DE2321726A1 - Funkenstreckenanordnung - Google Patents

Description

Westinghouse

Electric Corporation OR apd

Pittsburgh *- °- APR.

Mein Zeichen: VPA 72/8344 Et/Sho

Funkenstreckenanordnung

Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Anmeldung Serial Wo. 250 000 vom 3.5.1972 beansprucht. "

Zum Schutz elektrischer Stromkreise und Geräte gegen Überspannungen werden häufig Funkenstreckenanordnungen verwendet. Zumeist geschieht dies in einer Reihenschaltung mit nichtlinearen Widerständen. Solche Anordnungen sind als überspannungsableiter bekannt. Beim Auftreten einer vorbestimmten Überspannung sprechen die Funkenstrecken an und leiten die Überspannungswelle nach Erde ab, wobei die nichtlinearen Widerstände den auf die Überspannungswelle folgenden Folgestrom begrenzen und verringern, so daß die Funkenstrecken diesen Strom unterbrechen können.

Um einen zuverlässigen Schutz der Stromkreise bzw. Geräte zu erreichen, ist es wesentlich, daß die Ansprechspannung der Funkenstrecken genau bestimmt ist und sich während der Lebensdauer des Überspannungsabieiters nicht verändert. Jedoch unterliegen die herkömmlichen Funkenstreckenanordnungen, wie sie für Überspannungsableiter und andere Schutzzwecke eingesetzt werden, äußeren Einflüssen, die das elektrische Feld im Bereich der Funkenstrecken verändern. Aus diesem Grund sind bisher verhältnismäßig große und komplizierte Steuerringe bei Hochspannungsableitern verwendet worden, um das elektrische Feld zu steuern und die erwünschte Spannungsverteilung zu erreichen. Eine Veränderung des elektrischen Feldes im Be-, reich der Funkenstreckenanordnungen kann auch durch Fremdschichten auf der äußeren Oberfläche der Gehäuse hervorgerufen werden, in denen die wirksamen Bestandteile der Überspannungsableiter untergebracht sind.

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Bisher haben keine befriedigenden Mittel zur Verfügung gestanden, um eine wirksame Stabilisierung der Arbeitsweise von Funkenstreckenanordnungen zu erreichen.

Die Erfindung befaßt sich mit einer insbesondere für Überspannungsableiter vorgesehenen Funkenstreckenanordnung mit mindestens zwei durch Abstandsmittel gehaltenen Elektroden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechspannung und sonstige Arbeitsweise der Funkenstreckenanordnungen von äußeren Einflüssen möglichst unabhängig zu machen. Gemäß der Erfindung gelingt dies dadurch, daß die Elektroden einschließlich ihres Abstandsmittels von einer metallischen, durch einen Zwischenraum unterbrochenen Umhüllung umschlossen sind, die in elektrisch leitendem Kontakt mit wenigstens einer der Elektroden steht. Diese Umhüllung bildet zugleich eine Abschirmung für die Funkenstrecke und eine nennenswerte Kapazität, die parallel zu den Elektroden geschaltet ist. Auf diese Weise wird das Ansprechverhalten der Funkenstreckenanordnung völlig stabilisiert und von beliebigen äußeren Einflüssen unabhängig gemacht.

Die Funkenstreckenanordnung kann sowohl eine einfache Funkenstrecke mit zwei Elektroden oder aber eine Vielfachfunkenstrecke mit einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Elektroden sein. In beiden Fällen wird durch die Erfindung das Ansprechverhalten stabilisiert. ~

Die Umhüllung der Funkenstreckenanordnung kann beispielsweise durch Abschirmglieder gebildet sein, die mit den Elektroden in Berührung stehen und einander mit einem Zwischenraum gegenüberstehen. Es empfiehlt sich hierbei, den Zwischenräum so zu bemessen, daß bei steigender Spannung stets zuerst die Funkenstrecke anspricht und nicht der Zwischenraum zwischen den Abschirmgliedern durchschlagen wird. Bei dieser Ausführungsform können die Abschirmglieder schalen- oder schüsseiförmig gestaltet sein.

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Die gleiche Wirkung, d.h. die Stabilisierung des Ansprechverhaltens der Funkenstreckenanordnung kann auch durch eine andere Ausführung der Umhüllung erzielt werden, bei der nur ein Abschirmglied vorgesehen ist, das sich von einem Ende der Funkenstreckenanordnung bis zu ihrem anderen Ende erstreckt und mit einer der Elektroden in leitender Verbindung steht. Der Unterschied gegenüber der zuerst erwähnten Ausführungsform besteht im wesentlich darin, daß der Zwischenraum eine unsymmetrische Lage hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine einfache Funkenstreckenanordnung, während in Fig. 2 teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt eine Vielfachfunkenstrecke dargestellt ist.

Die Funkenstrecke gemäß der Fig. 1 besteht aus zwei tellerförmigen Elektroden 1 und 2 aus Messing oder einem anderen geeigneten leitenden Material. Die Elektroden besitzen einander gegenüberstehende flache Mittelteile, zwischen denen die eigentliche Funkenstrecke 3 vorhanden ist. Die Elektroden 1 und 2 sind voneinander auf Abstand gehalten durch einen im wesentlichen zylindrischen Abstandsring 4, der aus einem Isolierstoff, wie z. B. Porzellan, oder aus einem Widerstandsmaterial bestehen kann, um die Spannungsverteilung über eine Reihenschaltung von Funkenstrecken zu steuern. Die Ränder der Elektroden 1 und 2 berühren die Enden des Abstandsringes 4 und sind diesem gegenüber in geeigneter Weise abgedichtet, damit eine gekapselte Funkenstrecke entsteht. Falls erwünscht, kann ein Rohr in einer der Elektroden zu dem Zweck vorgesehen sein, die Funkenstreckenanordnung mit einem geeigneten Gas, ζ. B. Stickstoff oder einer Mischung von Stickstoff und -" Wasserstoff mit einem Zusatz von Tritium, zu füllen, woraufdas Rohr 5 abgequetscht und die Funkenstreckenanordnung dadurch abgedichtet wird. Der Zusatz von Tritium hat den Zweck, eine niedrige und gleichbleibende Ansprechspannung zu erhalten.

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Die Funkenstreckenanordnung gemäß der Fig. 1 ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit einer Umhüllung versehen, die aus Abschirmgliedern 6 und 7 besteht. Diese sind aus Blech oder einem anderen geeigneten leitenden Material hergestellt und sind schüsseiförmig gestaltet. Jedes der Äbschirmglieder 6 und 7 steht mit einem Ende der Funkenstreckenanordnung in elektrischem Kontakt, wobei sich der Rand in Richtung auf das gegenüberliegende Ende der Funkenstreckenanordnung erstreckt. Zwischen den .Rändern der Ab- · schirmgiieder 6 und 7 ist ein Zwischenraum 8 vorhanden, so daß die durch die Abschirmglieder gebildete leitende Umhüllung zwischen den Enden der Funkenstreckenanordnung unterbrochen ist. Die Ränder "der Abschirmglieder 6 und 7 können, wie bei 9 angedeutet, eingerollt sein. Die Länge des Zwischenraumes 8 ist unkritisch, Jedoch derart bemessen, daß der Zwischenraum 8 bei Überspannungen nicht vor der Funkenstrecke 3 durchschlagen wird. . ;

Der Zwischenraum 8 zwischen den beiden Abschirmgliedern 6 und 7 bewirkt, daß eine erhebliche Kapazität parallel zu der Funkenstreckenanordnung entsteht, die zusammen mit der abschirmenden Wirkung der metallischen Umhüllung die Funkenstrecke von äußeren Einflüssen nahezu völlig unabhängig macht. Die Spannung zwischen den Elektroden 1 und 2 ist durch die Größe der Funkenstrecke 3 und die Charakteristik der Umhüllung gegeben, so daß die Funkenstreckenanordnung nach ihrem Zusammenbau ein konstantes und von Änderungen des umgebenden ' '"^ elektrischen Feldes unabhängiges Ansprechverhalten zeigt.

In Fig. 2 ist die Erfindung in ihrer Anwendung auf eine Vielfachfunkenstrecke gezeigt, die beispielsweise von der Bauart sein kann, wie sie in der US-PS 3 534 221 beschrieben ist. Diese Funkenstreckenanordnung besteht aus einer Anzahl von Elektroden 10, die zwischen metallischen Endplatten 11 in Gestalt eines Stapels zusammengefügt sind. Vorzugsweise ist eine Spule 12 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes beim

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Auftreten einer Übers-pannungswe-lle vorgesehen, uro die Msht» bögen in &§n Funkenstrecken so zu bewegen, daß ihre erleichtert wird*

Die in Fig. 2 gezeigte Funkenstreekenanorfeung ist mit Abgcfeirmgliedern 15 und 14 verseilen, die ähnlich wie in Pig« 1 schüsself örmig gestaltet sind und mit den metalllsehen Endplatten ti in Berührung stehen* Die Abschirmglieder 13 und ergtrecken sich in symmetrischer Anordnung aufeinander und sind durch einen Zwischenraum: 15 voneinander getrennt,, der wiederum so groß gewählt ist» daß keine Möglichkeit für einen Durchschlag vor dem Ansprechen üe^ Sm Reihe geschalteten Funkenstreeken besteht. Wie bereits beschrieben, bilden die Abschirmglieder 125 und 14 eine erhebliche, parallel zu der Fujgfceöstreckemanordnuiig geschaltete Kapazität. Ebenso sind to, der beschriebenen Weise die Bander der Abschiriaglieder 15 und 14 bei 16 eingerollt _r um die Wirksamkeit der Absehirmglieier in bestimmter Weise zu fördern.

Die beschriebenen Funkenstreckenanordnungen sind besonders zum Gebrauch in tiberspannungsableitern; geeignet, obwohl ihre Eignung darauf nicht beschränkt ist und sie dementsprechend auch für andere ijberspannungsschutzz.wec;ke eingesetzt werden können* Die abgeschirmte und mit Gas gefüllte Funkenstrecke gemäß der Fig. 1 eignet sich insbesondere als Steuerfunkenstrecke in Hochspannungsableitern der in den ÜS-Patentsehrift^n 3 534 221 und 3 611 044 beschriebenen Art. Die Vielfachfunkenstrecke gemäß der Fig. Z eignet sich als Hauptfunken-* strecke in Hochspannungsableitern dieser Art, jedoch können beide Bauarten von Funkenstrecken auch in Ableitern anderer Bauart benutzt werden.

Im Rahmen der Erfindung können Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann in manchen Fällen die metallische Umhüllung der Funkenstreckenanordnung auch durch nur ein Abschirmglied gebildet sein, das sich von einem Ende der Funkenstreekenanordnung ausgehend bis zu dem gegenüberliegen-

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den Ende erstreckt, wodurch" ebenfalls eine unterbrochene Umhüllung mit der beschriebenen Wirkung gebildet ist. Ebenso kann die Gestalt der Äbschirmglieder abgewandelt werden; als

leitendea Material kommen neben dem bevorzugten Blech auch perforierte oder gitterformige Materialien in Betracht.

Die Unverä^iderlichkeit der Charakteristik der Funkenstreckenanordnung bringt bedeutende ¥orteile. In manchen Fällen werden die bisher erforderlichen Steuerringe nicht mehr benötigt oder diese Ringe können T^eI Höchspannungsableitern erheblich verkleinert werden. Ferner ist der Einfluß der Fremdschich— ten auf den Jbleitergebäusen auf die Arbeitsweise der Funken^ streckenanordnurtgen weitgehend behoben.

5 Ansprüche

2 Figuren. =,

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Claims (5)

1. VPA 72/8344

   Patentansprüche

   M .) Funkenstreckenanordnung mit mindestens zwei durch Abstands mittel gehaltenen Elektroden, insbesondere für Überspannungsableiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2) einschließlich ihres Abstandsmittels (4) von einer metallischen, durch einen Zwischenraum (8) unterbrochenen Umhüllung umschlossen sind, die in elektrisch leitendem Kontakt mit wenigstens einer der Elektroden (1, 2) steht.
2. 2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung durch Absehirmglieder (6, 7) gebildet ist, die mit den Elektroden (1, 2) in Berührung stehen und sich mit einem Zwischenraum (8) gegenüberstehen.
3. 3. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch e,ine Bemessung des Zwischenraumes (8) derart, daß der Zwischenraum (8) bei steigender Spannung nicht vor der Funkenstrecke (3) durchschlagen wird.
4. 4. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absehirmglieder (6, 7) schalen- oder schüsseiförmig gestaltet sind.
5. 5. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung nur ein Abschirmglied umfaßt, das sich von einem Ende der Funkenstrecke bis zu ihrem anderen Ende erstreckt und mit einer der Elektroden in leitender Berührung steht.

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