DE10066231B4 - Pressure proof encapsulated spark gap arrangement for leading off damaging disturbance variables due to overvoltages, has two opposing electrodes - Google Patents

Pressure proof encapsulated spark gap arrangement for leading off damaging disturbance variables due to overvoltages, has two opposing electrodes Download PDF

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Abstract

The spark gap arrangement is such that directly over the conductive housing a trigger voltage can be applied. To form a part spark gap in the discharge chamber, a trigger voltage can be applied, so that across the part plug gap, the main spark gap is ignitable between the main electrodes. The insulation between the discharge chamber and the housing is interrupted in the region of the part spark gap.

Description

Die Erfindung betrifft eine druckfest gekapselte Funkenstreckenanordnung zum Ableiten von schädlichen Störgrößen durch Überspannungen, umfassend mindestens zwei in einem leitfähigen oder mit einer leitfähigen Beschichtung versehenen Gehäuse befindlichen, im wesentlichen gegenüberliegenden Hauptelektroden, zwischen denen ein Entladungsraum gebildet ist, und wobei die Hauptelektroden zum Gehäuse isoliert sind, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a flameproof encapsulated spark gap arrangement for deriving harmful Disturbances due to overvoltages, comprising at least two in a conductive or with a conductive Coated housing located, substantially opposite main electrodes, between which a discharge space is formed, and wherein the main electrodes to the housing are isolated, according to the preamble of Patent claim 1.

Gekapselte, nichtausblasende Blitzstrom-Ableiter mit Gleitfunkstrecken sind seit Jahren Stand der Technik und werden z.B. unter den geschützten Handelsbezeichnungen DEHNbloc oder DEHNgap von der Firma DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG vertrieben. Blitzstrom-Ableiter auf Funkenstreckenbasis zum Einsatz in Niederspannungs-Versorgungssystemen besitzen demnach eine Elektrodenkonfiguration, die sich innerhalb eines druckfesten isolierten Gehäuses befindet. Das druckfeste Gehäuse selbst wird aus einem Metallmantel gebildet. Durch unterschiedliche Gestaltung der Elektrodenanordnungen sind verschiedene Ansprechspannungswerte realisierbar. Der übliche dynamische Ansprechspannungwert von bekannten Funkenstrecken-Ableitern liegt bei etwa 4 kV. Dabei gilt, daß die Ansprechspannung bei Lösungen nach dem Stand der Technik über den Abstand der Elektroden vorgegeben ist oder eingestellt werden kann.encapsulated, Non-discharging lightning current arresters with gliding radio links are For years, state of the art and are e.g. under the protected trade names DEHNbloc or DEHNgap sold by DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG. Spark arrester lightning arrester for use in low voltage power supply systems therefore have an electrode configuration that is within a flameproof insulated housing located. The flameproof enclosure itself is formed from a metal shell. By different Design of the electrode arrangements are different Ansprechspannungswerte realizable. The usual dynamic response voltage value of known spark gap arresters is included about 4 kV. It is true that the response voltage in solutions according to the prior art the distance of the electrodes is specified or adjusted can.

Bei Anwendungsfällen insbesondere zum Schutz elektronischer Geräte im Bereich der Informationstechnologie und der Datenverarbeitung sind jedoch niedrige Ansprechspannungswerte im Bereich von ca. 1,5 kV wünschenswert. Die hierfür erforderlichen kleinen oder geringen Abstände lassen sich jedoch ohne zusätzliche Maßnahmen und/oder technologischen Aufwand nicht ohne weiteres realisieren.at applications in particular for the protection of electronic equipment in the field of information technology and data processing, however, are low pickup voltage levels in the range of about 1.5 kV desirable. The one for this required small or small distances can be without additional activities and / or technological effort not readily realize.

Bei sogenannten ausblasenden, d.h. ungekapselten Ableitern besteht eine Möglichkeit, die Ansprechspannung durch das Vorsehen einer zusätzlichen Triggerelektrode zu verringern. Diese Triggerelektrode bewirkt in Verbindung mit einer elektrischen Triggereinrichtung, die einen Triggertransformator aufweist, das Zünden einer Teilfunkenstrecke mit unmittelbar danach eingeleiteter Zündung der Hauptfunkenstrecke.at so called blowing out, i. Unencapsulated arresters is one Possibility, the response voltage by providing an additional To reduce trigger electrode. This trigger electrode causes in Connection with an electrical trigger device, the one Triggertransformator, the ignition of a partial spark gap with immediately initiated ignition of the main spark gap.

Die Ausbildung einer Funkenstrecke mit Triggerelektrode nebst zugehöriger Triggereinrichtung sei unter Hinweis auf 1 näher erläutert. Nach dem Zünden des dort gezeigten Gasableiters (GDT) wird mittels eines Impulstrafos TR eine solche Zündspannung erzeugt, daß die Teilfunkenstrecke F1 und unmittelbar danach die Hauptfunkenstrecke F2 zündet.The formation of a spark gap with trigger electrode together with the associated triggering device is under reference to 1 explained in more detail. After ignition of the gas arrester (GDT) shown there, such an ignition voltage is generated by means of a pulse transformer TR that the partial spark gap F 1 and immediately thereafter ignites the main spark gap F 2 .

Das Ansprechen der Teilfunkenstrecke F1 wird also durch das Zünden des Gasableiters eingeleitet. Die Ansprechspannung gasgefüllter Überspannungsableiter ist über einen recht weiten Bereich variierbar und bis zu Spannungen unter 1 kV unproblematisch. Die quasi externe Hilfszündung wird über den Impulstransformator TR auf einen solchen Spannungswert erhöht, daß die vorerwähnte Funkenstrecke F1 sicher zünden kann.The response of the partial spark gap F 1 is thus initiated by the ignition of the gas discharge tube. The response voltage of gas-filled surge arresters can be varied over a fairly wide range and unproblematic up to voltages below 1 kV. The quasi-external auxiliary ignition is increased via the pulse transformer TR to such a voltage value that the aforementioned spark gap F 1 can safely ignite.

Es wird also mit einer bekannten Anordnung nach 1 möglich, bei kleinen Werten der Eingangsspannung die Funkenstrecke zu zünden und somit den gewünschten niedrigen Schutzpegel von z.B. 1,5 oder 2 kV zu realisieren.It is so with a known arrangement 1 possible to ignite the spark gap at low values of the input voltage and thus to realize the desired low protection level of eg 1.5 or 2 kV.

Würde man diese vorgeschlagene Verfahrensweise auf druckfest gekapselte Funkenstrecken übertragen, besteht das konstruktive Problem darin, eine hochspannungsführende Triggerelektrode druckdicht durch die Kapselung zu führen und elektrisch zu kontaktieren.Would you transmit this proposed procedure to flameproof spark gaps, the constructive problem is that a high-voltage trigger electrode pressure-tight through the encapsulation and to contact electrically.

Dies ist jedoch nur mit erheblichen fertigungsseitigen Aufwendungen und daher mit höheren Kosten verbunden umsetzbar.This However, only with considerable production-side expenses and therefore with higher costs connected feasible.

Aus der EP 0 425 736 A1 ist eine triggerbare Schaltfunkenstrecke vorbekannt, welche aus zwei gegeneinander isolierten Hauptelektroden und einer galvanisch ansteuerbaren Triggerelektrode besteht, wobei die Triggerelektrode im Zentrum einer kreisförmigen Öffnung der einen Hauptelektrode angeordnet ist.From the EP 0 425 736 A1 a triggerable switching spark gap is already known, which consists of two mutually insulated main electrodes and a galvanically triggerable trigger electrode, wherein the trigger electrode is arranged in the center of a circular opening of the one main electrode.

Aus der DE 197 17 802 A1 ist eine Funkenstrecke zum Einsatz in der Stromversorgung von Mittelspannungsnetzen und Niederspannungsnetzen mit zwei rotationssymmetrischen Elektroden, die im Inneren eines Gehäuses angeordnet sind, und mit einem zwischen den beiden Elektroden vorgesehenen Lichtbogenraum vorbekannt. Um beim Einsatz unterschiedlichen elektrischen Bedingungen in der Praxis gerecht zu werden, ist vorgesehen, daß beide Elektroden nach DE 197 17 802 A1 in Richtung der Längsmittelachse der Funkenstrecke hintereinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei sich im erwähnten Abstand eine senkrecht zur vorgenannten Längsmittelachse verlaufende Scheibe aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff befindet, welche die beiden Elektroden voneinander trennt. Diese Isolierscheibe besitzt eine dem hohlzylindrischen Innenraum angepaßte Öffnung, so daß dort die Überschlagstelle für den Lichtbogen resultiert. Der Lichtbogenraum selbst ist als rotationssymmetrische und zur Längsmittelache konzentrische Lichtbogenkammer ausgebildet, wobei sich diese Kammer zwischen den beiden Elektroden befindet.From the DE 197 17 802 A1 is a spark gap for use in the power supply of medium voltage networks and low voltage networks with two rotationally symmetrical electrodes, which are arranged in the interior of a housing, and with a provided between the two electrodes arc chamber previously known. In order to meet the use of different electrical conditions in practice, it is provided that both electrodes after DE 197 17 802 A1 are arranged in the direction of the longitudinal central axis of the spark gap one behind the other and at a distance from each other, wherein at said distance is a perpendicular to the aforementioned longitudinal central axis extending disc of an electrically insulating material which separates the two electrodes from each other. This insulating disk has a hollow cylindrical interior adapted opening, so that there the flashover site for the arc results. The arc chamber itself is designed as a rotationally symmetrical and concentric to the longitudinal center of the arc chamber, said this chamber between located at the two electrodes.

Bei der DE 196 55 119 C2 ist u.a. die Anordnung eines gasabgebenden Isolierstoffs zwischen Gehäuseinnenseite und Entladungsraum erläutert. Konkret zeigt die 1 nebst zugehöriger Beschreibung eine Funkenstreckenanordnung, bei der der aus einem metallischen Rohrstück bestehende äußere Druckkörper an seiner Innenseite mit einem gasabgebenden Kunststoffelement ausgekleidet ist.In the DE 196 55 119 C2 inter alia, the arrangement of a gas-emitting insulating material between the inside of the housing and discharge space is explained. Specifically, the shows 1 together with the associated description a spark gap arrangement in which the existing of a metallic pipe section outer pressure body is lined on its inside with a gas-emitting plastic element.

Hinsichtlich der Ausführungsform einer asymmetrischen Anordnung einer Triggerelektrode sei noch auf die FR 2 589 015 A1 aufmerksam gemacht.With regard to the embodiment of an asymmetrical arrangement of a trigger electrode is still on the FR 2 589 015 A1 made aware.

Bei der gattungsbildenden DE 23 46 173 B2 handelt es sich um einen Überspannungsableiter mit metallischer Rohrfassung, wobei die Aufgabe besteht, diesen Überspannungsableiter so zu gestalten, daß er einen isolierten Einbau in die vorerwähnte Metallfassung ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der rohrförmige Isolierkörper am Außenrand der Stirnseiten einen ringförmigen, mit den Rändern der Elektroden abschließenden Absatz aufweist, so daß im mittleren Teil des Isolierkörpers ein den Außendurchmesser der Elektroden übersteigender Vorsprung und zwischen dem mit dem Rand der Elektroden abschließenden Absatz und der Rohrfassung ein isolierender Spalt gebildet ist.In the generic DE 23 46 173 B2 it is a surge arrester with metal tube socket, the task is to make this surge arrester so that it allows an insulated installation in the aforementioned metal frame. To solve this problem, it is proposed that the tubular insulating body at the outer edge of the end faces an annular, with the edges of the electrodes final paragraph, so that in the middle part of the insulating body, the outer diameter of the electrodes overcoming projection and between the final with the edge of the electrodes Paragraph and the pipe socket is formed an insulating gap.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine druckfest gekapselte Funkenstreckenanordnung, umfassend mindestens zwei in einem leitfähigen oder mit einer leitfähigen Beschichtung versehenen Gehäuse befindliche, im wesentlichen gegenüberliegende Elektroden, zwischen denen ein Entladungsraum gebildet ist, anzugeben, welche eine niedrige Ansprechspannung im Bereich ≤ 2 kV ermöglicht, ohne daß die Notwendigkeit besteht, eine druckdichte Durchführung einer an sich bekannten Triggerelektrode auszuführen.It is therefore an object of the invention, a flameproof encapsulated spark gap assembly comprising at least two in a conductive or with a conductive Coated housing located, substantially opposite electrodes between which a discharge space is formed to indicate which has a low response voltage in the range ≤ 2 kV allows, without that the There is a need, a pressure-tight implementation of a known per se Trigger electrode perform.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The solution The object of the invention is achieved with an article according to the features of Patent claim 1.

Demgemäß besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, das metallische Gehäuse bzw. den metallischen Mantel der druckfesten Kapselung der Funkenstreckenanordnung mittelbar als Triggerelektrode zu verwenden, so daß eine Triggerung und damit eine reduzierende Ansprechspannung ohne weitere aufwendige Maßnahmen erreicht werden kann.Accordingly, there is the basic idea of the invention is the metallic housing or the metallic shell of the flameproof enclosure of the spark gap arrangement to use indirectly as a trigger electrode, so that a triggering and thus a reducing response voltage without further consuming activities can be achieved.

Es wird demnach über das leitfähige Gehäuse möglich, eine Triggerspannung zur Bildung einer Teilfunkenstrecke im Entladungsraum anzulegen, wobei über die Teilfunkenstrecke, die sich im Inneren des Gehäuses aufbaut, die eigentliche Hauptfunkenstrecke zwischen den Elektroden mit geringerer Energie zündbar ist.It is therefore over the conductive one casing possible, a trigger voltage for forming a partial spark gap in the discharge space to create, over the partial spark gap that builds up inside the case, the actual main spark gap between the electrodes with less Energy ignitable is.

Eine rotationssymmetrische Ausbildung der Funkenstreckenanordnung bezogen auf die Mittellängsachse sowie eine spiegelsymmetrische Gestalt senkrecht zur Mittellängsachse, geschnitten im Bereich des Durchbruchs, führt zu konstruktiven Vereinfachungen und stellt stabile elektrische Parameter sicher.A rotationally symmetrical design of the spark gap arrangement related on the central longitudinal axis and a mirror-symmetrical shape perpendicular to the central longitudinal axis, cut in the area of the breakthrough leads to constructive simplifications and ensures stable electrical parameters.

Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß im Bereich eingegrenzt von den sich gegenüberliegenden Elektrodenflächen und der Gehäuseinnenseite mit Ausnahme eines Abschnitts für den Entladungsraum ein gasabgebender Isolierstoff befindlich ist. Im Isolierstoff eingebettet oder eingebracht befindet sich mindestens eine Triggerelektrode, die mit dem leitfähigen Gehäuse in Verbindung steht, d.h. elektrisch kontaktiert ist. Ist nun in diesem Fall die Triggerelektrode asymmetrisch im Raum zwischen den Elektroden befindlich, wird über den dichten Abstand zwischen einer der Elektroden und der Triggerelektrode die Teilfunkenstrecke gebildet, wobei nach Zünden dieser die eigentliche Hauptfunkenstrecke zwischen den Hauptelektroden zur Zündung kommt.at The invention is based on the fact that in the area bounded by the opposite ones electrode surfaces and the inside of the housing with the exception of a section for the discharge space is a gas-emitting insulating material is located. Embedded or incorporated in the insulating material is at least a trigger electrode in communication with the conductive housing, i. electrical is contacted. If in this case the trigger electrode is asymmetrical located in the space between the electrodes, is over the dense distance between one of the electrodes and the trigger electrode formed the partial spark gap, after igniting this the actual Main spark gap between the main electrodes comes to the ignition.

Alles in allem gelingt es mit der vorgestellten Funkenstreckenanordnung, über die Nutzung einer druckfesten leitfähigen, in der Regel metallischen Kapselung eine interne Triggerelektrode zu schaffen, mit deren Hilfe niedrige Ansprechspannungswerte auch z.B. für den speziellen Schutz von elektronischen Geräten der Datenverarbeitung oder der Informationstechnologie gewährleistet werden kann, ohne daß minimale Abstände zwischen den Hauptelektroden eingehalten müssen, die bei dynamischen Ansprechspannungswerten von 4 kV bereits im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm liegen.Everything in all it succeeds with the presented spark gap arrangement, over the Use of a pressure-resistant conductive, usually metallic encapsulation an internal trigger electrode to create, with the help of low Ansprechspannungswerte too e.g. For the special protection of electronic devices of data processing or of information technology can be without minimal distances between the main electrodes, the dynamic response voltage values from 4 kV already in the range of 0.3 to 0.5 mm.

Durch die Gestaltung der inneren Triggerelektrodenelemente läßt sich der Lichtbogen grundsätzlich in mehrere Teile trennen oder aufspalten, so daß die Löscheigenschaften der Anordnung verbessert werden können.By the design of the inner trigger electrode elements can be the arc basically split or split into several parts, so that the deletion characteristics of the arrangement can be improved.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to an embodiment and below With the help of figures closer explained become.

Hierbei zeigen:in this connection demonstrate:

1 ein Blockschaltbild einer Funkenstrecke mit Hilfs- oder Triggerelektrode sowie zugehöriger Triggereinrichtung gemäß Stand der Technik und 1 a block diagram of a spark gap with auxiliary or trigger electrode and associated trigger device according to the prior art and

2 eine Ausführungsform einer Funkenstreckenanordnung mit asymmetrisch im Raum zwischen den Hauptelektroden angeordneten Triggerelektroden. 2 an embodiment of a spark gap arrangement with arranged asymmetrically in the space between the main electrodes trigger electrodes.

Bei den im Ausführungsbeispiel vorgestellten Funkenstreckenanordnungen handelt es sich um solche, welche im wesentlichen gegegenüber liegende Hauptelektroden 1 und 2 aufweisen, die gegenüber einem druckfesten, leitfähigen Gehäuse 3 mittels eines geeigneten Materials 4 elektrisch isoliert und abdichtend zum elektrischen Anschluß herausgeführt sind.The spark gap arrangements presented in the exemplary embodiment are those which are essentially opposite main electrodes 1 and 2 have, in relation to a pressure-resistant, conductive housing 3 by means of a suitable material 4 electrically isolated and led out sealing for electrical connection.

Bei der Funkenstreckenanordnung nach 2 ist der Entladungsraum 17 vollständig von einem gasabgebenden Isolierstoffmaterial 18 umgeben. In diesem gasabgebenden Isolierstoffmaterial 18 ist mindestens eine leitfähige Triggerelektrode 19 eingebettet, die bis zum Entladungsraum 17 reicht.In the spark gap after 2 is the discharge space 17 completely from a gas-releasing insulating material 18 surround. In this gas-emitting insulating material 18 is at least one conductive trigger electrode 19 embedded, leading up to the discharge room 17 enough.

Bedingt durch die unsymmetrische Anordnung der eingebetteten leitfähigen Triggerelektrode 19 bilden sich unterschiedliche Funkenstrecken aus. Über die Triggerelektrode 19 ist gemäß 2 zunächst die Teilfunkenstrecke F1 zündbar mit der Folge, daß diese Vorzündung die Hauptfunkenstrecke F2 ionisiert, so daß diese selbst zündet und der Lichtbogen über die Strecke F1 verlischt.Due to the asymmetrical arrangement of the embedded conductive trigger electrode 19 form different spark gaps. About the trigger electrode 19 is according to 2 first the partial spark gap F 1 ignitable with the result that this pre-ignition ionizes the main spark gap F 2 , so that it ignites itself and the arc over the distance F 1 extinguished.

In dem Fall, wenn für die Triggerelektroden ein leitfähiger Kunststoff zur Anwendung kommt, kann der spezifische Widerstand des Kunststoffmaterials einen ansonsten erforderlichen Vorwiderstand RV, wie beim bekannten Stand der Technik erforderlich, ersetzen, so daß die Gefahr eines Stromflusses oder Teilstromflusses über die externe Beschaltung reduziert ist. Der vorhandene spezifische oder Bahnwiderstand des Kunststoffs verhindert also, daß ein unerwünschter Folgestromanteil durch einen externen, mit der Triggerelektrode respektive dem Außengehäuse in Verbindung stehenden Impulstransformator fließt.In the case when a conductive plastic is used for the trigger electrodes, the resistivity of the plastic material may replace an otherwise required series resistor R V , as required in the prior art, so that the risk of current flow or partial flow through the external circuitry is reduced. The existing specific or sheet resistance of the plastic thus prevents that an undesirable sequence of secondary particles flows through an external, connected to the trigger electrode and the outer housing pulse transformer.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 21, 2
Hauptelektrodenmain electrodes
33
leitfähiges Gehäuseconductive housing
44
Isoliermaterialinsulating material
1717
Entladungsraumdischarge space
1818
gasabgebendes Isolierstoffmaterialgas-emitting insulating material
1919
eingebettete leitfähige Triggerelektrodeembedded conductive trigger electrode
F1F1
TeilfunkenstreckeComponent discharger
F2F2
HauptfunkenstreckeMain spark gap
RVRV
Vorwiderstanddropping resistor
TRTR
Impulstransformatorpulse transformer
GDTGDT
Gasableitergas arrester

Claims (1)

Druckfest gekapselte Funkenstreckenanordnung zum Ableiten von schädlichen Störgrößen durch Überspannungen, umfassend mindestens zwei in einem leitfähigen oder mit einer leitfähigen Beschichtung versehenen Gehäuse befindlichen, im wesentlichen gegenüberliegenden Hauptelektroden (1; 2), zwischen denen ein Entladungsraum (17) gebildet ist, und wobei die Hauptelektroden (1; 2) zum Gehäuse (3) isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich, eingegrenzt von den sich gegenüberliegenden Hauptelektrodenflächen und der Gehäuseinnenseite mit Ausnahme eines Abschnittes für den Entladungsraum ein gasabgebender Isolierstoff (18) befindlich ist, wobei im Isolierstoff vollständig eingebettet mindestens eine Triggerelektrode (19) vorgesehen ist, die in elektrischem Kontakt mit dem leitfähigen Gehäuse (3) steht, wobei sich die mindestens eine Triggerelektrode (19) asymmetrisch im Raum zwischen den Hauptelektroden (1; 2) befindet und der dichte Abstand zwischen einer der Hauptelektroden (1) und der Triggerelektrode (19) eine Teilfunkenstrecke (F1) zur Vorzündung der Hauptfunkenstrecke (F2) bildet.Flame-proof encapsulated spark gap arrangement for deriving harmful interference from overvoltages, comprising at least two substantially opposing main electrodes located in a conductive or conductive coated housing ( 1 ; 2 ), between which a discharge space ( 17 ), and wherein the main electrodes ( 1 ; 2 ) to the housing ( 3 ) are isolated, characterized in that in the area bounded by the opposing main electrode surfaces and the inside of the housing with the exception of a section for the discharge space, a gas-releasing insulating material ( 18 ) is located, wherein completely embedded in the insulating at least one trigger electrode ( 19 ) which is in electrical contact with the conductive housing ( 3 ), wherein the at least one trigger electrode ( 19 ) asymmetrically in the space between the main electrodes ( 1 ; 2 ) and the dense distance between one of the main electrodes ( 1 ) and the trigger electrode ( 19 ) forms a partial spark gap (F 1 ) for pre-ignition of the main spark gap (F 2 ).
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