellt darauf ein leitender Pfad hohen Widerstandes. Der darüberfließ.ende
Verluststrom kann so grofä sein, daß er das Potential auf der Außenfläche des Gehäuses
maßgebend bestimmt: Dies sei an-Hand von Fit. 3 und rt näher
erläutert.
Fig.3 zeigt schematisch die Verteilung des elektrostatischen Feldes bei Trokkenheit
in der Umgebung eines Ableiters der in Rede stehenden Art, Fig. 4. bei Feuchtigkeit
auf der Außenfläche des Ableitergehäuses, so daß auf dieser ein die Feldverteilung
steuernder Kriechstrompfad hohen Widerstandet gebildet wird.
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In beiden Fällen befinden sich im Innern des Ableiters das Erdpotential
an der untersten Elektrode der Funkenstreckenreihe, die ja unmittelbar geerdet ist.
Auf der Außenfläche des Wetterschutzgehäuses dagegen ist zwar bei Trockenheit (Fig.
3) überhaupt kein Einfluß auf den Verlauf der Feldlinie wahrnehmbar, weil in diesem
Falle die Gehäusewandung praktisch ebenso wie die umgebende Luft als reiner Isolator
wirkt; bei Feuchtigkeit aber (Fig. q.) bewirkt der auf der schwach leitenden Auf?enfläche
des Porzellangehäuses vom Verluststrom hervorgerufene, etwa gleichmäßig über die
ganze Höhe verteilte Spannungsabfall eine ungefähr gleichmäßige Verteilung der Spannung
über die ganze -Höhe des Ableiters. Dadurch entsteht; da im Ableiterinnern die Verhältnisse
gegenüber Trokkenheit unverändert geblieben sind, an der Stelle roa eine starke
Feldlinienverdichtung.
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Befinden sich nun, wie es bisher üblich war, die Elektroden der Funkenstreckenreihe
in gleichmäßigem Abstand voneinander, so werden bei gleichmäßiger Feldverteilung
(Fig.3) alle Funkenstrecken bei einem vorbestimmten Wert der Spannung ansprechen.
Wenn aber bei . einer Feldverteilung nach Fig. q. eine oder einige Funkenstrecken
überschlagen, so erhöhen sie dadurch das Potential und den Spannungsgradienten an
den übrigen Funkenstrecken und lassen sie ebenfalls überschlagen, so daß. schließlich
die ganze Spannung an denjenigen Teilen des Ableiters liegt, die bis zu einem gewissen
Maße leitend sind, so daß sie der Gefahr der Überhitzung ausgesetzt werden. Praktisch
wählte man daher die Abstände aller Funkenstrecken gleichmäßig so, daß auch die
am stärksten. beanspruchten Funkenstrecken nicht überschlagen konnten, es sei denn,
daß die Gesamtspannung einen solchen Wert annähme, bei dem der Ableiter ohnehin
ansprechen soll.
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Durch das neue hier angegebene Verfahren der Funkenstreckenabstufung
bzw. der stellenweisen Vergrößerung der Funkenstrekkenabstände an solchen Stellen,
wo bei äußerer Feuchtigkeit erhöhte Überschlagungsmöglichkeit besteht, wird in besonders
einfacher Weise ein einwandfreies Arbeiten des Ableiters bei jeder Witterung erzielt.
Störende Verschiedenheiten der Stoßansprechspannun;g bei Trockenheit und Feuchtigkeit
lassen sich dabei ohne weiteres vermeiden. Auch braucht wegen der Änderung der Elektrodenabstände
bei geeigneter "Abstufung derselben die Höhe des Ableiters nicht verändert zu werden.
Es kann sich nämlich, wie Fig. 4. zeigt, ergeben, daß die Spannungsbeanspruchung
der mittleren Funkenstrecken bei feuchtem Wetter niedriger ist als bei trockenem
Wetter. Erfolgt #num :die Wahl der Funkenstreckenabstände für jede Funkenstrecke
entsprechend der größtmöglichen Spannungsbeanspruchung, so können beispielsweise
die Abstände für die mittleren Funkenstrecken nach den bei trockenem Wetter und
die für die unteren Funkenstrecken nach den bei feuchtem Wetter herrschenden Bedingungen
gewählt werden.
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Die Anwendbarkeit d:eser neuen Vorschläge beschränkt sich nicht auf
Bauarten, wie sie hier als Ausführungsbeispiele angegeben sind. Diese Vorschläge
stellen vielmehr auch unabhängig hiervon für Funkenstreckenreihen, die in Isoliergehäusen
untergebracht sind, . allgemein wertvolle Verbesserungen dar.