Löschfunkenstrecke für Überspannungsableiter in einem Gehäuse aus lichtbogenbeständigem Material Seit Einführung einer gewissen Isolationskoordi nation, d. h. Abstimmung des Schutzpegels des Ab leiters auf den Isolationspegel der Anlage, werden zum Schutz elektrischer Anlagen gegen überspan- nungen grösstenteils nur noch überspannungsableiter mit spannungsabhängigem Widerstand und Lösch funkenstrecken verwendet.
Der Isolationspegel einer Anlage kann nun um so mehr abgesenkt werden, je weiter der Schutzpegel eines Ableiters abgesenkt wer den kann. In dieser Richtung konnten in letzter Zeit erhebliche Fortschritte erzielt werden, die in letzter Zeit auf die Verbesserung der spannungsabhängigen Widerstände zurückzuführen sind.
Neuerdings ist man nun bestrebt, ausser der Rest spannung eines Ableiters auch seine Ansprechspan- nung, insbesondere seine Ansprechwechselspannung zu verringern, wodurch man möglichst eine Erniedri gung der Prüfwechselspannung und damit eine Ver billigung der zu schützenden Objekte erreichen will. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müs sen in erster Linie die Funkenstrecken der über- spannungsableiter verbessert werden, d. h. die Fun kenstrecken müssen für eine niedrige Ansprechwech- selspannung ausgelegt werden, ohne dass dabei die Löschung des Ableiters beeinträchtigt wird.
Für den Ableiter bedeutet dies ein häufigeres Ansprechen und bei gleichzeitig erniedrigter Restspannung auch grö ssere Folgeströme durch die Funkenstrecke.
Es sind bereits Ausführungen von Ableitern mit Plattenfunkenstrecken bekanntgeworden, die eine recht niedrige Ansprechwechselspannung besitzen, je doch, um auch der Löschung zu genügen, eine zu hohe Restspannung.
Neuere Entwicklungen gehen dahin, anstelle der seither bekannten Plattenfunken strecken, bei denen der Lichtbogen auch der Zün dung nicht verlängert wird, magnetisch beblasene Funkenstrecken zu verwenden, bei denen der Licht bogen nach der Zündung verlängert wird und dadurch leichter zum Erlöschen kommt. Dadurch wurde er reicht, dass in der Funkenstrecke für die Zündung und die Löschung sozusagen zweierlei Teile der Fun kenstrecke massgebend waren.
Ausser der Verlänge rung des Lichtbogens ist es zweckmässig, die Lichtbo gen in eine Löschkammer mit einem möglichst engen Spalt zu treiben, wodurch der Lichtbogen eine starke Kühlung erfährt. Dies bedingt eine relativ hohe Licht bogenspannung und erleichtert im Zusammenhang mit der Verlängerung des Lichtbogens eine leichte Löschung.
Funkenstrecken dieser Art sind meistens in keramische Kammern, wie sie von verschiedenen Ausführungen her bekannt sind, eingebettet. Die be kanntgewordenen Ausführungen der erwähnten, ma gnetisch beblasenen Funkenstrecken zeigen den we sentlichen Nachteil, dass der Lichtbogen nicht durch sein eigenes Magnetfeld ohne weiteres von der Zünd- stelle weg in die Lichtbogenkammer läuft. Es wurde daher bei den bis,
jetzt bekanntgewordenen Lösun gen zur Bewegung des Lichtbogens von der Zünd- stelle weg in die Löschkammer ein Hilfsmagnetfeld verwendet, das von aussen auf den Lichtbogen ein wirkt. Dieses Hilfsmagnetfeld kann entweder durch Dauermagnete oder durch Elektromagnete, die meist vom Lichtbogenstrom selbst durchflossen werden, er zeugt werden.
Die Erfindung besteht darin, dass der Lichtbogen ohne Einfluss eines äusseren magnetischen Feldes an den Elektroden entlang in eine Löschkammer einläuft, die Elektroden kurz vor der Zündstelle in Laufrichtung des Lichtbogens geführt und an ihren Enden in Laufrichtung des Lichtbogens geradlinig bis in die in diesem Bereich parallelwandig aus gebildete Löschkammer hinein verlängert sind. Von anderer Seite her ist allerdings bekannt, dass der Lichtbogen, z.
B. bei Hörnerfunkenstrecken, ohne den Einfluss eines äusseren Magnetfeldes von der Zünd- stelle zu den Enden der Hörner sich bewegt, was im wesentlichen auf die thermischen Auftriebe des Licht bogens zurückzuführen ist, der bei Ableiterfunken- strecken wegen ihres waagrechten Einbaus nicht zur Wirkung kommt.
Ausserdem sind bei solchen Hörner funkenstrecken die Startbedingungen eines Lichtbo gens wesentlich günstiger als die in einer Löschfun- kenstrecke, da der Zündspalt bei einer Hörnerfun kenstrecke wesentlich grösser ist als er bei Lösch- funkenstrecken für Ableiter in Frage kommt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, wobei Fig. 1 eine Lichtbogen kammer mit den entsprechend geformten Elektroden nach der Erfindung veranschaulicht. Das Funkenstrek- kengehäuse besteht aus dem profilierten Unterteil 1 und der flachen Scheibe 2 als Oberteil. In das Unter teil sind die beiden Elektroden 3 und 4 etwa in der gezeigten Form aus Vierkant- oder Rundmaterial, z.
B. aus Kupfer oder Messing, eingelegt. Ihre seit liche Halterung erfolgt durch ein geeignetes Profil im Gehäuseunterteil, während sie nach oben durch das Gehäuseoberteil gehalten werden. Ober- und Unterteil des Gehäuses sind z. B. mittels Nieten, die durch die Bohrungen 5 gesteckt werden, zusammen gehalten.
In dem Zündspalt bzw. der Engstelle 6 wird der Lichtbogen gezündet und läuft in Richtung 7 kraft seines eigenen magnetischen Feldes an den Elektroden 3 und 4 entlang nach aussen zu den Elektrodenspitzen 8 und 9 in die eigentliche Lösch- kammer 10 hinein, wobei der Lichtbogen durch die Folge 11-15 dargestellt ist. Bei ungünstiger Aus bildung der Krümmung der Elektroden bzw. des Zündspaltes oder der Elektrodenenden bleibt der Lichtbogen stehen, und die gewünschte Löschwirkung wird bei den auftretenden hohen Folgeströmen nicht erzielt.
Wesentlich für die Erfindung ist daher, dass die Elektroden, wie ersichtlich, kurz vor der Zünd- stelle geradlinig ausgebildet und in Laufrichtung des Lichtbogens geführt sind. Von Bedeutung für das sichere und exakte Einlaufen des Lichtbogens in die Löschkammer sind ferner die in Lichtbogenlaufrich- tung geradlinig bis in die Löschkammer hinein vor gezogenen Elektrodenenden sowie die in ihrem Be reich zur Laufrichtung parallelwandig ausgebildeten Löschkammerwände.
Das von den Elektroden bis zu den Elektroden enden umschlossene Gebiet der Löschkammer und die Löschkammer selbst kann man mit einer lichten Höhe gleich der Elektrodenhöhe ausführen. Zur Ab führung der Lichtbogengase dienen eine oder mehrere Austrittsöffnungen 16, die auch seitwärts an der Löschkammer angebracht werden können. Eine we sentlich bessere Lichtbogenlöschung erreicht man, wenn man die Lichtbogenkammer, wie in Fig. 2 dar gestellt, den Austrittsöffnungen zu verjüngt (17), wo durch der Lichtbogen wesentlich stärker gekühlt wird.
Dabei genügt es, wenn die Austrittsöffnungen den Bruchteil eines Millimeters hoch sind. Zur wei teren Erhöhung der Löschfähigkeit kann die Lösch- kammer mit Leit- bzw. Kühlblechen 18 in der ge zeigten Art versehen sein. Dadurch wird neben der Kühlung eine Aufteilung des Lichtbogens in mehrere Einzellichtbögen erreicht und somit eine noch bessere Löschung erzielt.
Eine weitere Möglichkeit, die Löschfähigkeit zu. erhöhen, ist durch Ausbildung der Löschkammer, wie sie Fig. 3 zeigt, gegeben. In das Gehäuseober- und -unterteil ist eine etwa wellenförmige Kontur 19 und 20 eingeprägt, so dass ein enger Spalt 21 ent steht, in dem der Lichtbogen brennen soll. Durch diese Verlängerung des Lichtbogenwegs ergeben sich günstigere Löscheigenschaften. Selbstverständlich lässt sich auch hier eine Verjüngung der Löschkammer, wie in Fig. 2 gezeigt, durchführen.
Bei der Funkenstrecke nach den Ausführungs beispielen muss eine nachträgliche Einstellmöglich keit der Zündspannung nicht unbedingt vorgesehen sein, da ein aus Keramik gefertigtes Funkenstrecken gehäuse gut masshaltig ist, so dass die dort ein gelegten Elektroden eine Zündspannung ergeben, die innerhalb der zulässigen Toleranz liegt. Sollte es in Sonderfällen dennoch erforderlich sein, eine nach trägliche Einstellung vorzunehmen, so kann man je derzeit durch Auswahl verschiedener Elektrodenbrei- ten oder durch geringfügige Deformation der Elek trode an der Zündstelle eine Änderung der An sprechspannung der Funkenstrecke erreichen.
Um den Einbau der' Funkenstrecke in einen Ab leiter möglichst raumsparend vorzunehmen, kann man dieselbe, wie bereits bekannt, in die Mitten bohrung eines spannungsabhängigen Widerstandes einbauen. Es steht aber auch die Möglichkeit offen, die Funkenstrecken direkt aufeinander zu setzen. Dazu wird man zweckmässig die flache Scheibe (Oberteil) 2 durch den Boden (Unterteil) 22 der fol genden Funkenstrecke ersetzen, wodurch sich ein eng zusammengedrängter Funkenstreckenstapel ausbilden lässt.
Damit infolge des Austritts ionisierter Gase aus den Öffnungen 16 keine Längsüberschläge an dem Funkenstreckenstapel auftreten, wird das Teil 22 versetzt auf Teil 1 aufgesetzt. Um eine einheitliche Form zu erhalten, wird eine runde Aussenform an stelle der länglichen gewählt, wie aus Fig. 4 er sichtlich. Zur Sicherstellung des Versetzungswinkels der Teile 1 und 22 können z. B. Nocken 23 vor gesehen sein, die in die Nuten 24 greifen.
Der übergang von einer Funkenstrecke auf die andere lässt sich dann leicht vornehmen, indem die Zuführungen 25, 26 zu den Elektroden durch Löt stellen 27 miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, oder indem innerhalb des Gehäuses die Elektroden durch Federdruck miteinander Kon takt erhalten.
Der in Fig. 5 gezeigte Funkenstreckenstapel kann nun z. B. mittels Isolierstäben, die entsprechend ver setzt durch die Bohrungen 28-31 in den Gehäusen gesteckt sind, zusammengehalten werden.
Extinguishing spark gap for surge arresters in a housing made of arc-resistant material Since the introduction of a certain Isolationskoordi nation, i. H. Matching the protection level of the arrester to the insulation level of the system, for the most part only surge arresters with voltage-dependent resistance and extinguishing spark gaps are used to protect electrical systems against overvoltages.
The insulation level of a system can now be lowered the more the protection level of an arrester can be lowered. Considerable progress has recently been made in this direction, which has recently been attributed to the improvement in voltage-dependent resistances.
Recently, efforts have been made to reduce the residual voltage of an arrester and also its response voltage, in particular its response AC voltage, which means that the test AC voltage is reduced as much as possible and thus the objects to be protected are cheaper. In order to meet these requirements, the spark gaps in the surge arresters must first and foremost be improved. H. the spark gaps must be designed for a low alternating response voltage without impairing the quenching of the arrester.
For the arrester, this means more frequent response and, at the same time, with lower residual voltage, larger follow-up currents through the spark gap.
There are already versions of arresters with plate spark gaps have become known that have a very low AC response voltage, but, in order to satisfy the quenching, too high a residual voltage.
More recent developments are going to stretch instead of the since then known plate sparks, in which the arc and the ignition is not extended, to use magnetically blown spark gaps in which the arc is lengthened after ignition and thus more easily extinguished. This made it possible for two parts of the spark gap to be decisive in the spark gap for ignition and extinguishing, so to speak.
In addition to extending the arc, it is advisable to drive the arc into an arcing chamber with as narrow a gap as possible, so that the arc is strongly cooled. This requires a relatively high arc voltage and, in connection with the extension of the arc, facilitates easy extinguishing.
Spark gaps of this type are usually embedded in ceramic chambers, as they are known from various designs. The known designs of the mentioned, magnetically blown spark gaps show the essential disadvantage that the arc does not easily run away from the ignition point into the arc chamber due to its own magnetic field. It was therefore with the up
The solutions that have now become known use an auxiliary magnetic field to move the arc away from the ignition point into the quenching chamber, which acts on the arc from outside. This auxiliary magnetic field can be generated either by permanent magnets or by electromagnets, through which the arc current itself usually flows.
The invention consists in the fact that the arc runs along the electrodes into an arcing chamber without the influence of an external magnetic field, the electrodes are guided in the direction of the arc just before the ignition point and at their ends in the direction of the arc straight up to the parallel walls in this area from formed arcing chamber are extended into it. From the other side, however, it is known that the arc, e.g.
B. with horn spark gaps, without the influence of an external magnetic field moves from the ignition point to the ends of the horns, which is essentially due to the thermal lift of the arc, which does not come into effect with arrester spark gaps because of their horizontal installation .
In addition, the starting conditions of an arc are much more favorable with such horn spark gaps than those in an extinguishing spark gap, since the ignition gap in a horn spark gap is considerably larger than it is possible with extinguishing spark gaps for arresters.
Embodiments of the invention are shown in the drawing, wherein Fig. 1 illustrates an arc chamber with the correspondingly shaped electrodes according to the invention. The spark gap housing consists of the profiled lower part 1 and the flat disk 2 as the upper part. In the lower part, the two electrodes 3 and 4 are approximately in the shape shown made of square or round material, for.
B. made of copper or brass, inserted. Your lateral support is done by a suitable profile in the lower housing part, while they are held up by the upper housing part. Upper and lower part of the housing are z. B. held together by means of rivets that are inserted through the holes 5.
The arc is ignited in the ignition gap or narrow point 6 and runs in direction 7 by virtue of its own magnetic field along the electrodes 3 and 4 outwards to the electrode tips 8 and 9 into the actual extinguishing chamber 10, the arc through the sequence 11-15 is shown. If the curvature of the electrodes or the ignition gap or the electrode ends are unfavorable, the arc stops and the desired extinguishing effect is not achieved with the high follow-up currents that occur.
It is therefore essential for the invention that the electrodes, as can be seen, are designed in a straight line shortly before the ignition point and are guided in the running direction of the arc. Also of importance for the safe and exact entry of the arc into the quenching chamber are the electrode ends drawn straight in the arc running direction into the quenching chamber as well as the quenching chamber walls that are parallel to the running direction.
The area of the quenching chamber enclosed by the electrodes up to the electrodes and the quenching chamber itself can be designed with a clear height equal to the electrode height. One or more outlet openings 16, which can also be attached to the side of the quenching chamber, serve to guide the arc gases. A we much better arc extinguishing is achieved if the arc chamber, as shown in Fig. 2, is tapered to the outlet openings (17), where the arc is cooled much more strongly.
It is sufficient if the outlet openings are a fraction of a millimeter high. To further increase the extinguishing capacity, the extinguishing chamber can be provided with guide or cooling plates 18 of the type shown. As a result, in addition to cooling, the arc is divided into several individual arcs and thus even better extinguishing is achieved.
Another way to have the ability to delete. increase is given by the design of the quenching chamber, as shown in FIG. 3. An approximately wave-shaped contour 19 and 20 is embossed into the upper and lower part of the housing, so that a narrow gap 21 is created in which the arc should burn. This extension of the arc path results in more favorable extinguishing properties. Of course, the extinguishing chamber can also be tapered here, as shown in FIG. 2.
With the spark gap according to the exemplary embodiments, a subsequent setting of the ignition voltage does not necessarily have to be provided, since a spark gap housing made of ceramic has good dimensional stability, so that the electrodes placed there produce an ignition voltage that is within the permissible tolerance. If, in special cases, it is nevertheless necessary to make a subsequent setting, the response voltage of the spark gap can be changed at any time by selecting different electrode widths or by slightly deforming the electrode at the ignition point.
In order to make the installation of the 'spark gap in a conductor as space-saving as possible, you can install the same, as is already known, in the center hole of a voltage-dependent resistor. However, there is also the option of placing the spark gaps directly on top of one another. For this purpose, the flat disc (upper part) 2 is expediently replaced by the bottom (lower part) 22 of the following spark gap, which allows a tightly packed spark gap stack to be formed.
So that no longitudinal flashovers occur on the spark gap stack as a result of the escape of ionized gases from the openings 16, the part 22 is placed on part 1 in an offset manner. In order to obtain a uniform shape, a round outer shape is selected instead of the elongated one, as can be seen from FIG. 4. To ensure the offset angle of parts 1 and 22, for. B. cams 23 be seen before that engage in the grooves 24.
The transition from one spark gap to the other can then easily be made by connecting the leads 25, 26 to the electrodes by soldering 27, as shown in FIG. 5, or by spring pressure between the electrodes inside the housing Get in touch.
The spark gap stack shown in Fig. 5 can now, for. B. by means of insulating rods that are inserted accordingly ver through the holes 28-31 in the housings, are held together.