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Die Wirkungsweise von Überspannung-Schutzvorrichtungen nach Untersuchungen mit dem Kathodenoszillographen

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Arbeiten aus dem Elektrotechnischen Institut der Technischen Hochschule Aachen

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Zusammenfassung

Die langjährigen Erfahrungen in unseren Starkstromanlagen haben gezeigt, daß es trotz der Fülle von verschiedenartigen Schutzeinrichtungen noch keinen zuverlässigen Überspannungschutz gibt. Die Klärung der Schutzwertfrage der verschiedenen Schutzvorrichtungen wurde durch die Forschung frühzeitig in Angriff genommen und konnte dort bereits zu einem gewissen Abschluß gebracht werden, wo es sich bei den Überspannungserscheinungen um langsame — etwa in der Größenordnung der Betriebsfrequenz und ihrer Oberwellen — verlaufende Vorgänge handelt. Der größte Teil der Überspannungen wird jedoch durch Störungen hervorgerufen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit in den Starkstromanlagen fortpflanzen (Wanderwellen). Zur Erforschung dieser Vorgänge sind erst in den letzten Jahren zwei Hilfsmittel entwickelt worden: die Bindersche Schleifenmethode und der Kathodenoszillograph.

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Literatur

  1. E. M. K. Sommer, Arch. f. Elektrot., XVIII (1927), S. 283.

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  3. D. Gabor, El. Wirtsch. 1926, 5.307; Forschungsheft 1 der Studiengesellschaft t. Höchstspannungsanlagen, 1927, S. 62.

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  4. Siehe z. B. Abschnitt III, 2.

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  5. Rogowski -Flegler-Tamm, Arch. f. Elektrot., XVIII (1927), S. 519.

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  6. Rogowski und Flegler, Arch. f. Elektrot., XIV (1925), S. 529; XV (1925), S. 297. —Rogowski- Flegler- Tamm, Arch. f. Elektrot., XVIII (1927), S. 479.

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  7. Eine eindeutige Definition der Sprungwelle fehlt bis jetzt. So ist nach den „Leitsätzen für den Schutz elektrischer Anlagen gegen Überspannungen“ das Kennzeichen für die Sprungwelle die steile Stirn (V.D.E. Vorschriftenbuch 1926, S. 97). Eine steile Stirn besitzen aber neben der in Bild 2 gezeigten Welle noch andere Wellenformen, die sich jedoch im übrigen wesentlich von dieser unterscheiden. So weist z. B. die Rechteckwelle endlicher Länge einen zweimaligen Spannungsprung (Anfang und Ende) auf und bei der Stoßwelle (kurzzeitiger Spannungstoß) folgt auf die Stirn ebenfalls eine zweite mehr oder weniger steile Spannungsänderung. Auch die in Bild 1 gezeigte Rechteckschwingung besitzt eine steile Stirn. Es scheint jedoch im Sinne der genannten Leitsätze zu liegen, nur die in Bild 2 wiedergegebene Welle mit einmaligem Spannungsprung als Sprungwelle zu bezeichnen; denn die nach den Leitsätzen der Sprungwelle zugeschriebenen Wirkungen beziehen sich stets nur auf die Stirn, also den einmaligen Spannungsprung. Die Unterscheidung scheint besonders für die Beanspruchung von Spulen von Bedeutung (siehe Abschnitt IV)!

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  8. Bei neueren Oszillographenausführungen des Instituts wurde diese Verdrehung beseitigt. Hierüber wird später auch von anderer Seite berichtet werden. Die Auswertbarkeit der Oszillogramme wird jedoch durch diese Verdrehung nicht beeinflußt.

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  9. Bei einer Reihe von Oszillogrammen, bei denen die Versuchsleitung in etwa 2 m Abstand vom Oszillographen endete, hat sich die Verlagerung nicht gezeigt.

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  10. Dies gilt übrigens nur für den an einem praktisch offenen Leitungsende eingebauten Ableiter (s. Abschnitt V).

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  11. Siehez. B. H. Piloty, ETZ 1927, S. 1755 und 1865 bzw. Fachberichte der XXXII. Jahresversammlung des V. D. E. 1927, S. 37 u. 38.

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  12. Spannungsverlauf, wenn nichts anderes vermerkt, bei allen Oszillogrammen am Ende der Doppelleitung gemessen.

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  13. A l b e r t i und G ü n t h e r s c h u l z e, Zeitschr. f. Techn. Physik VI (1925), S. 11; ETZ 1927, S. 1272.

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  14. D. Gabor, Forschungsheft 1 der Studiengesellschaft für Höchstspannungsanlagen, S. 72.

    Google Scholar 

  15. Rogowski-Flegler-Tamm, Arch. f. Elektrot., XVIII (1927), S. 479. — R. Tamm, Arch. f. Elektrotechnik, XIX (1928), S. 235. Über den Vergleich mit anderen Messungen siehe R. Tamm a. a. O.

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  16. Bei unbelichteter Funkenstrecke kann die Verzögerung noch sehr viel größer werden.

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  17. Bei dieser Aufnahme war die Funkenstrecke mit einer Rechteckschwingung beansprucht, daher rührt die nach 4.10–7 sec erscheinende negative Spannungspitze.

    Google Scholar 

  18. Über die Bestimmung des Widerstandes aus dem Spannungsverhältnis s. weiter unten.

    Google Scholar 

  19. Die von kurzen Widerständen herrührende Verschleifung der Wellenstirn ist sehr gering.

    Google Scholar 

  20. W. Rogowski, Arch. f. Elektrot., VII (1919), S. 161.

    Google Scholar 

  21. A. a. O. — Siehe auch G e w e c k e, ETZ 1914, S. 386.

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  22. Diese Abhängigkeit liegt für Silit und Ozelit in der in Ableitern verwendbaren Form und in dem untersuchten Bereich noch über dem Durchschnitt (s. weiter unten).

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  23. Gabor, Forschungsheft 1 der Studiengeseilschaft für Höchstspannungsanlagen S. 71. Auch der von Gabor untersuchte Ozelitstab besitzt eine geringere Spannungsabhängigkeit als in Bild 14 angenommen worden ist.

    Google Scholar 

  24. Infolge der kapazitivcn Verzerrung der beiden ersten Wellen sind die daraus ermittelten Werte sehr ungenau. Sie sind zur Mittelwertbildung nicht herangezogen worden. Bei spannungsabhängigen Widerständen bezieht sich der Mittelwert auf die Schaltspannung.

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  25. Bei der benutzten Schaltanordnung war die Dämpfung verhältnismäßig stark. Wo eine genauere Auswertung erwünscht ist, kann durch Anderung der Schaltanordnung deren Eigendämpfung erheblich vermindert werden.

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  26. a Siehe auch Gewecke a. a. O.

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  27. Widerstandwerte für Gleichstrom aus Stromspannungsmessung gewonnen.

    Google Scholar 

  28. E. M. K. Sommer, Arch. f. Elektrot., XVIII (1927), S. 326. — D. Gabor, Forschungshefte der Studiengesellschaft für Höchstspannungsanlagen, Heft 1, 1927, S. 74.

    Google Scholar 

  29. Sommer findet auch bei dem Blitzventil eine mit steigender Überspannung wachsende Sperrspannung (a. a. O. S. 320). Es ist möglich, daß sich seine Ergebnisse nur auf die anfängliche Spannungspitze beziehen, die aber durch geeignete Mittel (s. Bild 28) wirkungslos gemacht werden kann. Auch daß Sommer eine Änderung der Spannungsabsenkung bei Benutzung von Vorfunkenstrecken findet, läßt darauf schließen, daß er mit der Schleifenmethode nur die erste Spannungspitze und nicht die eigentliche Sperrspannung gemessen hat. Diese kann in ihrer Höhe durch die Vorfunkenstrecke nicht beeinflußt werden. Die Messungen G a b o r s am Blitzventil lassen keine Schlüsse auf die Beziehung zwischen Sperrspannung und Überspannung zu.

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  30. Dieser Vorteil gilt natürlich nicht mehr für das mit Vorfunkenstrecke ausgerüstete Blitzventil.

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  31. Vgl. z. B. G a b o r, Forsch.-Heft S. 70.

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  32. Die Steilheit der Rechteckschwingung ist bedeutend größer als die der Sprungwelle, wenn diese durch Anfangswiderstände hervorgerufen wird.

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  33. Es liegt die Vermutung nahe, daß die Sperrspannung auch vor ihrem Absinken bereits durch die Strombelastungserscheinung beeinflußt worden ist. Würde der Ableiterstrom bereits beim Ansprechen den in Bild 30 angegebenen Endwert besitzen, so müßte sich eine anfängliche Spannungsüberhöhung, ähnlich wie in Bild 28 ergeben. Dahingehende Versuche haben gezeigt, daß die Überhöhung bei 200 Amp. Anfangstrom etwa 500/o beträgt und bereits nach 10—’ sec abgeklungen ist.

    Google Scholar 

  34. K. W. Wagner, Elektromagnet. Ausgleichvorgänge in Freileitungen und Kabeln, Leipzig 1908; ETZ 1908, S. 707; E. u. M. 1915, S. 89.

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  35. W. Rogowski, Arch. f. Elektrot., VI (1918), S. 377, VII (1919), S. 240.

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  36. Rogowski, Flegler und Tamm, Arch. f. Elektrot., XVIII (1927), S. 479.

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  37. J. Fallou, Bull. Soc. Franç. des Electr. 1926, p. 237, 1245 u. 1275; Rev. Gén. de l’Electr., XX (1926), p. 772, XXI (1927), p. 853.

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  38. P. B u n e t, Bull. Soc. Franç. des Electr. 1922, p. 229, 1924, p. 877; Rev. Gén. de l’Electr., XX (1926), p. 772, XXII (1927), p.305. — Marchand, Rev. Gén. de l’Electr., XIII (1923), p. 1079, XX (1926), p. 772; Bull. Soc. Franç. des Electr. 1926, p. 1270. — Maudit, Bull. Soc. Franç. des Electr. 1925, p. 1060; Rev. Gén. de l’Electr., XX (1926), p. 209. — Fallou, a. a. O.

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  39. Siehe auch Rogowski-Flegler-Tamm, Arch. f. Elektrot., XVII[(1927), 5.486, Bild 15. Auf die ungünstige Wirkung von Isolatordurchschlägen hat bereits Petersen (ETZ 1914, S. 205) hingewiesen.

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  40. Rechteckwelle (endlicher Länge) und Stoßwelle (s. Abschnitt II) stehen in dieser Beziehung zwischen Sprungwelle und Rechteckschwingung.

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  41. I Übereinstimmung mit der Zeitkonstante des zeitlichen Spannungsverlaufes nennt K. W. Wagner die Stirnlänge bei Exponentialverlauf „Raumkonstante “ (ETZ 1916, S. 426 ).

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  42. O. Böhm, Arch. f. Elektrot., V (1917), S. 382.

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  43. D. Gabor, El. Wirtsch. 1926, S. 307.

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  44. Die Klemmenspannung am Transformator ergibt entsprechend der Reflektion erhöhte Werte.

    Google Scholar 

  45. Die hier angegebenen Widerstandwerte sind Sollwerte für 110 Volt. Über die Spannungsabhängigkeit der Silitwiderstände siehe Abschnitt III, 1.

    Google Scholar 

  46. Rogowski, Flegler und Tamm, Arch. f. Elektrot., XVIII (1927), S. 485, Bild 13.

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  47. Rogowski-Flegler-Tamm, Arch. f. Elektrot., XVIII (1927), S. 479.

    Google Scholar 

  48. R. Tamm, Arch. f. Elektrot., XIX (1928), S. 235; siehe auch diese Arbeit Bild 8 und Bild 9 (Abschnitt III, 1).

    Google Scholar 

  49. Über die Wirkung des Leitungsanfanges s. Abschnitt II.

    Google Scholar 

  50. Die Wirkung der Anordnung Bild 53 entspricht der Sprungwellenschaltung Bild 3 c. Dadurch wird gleichzeitig deutlich, daß ein Ableiterwiderstand in Höhe des Wellenwiderstandes günstigsten Falles nur eine Spannungserhöhung infolge Reflexion vermeiden kann.

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  1. Aachen, Deutschland

    Eugen Flegler

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  1. Eugen Flegler
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W. Rogowski

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Dieses Kapitel ist Teil des Digitalisierungsprojekts Springer Book Archives mit Publikationen, die seit den Anfängen des Verlags von 1842 erschienen sind. Der Verlag stellt mit diesem Archiv Quellen für die historische wie auch die disziplingeschichtliche Forschung zur Verfügung, die jeweils im historischen Kontext betrachtet werden müssen. Dieses Kapitel ist aus einem Buch, das in der Zeit vor 1945 erschienen ist und wird daher in seiner zeittypischen politisch-ideologischen Ausrichtung vom Verlag nicht beworben.

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Flegler, E. (1929). Die Wirkungsweise von Überspannung-Schutzvorrichtungen nach Untersuchungen mit dem Kathodenoszillographen. In: Rogowski, W. (eds) Arbeiten aus dem Elektrotechnischen Institut der Technischen Hochschule Aachen. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-40440-9_3

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