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Überspannungsableiter mit einer Funkenkammer und in dieser angeordneten Elektroden mit magnetischer Beblasung Die überspannungsableiter bestehen im wesentlichen aus einer oder mehreren Funkenstrecken von bestimmter Schlagweite, die in Reihe mit einem Widerstandselement geschaltet sind, das Ventileigenschaften oder eine nichtlineare Charakteristik hat, d. h.
dessen Widerstandswert mit zunehmender Spannung abnimmt, so dass der Widerstand unter normalen Spannungsverhältnissen einen hohen und bei Überspannungen einen niedrigen Widerstandswert hat, was eine Entladung bei niedriger Entladungsspannung ermöglicht. Der Widerstand kann ausserdem nachher seinen Widerstandswert erhöhen und die Stärke des Folgestromes bei normaler Spannung auf einen geringeren Wert herabsetzen.
Die in Reihe geschalteten Funkenstrecken isolieren normalerweise die Widerstandselemente des überspannungsableiters von dem Netz, mit welchem er verbunden ist, sie zünden aber unter vorher bestimmten Überspannungen und stellen dann eine Verbindung zwischen dem Netz und der Erde hier, was eine Entladung zur Erde hin ermöglicht.
Nach der Entladung reduziert das Ventilglied des überspannungsableiters die Stärke des Folgestromes, der entsprechend der normalen Netzspannung nachfliesst, auf einen so kleinen Wert, dass der Folgestrom durch die Funkenstrecke des über- spannungsableiters unterbrochen und d'ami't die Widerstandselemente des Überspannungsableiters vom Netz getrennt werden.
Neuere Erkenntnisse auf dem Gebiet der über- spannungsableiter führten zu neuartigen Schutzcharakteristiken der Ventilglieder, insbesondere mit verminderter Entladungsspannung. Eine Folge der niedrigeren Entladungsspannungscharakteristik ist aber eine Verstärkung des Folgestromes, der durch den Überspannungsableiter nach einer Entladung fliesst und durch die in Reihe geschalteten Funken- strecken unterbrochen werden muss. Bei einem mässig starken Folgestrom verhält sich das Ventilelement wie ein merkbarer Widerstand gegen das Fliessen des Folgestromes.
Daher sind die hintereinand'ergeschal- teten Funkenstrecken von bestimmter Schlagweite in der Lage, den Folgestrom bei dem ersten Nulldurchgang zu unterbrechen, wobei keine physikalischen Änderungen zurückbleiben. Jedoch bei stärkeren Nachfolgeströmen, die sich aus der oben erwähnten neuen Schutzcharakteristik ergeben, sind die herkömmlichen, in Reihe geschalteten Funkenstrecken ungeeignet, um den Folgestrom beim ersten Stromnulldurchgang zu unterbrechen.
Der Flüss eines Folgestromes während einer merklich längeren Zeit ist jedoch unerwünscht, weil er die Temperatur der Funkenstreckenelektrode, welche gewöhnlich aus Messing hergestellt ist, so weit erhöht, dass sie über deren Schmelzpunkt liegt und deshalb Deformationen oder schwere Verbrennungen der Elektroden bewirkt. Solche Deformationen verändern die Gestalt der Elektrode so nachhaltig, dass der wirksame Luftspalt zwischen den Elektroden verkleinert und damit die Ansprechspannung der Funkenstrecke herabgesetzt wird, wodurch die Lichtbogenunterbrechung erschwert wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Überspannungsableiter mit einer Funkenkammer und in dieser angeordneten Elektroden mit magnetischer Beblasung der Funkenstrecke zwischen den Elektroden durch Dauermagnete so auszubilden, dass die Löschung des Lichtbogens erleichtert wird und Verbrennungen von Teilen im Innern des Überspannungsab- leiters durch den Lichtbogen verhindert sind.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass Wände in der Funkenkammer angeordnet sind, welche die Funkenkammer in Teilfunkenkammern unterteilen, durch welche der Lichtbogen in Form von Teil-
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Lichtbögen wandert, und dass die Wände so angeordnet sind, dass die Länge der Teillichtbögen auf den Wegen durch die Teilfunkenkammern zunehmen. Die Funkenkammer kann kreisförmig gestaltet und durch Metallwände unterteilt sein, deren Achsen vom Kreismittelpunkt der Funkenkammer radial nach aussen verlaufen.
Das hat den Vorteil, dass die gegenseitigen Abstände der Metallwände mit zunehmender Entfernung vom Mittelpunkt des überspannungsableiters, d. h. von der Stelle, an der der Funke gebildet wird, ständig grösser wird. Dadurch wird der in die Räume zwischen diesen Wänden gelangende Lichtbogen entsprechend verlängert und schnell erlöschen.
Die Dauermagnete bestehen vorteilhaft aus keramischem, elektrisch isolierendem Werkstoff. Dadurch sind sie gegen Verbrennungen durch den Lichtbogen unempfindlich. Sie können die Wände oder Teile der Wände der Funkenkammer bilden und aus Ferriten, insbesondere Barium-Ferriten (BaFe120is) bestehen. Zusätzlich können zum Schutz der Dauermagnete Scheiben angeordnet sein, um sie vor der Einwirkung des Lichtbogens zu schützen. Diese Scheiben können vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen bestehen, welches die Eigenschaft hat, Gase unter der Einwirkung des Lichtbogens abzugeben, die zur Löschung des Lichtbogens beitragen.
Ein solcher überspannungs- ableiter kann für Gleich- und Wechselstrom oder auch für Gleichstrom mit gelegentlichem Polwechsel verwendet werden. Der Dauermagnet wird immer dafür sorgen, dass der Lichtbogen je nach der Richtung des Stromes, der durch den überspannungsableiter fliesst, in den einen oder den anderen Teil der Funkenkammer getrieben, dort verlängert und zum Erlöschen gebracht wird.
Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung zu entnehmen, von denen die Fig. 1 eine Aufsicht und die Fig. 2 eine Seitenansicht einer Funkenstrecke darstellt. Die Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie 111-11I der Fig. 2, und die Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1.
Die Erfindung ist insbesondere für überspan- nungsableiter verwendbar, womit aber nicht gesagt sein soll, dass sie nicht auch noch auf anderen Gebieten Nutzen bringen kann. Wie aus der Fig. 4 zu entnehmen ist, wird die Funkenstreckenanord'nung von einem Paar keramischer kreisförmiger Gehäuseteile 1 eingeschlossen, welche die übrigen Teile enthalten. Jeder Gehäuseteil 1 besteht aus einer flachen kreisförmigen Bodenplatte 2 und einer ringförmigen Seitenwand 3, welche an der Peripherie der Bodenplatte angeordnet ist.
Jede Seitenwand 3 hat an entgegengesetzten Enden eines Durchmessers Aussparungen 4 (siehe Fig. 2) zur Aufnahme von keilförmigen Elektroden 5. Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus Messing, sie können aber auch aus anderen geeigneten, elektrisch leitenden Werkstoffen bestehen. Die Seitenwände 3 sind ferner mit schmaleren Aussparungen 6 versehen, die zwischen den Aussparungen 4 am Umfang verteilt angeordnet sind. Diese dienen dazu, radial angeordnete, den Lichtbogen unterteilende Wände 9 aus Metall in bestimmten Abständen voneinander aufzunehmen (Fug. 3).
Die Wände 3 des Gehäuses 1 sind einander zugekehrt und lassen zwischen sich einen kleinen Spalt frei, der durch die Elektroden und durch die den Lichtbogen unterteilenden Wände überbrückt wird. Die einander entsprechenden Aussparungen 4 und 6 einer jeden Gehäusewand 3 sind, wie es aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, so dimensioniert und so ausgerichtet, dass sie die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneten Elektroden 5 und die den Lichtbogen unterteilenden Wände 9 aufnehmen können.
Ein Paar von im wesentlichen scheibenförmigen Permanentmagneten 7 ist in den Räumen angeordnet, die von den Böden 2 und den Seitenwänden 3 begrenzt werden. Die Magnete sind aus Permanentmagnetwerk- stoff, vorzugsweise jedoch aus elektrisch isolierendem Werkstoff.
Bei der Ausführung gemäss der Erfindung sind die Magnete 7 in axialer Richtung magnetisiert. Sie haben an einem Ende einen Nordpol und am entgegengesetzten Ende einen Südpol. Die Magnete sind in dem Gehäuse so gelagert, dass der Nordpol eines Magneten dem Südpol dies anderen Magneten gegenübersteht, d. h. dass sich die Magnete gegenseitig anziehen.
Jedoch kann man auch andere Anordnungen verwenden, wenn sie nur dafür geeignet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen, welches senkrecht zu dem Lichtbo- genweg steht. Auch ist es nicht nötig, d'ass sich die Magnete gegenseitig anziehen. Jedenfalls ist erfindungsgemäss die Anordnung so zu treffen, dass stets ein starkes magnetisches Feld senkrecht zu den Magnetsti:rnflächen vorhanden ist.
Die Permanentmagnete 7 können aus einem hierfür besonders geeigneten Material bestehen. Jedoch wird ein keramisches Material bevorzugt, das zu den Ferriten und in der Hauptsache zu den Barium- Ferriten (BaFe,z0") gehört. Magnete aus diesem Material haben besondere Vorteile. Sie haben z. B. einen grossen Widerstand gegen Entmagnetisierung durch von aussen einwirkende Magnetfelder oder andere äussere Kräfte und Ursachen, wie beispielsweise Hitze oder Stösse. Die meisten Permanentmagnetmaterialien lassen sich leicht durch diese Einflüsse entmagnetisieren und müssen daher sehr sorgfältig gehandhabt und vor der Entmagnetisierung geschützt werden.
Die magnetische Stabilität des bevorzugten Materials macht es daher besonders geeignet zur Verwendung bei der Erfindung, weil es sogar dann keinen wesentlichen Verlust der magnetischen Kräfte aufweist, wenn es unsachgemässen Bedingungen unterworfen oder unsachgemäss behandelt wird. Ein anderer wesentlicher Vorteil des permanenten magnetischen Materials ist seine elektrisch isolierende Eigenschaft. Das bevorzugte Material ist ein besonders guter elektrischer Isolator. Daher ist eine besonders vorteilhafte Unterbringung des Magneten im überspannungsableiter
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möglich. Der Magnet kann z.
B. den Luftspalt zwischen den Elektroden überbrücken, ohne dass man einen Kurschfuss zu befürchten hat, wie es sonst bei den gewöhnlichen Magneten der Fall wäre. Das Problem der Isolation des Magnetren von den Elektroden ist deshalb hier vollkommen ausgeschaltet.
Die Höhe des Magneten kann etwas geringer als die Höhe der Seitenwände 3 zwischen den Böden 2 sein. Man kann die dadurch entstehenden Aussparungen mit Scheiben 8 ausfüllen, die aus lüchtbogenbe- ständigem Werkstoff bestehen können und eine solche Höhe haben, dass sie mit den Kanten der Aussparungen 4 und 6 fluchten oder bündig sind.
Die Scheiben 8 dienen gleichzeitig dazu, die Stirnflächen der Magnete vor einer Erosion, d. h. einer Einwirkung des elektrischen Lichtbogens, zu schützen. Die Scheiben 8 können aus einem lichtbogenbeständgen Isoliermaterial bestehen. Vorzugsweise verwendet man Polytetrafluoräthylen, weil dieses einen hohen Widerstand gegen den Angriff dies Lichtbogens aufweist. Die Scheiben 8 werden in der in den Zeichnungen dargestellten Weise verwendet.
Obwohl die Verwendung von Permanentmagneten aus keramischem Material die Scheiben 8 überflüssig machen würde, ist es jedoch besser und wünschenswert, die Unterleg- scheiben 8 zu verwenden, weil sie die Stirnflächen der Permanentmagnete 5 vor der Einwirkung des Lichtbogens schützen und daher die Lebensdauer des Überspannungsableiters erhöhen. Eine Zerstörung der Unterlegscheiben durch den Lichtbogen macht aber den Überspannungsableiter nicht unbrauchbar, da Kurzschlüsse zwischen den Elektroden nicht auftreten können. Die Scheiben 8 schützen ausserdem die Magnete 7 vor zu starken Erwärmungen.
Die keilförmigen Elektroden 5 und die lichtbogen- unterteile.nden Wände 9 sind zusammen mit den dazugehörenden Magneten 7 und den Scheiben 8 zwischen den beiden Gehäuseteilen 1 eingeklemmt. Die Elektroden 5 und die fichtbogenunterteilend'en Wände 9 sind in Aussparungen 4 und 6 angeordnet und erstrecken sich radial nach aussen über dien Rand des Gehäuses, wie es aus den Fig. 1 und 3 zu entnehmen ist. Die Längsachse der keilförmigen Elektrode 5 fällt mit der Achse des Überspannungsableiters zusammen.
Die Spitzen der Elektroden liegen einander gegenüber, sie haben einen bestimmten Abstand von der Achse der Funkenstrecke und bilden daher einen Luftspalt 10. Die den Lichtbogen unterteilenden Wände 9 sind so in den radialen Schlitzen angeordnet, dass sie nach aussen hin divergieren und nachdem Luftspalt 10 hin konvergieren. Bei der Verwendung der Anordnung bei einem überspannungsableiter ist eine Elektrode in Reihe geschaltet mit dem Ventilblock 11, der einen nichtlinearen Widerstand hat und mit seinem anderen Ende geerdet ist. Die andere Elektrode ist mit den Netz- bzw. den Hochspannungsleitungen, die geschützt werden sollen, verbunden.
Mehrere derartige Funkenstrecken können entsprechend der bei überspannungsableitern üblichen Praxis in Serie geschaltet sein. Die Wirkungsweise der Erfindung ist aus der Zeichnung und der folgenden Beschreibung zu entnehmen. Der Lichtbogen wird in dem Spalt 10 zwischen den Elektroden 5 gebildet. An dieser Stelle ist zu jeder Zeit ein verhältnismässig starkes magnetisches Feld senkrecht zu den Stirnflächen der Magnete 7 vorhanden.
Da der Lichtbogen rechtwinklig zum Magnetfeld steht, bewegt er sich parallel zu dien Stirnflächen der Permanentmagnete entweder nach der einen oder anderen Gruppe der lichtbogenaufteilenden Wände. Nachdem der Lichtbogen zwischen diese Wände getreten ist, wird er in eine Reihe von kleineren Lichtbogen unterteilt und fortfahren, sich nach aussen immer rechtwinklig zu dem magnetischen Feld zu bewegen. Wenn der Lichtbogen eine gewisse Strecke nach aussen gewandert ist, wird er erlöschen, weil er länger wird und in den Bereich kühlender Gase gelangt.
Ausserdem wird der Lichtbogen, nachdem des Strom durch Null gegangen ist, nicht mehr gezündet.
Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungs- beispiel eingeschränkt, da die Beschreibung und Zeichnung nur eine besondere Ausführungsform der Erfindung behandeln. So können z. B. die Elektroden jede beliebige Gestalt haben und die Permanent- magnete auch jede beliebige Form aufweisen, was auch für das Gehäuse gilt, ohne d'ass dadurch der Sinn der Erfindung geändert wird.
Ferner kann die magnetische Kraft in jeder beliebigen Richtung auf den Luftspalt wirken, vorausgesetzt, dass sie senkrecht zur Richtung des Lichtbogens steht. Ausserdem ist es selbstverständlich, dass auch alle anderen Teile verschieden ausgeführt werden können; ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Auch kann die Erfindung für überspannungsableiter für Gleich- oder Wechselstrom benutzt werden.