DE19655119C2 - Spark gap arrangement - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung mit zwei Elektroden, die im Innenraum eines druckfesten Gehäuses ange ordnet sind.The invention relates to a spark gap arrangement with two Electrodes in the interior of a pressure-resistant housing are arranged.
Funkenstreckenanordnungen stellen aufgrund ihres großen Ener gieableitvermögens ein bevorzugtes Bauteil für den Überspan nungsschutz dar. Speziell bei Funkenstreckenanordnungen, die im Niederspannungsversorgungssystem installiert sind, kann es bei der Ableitung einer Überspannung zu einem sogenannten Netz folgestrom kommen. Aus diesem Grund ergibt sich für derartige Anordnungen die Forderung nach einem ausreichenden Folgestrom löschvermögen.Spark gap arrangements are due to their large energy a preferred component for the span protection. Especially with spark gap arrangements that are in the Low voltage supply system installed, it can be used the derivation of an overvoltage to a so-called network follow current come. For this reason, for such Orders the demand for a sufficient follow-up current extinguishing power.
Das Folgestromlöschvermögen von Funkenstreckenanordnungen ist
im wesentlichen direkt proportional der Lichtbogenspannung.
Hieraus ergibt sich die Zielsetzung, eine möglichst hohe
Lichtbogenspannung zu erreichen. Im einzelnen existieren
mehrere Lösungsansätze, die sich aus der nachfolgenden
Gleichung (1) ableiten:
The subsequent current extinguishing capacity of spark gap arrangements is essentially directly proportional to the arc voltage. This leads to the objective of achieving the highest possible arc voltage. In particular, there are several approaches that can be derived from equation (1) below:
UB = (UA + UK) + L . E (1)
UB = (UA + UK) + L. E (1)
UB = Bogenspannung;
UA + UK = Anodenfall-/Katodenfallspannung;
L = Bogenlänge;
E = Bogenfeldstärke.
UB = arc tension;
UA + UK = anode drop / cathode drop voltage;
L = arc length;
E = field strength.
Die Werte UA + UK sind Grundgrößen der Plasmatechnik und kaum beeinflußbar. Eine erste prinzipielle Ansatzmöglichkeit ist die Beeinflussung der Bogenlänge L. Dies wird in der Regel durch eine Aufweitung des Bogens erreicht. Nachteilig ist, daß die geometrischen Abmessungen der Elektroden entsprechend groß werden und damit Grenzen durch die Gesamtgeometrie vorliegen.The UA + UK values are basic parameters of plasma technology and hardly influenceable. A first basic approach is that Influencing the arc length L. This is usually done by an expansion of the arch is achieved. The disadvantage is that the geometrical dimensions of the electrodes correspondingly large and there are limits due to the overall geometry.
Die zweite prinzipielle Möglichkeit ist, die Bogenfeldstärke E und damit das Folgestromlöschvermögen über die direkte Kühl wirkung zu beeinflussen. Dies wird bei bekannten Geräten üblicherweise durch Kühlung des Lichtbogens herbeigeführt. Die Kühlung wird in der Regel durch die Kühlwirkung der Isolier stoffwände sowie die Verwendung von gasabgebender Isolierstoffe erreicht. Weiterhin ist eine starke Strömung des Löschgases notwendig, was wiederum einen hohen konstruktiven Aufwand erfordert. Die heißen, ionisierten Gase des Lichtbogens werden durch Ausgasöffnungen im Funkenstreckengehäuse nach außen in die Umgebung abgeführt. Dies bedingt, daß am Einbauort der Funkenstrecke bestimmte Abstände zu anderen spannungsführenden, z. B. in der Elektroverteilung vorgesehenen sowie brennbaren Teilen einzuhalten sind, was den Einsatz nur unter bestimmten zusätzlichen Vorgaben ermöglicht.The second principal option is the arc field strength E and thus the subsequent current extinguishing capacity via direct cooling influence effect. This is the case with known devices usually brought about by cooling the arc. The Cooling is usually due to the cooling effect of the insulation fabric walls and the use of gas-emitting insulating materials reached. There is also a strong flow of the extinguishing gas necessary, which in turn requires a great deal of design effort required. The hot, ionized gases from the arc will through outlets in the spark gap housing to the outside in dissipated the environment. This means that at the installation site Spark gap certain distances to other live, e.g. B. provided in the electrical distribution and combustible Parts are to be adhered to, what use only under certain enables additional specifications.
Aus der DE-OS 20 07 293 ist eine wiederzündende Funkenstrecke für Überspannungsableiter mit einer Funkenlöschspule und mit zwei auf einer isolierenden Unterlage angeordneten Elektroden bekannt. Die Funkenstrecke ist in bekannter Weise auf einer kreisförmigen Platte aus keramischem Material montiert. Die Platte hat einen vertieften Teil, der eine Löschkammer bildet. Die Funkenstrecke besteht aus zwei Elektroden, von denen jede ein Befestigungsteil und ein Funkenstreckenteil umfaßt. Die Funkenstreckenteile divergieren von der Zündstelle weg. Ihre einander gegenüberliegenden Flächen bilden Auslaufwege für die Fußpunkte des zwischen den Elektroden auftretenden Lichtbogens. Die voneinander abgewandten Flächen der Funkenstrecke bilden Rücklaufwege für die Fußpunkte des Lichtbogens, wenn der Lichtbogen unter Einwirkung der Funkenlöschspule so weit verlängert worden ist, daß seine Fußpunkte die Spitzen der Elektroden passiert haben. Zwischen dem Rücklaufweg und dem Auslaufweg jeder Elektrode liegt jeweils ein Kanal, der einen Durchströmbereich für das ionisierende Gas des Lichtbogens bildet. Der Kanal kann als Rinne in der Platte ausgeführt sein und wird dabei auf einer Seite von dem Funkenstreckenteil überdeckt. Nach einer anderen Ausführungsform kann der Kanal aus einer Bohrung in jeder Elektrode bestehen, so daß der Kanal ganz in dem Elektrodenmaterial liegt. Der Kanal mündet in der oder in unmittelbarer Nähe der Zündstelle, wo der Lichtbogen gezündet wird, wenn ein Überschlag eintritt.DE-OS 20 07 293 is a re-igniting spark gap for surge arresters with a spark quenching coil and with two electrodes arranged on an insulating base known. The spark gap is in a known manner on one circular plate made of ceramic material. The The plate has a recessed part that forms an extinguishing chamber. The spark gap consists of two electrodes, each of which includes a mounting part and a spark gap part. The Spark gap parts diverge away from the ignition point. Your opposite surfaces form discharge paths for the Base points of the arc occurring between the electrodes. Form the surfaces of the spark gap facing away from each other Return paths for the base points of the arc if the Arc so far under the influence of the spark quenching coil has been extended that its base points are the tops of the Electrodes have passed. Between the return path and the Each electrode has an outlet path, one channel at a time Flow area for the ionizing gas of the arc forms. The channel can be designed as a channel in the plate and is thereby on one side of the spark gap part covered. In another embodiment, the channel consist of a hole in each electrode so that the channel lies entirely in the electrode material. The channel flows into the or in the immediate vicinity of the ignition point, where the arc is ignited when a rollover occurs.
Nachteilig ist beim Gegenstand nach DE-OS 20 07 293, daß durch den Öffnungswinkel der beiden divergierenden hörnerartigen Funkenstreckenanteile ein relativ großer Raum benötigt wird und daß ferner die Stromzuführung zu den beiden Elektroden von seitlich der Elektroden gelegenen Außenbereichen herkommt. Dies kann zu relativ hohen strombedingten Kräften führen, die mechanisch bewältigt werden müssen.The disadvantage of the subject of DE-OS 20 07 293 is that the opening angle of the two divergent horn-like Spark gap shares a relatively large space is needed and that also the power supply to the two electrodes of comes from the outside of the electrodes. This can lead to relatively high current-related forces that have to be dealt with mechanically.
Die DE-PS 29 34 236 zeigt einen Überspannungsableiter mit Funkenstrecke, deren Elektroden mittels eines Isolierstücks auf Abstand gehalten werden und welche eine den Bereich der Bogen entladung umschließende Kammer mit Wänden aus Isolierstoff aufweist, der unter Wärmeeinwirkung Löschgas abgibt. Bei diesem Überspannungsableiter wird die beim Überschlag entstehende Energie dazu benutzt, Löschgas aus dem aus entsprechendem Isolierstoff bestehenden Isolierstück derart zu erzeugen, daß der Lichtbogen vom Spalt weggedrückt wird und die ionisierten Gase nach außen abgelassen werden, so daß nach Überspannungs ende keine weitere Zündung durch die Netzspannung erfolgen kann. Nachteilig ist hierbei ein relativ hoher konstruktiver Aufwand für die Schaffung der Gasführung und der Umstand, daß die heißen Gase ausgeblasen werden.DE-PS 29 34 236 shows a surge arrester with Spark gap, the electrodes of which by means of an insulating piece Keep a distance and which one is the area of the arch Chamber enclosing the discharge with walls made of insulating material has, which releases fire gas under the influence of heat. With this Surge arrester is the one that arises during a flashover Energy used to extinguish gas from the corresponding To produce existing insulating piece such that the arc is pushed away from the gap and the ionized Gases are released to the outside, so that after overvoltage no further ignition from the mains voltage can. The disadvantage here is a relatively high constructive Effort for the creation of gas flow and the fact that the hot gases are blown out.
Die US 3,849,704 zeigt einen Überspannungsableiter mit einem geschlossenen Gehäuse. Im Zusammenwirken mit der Impedanz eines Zuleitungskabels wird der Löschvorgang optimiert, wobei das Volumen des Gehäuses des Überspannungsableiters so groß gewählt ist, daß auch bei mehrmaligem Auslösen keine unzulässig hohen Drücke auftreten. Nachteilig ist jedoch, daß sich die Wirkungen bezüglich einer optimalen Überspannungsableitung erst dann einstellen, wenn über die Kabelimpedanz eine Spannungsbegren zung gegeben ist, wobei der Ableiter selbst gehäuseseitig großvolumig dimensioniert werden muß.The US 3,849,704 shows a surge arrester with a closed housing. In interaction with the impedance of a Supply cable, the deletion process is optimized, whereby the Volume of the housing of the surge arrester chosen so large is that even with repeated triggers there are no impermissibly high ones Pressures occur. The disadvantage, however, is that the effects only then with regard to optimal surge dissipation set if a voltage limit is set via the cable impedance is given, the arrester itself on the housing side must be dimensioned large.
Aus der Patentschrift DD 279 120 A1 ist eine Druckentlastungsvorrichtung für Überspannungsableiter in Mittelspannungsanlagen vorbekannt.From the patent specification DD 279 120 A1 is one Pressure relief device for surge arresters in Medium voltage systems previously known.
Diese Vorrichtung besitzt im wesentlichen gegenüberliegende Elektroden, die im Innenraum eines druckfesten Gehäuses angeordnet sind, wobei eine gasabgebende Löschkammer mit einer Druckentlastung versehen ist. Die Druckentlastungsvorrichtung besteht aus einer Feder innerhalb eines Führungszylinders und einem kugelförmigen Verschlußkörper mit entsprechender Halterung. Beim Eintreffen einer Überspannung an dem Ableiter und bei Erreichen der Zündspannung innerhalb der Löschkammer erfolgt ein Überschlag zwischen den Elektroden der Löschfunkenstrecke längs der inneren Oberfläche, wobei ein Löschgas freigesetzt wird. Hierdurch kommt es zu einem raschen Druckanstieg in der Löschkammer, wobei beim Erreichen des Ansprechdruckes der Druckentlastungsvorrichtung ein Ausblasen des Plasmas über die freiwerdende Ausblasöffnung erfolgt. Damit wird zwar bei relativ langsam aufbauenden Drücken eine Löschung niedriger Ströme gewährleistet und ein Bersten der Löschkammer infolge der Gasentwicklung bei hohen Strömen vermieden, jedoch ist das Netzfolgestromlöschvermögen einer derartigen Einrichtung insbesondere beim Einsatz in Niederspannungsversorgungssystemen unzureichend.This device has essentially opposite Electrodes in the interior of a pressure-resistant housing are arranged, a gas-emitting extinguishing chamber with a Pressure relief is provided. The pressure relief device consists of a spring inside a guide cylinder and a spherical closure body with corresponding Bracket. When an overvoltage arrives at the arrester and when the ignition voltage is reached within the arcing chamber there is a rollover between the electrodes of the Extinguishing spark gap along the inner surface, being a Extinguishing gas is released. This leads to a rapid Pressure increase in the quenching chamber, whereby when reaching the Response pressure of the pressure relief device blowing out of the plasma takes place via the released blow-out opening. In order to becomes a deletion if the pressures build up relatively slowly guaranteed low currents and bursting of the arcing chamber avoided due to gas evolution at high currents, however is the line follow current extinguishing capacity of such Setup especially when used in Low voltage supply systems inadequate.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Funken streckenanordnung mit zwei Elektroden, die im Innenraum eines druckfesten Gehäuses angeordnet sind, so weiterzubilden, daß eine Erhöhung des Netzfolgestromlöschvermögens bei keiner, zumindest aber nur bei einer geringen Volumenerhöhung der Funkenstreckenanordnung erreichbar ist.The invention is therefore based on the object of a spark route arrangement with two electrodes in the interior of a flameproof housing are arranged so that an increase in the network follow-up current extinguishing capacity in none, at least only with a small increase in volume Spark gap arrangement is achievable.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Anord nung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved with an arrangement tion according to the features of claim 1, wherein the Expedient embodiments and Training includes.
Erfindungsgemäß ist das Volumen des Innenraums der Funken streckenanordnung so bemessen und auf die Höhe des zu erwar tenden Netzfolgestroms abgestimmt, daß durch den Lichtbogen des Netzfolgestroms eine kurzzeitige Druckerhöhung um ein Viel faches des atmosphärischen Drucks gegeben ist. Zum späteren langsamen Abbauen des Überdrucks bzw. zum Angleichen des Innendrucks an den atmosphärischen Umgebungsdruck sind Kanäle kleinen Querschnitts im bzw. am Gehäuse ausgebildet.According to the invention, the volume of the interior is the spark Route arrangement so dimensioned and at the level of the expected tendency mains sequence current coordinated that by the arc of the Mains sequence current a short pressure increase by a lot times the atmospheric pressure. For later slowly reduce the overpressure or to adjust the Internal pressure at atmospheric ambient pressure are channels small cross-section formed in or on the housing.
Bevorzugt besitzt das Gehäuse eine im wesentlichen zylindrische Form, wobei die Stirnflächen durch Deckelelemente verschlossen sind.The housing preferably has a substantially cylindrical shape Shape, the end faces closed by cover elements are.
Das Gehäuse ist von einem metallischen rohrförmigen Druckkörper umschlossen oder wird durch einen solchen Druckkörper geformt. Der Druckkörper ist stirnseitig umgebördelt und umgreift die Deckelelemente. The housing is made of a metallic tubular pressure body enclosed or is formed by such a pressure body. The pressure body is flanged on the front and encompasses the Cover elements.
Die erwähnte Druckerhöhung in dem die Elektroden aufweisenden Innenraum wird durch den Lichtbogen des Netzfolgestroms selbst produziert.The above-mentioned pressure increase in the electrode Interior is created by the arc of the grid follow current itself produced.
Demnach wird die Steigerung des Folgestromlöschvermögens nicht, wie bereits bekannt und üblich, durch eine verbesserte Kühlung des Lichtbogens erreicht, sondern durch eine druckabhängige Beeinflussung der Bogenfeldstärke.Accordingly, the increase in the subsequent current extinguishing capacity is not as already known and usual, through improved cooling of the arc, but through a pressure-dependent Influencing the field strength.
Durch die damit einhergehende Erhöhung der Bogenspannung verbessern sich auf überraschend einfache Art und Weise die Löschbedingungen. Dies ist auf die Anwendung des Effekts zurückzuführen derart, daß die Feldstärke E direkt dem Druck des Löschgases proportional ist. Somit lassen sich hohe Bogen spannungen bei sehr kleinen Abmessungen des Gehäuses erreichen. An sich erzeugen sowohl Stoßstrom als auch Folgestrom Hitze und bewirken einen Druckanstieg; aktiv genutzt wird jedoch die Erhitzung durch den Netzfolgestrom. Damit ist der Druckanstieg und somit auch das Löschvermögen in direkter Weise an den zu unterbrechenden Netzfolgestrom gekoppelt. Damit entsteht ein stromabhängiges Schaltverhalten bzw. Schaltvermögen. Entschei dend für die Größe des Netzfolgestroms ist die Spannungsdif ferenz zwischen Netzspannung einerseits und Bogenspannung andererseits. Da hier beide Spannungen in ihrer Wirkung einan der entgegengesetzt gerichtet sind, hat dies für die Erfindung den Vorteil, daß immer nur so viel Druckerhöhung produziert wird, wie zur Unterbrechung des momentan fließenden Stroms notwendig ist. Dieses sogenannte "weiche Schalten" steht im Gegensatz zum "harten Schalten" nach dem Stand der Technik. Dort wird aufgrund der fehlenden Stromabhängigkeit des Lösch vermögens der Strom immer mit der vollen Leistungsfähigkeit unterbrochen. Dies kann zum sogenannten Stromabriß führen. Dieser Stromabriß stellt eine Belastung der nachgeschalteten zu schützenden Anlagen oder Geräte dar und wird bei vorliegender Erfindung vermieden.Due to the accompanying increase in bow tension improve in a surprisingly simple way Deletion conditions. This is due to the application of the effect attributed such that the field strength E directly the pressure of the extinguishing gas is proportional. This allows high bows reach voltages with very small dimensions of the housing. In itself, both surge current and follow current generate heat and cause an increase in pressure; however, the Heating by the line follow current. So that's the pressure increase and thus the extinguishing capacity in a direct way to the interrupting line follow current coupled. This creates a current-dependent switching behavior or switching capacity. Decide The voltage dif is the end of the size of the line follow current Reference between mains voltage on the one hand and arc voltage on the other hand. Since here both tensions affect each other in their effect the opposite direction has this for the invention the advantage that only so much pressure increase produces becomes like interrupting the current flowing necessary is. This so-called "soft switching" is in the Contrary to "hard switching" according to the state of the art. There is due to the lack of current dependence of the extinguishing power always at full capacity interrupted. This can lead to the so-called power cut. This current stall puts a load on the downstream protective systems or devices and is in the present Avoided invention.
Für die Optimierung des Volumens der Lichtbogenkammer bzw. des Innenraums des Gehäuses ist folgendes zu beachten. Ist das Kammervolumen zu klein, kommt es beim Stoß- bzw. Folgestrom löschvorgang zu einer mechanischen und/oder thermischen Über lastung des Gehäuses. Ist das Volumen zu groß, ist der Druck anstieg und damit das Anwachsen der Bogenspannung zu gering.To optimize the volume of the arc chamber or The following must be observed inside the housing. Is this Chamber volume too small, it occurs with surge or follow current extinguishing process to a mechanical and / or thermal transfer load of the housing. If the volume is too large, the pressure is increased and thus the increase in bow tension too low.
Beispielsweise erfolgt eine kurzzeitige Erhöhung des Innen drucks des Gehäuses auf 10 bis 60 bar. Damit läßt sich das Folgestromlöschvermögen etwa vervierfachen, wobei der Vorteil eines sehr geringen Volumens des Innenraums des Gehäuses gegeben ist.For example, there is a brief increase in the interior pressure of the housing to 10 to 60 bar. So that can be Quadruple follow current extinguishing capacity, the advantage a very small volume of the interior of the housing given is.
Wie dargelegt, wird der im Gehäuse durch den Lichtbogen des Stoßstroms und den Lichtbogen des Folgestroms entstehende Überdruck langsam abgebaut, wobei der Abbau des Überdrucks vorzugsweise innerhalb von 3 bis 5 Stunden erfolgt. Weil jeder Stromstoß einen Folgestrom nach sich zieht und der Folgestrom aufgrund seiner Wärmeentwicklung eine Erhöhung des Innendrucks in der Funkenstreckenanordnung bewirkt, wird durch die vorhan denen Kanäle zuverlässig vermieden, daß die jeweiligen Über drücke sich addieren und die Funkenstreckenanordnung zerstören. Vielmehr wird durch die gegebenen erfindungsgemäßen Merkmale ein langsamer, kontinuierlicher Ausgleich des Innendrucks des Gehäuses an die Außenatmosphäre erreicht. Dadurch, daß sich der Druck abbauen kann, bleibt die Ansprechspannung der Funken streckenanordnung nahezu konstant, auch in dem Fall, wenn mehrere zeitlich beabstandete Löschvorgänge stattfinden.As stated, the arc in the housing Surge current and the arc of the follow current Overpressure is slowly reduced, reducing the overpressure preferably within 3 to 5 hours. Because everyone Surge current causes a follow current and the follow current an increase in internal pressure due to its heat development in the spark gap arrangement is caused by the existing which channels reliably avoided that the respective over add up and destroy the spark gap arrangement. Rather, given the features of the invention a slow, continuous equalization of the internal pressure of the Housing reached to the outside atmosphere. Because the Can reduce pressure, the response voltage of the sparks remains route arrangement almost constant, even in the case when multiple deletions at intervals take place.
Bei der Verwendung des beschriebenen quasi-druckdichten Gehäuses entfällt der beim Stand der Technik gegebene Nachteil des Ausblasens der vom Lichtbogen erzeugten heißen Gase. Somit besteht in keinem dieser Fälle die Gefahr einer Gefährdung von Personen und/oder einer Beschädigung von benachbarten Bauteilen oder dergleichen Mitteln.When using the described quasi-pressure tight Housing has the disadvantage given in the prior art blowing out the hot gases generated by the arc. Consequently there is no risk of endangering People and / or damage to neighboring components or the like.
Generell ist darauf aufmerksam zu machen, daß ein wichtiger synergistischer Effekt darin liegt, daß eine Verringerung des Volumens des Innenraums des Gehäuses bei einer angenommenen Größe des Netzfolgestroms eine entsprechende und für die Löschung vorteilhafte Erhöhung des Innendrucks im Gehäuse zur Folge hat, so daß es nicht notwendig ist, zur Erhöhung der Bogenspannung die Länge des Folgestromlichtbogens zu ver größern. Damit ist eine unerwünschte Volumenerhöhung des oben genannten, die Elektroden aufnehmenden Gehäuseinnenraums nicht notwendig.Generally it should be noted that an important synergistic effect is that a reduction in Volume of the interior of the housing at an assumed Size of the line follow current is a corresponding one and for that Deletion advantageous increase in internal pressure in the housing Consequence, so that it is not necessary to increase the Arc voltage to ver the length of the follow current arc enlarge. This is an undesirable increase in volume of the above not mentioned, the electrode receiving housing interior necessary.
Die erfindungsgemäße Funkenstreckenanordnung kann als Modul in ein- oder mehrpoligen Gehäusevarianten für den Innen- und Außenbereich angewendet werden, einschließlich bei explosions geschützten Funkenstrecken.The spark gap arrangement according to the invention can be used as a module in single or multi-pole housing variants for indoor and Outdoors, including explosions protected spark gaps.
Beim Einsatz eines äußeren Druckkörpers, der die Vorteile einer kostengünstigen Herstellung aufweist, werden keine mechanischen Anforderungen an das umgebende Kunststoffelement gestellt. Mittels einer aus Durchmesserunterschieden resultierenden Überdeckung kann auch ein Überdruckventil für die Funken streckenanordnung realisiert werden, wobei die Deckelelemente, die z. B. aus Kunststoff bestehen, an den Umbördelungen abscheren und der jeweilige Elektrodenfuß zur Anlage an die Umbördelung kommt. Durch die dabei auftretenden größeren Spalte wird der Überdruck in die Atmosphäre sehr schnell abgebaut.When using an outer pressure body, which has the advantages of a Has inexpensive manufacture, no mechanical Requirements placed on the surrounding plastic element. By means of a result of differences in diameter Coverage can also be a pressure relief valve for the sparks route arrangement can be realized, the cover elements, the z. B. made of plastic, at the flanges shear off and the respective electrode foot to abut the Flanging comes. Because of the larger gaps that appear the overpressure into the atmosphere is released very quickly.
Zum Druckausgleich des Innenraums sind zum Angleichen des Innendrucks der Gehäuseanordnung an den atmosphärischen Normaldruck Be- und Entlüftungskanäle vorgesehen, die so dimensioniert werden, daß der Abbau des Überdrucks über ver schiedene Zeiten einstellbar ist. Im Sinne der Verbesserung des Löschverhaltens können innere Kunststoffelemente und/oder ein Isolierstück aus einem gasabgebenden Werkstoff bestehen.To equalize the pressure in the interior are to adjust the Internal pressure of the housing arrangement to the atmospheric Normal pressure ventilation channels provided, so be dimensioned so that the reduction of overpressure ver different times is adjustable. In the spirit of improving the Deletion behavior can internal plastic elements and / or Insulator made of a gas-emitting material.
Die Erfindung soll nachstehend von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention is intended below from exemplary embodiments as well are explained in more detail with the aid of figures.
Hierbei zeigen:Here show:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Funkenstreckenanord nung im Längsschnitt, Fig. 1 shows a first embodiment of the Funkenstreckenanord voltage in longitudinal section;
Fig. 2, 2a eine Ansicht eines NH-Sicherungsgehäuses mit einge bauter Funkenstreckenanordnung im geschlossenen und geöffneten Zustand, Fig. 2, 2a is a view of a NH-Fuse housing with inserted bauter spark gap arrangement in the closed and open state,
Fig. 3, 3a eine Ansicht eines Außengehäuses mit drei einge bauten Funkenstreckenanordnungen im geschlossenen und geöffneten Zustand und Fig. 3, 3a is a view of an outer housing with three built-in spark gap arrangements in the closed and open state and
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Funkenstreckenan ordnung im Längsschnitt. Fig. 4 shows another embodiment of the spark gap arrangement in longitudinal section.
Die erste Ausführungsform der Funkenstreckenanordnung ist in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellt. Im Innenraum 1 sind zwei Elektroden 2a und 2b befindlich, welche durch ein Isolierstück 3 auf einem notwendigen Abstand a gehalten werden. Auch dieser Abstand bestimmt die Ansprechspannung der Funkenstrecke. Der Abstand a kann durch im einzelnen nicht dargestellte Mittel verändert werden, um somit unterschiedliche Ansprechspannungen einstellen zu können, wobei eine Erhöhung des Abstands a zu einer Erhöhung der Ansprechspannung und dies zu einer höheren Bogenspannung führt.The first embodiment of the spark gap arrangement is shown in longitudinal section in FIG. 1. In the interior 1 there are two electrodes 2 a and 2 b, which are kept at a necessary distance a by an insulating piece 3 . This distance also determines the response voltage of the spark gap. The distance a can be changed by means not shown in detail so that different response voltages can be set, an increase in the distance a increasing the response voltage and this leading to a higher arc voltage.
Das Isolierstück 3 kann vorteilhaft aus einem gasabgebenden Kunststoff (z. B. POM) bestehen und derart gestaltet sein, daß die Zündung des Lichtbogens als Gleitentladung an den einander zugewandten Enden der Elektrodenkegel 2a und 2b eingeleitet wird. Dadurch wird der Lichtbogen veranlaßt, sich entsprechend dem durch die Kegelform der Elektroden 2a und 2b bedingten Öffnungswinkel aufzuweiten und damit günstigere thermische sowie Löscheigenschaften herzustellen.The insulator 3 can advantageously be made of a gas-releasing plastic (eg. B. POM) and be designed such that the ignition of the arc is initiated b as creeping discharge at the mutually facing ends of the electrodes cone 2 a and 2. This causes the arc to expand in accordance with the opening angle caused by the cone shape of the electrodes 2 a and 2 b and thus to produce more favorable thermal and quenching properties.
Innerhalb des kleinen Spalts a springt der Lichtbogen über und wird dann entlang der sich von diesem Spalt a her erstreckenden Elektrodenflächen 20 radial nach außen geführt. Da diese Elek trodenflächen miteinander einen sich nach außen erweiternden Konus bilden, hat dies eine entsprechende Verlängerung des Lichtbogens und damit eine Erhöhung der Bogenspannung zur Folge. Bei der Ausgestaltung der Funkenstreckenanordnung gemäß Fig. 1, aber auch gemäß Fig. 4 und bei den hier gegebenen Abmessungen von etwa einem Drittel der Größe der Darstellung auf den Figuren ist eine Druckerhöhung des Innendrucks im Bereich von etwa 30 bis 50 bar gegeben.The arc jumps within the small gap a and is then guided radially outward along the electrode surfaces 20 extending from this gap a. Since these electrode surfaces together form an outwardly widening cone, this results in a corresponding extension of the arc and thus an increase in the arc voltage. In the embodiment of the spark gap arrangement according to FIG. 1, but shown in FIG. 4 and in the here given dimensions of approximately one third of the size of the display on the figures is given a pressure increase of the internal pressure in the range of about 30 to 50 bar.
Selbstverständlich liegt es im Bereich der Erfindung, die Formgebung der Elektrodenflächen und auch der Elektroden als solchen und ihrer Halterung anders zu gestalten als in den Fig. 1 und 4 gezeigt.It is of course within the scope of the invention to design the shape of the electrode surfaces and also the electrodes as such and their holder differently than shown in FIGS. 1 and 4.
So könnte beispielsweise die Elektrodenfläche 20 vom Isolier stück 3 her bis zum äußeren Umfang der Elektroden 2a, 2b im Abstand a radial nach außen hin verlaufend gestaltet werden, wobei deren innere Stirnfläche am Isolierstück angrenzen kann. Der die Elektroden aufweisende Innenraum 1 ist umgeben von einer druckfesten Gehäuseanordnung 5. Diese Gehäuseanordnung 5 wird begrenzt durch zwei Deckelelemente 4a und 4b an den Stirnflächen. Die gesamte Anordnung wird geführt und zu den Seitenflächen abgeschlossen durch ein inneres Kunststoffelement 5a. Diese Teile 4a, 4b und 5 isolieren die Funkenstrecke von einem in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenen äußeren Druckkörper 6, der die Teile 4a, 4b und 5a so umschließt, daß ein druckfester Zusammenhalt hergestellt ist.For example, the electrode surface 20 from the insulating piece 3 to the outer circumference of the electrodes 2 a, 2 b at a distance a can be designed to run radially outwards, the inner end face of which can adjoin the insulating piece. The interior 1 having the electrodes is surrounded by a pressure-resistant housing arrangement 5 . This housing arrangement 5 is limited by two cover elements 4 a and 4 b on the end faces. The entire arrangement is guided and closed to the side surfaces by an inner plastic element 5 a. These parts 4 a, 4 b and 5 isolate the spark gap from an external pressure body 6 provided in this exemplary embodiment, which encloses parts 4 a, 4 b and 5 a in such a way that a pressure-resistant cohesion is produced.
Bevorzugt besteht der äußere Druckkörper 6 aus einem metal lischen Rohrstück, das durch Umbördeln seiner beiden, an den Deckeln 4a, 4b anliegenden Enden kostengünstig fertigbar ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das innere Kunst stoffelement 5a auch aus einem gasabgebenden Werkstoff (z. B. POM) bestehen.Preferably, the outer pressure body 6 consists of a metallic pipe piece, which can be manufactured inexpensively by flanging its two ends lying on the covers 4 a, 4 b. In one embodiment of the invention, the inner plastic element 5 a can also consist of a gas-emitting material (e.g. POM).
An die Deckelelemente 4a und 4b, die aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff bestehen, werden hohe mechanische und thermische Anforderungen gestellt. Sie halten den entsprechen den Kräften stand, die beim Stoßstromableitvorgang und bei der Folgestromlöschung durch den Druck im Innenraum 1 bzw. Gehäu seanordnung 5 erzeugt werden. High mechanical and thermal requirements are placed on the cover elements 4 a and 4 b, which consist of an electrically non-conductive material. They withstand the corresponding forces that are generated by the pressure in the interior 1 or housing arrangement 5 during the surge current discharge process and during the follow-up current quenching.
Da thermisch hochbelastbare Kunststoffe in der Regel sehr spröde und damit für den Anwendungsfall für die Deckelelemente 4a und 4b nicht optimal geeignet sind, wird hier eine Funk tionstrennung durchgeführt. Die thermische Isolierung der heißen Elektroden 2a und 2b zwischen den Deckelelementen 4a und 4b kann eine thermische Trennscheibe 7 übernehmen. Eine mecha nische Entlastung der Deckelelemente 4a und 4b kann erreicht werden durch deren Abstützung auf die oben genannten Ränder des Druckkörpers 6.Since thermally highly resilient plastics are generally very brittle and are therefore not optimally suitable for the application for the cover elements 4 a and 4 b, a function separation is carried out here. The thermal insulation of the hot electrodes 2 a and 2 b between the cover elements 4 a and 4 b can take over a thermal cutting disc 7 . A mechanical relief of the lid elements 4 a and 4 b can be achieved by supporting them on the above-mentioned edges of the pressure body 6 .
Durch die spezielle Gestaltung eines Elektrodenfußes 8, dessen
Durchmesser d1 größer als die lichte Weite d2 des Druckkörpers
6 ist, wird eine Entlastung der Deckelelemente 4a und 4b
erreicht und die wirkenden Kräfte gleichmäßig verteilt. Für die
mechanische Stabilität der Gesamtanordnung ist die Überdeckung
x von großer Bedeutung (siehe Fig. 2), wobei gilt
The special design of an electrode foot 8, whose diameter d1 is larger than the inside diameter d2 of the pressure body 6, b reaches a relief of the lid members 4 a and 4 and the forces acting evenly distributed. The overlap x is of great importance for the mechanical stability of the overall arrangement (see FIG. 2)
x = (d1 - d2)/2.x = (d1 - d2) / 2.
Für eine langfristige, von Minuten über Stunden erfolgende Angleichung des stationären Innendrucks in der Gehäuseanordnung 5 an die Umgebungsbedingungen sind Be- und Entlüftungskanäle 9 vorgesehen, die der genannten Angleichung angepaßte, entspre chend kleine Durchtrittsquerschnitte aufweisen. Die Kanäle 9 gehen in die Gewindebohrung der Anschlußstäbe 2' und die dort vorgesehene Schraubgewindepaarung über. Die in den Fig. 1 und 4 gezeigte Gewindepaarung bildet einen Kanal kleinen Quer schnitts, ohne daß zusätzliche Öffnungen oder Bohrungen im Gehäuse erforderlich sind.For a long-term, minutes-long adjustment of the stationary internal pressure in the housing arrangement 5 to the ambient conditions, ventilation channels 9 are provided, which have the above-mentioned adjustment, correspondingly small passage cross sections. The channels 9 go into the threaded bore of the connecting rods 2 'and the screw thread pairing provided there. The thread pairing shown in Figs. 1 and 4 forms a channel small cross-section without additional openings or holes in the housing are required.
Aufgrund der Tatsache, daß es sich bei der vorgeschlagenen Anordnung um eine in sich geschlossene, nicht ausblasende Funkenstrecke handelt und dadurch keine Krafteinwirkung auf ein weiteres Außengehäuse (z. H. NH-Sicherungsgehäuse, Fig. 2) aus geübt wird, ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten auch in entsprechend weniger stabilen Außengehäusen. Due to the fact that the proposed arrangement is a self-contained, non-blowing spark gap and therefore no force is exerted on another outer housing (e.g. NH fuse housing, Fig. 2), there are many possible applications also in correspondingly less stable outer housings.
Das erfindungsgemäße Funkenstreckenmodul kann als Standardbau gruppe in verschiedene Gehäusevarianten integriert werden, wie dies nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben und erläutert wird.The spark gap module according to the invention can be integrated as a standard assembly in various housing variants, as will be described and explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß mit der Erfin dung gegenüber dem Stand der Technik die Funkenstreckenanord nung relativ kleinbauend sein kann. Beispielsweise ist die Darstellung der Funkenstreckenanordnungen in den Fig. 1 und 4 etwa im Maßstab 3 : 1 gezeichnet. In der praktischen Ausführung sind die Funkenstrecken entsprechend kleiner als in den Figuren erkennbar.It should be noted at this point that with the inven tion compared to the prior art, the spark gap arrangement can be relatively small. For example, the illustration of the spark gap arrangements in FIGS. 1 and 4 is drawn approximately on a 3: 1 scale. In the practical version, the spark gaps are correspondingly smaller than can be seen in the figures.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist die Möglichkeit der Stromzuführung über die axial in Richtung der Längsmittelachse 19-19 verlaufenden Anschlußstäbe 2' der Elektroden 2a, 2b. Hierdurch werden schädliche strombedingte Kräfte vermieden.Another advantage of the arrangement is the possibility of supplying current via the connecting rods 2 ′ of the electrodes 2 a, 2 b running axially in the direction of the longitudinal central axis 19-19 . This avoids harmful power-related forces.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die Gehäuseanord nungen 5 der Erfindung so druckfest sein müssen, daß sie auch den nur kurzzeitig auftretenden Innendruck aufgrund des relativ hohen Stoßstroms aushalten können; während demgegenüber der Innendruck aufgrund des erläuterten Folgestroms wesentlich geringer ist. Die nachfolgend erläuterten weiteren Außengehäuse 11, 13 müssen demgegenüber keinen Innendruck aushalten, da dies von der Funkenstreckenanordnung quasi übernommen wird.For the sake of completeness it should be mentioned that the housing arrangements 5 of the invention must be so pressure-resistant that they can also withstand the short-term internal pressure due to the relatively high surge current; whereas, on the other hand, the internal pressure is significantly lower due to the explained follow-up current. In contrast, the further outer housings 11 , 13 explained below do not have to withstand any internal pressure, since this is practically taken over by the spark gap arrangement.
Die Deckelelemente 4a und 4b können als Überdruckentlastung bzw. Drucksicherung ausgelegt sein, um eine unerwünschte Explosionsgefahr der gesamten Anordnung zu vermeiden. Hierfür wird bei einer unzulässigen Erhöhung des Innendrucks mittels der Füße 8 der Elektroden 2a und 2b ein Abscheren der innen gelegenen Teile der Kunststoffdeckel 4a und 4b etwa entlang der gewellt eingezeichneten Linien 18 erreicht.The cover elements 4 a and 4 b can be designed as overpressure relief or pressure protection in order to avoid an undesirable risk of explosion of the entire arrangement. For this purpose, an inadmissible increase in the internal pressure by means of the feet 8 of the electrodes 2 a and 2 b causes the inner parts of the plastic covers 4 a and 4 b to be sheared off approximately along the wavy lines 18 .
Nach dem Abscheren dieser Teile kommen die Isolierscheiben 7 zur Anlage an die Umbördelungen 6' des Druckkörpers 6 und verhindern ein Herausdrücken der Elektroden 2a und 2b. Mit dem Abscheren der oben genannten Teile entlang der Linien 18 ist eine größere Durchtrittsöffnung zwischen dem Innenraum 1 und der Umgebung geschaffen, so daß sich der im Innenraum entstan dene Überdruck sehr schnell abbaut.After these parts have been sheared off, the insulating washers 7 come to rest against the flanges 6 ′ of the pressure body 6 and prevent the electrodes 2 a and 2 b from being pressed out. With the shearing off of the above-mentioned parts along the lines 18 , a larger passage opening is created between the interior 1 and the environment, so that the excess pressure created in the interior is reduced very quickly.
Gemäß der Fig. 2 und 2a ist die Funkenstreckenanordnung 10 in ein NH-Sicherungsgehäuse 11 eingebaut, welches im geschlossenen (Fig. 2) und geöffneten (Fig. 2a) Zustand dargestellt ist. Das Sicherungsgehäuse 11 besteht dabei aus zwei Halbschalen 11a und 11b und weist Auszugslaschen 12 auf. Die elektrische Kontaktierung von stromführendem Leiter bzw. Erde erfolgt durch standardisierte NH-Kontaktmesser, welche mit 2a und 2b bezeichnet sind.According to FIG. 2 and 2a, the spark gap device 10 in a NH-Fuse housing 11 is installed, which state is shown in the closed (FIG. 2) and opened (Fig. 2a). The fuse housing 11 consists of two half-shells 11 a and 11 b and has pull-out tabs 12 . The electrical contacting of the live conductor or earth is carried out by standardized NH contact blades, which are designated 2a and 2b.
In Fig. 3, 3a ist die mehrpolige Variante von Funkenstrecken anordnungen 10 in einem speziellen Außengehäuse 13 dargestellt. Da bei den erfindungsgemäßen Funkenstreckenanordnungen das beim Stand der Technik erforderliche Ausblasen entfällt, kann man die Funkenstrecke enger anordnen und ein diese umschließendes Außengehäuse weniger stabil ausgestalten. Wie Fig. 3 zeigt, werden beispielsweise drei Funkenstreckenanordnungen 10 in einer platzsparenden, räumlichen Anordnung integriert. Damit ergibt sich ein günstigerer Ausnutzungsfaktor des Innenvolumens des Außengehäuses 13. Die erdseitige Verbindung der Einzelele mente kann durch eine kostengünstige, gemeinsame Erdplatte 17 realisiert werden. Das Außengehäuse 13 kann, wie in Fig. 3a dargestellt, über Schnappbefestigungen 14 auf einer Standard drahtschiene montiert werden. Es können Anschlußmöglichkeiten für Kabeleinspeisung 15 (Fig. 3a) oder eine Kammschiene 16 (Fig. 3) vorhanden sein. Die Anschlußmöglichkeiten der strom führenden Leiter sind im modularen Abstandsmaß so aufgebaut, daß auf der einen Seite drei Anschlüsse 15 bzw. 16 für die stromführenden Leiter und auf der Gegenseite der Erdanschluß 21 vorgesehen sind.In Fig. 3, 3a, the multi-pole variant of spark gap arrangements 10 is shown in a special outer housing 13 . Since in the spark gap arrangements according to the invention the blowing out required in the prior art is omitted, the spark gap can be arranged closer and an outer housing surrounding it can be made less stable. As shown in FIG. 3, for example, three spark gap assemblies 10 are integrated in a space-saving, spatial arrangement. This results in a more favorable utilization factor of the inner volume of the outer housing 13 . The earth-side connection of the individual elements can be realized by an inexpensive, common earth plate 17 . The outer housing 13 can, as shown in Fig. 3a, be mounted on a standard wire rail via snap fasteners 14 . There may be connection options for cable feed 15 ( FIG. 3a) or a comb rail 16 ( FIG. 3). The connection options for the current-carrying conductors are constructed in a modular distance dimension such that three connections 15 and 16 are provided for the current-carrying conductors on one side and the earth connection 21 on the opposite side.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist der für eine herme tische Abdichtung vorgesehene äußere Druckkörper 6 nicht vor handen. Dies bedingt, daß das innere Kunststoffelement 5a und die beiden Deckelelemente 4a und 4b so auszubilden sind, daß diese Teile 5a, 4a und 4b die Funktion des äußeren Druckkörpers 6 insoweit ersetzen, als der erforderliche druckfeste Zusam menhalt über diese Teile erzielt wird. Dazu werden entweder die Deckelelemente 4a und 4b entlang der gemeinsamen Fläche (Strecke A-F) verklebt oder die Teilflächen (Strecke B-C oder D-E) mit einem feingängigen Gewinde versehen und verschraubt. Anstelle dessen ist auch ein Vernieten oder ein Verstiften denkbar. Selbstverständlich sind die vorgenannten Verbindungs techniken auch kombiniert anwendbar.In the embodiment according to FIG. 4, the outer pressure body 6 provided for a hermetic seal is not present. This requires that the inner plastic element 5 a and the two cover elements 4 a and 4 b are to be designed so that these parts 5 a, 4 a and 4 b replace the function of the outer pressure body 6 insofar as the required pressure-resistant cohesion about this Parts is achieved. For this purpose, either the cover elements 4 a and 4 b are glued along the common surface (section AF) or the partial areas (section BC or DE) are provided with a fine thread and screwed. Instead of this, riveting or pinning is also conceivable. Of course, the aforementioned connection techniques can also be used in combination.
Als Werkstoff für die Deckelelemente 4a und 4b bietet sich Metall oder ein entsprechend hochstabiler Kunststoff an. Bei der Verwendung von Kunststoffdeckeln 4a und 4b ergibt sich der Vorteil, daß eine isolierende Außenhülle entsteht, die einen Berührungsschutz bietet.Metal or a correspondingly highly stable plastic lends itself as the material for the cover elements 4 a and 4 b. When using plastic covers 4 a and 4 b, there is the advantage that an insulating outer shell is created which offers protection against contact.
Insgesamt gelingt es mit der Erfindung, eine Funkenstrecken anordnung vorzuschlagen, welche über ein hohes Netzfolge stromlöschvermögen verfügt und die eine konstante Ansprech spannung bewirkt. Erfindungsgemäß wird das Volumen des Innen raums auf den zu erwartenden Netzfolgestrom bemessen, d. h. minimiert, wobei durch den Lichtbogen des Netzfolgestroms eine kurzzeitige Druckerhöhung gegeben ist. Die konstante Ansprech spannung auch bei mehreren, zeitlich beabstandet erfolgenden Löschvorgängen stellt sich durch die Möglichkeit des langsamen Abbauens des Überdrucks und Angleichen des Innendrucks an den atmosphärischen Umgebungsdruck ein.Overall, the invention succeeds in creating a spark gap order to propose which has a high network sequence current extinguishing capacity and which has a constant response tension causes. According to the invention, the volume of the inside dimensioned to the expected line follow current, d. H. minimized, with a through the arc of the line follow current there is a brief increase in pressure. The constant response voltage even if there are several, spaced apart Deletions arise due to the possibility of slow Relieving the excess pressure and adjusting the internal pressure to the atmospheric pressure.
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| CN101919129B (en) * | 2008-01-08 | 2013-05-08 | 德恩及索恩两合股份有限公司 | Spark gap device having at least two electrodes |
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