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Funkenstreckenanordnung.
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Funkenstrecken haben zwar eine gute Löschfähigkeitr dagegen ist bei ihnen der Stossfaktor, d. h. das Verhältnis des Wertes der Ansprechspannung bei stossweiser Beanspruchung zu demjenigen bei normaler Frequenz unerwünscht gross. Auch streuen bei ihnen die Werte der Stossansprechspannung von Fall zu Fall beträchtlich, so dass es schwierig ist, das Verhalten der Funkenstrecken unter verschiedenen Arbeitsbedingungen im voraus anzugeben.
Man hat fernerhin eine Sicherung gegen Überspannungen vorgeschlagen, bei welcher unterhalb der die Überspannung ableitenden Funkenstrecke eine radioaktive Substanz angeordnet ist, zu dem Zweck, die für eine gewisse Spannung notwendige Funkenlänge zu vergrössern. Ausserdem wurde eine Funkenstreckenanordnung vorgeschlagen, bei der eine radioaktive Substanz in unmittelbarer Nachbarschaft der den Fusspunkt des Lichtbogens oder Funkens bildenden Stelle angeordnet. von dieser Stelle durch eine metallische Wand getrennt und in eine dichte, etwa durch die metallische Wand der Elektrode selbst gebildete Umhüllung eingeschlossen ist. Die radioaktive Substanz soll hier kräftig auf die Zündung einwirken und dabei-da es sich um eine freiliegende Funkenstreckenanordnung handelt-gegen schädliche äussere Einwirkungen geschützt sein.
Die Mittel, die man bisher anzuwenden versuchte, um die Stossansprechspannung einer Funkenstrecke zu erniedrigen, haben jedoch die Schwierigkeit, gute Löscheigenschaften zu erhalten, vergrössert, weil Stoffe, die die Eigenschaft haben, ein Ansprechen bei verhältnismässig niedriger Spannung zu ermöglichen, auch stark dazu neigen, den Lichtbogen, der sich einmal gebildet hat, aufrechtzuerhalten.
. Geeignete Werkstoffe, mit denen sich eine niedrige Ansprechspannung erzielen lässt, sind insbesondere mit Radium behandelte Stoffe.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter, bei welcher ebenfalls Stoffe vorgesehen sind, die das Einsetzen der Entladung bei niedriger Spannung begünstigen und die mit einer oder beiden Hauptelektroden baulich vereinigt sein können. Die Erfindung besteht darin, dass durch den das Einsetzen der Entladung bei niedriger Spannung begünstigenden Stoff eine Hilfselektrode gebildet wird, derart, dass die Entladung durch die Hilfselektrode gezündet wird und mit ihrem Fusspunkt unmittelbar darauf auf die Hauptelektrode aus gut löschendem Werkstoff übergeht. Als Werkstoff für die Hilfselektrode wird vorzugsweise ein Stoff mit kristallinen Bestandteilen, wie Siliziumkarbid, das mit oder ohne Bindemittel angewendet werden kann, und das zweckmässig mit Radium vorbehandelt ist, angewendet.
Schon durch die räumliche Nähe eines derartigen an der Entladungsstrecke vorgesehenen Stoffes kann ein frühes Ansprechen der Funkenstreckenanordnung erreicht werden, während zugleich ein rasches Unterbrechen des Lichtbogens beim Zurückgehen der Spannung durch den gut löschenden Werkstoff der Hauptelektroden, zwischen denen der Lichtbogen sich zuletzt befindet, sichergestellt ist.
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Der Übergang der einmal gezündeten Entladung von dem gut zündenden auf den gut lochenden Elektrodenteil kann durch alle an und für sich bekannten Mittel bewerkstelligt werden, die zum Bewegen eines Lichtbogens geeignet sind. Am zweekmässigsten und einfachsten wird dieser Übertritt der Entladung nach der weiteren Erfindung durch einen erheblich verschiedenen Widerstand der Entladungsstrompfade über die verschiedenen Elektrodenteile bewirkt. Der Übergang der Entladung von dem gut zündenden auf den gut löschenden Teil der Elektrode braucht dabei nicht ausschliesslich durch entsprechend verschiedene Wahl des Widerstandes der Elektrodenteile selbst zu erfolgen.
Er kann schon im wesentlichen durch die Formgebung der gesamten Elektrode bzw. durch die gegenseitige Anordnung der Teilelektroden, insbesondere auch durch eine verschiedene Länge der Zünd-und Lösehstrecke bewirkt werden.
In den Abbildungen ist zur Veranschaulichung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
Die Erfindung lässt sich jedoch auch noch mit zahlreichen andern Ausführungsformen verwirklichen.
Fig. l zeigt eine Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes von oben gesehen ; Fig. 2 zeigt die gleiche Einrichtung von der Seite gesehen im Schnitt ; dabei ist zugleich ihre Anwendung in Verbindung mit einem Überspannungsableiterelement zum Schutze.. einer Leitung bzw. eines elektrischen Stromkreises schematisch angedeutet.
Die dargestellte Funkenstreckenanordnung enthält zwei Hauptelektroden 4 und 5, die aus Messing oder einem andern gut leitenden Werkstoff von guter Löschfähigkeit bestehen. Die beiden Hauptelektroden sind durch einen keramischen Abstandring 6 voneinander getrennt.
Die eine Hauptelektrode 4 ist mit einer Hilfselektrode 7 aus einem Werkstoff, der das Einsetzen der Entladung bei niedriger Spannung begünstigt, ausgerüstet. Der Werkstoff der Hilfselektrode 7 hat hiebei ausser den für das Ansprechen günstigen Eigenschaften auch einen so hohen Widerstand, dass ein auf ihm fussender Entladungslichtbogen sogleich, dem Weg des geringeren Widerstandes folgend, auf die unmittelbar benachbarte Hauptelektrode 4 übergeht. Bei dem Ausführungsbeispiel ist nur
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Hauptelektrode 4 in ihrem mittleren Teil ein zentrisches Loch 8, in welches der Körper'7 der Hilfselektrode eingebracht ist. Dieser besteht aus einem Werkstoff von hohem Widerstand, beispielsweise dicht zusammengepressten Siliziumkarbidkristallen oder andern leitenden Teilchen, die durch ein geeignetes Bindemittel von zweckmässig hohen Isoliereigenschaften zusammengehalten sein können. Dieser Widerstandskörper kann auch mit Radium oder einem radioaktiven Stoff vorbehandelt oder versetzt sein. Die Elektrodenteile 4 und 7 sind hier so angeordnet, dass sie von der Gegenelektrode 5 ungefähr den gleichen Abstand haben.
Eine oder mehrere derartige Funkenstreckenanordnungen werden mit einem oder mehreren Überspannungsableiterelementen, wie bei 11 schematisch angedeutet, in Reihe geschaltet und das Ganze zwischen dem zu schützenden elektrischen Leiter 12 und der Erde 13 angeschlossen. Die im einzelnen Fall zu wählende Anzahl der in Reihe geschalteten Schutzvorrichtungen hängt von der Höhe der Betriebsspannung ab. Die Wirkungsweise einer solchen Funkenstreckenanordnung ist folgende :
Steigt die Spannung des Leiters 12 gegen Erde plötzlich hoch an, so gibt der Werkstoff der Hilfselektrode 7 freie Elektronen ab bei einem durchschnittlich niedrigeren Spannungsgradienten als der Werkstoff der Hauptelektroden 4 und 5. Die Anwesenheit dieser Elektronen leitet das Ansprechen der Funkenstrecke ein.
Dies ist äusserst wichtig für das Verhalten der Funkenstreckenanordnung bei stossweiser Belastung, beispielsweise bei Beanspruchung durch eine ankommende Wanderwelle ; es wird nämlich hiedurch ein gleichmässiges, niedriges Ansprechen bei stossweiser Belastung bewirkt.
Der Körper der Hilfselektrode 7 nimmt zunächst, wenn Spannung an die Funkenstrecke angelegt . wird, im wesentlichen das gleiche Potential wie die Hauptelektrode 4 an. Das ansteigende Potential dieser Elektrode lässt einen kapazitiven Ladestrom über die gesamte Funkenstreekenanordnung fliessen.
Dieser Ladestrom muss zum Teil von der Hauptelektrode 4 durch das Innere der Hilfselektrode 7 hindurch zu deren Oberfläche 15 fliessen. Der Durchgang des Stromes durch den Körper der Hilfselektrode 7 bewirkt einen hohen Spannungsgradienten zwischen den leitenden Teilchen bzw. den einzelnen Kristallen, und dieser Spannungsgradient verursacht die Freigabe von Elektronen, die die Ansprechspannung beeinflussen. Dadurch wird die Ansprechspannung gleichbleibend ausserordentlich niedrig im Vergleich zur Ansprechspannung einer Funkenstrecke, deren Elektroden nur aus gleichartigen Werkstoffen wie die beiden Hauptelektroden 4 und 5 hergestellt sind.
Ist erst einmal die Entladung zustande gekommen, so wird einerseits beim Stromdurchgang durch den Körper 7 hindurch ein beträchtlicher Spannungsabfall verursacht, und überdies trägt auch der hohe Übergangswiderstand an der Oberfläche. der Hilfselektrode 7 dazu bei, dass die Entladung sich auf ein kleines Flächenstück konzentriert und der Fusspunkt des so gebildeten Lichtbogens von der Oberfläche der Hilfselektrode 7 auf die angrenzende Hauptelektrode 4 übertritt. Auf diese Weise wird auch eine unzulässige Erhitzung des Widerstandskörpers der Hilfselektrode 7 verhindert.
Der . Übergang der Entladung auf die gut löschende Hauptelektrode vollzieht sich äusserst rasch, da die
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Spannung des an dem gut löschenden Teil von niedrigem Widerstand fussenden Lichtbogens kleiner ist als die Spannung, die erforderlich ist, um den Lichtbogen an dem gut zündenden Teil von hohem Widerstand aufrechtzuerhalten. An diesem erlischt also der Lichtbogen und die Funkenstrecke 9 wirkt nunmehr genau so, als ob der Werkstoff mit den für das Ansprechen günstigen Eigenschaften gar nicht an der Elektrode vorhanden wäre.
Versuche haben gezeigt, dass die Stossansprechspannung von Funkenstreckenanordnungen nach der Erfindung nicht nur ganz allgemein niedriger sind als bei den bisher bekannten Funkenstrecken, sondern dass auch die nie ganz vermeidlichen Streuwerte der Stossansprechspannung in engeren Grenzen liegen. Es konnte weiterhin festgestellt werden, dass bei Verwendung von mit Radium vorbehandelter bzw. Radium oder radioaktive Stoffe enthaltender Siliziumkarbidkörper als Hilfselektroden die Streuwerte der Stossansprechspammng ganz besonders gering sind, so dass sich also für bestimmte Elektrodenabstände hier mit ganz besonders grosser Sicherheit ein bestimmter Wert der Stossansprechspannung angeben lässt.
Aber auch solche Funkenstreekenanordnungen nach der Erfindung mit Hilfselektroden aus blossem Siliziumkarbid, das nicht mit Radium vorbehandelt ist, weisen ganz erheblich geringere Streuwerte auf als die bisher bekannten Anordnungen.
Feine Unterschiede bezüglich der Art der Entladung sind hier nicht gemacht. Wenn also von Lichtbogenentladungen gesprochen wird, so ist dabei auch die Funkenentladung mit einbegriffen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter mit Verwendung eines das Einsetzen der Entladung bei niedriger Spannung begünstigenden Stoffes, der mit einer oder beiden Elektroden baulich vereinigt sein kann, dadurch gekennzeichnet, dass durch den das Einsetzen der Entladung bei niedriger Spannung begünstigenden Stoff eine Hilfselektrode gebildet wird, derart, dass die Entladung durch die Hilfselektrode gezündet wird und mit ihrem Fusspunkt unmittelbar darauf auf die Hauptelektrode aus gut löschendem Werkstoff übergeht.