DE10140950B4

DE10140950B4 - Encapsulated surge arrester based on spark gap

Info

Publication number: DE10140950B4
Application number: DE10140950A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Hasse; Arnd Dr.-Ing. Ehrhardt; Peter Dr.-Ing. Zahlmann
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: DE10140950A1

Abstract

Gekapselter Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis mit großflächigen, gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden in rotationssymmetrischer Anordnung sowie einem zwischen den Elektroden befindlichen Bogenentladungsspalt, welcher von einer Prallwand mindestens teilweise umschlossen ist,
wobei
eine erste rotationssymmetrische Prallwand (3) von einer der Elektroden (2), die Haupttrennstrecke (6) überragend, zur gegenüberliegenden Elektrode (1) gerichtet angeordnet ist,
eine zweite rotationssymmetrische Prallwand (10) bezogen auf den rotationssymmetrischen Gesamtaufbau radial von der ersten Prallwand (3) nach außen beabstandet vorgesehen ist, wobei die Prallwände (3; 10) einen Mäander bilden, welcher von der Bogenentladungs-Druckwelle durchlaufen wird, dass abseits der Strömungsrichtung von Ablagerungen geschützte Isolationsstrecken (7) befindlich sind, wobei die zweite Prallwand (10) Teil eines die Hauptelektroden (1; 2) fixierenden Distanzhalters (5) ist, welcher mindestens eine in Strömungsrichtung orientierte Druckausgleichsöffnung (8) besitzt, und innerhalb des von der ersten Prallwand (3) umschlossenen Bereichs in einer der Hauptelektroden (2) ein Isolierabschnitt (4) vorgesehen sowie die erste Prallwand (3) oder Teile hiervon als...Encapsulated surge arrester spark gap base with large, opposite, disc-shaped electrodes in rotationally symmetrical arrangement and an arc discharge gap located between the electrodes, which is at least partially enclosed by a baffle,
in which
a first rotationally symmetrical baffle wall (3) of one of the electrodes (2), the main separation path (6) projecting, is arranged directed to the opposite electrode (1),
a second rotationally symmetrical baffle (10) is provided spaced radially outwardly of the first baffle wall (3) with respect to the rotationally symmetric overall structure, the baffles (3; 10) forming a meander through which the arc discharge pressure wave passes The second baffle wall (10) is part of a main electrode (1; 2) fixing spacer (5) having at least one oriented in the flow direction pressure equalization opening (8), and within the of the first baffle wall (3) enclosed area in one of the main electrodes (2) provided an insulating portion (4) and the first baffle wall (3) or parts thereof as ...

Description

Die Erfindung betrifft einen gekapselten Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis mit großflächigen, gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden in rotationssymmetrischer Anordnung sowie einem zwischen den Elektroden befindlichen Bogenentladungsspalt, welcher von einer Prallwand mindestens teilweise umschlossen ist.The The invention relates to an encapsulated surge arrester based on spark gap with large area, opposite, discoid Electrodes in rotationally symmetrical arrangement and an intermediate the arc discharge gap, which of a Baffle is at least partially enclosed.

Gekapselte, auch triggerbare Funkenstrecken als Überspannungsableiter, bevorzugt eingesetzt als N/PE-Funkenstrecke, sind seit längerer Zeit Stand der Technik. Die beiden wesentlichsten Anforderungen an derartige Funkenstrecken, nämlich ein hohes Isolationsvermögen und sehr hohe Stoßstrom-Ableiteigenschaften, ergeben sich bei N/PE-Funkenstrecken unmittelbar aus ihrem Einsatzort. Entscheidend ist hier eine hohe Blitzstrom-Tragfähigkeit und hohe Zuverlässigkeit, damit in jedem Fall schädliche Berührungsspannungen ausgeschlossen werden können.encapsulated, also triggerable spark gaps as a surge arrester, preferred used as N / PE spark gap, have long been state of the art. The two most important requirements for such spark gaps, namely a high insulation capacity and very high surge current dissipation properties, arise with N / PE spark gaps directly from their place of use. Decisive here is a high lightning current carrying capacity and high reliability, so harmful in any case Touch voltages excluded can be.

Bekannte derartige Funkenstrecken mit einem Leistungsvermögen zum Schutz bei direktem Blitzeinschlag von bis zu 100 kA 10/350 μs weisen relativ große Abmessungen auf, was nachteilig ist. Zum Stand der Technik sei hier auf die N-PE-Ableiter DEHNgap der Firma DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG gemäß Hauptkatalog UE ,98, Seiten 29 und 31 verwiesen.Known such spark gaps with a capability of protection against direct lightning strike of up to 100 kA 10/350 μs have relatively large Dimensions on, which is disadvantageous. The state of the art is here to the DEHNgap N-PE arrester from DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG according to the main catalog UE, 98, pages 29 and 31.

Die hohe Stoßstrombelastung, der damit verbundene hohe Materialabbrand, die hohen dynamischen Belastungen durch Stromkräfte, Druck, Energie und Temperatur der Bogenentladung stellen extrem hohe konstruktive Anforderungen bei gekapselten Ausführungsformen. Bei einer triggerbaren N/PE-Funkenstrecke muß zusätzlich zur Trennstrecke der Hauptfunkenstrecke das Isolationsvermögen und die Ansprechspannungen von zwei weiteren Trennstrecken bei allen Belastungen sichergestellt werden. Bei einer Ver kleinerung der äußeren Abmessungen des Ableiters führt dies jedoch zu einer verstärkten Belastung der einzelnen Bauteile oder Baugruppen.The high surge current load, the associated high material consumption, the high dynamic Loads due to current forces, Pressure, energy and temperature of the arc discharge are extreme high design requirements in encapsulated embodiments. In the case of a triggerable N / PE spark gap, in addition to the separation distance, the Main spark gap the insulation capacity and the Ansprechspannungen be ensured by two other separation lines under all loads. At a Ver kleinerung the outer dimensions of the arrester leads this, however, to an intensified Load on the individual components or assemblies.

Die DE 100 08 764 A1 offenbart eine prinzipiell triggerbare Funkenstrecke geringer Abmessungen, welche als N/PE-Strecke eingesetzt werden kann. Diese Funkenstrecke besitzt koaxiale Elektroden und der Anschluß dieser erfolgt von einer Seite. Bedingt durch den Aufbau und das dortige Prinzip des wandernden Lichtbogens bleibt das Leistungsvermögen dieser Funkenstrecke bei Stoßströmen aufgrund des Abbrands, der thermischen und dynamischen Belastung begrenzt, allerdings kann ein beachtliches Folgestrom-Löschvermögen erreicht werden, was jedoch bei N/PE-Funkenstrecken von keiner nennenswerten Bedeutung ist.The DE 100 08 764 A1 discloses a principle triggerable spark gap of small dimensions, which can be used as N / PE route. This spark gap has coaxial electrodes and the connection is made from one side. Due to the structure and the local principle of the traveling arc, the performance of this spark gap is limited at burst currents due to the burnup, the thermal and dynamic load, however, a considerable follow current extinguishing capability can be achieved, but this is not significant for N / PE spark gaps Meaning is.

Die triggerbare gekapselte Funkenstrecke nach EP 0 305 077 A1 ist eine Ausführungsform ohne Entlüftungsöffnung mit flachen parallelen Hauptelektroden. Der Nachteil der dortigen Funkenstrecke beruht auf der Gleitstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden, deren Länge dem Abstand zwischen den Elektroden selbst entspricht. Bei stromstarker Belastung wird diese Gleitstrecke durch die Anlagerung von Zersetzungs- und Abbrandprodukten belastet, wodurch es zur Reduzierung des Isolationsvermögens oder aber auch zum Kurzschluß kommen kann.The triggerable encapsulated spark gap after EP 0 305 077 A1 is an embodiment without vent with flat parallel main electrodes. The disadvantage of the local spark gap is based on the sliding distance between the two main electrodes whose length corresponds to the distance between the electrodes themselves. At high-current load this sliding is burdened by the addition of decomposition and combustion products, which can lead to the reduction of the insulation capacity or even to short circuit.

Aus der US-PS 6,025,672 ist ein Gasableiter vorbekannt, welcher Triggerdrähte aufweist, die leitfähig mit den Hauptelektroden verbunden sind.Out US Pat. No. 6,025,672, a gas arrester is known which has trigger wires, the conductive connected to the main electrodes.

Die JP 01081185 A zeigt einen triggerbaren Vakuumschalter, welcher gasdicht ausgeführt ist.The JP 01081185 A shows a triggerable vacuum switch, which is designed gas-tight.

Bei der blitzstromtragfähigen Anordnung mit zumindest zwei in Reihe geschalteten Funkenstrecken nach DE 42 40 138 C2 ist es bekannt, Überspannungsableiter als Kombinationsanordnung aus einer relativ hochohmigen und eine relativ kurze Übertragungsstrecke besitzenden Isolierschicht mit einer nachgeordneten niederohmigen, eine relativ lange Überschlagstrecke besitzenden weiteren Isolierschicht auszuführen.In the case of the lightning current carrying arrangement with at least two spark gaps connected in series DE 42 40 138 C2 It is known to perform surge arresters as a combination arrangement of a relatively high-impedance and a relatively short transmission path possessing insulating layer with a downstream low-resistance, a relatively long flashover owning further insulating layer.

Letztendlich zeigt die US-PS 2,431,226 eine Niederdruck-Überspannungsableiteinrichtung auf Funkenstreckenbasis mit relativ großflächigen Elektroden in rotationssymmetrischer Anordnung sowie einen zwischen den Elektroden befindlichen Bogenentladungsspalt, welcher von einer Prallwand mindestens teilweise umschlossen ist und wobei die Prallwand von einer der Elektroden, die Haupttrennstrecke überragend, zur gegenüberliegenden Elektrode gerichtet ist. Die vorerwähnte Prallwand bildet einen Mäander und wirkt als Schutz gegen Sputterteilchen.At long last For example, U.S. Patent 2,431,226 shows a low pressure surge arrester on spark gap basis with relatively large electrodes in rotationally symmetric Arrangement and located between the electrodes arc gap, which is at least partially enclosed by a baffle and wherein the baffle wall protrudes from one of the electrodes, the main separation distance, to the opposite Electrode is directed. The aforementioned baffle forms a meander and acts as protection against sputtering particles.

Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen gekapselten Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis, insbesondere zum Einsatz als N/PE-Funkenstrecke zu schaffen, die bei geringen Abmessungen und einfachem Aufbau ein hohes Stoßstrom-Ableitvermögen besitzt und die triggerbar ausführbar ist, so daß bereits werksseitig unterschiedliche Überspannungs-Schutzpegel von z.B. 1,5, 4 oder 6 kV eingestellt werden können, ohne daß nennenswerte Änderungen an der Funkenstrecke notwendig sind. Weiterhin soll sichergestellt werden, daß Ablagerungen aufgrund von Zersetzungsprodukten in solchen Bereichen erfolgen, die für die Isolationsfähigkeit und damit die Langzeitstabilität der Funkenstrecke von untergeordneter Bedeutung sind.From the foregoing, it is an object of the invention to provide a sealed overvoltage arrester spark gap, especially for use as N / PE spark gap, which has a high surge current Ableitvermögen with small dimensions and simple structure and the triggerable executable, so that already factory different overvoltage protection levels of eg 1.5, 4 or 6 kV can be set without significant changes to the spark gap are necessary. Furthermore, it should be ensured that deposits due to decomposition products in such areas carried out for the Isolati ability and thus the long-term stability of the spark gap are of secondary importance.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem gekapselten Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis mit großflächigen, gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The solution The object of the invention is achieved with an encapsulated surge arrester Spark gap base with large area, opposite, discoid Electrodes according to the features of the patent claim 1, wherein the dependent claims expedient refinements and developments represent.

Die Ausführung der beiden Hauptelektroden als Luftfunkenstrecke gewährleistet eine hohe Festigkeit der Anordnung bei sogenannten TOV-Belastungen und bei Langzeitströmen. Durch die Möglichkeit der Triggerung können verschiedene Ansprechspannungen über eine interne oder externe Beschaltung werksseitig vorgegeben werden.The execution the two main electrodes ensured as an air gap a high strength of the arrangement in so-called TOV loads and in Long-term flows. By the possibility the triggering can different threshold voltages over an internal or external wiring can be specified at the factory.

Die Elektroden weisen großflächige und damit abbrandfeste Lichtbogenbereiche auf, wobei mittels der mäanderförmig angeordneten Prallwände eine Umlenkung der Heißgasströmung sich einstellt, welche durch die Druckwelle beim Zünden der Funkenstrecke entsteht. Die Prall- oder Umlenkwände überragen die Haupttrennstrecke teilweise, so daß sich hier gegebenenfalls entstehende Abbrand- oder Zersetzungsprodukte wie Ruß oder dergleichen anlagern können, ohne daß die notwendigen Isolationsstrecken, die abseits der Strömungsrichtung zwischen den Prallwänden angeordnet sind, verunreinigt werden. Vorhandene Entlüftungsöffnungen kleinen Durchmessers sorgen für einen langsamen Druckausgleich in der Funkenstrecke nach Belastung.The Electrodes have large area and thus erosion-resistant arc areas, wherein by means of the meandering arranged Baffles one Redirection of the hot gas flow itself adjusts, which is caused by the pressure wave when igniting the spark gap. The impact or deflecting walls project beyond the Haupttrennstrecke partially, so here if necessary resulting burn-up or decomposition products such as carbon black or the like can attach without that necessary isolation distances, away from the flow direction between the baffles are arranged to be contaminated. Existing vents small diameter provide for a slow pressure compensation in the spark gap after load.

Eine erste Prallwand ist von einer der Elektroden, die Haupttrennstrecke überragend, zur gegenüberliegenden Elektrode gerichtet angeordnet und es ist eine zweite Prallwand, bezogen auf den rotationssymmetrischen Aufbau radial von der ersten Prallwand nach außen beabstandet vorgesehen. Die Prallwände bilden wie bereits erwähnt einen Mäander, welcher von der Bogenentladungs-Druckwelle zu durchlaufen ist. Abseits der Strömungsrichtung sind von Ablagerungen geschützte Isolationsstrecken befindlich.A first baffle is protruding from one of the electrodes, the main separation line to the opposite Arranged electrode arranged and it is a second baffle, based on the rotationally symmetrical structure radially from the first baffle wall outward spaced provided. As already mentioned, the baffles form one Meander, which is to be traversed by the arc discharge pressure wave. Offside the flow direction protected by deposits Isolation sections are located.

Innerhalb des von der ersten Prallwand umschlossenen Bereichs ist in einer der Hauptelektroden ein Isolierabschnitt vorgesehen und hierbei wird die erste Prallwand oder Teile hiervon als leitfähige Hilfs- oder Triggerelektrode ausgeführt.Within of the area enclosed by the first baffle wall is in one the main electrodes provided an insulating section and this is the first baffle or parts thereof used as conductive auxiliary or trigger electrode executed.

Die zweite Prallwand kann Teil eines die gegenüberliegenden Hauptelektroden fixierenden Distanzhalters sein, welcher vorzugsweise in Strömungsrichtung orientiert, die genannte, mindestens eine Druckausgleichsöffnung besitzt.The second baffle may be part of one of the opposing main electrodes be fixing spacer, which preferably in the flow direction oriented, said, has at least one pressure equalization opening.

Der Isolierabschnitt weist einen umlaufenden rotationssymmetrischen Fortsatz auf, welcher über die Oberfläche der entsprechenden Hauptelektrode hinaus reicht, so daß ein Überschlagsweg für eine Hilfsentladung zwischen Triggerelektrode und Hauptelektrode entsteht, welcher gleichzeitig zur gegenüberliegenden Hauptelektrode orientiert ist.Of the Insulating section has a circumferential rotationally symmetrical Extension on which over the surface the corresponding main electrode also extends, so that a Überschlagweg for an auxiliary discharge between the trigger electrode and the main electrode, which simultaneously to the opposite Main electrode is oriented.

Zum Anregen diffuser Lichtbogen-Fußpunkte beträgt das Verhältnis zwischen Abstand und Durchmesser der Hauptelektroden ≥ 1:10.To the Stimulate diffuse arc-foot points is The relationship between distance and diameter of the main electrodes ≥ 1:10.

Ausgehend vom Distanzhalter radial nach innen und parallel sowie spaltbildend zur Hauptelektrodenoberfläche verlaufend kann eine sogenannte Bedampfungssperre vorgesehen sein, welche ergänzend an ihrem freien Ende eine fakultative Kröpfung aufweisen kann.outgoing from the spacer radially inward and parallel and gap forming to the main electrode surface running a so-called Bedampfungssperre be provided which supplementary may have an optional offset at its free end.

Innerhalb des von der ersten Prallwand umschlossenen Bereichs besteht bei der alternativen Ausführungsform die Möglichkeit, in einer der Hauptelektroden eine isolierende Triggerelektrode einzubetten.Within of the area enclosed by the first baffle wall is included the alternative embodiment the possibility, embed an insulating trigger electrode in one of the main electrodes.

Diese isolierte Triggerelektrode kann als Ring- oder Stiftelektrode ausgebildet werden, welche mit der jeweiligen Hauptelektrodenoberfläche im wesentlichen bündig abschließt oder zurücksteht, wobei bei letzterer Ausgestaltung die Isolation zusätzlich einen Teil der Stiftelektrode kreisringförmig umgibt.These isolated trigger electrode can be formed as a ring or pin electrode which, with the respective main electrode surface substantially flush concludes or stands back, wherein in the latter embodiment, the isolation additionally a Part of the pin electrode surrounds annular.

Zur weiteren Optimierung des Abbrandverhaltens können die Hauptelektrodenoberflächen strukturiert ausgeführt werden. Weiterhin kann eine der Hauptelektroden einen Teil des Ableitergehäuses bilden, so daß sich der Aufbau der druckfesten Kapselung vereinfacht.to Further optimization of the burn-off behavior can be used to structure the main electrode surfaces accomplished become. Furthermore, one of the main electrodes can form part of the arrester housing, so that the structure of the flameproof enclosure simplified.

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

Hierbei zeigen:in this connection demonstrate:

1 eine erste Ausführungsform des gekapselten Überspannungsableiters auf Funkenstreckenbasis mit Hilfs- oder Triggerelektrode; 1 a first embodiment of the encapsulated surge arrester with auxiliary or trigger electrode;

2a und 2b eine Ausführungsform analog derjenigen nach 1, jedoch mit zusätzlichen parallel zu einer der Hauptelektroden verlaufenden Bedampfungssperren; 2a and 2 B an embodiment analogous to that after 1 but with additional evaporation barriers running parallel to one of the main electrodes;

3a und 3b verschiedene informative Darstellungen von im Zentrum einer der Hauptelektroden angeordneter Hilfs- oder Triggerelektroden; 3a and 3b various informative representations of auxiliary or trigger electrodes arranged in the center of one of the main electrodes;

4a und 4b eine Ausführungsform einer Funkenstrecke mit besonders hohem Leistungsvermögen durch Kombination einer Gleitstrecke mit einer Luftüberschlagsstrecke bzw. eine Ausgestaltung einer der Hauptelektroden, welche von elektrisch halbleitendem Material mit oder ohne Luftspalt umgeben ist, so daß sich hier die erwähnte Gleitfunkenstrecke ausbildet; und 4a and 4b an embodiment of a spark gap with a particularly high performance by combining a slide with an air raid distance or a configuration of one of the main electrodes, which is surrounded by electrically semiconductive material with or without an air gap, so that here forms the mentioned Gleitfunkenstrecke; and

5 eine informative Darstellung eines gekapselten Überspannungsableiters mit Mäanderprallwänden, jedoch ohne Hilfs- oder Triggerelektrode. 5 an informative representation of an encapsulated surge arrester with meander impact walls, but without auxiliary or trigger electrode.

In den Figuren sind die Hauptelektroden mit den Bezugszeichen 1 und 2 gekennzeichnet. Diese Hauptelektroden 1, 2 sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und liegen gegenüber. Die Hauptelektroden 1, 2 können einen zueinander gerichteten Fortsatz aufweisen, deren paralleler Verlauf und Abstand die Hauptfunkenstrecke 6 definiert.In the figures, the main electrodes are denoted by the reference numerals 1 and 2 characterized. These main electrodes 1 . 2 are formed substantially rotationally symmetrical and are opposite. The main electrodes 1 . 2 can have a mutually facing extension whose parallel course and distance the main spark gap 6 Are defined.

Bei der Ausführungsform nach 1 übernimmt eine speziell ausgebildete Prallwand 3 nicht nur die Funktion der Strömungsumlenkung, sondern auch diejenige einer Hilfselektrode, so daß sich ein Initialüberschlag 11 zwischen der mit Triggerspannung gespeisten Hilfselektrode 3 und der Hauptelektrode 2 über die Isolationsstrecke 9 einstellt.In the embodiment according to 1 adopts a specially designed baffle 3 not only the function of the flow deflection, but also that of an auxiliary electrode, so that an initial flashover 11 between the auxiliary voltage fed auxiliary electrode 3 and the main electrode 2 over the isolation route 9 established.

Die Hauptentladung 12 findet ausschließlich zwischen den Elektroden 1 und 2, und zwar in dem mit 6 gekennzeichneten Bereich statt.The main discharge 12 takes place exclusively between the electrodes 1 and 2 , in the with 6 marked area instead.

Die (erste) Prallwand ausgehend vom Teil 3 bewirkt, daß die Druckwelle, welche sich beim Ansprechen der Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden ausbildet, gebrochen und umgelenkt wird, wodurch der Druckstoß in den nachgeordneten Bereichen, welche der Sicherstellung der Isolation dienen, reduziert werden kann.The (first) baffle starting from the part 3 causes the pressure wave, which forms in the response of the spark gap between the two main electrodes, is broken and deflected, whereby the pressure surge in the downstream areas, which serve to ensure the isolation, can be reduced.

Ein Isolierabschnitt 4 dient der elektrischen Isolation und stellt gleichzeitig den Überschlagsweg zwischen der Prallwand/Hilfselektrode 3 und der Hauptelektrode 2 dar. Ein Distanzhalter 5 hält die beiden Hauptelektroden 1, 2 auf Abstand. Dieser Distanzhalter 5 umfaßt mehrere Prallflächen 10, Entlüftungsöffnungen 8 und Isolationsstrecken 7. Die Entlüftungsöffnungen 8 führen nach dem Verlöschen des Lichtbogens zum Abbau des erhöhten Innendrucks innerhalb der Funkenstrecke.An insulating section 4 serves for electrical insulation and at the same time provides the rollover path between the baffle / auxiliary electrode 3 and the main electrode 2 dar. A spacer 5 holds the two main electrodes 1 . 2 at a distance. This spacer 5 includes several baffles 10 , Vents 8th and isolation routes 7 , The vents 8th lead after extinguishment of the arc to reduce the increased internal pressure within the spark gap.

Aus der Prinzipdarstellung der jeweiligen Figuren ist erkennbar, daß die Prallwände quasi eine Mäander- oder ineinandergreifende Kammstruktur bilden, so daß eine mehrfache Umlenkung der Gasströmung erfolgt. Die eigentlichen Isolationsstrecken 7, welche für die diesbezüglichen elektrischen Eigenschaften maßgeblich sind, liegen außerhalb des Strömungsbereichs geschützt. Nicht zu vermeidende Ablagerungen aufgrund von Elektrodenabbrand beeinflussen die Eigenschaften dieser Isolationsstrecken 7 nicht.From the schematic representation of the respective figures it can be seen that the baffles form a quasi-meandering or intermeshing comb structure, so that there is a multiple deflection of the gas flow. The actual isolation routes 7 , which are relevant for the relevant electrical properties, are protected outside the flow range. Unavoidable deposits due to electrode wear affect the properties of these insulation sections 7 Not.

Es ist bei der konstruktiven Umsetzung der vorstehenden Lehre dafür Sorge zu tragen, daß die Abstände zwischen den Prallwänden und dem jeweils gegenüber liegenden Abschnitt der entsprechenden Hauptelektrode größer sind als der Abstand 6 der aktiven Hauptelektrodenoberflächen.It is in the constructive implementation of the above teaching to ensure that the distances between the baffles and the respectively opposite portion of the corresponding main electrode are larger than the distance 6 the active main electrode surfaces.

Bei einer passiven Zündung der Funkenstrecke kann die Hilfselektrode 3 induktiv bzw. hochohmig mit der Hauptelektrode 1 intern oder extern verschaltet werden. Auf diese Weise führt die Hilfselektrode 3 dasselbe Potential wie die Hauptelektrode 1. Nach Überschlag entlang der Strecke 9 fließt ein kleiner Strom über die Hilfselektrode, wodurch die Spannungsfestigkeit der Trennstrecke zwischen den Hauptelektroden herabgesetzt wird, so daß der Lichtbogen zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 zur Zündung kommt. Hierdurch wiederum wird die Hilfselektrode 3 entlastet. Die Hilfselektrode 3 kann aus elektrisch leitendem bzw. halbleitendem Material hergestellt werden.In a passive ignition of the spark gap, the auxiliary electrode 3 Inductive or high impedance with the main electrode 1 be interconnected internally or externally. In this way, the auxiliary electrode leads 3 the same potential as the main electrode 1 , After rollover along the route 9 A small current flows through the auxiliary electrode, whereby the dielectric strength of the separation distance between the main electrodes is lowered, so that the arc between the main electrodes 1 and 2 comes to the ignition. This in turn becomes the auxiliary electrode 3 relieved. The auxiliary electrode 3 can be made of electrically conductive or semiconducting material.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorerwähnten passiven Zündung können die Teile 3 und 5 aus einem einzigen Teil gefertigt sein oder bestehen, wobei hier auf halbleitendes Material zurückgegriffen wird. Bei der passiven Zündung bestimmt die Isolationsstrecke 9 die Ansprechspannung und somit im wesentlichen den Schutzpegel der gesamten Funkenstrecke.In a further embodiment of the aforementioned passive ignition, the parts can 3 and 5 be made or consist of a single part, which is used here on semiconducting material. At the passive ignition the insulation distance determines 9 the response voltage and thus essentially the protection level of the entire spark gap.

Bei dieser passiven Zündung kann der Abstand 6 zwischen den sich gegenüberliegenden Hauptelektrodenoberflächen ein Vielfaches der Strecke 9 betragen, jedoch ist die Länge der Strecke 9 in Abhängigkeit von der gewünschten Ansprechspannung der Funkenstrecke zu wählen.With this passive ignition, the distance can be 6 between the opposing main electrode surfaces, a multiple of the distance 9 amount, however, is the length of the route 9 depending on the desired operating voltage of the spark gap to choose.

Bei einer aktiven Triggerung besteht die Möglichkeit, die Abstände oder Strecken 9 und 6 nahezu beliebig zu wählen, wobei die maximal mögliche Länge der Strecke 9 durch die Ausgangsspannung der Triggerschaltung begrenzt wird und der maximal mögliche Abstand 6 vom Energieeintrag der Triggerschaltung abhängig ist.With an active triggering there is the possibility of the distances or distances 9 and 6 to choose almost arbitrary, with the maximum possible length of the route 9 is limited by the output voltage of the trigger circuit and the maximum possible distance 6 is dependent on the energy input of the trigger circuit.

Bei einer aktiven Triggerung der Funkenstrecke kann somit der Abstand 6 zwischen den Oberflächen der Hauptelektroden 1 und 2 deutlich höher ausgelegt werden als bei Funkenstrecken ohne Hilfselektrode mit vergleichbarem Überspannungsschutzpegel. Dies und die gewählte Ausführung als Luftfunkenstrecke sichern auch bei stärksten Belastungen ein hohes Isolationsvermögen und einen gleichbleibenden Überspannungs-Schutzpegel.With an active triggering of the spark gap can thus the distance 6 between the surfaces of the main electrodes 1 and 2 be designed significantly higher than spark gaps without auxiliary electrode with a similar overvoltage protection level. This and the selected design as an air gap ensure a high insulation capacity and a constant overvoltage protection level even under heavy loads.

Nach dem Zünden der Entladung mit Hilfe der Triggerung über die Isolationsstrecke 9 wird die Spannungsfestigkeit der Hauptstrecke 6 durch gebildete Ladungsträger so stark reduziert, daß nach einer Verzugszeit die Bogenentladung 12 zündet, wodurch die Triggerschaltung und damit die Isolationsstrecke 9 sofort entlastet werden.After ignition of the discharge with the help of the triggering over the isolation distance 9 becomes the dielectric strength of the mainline 6 so much reduced by formed charge carriers that after a delay time, the arc discharge 12 ignites, causing the trigger circuit and thus the isolation distance 9 be relieved immediately.

Je kleiner der Abstand 6 und je höher die eingebrachte Triggerenergiemenge ist, desto geringer ist die Verzugszeit bis zum vollständigen Zünden der Hauptstrecke 12 nach dem Überschlagen der Isolationsstrecke 9.The smaller the distance 6 and the higher the amount of trigger energy introduced, the less the delay time until the main line is completely ignited 12 after overturning the insulation section 9 ,

Im Bereich 9 ist der Isolationsabschnitt bevorzugt mit einem Überstand versehen, wodurch die Länge und damit die Energie des Zündfunkens erhöht wird. Gleichzeitig werden die entstehenden Ladungsträger näher an die gegenüberliegende Hauptelektrode 1 herangeführt, wodurch sich die Zündung des Lichtbogens 12 verbessert.In the area 9 the insulation section is preferably provided with a projection, whereby the length and thus the energy of the spark is increased. At the same time, the resulting charge carriers become closer to the opposite main electrode 1 introduced, which causes the ignition of the arc 12 improved.

Die Beschaltung für die passive Zündung ist innerhalb oder außerhalb der Funkenstrecke möglich. Als innere Beschaltung sind entsprechende hochohmige leitende oder halbleitende Materialien, wie z.B. elektrisch leitende Polymere oder Keramiken, aber auch Widerstandsmaterialien denkbar.The Wiring for the passive ignition is inside or outside the spark gap possible. As internal wiring are corresponding high-impedance conductive or semiconducting materials, e.g. electrically conductive polymers or ceramics, but also resistance materials conceivable.

Bei einer äußeren Beschaltung können zusätzlich Varistoren, Gasableiter, Kapazitäten, Spulen, aber auch deren Kombinationen verwendet werden. Bei einer aktiven Triggerschaltung, welche bevorzugt außerhalb der Funkenstrecke angebracht wird, kann der Abstand der Isolationsstrecke 9 unabhängig vom angestrebten Überspannungs-Schutzpegel gewählt werden.In the case of an external circuit, varistors, gas arresters, capacitors, coils, as well as their combinations can additionally be used. In an active trigger circuit, which is preferably mounted outside the spark gap, the distance of the insulation gap 9 regardless of the desired overvoltage protection level.

Der zentrale Fortsatz an einer oder beider der Hauptelektroden 1, 2 bildet die bevorzugte Brennfläche des Lichtbogens. Die Hauptelektroden 1 und 2 bestehen aus Wolfram/Kupfer, Graphit oder ähnlichen abbrandfesten Materialien.The central extension on one or both of the main electrodes 1 . 2 forms the preferred arc of the arc. The main electrodes 1 and 2 consist of tungsten / copper, graphite or similar erosion-resistant materials.

Die großflächigen Elektroden mit einem Verhältnis Abstand/Durchmesser von im wesentlichen 1:10 zeichnen sich durch diffuse und damit abbrandarme Lichtbogen-Fußpunkte aus. Hierdurch bleibt die Druck- bzw. Stromkraftbelastung der Gesamtanordnung sehr gering, was wiederum für die gewünschte kleine Bauform von entscheidendem Vorteil ist.The large electrodes with a relationship Distance / diameter of essentially 1:10 stand out diffuse and low-burning arc base points. This remains the pressure or current load of the overall arrangement very low, which in turn for the desired Small design is of decisive advantage.

Die Neigung zur Ausbildung eines diffusen Lichtbogens kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel durch Absenkung des Drucks, durch Ausnutzung von Eigen- oder Fremdmagnetfeldern und durch hochschmelzende Elektromaterialien wie Graphit, Siliziumkarbid, Wolfram, Molybdän und deren Verbindungen unterstützt werden.The Tendency to form a diffuse arc at a another embodiment by lowering the pressure, by utilizing internal or external magnetic fields and by refractory electrical materials such as graphite, silicon carbide, Tungsten, molybdenum and their connections are supported become.

Durch die Nutzung von Eigen- oder Fremdmagnetfeldern, die in axialer bzw. radialer Richtung, bezogen auf die Stromflußrichtung im Lichtbogen, orientiert sind, besteht die Möglichkeit, den Lichtbogen zu einer wünschenswerten Rotation zu zwingen. Diese Rotation unterstützt den diffusen Lichtbogenansatz verbessert das Folgestromverhalten und verringert den Elektrodenabbrand. Darüber hinaus reduziert der diffuse Lichtbogenansatz die Bogenspannung und senkt damit den Energieumsatz innerhalb der Funkenstrecke.By the use of intrinsic or external magnetic fields, which in axial or radial direction, based on the Stromflußrichtung in the arc, oriented are, there is the possibility the arc to a desirable To force rotation. This rotation supports the diffuse arc approach Improves follow-up current behavior and reduces electrode burn-up. About that In addition, the diffuse arc approach reduces the arc voltage and thus reduces the energy turnover within the spark gap.

Bei stärkerer Belastung werden insbesondere bei metallischen Hauptelektroden Schmelzperlen gebildet. Durch den Bogenentladungsdruck werden diese Schmelzperlen aus dem Entladungsbereich wegtransportiert und setzen sich an oder hinter der Prallwand ab, wodurch die gegenüberliegenden Hauptelektrodenoberflächen im aktiven Bereich mit dem Abstand 6 weitestgehend von Abbrandmaterial freigehalten werden können. Die Abbrandfläche liegt im Bereich von im wesentlichen 75 mm² bis 1000 mm², wobei der Abstand zwischen den beiden Hauptelektroden 1 und 2 im wesentlichen zwischen 0,2 mm und 4 mm liegt.Under heavy load, in particular with metallic main electrodes, molten beads are formed. By the arc discharge pressure, these molten beads are transported away from the discharge area and settle on or behind the baffle, whereby the opposing main electrode surfaces in the active area with the distance 6 can be largely kept free from burned material. The erosion surface is in the range of substantially 75 mm ² to 1000 mm ² , with the distance between the two main electrodes 1 and 2 is substantially between 0.2 mm and 4 mm.

Die (erste) Prallwand ragt mit ihrer Flanke mindestens 0,5 mm bis maximal 5 mm über den Entladungsspalt mit dem Abstand 6 hinaus, so daß sich der Druck, welcher im Entladungsspalt entsteht, nicht direkt radial ausbreiten kann, sondern erst eine Umlenkung erfährt.The (first) baffle protrudes with its edge at least 0.5 mm to a maximum of 5 mm over the discharge gap with the distance 6 In addition, so that the pressure, which arises in the discharge gap, can not propagate directly radially, but only undergoes a deflection.

Größere Abbrandpartikel, welche nicht an den Flanken der Hauptelektroden 1, 2 abgleiten, werden so gegen die erste Prallwand am Teil 3 geschleudert. Kleinere Partikel werden wie dargelegt mittransportiert und können sich an den weiteren (zweiten) Prallwänden 10 ablagern.Larger burning particles, which are not on the flanks of the main electrodes 1 . 2 slide down, so are against the first baffle on the part 3 spun. Smaller particles are transported as stated and can be found on the other (second) baffles 10 deposit.

Im Distanzhalter 5 wird ein Bereich 7 gebildet, welcher von der Druckwelle und den Ablagerungen nahezu unbeeinflußt bleibt und somit als Hauptisolationsstrecke dient.In the spacer 5 becomes an area 7 formed, which remains almost unaffected by the pressure wave and the deposits and thus serves as a main isolation route.

Vorhandene Entlüftungsöffnungen 8 gewährleisten nach Belastung einen raschen Abbau des erhöhten Drucks, welcher durch die erhitzten Gase, aber auch durch die Zersetzungsprodukte entsteht, wodurch das Ansprechverhalten der Funkenstrecke konstant gehalten werden kann.Existing vents 8th ensure after loading a rapid reduction of the increased pressure, which is caused by the heated gases, but also by the decomposition products, whereby the response of the spark gap can be kept constant.

Wie in den 2a und 2b gezeigt, können zwischen den Hauptelektroden 1 und 2, ausgehend vom Distanzhalter 5, Bedampfungssperren vorgesehen sein. Der Zweck dieser Bedampfungssperren besteht darin, zwischen dem Distanzhalter 5 und mindestens einer der Hauptelektroden einen möglichst langen und dünnen Spalt 13 zu schaffen, welcher außerhalb der Hauptrichtung der Ausbreitung der Druck- und Strömungswelle liegt. Dieser Spalt kann auch noch Umlenkungen durch eine gekröpfte Ausführungsform der Bedampfungssperre enthalten, wie dies 2a zeigt. Die Gefahr der Verunreinigung dieses Spaltes ist somit außerordentlich gering, wodurch eine weitere Isolationsstrecke entsteht. Die Breite des Spaltes soll im Bereich ≤ 0,2 mm liegen, wobei die Länge mindestens 2 mm zu betragen hat.As in the 2a and 2 B can be shown between the main electrodes 1 and 2 , starting from the spacer 5 , Bedampfungssperr be provided. The purpose of these vapor barriers is between the spacer 5 and at least one of the main electrodes a gap as long and thin as possible 13 to create which outside the main direction of the spread the pressure and flow wave is located. This gap may also contain deflections by a cranked embodiment of the vapor barrier, as this 2a shows. The risk of contamination of this gap is thus extremely low, creating a further isolation route. The width of the gap should be in the range ≤ 0.2 mm, the length has to be at least 2 mm.

Bei geringeren Anforderungen an das Leistungsvermögen der Funkenstrecke kann bei entsprechend dimensionierter Bedampfungssperre auf eine ausgeprägte Hinterführung oder einen Hinterschnitt im Distanzhalter 5 verzichtet werden. In diesem Fall dient der Distanzhalter nur noch zur Fixierung der beiden Hauptelektroden 1, 2 und der Entlüftung bzw. dem Druckausgleich.With lower requirements on the performance of the spark gap can with appropriate dimensioned vapor barrier on a pronounced Hinterführung or undercut in the spacer 5 be waived. In this case, the spacer is only used for fixing the two main electrodes 1 . 2 and the venting or the pressure compensation.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Entlüftung der Funkenstrecke selbstverständlich auch durch Öffnungen an oder durch die Elektroden bzw. die Hilfselektrode erfolgen kann.It It should be noted at this point that the venting of the spark gap, of course, also through openings can take place at or through the electrodes or the auxiliary electrode.

Die vorstehend genannten Funktionen können bei einer entsprechenden Gestaltung des Außengehäuses des Überspannungsableiters auch von diesem Gehäuse unter Fortfall eines separaten Distanzhalters 5 übernommen werden.The above-mentioned functions, with a corresponding design of the outer casing of the surge arrester, also from this housing with the elimination of a separate spacer 5 be taken over.

Spezielle Hilfselektroden gemäß den 3a und 3b befinden sich quasi zentrisch in einer der Hauptelektroden, beim gezeigten Beispiel der Hauptelektrode 2. Die z.B. Stiftelektrode 16 ist durch eine Isolation 15 elektrisch vom Potential der Hauptelektrode 2 getrennt. Gemäß 3a schließt die Stiftelektrode 16 mit der Oberfläche der Hauptelektrode 2 nahezu ab, wobei die Isolierabschnitte 15 überstehen.Special auxiliary electrodes according to the 3a and 3b are quasi centric in one of the main electrodes, in the example shown, the main electrode 2 , The eg pin electrode 16 is through an isolation 15 electrically from the potential of the main electrode 2 separated. According to 3a closes the pin electrode 16 with the surface of the main electrode 2 almost off, with the insulating sections 15 survive.

Bei einer zurückgesetzten Triggerelektrode 16 ist das Isolierteil 15, das obere Ende der Stiftelektrode 16 kreisringförmig übergreifend, ausgebildet. Nach 3a kann bei entsprechender Auslegung der Triggerschaltung und des Abstands 6 anstatt zur benachbarten Hauptelektrode 2 auch zur gegenüberliegenden Hauptelektrode 1 gezündet werden. Dies hat den Vorteil, daß nahezu die gesamte Trennstreckenlänge zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 überschlagen wird, wodurch sich die Verzugszeit zum Zünden des Lichtbogens 12 minimiert.With a reset trigger electrode 16 is the insulating part 15 , the upper end of the pin electrode 16 annular over, formed. To 3a can with appropriate design of the trigger circuit and the distance 6 instead of the neighboring main electrode 2 also to the opposite main electrode 1 to be detonated. This has the advantage that almost the entire separation distance between the main electrodes 1 and 2 is rolled over, thereby reducing the delay time to ignite the arc 12 minimized.

Nach den 4a und 4b kann bei Funkenstrecken mit besonders hohem Leistungsvermögen die Gleitstrecke 9 (1) durch eine Kombination mit einer Luftstrecke in Reihe zwischen den Teilen 3 und der Hauptelektrode 2 vor stärkeren Belastungen geschützt werden. Bei einer weiteren Variante kann die Hauptelektrode 2 auch von elektrisch halbleitendem Material, z.B. leitfähigem Kunststoff 14 mit oder ohne Luftspalt umgeben sein, über welches dann der Zündfunke von der Hilfselektrode 3 zur Hauptelektrode 2 gleitet.After the 4a and 4b can with spark gaps with particularly high performance, the sliding distance 9 ( 1 ) by a combination with an air gap in series between the parts 3 and the main electrode 2 be protected against heavy loads. In a further variant, the main electrode 2 also of electrically semiconducting material, eg conductive plastic 14 be surrounded with or without an air gap, via which then the spark from the auxiliary electrode 3 to the main electrode 2 slides.

Unter Berücksichtigung der Ansprechspannung und des Abstands 6 kann auch eine nicht triggerbare Funkenstrecke, wie in 5 gezeigt, realisiert werden. Dabei besteht die Möglichkeit, insbesondere die Prall- und Umlenkfunktion mit dem Fortsatz 2' zu erfüllen, welcher Teil der Hauptelektrode 2 ist. Hier ist durch geeignete Maßnahmen, z.B. Abstände oder isolierende Abdeckungen, zu gewährleisten, daß auch bei stärkeren Belastungen die Ansprechstrecke sich in dem mit dem Abstand 6 gekennzeichneten Spalt befindet.Taking into account the response voltage and the distance 6 can also be a non-triggerable spark gap, as in 5 shown to be realized. There is the possibility, in particular the baffle and deflection function with the extension 2 ' to fulfill what part of the main electrode 2 is. Here, by appropriate measures, such as distances or insulating covers, to ensure that even with heavy loads, the response distance is in the distance 6 marked gap is located.

Die gewählte rotationssymmetrische Konstruktion der gegenüberliegenden Hauptelektroden 1 und 2 ermöglicht in vorteilhafter Weise das Anbringen elektrischer Anschlüsse auf entgegengesetzten Seiten. Die Triggerelektrode kann über eine isolierte Durchführung am bzw. im Gehäuse für eine externe Beschaltung zugänglich gemacht werden. Eine der Hauptelektroden kann ein Teil des Ableitergehäuses bilden, welches vorzugsweise verpreßt oder verschraubt wird, um die gewünschten mechanischen Festigkeiten für gekapselte Funkenstrecken zu erreichen.The selected rotationally symmetrical construction of the opposing main electrodes 1 and 2 advantageously allows the attachment of electrical connections on opposite sides. The trigger electrode can be made accessible via an insulated bushing on or in the housing for external wiring. One of the main electrodes may form part of the arrester housing which is preferably crimped or bolted to achieve the desired mechanical strengths for encapsulated spark gaps.

Claims

An encapsulated spark arrestor overvoltage arrester with large, opposing, disc-shaped electrodes in a rotationally symmetrical arrangement and an arc discharge gap between the electrodes, which arc is at least partially enclosed by a baffle, wherein a first rotationally symmetrical baffle wall (FIG. 3 ) of one of the electrodes ( 2 ), the main race track ( 6 ) outstanding, to the opposite electrode ( 1 ) is arranged, a second rotationally symmetrical baffle ( 10 ) based on the rotationally symmetric overall structure radially from the first baffle wall ( 3 ) is provided spaced apart from the outside, wherein the baffles ( 3 ; 10 ) form a meander, which is traversed by the arc discharge pressure wave, that protected away from the flow direction of deposits isolation paths ( 7 ) are located, wherein the second baffle wall ( 10 ) Part of one of the main electrodes ( 1 ; 2 ) fixing spacer ( 5 ), which has at least one flow-aligned pressure equalization opening ( 8th ) and inside of the first baffle ( 3 ) enclosed area in one of the main electrodes ( 2 ) an insulating section ( 4 ) and the first baffle wall ( 3 ) or parts thereof is designed as a conductive auxiliary or trigger electrode.

Enclosed surge arrester after On Claim 1, characterized in that the insulating section ( 4 ) has a circumferential rotationally symmetrical extension, which over the surface of the corresponding main electrode ( 2 ) so that a rollover path for an auxiliary discharge between trigger electrode and main electrode ( 2 ), which simultaneously to the opposite main electrode ( 1 ) is oriented.

Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized in that, for exciting diffuse arc base points, the ratio between distance and diameter of the main electrodes ( 1 ; 2 ) ≥ 1:10.

Enclosed surge arrester according to one of claims 1 to 3, characterized in that starting from the spacer ( 5 ) extending radially inwardly and in parallel as well as forming a gap to the main electrode surface, a vapor barrier is provided, which may additionally have a bend or bend at its free end.

Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized in that the main electrode surfaces ( 1 ; 2 ) are structured.

Enclosed surge arrester according to one of the preceding claims, characterized that the one or more insulating parts of a gas-releasing plastic material consist.

Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized in that one of the main electrodes ( 1 ; 2 ) simultaneously forms part of the arrester housing.

Use of the encapsulated surge arrester after one of the preceding claims as N / PE spark gap.