Löschfunkenstrecke für Überspannungsableiter. Die bekannten Ventilableiter haben im all gemeinen Löschfunkenstrecken nach Art der Wiensehen Funkenstrecke, die aus zahlreichen, mit kleinem Abstand aufeinandergesehichteten Metallscheiben besteht. Durch die gekrümmte Charakteristik der vorgeschalteten Wider stände wird erreicht, dass die Löschfunken strecke nicht mehr als 10 bis maximal 50 A des nachfolgenden Betriebsstromes zu unter brechen hat. Bei solchen Strömen bleibt der Abbrand an den Scheiben gering.
Der kurzzeitige, aber sehr viel höhere Stromstoss, den der Ableiter bei einer Gewit terüberspannung abzuführen hat, erzeugt eben falls keinen nennenswerten Abbrand auf den Oberflächen der Löschfunkenstrecken.
Will man aber die Ableiter nicht nur für atmo sphärische Überspannungen, sondern auch für die sogenannten innern Überspannungen, die bei Schalthandlungen, Erdschlüssen und der gleichen entstehen, ansprechen lassen, so muss damit gerechnet werden, dass die um 1 bis 2 Grössenordnungen längere Stromflussdauer Schmelzperlen auf den Löschfunkenstrecken verursacht, die bereits die Luftstrecke der Funkenstrecken nennenswert verkürzen und damit die Ansprechspannung herabsetzen.
Gelingt es, Funkenstrecken für höhere Strombelastung herzustellen, so kann man auch die Grenze des nachfolgenden Betriebs stromes höher als 50 A ansetzen und wäre damit freier in der Bemessung bzw. Auslegung der Widerstände. Diese brauchten nicht mehr eine extrem stark gekrümmte Charakteristik zu haben, sondern könnten einen mehr Ohmschen Charakter besitzen, wodurch es möglich wird, auch ihre Strombelastbarkeit zu verbessern.
Es besteht somit ein drin gendes Bedürfnis, Funkenstrecken mit hö herer Strombelastbarkeit zu bauen, derart, dass keine Schmelzperlen auftreten, die den Abstand zwischen benachbarten Elek- trodenseheiben und damit die Spannung, bei der die Strecke zündet, verändern. Bei einer bekannten Löschfunkenstrecke für Überspan nungsableiter mit Magnetfeld zur Funken löschung wird das Magnetfeld durch einer. in der Achse der Funkenstreckensäule ange ordneten Permanentmagneten hervorgerufen.
Wenn hier auch ähnlich wie bei den mit Gas beblasenen Funkenstrecken der Lichtbogen schneller zum Erlöschen gebracht werden kann, so lässt sich doch kaum die Entstehung von Schmelzperlen mit den genannten nach teiligen Folgen unterdrücken.
Erfindungsgemäss wird die Entstehung der Schmelzperlen an der überschlagsstelle da durch verhindert, dass der Strom innerhalb der Funkenstrecke derart geführt wird, dass er ein die Wanderung des Lichtbogens erzwin gendes Feld erzeugt. Insbesondere wird der Strom in Form von Schleifen, Schrauben linien oder dergleichen innerhalb der Lösch- funkenstrecke geführt, indem man die die Entstehung des Lichtbogens begünstigenden Oberflächenteile der Elektrodenscheiben und das Scheibenmaterial entsprechend örtlich ver teilt.
Die Schleifen versuchen sich unter dein Einfluss des eigenen magnetischen Feldes zu vergrössern, Schraubenlinien suchen sich aus zuweiten. Infolgedessen wird der leicht beweg liche Lichtbogen unter solchen Einflüssen des Magnetfeldes sofort beim Entstehen weiter bewegt. Durch die rasche Weiterbewegung des Lichtbogens wird eine Erhitzung der Elektro- denscheiben an den Lichtbogenansatzstellen bis zur Schmelztemperatur vermieden, und es können infolgedessen auch keine Schmelz perlen auftreten.
Um ganz sicher zu gehen, verringert man zweckmässig den Abstand an einer Stelle zwi schen je zwei benachbarten Elektrodenschei- ben durch Vorsprünge, Ausbiegungen, Ver dickungen oder dergleichen und versetzt diese Stellen verringerten Abstandes über den Scheibenstapel hin derart, dass der Strom in der oben angegebenen Weise geführt wird; beim Wandern des Lichtbogens gelangt dieser dann sogleich nach der Entstehung an Stellen grösseren Abstandes. Wenn sich dort Schmelz perlen bilden, wird durch ihre Anwesenheit die Zündspannung der Funkenstrecke nicht. beeinflusst, weil für die Zündung die Stellen geringsten Abstandes, die nun unter allen Um ständen von Schmelzperlen freibleiben, mass geblich sind.
In der Zeichnung sind einige Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
In Fig.1 und 2 sind in zwei verschiedenen Ansichten die aus einem Scheibenstapel beste henden Funkenstrecken eines überspannungs- ableiters dargestellt. Jede Scheibe 1 ist an diametral gelegenen Stellen und nach entge gengesetzten Seiten mit Verdickungen, Aus biegungen 2 oder dergleichen versehen, wobei diese Stellen von der Achse der Scheibe und ihrem Umfang ungefähr gleich weit entfernt sind. Zu beiden Seiten der kürzesten Verbin dung zwischen den Teilen 2 hat jede Scheibe Ausnehmungen 3.
Die Elektrodenscheiben 1 werden durch thermisch widerstandsfähige Isolierscheiben 4 in Abstand gehalten, die an den Verdickungs- oder Ausbiegungsstellen 2 entsprechende Ausschnitte 5 haben. In Fig. 1 ist nur eine solche Isolierscheibe dargestellt.
Die Scheiben 1 sind nun so angeordnet, dass sich je bei benachbarten Scheiben zwei Ausbauchungen oder Verdickungen 2 gegen überstehen, ein an diesen Stellen übergehen der Strom die Funkenstreeke also in schleifen förmigen Bahnen 20 durchsetzen muss.
Der an den Stellen 2 einsetzende Licht bogen wandert unter der Einwirkung des Magnetfeldes der einzelnen Schleifen in der durch Pfeil Pmz angedeuteten Richtung so gleich nach aussen, da nach bekannten Ge setzen die Schleifen die Tendenz haben, sich auszuweiten. Er gelangt dadurch an Stellen 6 grösseren Abstandes, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Auf diese Weise wird die Ent stehung von Schmelzperlen an den Stellen 2 verhütet. Ausserdem erleichtert die durch die Wanderung erzwungene Verlängerung der Lichtbogen das Löschen.
Die Ausnehmungen 3 zwingen den Strom in den Bereich der kür zesten Verbindung zwischen den Stellen 2 und begünstigen dadurch die Entstehung eines ge nügend starken konzentrierten lagnetfeldes.
Eine solche Funkenstrecke zeichnet sich durch grosse Konstanz aus. Sie ist. einfach und billig herstellbar. Gegenüber bekannten Fun kenstrecken mit Ma.netfeldern bietet sie den Vorteil, dass zur Magnetfelderzeugung keine Dauermagnete benötigt werden, derenllagnet- kraft überdies unter der Einwirkung der Stromfeldstösse im Laufe der Zeit nachlässt.
Eine andere Ausführungsform zeigt in perspektivischer Ansieht Fig.3. Hier haben die einzelnen Elektrodenscheiben 1 die Forin von Ringen mit Schlitzen 7. Die Schlitze sind in tangentialer Richtung gegeneinander ver setzt. Die Ringanfänge 8 sind bei 2 verdickt, so dass jeweils der Abstand zwischen einem Ringanfang und dem gegenüberliegenden Ende 9 des andern Ringes kleiner ist als an den übrigen Stellen.
Natürlich können auch die Ringenden 9 nach der entgegengesetzten Seite verdickt, gebogen oder dergleichen sein, so da.ss der Abstand zwischen Anfang und Ende noch stärker verringert wird. Radial nach aussen wird der Abstand grösser. Durch diese Anordnung wird der Strom gezwungen, etwa in Schraubenlinienform 10 die Funken strecke zu durchsetzen. Da nach bekannten Gesetzen die schraubenförmige Strombahn sieh auszuweiten sucht, wandert sofort bei der Entstehung der Lichtbogen 11 in der Pfeil richtung radial nach aussen zu Stellen grösse ren Abstandes, wo er dann erlischt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 be stehen die Scheiben 1 aus Ringsektoren mit stumpfem Zentriwinkel, die an den Anfängen 8 und Enden 9 nach entgegengesetzten Seiten gerichtete Verdickungen 2 haben. Hier stehen sich je die Anfänge 8 bzw. Enden 9 der Scheiben gegenüber, so dass der Lichtbogen 11., der an den Stellen 2 geringsten Abstan des entsteht, in Schleifenform die Funken strecke durchsetzt. Die Abstände werden von den Stellen 2 aus in tangentialer Richtung grösser. Die Magnetfelder üben auf die Licht bogen 11 im Sinne der Pfeile eine Kraft aus, so dass die Lichtbogen in tangentialer Rich tung von den Stellen geringsten Abstandes wegwandern.
Damit. die Lichtbogen genügend weit abwandern, können, wie gestrichelt, die Ringsektoren mit verjüngten Ansätzen 12 ver sehen sein. Die Vorteile sind die gleichen wie bei den vorher beschriebenen Ausführungs formen.
Unter Umständen empfiehlt es sich, wie dies beispielsweise an der Ausführungsform gemäss Fig. 5 gezeigt ist, das die Wanderung erzwingende Magnetfeld durch vom Licht bogenstrom erregte Spulen 13, 14 mit Eisen kernen 15 zu erzeugen. Die Spulen sind mit der Funkenstrecke in Reihe geschaltet und derart angeschlossen, dass sie abwechselnd entgegengesetzten Wicklungssinn haben. Die Feldlinien verlaufen etwa in Richtung der Pfeile 16, stehen also etwa senkrecht zu den zwischen den Scheiben 1 übertretenden Lichtbogen. Infolgedessen werden die Licht bogen zur Wanderung in tangentialer Rich tung veranlasst, haben also keine Zeit, Schmelzperlen zu bilden.
Auch hat das Metall der Elektrodenscheiben kaum Zeit zur nen nenswerten Verdampfung. Alle diese Um stände sind günstig für die Löschung. Man kann deshalb durch diese Funkenstrecke auch grössere Ströme als 100 Ampere unterbrechen.
Damit die Spulen 13, 14 bei hohen Strom stössen, nicht überschlagen werden, können sie durch Widerstandsscheiben überbrückt sein, die bei hohem Strom einen kleinen Widerstand haben und dementsprechend die Spannung an. den Spulen nicht über ein gewisses Mass an steigen lassen. Diese Widerstandsscheiben kön nen an Stelle der Eisenkerne 15 treten, oder diese Eisenkerne können, falls sie aus geeig neten Legierungen bestehen, auch gleich solche Widerstandsscheiben bilden. Bei der Ausfüh rungsform nach Fig. 5 ist es nicht nötig, durch Verdickungen oder dergleichen die Abstände zwischen benachbarten Scheiben an einzelnen Stellen zu verringern, da der Lichtbogen im mer zum Wandern gezwungen wird, gleichgül tig, an welcher Stelle er einsetzt.
Nach andern Ausführungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes kann man bei spielsweise bei einer Löschfunkenstrecke, die zum Beispiel eine Mehrfachlöschfunkenstrecke sein kann und einen Teil eines Überspan nungsableiters bildet, die Verbindung mit der Leitung und die Verbindung mit dem zu dem Ableiter gehörenden Widerstand rechtwinklig zur Achse der Löschfunkenstrecke führen so dass diese beiden Verbindungen zusammen mit der Achse der Löschfunkenstrecke eine Schleife bilden. Dabei kann man auch die eine Zuführung durch den Widerstand er setzen, indem man ihn senkrecht zur Achse der Löschfunkenstrecke anordnet.
Besonders zweckmässig ist es jedoch, die Stromzu- und -abführung zu den einzelnen Elektroden so zu wählen und gegebenenfalls die Elektroden so auszubilden, dass von dem Stromanschluss an jeder Elektrode bis zu der Stromabführung an der Gegenelektrode eine Stromschleife entsteht, welche die Löschwir- kung auf den Lichtbogen ausübt. Ausfüh- rungsbeispiele hierfür zeigen die Fig. 6 bis 10.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 ist eine Löschfunkenstrecke mit den üb lichen Elektroden vorgesehen, und es ist durch eine Isolierzwischenlage dafür gesorgt, dass der Strom immer nur auf derselben Seite der Durchschlagsstelle zu- und abgeführt wird. Mit 21 und 22 sind die beiden einander gegen überstehenden Elektroden bezeichnet. Sie ha ben in üblicher Weise in der Mitte einen Be reich geringeren Abstandes als am Rande. Sie sind durch einen Isolierring 23 voneinan der isoliert.
Während bei den bisherigen Löschfunkenstrecken unmittelbar auf den Elektroden die Stromzuführungs- bzw. Storm- abführungsscheibe lag, ist bei dieser Ausfüh rung der Erfindung die Stromzuführungs- bzw. -abführungsseheibe 24 bzw. 25 durch eine Isolierscheibe 26 bzw. 27 von der Elektrode getrennt. Jede dieser Zwischenlagen hat eine Aussparung, die ausserhalb des Bereiches des geringsten Abstandes der Elektroden liegt. Die Aussparungen stehen einander genau oder annähernd genau gegenüber.
In diese Ausspa rungen sind darin passende Metallscheiben 28 bzw. 29 gleicher Dicke wie die Isolierscheiben eingesetzt. Der Strom bei einem Überschlag kann dann nur durch diese Scheibe 28 zu der Elektrode 21 zugeführt und von der Elektrode 22 durch die Scheibe 29 abgeführt werden oder umgekehrt. Dadurch wird eine Strom schleife gebildet, welche im Ausführungsbei spiel eine nach rechts gerichtete Blaswirkung auf den Lichtbogen ausübt.
Während beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 die Stromzu- und -abführung am Rande vorgenommen und so die Schleife ge bildet wurde, kann man die Anordnung auch so treffen, dass die Stromzuführung in der Mitte erfolgt. Hierzu wird mindestens eine Elektrode tellerförmig ausgebildet, während die andere Elektrode eben sein kann oder ebenfalls tellerförmig ist.
Ein schematisches Ausführungsbeispiel. hierfür zeigt die Fig.8, und zwar für zwei tellerförmige Elektroden, die einander spie gelbildlich gegenüberstehen. Mit 30 ist die eine, mit 31 die andere Tellerelektrode be zeichnet. Beide sind durch einen Isolierring 32 voneinander isoliert. Die Stromzuführung und -abführung erfolgt in der Mitte, wie durch Pfeile angedeutet. Der Bereich der kleinsten Schlagweite bildet, wie die Figur zeigt, eine Ringfläche. Tritt ein Überschlag auf, und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle die ses Ringes, so entsteht eine Stromschleife, wel che den Lichtbogen nach aussen bewegt.
Um die Wirkung der entstehenden Strom schleife zu vergrössern, empfiehlt es sich, in der Elektrodenscheibe Schlitze vorzusehen, welche die Stromdichte auf dem kürzesten Weg von der Stromzu- bzw. -abführung zur Überschlagsstelle vergrössern.
Ein Beispiel dafür zeigt die Fig.9, die einen Grundriss der Löschfunkenstrecke nach Fig. 8 darstellt. Es sind radiale Schlitze 35 vorgesehen. Tritt beispielsweise an der Stelle 33 der Ringfläche ein Überschlag auf, so ver läuft der Strom in der Elektrode von der durch ein Kreuz gekennzeichneten Zufüh rungsstelle zu der überschlagsstelle hin, so, wie es in der Figur durch die ausgezogenen Strom fäden dargestellt ist. Es fallen daher die Stromfäden fort, von denen der eine gestri chelt gezeichnet ist und die der Blaswirkung zum Teil entgegenwirken.
Wird die Löschfunkenstrecke aus mehreren solchen einzelnen Löschfunkenstrecken zusam mengesetzt, so kann man die benachbarten Elektroden zweier aufeinanderfglgender Fun kenstrecken in der Mitte durch eine Strom- Führung miteinander verbinäen, während sie am Rande isoliert voneinander sind. Eine be sonders einfache Anordnung erhält man, wenn man die tellerförmigen Elektroden so ausbil det, dass die Tiefe der Ausbuchtungen in der Mitte annähernd gleich der Höhe der Elek trode ist.
Man kann dann die beiden benach barten Elektroden aufeinanderfolgender Fun kenstrecken unmittelbar miteinander verbin den, zum Beispiel durch Vernietung oder Punktschweissung.
Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Fig.10. Jede Funkenstrecke besteht aus zwei Elektro den 40 und 41, die aus gutleitendem Material, zum Beispiel Kupfer, bestehen. Sie sind durch einen Isolierring 42 voneinander isoliert. Die Isolierung zwischen benachbarten Elektroden aufeinanderfolgender Funkenstrecken erfolgt durch eine Isolierscheibe 43. Die beiden be nachbarten Elektroden zweier aufeinanderfol gender Funkenstrecken sind in der Mitte mit- einander verschweisst. In der Figur unten ist noch gezeigt, wie der Anschluss an die letzte Elektrode erfolgt, und zwar geschieht dieser mit Hilfe einer Metallscheibe 44, die durch eine nicht dargestellte Feder angedrückt wird.
Die Elektroden wird man wieder, wie früher erwähnt, schlitzen.
Um die Blaswirkung der Stromschleife zu erhöhen, empfiehlt es sich, die Leitfähigkeit für den magnetischen Fluss in ihrer Umge bung dadurch zu erhöhen, dass man in der Nachbarschaft der Schleife ferromagnetisches Material anordnet. Zu diesem Zweck kann man auf der der Überschlagsstrecke abge wendeten Oberfläche der Blektrodenscheibe eine Scheibe 45 aus ferromagnetischem Ma terial, zum Beispiel Eisen, anordnen. Diese Eisenscheiben können mit den Elektroden scheiben, die in der Regel aus gutleitendem Material sind, unmittelbar verbunden sein, zum Beispiel durch Verwendung von kupfer plattiertem Eisen.
Es kann aber auch zweck mässig sein, die Eisenscheiben von den Elek troden zu isolieren, zum Beispiel durch eine Zwischenlage aus Wasserglas, die gleichzeitig zur mechanischen Verbindung der Eisenschei ben mit den Elektroden dient. Man kann die Eisenscheibe, wie in der Fig.10 dargestellt, in der Mitte aussparen. Man kann sie aber auch durchgehen lassen und in der Mitte mit der Elektrodenscheibe verbinden, während sie sonst von ihr isoliert ist.
Um die Blaswirkung der Stromschleife zu verstärken, ist es zweckmässig, den vom Strom benutzten Querschnitt so klein wie möglich zu machen. Man wird deshalb die Elektroden so dünn wie möglich ausführen, und zwar die Dicke der Elektroden kleiner als 1 mm, vorzugsweise 0,2 mm und geringer, wählen. Verwendet man Eisenscheiben, wie in Fig. 10 dargestellt, so brauchen an die Elektroden hin sichtlich ihrer mechanischen Festigkeit nur ge ringe Anforderungen gestellt zu werden, da sie durch die Eisenscheiben gestützt werden. Man kann daher dann die Elektroden sehr dünn ausführen.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln die Leistungsfähigkeit sol- eher b'unkenstrecken erhöht wird, insbeson dere eine solche Funkenstrecke höhere Ströme löschen kann als bisher, und dass die Zünd- spannung für lange Betriebszeiten und auch bei starker Beanspruchung unverändert bleibt.