DE1925149A1 - Gesteuerte Mehrfachfunkenstrecke - Google Patents

Description

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Dr. HEINZ-FEDER

-cU 69-10/20-60

"V 14. Mai 1969

Firma Emil Haefely & Oie.AG, Basel
Gesteuerte Mehrfachfunkenstrecke

Es werden verschiedentlich Funkenstrecken benötigt, deren sogenanntes Stoßverhältnis kleiner als 1 ist. Unter dem Stoßverhältnis versteht man bekanntlich das Verhältnis der Stoßansprechspannung zur Änsprechspannung bei Gleich- oder Wechselspannungsbearispruchung. Solche Funkenstrecken werden z.B. in Überspannungsableiter, oder als Schaltelemente in der Marxschen Vervielfachungsschaltung eingesetzt. Ganz allgemein kann man solche funkenstrecken benutzen, um Überspannungen, die einer Betriebsspannung überlagert sind zu unterdrücken, wobei unter Betriebsspannung eine Gleichspannung oder eine industriefrequente Wechselspannung zu verstehen ist.

Für die Beurteilung der Funkenstrecken gelten folgende Gesichtspunkte:

a) Die Funkenstrecke darf bei Beanspruchung mit der Betriebsspannung sicher nicht ansprechen.

b) Das Verhältnis dar Stoßansprechspannung zur Betriebsspannung sollte so klein wie möglich sein. Dieser Gesichtspunkt ist besonders wichtig, da sehr oft die Dimensionierung

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der Isolation von der Höhe der Überspannungen bestimmt wird. Wenn man also die Überspannungen z.B. mit einer Schutzvorrichtung begrenzen kann, ergibt sich unter Umständen eine wesentlich wirtschaftlichere Ditfensionierung der Isolation als dies mit der vollen Höhe der Überspannung der Fall wäre.

c) Der Zündverzug der !Funkenstrecke, d.h. die Zeitspanne, die vom Auftreten der Überspannung bis zum SpannungsZusammenbruch an den Elektroden vergeht, sollte möglichst klein sein Eine große Zündverzögerung würde nämlich die Isolation des Apparates, der geschützt werden soll, doch einer hohen Überspannung aussetzen, bevor die Schutzwirkung der Funkenstrecke einsetzt.

Es sind bisher folgende lunkenstreckenanordnungen bekannt geworden, die ein Stoßverhältnis kleiner als 1 aufweist!

1) Homogenfeid-Punkenstrecken, z.B. Kugelfunkenstrecken oder Plattenfunkenstrecken, in deren einen Elektrode ein/^ Stift isoliert eingebettet ist. Der Stift ist lediglich über einen hochohmigen Widerstand mit der Hauptelektrode - d.h. der Kugel oder Platte - verbunden. Bei Beanspruchung mit der Betriebsspannung können sich zwischen Stift und Hauptelektrode keine wesentlichen Potentialunterschiede ausbilden, so daß das Ganze als Homogenfeld-Funkenstrecke wirkt. Wird jedoch eine Stoßspannung zwischen den beiden Hauptelektroden angelegt, so können sich infolge der verzögerten Ladungszuführung zum Stift zwischen diesem und seiner Hauptelektrode wesentliche Potentialunterschiede ausbilden. Die Anordnung wirkt also für die auftretende Stoßspannung wie eine Spitze-Platten-iunkenstrecke und zündet demnach mit der Homogenfeld-Anordnungen eigenen Verzögerung nach Auftreffen der Überspannung. Mit einer solchen Elektroden-Anordnung erreicht man etwa einen Stoßfaktor von 0,8.

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2) Mehrfachfunkenstrecken mit linearer Spannungsverteilung für die Betriebsspannung, wobei die lineare Verteilung durch Steuerung mit Widerständen erreicht wird. Für die Beanspruchung der Funkenstrecke mit einer Stoßspannung ist jedoch die Widerstandssteuerung unwirksam« Die Spannungsverteilung an der Mehrfachfunkenstrecke wird in diesem Fall allein durcl die Kapazitäten zwischen den Teilelektroden und die Streukapazitäten dieser Teilelektroden gegen die beiden Spannungszuführungen - z.B. Hochspannungselektroden und Erdelektroden - bestimmt. Diese Spannungsverteilung hat längs der Teilfunkenstrecke die Form einer Exponentialfunktion. Durch diese nichtlineare Spannungsverteilung beim Auftreffen einer Stoßspannung werden einige der Teilfunkenstrecken überbeanspruchi zünden, führen zu einer Überbeanspruchung der verbleibenden Teilfunkenstrecke und es kommt auf diese Weise zum Ansprechen der gesamten Mehrfachfunkenstrecke.

3) Neben diesen passiven Elektrodenanordnungen mit einem Stoßfaktor kleiner als 1 sind noch solche bekannt, die mit Hilfe einer Triggereinrichtung unterhalb des Betriebsspannungsniveaus ausgelöst werden können. Der eingangs erwähnte Überspannungsschutz funktioniert dann so, daß ein Teil der überspannung als Steuersignal für eine Triggereinrichtung benutzt wird, die meist mit einem oder mehreren Hilfsfunken der Spannungszusammenbruch an den Funkenstrecken einleitet. Der wesentliche Unterschied gegenüber den vorher erwähnten Anordnungen besteht darin, daß das Zünden dieser Schaltfunkenstrecke an die einwandfreie Funktionsweise der Triggereinrichtung gebunden ist. Falls irgendein Glied im Triggersysten versagt, ist die Funktionsweise der ganzen Einrichtung in Frage gestellt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine gesteuerte Mehrfachfunkenstrecke, bestehend aus einer Kette von hintereinander geschalteten Teilfunkenstrecken, wobei zur Potentialsteuerung

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der einzelnen Teilelektroden zu jeder Teilfunkenstrecke ein Widerstand parallel geschaltet ist, und diese Widerstände untereinander in Reihe geschaltet sind. Die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke ist dadurch gekennzeichnet, daß die Teilelektroden wechselweise mit dem einen und dem anderen Ende der Kette kapazitiv gekoppelt sind. Die Spannungsfestigkeit bei Beanspruchung mit der Betriebsspannung kann in bekannter Art und Weise durch eine Steuerung mit Widerständen gewährleistet werden

Die näheren Zusammenhänge werden im folgenden an einem Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Darin ist eine Mehrfachfunkenstrecke mit 5 Teilfunkenstrecken dargestellt, wobei 1 und 8 Anschlußklemmen, 2 bis 7 Elektroden und 9 Widerstände bezeichnen, während mit 14 die zwischen den Elektroden 2-3, 3-4, 5-6 und 6-7 bestehenden Streukapazitäten bezeichnet sind. Die Teilfunkenstrecken werden durch Abstände' zwischen den Elektroden 2 und 3, 3 und 4, 4 und 5, 5 und 6, sowie 6 und 7 gebildet. Alle diese Elektrodenabstände sind in diesem Beispiel gleich groß. Solange an den Anschlüssen 1 und nur die Betriebsspannung auftritt, ist die Spannungsverteilung längs der Elektrodenkette durch die Widerstände gesteuert. Entsprechend ihrer Anzahl sind alle Teilfunkenstrecken mit einem Fünftel der anliegenden Spannung beansprucht, sofern alle Widerstände 9 gleich groß sind. Legt man zwischen den Anschlüeaen 1 und 8 eine Stoßspannung an, so wird die Spannungsverteilung nicht mehr durch die Widerstände, sondern durch die in der Anordnung wirksamen Kapazitäten bestimmt. In der beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Elektroden 4 und 6 vom Anschluß 1 her über eine Verbindung 10 und Kondensatoren 11 anzusteuern, während die Elektroden 3 und 5 über Kondensatoren 12 und eine Verbindung 13 mit dem anderen Anschluß 8 gekoppelt sind. Sind nun die Kondensatoren 11 und 12 wesentlich größer als die in der Zeichnung gestrichelt eingezeichneten Streukapazitäten 14 zwischen den Teilelektroden der

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Mehrfachfunkenstrecke, so ist die Spannungsverteilung über die Kapazitäten 12, 14, 11 derart, daß praktisch öie volle an den Anschlußstellen 1 und 8 anliegende Stoßspannung gleichzeitig zwischen den Einzelelektroden 2 und 3, 3 und 4» 5 und 6, sowie 6 und 7 auftritt. Die Spannungsfestigkeit bei Stoßspannungsbeanspruchung ist demnach im wesentlichen durch die Stoßspannungsfestigkeit des Abstandes zwischen 2 Teilelektroden gegeben. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel mit 5 Teilfunkenstrecken wird die Stoßspannungsfestigkeit etwa ein Fünftel der Spannungsfestigkeit bei Beanspruchung mit der Be-r triebsspannung betragen. Mit dem geschilderten Konstruktionsprinzip kann man mit genügend feiner Unterteilung der Mehrfachfunkenstrecke beliebig kleine Stoßfaktoren erreichen.

Beurteilt man die beschriebene Mehrfachfunkenstrecke nach den eingangs erwähnten Gesichtspunkten, so ergibt sich folgendes:

ad a) Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß man die Stoßansprechspannung unabhängig von der Ansprechspannung bei Gleich- oder WechselSpannungsbeanspruchung einstellen kann, indem man, wie erwähnt, eine entsprechende Anzahl Teilfunkenstrecken wählt. Bei vorgegebener Anzahl Teilfunkenstrecken hat man darüber hinaus noch die Möglichkeit, durch Variation des Kapazitätswertes der Steuerkondensatoren 11 und 12 das Stoßverhältnis zu beeinflussen. Man kann demnach die Ansprechspannung bei Gleich· oder Wechselspannung wesentlich größer wählen, als die Gleich- oder Wechselspannung, die dauernd an der Funkenstrecke liegt, so daß sie bei dieser Dauerbeanspruchung sicher nicht zündet. Beim Auftreffen einer Stoßspannung spricht sie dann trotzdem an.

ad h) Das Stoßverhältnis kann durch genügend feine Unterteilung beliebig tief eingestellt werden. Es sind ohne weiteres Stoßfaktoren von 0,1 und darunter zu erreichen.

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ad c) Da die Stoßspannung an allen Teilfunkenstrecken gleichzeitig auftritt, weist die beschriebene Anordnung eine extrem niedrige Zündverzögerung auf. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bisher bekannt gewordenen Mehrfunkenstrecken, bei denen im allgemeinen ein sukzessives Durchschalten der Teilfunkenstrecken stattfindet, was mit einer entsprechenden Zündverzögerung verbunden ist.

Patentanspruch

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Claims (1)

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Patentanspruch

Gesteuerte Mehrfachfunkenstrecke, bestehend aus einer Kette von hintereinander geschalteten Teilfunkenstrecken, wobei zur Potentialsteuerung der einzelnen Teilelektroden zu jeder Teilfunkenstrecke ein Widerstand parallel geschaltet ist und diese Widerstände untereinander in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilelektroden (2 - 7) wechselweise mit dem einen (1) und dem anderen Ende (8) der Kette kapazitiv (11, 12) gekoppelt sind.

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