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Elektrische Uberspannungsschutzvorrichtung insbesondere für den Blitzschutz,
mit einer Vielfachfunkenstrecke und einer Magnetanordnung zur Erzeugung eines magnetischen
Feldes im Bereich der Funkenstrecke Die Erfindung bezieht sich auf eine Vielfachfunkenstrecke
mit konzentrischer Elektrode, die insbesondere zum Einbau in Blitzschutzvorrichtungen
für die Unterbrechung hoher Ströme geeignet ist, welche nach einer Blitzentladung
von der Leitung über die Funkenstrecke zur Erde fließen.
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Bei gewissen bekannten Funkenstrecken für Blitzschutzvorrichtungen
ist ein Paar oder eine Mehrzahl von Funkenstreckenelektroden zwischen zwei Isolierplatten
angeordnet. Wenn zwischen den Elektroden der Funkenstrecke einmal ein Lichtbogen
übergesprungen ist, so verbleibt ein Lichtbogen ständig in verhältnismäßig unveränderter
Stellung zu den die Funkenstrecke bildenden Teilen. Dies ist unerwünscht. So kann
beispielsweise bei einem feststehenden Lichtbogen eine Verdampfung der Metallelektroden
sowie ein Verbrennen der Isolierplatten eintreten. Fernerhin ist die Wärmeableitung
von einem feststehenden Lichtbogen durch die Elektroden und Isolierplatten verhältnismäßig
begrenzt. Diese Faktoren beschränken die Stärke der von der Leitung zur Erde fließenden
Ströme, welche unterbrochen werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Funkenstrecke, innerhalb
welcher der Lichtbogen sich gegenüber den die Funkenstrecke bildenden Teilen in
ständiger Bewegung befindet.
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Die Vielfachfunkenstrecke mit konzentrischer Elektrode gemäß der Erfindung
ist mit einer Mehrzahl von ringähnlichen konzentrischen, in Abstand befindlichen
Elektroden versehen, die sich zwischen zwei Isolierplatten befinden, und sie weist
in Kombination damit eine Magnetanordnung auf, deren quer zur Ebene der Isolierplatten
verlaufendes Magnetfeld mit dem von einem radialen Lichtbogenübergang zwischen den
Elektroden erzeugten Magnetfeld so zusammenwirkt, daß der Lichtbogen in der Funkenstrecke
ständig umläuft.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zeigt
die Zeichnung, und zwar ist Fig. 1 ein Schnitt durch eine Blitzschutzvorrichtung
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Funkenstrecke, Fig. 2 ein Schnitt durch eine
Vielfachfunkenstrecke gemäß der Erfindung mit konzentrischer Elektrode und einer
damit zusammenarbeitenden Magnetanordnung und Fig. 3 eine auseinandergezogene schaubildliche
Ansicht der Einzelteile der Vielfachfunkenstrecke mit konzentrischer Elektrode und
der Magnetanordnung gemäß Fig. 2.
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Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße wetterbeständige Blitzschutzvorrichtung
mit einem aus Isolierstoff, wie z. B. Porzellan, bestehenden Gehäuse 1. Dieses Gehäuse
enthält eine Mehrzahl von übereinandergestapelten Funkenstrecken 2, Magnetanordnungen
3 und nichtlinearen Widerstandselementen 4. Die Klemmen 5 und 6 sind am oberen bzw.
unteren Ende des Gehäuses 1 angebracht, so daß das Gerät zwischen eine elektrische
Energiequelle oder einen zu schützenden Apparat und der Erde eingeschaltet werden
kann. Zwischen der Klemme 5 und der obersten Magnetanordnung 3 befindet sich eine
elektrisch leitende Feder 7 und eine Kontaktplatte B. Die Feder sichert einen guten
elektrischen Kontakt zwischen den übereinander angeordneten Funkenstrecken, den
Magnetanordnungen, den nichtlinearen Widerstandselementen und den Klemmen.
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In den Fig. 2 und 3 sind die Einzelteile einer der Funkenstrecken
2 und einer der Magnetanordnungen 3 dargestellt. Die Funkenstrecke 2 hat eine dünne
napfförmige äußere Elektrode 9, in welcher sich eine Isolierstoffplatte 13 befindet.
Die Isolierstoffplatte 13 trägt an ihrer Oberseite in geringem Abstand von ihrem
äußeren Rand eine kreisförmige Rippe 10. An dem inneren und dem äußeren Rand der
Rippe 10 liegen zwei schmale ringförmige Zwischenelektroden 11 bzw. 12 an. Bei Vermehrung
der Anzahl der Rippen auf der Oberseite der Isolierstoffplatte 13 können dort auch
noch weitere Elektroden vorgesehen werden. Oberhalb
der Teile 9
bis 13 befindet sich, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine Isolierstoffplatte 14, an
deren Oberseite eine Kontaktplatte 15 angeordnet ist, während die Unterseite der
Platte 14 eine ringförmige Elektrode 16 trägt. Die Kontaktplatte 15 und die ringförmige
Elektrode 16 stehen durch den Verbindungsteil 17 in elektrischem Kontakt und halten
mit Hilfe dieses Teiles die Isolierstoffplatte 14 zwischen sich fest.
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Die beiden Isolierplatten 13 und 14 bilden miteinander eine flache
Lichtbogenkammer mit mehrfachen konzentrischen ringförmigen oder -ähnlichen Elektroden.
Die Unterseite der Isolierplatte 14 hat eine Mehrzahl von schmalen radialen Rippen
18, durch die eine Mehrzahl von Nuten oder Kanälen 19 gebildet wird. Werden die
Platten 13 und 14 aufeinandergelegt, so entsteht somit dazwischen eine Lichtbogenkammer,
die durch die Nuten oder Banale 19 belüftet ist.
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Die Rippen 18 tragen nahe dem Umfang der Platte 14 der Zentrierung
dienende, axial vorspringende Rippen 20. Die Rippen 20 zentrieren somit die napfförmige
Elektrode 9 mit den konzentrischen Elektroden 11 und 12 gegenüber der inneren Elektrode
16. Die Elektroden 11, 12 und 16 sowie der Rand der napfförmigenElektrode 9 befinden
sich innerhalb der Lichtbogenkammer, die von den in Abstand angeordneten Isolierplatten
13 und 14 gebildet wird. Die Grundfläche der napfförmigen Elektrode 9 steht in elektrischem
Kontakt mit einer benachbarten Funkenstrecke oder einem der in Fig. 1 gezeigten
nichtlinearen Widerstände. Jedes zusammengehörige Paar von Elektroden bildet zwischen
sich einen ringförmigen Spalt, so daß beim Lichtbogenübergang innerhalb der Funkenstrecke
eine Mehrzahl von radialen Lichtbögen entsteht. Es tritt, wie noch später erläutert
werden wird, eine Entionisierung ein, wenn die Lichtbögen zwischen und an den nicht
gasabgebenden Wänden der Isölierstoffplatten entlang- und herumbewegt werden. Die
Isolierstoffplatten können entweder aus porösem oder undurchlässigem Material bestehen.
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Die Magnetanordnungen 3 bestehen aus einer kreisförmigen Spule 21,
die eine elektrische Wicklung 22 trägt. Die Enden der Wicklung 22 stehen mit den
Leiterplatten 23 in Verbindung, die auf Leisten 24 im Innern des Hohlraumes der
Spule 21 ruhen. Die Leiterplatten 23 sind durch Glimmerplättchen 25 voneinander
getrennt und bilden zwischen sich eine die WicklungnebenschließendeFunkenstrecke26.
Befestigt sind die Leiterplatten 23 an den Leisten 24 durch Kontakthohlnieten 27,
die auch die Enden der Wicklung 22 an die Leiterplatten anschließen.
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Wenn die Magnetanordnung 3 und das die Funkenstrecke bildende Element
2 auf einandergesetzt werden, so kommt die Kontaktplatte 15 des Funkenstreckenelementes
2 mit einer der Kontakthohlnieten 27 in elektrische Verbindung. Die Platte 15 ist
so bemessen, daß sie in den Hohlraum der Spule 21 hineinpaßt und der vorerwähnte
elektrische Kontakt stattfinden kann. Hilfsleisten 28 dienen dazu, die Magnetanordnung
und das Funkenstreckenelement in richtiger gegenseitiger Stellung festzuhalten und
einen guten elektrischen Kontakt zu sichern.
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Wie ohne weiteres ersichtlich, ist die Wicklung 22 mit dem Funkenstreckenelement
2 elektrisch in Reihe geschaltet, und die Funkenstrecke 26 stellt einen Nebenschluß
zur Wicklung 22 dar, wodurch diese beim Auftreten von Überspannungen bzw. von Strömen
schnell wechselnder Stärke geschützt ist. Nach dem Auftreten eines Lichtbogens innerhalb
des Funkenstreckenelementes 2 und Verschwinden der Überspannung verläuft der Stromweg
von der Leitung zur Erde nach einer Entladung durch die Wicklung 22, so daß das
hierbei über den Umfang der Wicklung 22 erzeugte, quer zu den Ebenen der Isolierplatten
13 und 14 gerichtete magnetische Feld mit dem magnetischen Feld zusammenwirkt, welches
durch den Strom bei dem radialen Lichtbogenübergang zwischen den mehrfachen konzentrischen
Elektroden 16, 11, 12, 9 erzeugt wird. Durch dieses Zusammenwirken wird der Lichtbogen
zum Umlauf gebracht. Da der Lichtbogen ständig innerhalb des flachen Raumes der
Lichtbogenkammer zwischen den Isolierplatten 13 und 14 umläuft, so steht der Lichtbogen
ständig mit den benachbarten kalten Flächen der Platten 13 und 14 in Berührung.
Ferner ist infolge des ständigen Umlaufs des Lichtbogens keine Gefahr einer Verdampfung
oder einer örtlichen Erosion der Elektroden oder Isolierplatten vorhanden. Der Lichtbogen
kann längs jeden radialen Weges verlaufen. Bei der konzentrischen Anordnung der
Elektroden der Funkenstrecke und dem ständigen Umlauf des Lichtbogens werden die
desionisierenden Flächen der Isolierstoffplatten in höchstem Maße ausgenutzt. Bei
einer größeren Kühlwirkung auf den Lichtbogen und einer besseren Desionisierung
ist der Bereich der Stromwerte, die unterbrochen werden können, entsprechend höher.
Bei einer höheren Unterbrechungsleistung der Funkenstrecke kann der Widerstandswert
der Ventilelemente oder nichtlinearen Widerstände 4 nach Fig. 1 vermindert werden,
so daß die Schutzvorrichtung auf niedrigere Werte anspricht.
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Mittels der Funkenstrecke gemäß der Erfindung kann auch der Funkenüberschlag
bzw. die Größe der Spannungshaltung geregelt werden. Die Potentiale der Zwischenelektroden
11 und 12 bestimmen sich durch die elektrostatische Feldverteilung von den Kontaktplatten
9 und 15 über die Isolierplatten 13 und 14. Infolgedessen kann das Stromunterbrechungsvermögen
der Funkenstrecke erhöht werden, ohne daß dabei die Überschlagsspannung der Funkenstrecke
beeinflußt wird, und zwar durch Erhöhung der Streckenlängen zwischen den Elektroden
9, 11, 12 und 16. Es beruht dies auf der Regelung der Potentiale der Zwischenelektroden
11 und 12 durch die Anordnung und Ausbildung der Isolierplatten 13 und 14, wodurch
die elektrostatischen Feldpotentiale beeinflußt werden.
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Ein zusätzlicher Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist die gedrängte
Ausführung und die Einfachheit der Funkenstrecke, bei welcher von dem eingenommenen
Raum und den Werkstoffen in günstiger Weise Gebrauch gemacht wird. Die Herstellungskosten
des Erfindungsgegenstandes liegen gegenüber denjenigen anderer Funkenstrecken mit
vergleichbarer Unterbrechungsleistung weit niedriger. Jede Funkenstrekkeneinheit
ist ein verschlossenes Ganzes, so daß eine Lichtbogenbildung zwischen den übereinandergestapelten
Einheiten vermieden wird. Andererseits ist jedoch eine angemessene Belüftung jeder
Einheit vorgesehen. Die zusätzlichen Elektroden zwischen der inneren Elektrode 16
und der äußeren Elektrode 9 teilen die weitere dazwischen befindliche Funkenstrecke
in eine Reihe von kleinen ringförmigen konzentrischen Strekken auf, so daß eine
Mehrzahl von Lichtbögen entsteht, ohne daß eine wesentliche Verlängerung derselben
eintritt. Infolge der Kühlung der Lichtbögen und der Entionisierungswirkung besteht
keine Gefahr, daß der Lichtbogen von neuem zündet.