DE102020115169B4 - Surge arrester and circuit arrangement with surge arrester - Google Patents
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Abstract
Ableiter mit
- einem elektrisch isolierenden Grundkörper (GK), der einen Hohlraum einschließt,
- einer ersten und einer zweiten Elektrode (A,B), die im Abstand ab zueinander im Hohlraum angeordnet sind,
- eine Mittelelektrode (M), die zur ersten und zweiten Elektrode einen Abstand am bzw. bm aufweist, wobei am = bm < ab gilt,
- einer Triggerelektrode (T), die zur Mittelelektrode einen Abstand tm aufweist, wobei tm < am, bm gilt,
- einer Triggerschaltung (TS) zum Erzeugen einer Triggerspannung an der Triggerelektrode, die zum Zünden einer Gasentladung geeignet ist, wobei die Triggerelektrode (T) eine rechteckige oder quadratische Fläche aufweist.
Surge arrester with
- an electrically insulating base body (GK) that encloses a cavity,
- a first and a second electrode (A,B) which are arranged at a distance ab from each other in the cavity,
- a central electrode (M) which has a distance am and bm to the first and second electrodes respectively, where am = bm < ab,
- a trigger electrode (T) which has a distance tm to the center electrode, where tm < am, bm,
- a trigger circuit (TS) for generating a trigger voltage at the trigger electrode suitable for igniting a gas discharge, wherein the trigger electrode (T) has a rectangular or square area.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ableiter zum Schutz vor Überspannungen, insbesondere einen Gasentladungsüberspannungsableiter, und eine Schaltungsanordnung mit einem Ableiter.The invention relates to a surge arrester for protection against overvoltages, in particular a gas discharge surge arrester, and a circuit arrangement with a surge arrester.
Ein Überspannungsableiter, kurz Ableiter, dient zur Begrenzung gefährlicher oder unerwünschter Überspannungen in elektrischen Leitungen und Geräten. Dadurch kann eine überspannungsbedingte Schädigung der Leitungen und Geräte vermieden werden.A surge arrester, or simply arrester, is used to limit dangerous or unwanted overvoltages in electrical lines and devices. This prevents damage to the lines and devices caused by overvoltages.
Gasgefüllte Ableiter, die auch als Gasableiter bezeichnet werden, sind Ableiter, bei denen eine anliegende Überspannung im Gasableiter durch das selbsttätige Zünden einer Gasentladung abgebaut wird. Sie arbeiten nach dem gasphysikalischen Prinzip der Bogenentladung, wobei sich nach Erreichen einer Ableiteransprechspannung, kurz als Ansprechspannung oder als Zündspannung bezeichnet, innerhalb von Nanosekunden ein Lichtbogen im gasdichten Entladungsraum bildet. Durch die hohe Stromtragfähigkeit des Bogens wird die Überspannung effektiv kurzgeschlossen.Gas-filled surge arresters, also known as gas discharge tubes, are devices in which an applied overvoltage within the gas discharge tube is dissipated by the automatic ignition of a gas discharge. They operate according to the gaseous physical principle of arc discharge, whereby, upon reaching a surge arrester response voltage, referred to simply as the trigger voltage or ignition voltage, an electric arc forms within nanoseconds in the gas-tight discharge chamber. Due to the high current-carrying capacity of the arc, the overvoltage is effectively short-circuited.
Aus dem Stand der Technik bekannte 3-Elektroden-Ableiter werden durch die Überspannung zwischen einer der beiden potentialführenden Elektroden A bzw. B und einer mit Masse verbundenen Mittelelektrode M gezündet.Three-electrode arresters known from the prior art are triggered by the overvoltage between one of the two potential-carrying electrodes A or B and a central electrode M connected to ground.
Die Zündspannung kann im Ableiter durch Zusammensetzung der Gasmischung, Gasdruck und die Elektrodenabstände eingestellt. The ignition voltage in the discharge tube can be adjusted by the composition of the gas mixture, the gas pressure, and the electrode gaps.
Anhand der Zündspannung des Ableiters wird der Schutzpegel ermittelt.The level of protection is determined based on the ignition voltage of the surge arrester.
Bei einem Ableiter wird grundsätzlich zwischen zwei Zündspannungen unterschieden:
- • DC spark-over voltage oder Gleichspannungszündwert. Diese Zündspannung ist maßgeblich, wenn der Spannungsanstieg im Bereich 100 V/s bis 1 kV/s liegt
- • Impulse spark-over voltage oder Ansprechstoßspannung. Diese Zündspannung ist maßgeblich, wenn der Spannungsanstieg im Bereich 100 V/µs bis 10 kV/µs liegt
- • DC spark-over voltage. This ignition voltage is crucial when the voltage rise is in the range of 100 V/s to 1 kV/s.
- • Impulse spark-over voltage or trigger voltage. This ignition voltage is crucial when the voltage rise is in the range of 100 V/µs to 10 kV/µs.
Der Gleichspannungszündwert ist niedriger als die Ansprechstoßspannung. Der Faktor kann bei ca. 1,5 oder höher liegen. Z.B. kann ein Ableiter mit 1 kV Gleichspannungszündwert eine Ansprechstoßspannung von 1,5 kV haben.The DC discharge voltage is lower than the impulse response voltage. This factor can be approximately 1.5 or higher. For example, a surge arrester with a 1 kV DC discharge voltage can have an impulse response voltage of 1.5 kV.
Die Gaszündung im Ableiter ist zum Teil ein stochastischer Prozess. Dadurch streuen die gemessenen Werte bis zu +/-20%. Entsprechend hoch muss der Gleichspannungszündwert im Ableiter eingestellt werden, um die Zündung im Normalbetrieb an Netz-Nominalspannung zu vermeiden. Dadurch erhöht sich auch die Ansprechstoßspannung und somit der Schutzpegel des Ableiters.Gas ignition in the surge arrester is partly a stochastic process. This results in measured values varying by up to +/-20%. Accordingly, the DC ignition threshold in the arrester must be set high enough to prevent ignition during normal operation at nominal mains voltage. This also increases the impulse response voltage and thus the protection level of the arrester.
Ein Ableiter sollte einen Zündwert haben, der deutlich über der normalen Betriebsspannung liegt. Dies muss bereits für den Gleichspannungszündwert gelten. Da die Spezifikation eines Ableiters auch nach der Ansprechstoßspannung bestimmt wird, muss man einen höheren Zündwert für die Ansprechstoßspannung einstellen bzw. in Kauf nehmen, der einen an der zu schützenden Leitung hängenden Verbraucher bei einem Überspannungsereignis stark mit hoher Spannung belasten kann, bevor der Ableiter zündet.A surge arrester should have a firing threshold significantly higher than the normal operating voltage. This must apply even to the DC firing threshold. Since the specification of a surge arrester is also determined by the impulse response voltage, a higher firing threshold for the impulse response voltage must be set or accepted. This higher threshold can subject a load connected to the protected line to a high voltage during a surge event before the arrester fires.
Die Druckschriften
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ableiter anzugeben, der möglichst exakt bei einer gewünschten Spannung zündet und mit dem die Zündspannung dann auf einen geringeren Wert als bei bekannten Ableitern eingestellt werden kann.The object of the present invention is therefore to provide a surge arrester that triggers as precisely as possible at a desired voltage and with which the trigger voltage can then be set to a lower value than with known surge arresters.
Diese Aufgabe wird mit einem Ableiter nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine Schaltungsanordnung mit einem Ableiter sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.This problem is solved with a surge arrester according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention and a circuit arrangement with a surge arrester can be found in the further claims.
Grundlegende Idee ist es, den Schutzpegel (im Wesentlichen die Ansprechstoßspannung) eines bekannten 3-Elektroden-Ableiters durch Hinzufügen einer zusätzlichen Triggerelektrode zu senken. Mit einer Triggerelektrode gelingt es gleichzeitig, den Ableiter so auszubilden, dass er bei definierter Überspannung zündet, da eben die Zündung bei einer exakten Spannung getriggert werden kann.The basic idea is to lower the protection level (essentially the impulse response voltage) of a known 3-electrode surge arrester by adding an additional trigger electrode. With a The trigger electrode simultaneously makes it possible to design the surge arrester in such a way that it ignites at a defined overvoltage, since the ignition can be triggered at an exact voltage.
Ein solcher Ableiter weist wie ein bekannter Ableiter einen elektrisch isolierenden Grundkörper auf, der einen Hohlraum einschließt. Eine erste und eine zweite Elektrode sind im Hohlraum im Abstand ab zueinander angeordnet. Eine dazwischen bzw. seitlich versetz angeordnete Mittelelektrode weist zur ersten und zweiten Elektrode einen Abstand am bzw. bm auf, wobei für die Entfernungen/Strecken gilt: am = bm < ab.Such a surge arrester, like a known surge arrester, has an electrically insulating base body that encloses a cavity. A first and a second electrode are arranged within the cavity at a distance ab from each other. A central electrode, positioned between or laterally offset from the first and second electrodes, has a distance am and bm, respectively, where the following applies to the distances: am = bm < ab.
Darüber hinaus ist eine Triggerelektrode vorgesehen, die zur Mittelelektrode einen Abstand tm aufweist, wobei tm < am, bm. Eine Triggerschaltung zum Erzeugen und Anlegen einer Triggerspannung bzw. eines Triggerimpulses an der Triggerelektrode vervollständigt den Ableiter. Die Triggerspannung ist so eingestellt, dass sie zum Zünden einer Gasentladung zwischen der Triggerelektrode und der Mittelelektrode geeignet ist. Über die Mittelelektrode wird die Überspannung dann an Masse abgeleitet und somit unschädlich gemacht. Die Triggerelektrode weist weiterhin eine rechteckige oder quadratische Fläche auf.Furthermore, a trigger electrode is provided, which has a distance tm from the center electrode, where tm < am, bm. A trigger circuit for generating and applying a trigger voltage or trigger pulse to the trigger electrode completes the surge arrester. The trigger voltage is set to ignite a gas discharge between the trigger electrode and the center electrode. The overvoltage is then dissipated to ground via the center electrode and thus rendered harmless. The trigger electrode also has a rectangular or square surface.
Mit Hilfe der Triggerelektrode gelingt es, die Zündung über die Triggerspannung auszulösen. Die Triggerspannung kann in Abhängigkeit von einer zwischen erster und zweiter Elektrode anliegenden Überspannung erzeugt werden. Maßgeblich ist, dass die Triggerschaltung erst dann eine Triggerspannung bzw. einen Triggerimpuls erzeugt, wenn die Spannung in der Leitung bzw. die Spannung zwischen erster und zweiter Elektrode einen eingestellten Wert übersteigt, der dem gewünschten Schutzpegel des Ableiters entspricht.The trigger electrode enables ignition via the trigger voltage. This trigger voltage can be generated based on an overvoltage present between the first and second electrodes. Crucially, the trigger circuit only generates a trigger voltage or pulse when the voltage in the line, or the voltage between the first and second electrodes, exceeds a preset value corresponding to the desired protection level of the surge arrester.
Der mit einer zusätzlichen Triggerelektrode erweiterte erfindungsgemäße Ableiter hat eine niedrigere (bessere) Ansprechstoßspannung und so auch einen niedrigeren Schutzpegel als ein dem Standard entsprechender 3-Elektroden-Ableiter.The surge arrester according to the invention, extended with an additional trigger electrode, has a lower (better) impulse response voltage and thus also a lower protection level than a standard 3-electrode surge arrester.
Durch die Triggerschaltung kann eine Triggerspannung bzw. ein Triggerimpuls erzeugt werden, durch den die Gaszündung im gesamten Innenraum des Ableiters gestartet wird.The trigger circuit can generate a trigger voltage or trigger pulse, which starts the gas ignition throughout the entire interior of the arrester.
Der Grundkörper des Ableiters kann eine Keramik umfassen und mit einem Gas befüllt sein. Über dessen Zusammensetzung kann die Ionisierbarkeit des Gases eingestellt werden.The main body of the drain can be made of ceramic and filled with a gas. The ionizability of the gas can be adjusted by its composition.
Der Ableiter kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung die im Folgenden beschriebene Geometrie aufweisen. Die erste und die zweite Elektrode sind entlang einer Längsachse des Hohlraums angeordnet und stehen einander diametral gegenüber. Die Mittelelektrode ist an einer Seitenwand im Inneren des Grundkörpers zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet. Die Triggerelektrode ist ebenfalls an einer Seitenwand des Grundkörpers zwischen der Mittelelektrode und der ersten und/oder der zweiten Elektrode angeordnet. Die Triggerelektrode kann punktförmig, als Pin oder flächig ausgebildet sein. Vorteilhaft ist, wenn die Entfernung zur Mittelelektrode möglichst genau eingestellt werden kann. Dadurch kann die Zündspannung genauer eingestellt werden.In an advantageous embodiment, the current collector can have the geometry described below. The first and second electrodes are arranged along a longitudinal axis of the cavity and are diametrically opposed to each other. The middle electrode is located on a side wall inside the base body between the first and second electrodes. The trigger electrode is also located on a side wall of the base body between the middle electrode and the first and/or second electrode. The trigger electrode can be a point, a pin, or a flat surface. It is advantageous if the distance to the middle electrode can be adjusted as precisely as possible. This allows for more precise adjustment of the ignition voltage.
In einer weiteren Ausführung ist die Mittelelektrode ringförmig geschlossen ausgebildet und folgt dem gesamten Umfang des Hohlraums entlang der Seitenwand koaxial zur Längsachse, so dass überall der gleiche Abstand zu erster und zweiter Elektrode eingehalten ist.In another embodiment, the central electrode is designed as a closed ring and follows the entire circumference of the cavity along the side wall coaxially to the longitudinal axis, so that the same distance to the first and second electrodes is maintained everywhere.
Dabei kann auch die Triggerelektrode ringförmig und koaxial zur Längsachse ausgebildet sein und dem gesamten Umfang des Hohlraums entlang der Seitenwand folgen. Sie verläuft dabei benachbart und überall im gleichen Abstand zur Mittelelektrode.The trigger electrode can also be ring-shaped and coaxial to the longitudinal axis, following the entire circumference of the cavity along the side wall. It runs adjacent to and at a constant distance from the central electrode.
In einer solchen Ausgestaltung ist der Grundkörper vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Grundkörper und alle Elektroden können dann rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet sein.In such a configuration, the base body is preferably cylindrical. The base body and all electrodes can then be rotationally symmetrical about the longitudinal axis.
Gemäß einer weiteren Ausführung weist die Triggerelektrode wie ein Pin von der Seitenwand radial vorspringend in Richtung der Längsachse.According to another version, the trigger electrode projects radially from the side wall in the direction of the longitudinal axis, like a pin.
Der Ableiter kann in einer Schaltungsanordnung wie beispielsweise einer Stromversorgungsschaltung verschaltet sein. Dort schützt er die Schaltung oder einen damit verbundenen Verbraucher vor einer in einer Stromversorgung auftretenden Überspannung, wie sie zum Beispiel durch ein Ereignis wie z.B. einen Blitz ausgelöst werden kann.The surge arrester can be integrated into a circuit arrangement, such as a power supply circuit. There, it protects the circuit or a connected load from overvoltage occurring in the power supply, such as that caused by an event like lightning.
Die Schaltung weist eine erste und eine zweite Leitung auf, die an unterschiedlichem Potential liegen, im Normalfall an einer Betriebs- oder Netzspannung. Die erste Leitung ist elektrisch mit der ersten Elektrode und die zweite Leitung mit der zweiten Elektrode des Ableiters verbunden. Bei Normalspannung überbrückt der parallel zu den beiden Leitern geschaltete Ableiter diese sperrend. Eine aus erster und zweiter Leitung ist elektrisch über eine Triggerschaltung mit der Triggerelektrode verbunden. Die Mittelelektrode ist mit Masse verbunden.The circuit has a first and a second conductor at different potentials, typically at an operating or mains voltage. The first conductor is electrically connected to the first electrode and the second conductor to the second electrode of the surge arrester. At normal voltage, the surge arrester, connected in parallel to the two conductors, blocks the current flow. A conductor consisting of the first and second conductors is electrically connected to the trigger electrode via a trigger circuit. The middle electrode is connected to ground.
Die Triggerschaltung umfasst eine Reihenschaltung aus einem spannungsbegrenzenden Element und einem Sperrkondensator.The trigger circuit comprises a series circuit consisting of a voltage-limiting element and a blocking capacitor.
Das spannungsbegrenzende Element kann z.B. aus Temperaturverteilungsstruktur-Diode, Metalloxid-Varistor (MOV) oder Mehrlagenvaristor (MLV) ausgewählt sein. All diese Elemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei einer Durchbruchspannung leitend werden, bei einer Spannung darunter aber praktisch nicht-leitend sind.The voltage-limiting element can be selected, for example, from a temperature distribution structure diode, a metal oxide varistor (MOV), or a multilayer varistor (MLV). All these elements are characterized by the fact that they become conductive at a breakdown voltage but are practically non-conductive at voltages below that voltage.
Das spannungsbegrenzende Element ist vorteilhaft auf einen Spannungswert eingestellt, der dem Gleichspannungszündwert zwischen erster oder zweiter Elektrode und Mittelelektrode eingestellt ist. Damit zündet die Funkenstrecke zwischen der Triggerelektrode und einer der drei anderen Elektroden des Ableiters unabhängig von der Ansprechstoßspannung, die sich zwischen den drei Elektroden (ohne Triggerung) einstellen würde.The voltage-limiting element is advantageously set to a voltage value that corresponds to the DC ignition voltage between the first or second electrode and the center electrode. This ensures that the spark gap between the trigger electrode and one of the three other electrodes of the current collector ignites independently of the impulse voltage that would occur between the three electrodes (without triggering).
Der Unterschied zwischen Gleichspannungszündwert und Ansprechstoßspannung spielt keine Rolle mehr, da die Zündung nun bereits beim Anlegen der Triggerspannung vollständig erfolgt und nicht erst beim Erreichen der Ansprechstoßspannung des 3-Elektroden-Ableiters.The difference between DC ignition value and impulse response voltage no longer matters, since ignition now occurs completely when the trigger voltage is applied and not only when the impulse response voltage of the 3-electrode arrester is reached.
Damit ist es möglich, die Zündspannung genau einzustellen. Überspannungen können sich nur bis zur Auslösespannung des spannungsbegrenzenden Elements aufbauen. Überschreitet eine Überspannung zwischen erstem und zweitem Leiter diese Auslösespannung, wird eine Triggerspannung bzw. ein Triggerimpuls erzeugt, der an der Triggerelektrode die Zündung des Ableiters auslöst. Durch Kurzschluss von erster und/oder zweiter Elektrode mit der Mittelelektrode wird die Überspannung sofort und zuverlässig über die Mittelelektrode an Masse abgeleitet.This allows for precise adjustment of the ignition voltage. Overvoltages can only build up to the trip voltage of the voltage-limiting element. If an overvoltage between the first and second conductors exceeds this trip voltage, a trigger voltage or trigger pulse is generated, which triggers the discharge current at the trigger electrode. By short-circuiting the first and/or second electrode with the center electrode, the overvoltage is immediately and reliably discharged to ground via the center electrode.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt.The invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments and the accompanying figures. The figures are schematic and not to scale.
Einzelne Teile können zur Verdeutlichung größer oder kleiner dargestellt sein. Es können den Figuren daher weder relative noch absolute Abmessungen entnommen werden.Individual parts may be shown larger or smaller for clarity. Therefore, neither relative nor absolute dimensions can be derived from the figures.
Es zeigen
-
1 einen konventionellen 3-Elektroden-Ableiter gemäß dem Stand der Technik im schematischen Querschnitt, -
2 eine erste Ausführungsform eines 3-Elektroden-Ableiter mit zusätzlicher Triggerelektrode im schematischen Querschnitt, -
3 verschiedene Spannungs/Zeitkurven bei verschiedenen Zündmechanismen im Ableiter, -
4 eine zweite Ausführungsform eines 3-Elektroden-Ableiters mit zusätzlicher Triggerelektrode im schematischen Querschnitt, -
5 eine Schaltungsanordnung mit einem ersten und einem zweiten Leiter und einem dazu parallel geschalteten Ableiter samt Triggerschaltung.
-
1 a conventional 3-electrode surge arrester according to the state of the art in schematic cross-section, -
2 a first embodiment of a 3-electrode current collector with an additional trigger electrode in schematic cross-section, -
3 different voltage/time curves for different ignition mechanisms in the discharge tube, -
4 a second embodiment of a 3-electrode current collector with an additional trigger electrode in schematic cross-section, -
5 a circuit arrangement with a first and a second conductor and a surge arrester connected in parallel to it, including a trigger circuit.
Die Enden des Grundkörpers können mit jeweils einer Kappe K1, K2 verschlossen sein, um den Hohlraum im Grundkörper gasdicht abzuschließen. Die Kappen K1, K2 können ebenfalls aus Keramik sein und z.B. mittels Hartlötung mit dem Grundkörper verbunden sein.The ends of the base body can each be sealed with a cap K1, K2 to create a gas-tight seal around the cavity within the base body. The caps K1, K2 can also be made of ceramic and, for example, joined to the base body by brazing.
Die Elektroden können Cu umfassen. Auch FeNi oder WCu sind als Elektrodenmetalle oder als Beschichtung der Elektroden geeignet.The electrodes can contain copper. FeNi or WCu are also suitable as electrode metals or as electrode coatings.
Übersteigt eine an erste und zweite Elektrode angelegte Spannung den Schutzpegel des Ableiters, wird das Gasgemisch im Inneren des Ableiters gezündet. Es entsteht zunächst eine Funkenstrecke entlang einer Entladungsstrecke am oder bm. Die Gasentladung verteilt sich dann in dem ganzen Innenraum des Ableiters. Wenn der Spannungsanstieg an den Elektroden A und B bzw. entlang einer der Strecken am und bm nicht zu steil ist und im Sekundenbereich liegt, zündet der Ableiter beim Gleichspannungszündwert. Wenn der Anstieg dagegen schnell und z.B. im µs-Bereich erfolgt, erfolgt die Zündung erst bei der Ansprechstoßspannung, die um einiges höher liegt als der Gleichspannungszündwert.If the voltage applied to the first and second electrodes exceeds the surge arrester's protection level, the gas mixture inside the arrester is ignited. A spark gap is initially created along a discharge path at or bm. The gas discharge then spreads throughout the entire interior of the arrester. If the voltage rise at electrodes A and B, or along one of the paths at or bm, is not too steep and occurs within a few seconds, the arrester will ignite at the DC ignition threshold. However, if the rise is rapid, for example, in the microsecond range, ignition will only occur at the impulse voltage, which is considerably higher than the DC ignition threshold.
Die
UAM entspricht in der Kurve 1 der Ansprechstoßspannung zwischen erster bzw. zweiter Elektrode und der Mittelelektrode.U AM corresponds in curve 1 to the response impulse voltage between the first or second electrode and the center electrode.
In der Kurve 2 entspricht UAM dem Gleichspannungszündwert zwischen erster bzw. zweiter Elektrode und der Mittelelektrode. Im Normalfall, bei dem ein schneller Spannungsanstieg erfolgt, ist der Wert der Ansprechstoßspannung gleichzeitig auch die effektive Zündspannung des Ableiters.In curve 2, U AM corresponds to the DC ignition voltage between the first or second electrode and the center electrode. Normally, with a rapid voltage rise, the value of the impulse response voltage is also the effective ignition voltage of the surge arrester.
Die folgende Tabelle gibt ein Beispiel für die elektrische Spezifikation eines solchen konventionellen 3-Elektroden Ableiters an:
Der Gleichspannungszündwert und die Ansprechstoßspannung der „tm“-Strecke sind dadurch geringer als die der „am“- bzw. „bm“-Strecke.The DC ignition value and the impulse response voltage of the "tm" section are therefore lower than those of the "am" or "bm" section.
Die Triggerelektrode T kann wie dargestellt ein durch die Seitenwand des Grundkörpers geführter z.B. drahtförmiger Leiter oder ein Pin z.B. aus Cu sein. Die Spitze der Triggerelektrode kann ein Stück weit in den Hohlraum ragen oder nur die Seitenwand so gerade eben durchbrechen.The trigger electrode T can be, as shown, a wire-shaped conductor or a pin, e.g., made of copper, passing through the side wall of the base body. The tip of the trigger electrode can protrude a short distance into the cavity or just barely penetrate the side wall.
Weiter kann die Seitenwand des Grundkörpers mit einem Graphitstrich belegt seinFurthermore, the side wall of the base body can be covered with a graphite stripe.
Mit einer einfachen Halbleiterschaltung (siehe auch
Die Triggerelektrode erfüllt eine Triggerfunktion für den ganzen Ableiter. Auch erste und zweite Elektroden A, B werden nach der Triggerung gegen die Mittelelektrode M gezündet. The trigger electrode acts as a trigger for the entire probe. The first and second electrodes A and B are also ignited against the center electrode M after triggering.
Der Schutzpegel des Ableiters hängt in diesem Fall von der Ansprechstoßspannung der Strecke „tm“ zwischen Trigger- und Mittelelektrode ab. Diese kann auf einen Wert eingestellt werden, der von der Triggerspannung sicher übertroffen wird.In this case, the protection level of the surge arrester depends on the impulse response voltage of the path "tm" between the trigger and center electrodes. This can be set to a value that is reliably exceeded by the trigger voltage.
Der Spannungsverlauf bei einem Spannungsanstieg im erfindungsgemäßen Ableiter ist durch die Kurve 3 von
Da bei langsamem Spannungsanstieg entsprechend Kurve 2 auch der Gleichspannungszündwert überschritten werden kann, kann auch dieser Ableitprozess ausgelöst werden. Im Gegensatz zum konventionellen 3-Elektroden-Ableiter liegt dieser Gleichspannungszündwert aber nur knapp über der Ansprechstoßspannung für die Entladungsstrecke tm.Since the DC trigger voltage can also be exceeded during a slow voltage increase, as shown in curve 2, this discharge process can also be triggered. However, in contrast to the conventional 3-electrode arrester, this DC trigger voltage is only slightly above the impulse response voltage for the discharge path tm.
Der Schutzpegel ist daher für unterschiedlich schnelle oder steile Spannungsanstiege ungefähr gleich und kann insgesamt auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden als beim konventionellen 3-Elektroden-Ableiter.The protection level is therefore approximately the same for different speeds or steep voltage increases and can be set to a lower value overall than with a conventional 3-electrode arrester.
Eine Triggerschaltung TS verbindet einen der beiden Leiter L mit der Triggerelektrode. Die Triggerschaltung umfasst zumindest eine Serienschaltung aus einem spannungsbegrenzenden Element SE und einem Sperrkondensator SK. Das spannungsbegrenzende Element SE weist eine Auslösespannung auf, oberhalb der es elektrisch leitend wird. Die Auslösespannung kann auf einen gewünschten Wert eingestellt werden und liegt beim erfindungsgemäßen Ableiter zwischen dem Gleichspannungs-Zündwert und der Ansprechstoßspannung entlang der Entladungsstrecken am und bm.A trigger circuit TS connects one of the two conductors L to the trigger electrode. The trigger circuit comprises at least one series circuit consisting of a voltage-limiting element SE and a blocking capacitor SK. The voltage-limiting element SE has a trigger voltage above which it becomes electrically conductive. The trigger voltage can be set to a desired value and, in the surge arrester according to the invention, lies between the DC trigger voltage and the impulse response voltage along the discharge paths am and bm.
Das spannungsbegrenzende Element SE kann z.B. aus Temperaturverteilungsstruktur-Diode, Metalloxid-Varistor (MOV) oder Mehrlagenvaristor (MLV) ausgewählt sein.The voltage-limiting element SE can be selected from, for example, a temperature distribution structure diode, a metal oxide varistor (MOV), or a multilayer varistor (MLV).
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele begrenzt und umfasst auch Ableiterausgestaltungen mit anders ausgebildeten Grundkörpern und gegebenenfalls weiteren Elektroden. Auch die Materialien können von den beispielhaft verwendeten abweichen. Die Zündspannung, die der Auslösespannung des spannungsbegrenzenden Elements entspricht, kann nahezu beliebig eingestellt werden, sofern geeignete spannungsbegrenzende Elemente zur Verfügung stehen.The invention is not limited to the illustrated embodiments and also includes surge arrester designs with differently shaped base bodies and optionally additional electrodes. The materials may also differ from those used as examples. The ignition voltage, which corresponds to the tripping voltage of the voltage-limiting element, can be set almost arbitrarily, provided suitable voltage-limiting elements are available.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- AA
- Erste ElektrodeFirst electrode
- abaway
- Abstand zwischen A und BDistance between A and B
- ALAL
- Ableiterdrain
- amat
- Entladungsstrecke und Abstand zwischen A und MDischarge distance and distance between A and M
- BB
- Zweite ElektrodeSecond electrode
- bmbm
- Entladungsstrecke und Abstand zwischen B und MDischarge distance and distance between B and M
- GKGK
- Grundkörperbasic body
- GSGS
- GraphitstrichGraphite line
- K1K1
- Erste KappeFirst cap
- K2K2
- Zweite KappeSecond cap
- LL
- Zweite LeitungSecond line
- L+L+
- Erste LeitungFirst line
- LALA
- Längsachse des GrundkörpersLongitudinal axis of the base body
- MM
- Mittelelektrodecenter electrode
- SESE
- spannungsbegrenzendes Elementvoltage-limiting element
- SKSK
- SperrkondensatorBlocking capacitor
- TT
- TriggerelektrodeTrigger electrode
- tmtm
- Entladungsstrecke und Abstand zwischen T und MDischarge distance and distance between T and M
- TSTS
- TriggerschaltungTrigger circuit
Claims (8)
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
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| EP21731987.0A EP4162575A2 (en) | 2020-06-08 | 2021-06-08 | Arrester and circuit assembly comprising the arrester |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102020115169.1A DE102020115169B4 (en) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | Surge arrester and circuit arrangement with surge arrester |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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