Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke, insbesondere für die Begrenzung von Überspannungen in Niederspan nungsanlagen und die blitzschutzmässige Koppelung galva nisch getrennter Kreise, bestehend aus mindestens zwei sich gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden, die durch eine Isolationsschicht voneinander im Abstand gehal ten sind und zwischen sich die Überschlagsstelle bilden.
Dabei werden unter dem Begriff der Niederspannungsanla gen solche Anlagen verstanden, bei denen Betriebsspannun gen bis etwa 1000 V auftreten.
Funkenstrecken der vorgenannten Gattung sind bisher so ausgeführt worden, dass sich die beiden Elektroden mit ihren Oberflächen gegenüberliegen und durch eine am
Rand der Elektroden und zwischen ihnen umlaufende Isola tionsschicht voneinander isoliert und zugleich im gewünsch ten Überschlagsabstand distanziert waren. Damit wurde eine nach aussen abgeschlossene Kammer gebildet, die von den beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen der Elektro den und der Isolationsschicht begrenzt war. Beim Auftreten einer Überspannung erfolgte der Überschlag innerhalb die.
ser Kammer zwischen den sich gegenüberliegenden Elektrodenoberflächen. Dies ergab zwar den Vorteil eines im we sentlichen homogenen Feldes, wodurch das Ansprechverhal ten der Funkenstrecke weitgehend von der Form der Überspannung unabhängig war. Dabei bestand aber der Nachteil, dass der Lichtbogen in dieser abgeschlossenen Kammer sehr grosse Energien von mehreren kJ (kilojoule) entwikkelte. Dabei können Temperaturen in der Grössenordnung von 10 000 "C und Drücke bis zu 100 bar entstehen. Ein derartiger Lichtbogen hat eine Explosionswirkung und drückt die Elektroden auseinander. Diese starken mechanischen Kräfte müssen durch eine entsprechend stabile Konstruktion der Funkenstrecke aufgefangen werden. Die erläuterte Hitzeentwicklung bewirkt, dass Elektrodenmaterial abschmilzt und verspritzt wird.
Dies kann unter Umständen ein Verschweissen der Funkenstrecke und eine Zerstörung oder Beschädigung der Isolationsschicht zur Folge haben. Hierdurch kann sich zunächst eine Veränderung der Ansprechspannung und schliesslich sogar die Funktionsuntauglichkeit der Funkenstrecke ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstrecke der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich zwar durch einen ebenso einfachen Aufbau auszeichnet wie die erläuterten bekannten Funkenstrecken, wobei aber dafür gesorgt sein soll, dass die beim Überschlag entstehenden Energien keine schädlichen Wirkungen auf die Funkenstrecke mehr haben sollen. Zumindest soll die schädliche Wirkung erheblich reduziert werden, so dass die zulässige Stromstärke des Lichtbogens entsprechend höher sein kann als bei den bekannten Funkenstrecken.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss bei einer Funkenstrecke der eingangs umrissenen Gattung vorgesehen, dass sich die Überschlagsstelle zwischen einer Aussenseite der einen, ersten Elektrode und einer ebenfalls aussen gelegenen Gegenfläche der anderen, zweiten Elektrode befindet. Damit ist die Überschlagsstelle nicht mehr in einer geschlossenen Kammer, sondern in dem Bereich zwischen Aussenseite der einen und Gegenfläche der anderen Elektrode vorgesehen. Die beim Überschlag entstehende Energie kann dort wesentlich rascher und besser als bisher abgeführt werden, da sich der Lichtbogen nicht mehr in einer engen, allseitig umgrenzten Kammer befindet. Die erläuterte Explosionsgefahr entfällt. Die jeweilige Überschlagsstelle wird sich in der Regel an einer Kante der Elektrode befinden.
Sofern an dieser Stelle Metall von der Elektrode wegspritzt, hat dies dort eine Verrundung der Kante zur Folge. Dies bedeutet, dass ein weiterer Überschlag nicht mehr an dieser Stelle, sondern dort stattfinden wird, wo die Elektrode noch eine Kante besitzt. Die Überschlagsstellen, bzw. die Fusspunkte der Lichtbogen, wandern also von Uberschlag zu Überschlag, wodurch sich eine gleichmässige Abnutzung der Elektroden ergibt. Für den Fall, dass der Lichtbogen für längere Zeit stehenbleibt, wie es z. B. bei sogenannten Blitzstromschwänzen eintreten kann, weitet sich der Lichtbogen nach aussen auf, wodurch der Lichtbogenfusspunkt von der Ansprechstelle weg wandert. Damit wird eine übermässige thermische Belastung der Elektroden und vor allem ein Zerstören der Isolierschicht, z. B. Glimmer, vermieden.
Es muss zwar bei der erfindungsgemässen Funkenstrecke der Nachteil eines inhomogenen Feldes zwischen beiden Elektroden in Kauf genommen werden, dessen Ansprechverhalten damit von der Form der jeweiligen Überspannung abhängig ist. Der Erfindung liegt aber unter anderem die Erkenntnis zu grunde, dass dieser Nachteil von den vorstehend erläuterten Vorteilen mehr als aufgewogen wird: insbesondere wenn man berücksichtigt, dass die erfindungsgemässe Funkenstrecke wesentlich höhere Kurzschlussströme, z. B. bis 100 kA, bewältigen kann.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der dazugehörigen Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: Im Querschnitt eine Funkenstrecke gemäss dem Stand der Technik im Schnitt,
Fig. 2 und 3: zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.
ebenfalls im Querschnitt,
Fig. 4: eine Draufsicht auf Fig. 3,
Fig. 5: in der Draufsicht eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung im verkleinerten Massstab,
Fig. 6: den Einbau einer Funkenstrecke in der Ausführung gemäss Fig. 3 in ein entsprechendes Gerät.
Fig. 1 zeigt die erläuterte, bisher gebräuchliche Funkenstrecke, bestehend aus zwei scheibenförmigen Elektroden 1, 2, die durch eine umlaufende Glimmerschicht 3 voneinander isoliert und distanziert sind. Damit ist eine abgeschlossene Kammer 4 gebildet, innerhalb derer bei Auftreten einer Überspannung der Lichtbogen entsteht.
Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei scheibenförmige Elektroden 5, 6 vorgesehen, zwischen denen sich die Isolationsschicht 7, z. B. Glimmer, befindet. Die Elektroden bestehen in diesem Beispiel aus planen Scheiben. Ihr Umriss kann kreisförmig sein (siehe auch Fig. 4). Die Neuerung ist aber nicht auf plane Elektroden oder solche mit kreisförmigem Umriss beschränkt.
Die Überschlagsstelle befindet sich zwischen der Aussenseite, hier dem Aussenrand 8 der einen, ersten Elektrode 5 und einer Aussenfläche, hier der dem Rand 8 gegenüberliegenden Oberfläche 9 der anderen, zweiten Elektrode 6. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel wird der Rand 8 von der rew lativ kurzen zylindrischen Randfläche der Elektrodenscheibe 5 und die Oberfläche 9 von der Stirnfläche der zweiten Elektrodenscheibe 6 gebildet. Der im Fall einer Überspannung entstehende Lichtbogen 10 befindet sich damit im Aussenbereich der Funkenstrecke, wodurch sich die erläuterten Vorteile ergeben.
Die Isolierschicht 7 kann entweder an der Oberfläche 11 der ersten Elektrode 5, oder an der Oberfläche der zweiten Elektrode 6 angebracht sein. In jedem Fall ist bei der Anordnung dieses Ausführungsbeispieles der Aussendurchmesser der Isolierschicht gleich dem Aussendurchmesser der ersten Elektrode.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann die zweite Elektrode 6' an ihrer Oberfläche 9' eine Aussparung 12 aufweisen, deren Umriss dem der ersten Elektrode 5', bzw. der Isolierschicht 7' entspricht. Damit ist an der zweiten Elektrode eine Zentrierung für die erste Elektrode ge schaffen. Die Isolierschicht 7' muss dabei um so viel dicker als die Tiefe der Aussparung 12 sein, dass ein genügender Iso lationsabstand zwischen den beiden Elektrodenscheiben 5', 6' verbleibt.
Das Beispiel der Fig. 3 zeigt ferner, dass sich in der zweiten Elektrode 6' eine Durchbrechung 13, z. B. in Form einer Bohrung befinden kann, die dem Mittenbereich der ersten Elektrode 5' gegenüberliegt. Der Mittenbereich der ersten Elektrode kann eine Bohrung oder dergleichen 14 für die Aufnahme eines Anschlussleiters 15 besitzen, der mit hinreichendem Isolationsabstand von der Elektrode 6' durch deren Durchbrechung 13 hindurchgeführt ist. Damit besteht die Möglichkeit, die erste Elektrode sowohl durch die zweite Elektrode hindurch, als auch an der in Fig. 3 oben gelegenen Seite anzuschliessen.
In Fig. 3 ist schematisch die Feldverteilung zwischen den beiden Elektroden angedeutet. Mit Pfeilen ist die Tendenz des Lichtbogens markiert, bei starken Strömen nach aussen zu wandern, d. h. in den Bereich, in dem er am raschesten seine Wärme abgeben kann. Sofern bei einem Überschlag an der Kante 16 Material wegschmilzt, bildet sich an dieser Stelle eine Abrundung. Bei einem erneuten Überschlag wird daher der Lichtbogen nicht dort, sondern von einem Punkt der ersten Elektrode 5' aus übertreten, der noch eine Kante bildet. Damit ergibt sich das erläuterte Wandern des Lichtbogenfusspunktes und die gleichmässige Abnutzung der Elektroden.
Die Elektrode 6 bzw. 6' hat die Funktion einer Grundplatte. Sie könnte gemäss dem Beispiel der Fig. 5 auch als Grundplatte 6" für mehrere, z. B. drei der ersten Elektroden 5' ausgebildet sein. Dadurch ist mit einem einzigen Bauelement eine dreiphasige Funkenstrecke geschaffen.
Fig. 6 zeigt den Einbau der erfindungsgemässen Funkenstrecke in ein als Überspannungsbegrenzer wirkendes Überspannungsschutzgerät. Die Funkenstrecke mit den Elektrodenscheiben 5', 6' entspricht in etwa der Ausführungsform gemäss Fig. 3. Das Gehäuse 17 dieses Überspannungsbegrenzers ist mit Anschlussklemmen 18, 19 für die Leitungsenden des zu schützenden Leitungszuges versehen. Der Anschluss 18 führt zu einer Schraubfassung 20, in die eine Sicherungspa trone 21 mit einer Schraubkappe 22 einschraubbar ist. Der Strom wird von der Sicherungspatrone über eine Kontaktplatte 23 an die Funkenstrecke weitergeleitet. Mit Ziffer 24 ist ein Keramikring bezeichnet, der zur Distanzierung und Isolierung der Kontaktplatte 23 von der Elektrodenscheibe 6' dient. Dieser Keramikring könnte aber auch in Fortfall kommen.
Zur Sicherung eines einwandfreien Kontaktes kann eine Kontaktfeder 25 vorgesehen sein, die einen mit dem Kontakt 19 verbundenen Erdanschlussbügel 26 von unten gegen die Elektrodenscheibe 6' drückt.