AT405112B - OVERVOLTAGE DEVICE - Google Patents
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- AT405112B AT405112B AT0022797A AT22797A AT405112B AT 405112 B AT405112 B AT 405112B AT 0022797 A AT0022797 A AT 0022797A AT 22797 A AT22797 A AT 22797A AT 405112 B AT405112 B AT 405112B
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Abstract
Description
AT 405 112 BAT 405 112 B
Die Erfindung betrifft eine Überspannungsableiteinrichtung umfassend zwei beabstandet voneinander angeordnete, eine Annäherungsstelle ausbildende Elektroden, sowie ein Gehäuse, welches mittels einer mit Durchbrechungen versehenen Trennwand in zwei Räume unterteilt ist, wobei im ersten Raum die Elektroden mit im ersten Endbereich des Raumes liegender Annäherungsstelle angeordnet sind und der zweite Raum mit zumindest einer Ausströmöffnung für ionisierte Gase, die von zwischen den Elektroden ausgebildeten Lichtbögen erzeugt werden, versehen ist.The invention relates to a surge arrester comprising two electrodes arranged at a distance from one another, forming an approach point, and a housing which is divided into two rooms by means of a partition provided with openings, the electrodes being arranged in the first room with an approach point located in the first end region of the room and the second space is provided with at least one outflow opening for ionized gases which are generated by arcs formed between the electrodes.
Eine solche Ableiteinrichtung wird parallel zu den vor Überspannungen zu schützenden Stromkreiskomponenten geschaltet, d.h. die erste Elektrode wird mit der Zuleitung, die zweite Elektrode mit der Ableitung des betreffenden Stromkreises verbunden. Die beiden Elektroden weisen einen definierten Abstand voneinander auf, welcher von der an den Elektroden angeliegenden Spannung durchschlagen wird, sofern diese einen unzulässig hohen, durch die Größe des Elektrodenabstandes bestimmten Wert erreicht. In weiterer Folge entsteht ein Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden, der die Elektroden und damit Zu- und Ableiter des Stromkreises relativ niederohmig miteinander verbindet. Dadurch wird die zwischen den Versorgungsleitungen herrschende Spannung auf einen verglichen mit der Höhe der Überspannung geringen Wert reduziert und die Energie der Überspannung in Wärme umgewandelt.Such a discharge device is connected in parallel to the circuit components to be protected against overvoltages, i.e. the first electrode is connected to the lead, the second electrode to the lead of the circuit in question. The two electrodes are at a defined distance from one another, which is penetrated by the voltage applied to the electrodes, provided that this reaches an impermissibly high value determined by the size of the electrode spacing. Subsequently, an arc arises between the two electrodes, which connects the electrodes and thus the supply and discharge conductors of the circuit with a relatively low resistance. As a result, the voltage prevailing between the supply lines is reduced to a value which is low compared to the level of the overvoltage, and the energy of the overvoltage is converted into heat.
Daraus ergibt sich aber, daß die in der Umgebung des Lichtbogens befindlichen Gase stark aufgeheizt und ionisiert werden und sich in weiterer Folge stark ausdehnen. Um eine daraus resultierende Zerstörung des Ableitergehäuses zu vermeiden, ist dieses mit einer Öffnung, durch welche die erhitzten Gase austreten können, versehen.However, this means that the gases in the vicinity of the arc are strongly heated and ionized and subsequently expand considerably. In order to avoid the resulting destruction of the arrester housing, it is provided with an opening through which the heated gases can escape.
Auf diese Weise kann zwar das Gehäuse der Ableiteinrichtung selbst vor Zerstörung geschützt werden, jedoch können die nun ausgetretenen Gase die in nächster Umgebung zum Ableiter angeordneten Gegenstände, also die im Schaltschrank neben dem Ableiter befindlichen Schalter bzw. die Schaltschrankwandung thermisch beschädigen.In this way, the housing of the diverter itself can be protected from destruction, but the gases which have now escaped can thermally damage the objects arranged in the immediate vicinity of the diverter, that is to say the switches located in the control cabinet next to the diverter or the control cabinet wall.
Die DE-A1-42 36 538 zeigt zwar ebenfalls eine Funkenstrecke zur Ableitung von Überspannungen, allerdings ist deren kostruktiver Aufbau von den eingangs zitierten Funkenstrecken verschieden: Es sind zwei napfartige Elektroden vorgesehen, welche mittels eines Glasröhrchens aneinander festgelegt sind. In der Annäherungsstelle dieser beiden Elektroden ist eine Zwischenfolie eingelegt, welche einen genau definierten Abstand zwischen den beiden Elektroden einstellt. Das Glasröhrchen dient nicht nur zur Verbindung der beiden Elektroden sondern schießt gleichzeitig die Annäherungsstelle hermetisch von der Umgebung ab. Die erörterten Probleme mit heißen ionisierten Gasen stellen sich daher bei dieser Bauform nicht.DE-A1-42 36 538 also shows a spark gap for discharging overvoltages, but its structure is different from the spark gaps cited at the beginning: two cup-like electrodes are provided which are attached to one another by means of a glass tube. An intermediate film is inserted in the approach point of these two electrodes, which sets a precisely defined distance between the two electrodes. The glass tube not only serves to connect the two electrodes, but at the same time hermetically seals the approach point from the surroundings. The problems discussed with hot ionized gases therefore do not arise with this design.
Beispiele für Ableiteinrichtungen umfassend Gasabströmöffnungen, aus denen die ionisierten Gase auf sehr kurzem Weg und damit nahezu ungekühlt austreten können, finden sich beispielsweise in den folgenden beiden Dokumenten:Examples of discharge devices comprising gas outflow openings from which the ionized gases can escape in a very short way and thus almost uncooled can be found, for example, in the following two documents:
Die US-PS-4 539 451 zeigt einen Schalter mit einem feststehenden 8A und einem bewegbaren Kontakt 6A, welche von einem U-förmigen Blechprofil 13 umgeben sind. Der Mittelsteg 13A des Blechprofils 13 weist eine sich in Richtung der beiden Kontakte erstreckende Zunge 13Ai auf, welche als Löschblech dient. Durch die Umhüllung der Kontakte 6A, 8A mit dem U-förmigen Blechprofil 13 werden die ionisierten Gase, die von einem sich zwischen den beiden Kontakten 6A,8A ausbildenden Lichtbogen erzeugt werden, in ihrer freien Abstömung gehindert, sie müssen durch zwischen dem Kontakt 8A und den Seitenstegen 13C des Blechprofiles 13 gebildete Spalten 15 entweichen.US-PS-4 539 451 shows a switch with a fixed 8A and a movable contact 6A, which are surrounded by a U-shaped sheet profile 13. The central web 13A of the sheet metal profile 13 has a tongue 13Ai which extends in the direction of the two contacts and serves as an extinguishing sheet. By enveloping the contacts 6A, 8A with the U-shaped sheet metal profile 13, the ionized gases which are generated by an arc formed between the two contacts 6A, 8A are prevented in their free flow, they must pass through between the contacts 8A and the gaps 15 formed in the side webs 13C of the sheet metal profile 13 escape.
Die Funkenstrecke der EP-A2-635 919 ist in Form einer Hörnerfunkenstrecke ausgebildet und weist am der Annäherungstelle gegenüberliegenden Ende eine Prallplatte auf, welche eine Unterteilung des entlang der Hörner laufenden Lichtbogens bewirkt. Gemäß Fig.7 der EP-A2-635 919 erfolgt die Abströmung der ionisierten Gase aufdirektem Weg durch die relativ großen Ausblasöffnungen 21.The spark gap of EP-A2-635 919 is designed in the form of a horn spark gap and has an impact plate at the end opposite the approach point, which effects a subdivision of the arc running along the horns. According to FIG. 7 of EP-A2-635 919, the ionized gases flow off directly through the relatively large blow-out openings 21.
Die EP-A1-649 155 beschreibt einen einpoligen Leitungsschutzschalter, dessen Kurzschluß-Auslöseein-richtung durch einen seriell in die elektrische Verbindung der Anschlußklemmen 6,7 geschalteten Magnetauslöser 9 gebildet ist. Beim Auftreten eines Kurzschlusses verschwenkt dieser eine Kontaktbrücke 3, wodurch die auf ihr befindlichen beiden beweglichen Kontakte von feststehenden Kontakten abgehoben werden. Bei den beiden Unterbrechungsstellen ist jeweils eine Hörnerfünkenstrecke vorgesehen, auf welche der beim Öffnen der Kontaktstelle entstehende Lichtbogen überspringt. Die Hörnerfunkenstrecken weisen an den den Kontaktstellen gegenüberliegenden Enden mehrere Deionbleche zur Löschung der Lichtbögen auf. Gemäß Fig.6 der EP-A1-649 155 können die ionisierten Gase aus jeder der beiden Kammern 31, 32, welche jeweils eine Hörnerfunkenstrecke aufnehmen, direkt ins Freie strömen.EP-A1-649 155 describes a single-pole circuit breaker, the short-circuit release device of which is formed by a magnetic release 9 connected in series in the electrical connection of the connecting terminals 6, 7. If a short circuit occurs, it pivots a contact bridge 3, as a result of which the two movable contacts located on it are lifted off fixed contacts. At the two points of interruption, a horn-spark gap is provided, onto which the arc that arises when the contact point is opened jumps over. The horn spark gaps have at the ends opposite the contact points a number of deion plates for extinguishing the arcs. According to FIG. 6 of EP-A1-649 155, the ionized gases can flow directly into the open from each of the two chambers 31, 32, which each take up a horn spark gap.
Um die erörterten thermischen Beschädigungen zu vermeiden, könnten die einem Ableiter benachbarten Schalter ausreichend robust ausgeführt werden oder ein genügend großer Abstand zwischen Ableitern und weiteren Bauteilen gelassen werden; beide Maßnahmen brächten aber einen großen Mehraufwand -ungebührlich große Schaltschränke bzw. Spezialschalter- mit sich. 2In order to avoid the thermal damage discussed, the switches adjacent to an arrester could be made sufficiently robust or a sufficiently large distance between the arresters and other components could be left; however, both measures would entail a great deal of extra work - inappropriately large control cabinets or special switches. 2nd
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Zur Vermeidung der thermischen Beschädigung von in der Umgebung der Ableiteinrichtung befindlichen Gegenständen wurde bereits vorgeschlagen, zwischen den Elektroden und der zumindest einen Ausströmöffnung des Gehäuses eine von den ionisierten Gasen zu durchströmende Kammer anzuordnen. Diesbezügliche konkrete Ausführungsförmen finden sich beispielsweise in folgenden Dokumenten:In order to avoid thermal damage to objects located in the vicinity of the discharge device, it has already been proposed to arrange a chamber through which the ionized gases flow through between the electrodes and the at least one outflow opening of the housing. Specific implementation forms in this regard can be found, for example, in the following documents:
Die DE-A1-38 29 650 zeigt eine selbstlöschende Funkenstrecke, welche als Überspannungsschutz für mehrere Leiter geeignet ist. Sie weist dazu mehrere, mit den zu schützenden Leitern verbundene Elektroden auf, welche parallel zueinander verlaufend in definierten Abständen von einer gemeinsamen Masseelektrode angeordnet sind. Diese Masseelektrode ist mit einer Bohrung ausgestattet, mithilfe derer ein besonders rasches Löschen der zwischen den beiden Leiter-Elektroden und der Masseelektrode entstehenden Lichtbögen erreicht wird. Nach Fig.4 der DE-A1-38 29 650 sind die Elektrodenspitzen und die Masseelektrode von einem metallischen Hohlzylinder umgeben, den die ionisierten Gase, die von zwischen den Elektroden ausgebildeten Lichtbögen erzeugt werden, vor dem Austritt in die Umgebungsatmosphäre durchströmen müssen.DE-A1-38 29 650 shows a self-extinguishing spark gap, which is suitable as surge protection for several conductors. For this purpose, it has a plurality of electrodes connected to the conductors to be protected, which are arranged parallel to one another at defined distances from a common ground electrode. This ground electrode is equipped with a bore, with the aid of which a particularly rapid quenching of the arcs occurring between the two conductor electrodes and the ground electrode is achieved. According to FIG. 4 of DE-A1-38 29 650, the electrode tips and the ground electrode are surrounded by a metallic hollow cylinder, through which the ionized gases, which are generated by arcs formed between the electrodes, have to flow before exiting into the ambient atmosphere.
Die US-PS-4 618 751 beschreibt einen Schutzschalter mit einem feststehenden 16 und einem bewegbaren Kontakt 18. Benachbart zu diesen ist eine Funkenlöscheinrichtung 24 bestehend aus einer Vielzahl parallel zueinander verlaufender Bleche und anschließend an diese eine Ablenkeinrichtung 26 -ebenfalls aus einer Vielzahl zueinander paralleler Platten bestehend- angeordnet. Auch hier können die ionisierten Gase nach Austritt aus der Lichtbogenlöscheinrichtung nicht sofort, sondern erst nach Umweg über die in Form der Umlenkeinrichtung 26 vorliegenden Kammer aus dem Gehäuse austreten.The US-PS-4 618 751 describes a circuit breaker with a fixed 16 and a movable contact 18. Adjacent to this is a spark extinguishing device 24 consisting of a plurality of mutually parallel sheets and then a deflecting device 26 - also a plurality of mutually parallel Existing plates arranged. Here too, the ionized gases cannot emerge from the housing immediately after exiting the arc extinguishing device, but only after a detour via the chamber in the form of the deflection device 26.
In der US-PS-4 254 314 ist eine Funkenlöschkammer offenbart, deren Elektroden 23,24 eine Hörnerfunkenstrecke ausbilden. Am der Annäherungsstelle der Elektroden gegenüberliegenden Ende dieser Hörnerfunkenstrecke sind Elektrodenelemente 5,25,26 angeordnet, die in den von den Elektroden begrenzten Raum hineinragen. Beiderseits der Elektroden sind Keramikplatten 2,3 angeordnet, welche mit einer Vielzahl von konischen Bohrungen ausgestattet sind. Diese gesamte Anordnung ist in einem an sich dichten, jedoch mit Ausströmöffnungen versehenen Gehäuse angeordnet.US Pat. No. 4,254,314 discloses a spark extinguishing chamber, the electrodes 23, 24 of which form a horn spark gap. At the end of this horn spark gap located opposite the approach point of the electrodes, electrode elements 5, 25, 26 are arranged which protrude into the space delimited by the electrodes. Ceramic plates 2, 3, which are equipped with a large number of conical bores, are arranged on both sides of the electrodes. This entire arrangement is arranged in a housing which is sealed per se but is provided with outflow openings.
Die vom Lichtbogen gebildeten ionisierten Gase strömen durch die Platten 2,3 zunächst in parallel zu den Elektroden verlaufende Räume 14,15, anschließend in den Kühlraum 10 und nachdem sie diesen durchströmt haben, durch die mit Ausströmöffnungen versehene Wandung 12 nach außen.The ionized gases formed by the arc flow through the plates 2, 3 first into spaces 14, 15 running parallel to the electrodes, then into the cooling space 10 and, after they have flowed through them, out through the wall 12 provided with outflow openings.
Die mit Bohrungen versehenen Keramikplatten 2,3 unterteilen die gesamte Funkenlöschkammer in einen die Elektroden aufnehmenden Raum 4 einerseits und einen von den ionisierten Gasen zu durchströmenden Raum, gebildet aus den Abschnitten 14,15 und 10 andererseits.The ceramic plates 2, 3 provided with bores divide the entire spark extinguishing chamber into a space 4 receiving the electrodes on the one hand and a space through which the ionized gases flow, formed from the sections 14, 15 and 10 on the other hand.
Dieser Aufbau bewirkt zwar eine Kühlung der ionisierten Gase, allerdings sind die konischen Bohrungen über die gesamten Oberflächen der Keramikplatten 2,3 verteilt, sodaß die ionisierten Gase den hiesigen Elektroden-Raum 4 nur teilweise durchströmen müssen, d.h. daß dieser Raum 4 nicht vollständig zur Gasabkühlung ausgenützt wird.Although this structure cools the ionized gases, the conical bores are distributed over the entire surfaces of the ceramic plates 2, 3, so that the ionized gases only have to flow partially through the local electrode space 4, i.e. that this space 4 is not fully used for gas cooling.
Daneben ist seitens der geometrischen Abmessungen der Funkenlöschkammer zu bedenken, daß der Gasauskühl-Raum 14,15,10 lediglich bereichsweise, nämlich mit seinen Abschnitten 14 und 15 schichtartig über dem Elektroden-Raum 4 angeordnet ist. Der Abschnitt 10 des Gasauskühl-Raumes 14,15,10 ist in Verlängerung des Elektroden-Raumes 4 angeordnet und vergrößert damit die Erstreckung der Funkenlöschkammer in dieser Richtung.In addition, on the part of the geometric dimensions of the spark extinguishing chamber, it should be borne in mind that the gas cooling space 14, 15, 10 is only arranged in regions, namely with its sections 14 and 15, in layers above the electrode space 4. The section 10 of the gas cooling space 14, 15, 10 is arranged in the extension of the electrode space 4 and thus increases the extent of the spark extinguishing chamber in this direction.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Überspannungsableiteinrichtung der eingangs angeführten Art anzugeben, welche möglichst geringe geometrische Abmessungen aufweist, dennoch aber die in ihr gebildeten ionisierten Gase vor deren Austritt aus dem Gehäuse besonders effektiv abkühlt.It is an object of the invention to provide a surge arrester of the type mentioned at the outset, which has the smallest possible geometric dimensions, but nevertheless cools the ionized gases formed therein particularly effectively before they emerge from the housing.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Räume entlang ihrer gesamten Erstrek-kung schichtartig übereinanderliegend angeordnet sind, daß die Durchbrechungen ausschließlich im zweiten, der Annäherungsstelle abgewandten Endbereich des ersten Raumes angeordnet sind und daß die Ausströmöffnung in dem der Annäherungsstelle benachbarten Bereich des zweiten Raumes angeordnet ist.According to the invention, this is achieved in that the two spaces are arranged one above the other along their entire extent, in that the openings are arranged exclusively in the second end area of the first space facing away from the approach point, and in that the outflow opening is in the area of the second space adjacent to the approach point is arranged.
Durch die Übereinanderordnung der beiden Räume wird die Gesamthöhe der Funkenlöscheinrichtung niedrig gehalten, wobei aber aufgrund der getroffenen Positionierung der Durchbrechungen in der Trennwand und der Ausströmöffnung die ionisierten Gase zunächst die gesamte Höhe des Elektroden-Raumes und danach die gesamte Höhe des Gasauskühl-Raumes durchströmen müssen, damit besonders lange im Gehäuse verweilen und dabei stark abkühlen.The superimposition of the two rooms keeps the total height of the spark extinguishing device low, but due to the positioning of the openings in the partition and the outflow opening, the ionized gases must first flow through the entire height of the electrode space and then through the entire height of the gas cooling space , so that they stay in the housing for a particularly long time and cool down considerably.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß innerhalb des zweiten Raumes Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen sind. Damit kann der von den ionisierten Gasen innerhalb des Gehäuses zurückzulegende Weg verlängert werden, wodurch eine stärkere Abkühlung erreichbar ist.In a further development of the invention it can be provided that flow guiding devices are provided within the second space. In this way, the path to be covered by the ionized gases within the housing can be extended, as a result of which greater cooling can be achieved.
In diesem Zusammenhang kann weiters vorgesehen sein, daß innerhalb des zweiten Raumes von den ionisierten Gasen zu umströmende Prallwände und/oder zu durchströmende Siebe angeordnet sind. Derartige Bauteile tragen ebenfalls zur Erhöhung der Abkühlungswirkung der Kammer bei. 3In this context it can further be provided that baffle walls to be flowed around by the ionized gases and / or sieves to be flowed through are arranged within the second space. Such components also contribute to increasing the cooling effect of the chamber. 3rd
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Als günstig hat sich hierbei erwiesen, daß die Strömungsleiteinrichtungen, Prallwände und Siebe aus Kunststoff gebildet sind. Die Leiteinrichtungen, Prallwände und Siebe können damit einstückig mit dem Gehäuse ausgeführt werden, was sich als besonders vorteilhaft für die kostengünstige Herstellung des Ableiters auswirkt.It has proven to be advantageous here that the flow guide devices, baffle walls and sieves are made of plastic. The guide devices, baffle walls and screens can thus be made in one piece with the housing, which has a particularly advantageous effect on the inexpensive manufacture of the arrester.
Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, daß die Strömungsleiteinrichtungen, Prallwände und Siebe aus einem Metall, wie z.B. Kupfer, Eisen od. dgl. gebildet sind. Metalle weisen ein gutes Wärmeleit-und -aufnahmevermögen auf, wodurch die benannten Bauteile wie Kühlrippen wirken und einen besonders effektiven Wärmeabbau gewährleisten.Alternatively, it can also be provided that the flow guide devices, baffle walls and sieves made of a metal, such as Copper, iron or the like are formed. Metals have good thermal conductivity and absorption capacity, which means that the components mentioned act like cooling fins and ensure particularly effective heat dissipation.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Elektroden eine Annäherungsstelle und eine daran anschließende Funkenstrecke, wie z.B. Hömerfunkenstrecke aufweisen. Durch eine solche Funkenstrecke wird der in der Annäherungsstelle gezündete Lichtbogen rasch von dieser wegbewegt, wodurch thermische Beschädigungen in diesem Bereich weitgehend vermieden werden können. Damit bleibt der Abstand der beiden Elektroden auch nach mehreren Ableitvorgängen unverändert, womit auch eine gleichbleibende Ansprechspannung der Funkenstrecke gewährleistet ist.In a further embodiment of the invention, it can be provided that the electrodes have an approach point and a subsequent spark gap, e.g. Show higher spark gap. Such a spark gap quickly moves the arc ignited in the approach point away, thereby largely avoiding thermal damage in this area. This means that the distance between the two electrodes remains unchanged even after several derivation processes, which also ensures a constant response voltage of the spark gap.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß die Elektroden zumindest im Bereich der Funkenstrecke aus Kupfer, Eisen, mit Eisen beschichtetem Kupfer, gesintertem Wolfram-Eisen- bzw. WolframKupfer-Verbundwerkstoff od. dgl. bzw. aus Kombinationen dieser Materialien gebildet sind. Derartige Materialien weisen ein ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig guter Temperaturbeständigkeit auf.In this connection it can be provided that the electrodes are formed at least in the area of the spark gap from copper, iron, copper coated with iron, sintered tungsten-iron or tungsten-copper composite material or the like or from combinations of these materials. Such materials have a sufficiently high electrical conductivity with good temperature resistance.
Weiters kann vorgesehen sein, daß an dem der Annäherungsstelle gegenüberliegenden Ende der Funkenstrecke wenigstens ein, in den von den Elektroden begrenzten Raum zumindest hineinragendes, vorzugsweise zur Gänze in diesem Raum angeordnetes Elektrodenelement, wie z.B. Platte, angeordnet ist. Der an der Funkenstrecke entlanglaufende Lichtbogen wird durch solche Elektrodenelemente durchtrennt, d h. in eine Serienschaltung mehrerer Lichtbögen umgewandelt. Die Aufrechterhaltungsspannung von solchen Lichtbögen ist aber wesentlich höher als die eines Einzellichtbogens, sodaß die normale Versorgungsspannung diese nicht mehr weiterbrennen lassen kann und damit der Überspannung in aller Regel nachfolgende Netzfolgeströme begrenzt und unterbrochen werden können.It can further be provided that at the end of the spark gap opposite the approach point, at least one electrode element, at least protruding into the space delimited by the electrodes, preferably arranged entirely in this space, such as e.g. Plate, is arranged. The arc running along the spark gap is severed by such electrode elements, i.e. converted into a series connection of several arcs. The maintenance voltage of such arcs is, however, considerably higher than that of an individual arc, so that the normal supply voltage can no longer continue to burn them and, as a rule, subsequent mains follow currents following the overvoltage can be limited and interrupted.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die erste Elektrode starr und die zweite Elektrode beweglich im Gehäuse festgelegt ist, daß in der Annäherungsstelle eine an der ersten Elektrode anliegende Zwischenfolie angeordnet ist und daß die zweite Elektrode mittels eines elastischen Bauteils, wie z.B. Feder, in Richtung der ersten Elektrode bewegbar und an die Zwischenfolie andrückbar ist. Nachdem die Dicke der Zwischenfolie sehr genau fertigbar ist, kann durch diese Anordnung ein exakter, von Fertigungstoleranzen unabhängiger Elektrodenabstand und damit die Höhe der Zündspannung relativ genau vorgegeben werden.According to a particularly preferred embodiment of the invention it can be provided that the first electrode is fixed rigidly and the second electrode is movably fixed in the housing, that an intermediate film lying against the first electrode is arranged in the approach point and that the second electrode by means of an elastic component such as e.g. Spring, is movable in the direction of the first electrode and can be pressed against the intermediate film. After the thickness of the intermediate film can be manufactured very precisely, an exact electrode spacing independent of production tolerances and thus the level of the ignition voltage can be specified relatively precisely by this arrangement.
Darüberhinaus kann durch eine solche Anordnung die Gefahr des Zurücklaufens des Lichtbogens aus der von den Elektrodenelementen gebildeten Deionisationskammer in die Annäherungsstelle der Funkenstrecke vermindert werden; daneben wird das Weglaufen des Lichtbogens aus der Annäherungsstelle in die Deionisationskammer gefördert. ln weiterer Ausgestaltung dieser Erfindung-Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der elastische Baute durch eine Schraubenfeder gebildet ist. Mithilfe dieses Federntyps kann eine relativ große Kraft auf die zweite Elektrode ausgeübt werden, was ein zuverlässiges Andrücken der Elektrode an die Zwischenfolie erlaubt.In addition, the risk of the arc running back from the deionization chamber formed by the electrode elements into the approach point of the spark gap can be reduced by such an arrangement; in addition, the arc is promoted from the approach point into the deionization chamber. In a further embodiment of this embodiment of the invention it can be provided that the elastic structure is formed by a helical spring. With the aid of this type of spring, a relatively large force can be exerted on the second electrode, which allows the electrode to be reliably pressed onto the intermediate film.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Die einzelnen Zeichnungsfiguren stellen folgendes dar:The invention is explained below with reference to the preferred embodiments shown in the drawings. The individual drawing figures represent the following:
Fig. 1 eine besonders einfach ausgeführte erfindungsgemäße Überspannungsableiteinrichtung im Grundriß in geschnittener Darstellung; Fig.2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls im Grundriß in geschnittener Darstellung; Fig.3a die Funkenstrecke einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Aufriß; Fig.3b die von den ionisierten Gasen zu durchströmende Kammer der Ausführungsform nach Fig.3a im Aufriß und Fig.4 den Schnitt A-A durch die Ausführungsform nach den Fig.3a,b.Figure 1 shows a particularly simple surge arrester according to the invention in plan view in section. Figure 2 shows a second embodiment of the invention, also in plan view in section; 3a the spark gap of a particularly preferred embodiment of the invention in elevation; 3a shows the chamber of the embodiment according to FIG. 3a to be flowed through by the ionized gases, and FIG. 4 shows the section A-A through the embodiment according to FIGS. 3a, b.
Die Überspannungsableiteinrichtung nach Fig. 1 umfaßt zwei Elektroden 1 u. 2, die beabstandet voneinander in einem Gehäuse 3 angeordnet sind. An diese Elektroden 1,2 sind über lediglich symbolisch dargestellte Zuleitungen 4,5 die Zu- und Ableitung des vor unzulässig hohen Überspannungen zu schützenden Stromkreises angeschlossen.1 includes two electrodes 1 u. 2, which are arranged at a distance from one another in a housing 3. The supply and discharge of the circuit to be protected against impermissibly high overvoltages are connected to these electrodes 1, 2, by means of only symbolically illustrated supply lines 4, 5.
Im dargestellten Beispiel wurde ein quaderförmiges Gehäuse 3 verwendet, das bis auf die Öffnung 6 und weiteren, nicht dargestellten Durchbrechungen für die Zuleitungen 4,5 in sich geschlossen ist, zum Zweck der übersichtlicheren Darstellung jedoch parallel zur Bildebene durchschnitten wurde. 4In the example shown, a cuboid housing 3 was used, which is closed except for the opening 6 and further openings (not shown) for the supply lines 4, 5, but was cut parallel to the image plane for the purpose of clearer illustration. 4th
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Ist die an den Elektroden 1,2 anliegende Spannung hoch genug, wird die in der Annäherungsstelle 7 befindliche Luft ionisiert und es kommt in weiterer Folge zur Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den beiden Elektroden 1,2. Dieser Lichtbogen erwärmt nun seine Umgebung, sodaß es zur Ausbildung von heißen ionisierten Gasen innerhalb des Gehäuses 3 kommt, welche über die Öffnung 6 nach außen abströmen können.If the voltage applied to the electrodes 1, 2 is high enough, the air located in the approach point 7 is ionized and subsequently an arc is formed between the two electrodes 1, 2. This arc now heats its surroundings, so that hot ionized gases are formed inside the housing 3, which can flow out through the opening 6.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, besagte Öffnung 6 in einigem Abstand von den beiden Elektroden 1,2 anzuordnen, sodaß zwischen den Elektroden 1,2 und der Ausströmöffnung 6 eine Kammer 8 liegt, durch welche die ionisierten Gase hindurchströmen müssen. Die Größe der Öffnung 6 ist dabei zweckmäßigerwei-se so groß zu wählen, daß die Gase genügend schnell ausströmen können, d.h. daß sich kein unzulässig hoher, die Zerstörung des Gehäuses 3 bewirkender Überdruck im Gehäuseinneren aufbauen kann. An die Stelle der einzigen Abströmöffnung 6 kann zur Erreichung dieses Zieles selbstverständlich auch eine Mehrzahl von Öffnungen treten.According to the invention, said opening 6 is arranged at a distance from the two electrodes 1, 2, so that between the electrodes 1, 2 and the outflow opening 6 there is a chamber 8 through which the ionized gases have to flow. The size of the opening 6 should expediently be chosen so large that the gases can flow out sufficiently quickly, i.e. that no inadmissibly high, the destruction of the housing 3 causing excess pressure can build up inside the housing. To achieve this goal, a plurality of openings can of course also take the place of the single outflow opening 6.
Beim Durchströmen der besagten Kammer 8 kühlen die ionisierten Gase aus, die in ihnen gespeicherte Wärme geben sie über die Kammeratmosphäre und die Gehäusewandungen an die Umgebung ab, sodaß sie beim Austritt aus der Öffnung 6 einen nur mehr relativ geringen Energiegehalt aufweisen.When flowing through said chamber 8, the ionized gases cool down, and the heat stored in them is released into the atmosphere via the chamber atmosphere and the housing walls, so that they only have a relatively low energy content when they emerge from opening 6.
Das Ausmaß der Abkühlung der ionisierten Gase hängt direkt mit der Länge des Weges, den sie innerhalb der Kammer 8 zurücklegen müssen, zusammen. Um diese Weglänge zu beeinflussen, sind in der Ausführungsforrn nach Fig.2 innerhalb der Kammer 8 Strömungsleiteinrichtungen 9 vorgesehen. Sie sind plättchenförmig ausgebildet und so angeordnet, daß sie die ionisierten Gase entlang eines mäanderförmigen Weges leiten. Dieser Weg ist nun deutlich länger als der in Fig.1 gerade von der Annäherungsstelle 7 zur Öffnung 6 führende Weg, wodurch bei der Ausführungsform nach Fig.2 eine deutlich stärkere Abkühlung der Gase erreichbar ist.The extent of the cooling of the ionized gases is directly related to the length of the path they have to travel within the chamber 8. In order to influence this path length, 8 flow guide devices 9 are provided in the embodiment according to FIG. 2 within the chamber. They are plate-shaped and arranged so that they guide the ionized gases along a meandering path. This path is now significantly longer than the path leading straight from the approach point 7 to the opening 6 in FIG. 1, whereby in the embodiment according to FIG. 2 a significantly stronger cooling of the gases can be achieved.
Eine weitere Möglichkeit, die Verweildauer der ioniserten Gase in der Kammer 8 zu verlängern, liegt in der Vorsehung von Strömungshindernissen, wie Prallwänden 10 oder Sieben 11 im Inneren der Kammer 8. Diese können in Kombination miteinander aber auch jeweils allein vorgesehen werden.A further possibility of extending the residence time of the ionized gases in the chamber 8 is to provide flow obstacles, such as baffles 10 or sieves 11 inside the chamber 8. These can be provided in combination with one another or individually.
Der Werkstoff der Prallwände 10, Siebe 11 und der Leiteinrichtungen 9 ist prinzipiell frei wählbar, muß aber den erläuterten thermischen Beanspruchungen Stand halten können. Als einfachste Variante bietet sich an, die Prallwände 10, Siebe 11 und Leiteinrichtungen 9 als Anformungen der Gehäusewandungen zu gestalten, sodaß sie also aus dem Gehäusematerial, einem elektrisch isolierenden Kunststoff bestehen.The material of the baffle walls 10, sieves 11 and the guide devices 9 is in principle freely selectable, but must be able to withstand the thermal stresses explained. The simplest variant is to design the baffle walls 10, sieves 11 and guide devices 9 as molded parts of the housing walls, so that they therefore consist of the housing material, an electrically insulating plastic.
Eine weitere Möglichkeit liegt darin, Metalle wie z.B. Kupfer, Eisen od. dgl. zu verwenden, da diese Materialien gute Wärmeleiter sind sowie Wärmespeicherfähigkeit aufweisen, wodurch die sie umströmenden Gase noch effektiver abgekühlt werden.Another option is to use metals such as To use copper, iron or the like, since these materials are good heat conductors and have heat storage capacity, as a result of which the gases flowing around them are cooled even more effectively.
Das Gehäuseinnere des Ausführungsbeispieles nach Fig.2 ist im Gegensatz zu Fig.1 nicht einteilig ausgeführt, vielmehr ist eine Trennwand 12 vorgesehen, die das Gehäuse 3 in zwei Räume 13 und 8 unterteilt. Im ersten Raum 13 sind die bereits beschriebenen beiden Elektroden 1,2 angeordnet, welche hier so geformt sind, daß sie eine Annäherungsstelle 7 und eine daran anschließende Hörnerfunkenstrecke 14 ausbilden. Ein einmal in der Annäherungsstelle 7 entstandener Lichtbogen wird durch die auf ihn einwirkenden, vom Stromfluß durch die Elektroden 1,2 und ihn selbst hervorgerufenen magnetischen Kräfte entlang der Hörnerfunkenstrecke 14 bewegt, was eine Aufweitung und schlußendlich ein Abreißen des Lichtbogens bewirkt. Die im Raum 13 entstehenden heißen ionisierten Gase können über Durchbrechungen 15 der Trennwand 12 in den Raum 8, der die beschriebene Abkühlkammer bildet, übertreten.In contrast to FIG. 1, the housing interior of the exemplary embodiment according to FIG. 2 is not made in one piece, rather a partition 12 is provided, which divides the housing 3 into two rooms 13 and 8. The two electrodes 1, 2 already described are arranged in the first space 13 and are shaped here in such a way that they form an approach point 7 and an adjoining horn spark gap 14. Once an arc has formed in the proximity point 7, it is moved along the horn spark gap 14 by the magnetic forces acting on it, caused by the current flow through the electrodes 1, 2 and itself, which causes the arc to widen and ultimately tear off. The hot ionized gases produced in space 13 can pass through openings 15 in partition 12 into space 8, which forms the described cooling chamber.
Die Elektroden 1,2 können hier wie auch in sämtlichen anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen aus beliebigen Materialien, die eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, gebildet sein. Als besonders bevorzugte Materialien können für den Bereich der Funkenstrecke 14 Kupfer, Eisen, mit Eisen beschichtetes Kupfer, ein gesinterter Wolfram-Eisen- bzw. Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff od. dgl. angegeben werden. Dabei sind auch Kombinationen dieser Materialien möglich, die Elektroden 1,2 können bereichsweise verschiedene Werkstoffe aufweisen.As in all the other exemplary embodiments described, the electrodes 1, 2 can be formed from any materials that have sufficient electrical conductivity. Copper, iron, copper coated with iron, a sintered tungsten-iron or tungsten-copper composite material or the like can be specified as particularly preferred materials for the area of the spark gap 14. Combinations of these materials are also possible, the electrodes 1, 2 can have different materials in some areas.
In den Fig.3a,b u.4 ist eine besonders bevorzugte, bereits zum Einbau in einen Schaltschrank geeignete Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie am besten in Fig.4 zu erkennen, werden hier die beiden Räume 13 und 8 schichtartig nebeneinanderliegend angeordnet. Die in Fig.3a im Grundriß dargestellte Funkenstrecke 14 kommt parallel zur Kammer 8 zu liegen, die entstehende Gesamtbaueinheit weist damit einen mit einem mehrpoligen Leitungsschutzschalter vergleichbaren Aufbau auf, bei welchem die einzelnen Polstrecken in der gleichen Weise nebeneinandergeordnet werden.3a, b and 4 show a particularly preferred embodiment of the invention which is already suitable for installation in a control cabinet. As can best be seen in FIG. 4, here the two rooms 13 and 8 are arranged next to one another in layers. The spark gap 14 shown in the plan in FIG. 3a comes to lie parallel to the chamber 8, the resulting overall unit thus has a structure comparable to a multi-pole circuit breaker, in which the individual pole paths are arranged next to one another in the same way.
Das hiefür notwendige Gehäuse 3 weist wieder eine Trennwand 12 mit Durchbrechungen 15 auf, an deren ersten, in Fig.4 links liegenden Oberfläche 121 die Kammer 8 mit ihren Leiteinrichtungen 9 und gegebenenfalls Prallwänden 10 und Sieben 11 aufgebaut ist. An der zweiten, in Fig.4 rechts liegenden Oberfläche 122 ist die Funkenstrecke 14 angeordnet. Beide Räume 13, 8 müssen für den Betrieb natürlich mit parallel zur Bildebene der Fig.3a,b verlaufenden Deckeln verschlossen werden, welche jedoch der 5The housing 3 required for this again has a partition 12 with openings 15, on the first surface 121 of which is on the left in FIG. 4, the chamber 8 with its guide devices 9 and optionally baffle walls 10 and sieves 11 is constructed. The spark gap 14 is arranged on the second surface 122 on the right in FIG. Both rooms 13, 8 must of course be closed for operation with lids running parallel to the image plane in FIGS. 3a, b, which, however, is the fifth
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