DE854822C - Selbstloeschende Schutzfunkenstrecke - Google Patents

Description

• Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke Zum Schutz von Wicklungen, beispielsweise der Hochspannungswicklungen von Transformatoren oder elektrischen Maschinen, gegen die Einwirkung von überspannungen kann man je eine Funkenstrecke (sog. Parallelfunkenstrecke) verwenden, die zwischen die Zuleitungen des zu schützenden Aniageteiles im Dreieck oder zwischen die Leiter und Erde in Stern geschaltet wird. Diese Funkenstrecken haben die Aufgabe, die Höhe der in die Wicklung einziehenden Überspannungen auf unschädliche Werte zu begrenzen.
• Um bei einem Ansprechen der Funkenstrecke einen Kurzschluß der Stromquelle zu vermeiden, der von dem zugehörigen Leistungsschalter unterbrochen werden müßte und zu einer Unterbrechung der Energielieferung führen würde, ist es zweckmäßig, eine selbstlöschende Schutzfunkenstrecke zu verwenden, also eine Funkenstrecke, ,die imstande ist, den einem Ausgleichsvorgang nachfolgenden Betriebswechselstrom selbsttätig zu unterbrechen. Derartige selbstlöschende Schutzfunkenstrecken sind beispielsweise in den Löschrohrableitern bekannt. Diesebestehen aus,der Hintereinanderschaltung einer Trennfunkenstrecke in Luft und einer Schaltfunkenstrecke, die von einem Rohr aus gasabgebendem Isolierstoff umhüllt ist. Die Schaltfunkenstrecke wird durch das Löschrohr mit der von dem einen Ende des Rohres in dieses hineinragenden Stabefektrode und der am Ende des Rohres angeordneten Auspuffelektrode gebildet. Die Trennfunkenstrecke hat die Aufgabe, das Löschrohr im störungsfreien Betrieb gegen die Betriebsspannung zu isolieren. Die Schaltfunkenstrecke muß so lang gewählt werden, daß sie auch unter ungünstigen Umständen noch eine sichere Löschung des Lichtbogens des nachfolgenden Betriebswechselstromes bewirkt. Wie die Praxis gezeigt hat, ergibt sich hierdurch leider eine sehr unempfindliche Einstellung der Ansprechspannung der Hintereinanderschaltung von Trennfunkenstrecke und Schaltfunkenstrecke. Zum Schutz von Anlageteilen mit Wicklungen, deren Prüfspannungen in der Größenordnung -des Doppelten der Nennspannung liegen, sind dagegen insbesondere mit Rücksicht auf das verringerte Isoliervermögen gealterter Wicklungen erheblich niedrige Ansprechspannungen erwünscht.
• Gegenstand der Erfindung ist eine selbstlöschende Schutzfunkenstrecke, die eine entsprechend tief liegende Ansprechspannung aufweist. Gemäß der Erfindung besteht die in Reihe mit einer Trepnfunkenstrecke liegende Schaltfunkenstrecke aus einem mit einer leitenden Flüssigkeit gefüllten Isolierrohr mit einer oberen und einer unteren Elektrode. Die Flüssigkeit.dient hierbei gleichzeitig als Vorwiderstand, die den Höchstwert des auftretenden Kurzschlußstromes auf einen angemessenen Wert begrenzt. Die z. B. aus Wasser mit oder ohne Zusätze bestehende Flüssigkeitssäule im Löschrohr wird so lang gewählt"daß eine. ausreichend sichere Löschung des nach dein Verdampfen des Wassers auftretenden Lichtbogens zustande kommt. Die Ansprechspannung,dieser Anordnung wird dabei im wesentlichen allein von der Durchschlagsspannung der Trennfunkenstrecke bestimmt.
• Wird die Trennfunkenstrecke durchschlagen, so fließt ein Strom durch die Flüssigkeit. Diese wird schnell erwärmt, wodurch ihr Widerstand sinkt und der Strom entsprechend steigt. Durch die starke Erwärmung wird die Flüssigkeit, z. B. das Wasser, schließlich in Dampf verwandelt .und bei .dem plötzlich erfolgenden Ausströmen des Dampfes wird der Lichtbogenpfad im Nulldurchgang des Stromes so stark entionisiert, daß ein Neuzünden des Lichtbogens nicht .stattfinden kann. Die überspannungsenergie wird hierbei durch Dämpfung in dem eingeschalteten Wirkwiderstand der Schaltfunkenstrecke in Wärme umgesetzt. Der Ansprech- und Unterbrechungsvorgang spielt sich dabei in einer oder mehreren Halbwellender Betriebsspannung ab.
• Die Anordnung nach der Erfindung unterscheidet sich somit grundsätzlich von den üblichen Flüssigkeitswiderständen. Bei diesen wird die Bemessung so getroffen, daß kein Verdampfen der Flüssigkeit stattfindet. Dagegen ist es für die Erfindung wesentlich, daß das mit einer Flüssigkeit gefüllte Rohr zunächst nur als Vorwiderstand, kurze Zeit später aber als Schaltfunkenstrecke mit hohem Isoliervermögen wirkt und durch das stoßartige Herausschleudern der verdampften Flüssigkeit eine sichere Löschung des Lichtbogens bewirkt.
• Um den Gefrierpunkt der Flüssigkeit herabzusetzen, kann man dieser Glycerin, Glykol oder eine ähnlich wirkende Verbindung zusetzen, wie sie z. B. im Expansionsschalter verwendet wird. Das hat den weiteren Vorteil, daß bei niedrigen Teniperaturen,.bei denen ein Gefrieren der Flüssigkeit stattfinden würde, keine Sprengwirkung durch Molekularkräfte auftreten kann.
• Die Leitfähigkeit der Flüssigkeit kann durch Beigabe von elektrolytisch leitenden Stoffen, wie Salzen, Säuren oder Basen, auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
• Nach jedem Ansprechen des Löschrohres kann nach Öffnen eines in Reihe mit der Schutzfunkenstrecke liegenden Trennschalters das Rohr erneut von Hand mit Flüssigkeit gefüllt werden. ;:Ulan kann aber auch eine selbsttätige N achfülleinrichtung vorsehen, welche eine laufende Überwachung der Schutzfunkenstrecke entbehrlich macht.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• In Fig. i ist mit i das Isolierrohr bezeichnet, das mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllt ist. Das Rohr besitzt eine untere Elektrode 3, die als Boden dient und geerdet ist. Außerdem hat das Rohr i eine obere Elektrode 4, der in einer gewissen Entfernung eine Elektrode 2 gegenübersteht, die über den Trenner 5 mit der Klemme des zu schützenden Anlageteiles verbunden ist. Diese Elektrode :2 bildet mit der Elektrode 4 am oberen Ende der Flüssigkeitssäule die Trennfunkenstrecke, während das zunächst noch die Flüssigkeit enthaltende Isolierrohr im weiteren Verlauf zur Schaltfunkenstrecke wird.
• Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Rohr i über eine am Boden 3 angeschlossene Rohrleitung F mit einem Gefäß io verbunden, in welches ein gesehlossener Vorratsbehälter 8 .mit seinem unten offenen Rohr eintaucht. Durch diese Anordnung wird erreicht, .daß die Flüssigkeit in dem Löschrohr nach dem Verdampfen der dort enthaltenen Flüssigkeit alsbald wieder auf den vorherigen Stand nachgefüllt wird. Man wird die Rohrleitung ö zweckmäßig mit kleinem Querschnitt ausführen, um zu vermeiden, daß beim stoßartigen Ausströmen der Gase die Flüssigkeit im Gefäß io durch den Druck beeinflußt wird. Vorteilhafterweise wird man noch ein Rückschlagventil in diese Rohrleitung 6 einbauen, das in Fig. 2 als Kugel 7 schematisch dargestellt ist.
• Um zu vermeiden, daß der zu schützende Anlageteil nach Ansprechen der Schutzfunkenstrecke so lange ohne Überspannungsschutz ist, bis daE Rohr wieder frisch nachgefüllt und verwendungsbereit gemacht ist, kann man zwei oder mehrere derartige selbstlöschende Schutzfunkenstrecken parallel schalten, deren Ansprechspannungen gegeneinander gestaffelt sind.
• Die selbstlöschenden Schutzfunkenstrecken können zwischen Leiter und Erde, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, oder auch bei isolierter Aufstellung des Isolierrohres zwischen die Leiter geschaltet werden.
• Es besteht bei der Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung die Möglichkeit, die Ansprechspannung bis herab zu Werten des ungefähr i,4fachen der Nennspannung der zu schützenden Anlageteile einzustellen, so daß sich die Schutzfunkenstrecke

  gemäß der Erfindung mit Vorteil zum Schutz von

  @\'icklungen von Hochspannungsmotoren oder

  -generatoren anwenden läßt.

  Es ist zn-eckmäßig, wie in Fig. 3 dargestellt, die

  Trennfunkenstrecke in einer getrennten isolieren-

  den Umhüllung i i unterzubringen, um die kleine

  Schlagweite zwischen ihren Elektroden gegen den

  Zutritt von Freincll;örperii, wie Staub, Feuchtigkeit

  und Insekten, zu schützen.

  Dies ist besonders dann zu empfehlen, wenn man

  für die Elektroden der Trennfunkenstrecke Kugeln

  oder Kugelkalotten verwendet, um ihren Entlade-

  verzug möglichst klein zu machen. Dabei können

  diese Kugelelektroden 12, 13 in bekannter Weise

  geteilt und die leiden Elektrodenteile durch einen

  Wirkwiderstand von hohem Wert überbrückt wer-

  den. um da: Ansprechen bei Auftreffen von Wellen

  mit steiler Front zu erleichtern.

  Um die unvermeidlichen Ausscheidungen von

  Kesselstein bzw. von Salzkristallen durch Verdun-

  sten der Flüssigkeit zu vermeiden, kann man das

  mit `Flüssigkeit gefüllte Rohr am oberen Ende mit

  einer dünnen Blechkapsel oder Membran luftdicht

  verschließen. Man muß dann nach jedem An-

  sprechen den Trenner ; öffnen und diese Blechkapsel

  erneuern bzw. ein neues Ersatzrohr einsetzen.

  Um zu verhindern, daß die beim Ansprechen aus-

  puffenden Dämpfe und Schaltgase spannungfüh-

  rende Leiter treffen und dadurch Kurz- oder Erd-

  schlüsse einleiten, kann man die konstruktive An-

  ordnun - so treffen. claß diese Dämpfe oder Gase in

  einer Richtung abgelenkt werden, in der sie keinen

  Schaden anrichten können. Zugleich kann diese

  Einrichtung auch schalldämpfend ausgeführt wer-

  den.

  I? in Ausführungsbeispiel ist in der Fig.4 dar-

  gestellt. So"veit die Teile finit denen der Fig. i oder 2

  übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen

  gewählt. Mit r ist wieder das Isolierrohr bezeich-

  net, das mit einer unteren geerdeten Elektrode 3

  versehen ist, an die sich eine Rohrleitung 6 zu einem

  Gefäß io anschließt. In diesem Gefäß sitzt ein

  Schwimmer 14, der. sobald der Flüssigkeitsstand

  in dem Gefäß unter einen bestimmten Wert sink".,

  den Hahn r; einer Zuflußleitun g 16 öffnet. An die

  obere Elektrode-[ schließt sich eine hohlkugelför-

  mige Schutzhaube 17 an, die Auspufföffnungen i8

  besitzt, die teilweise durch eine Wand i9 so ab-

  gedeckt sind. daß die emporgeworfene Flüssigkeit

  nicht nach aiil.ieii herausgestoßen wird. Durch eine

  Verbindung zwischen dem unteren Teil der Kugel-

  haube und dem Isolierrohr wird die Flüssigkeit

  wieder in dieses zurückgeführt. Die Kugelhaube

  besitzt im Innern einen Vorsprung 20, welcher der

  Elektrode 4 gegenübersteht und dazu dient, daß die

  ausgestoßene Flüssigkeit den in der Figur durch

  Pfeile angedeuteten Weg nimmt. Die Schutzhaube 17

  bildet mit der Elektrode 2 die Trennfunkenstrecke.

  Die Auspufföffnungen 18 werden so gerichtet, daß

  die austretenden Dämpfe und Schaltgase in eine

  Richtung abgelenkt werden, in Gier sie keinen Scha-

  den anrichten können. Die Metallkugel 17 dient

  gleichzeitig als Schalldämpfer.

  Gegenüber den Löschrohrableitern besitzt die Anordnung nach der Erfindung noch den Vorteil, daß nicht nur ein durch den Widerstand des räumlich eingeengten Lichtbogens gedämpfter Kurzschlußstrom auftritt, sondern darüber hinaus durch den Flüssigkeitswiderstand ein erheblicher Energielretrag in Wärme umgesetzt wird und dadurch die den Ausgleichsvorgang begleitenden Schwingungen kräftig gedämpft werden.
• Um bei sehr schnellem Spannungsanstieg der l`berspannung einen zu großen Spannungsabfall am Flüssigkeitswiderstand zu vermeiden und die Ansprechempfindlichkeit der Schutzfunkenstrecke aufrechtzuerhalten, kann es zweckmäßig sein, der Flüssigkeitssäule einen Kondensator parallel zu schalten. Das gleiche Ziel kann auch durch einen dünnen Schmelzleiter 9, .der in Fig. 2 punktiert eingezeichnet ist, erreicht werden, der zwischen den Elektroden 2 und :4 des Isolierrohres ausgespannt wird und für eine von der Frequenz unabhängige Ansprechspannung,der Einrichtung sorgt, ohne daß die geringen beim Durchbrennen gebildeten Metalldämpfe die Löschwirkung der Schaltfunkenstrecke nennenswert beeinflussen. Der Schmelzleiter wird so gewählt, daß er mit der Schaltflüssigkeit und den Elektroden kein Element bildet.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke, die aus einer Trenn- und einer Schaltfunkenstrecke besteht. insbesondere zum Schutz von Wicklungen von Maschinen gegen Überspannungen, dadurch gekennzeichnet, .daß als Schaltfunkenstrecke ein mit einer leitenden Flüssigkeit gefülltes Isolierrohr mit einer oberen und einer unteren Elektrode dient.
2. 2. Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei derartige Schutzfunkenstrecken parallel geschaltet sind, deren Ansprechspannungen gegeneinander gestaffelt sind.
3. 3. Sell)stlöschende Schutzfunkenstrecke nach Anspruch ,1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr über eine Rohrleiturng von kleinem Durchmesser mit einer selbsttätigen Nachfülleinrichtung verbunden ist.
4. 4. Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rohrleitung ein Rückschlagventil eingebaut ist. .
5. Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Flüssigkeitssäule einiKondensator geschaltet ist.
6. 6. Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke nach .Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daßparallel zur Flüssigkeitssäule im Löschrohr ein dünner Schmelzleiter liegt, der jedoch mit den Elektroden der Schaltfunkenstrecke und der Schaltflüssigkeit kein Element bildet.
7. 7. Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke nach ,Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode eine solche Ausbildung besitzt, daß sie die Dämpfe und Schaltgase in unschädlicher Weise entweichen lüßt. B.
8. Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode mit einer schalldämpfenden Einrichtung versehen ist.
9. 9. Selbstlögchende Schutzfunkenstrecke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode mit einer metallischen Hohlkugel verbunden ist, deren Ausströmöffnungen durch Wände teilweise abgedeckt sind. io. Selbstlöschende Schutzfunkenstrecke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfunkenstrecke gegen Zutritt von Fremdkörpern durch ein besonderes Isoliergehäuse geschützt ist. i i. Selbstlöschende Schutzfunkenstreckenach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfunkenstrecke mit Einrichtungen zum Herabsetzen des Entladevorganges, z. B. durch Anwendung von Kugelelektroden und widerstandsgesteuerten geteilten Elektroden, versehen ist.