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Vielfachfunkenstrecke für Überspannungsableiter mit spannungsabhängigen Widerständen Bei überspannungsableitem mit Vielfachfunken- strecke und spannungsabhängigen Widerständen ist man bestrebt, allgemein die Ansprech- und Restspannungen tief zu halten. Dabei soll das Ansprech- niveau bei Netzfrequenz so tief gehalten werden, dass auch die bei Schalthandlungen, Erdschlüssen und dergleichen vorkommenden überspannungen durch den Ableiter begrenzt werden können.
Durch das Herabsetzen der Ansprechspannung wird das Verhältnis von Ansprechspannung zu wiederkehrender Spannung kleiner. Dies hat aber zur Folge, dass die Anforderungen bezüglich des Löschvermögens der Funkenstrecke des Ableiters bedeutend grösser werden.
Die üblichen Vielfachfunkenstrecken, bei denen der Lichtbogen durch eine Anzahl paralleler Elektroden unterteilt wird, haben eine durch die Temperatur des Lichtbogenfusspunktes begrenzte Lösch- fähigkeit. Wird die Grenze überschritten, so tritt nach dem Strom-Nulldurchgang eine Rückzündung ein, die schliesslich zur Zerstörung des ganzen Funkenstreckensystems führen kann.
Um die Löschfähigkeit der Funkenstrecken zu -vergrössern, sind nebst einigen Konstruktionen mit mechanischer Unterbrechung hauptsächlich Verfahren entwickelt worden, die bezwecken, den Lichtbogen mittels magnetischer Blasung vom ursprünglichen Entstehungsort zu verdrängen. Durch die Verdrän- gung des Lichtbogens können keine Schmelzperlen auf der Elektrodenoberfläche entstehen und die Ansprech- spannung ungünstig beeinflussen. Für die Erhöhung der Rückzündfestigkeit ist es wichtig, dass der Lichtbogen nicht stehenbleibt und eine bestimmte Stelle übermässig erhitzt.
Heisse, ionisierte Gase können nämlich die Zündspannung des Lichtbogens so weit herabsetzen, dass unmittelbar nach Spannungsnull- durchgang eine Rückzündung eintritt. Um dies zu vermeiden, muss der Lichtbogen an eine Stelle mit vergrössertem Elektrodenabs.tand und womöglich verstärkter Belüftung gebracht werden.
An dieser neuen Stelle muss die Zündspannung nach dem nächsten Nulldurchgang mindestens ebenso gross sein, wie diejenige des inzwischen abgekühlten und mit entioni- sierten Gasen durchströmten Entstehungsortes. Die Grösse der Nachströme, die unterbrochen werden können, hängt somit von der Intensität der Blasung und der damit zusammenhängenden Lichtbogenverfesti- gung ab.
Für die Erzeugung des für die Blasung benötigten magnetischen Feldes sind bis jetzt hauptsächlich Dauermagnete oder eine von einem Teil des Ab- leitstromes durchflossene Magnetspule verwendet worden, die aber stets den Nachteil einer Verteuerung und Volumenvergrösserung des Ableiters zur Folge haben. Ferner sind auch überspannungsableiter mit einer besonderen Formgebung der Elektroden, um ein die Wanderung des Lichtbogens erzwingendes Feld zu erzeugen, bekannt.
Die Blaswirkung bei den bisherigen Ableitern dieser letzteren Art ist aber relativ schwach und keineswegs genügend, um eine wesentliche Vergrösserung der Löschfähigkeit zu erreichen bzw. die Ansprech- und Restspannung in gewünschtem Ausmass tiefer zu halten.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist nunmehr, eine Vielfachfunkenstrecke für überspannungsableiter mit spannungsabhängigen Widerständen zu schaffen, die die erwähnten Mängel der bisherigen Ableiter nicht aufweist und vor allem eine intensive Blas- wirkung mit einfachen Mitteln ermöglicht. Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Elektroden der Funkenstrecke treppenförmig ausgebildet und so räumlich zueinander angeordnet werden,
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dass jede Elektrode die Verbindung zweier in verschiedenen Ebenen liegenden Stromschleifen bildet,
wobei benachbarte Stromschleifen bei der Erzeugung des magnetischen Blasfeldes sich unterstützen, und dass ferner die Elektroden so zueinander angeordnet werden und eine solche Form aufweisen, dass die vom Strom umwundene Fläche und damit auch die Induktivität der Funkenstrecken-Anordnung möglichst klein wird.
Mit einer solchen Anordnung und Formgebung der Elektroden der Funkenstrecke ergibt sich die Möglichkeit, den Lichtbogen während des Löschvorganges auf mindestens 10 mmIkV 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. 1 bis 8 dargestellten Elektrodensysteme ist die Erfindung näher erläutert.
Bei allen diesen Ausführungsformen sind die Elektroden treppenförmig ausgebildet und räumlich so zueinander angeordnet, dass jede Elektrode die Verbindung zweier in verschiedenen Ebenen liegenden Stromschleifen 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 Teilfunkenstrecken in schleifenförmigen Bahnen durchsetzt. Diese Stromschleifen 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 Rückzünd- festigkeit 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 Funkenkammern 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 Austritts- ende 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 Hörnern 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 1 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 ausübt. Es entsteht somit eine praktisch magnetisch neutrale Zone, in welcher der Lichtbogen stehenbleibt.
Bei genügend grossem Abstand der Hörner 6 wird die nötige Rückzündfestigkeit erreicht.
In den Fig. 5a und 5b ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Aufriss bzw. Grundriss dargestellt. Die Vielfachfunkenstrecke wird durch die übereinander angeordneten treppenförmigen Elektroden 7 gebildet. Diese Anordnung unterscheidet sich 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 die Vielfachfunkenstrecke durch Gruppen von je drei treppenför- migen Elektroden 11, 12 und 13 gebildet, die so angeordnet sind, dass jede Teilfunkenstrecke gegen- über der vorhergehenden um 120 versetzt ist. In diesem Fall ergeben sich drei verschiedene Blasrich- tungen für die Teillichtbögen jeder Elektrodengruppe. Ferner wird die Bauhöhe des Funkenstreckensystems etwas niedriger, da mehr Platz für die Unterbringung der Funkenkammern zur Verfügung steht.
Schliesslich zeigen die Fig. 7 und 8 je eine Vielfachfunkenstrecke in Ansicht, die besonders vorteilhaft sind, wenn die Funkenstrecke einen zylindrischen Raum ausfüllen sollte. Bei der Ausführung nach Fig. 7 wird die Funkenstrecke durch die kreisförmig gebogenen inneren und äusseren Elektroden 15 bzw. 16 gebildet, 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, d'ass die Funkenhörner der Elektro-
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den in der Ebene des Lichtbogens verlängert und kreisförmig gebogen sind, kreist der Lichtbogen dauernd und 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 unkontrollierbaren Bereich verdrängt werden kann. Bei der Ausführung nach Fig. 7 ist der Drehsinn zweier aufeinand'erfolgen- der Teillichtbögen 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 Stromverdrängung an die Innenkanten der Elektroden unterstützt. Da bekanntlich die Selbstinduktivität einer Spule direkt proportional zu der vom Strom umwundenen Fläche ist, wird bei der beschriebenen Elektrodenanordnung die Selbstinduk- tivität und damit der induktive Spannungsabfall bei steilen Wellen klein. Ferner dadurch, dass sich nicht unnötig grosse Elektrodenflächen gegenüberstehen, ist dem Lichtbogen ein eindeutiger Weg vorgeschrieben.