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Vielfachfunkenstrecke für Überspannungsableiter mit spannungsabhängigen Widerständen
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fen in verschiedenen.. Ebenen, derart übereinander. liegen, dass ihre Kraftlinien ein die Stromschleife durchsetzendes, gemeinsames Magnetfeld bilden, welches stärker ist als das von einer Schleife gebildete Feld und zur Hauptsache senkrecht zu den einzelnen Teillichtbögen steht, wobei beim Ansprechen die Stromschleife derart klein sind, dass die Anordnung eine kleine Induktivität zeigt. Mit einer solchen Anordnung und Formgebung der Elektroden der Funkenstrecke ergibt sich die Möglichkeit, den Lichtbogen während des Löschvorganges auf mehr als 10 mm/kV Nennspannung des Ableiters auszudehnen.
Der auf diese Weise durch den Nachstrom erzeugte relativ hohe Spannungsabfall über dem Lichtbogen ermöglicht, die Widerstandshöhe und damit die gesamte Bauhöhe des Ableiters kleiner zu machen. Ausserdem ergibt sich noch der Vorteil, dass durch diese Verminderung der Widerstände die Restspannung des Ableiters während des Stossvorganges kleiner wird.
An Hand der beispielsweise in den Fig. l-8 dargestellten Elektrodensysteme ist die Erfindung näher erläutert. Bei allen diesen Ausführungsformen sind die Elektroden treppenförmig ausgebildet und raumlich so zueinander angeordnet, dass jede Elektrode die Verbindung zweier in verschiedenen Ebenen liegenden Stromschleife bildet.
In Fig. 1 ist eine Vielfachfunkenstrecke veranschaulicht, die aus den Elektroden 1 gebildet wird.
Jede Elektrode besteht aus einem abgekröpften Metallstreifen und diese sind treppenförmig so angeordnet, dass beim Zünden des Lichtbogens 2 der Strom I die Teilfunkenstreckenin schleifenförmigen Bahnen durchsetzt. Diese Stromschleife liegen derart nebeneinander, dass sich ihre Magnetfelder H unterstützen. Auf den Lichtbogen 2, der senkrecht zum resultierenden Magnetfeld steht, wirkt nun eine Kraft K nach aussen.
Je nach der Anzahl der nebeneinander liegenden Elektroden 1 kann bei einem bestimmten Strom eine grössere oder kleinere Feldstärke und damit eine entsprechende Blaswirkung erzielt werden. Durch die besondere Gestaltung der Elektroden, zusammen mit der Abwanderung des Lichtbogens aus dem Bereich der kürzesten Verbindung zwischen den Elektroden erfolgt eine Verlängerung des Lichtbogens, wodurch die Bedingung für eine genügende RUckzündfestigkeit erfüllt wird. Bei der Vielfachfunkenstrecke nach Fig. 1 ergibt sich eine Unterteilung der Teillichtbögen in zwei Gruppen mit entgegengesetzter Blasrichtung.
Die Funkenstrecke kann mit Lichtbogenkammern 3 ausgerüstet werden, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Diese Funkenkammem 3 können noch am Austrittsende mit eingebauten Platten 4, z. B. aus Metall, versehen werden. Eine solche Funkenkammer 3 ist im vergrösserten Massstab in den Fig. 2 und 3 im Aufriss bzw. Grundriss nochmals gezeigt. Es bedeutet 1 wieder die Elektroden und 2 den Lichtbogen.
Innerhalb der Funkenkammer gegen das Austrittsende zu sind die Platten 4 eingebaut, die unterteilte Räume für die Kühlung des heissen Gases bilden, dessen Strömungsrichtung durch die Pfeile angedeutet ist. Durch diese eingebauten Platten 4 wird ein Heraustreten des Lichtbogens aus der Funkenkammer verhindert und gleichzeitig kann somit die maximale Länge des Lichtbogens eindeutig bestimmt werden.
Eine weitere Möglichkeit um das Heraustreten des Lichtbogens aus der Funkenkammer zu verhindern, ist in Fig. 4 veranschaulicht. In diesem Falle werden die Enden der Elektroden 1 mit nach innen gebogenen Hörner 6 ausgebildet. Unmittelbar nachdem der Lichtbogen 2 gezündet hat, wird dieser durch das innerhalb der Stromschleife konzentrierte Magnetfeld nach aussen getrieben. In der Figur erfolgt die Zuführung des Stromes I von links bis zu dem Moment, wo der Lichtbogen die Hörner 6 erreicht. Jetzt wird sich der Lichtbogen auf den Abstand dieser Hörner verkürzen, so dass dann die Stromzuführung von rechts erfolgt. Dadurch entsteht eine innere Schleife, deren Magnetfeld eine nach innen gerichtete Kraft aus- übt. Es entsteht somit eine praktisch magnetisch neutrale Zone, in welcher der Lichtbogen stehen bleibt.
Bei genügend grossem Abstand der Hörner 6 wird die nötige RückzUndfestigkeit erreicht.
In den Fig. 5a und 5b ist eine weitere Ausführungsform der Erfindungim Aufriss bzw. Grundriss dargestellt. Die Vielfachfunkenstrecke wird durch die übereinander angeordneten treppenförmigen Elektroden 7 gebildet. Diese Anordnung unterscheidet sind von derjenigen der Fig. 1, indem bei gleicher Anzahl Unterbrechungsstellen und bei gleichem Ableiterstrom I das resultierende Magnetfeld H und somit die auf den Lichtbogen wirkende Kraft K ungefähr doppelt so gross wird. Die Blaswirkung erfolgt hier nur in einer Richtung.
Bei dem in Fig. 6a und "6b in Aufriss bzw. Grundriss gezeigten Ausführungsbeispiel wird dieVielfachfunkenstrecke durch Gruppen von je drei treppenförmigen Elektroden 11, 12 und 13 gebildet, die so angeordnet sind, dass jede Teilfunkenstrecke gegenüber der vorhergehenden um 1200 versetzt ist. In diesem Fall ergeben sich drei verschiedene Blasrichtungen für die Teillichtbögen jeder Elektrodengruppe. Ferner wird die Bauhöhe des Funkenstreckensystems etwas niedriger, da mehr Platz für die Unterbringung der Funkenkammem zu Verfügung steht.
Schliesslich zeigen die Fig. 7 und 8 je eine Vielfachfunkenstrecke in Ansicht, die besonders vorteilhaft sind, wenn die Funkenstreckt. einen zylindrischen Raum ausfüllen sollte. Bei der Ausführung nach
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Fig. 7 wird die Funkenstrecke durch die kreisförmig gebogenen inneren und äusseren Elektroden 15 bzw. 16 gebildete während für die Anordnung nach Fig. 8 die ganze Funkenstrecke aus entsprechend gebogenen Elektroden 17 besteht, die alle gleich sind. Bei dieser letzteren Ausführung bildet die äussere Elektrode der einen Ebene die innere Elektrode der nächsten Ebene. Dadurch, dass die Funkenhoner der Elektroden
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kommt immer wieder in eine neue entionisierte Zone.
Nach Durchlauf eines Kreises kehrt der Lichtbogen wieder an den Entstehungsort zurück, so dass auch bei äusserst intensiver Blasung der Lichtbogen nie in einen unkanEMtlierbaren Bereich verdrängt werden kann. Bei der Ausführung nach Fig. 7 ist der Drehsinn zwei aufeinanderfolgender Tei11ichtbgen verschieden, während bei der Funkenstrecke nach Fig. 8 der Drehsinn aller Teillichtbögen der gleiche Ist.
Die treppenförmige Stromführung bei den beschriebenen Funkenstrecken besitzt den grossen Vorteil, dass die vom Strom umwundene Fläche sehr klein ist. Bei steilen Stromanstiegen wird diese Eigenschaft noch durch die Stromverdrlngung an die Innenkanten der Elektroden unterstützt. Da bekanntlich die Selbstinduktivität einer Spule direkt proportional zu der vom Strom umwundenen Fläche ist, wird bei der erfindungsgemässen Elektrodenanordnung die Selbstinduktivitat und damit der induktive Spannungsabfall bei steilen Wellen klein. Ferner dadurch, dass sich nicht unnötig grosse Elektrodenfllchen gegenüberstehen, ist dem Lichtbogen ein eindeutiger Weg vorgeschrieben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vislachfunkenstrecke für Überspannungsableiter mit spannungsabhangigen Widerständen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Funkenstrecke treppenförmig ausgebildet sind, so dass sie jeweils die Verbindung der in benachbarten Ebenen liegenden Unterbrechungsstellen bilden, wobei die nach dem Ansprechen durch die Elektroden und die Lichtbogen gebildeten Stromschleifen in verschiede- nen Ebenen derart übereinander liegen, dass ihre Kraftlinien ein die Stromschleifen durchsetzendes, gemeinsames Magnetfeld bilden, welches stärker ist als das von einer Schleife gebildete Feld und zur Hauptsache senkrecht zu den einzelnen Teillichtbögen steht, wobei beim Ansprechen die Stromachleifen derart klein sind,
dass die Anordnung eine kleine Induktivität zeigt.
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Multiple spark gap for surge arresters with voltage-dependent resistors
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fen in different .. levels, one above the other. lie that their lines of force form a common magnetic field penetrating the current loop, which is stronger than the field formed by a loop and is mainly perpendicular to the individual partial arcs, with the current loops being so small when responding that the arrangement shows a small inductance . With such an arrangement and shape of the electrodes of the spark gap it is possible to extend the arc to more than 10 mm / kV nominal voltage of the arrester during the extinguishing process.
The relatively high voltage drop across the arc generated in this way by the wake makes it possible to reduce the resistance level and thus the overall height of the arrester. There is also the advantage that this reduction in resistances reduces the residual voltage of the arrester during the impact process.
The invention is explained in more detail using the electrode systems shown, for example, in FIGS. In all of these embodiments, the electrodes are designed in the form of steps and are spatially arranged in relation to one another in such a way that each electrode forms the connection between two current loops lying in different planes.
In FIG. 1, a multiple spark gap is illustrated which is formed from the electrodes 1.
Each electrode consists of a cranked metal strip and these are arranged in a stepped manner so that when the arc 2 is ignited, the current I passes through the partial spark gaps in loop-shaped paths. These current loops lie next to one another in such a way that their magnetic fields H support each other. A force K now acts on the arc 2, which is perpendicular to the resulting magnetic field.
Depending on the number of electrodes 1 lying next to one another, a higher or lower field strength and thus a corresponding blowing effect can be achieved with a certain current. Due to the special design of the electrodes, together with the migration of the arc from the area of the shortest connection between the electrodes, the arc is lengthened, thereby fulfilling the condition for sufficient backfire resistance. In the case of the multiple spark gap according to FIG. 1, the partial arcs are divided into two groups with opposite blowing directions.
The spark gap can be equipped with arcing chambers 3, as indicated by dashed lines in FIG. 1. This Funkenkammem 3 can still at the outlet end with built-in plates 4, z. B. made of metal. Such a spark chamber 3 is shown again on an enlarged scale in FIGS. 2 and 3 in elevation and plan. It means 1 again the electrodes and 2 the arc.
The plates 4 are installed inside the spark chamber towards the outlet end and form subdivided spaces for cooling the hot gas, the flow direction of which is indicated by the arrows. These built-in plates 4 prevent the arc from emerging from the spark chamber, and at the same time the maximum length of the arc can be clearly determined.
Another possibility for preventing the arc from emerging from the spark chamber is illustrated in FIG. 4. In this case, the ends of the electrodes 1 are formed with horns 6 bent inward. Immediately after the arc 2 has ignited, it is driven outwards by the magnetic field concentrated within the current loop. In the figure, the current I is supplied from the left until the moment when the arc reaches the horns 6. Now the arc will be shortened to the distance between these horns, so that the power is then supplied from the right. This creates an inner loop, the magnetic field of which exerts an inwardly directed force. This creates a practically magnetically neutral zone in which the arc stops.
If the distance between the horns 6 is sufficiently large, the necessary backfire resistance is achieved.
In Figures 5a and 5b, another embodiment of the invention is shown in elevation and plan, respectively. The multiple spark gap is formed by the step-shaped electrodes 7 arranged one above the other. This arrangement differs from that of FIG. 1 in that with the same number of interruption points and with the same arrester current I, the resulting magnetic field H and thus the force K acting on the arc is approximately twice as great. The blowing effect takes place here only in one direction.
In the embodiment shown in elevation and plan view in FIGS. 6a and 6b, the multiple spark gap is formed by groups of three stair-shaped electrodes 11, 12 and 13 each, which are arranged in such a way that each partial spark gap is offset by 1200 from the previous one In this case, there are three different blowing directions for the partial arcs of each electrode group. Furthermore, the overall height of the spark gap system is somewhat lower, since more space is available for accommodating the spark chambers.
Finally, FIGS. 7 and 8 each show a multiple spark gap, which is particularly advantageous when the spark gap. should fill a cylindrical space. When running after
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7, the spark gap is formed by the circularly curved inner and outer electrodes 15 and 16, while for the arrangement according to FIG. 8 the entire spark gap consists of correspondingly curved electrodes 17 which are all the same. In this latter embodiment, the outer electrode of one level forms the inner electrode of the next level. By making the spark horns of the electrodes
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always comes into a new deionized zone.
After passing through a circle, the arc returns to its place of origin, so that even with extremely intensive blowing, the arc can never be displaced into a non-channelable area. In the embodiment according to FIG. 7, the direction of rotation of two successive partial arcs is different, while in the spark gap according to FIG. 8, the direction of rotation of all partial arcs is the same.
The staircase-shaped current conduction in the spark gaps described has the great advantage that the area around the current is very small. In the case of steep current increases, this property is supported by the current displacement to the inner edges of the electrodes. Since it is known that the self-inductance of a coil is directly proportional to the area around which the current is wound, the self-inductance and thus the inductive voltage drop in the case of steep waves becomes small in the electrode arrangement according to the invention. Furthermore, because there are no unnecessarily large electrode areas opposite each other, a clear path is prescribed for the arc.
PATENT CLAIMS:
1. Vislach spark gap for surge arresters with voltage-dependent resistors, characterized in that the electrodes of the spark gap are step-shaped so that they each form the connection of the interruption points lying in adjacent levels, the current loops formed after the response by the electrodes and the arc in different ways - the planes are superimposed in such a way that their lines of force form a common magnetic field penetrating the current loops, which is stronger than the field formed by a loop and is mainly perpendicular to the individual partial arcs, with the current loop being so small when responding,
that the arrangement shows a small inductance.