DE10140950A1 - Encapsulated voltage surge absorber based on a spark gap for protecting against surges has disk-shaped facing electrodes with big surfaces to form a rotationally symmetrical makeup and an arc discharge gap between the electrodes - Google Patents
Encapsulated voltage surge absorber based on a spark gap for protecting against surges has disk-shaped facing electrodes with big surfaces to form a rotationally symmetrical makeup and an arc discharge gap between the electrodesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen gekapselten Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis mit großflächigen, gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden in rotationssymmetrischer Anordnung sowie einem zwischen den Elektroden befindlichen Bogenentladungsspalt, welcher von einer Prallwand mindestens teilweise umschlossen ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an encapsulated Surge arresters based on spark gaps with large, opposite, disc-shaped electrodes in rotationally symmetrical arrangement and one between the Electrodes located arc discharge gap, which of a baffle is at least partially enclosed, according to the preamble of claim 1.
Gekapselte, auch triggerbare Funkenstrecken als Überspannungsableiter, bevorzugt eingesetzt als N/PE-Funkenstrecke, sind seit längerer Zeit Stand der Technik. Die beiden wesentlichsten Anforderungen an derartige Funkenstrecken, nämlich ein hohes Isolationsvermögen und sehr hohe Stoßstrom-Ableiteigenschaften, ergeben sich bei N/PE- Funkenstrecken unmittelbar aus ihrem Einsatzort. Entscheidend ist hier eine hohe Blitzstrom-Tragfähigkeit und hohe Zuverlässigkeit, damit in jedem Fall schädliche Berührungsspannungen ausgeschlossen werden können. Encapsulated, also triggerable spark gaps as Surge arrester, preferably used as N / PE spark gaps have been state of the art for a long time. The two main requirements for such Spark gaps, namely a high insulation capacity and very high surge current discharge properties, arise with N / PE Spark gaps directly from their location. The key here is a high lightning current carrying capacity and high Reliability, so harmful in every case Touch voltages can be excluded.
Bekannte derartige Funkenstrecken mit einem Leistungsvermögen zum Schutz bei direktem Blitzeinschlag von bis zu 100 kA 10/350 µs weisen relativ große Abmessungen auf, was nachteilig ist. Known such spark gaps with one Capability to protect against direct lightning strikes up to 100 kA 10/350 µs have relatively large dimensions, what is disadvantageous.
Die hohe Stoßstrombelastung, der damit verbundene hohe Materialabbrand, die hohen dynamischen Belastungen durch Stromkräfte, Druck, Energie und Temperatur der Bogenentladung stellen extrem hohe konstruktive Anforderungen bei gekapselten Ausführungsformen. Bei einer triggerbaren N/PE-Funkenstrecke muß zusätzlich zur Trennstrecke der Hauptfunkenstrecke das Isolationsvermögen und die Ansprechspannungen von zwei weiteren Trennstrecken bei allen Belastungen sichergestellt werden. Bei einer Verkleinerung der äußeren Abmessungen des Ableiters führt dies jedoch zu einer verstärkten Belastung der einzelnen Bauteile oder Baugruppen. The high surge current load, the associated high Material erosion due to the high dynamic loads Current forces, pressure, energy and temperature of the Arc discharge places extremely high design demands encapsulated embodiments. With a triggerable N / PE spark gap must be in addition to the separation gap of the Main spark gap the insulation ability and Response voltages from two further isolating sections at all loads are ensured. At a Reduction of the outer dimensions of the arrester leads however, this places an increased burden on the individual Components or assemblies.
Die DE 100 08 764 A1 offenbart eine prinzipiell triggerbare Funkenstrecke geringer Abmessungen, welche als N/PE- Strecke eingesetzt werden kann. Diese Funkenstrecke besitzt koaxiale Elektroden und der Anschluß dieser erfolgt von einer Seite. Bedingt durch den Aufbau und das dortige Prinzip des wandernden Lichtbogens bleibt das Leistungsvermögen dieser Funkenstrecke bei Stoßströmen aufgrund des Abbrands, der thermischen und dynamischen Belastung begrenzt, allerdings kann ein beachtliches Folgestrom-Löschvermögen erreicht werden, was jedoch bei N/PE-Funkenstrecken von keiner nennenswerten Bedeutung ist. DE 100 08 764 A1 discloses one in principle triggerable spark gap of small dimensions, which as N / PE Route can be used. This spark gap has coaxial electrodes and the connection of these done from one side. Due to the structure and that the principle of the wandering arc remains there Performance of this spark gap with surge currents due to the burn, thermal and dynamic Stress limited, but can be a considerable one Follow current extinguishing capacity can be achieved, however, at N / PE spark gaps of no significant importance is.
Die triggerbare gekapselte Funkenstrecke nach EP 0 305 077 A1 ist eine Ausführungsform ohne Entlüftungsöffnung mit flachen parallelen Hauptelektroden. Der Nachteil der dortigen Funkenstrecke beruht auf der Gleitstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden, deren Länge dem Abstand zwischen den Elektroden selbst entspricht. Bei stromstarker Belastung wird diese Gleitstrecke durch die Anlagerung von Zersetzungs- und Abbrandprodukten belastet, wodurch es zur Reduzierung des Isolationsvermögens oder aber auch zum Kurzschluß kommen kann. The triggerable encapsulated spark gap according to EP 0 305 077 A1 is an embodiment without a vent flat parallel main electrodes. The disadvantage of the spark gap there is based on the glide path between the two main electrodes, the length of which Distance between the electrodes themselves corresponds. at this glide path is under high current load Accumulation of decomposition and erosion products causing it to reduce insulation or but can also come to a short circuit.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen gekapselten Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis, insbesondere zum Einsatz als N/PE-Funkenstrecke zu schaffen, die bei geringen Abmessungen und einfachem Aufbau ein hohes Stoßstrom-Ableitvermögen besitzt und die triggerbar ausführbar ist, so daß bereits werksseitig unterschiedliche Überspannungs-Schutzpegel von z. B. 1,5, 4 oder 6 kV eingestellt werden können, ohne daß nennenswerte Änderungen an der Funkenstrecke notwendig sind. Weiterhin soll sichergestellt werden, daß Ablagerungen aufgrund von Zersetzungsprodukten in solchen Bereichen erfolgen, die für die Isolationsfähigkeit und damit die Langzeitstabilität der Funkenstrecke von untergeordneter Bedeutung sind. From the above, it is an object of the invention to encapsulated surge arrester based on spark gaps, especially for use as an N / PE spark gap create that with small dimensions and simple Structure has a high surge current discharge capacity and the triggerable is executable, so that already at the factory different overvoltage protection levels of e.g. B. 1.5, 4 or 6 kV can be set without noteworthy Changes to the spark gap are necessary. Farther is to ensure that deposits due to Decomposition products are made in such areas that for the insulation ability and thus the Long-term stability of the spark gap is of minor importance are.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem gekapselten Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis mit großflächigen, gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen. The object of the invention is achieved with a encapsulated surge arrester based on spark gaps with large, opposite, disc-shaped Electrodes according to the features of claim 1, the subclaims being at least expedient Represent refinements and developments.
Die Ausführung der beiden Hauptelektroden als Luftfunkenstrecke gewährleistet eine hohe Festigkeit der Anordnung bei sogenannten TOV-Belastungen und bei Langzeitströmen. Durch die Möglichkeit der Triggerung können verschiedene Ansprechspannungen über eine interne oder externe Beschaltung werksseitig vorgegeben werden. The execution of the two main electrodes as Air spark gap ensures high strength of the arrangement with so-called TOV loads and with long-term currents. Due to the possibility of triggering different Response voltages via an internal or external Circuitry can be specified in the factory.
Die Elektroden weisen großflächige und damit abbrandfeste Lichtbogenbereiche auf, wobei mittels der mäanderförmig angeordneten Prallwände eine Umlenkung der Heißgasströmung sich einstellt, welche durch die Druckwelle beim Zünden der Funkenstrecke entsteht. Die Prall- oder Umlenkwände überragen die Haupttrennstrecke teilweise, so daß sich hier gegebenenfalls entstehende Abbrand- oder Zersetzungsprodukte wie Ruß oder dergleichen anlagern können, ohne daß die notwendigen Isolationsstrecken, die abseits der Strömungsrichtung zwischen den Prallwänden angeordnet sind, verunreinigt werden. Vorhandene Entlüftungsöffnungen kleinen Durchmessers sorgen für einen langsamen Druckausgleich in der Funkenstrecke nach Belastung. The electrodes have large areas and are therefore resistant to erosion Arc areas, whereby by means of the meandering arranged baffles a deflection of the hot gas flow which arises due to the pressure wave during ignition the spark gap is created. The baffle or baffles partially protrude the main separation section, so that any burning or Can accumulate decomposition products such as soot or the like without that the necessary insulation stretches that are away from the Flow direction arranged between the baffles are contaminated. Existing ventilation openings small diameter ensure a slow Pressure equalization in the spark gap after loading.
Erfindungsgemäß ist eine erste Prallwand von einer der Elektroden, die Haupttrennstrecke überragend, zur gegenüberliegenden Elektrode gerichtet angeordnet und es ist eine zweite Prallwand, bezogen auf den rotationssymmetrischen Aufbau radial von der ersten Prallwand nach außen beabstandet vorgesehen. Die Prallwände bilden wie bereits erwähnt einen Mäander, welcher von der Bogenentladungs-Druckwelle zu durchlaufen ist. Abseits der Strömungsrichtung sind von Ablagerungen geschützte Isolationsstrecken befindlich. According to the invention, a first baffle is one of the Electrodes, protruding from the main section, for opposite electrode arranged and it is a second baffle, based on the rotationally symmetrical structure radially from the first baffle spaced outside. The baffles form like already mentioned a meander from the Arc discharge pressure wave is to go through. Away from the The flow direction is protected from deposits Isolation sections located.
Die Prallwände können eine ineinander greifende Kammstruktur aufweisen, wobei diese im wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Elektrodenoberfläche verläuft. The baffles can be an interlocking Have comb structure, which is essentially vertical runs to the respective electrode surface.
Innerhalb des von der ersten Prallwand umschlossenen Bereichs ist in einer der Hauptelektroden eine Isolierschicht vorgesehen und hierbei wird die erste Prallwand oder Teile hiervon als leitfähige Hilfs- oder Triggerelektrode ausgeführt. Within the one enclosed by the first baffle Area is in one of the main electrodes Insulating layer is provided and this is the first baffle or parts thereof as conductive auxiliary or Trigger electrode executed.
Die zweite Prallwand kann Teil eines die gegenüberliegenden Hauptelektroden fixierenden Distanzhalters sein, welcher vorzugsweise in Strömungsrichtung orientiert, die genannte, mindestens eine Druckausgleichsöffnung besitzt. The second baffle can be part of the opposite main electrodes fixing spacer, which is preferably oriented in the flow direction has at least one pressure equalization opening.
Der Distanzhalter selbst kann so ausgeführt sein, daß weitere Mäander bildende Prall- oder Umlenkwände entstehen. The spacer itself can be designed so that baffle or deflection walls forming further meanders arise.
Die Isolierschicht weist einen umlaufenden rotationssymmetrischen Fortsatz auf, welcher über die Oberfläche der entsprechenden Hauptelektrode hinaus reicht, so daß ein Überschlagsweg für eine Hilfsentladung zwischen Triggerelektrode und Hauptelektrode entsteht, welcher gleichzeitig zur gegenüberliegenden Hauptelektrode orientiert ist. The insulating layer has a circumferential rotationally symmetrical extension, which over the surface of the corresponding main electrode is sufficient so that a Rollover path for an auxiliary discharge between Trigger electrode and main electrode, which one at the same time oriented to the opposite main electrode is.
Zum Anregen diffuser Lichtbogen-Fußpunkte beträgt das Verhältnis zwischen Abstand und Durchmesser der Hauptelektroden ≥ 1 : 10. This is to excite diffuse arc foot points Relationship between distance and diameter of the Main electrodes ≥ 1:10.
Ausgehend vom Distanzhalter radial nach innen und parallel sowie spaltbildend zur Hauptelektrodenoberfläche verlaufend kann eine sogenannte Bedampfungssperre vorgesehen sein, welche ergänzend an ihrem freien Ende eine fakultative Kröpfung aufweisen kann. Starting radially inwards and parallel from the spacer as well as forming a gap to the main electrode surface A so-called vaporization barrier can be provided running which are complementary at their free end may have optional cranking.
Innerhalb des von der ersten Prallwand umschlossenen Bereichs besteht bei der alternativen Ausführungsform die Möglichkeit, in einer der Hauptelektroden eine isolierende Triggerelektrode einzubetten. Within the one enclosed by the first baffle The range is in the alternative embodiment Possibility of an insulating in one of the main electrodes Embed trigger electrode.
Diese isolierte Triggerelektrode kann als Ring- oder Stiftelektrode ausgebildet werden, welche mit der jeweiligen Hauptelektrodenoberfläche im wesentlichen bündig abschließt oder zurücksteht, wobei bei letzterer Ausgestaltung die Isolation zusätzlich einen Teil der Stiftelektrode kreisringförmig umgibt. This isolated trigger electrode can be used as a ring or Pin electrode are formed, which with the respective main electrode surface essentially fits flush or stands back, with the latter Shaping the insulation also part of the Pin electrode surrounds in a ring.
Zur weiteren Optimierung des Abbrandverhaltens können die Hauptelektrodenoberflächen strukturiert ausgeführt werden. Weiterhin kann eine der Hauptelektroden einen Teil des Ableitergehäuses bilden, so daß sich der Aufbau der druckfesten Kapselung vereinfacht. To further optimize the combustion behavior, the Main electrode surfaces can be structured. Furthermore, one of the main electrodes can be a part of the Form surge arrester, so that the structure of the flameproof encapsulation simplified.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. The invention is based on Embodiments and with the help of figures in more detail are explained.
Hierbei zeigen: Here show:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform des gekapselten Überspannungsableiters auf Funkenstreckenbasis mit Hilfs- oder Triggerelektrode; Figure 1 shows a first embodiment of the encapsulated surge arrester based on spark gaps with auxiliary or trigger electrode.
Fig. 2a und 2b eine Ausführungsform analog derjenigen nach Fig. 1, jedoch mit zusätzlichen parallel zu einer der Hauptelektroden verlaufenden Bedampfungssperren; FIGS. 2a and 2b show an embodiment analogous to that according to FIG. 1, but with additional vapor deposition barriers running parallel to one of the main electrodes;
Fig. 3a und 3b verschiedene Ausführungsformen von im Zentrum einer der Hauptelektroden angeordneter Hilfs- oder Triggerelektroden; FIGS. 3a and 3b different embodiments of the center of one of the main electrodes arranged auxiliary or trigger electrode;
Fig. 4a und 4b eine Ausführungsform einer Funkenstrecke mit besonders hohem Leistungsvermögen durch Kombination einer Gleitstrecke mit einer Luftüberschlagsstrecke bzw. eine Ausgestaltung einer der Hauptelektroden, welche von elektrisch halbleitendem Material mit oder ohne Luftspalt umgeben ist, so daß sich hier die erwähnte Gleitfunkenstrecke ausbildet; und FIGS. 4a and 4b an embodiment of a spark gap with a particularly high performance by combining a sliding distance with an air rollover path or a configuration of one of the main electrodes, which is surrounded by electrically semiconducting material with or without an air gap so that here forms the mentioned creepage; and
Fig. 5 ein gekapselter Überspannungsableiter mit Mäanderprallwänden, jedoch ohne Hilfs- oder Triggerelektrode. Fig. 5 is an encapsulated surge arrester with meandering baffles, but without an auxiliary or trigger electrode.
In den Figuren sind die Hauptelektroden mit den Bezugszeichen 1 und 2 gekennzeichnet. Diese Hauptelektroden 1, 2 sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und liegen gegenüber. Die Hauptelektroden 1, 2 können einen zueinander gerichteten Fortsatz aufweisen, deren paralleler Verlauf und Abstand die Hauptfunkenstrecke 6 definiert. In the figures, the main electrodes are identified by the reference numerals 1 and 2 . These main electrodes 1 , 2 are essentially rotationally symmetrical and lie opposite one another. The main electrodes 1 , 2 can have an extension directed towards one another, the parallel course and spacing of which defines the main spark gap 6 .
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 übernimmt eine speziell ausgebildete Prallwand 3 nicht nur die Funktion der Strömungsumlenkung, sondern auch diejenige einer Hilfselektrode, so daß sich ein Initialüberschlag 11 zwischen der mit Triggerspannung gespeisten Hilfselektrode 3 und der Hauptelektrode 2 über die Isolationsstrecke 9 einstellt. In the embodiment according to FIG. 1, a specially designed baffle 3 takes on not only the function of the flow deflection, but also that of an auxiliary electrode, so that an initial flashover 11 occurs between the auxiliary electrode 3 fed with trigger voltage and the main electrode 2 via the insulation path 9 .
Die Hauptentladung 12 findet ausschließlich zwischen den Elektroden 1 und 2, und zwar in dem mit 6 gekennzeichneten Bereich statt. The main discharge 12 takes place exclusively between the electrodes 1 and 2 , specifically in the area labeled 6.
Die (erste) Prallwand ausgehend vom Teil 3 bewirkt, daß die Druckwelle, welche sich beim Ansprechen der Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden ausbildet, gebrochen und umgelenkt wird, wodurch der Druckstoß in den nachgeordneten Bereichen, welche der Sicherstellung der Isolation dienen, reduziert werden kann. The (first) baffle starting from part 3 causes the pressure wave that forms when the spark gap responds between the two main electrodes to be broken and deflected, as a result of which the pressure surge in the downstream areas, which serve to ensure the insulation, can be reduced ,
Ein Isolierteil 4 dient der elektrischen Isolation und stellt gleichzeitig den Überschlagsweg zwischen der Prallwand/Hilfselektrode 3 und der Hauptelektrode 2 dar. Ein Distanzhalter 5 hält die beiden Hauptelektroden 1, 2 auf Abstand. Dieser Distanzhalter 5 umfaßt mehrere Prallflächen 10, Entlüftungsöffnungen 8 und Isolationsstrecken 7. Die Entlüftungsöffnungen 8 führen nach dem Verlöschen des Lichtbogens zum Abbau des erhöhten Innendrucks innerhalb der Funkenstrecke. An insulating part 4 serves for electrical insulation and at the same time represents the rollover path between the baffle / auxiliary electrode 3 and the main electrode 2. A spacer 5 keeps the two main electrodes 1 , 2 at a distance. This spacer 5 comprises a plurality of baffles 10 , ventilation openings 8 and insulation sections 7 . After the arc has been extinguished, the ventilation openings 8 lead to the reduction of the increased internal pressure within the spark gap.
Aus der Prinzipdarstellung der jeweiligen Figuren ist erkennbar, daß die Prallwände quasi eine Mäander- oder ineinandergreifende Kammstruktur bilden, so daß eine mehrfache Umlenkung der Gasströmung erfolgt. Die eigentlichen Isolationsstrecken 7, welche für die diesbezüglichen elektrischen Eigenschaften maßgeblich sind, liegen außerhalb des Strömungsbereichs geschützt. Nicht zu vermeidende Ablagerungen aufgrund von Elektrodenabbrand beeinflussen die Eigenschaften dieser Isolationsstrecken 7 nicht. From the basic illustration of the respective figures it can be seen that the baffle walls form a meandering or interlocking comb structure, so that the gas flow is deflected several times. The actual insulation sections 7 , which are decisive for the relevant electrical properties, are protected outside the flow area. Deposits that cannot be avoided due to electrode erosion do not influence the properties of these insulation sections 7 .
Es ist bei der konstruktiven Umsetzung der vorstehenden Lehre dafür Sorge zu tragen, daß die Abstände zwischen den Prallwänden und dem jeweils gegenüber liegenden Abschnitt der entsprechenden Hauptelektrode größer sind als der Abstand 6 der aktiven Hauptelektrodenoberflächen. When constructively implementing the above teaching, care must be taken that the distances between the impact walls and the respectively opposite section of the corresponding main electrode are greater than the distance 6 of the active main electrode surfaces.
Bei einer passiven Zündung der Funkenstrecke kann die Hilfselektrode 3 induktiv bzw. hochohmig mit der Hauptelektrode 1 intern oder extern verschaltet werden. Auf diese Weise führt die Hilfselektrode 3 dasselbe Potential wie die Hauptelektrode 1. Nach Überschlag entlang der Strecke 9 fließt ein kleiner Strom über die Hilfselektrode, wodurch die Spannungsfestigkeit der Trennstrecke zwischen den Hauptelektroden herabgesetzt wird, so daß der Lichtbogen zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 zur Zündung kommt. Hierdurch wiederum wird die Hilfselektrode 3 entlastet. Die Hilfselektrode 3 kann aus elektrisch leitendem bzw. halbleitendem Material hergestellt werden. With passive ignition of the spark gap, the auxiliary electrode 3 can be connected inductively or with high resistance to the main electrode 1 internally or externally. In this way, the auxiliary electrode 3 has the same potential as the main electrode 1 . After flashover along the path 9 , a small current flows across the auxiliary electrode, as a result of which the dielectric strength of the isolating path between the main electrodes is reduced, so that the arc between the main electrodes 1 and 2 comes to ignition. This in turn relieves the auxiliary electrode 3 . The auxiliary electrode 3 can be made of electrically conductive or semiconducting material.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorerwähnten passiven Zündung können die Teile 3 und 5 aus einem einzigen Teil gefertigt sein oder bestehen, wobei hier auf halbleitendes Material zurückgegriffen wird. Bei der passiven Zündung bestimmt die Isolationsstrecke 9 die Ansprechspannung und somit im wesentlichen den Schutzpegel der gesamten Funkenstrecke. In a further embodiment of the aforementioned passive ignition, parts 3 and 5 can be made or consist of a single part, here using semiconducting material. In the case of passive ignition, the insulation path 9 determines the response voltage and thus essentially the protection level of the entire spark gap.
Bei dieser passiven Zündung kann der Abstand 6 zwischen den sich gegenüberliegenden Hauptelektrodenoberflächen ein Vielfaches der Strecke 9 betragen, jedoch ist die Länge der Strecke 9 in Abhängigkeit von der gewünschten Ansprechspannung der Funkenstrecke zu wählen. With this passive ignition, the distance 6 between the opposing main electrode surfaces can be a multiple of the distance 9 , but the length of the distance 9 must be selected depending on the desired response voltage of the spark gap.
Bei einer aktiven Triggerung besteht die Möglichkeit, die Abstände oder Strecken 9 und 6 nahezu beliebig zu wählen, wobei die maximal mögliche Länge der Strecke 9 durch die Ausgangsspannung der Triggerschaltung begrenzt wird und der maximal mögliche Abstand 6 vom Energieeintrag der Triggerschaltung abhängig ist. With active triggering, there is the possibility to choose the distances or sections 9 and 6 almost arbitrarily, the maximum possible length of section 9 being limited by the output voltage of the trigger circuit and the maximum possible distance 6 being dependent on the energy input of the trigger circuit.
Bei einer aktiven Triggerung der Funkenstrecke kann somit der Abstand 6 zwischen den Oberflächen der Hauptelektroden 1 und 2 deutlich höher ausgelegt werden als bei Funkenstrecken ohne Hilfselektrode mit vergleichbarem Überspannungsschutzpegel. Dies und die gewählte Ausführung als Luftfunkenstrecke sichern auch bei stärksten Belastungen ein hohes Isolationsvermögen und einen gleichbleibenden Überspannungs-Schutzpegel. With an active triggering of the spark gap, the distance 6 between the surfaces of the main electrodes 1 and 2 can thus be designed to be significantly higher than in the case of spark gaps without auxiliary electrodes with a comparable overvoltage protection level. This and the selected version as an air spark gap ensure a high insulation capacity and a constant overvoltage protection level even under the heaviest loads.
Nach dem Zünden der Entladung mit Hilfe der Triggerung über die Isolationsstrecke 9 wird die Spannungsfestigkeit der Hauptstrecke 6 durch gebildete Ladungsträger so stark reduziert, daß nach einer Verzugszeit die Bogenentladung 12 zündet, wodurch die Triggerschaltung und damit die Isolationsstrecke 9 sofort entlastet werden. After the discharge has been ignited with the aid of the triggering via the insulation section 9 , the dielectric strength of the main section 6 is reduced so much by charge carriers formed that the arc discharge 12 ignites after a delay, whereby the trigger circuit and thus the insulation section 9 are immediately relieved.
Je kleiner der Abstand 6 und je höher die eingebrachte Triggerenergiemenge ist, desto geringer ist die Verzugszeit bis zum vollständigen Zünden der Hauptstrecke 12 nach dem Überschlagen der Isolationsstrecke 9. The smaller the distance 6 and the higher the amount of trigger energy introduced, the shorter the delay time until the main section 12 is fully ignited after the insulation section 9 has overturned .
Im Bereich 9 ist das Isolationsteil bevorzugt mit einem Überstand versehen, wodurch die Länge und damit die Energie des Zündfunkens erhöht wird. Gleichzeitig werden die entstehenden Ladungsträger näher an die gegenüberliegende Hauptelektrode 1 herangeführt, wodurch sich die Zündung des Lichtbogens 12 verbessert. In the region 9 , the insulation part is preferably provided with a protrusion, as a result of which the length and thus the energy of the ignition spark is increased. At the same time, the charge carriers that are created are brought closer to the opposite main electrode 1 , which improves the ignition of the arc 12 .
Die Beschaltung für die passive Zündung ist innerhalb oder außerhalb der Funkenstrecke möglich. Als innere Beschaltung sind entsprechende hochohmige leitende oder halbleitende Materialien, wie z. B. elektrisch leitende Polymere oder Keramiken, aber auch Widerstandsmaterialien denkbar. Bei einer äußeren Beschaltung können zusätzlich Varistoren, Gasableiter, Kapazitäten, Spulen, aber auch deren Kombinationen verwendet werden. The circuit for passive ignition is inside or possible outside the spark gap. As inner Corresponding high-impedance conductive or semiconducting materials such as B. electrically conductive polymers or ceramics, but also resistance materials conceivable. With an external circuit, additional Varistors, gas arresters, capacitors, coils, but also theirs Combinations can be used.
Bei einer aktiven Triggerschaltung, welche bevorzugt außerhalb der Funkenstrecke angebracht wird, kann der Abstand der Isolationsstrecke 9 unabhängig vom angestrebten Überspannungs-Schutzpegel gewählt werden. With an active trigger circuit, which is preferably attached outside the spark gap, the distance between the insulation gap 9 can be selected independently of the desired overvoltage protection level.
Der zentrale Fortsatz an einer oder beider der Hauptelektroden 1, 2 bildet die bevorzugte Brennfläche des Lichtbogens. Die Hauptelektroden 1 und 2 bestehen aus Wolfram/Kupfer, Graphit oder ähnlichen abbrandfesten Materialien. The central extension on one or both of the main electrodes 1 , 2 forms the preferred focal surface of the arc. The main electrodes 1 and 2 consist of tungsten / copper, graphite or similar erosion-resistant materials.
Die großflächigen Elektroden mit einem Verhältnis Abstand/Durchmesser von im wesentlichen 1 : 10 zeichnen sich durch diffuse und damit abbrandarme Lichtbogen-Fußpunkte aus. Hierdurch bleibt die Druck- bzw. Stromkraftbelastung der Gesamtanordnung sehr gering, was wiederum für die gewünschte kleine Bauform von entscheidendem Vorteil ist. The large area electrodes with a ratio Distance / diameter of essentially 1:10 are characterized by diffuse and therefore low-erosion arc base points. As a result, the pressure or current load remains Overall arrangement very small, which in turn for the desired small design is of decisive advantage.
Die Neigung zur Ausbildung eines diffusen Lichtbogens kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel durch Absenkung des Drucks, durch Ausnutzung von Eigen- oder Fremdmagnetfeldern und durch hochschmelzende Elektromaterialien wie Graphit, Siliziumkarbid, Wolfram, Molybdän und deren Verbindungen unterstützt werden. The tendency to form a diffuse arc can in a further embodiment by lowering the Pressure, by using own or External magnetic fields and high-melting electrical materials such as Graphite, silicon carbide, tungsten, molybdenum and their Connections are supported.
Durch die Nutzung von Eigen- oder Fremdmagnetfeldern, die in axialer bzw. radialer Richtung, bezogen auf die Stromflußrichtung im Lichtbogen, orientiert sind, besteht die Möglichkeit, den Lichtbogen zu einer wünschenswerten Rotation zu zwingen. Diese Rotation unterstützt den diffusen Lichtbogenansatz verbessert das Folgestromverhalten und verringert den Elektrodenabbrand. Darüber hinaus reduziert der diffuse Lichtbogenansatz die Bogenspannung und senkt damit den Energieumsatz innerhalb der Funkenstrecke. By using internal or external magnetic fields that in the axial or radial direction, based on the Direction of current flow in the arc, are oriented Possibility of making the arc a desirable one To force rotation. This rotation supports the diffuse arc approach improves that Follow current behavior and reduces electrode erosion. About that the diffuse arc approach also reduces the Arc tension and thus reduces the energy turnover within the Radio link.
Bei stärkerer Belastung werden insbesondere bei metallischen Hauptelektroden Schmelzperlen gebildet. Durch den Bogenentladungsdruck werden diese Schmelzperlen aus dem Entladungsbereich wegtransportiert und setzen sich an oder hinter der Prallwand ab, wodurch die gegenüberliegenden Hauptelektrodenoberflächen im aktiven Bereich mit dem Abstand 6 weitestgehend von Abbrandmaterial freigehalten werden können. Die Abbrandfläche liegt im Bereich von im wesentlichen 75 mm2 bis 1000 mm2, wobei der Abstand zwischen den beiden Hauptelektroden 1 und 2 im wesentlichen zwischen 0,2 mm und 4 mm liegt. At higher loads, fusible pearls are formed in particular with metallic main electrodes. Due to the arc discharge pressure, these fused beads are transported away from the discharge area and settle on or behind the baffle wall, as a result of which the opposite main electrode surfaces in the active area can be kept largely free of erosion material with the distance 6 . The erosion area is in the range of essentially 75 mm 2 to 1000 mm 2 , the distance between the two main electrodes 1 and 2 being essentially between 0.2 mm and 4 mm.
Die (erste) Prallwand ragt mit ihrer Flanke mindestens 0,5 mm bis maximal 5 mm über den Entladungsspalt mit dem Abstand 6 hinaus, so daß sich der Druck, welcher im Entladungsspalt entsteht, nicht direkt radial ausbreiten kann, sondern erst eine Umlenkung erfährt. The flank of the (first) baffle protrudes at least 0.5 mm to a maximum of 5 mm beyond the discharge gap at a distance of 6 , so that the pressure which arises in the discharge gap cannot spread radially directly, but is first deflected.
Größere Abbrandpartikel, welche nicht an den Flanken der Hauptelektroden 1, 2 abgleiten, werden so gegen die erste Prallwand am Teil 3 geschleudert. Kleinere Partikel werden wie dargelegt mittransportiert und können sich an den weiteren (zweiten) Prallwänden 10 ablagern. Larger burn-up particles, which do not slide on the flanks of the main electrodes 1 , 2 , are thus thrown against the first baffle on part 3 . Smaller particles are transported as described and can be deposited on the other (second) impact walls 10 .
Im Distanzhalter 5 wird ein Bereich 7 gebildet, welcher von der Druckwelle und den Ablagerungen nahezu unbeeinflußt bleibt und somit als Hauptisolationsstrecke dient. A region 7 is formed in the spacer 5 , which remains almost unaffected by the pressure wave and the deposits and thus serves as the main insulation section.
Vorhandene Entlüftungsöffnungen 8 gewährleisten nach Belastung einen raschen Abbau des erhöhten Drucks, welcher durch die erhitzten Gase, aber auch durch die Zersetzungsprodukte entsteht, wodurch das Ansprechverhalten der Funkenstrecke konstant gehalten werden kann. Existing ventilation openings 8 ensure a rapid reduction of the increased pressure after loading, which arises from the heated gases but also from the decomposition products, as a result of which the response behavior of the spark gap can be kept constant.
Wie in den Fig. 2a und 2b gezeigt, können zwischen den Hauptelektroden 1 und 2, ausgehend vom Distanzhalter 5, Bedampfungssperren vorgesehen sein. Der Zweck dieser Bedampfungssperren besteht darin, zwischen dem Distanzhalter 5 und mindestens einer der Hauptelektroden einen möglichst langen und dünnen Spalt 13 zu schaffen, welcher außerhalb der Hauptrichtung der Ausbreitung der Druck- und Strömungswelle liegt. Dieser Spalt kann auch noch Umlenkungen durch eine gekröpfte Ausführungsform der Bedampfungssperre enthalten, wie dies Fig. 2a zeigt. Die Gefahr der Verunreinigung dieses Spaltes ist somit außerordentlich gering, wodurch eine weitere Isolationsstrecke entsteht. Die Breite des Spaltes soll im Bereich ≤ 0,2 mm liegen, wobei die Länge mindestens 2 mm zu betragen hat. As shown in FIGS. 2a and 2b, vaporization barriers can be provided between the main electrodes 1 and 2 , starting from the spacer 5 . The purpose of these vaporization barriers is to create as long and thin a gap 13 as possible between the spacer 5 and at least one of the main electrodes, which is outside the main direction of the propagation of the pressure and flow wave. This gap can also contain deflections due to a cranked embodiment of the vaporization barrier, as shown in FIG. 2a. The risk of contamination of this gap is therefore extremely low, which creates a further insulation section. The width of the gap should be in the range ≤ 0.2 mm, the length being at least 2 mm.
Bei geringeren Anforderungen an das Leistungsvermögen der Funkenstrecke kann bei entsprechend dimensionierter Bedampfungssperre auf eine ausgeprägte Hinterführung oder einen Hinterschnitt im Distanzhalter 5 verzichtet werden. In diesem Fall dient der Distanzhalter nur noch zur Fixierung der beiden Hauptelektroden 1, 2 und der Entlüftung bzw. dem Druckausgleich. In the case of lower demands on the performance of the spark gap, a pronounced backing or an undercut in the spacer 5 can be dispensed with if the vaporization barrier is dimensioned accordingly. In this case, the spacer only serves to fix the two main electrodes 1 , 2 and to vent or equalize the pressure.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Entlüftung der Funkenstrecke selbstverständlich auch durch Öffnungen an oder durch die Elektroden bzw. die Hilfselektrode erfolgen kann. It should be noted at this point that the ventilation of the Spark gap naturally also through openings or by the electrodes or the auxiliary electrode can.
Die vorstehend genannten Funktionen können bei einer entsprechenden Gestaltung des Außengehäuses des Überspannungsableiters auch von diesem Gehäuse unter Fortfall eines separaten Distanzhalters 5 übernommen werden. With a corresponding design of the outer housing of the surge arrester, the functions mentioned above can also be carried out by this housing, eliminating the need for a separate spacer 5 .
Bei einer Ausführungsform mit speziellen Hilfselektroden gemäß den Fig. 3a und 3b befinden sich diese quasi zentrisch in einer der Hauptelektroden, beim gezeigten Beispiel der Hauptelektrode 2. Die z. B. Stiftelektrode 16 ist durch eine Isolation 15 elektrisch vom Potential der Hauptelektrode 2 getrennt. Gemäß Fig. 3a schließt die Stiftelektrode 16 mit der Oberfläche der Hauptelektrode 2 nahezu ab, wobei die Isolierabschnitte 15 überstehen. In an embodiment with special auxiliary electrodes according to FIGS . 3a and 3b, these are located quasi-centrally in one of the main electrodes, in the example shown the main electrode 2 . The z. B. pin electrode 16 is electrically isolated from the potential of the main electrode 2 by insulation 15 . According to FIG. 3a, the pin electrode 16 almost closes with the surface of the main electrode 2 , the insulating sections 15 projecting.
Bei der Ausführungsform mit einer zurückgesetzten Triggerelektrode 16 ist das Isolierteil 15, das obere Ende der Stiftelektrode 16 kreisringförmig übergreifend, ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3a kann bei entsprechender Auslegung der Triggerschaltung und des Abstands 6 anstatt zur benachbarten Hauptelektrode 2 auch zur gegenüberliegenden Hauptelektrode 1 gezündet werden. Dies hat den Vorteil, daß nahezu die gesamte Trennstreckenlänge zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 überschlagen wird, wodurch sich die Verzugszeit zum Zünden des Lichtbogens 12 minimiert. In the embodiment with a reset trigger electrode 16 , the insulating part 15 , the upper end of the pin electrode 16 , is formed in a circular manner. In the embodiment according to FIG. 3a, the trigger circuit and the distance 6 can also be ignited to the opposite main electrode 1 instead of to the adjacent main electrode 2 if the trigger circuit and the distance 6 are designed accordingly. This has the advantage that almost the entire length of the separation path between the main electrodes 1 and 2 is flipped over, as a result of which the delay time for igniting the arc 12 is minimized.
Nach den Fig. 4a und 4b kann bei Funkenstrecken mit besonders hohem Leistungsvermögen die Gleitstrecke 9 (Fig. 1) durch eine Kombination mit einer Luftstrecke in Reihe zwischen den Teilen 3 und der Hauptelektrode 2 vor stärkeren Belastungen geschützt werden. Bei einer weiteren Variante kann die Hauptelektrode 2 auch von elektrisch halbleitendem Material, z. B. leitfähigem Kunststoff 14 mit oder ohne Luftspalt umgeben sein, über welches dann der Zündfunke von der Hilfselektrode 3 zur Hauptelektrode 2 gleitet. According to FIGS. 4a and 4b, the spark gap 9 ( FIG. 1) in spark gaps with particularly high performance can be protected from greater loads by a combination with an air gap in series between the parts 3 and the main electrode 2 . In a further variant, the main electrode 2 can also be made of electrically semiconducting material, e.g. B. conductive plastic 14 with or without an air gap, over which the ignition spark then slides from the auxiliary electrode 3 to the main electrode 2 .
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß unter Berücksichtigung der Ansprechspannung und des Abstands 6 auch eine nicht triggerbare Funkenstrecke, wie in Fig. 5 gezeigt ist, realisiert werden kann. Dabei besteht die Möglichkeit, insbesondere die Prall- und Umlenkfunktion mit dem Fortsatz 2' zu erfüllen, welcher Teil der Hauptelektrode 2 ist. Hier ist durch geeignete Maßnahmen, z. B. Abstände oder isolierende Abdeckungen, zu gewährleisten, daß auch bei stärkeren Belastungen die Ansprechstrecke sich in dem mit dem Abstand 6 gekennzeichneten Spalt befindet. It is in the sense of the invention that, taking into account the response voltage and the distance 6 , a non-triggerable spark gap, as shown in FIG. 5, can also be realized. There is the possibility, in particular, of fulfilling the impact and deflection function with the extension 2 ′, which is part of the main electrode 2 . Appropriate measures, e.g. B. distances or insulating covers, to ensure that the response distance is in the gap 6 marked with distance even with heavy loads.
Die gewählte rotationssymmetrische Konstruktion der gegenüberliegenden Hauptelektroden 1 und 2 ermöglicht in vorteilhafter Weise das Anbringen elektrischer Anschlüsse auf entgegengesetzten Seiten. Die Triggerelektrode kann über eine isolierte Durchführung am bzw. im Gehäuse für eine externe Beschaltung zugänglich gemacht werden. Eine der Hauptelektroden kann ein Teil des Ableitergehäuses bilden, welches vorzugsweise verpreßt oder verschraubt wird, um die gewünschten mechanischen Festigkeiten für gekapselte Funkenstrecken zu erreichen. The selected rotationally symmetrical construction of the opposite main electrodes 1 and 2 advantageously allows electrical connections to be made on opposite sides. The trigger electrode can be made accessible for external wiring via an insulated bushing on or in the housing. One of the main electrodes can form part of the arrester housing, which is preferably pressed or screwed in order to achieve the desired mechanical strengths for encapsulated spark gaps.
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