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Die
Erfindung betrifft Überspannungsableiter auf
Funkenstreckenbasis mit in einer druckfesten Kapselung angeordneten
Elektroden, insbesondere für
den Einsatz in Niederspannungsanlagen, wobei mit dem Ansprechen
der Funkenstrecke der elektrisch wirksame Abstand zwischen den in
der Kapselung befindlichen Elektroden durch mechanische Bewegung
verändert,
insbesondere vergrößert wird,
gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Funkenstrecken
mit beweglichen Elektroden sind grundsätzlich bekannt. Ebenso gehören Funkenstrecken
mit mehrpoligen Ausführungen
und einem gemeinsamen Entladungsraum zum Stand der Technik.
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Aus
der
DE 38 29 650 A1 ist
eine Funkenstreckenanordnung vorbekannt, bei welcher sich mehrere
Elektroden mit unterschiedlichem Potential in einem gemeinsamen
Entladungsraum befinden.
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Zusätzlich wird
nach dem Ansprechen des Ableiters der Elektrodenabstand durch die
Erwärmung
eines Bimetalls verlängert.
Nachteilig bei dieser Ausführungsform
ist, dass Materialien, welche als Bimetalle verwendet werden können, eine
begrenzte Stromtragfähigkeit
besitzen, dass die Erhöhung
der Lichtbogenlänge
verhältnismäßig gering
ist und insbesondere, dass erst nach einer Erwärmung des Bimetalls, also nach
einer nennenswerten Stromflussdauer und Verzugszeit, die gewünschte Verlängerung
des Elektrodenabstands eintritt.
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Gemäß
EP 0 860 918 B1 ist
es bekannt, eine Elektrode beweglich zu lagern. Diese bewegliche
Lagerung dient dort jedoch ausschließlich der Gewähr leistung
einer reproduzierbaren niedrigen Ansprechspannung der Funkenstrecke
und nicht einer gezielten Verlängerung
des Elektrodenabstands.
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Bei
der Funkenstrecke nach
DE
100 25 239 A1 wird der Druckaufbau in einem gekapselten
Volumen genutzt, um eine Elektrode oder einen potentialfreien Bolzen
zu bewegen. Eine derartige Anordnung kann prinzipiell auch zur Erhöhung der
Lichtbogenlänge
und damit der Lichtbogenspannung sowie des Löschvermögens genutzt werden.
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Nachteilig
ist dort jedoch, dass eine sehr gute Abdichtung der beweglichen
Teile und des Gesamtgehäuses
erfolgen muss, um die Elektrode auch bei geringen Strömen zu bewegen.
Die Abdichtung des Lichtbogenbrennraums gegenüber beweglichen Teilen erfordert
jedoch einen relativ hohen Druckaufbau, wodurch die Bewegung der
Elektrode verzögert ist.
Die dort gezeigte Ausführungsform
mit dem direkt aus dem Funkenstreckenkörper herausgeführten Elektrodenanschluss
besitzt zudem aufgrund der notwendigen hohen Stromtragfähigkeit
den Nachteil einer hohen Masse und damit einer sehr hohen Trägheit.
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Die
Ausführungsvariante
nach
DE 100 25 239
A1 mit vollständig
geschlossener Funkenstrecke und interner Stromübertragung auf die bewegliche Elektrode
erfordert aufgrund der notwendigen Stromübertragung einen guten elektrischen
Kontakt zur beweglichen Elektrode, welcher aufwendig und störanfällig ist.
Zudem ist eine derartige Ausführungsform mit
einer hohen Reibung und damit einer unerwünschten hohen Trägheit verbunden.
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Die
gattungsbildende Funkenstrecke nach
EP 0 917 265 A1 geht von gegenüberliegenden
Elektroden aus, welche auf zwei beweglichen Zungen angeordnet sind,
welche sich infolge einer Belastung durch Erwärmung oder aber auch durch
elektrodynamische Kräfte
voneinander abstoßen,
wodurch der Abstand zwischen den Elektroden vergrößert und
somit die Stromlöschung
unterstützt
wird.
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Bei
dieser Gestaltung wird die Verlängerung des
Elektrodenabstands durch die Träger,
die Elastizität
der Zungen und die stromtragfähigen
flexiblen Zungen selbst sowie die Geschwindigkeit der Aufweitung
des Elektrodenabstands durch die Trägheit und die Elastizität der Materialien
begrenzt.
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Zudem
neigt eine solche Konstruktion zum Schwingen. Letztendlich ist es
nach der Funkenstreckeanordnung gemäß
EP 0 917 265 A1 nicht möglich, den
Lichtbogen gleichmäßig und
maximal zu verlängern.
Insbesondere bei dem vorgeschlagenen Einsatz von Bimetallen bzw.
Materialien mit Memoryeffekt ist mit einer hohen Verzugszeit aufgrund
der notwendigen Erwärmung
und Verformung der Materialien zu rechnen. Bekanntermaßen werden
solche Materialien in Leistungsschaltern nur für Überstromauslöse-Mechanismen
genutzt, da deren Trägheit
für einen
Kurzschlussauslöser
ungeeignet ist.
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Alle
Ausführungsformen
beweglicher Elektroden gemäß des Standes
der Technik beziehen sich auf lineare Abstandsvergrößerung durch
eine lineare Bewegung.
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Die
Entwicklung bei Überspannungsableitern
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Erfordernis nach kompakteren
Anlagen und der gewünschte Einsatz
auch bei gegen Überspannungen
empfindlichen elektronischen Geräten
immer niedrigere Ansprechspannungen nach sich ziehen. Dies führt zwangsweise
zu immer geringeren Abständen
der Hauptelektroden bzw. zu getriggerten Funkenstrecken, welche
einen bei Überlastung
mehr oder weniger sensiblen Zündbereich
besitzen. Bei derart geringen Abständen besteht jedoch bei Belastung
durch den Abbrand der Elektroden sowohl eine Kurzschlussgefahr,
als auch die Gefahr von starken Verunreinigungen und damit streuenden
Ansprechwerten. Die relativ geringen Abstände führen zudem auch zu einem geringen
Folgestrom-Löschvermögen bzw.
bedingen aufwendige Maßnahmen
zur Erhöhung
des Netzfolgestrom-Löschvermögens.
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Aus
dem Vorstehenden ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Überspannungsableiter
auf Funkenstreckenbasis mit in einer druckfesten Kapselung angeordneten
Elektroden, insbesondere für
den Einsatz in Niederspannungsanlagen anzugeben, welcher in der
Lage ist, niedrige Ansprechspannungen reproduzierbar und ohne Triggerschaltung
einfach einzustellen und zudem ein hohes Folgestrom-Löschvermögen mit
technisch einfachen Mitteln zu erreichen.
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Die
Lösung
der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis
in der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen darstellen.
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Erfindungsgemäß wird durch
den beim Ansprechen der Funkenstreckenanordnung ausgelösten Lichtbogen
eine rotationsförmige
Bewegung mindestens einer beweglichen Elektrode erzeugt, wodurch
eine Einfach- bzw. eine Mehrfachunterbrechung einer Phase bzw. eine
synchrone Unterbrechung mehrerer Phasen möglich wird.
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Für den Fall,
dass bei einer mehrpoligen Anordnung nur eine Trennstrecke infolge
einer Überspannung
gezündet
wurde, kann durch eine Anordnung die Zündung der anderen Trennstrecken
unmittelbar nach der Zündung
der ersten Trennstrecke infolge der Ionisierung im Inneren der Funkenstrecke erzwungen
werden.
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Die
Bewegung der beweglichen Elektrode bzw. des beweglichen, leitfähigen Elements
wird nach dem Ansprechen der Funkenstrecke durch den Druck infolge
des Lichtbogens ausgelöst
und kann bei einer Ausführungsvariante
durch gasabgebende Stoffe und Stromkräfte infolge einer entsprechenden Stromführung zu
oder innerhalb der Elektroden unterstützt werden.
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Bei
mehrpoligen Anordnungen ist insbesondere die Unterbringung aller
Phasen in einer gemeinsamen Kapselung mit nur einem beweglichen,
leitfähigen
Element vorteilhaft.
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Konstruktiv
wird erfindungsgemäß bevorzugt von
einem geschlossenen Zylinder als Kapselung der Funkenstrecke ausgegangen,
wobei sich im Inneren dieses geschlossenen Zylinders, vorzugsweise
an der Innenwandung fixiert, feststehende Elektroden befinden.
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Im
Radiusmittelpunkt des Zylinders ist ein bewegliches Element mit
einem oder mehreren Flügeln
angeordnet, welches entweder selbst als Elektrode oder als Brücke zwischen
den Hauptelektroden wirksam ist.
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Das
bewegliche Element, welches Flügel aufweist,
wird mit Hilfe einer Feder rückgestellt
und gegen die feststehenden Elektroden gedrückt. Bei einer derartigen Lösung sind
trotz kleinster Elektrodeabstände,
auch ohne separate Zündhilfe,
geringe Ansprechspannungen realisierbar und es liegt ein hohes Eigenlöschvermögen vor,
da mit der beginnenden Bewegung der Elektrodenabstand und somit auch
die Lichtbogenspannung wächst.
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Wird
das bewegliche Element selbst als eine Hauptelektrode eingesetzt,
kann die Kontaktierung beispielsweise über eine hochflexible Anschlussleitung
oder auch über
eine rotationsfähige,
stromtragfähige
Leichtlauflagerung des beweglichen Elements erfolgen.
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Die
Trennstrecke der erfindungsgemäßen Funkenstrecke
ist zwischen mindestens einem der Enden der Flügel des leitfähigen Elements
und der zugeordneten, feststehenden Elektrode ausgebildet.
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Über die
Feder oder das Rückstellelement wird,
wie vorerwähnt,
ein Anpressdruck zwischen dem jeweiligen Flügelende und der feststehenden Elektrode
erzeugt, wodurch die Ansprechspannung der Funkenstrecke einstellbar
ist.
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Im
Bereich der Trennstrecke ist eine Isolationsbeschichtung oder ein
Isolationsteil auf dem jeweiligen Flügelende und/oder dem jeweiligen
zugehörigen
Abschnitt der feststehenden Elektrode aufgebracht oder angeordnet.
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Zur
zügigen
Bewegung des leitfähigen
Elements nach dem Ansprechen der Funkenstrecke weist dieses bevorzugt
eine geringe Masse auf und ist reibungsarm gelagert. Ebenfalls zur
besseren Bewegung des leitfähigen
Elements nach dem Ansprechen der Funkenstrecke kann der entstehende
Druck im Zündbereich
durch gasabgebende Stoffe in der Isolationsbeschichtung und/oder
im Isolationsteil erhöht
werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird zur zügigen
Bewegung des leitfähigen
Elements nach dem Ansprechen der Funkenstrecke dafür Sorge
getragen, dass in der Kapselung Bereiche mit unterschiedlichen Druckver hältnissen
entstehen. Die Druckdifferenzen wirken dann bewegungsunterstützend auf
das leitfähige
Element.
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Wenn
beispielsweise die Achse zur Aufnahme des leitfähigen Elements durch die Kapselung hindurch
geführt
ist, kann außerhalb
der Kapselung eine Kontaktiereinrichtung zum Auslösen weiterer elektrischer
Funktionen oder zu Kontrollzwecken vorhanden sein.
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Bei
einer mehrpoligen Ausführung
sind mehrere auf der Zylinderachse voneinander beabstandete leitfähige Elemente
mit Flügeln
vorgesehen, wobei entsprechend der Phasenanzahl jeweils ein Elektrodenpaar
oder eine Elektrodengruppe an der Zylinderwandung ausgebildet ist.
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Gemäß einer
Fortbildung der Erfindung ist innerhalb der Kapselung eine Serienschaltung
einer Vielzahl von Trennstrecken oder Unterbrechungsstrecken vorgesehen,
welche von einer Stapelanordnung drehbeweglicher leitfähiger Elemente
auf der Zylinderachse bei deren Bewegung unterbrochen werden, wobei
mindestens eine Trennstrecke den notwendigen Isolationsbereich aufweist.
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Einem
oder mehreren der vorerwähnten Trenn-
bzw. Unterbrechungsstrecken können
strombegrenzende oder potentialsteuernde Elemente parallel geschaltet
werden.
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Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters
soll nachstehend erläutert werden.
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Die
Trennstrecke der Funkenstrecke befindet sich zwischen mindestens
einem Flügel
bzw. Flügelende
und einer der feststehenden Elektroden. Durch das Andrücken des
Flügels
an die feststehenden oder feststehende Elektrode können vorteilhafterweise
sowohl niedrige, als auch durch den Anpressdruck reproduzierbare
Ansprechspannungen der Funkenstrecke erreicht werden.
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Nach
dem Ansprechen der Funkenstrecke führt der entstehende Druck im
Zündbereich,
die Plasmastrahlung und die Stromkräfte zum Abheben der Flügel bzw.
der Flügelenden
von den feststehendem Elektroden. Aufgrund der Massenträgheit, der Federeinstellung
und der nicht vollständig
reibungsfreien Lagerung des beweglichen Elements setzt die Bewegung
der Flügel
zeitlich verzögert
zur Lichtbogenentstehung ein.
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Durch
eine Beeinflussung dieser Verzögerung
kann eine vorteilhafte Funktionstrennung zwischen Impuls- und Folgestrom-Lichtbogen
errreicht werden. Die Verzugszeit ist so einstellbar, dass der größte Teil
der Impulsströme
ausschließlich
den minimalen, noch unverlängerten
Bereich zwischen den noch stehenden Elektroden belastet und die
Verlängerung
des Abstands infolge der Flügelbewegung erst
bei der Folgestrombelastung eintritt. Hierdurch kann der Leistungsumsatz
bei Impulsentladungen vorteilhafterweise begrenzt und bei Folgeströmen trotzdem
ein ausreichendes Löschvermögen infolge einer
schnellen und effektiven Verlängerung
der Lichtbogenlänge
realisiert werden.
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Des
weiteren ist je nach der Anzahl und der inneren oder der äußeren Verschaltung
der feststehenden Elektroden die Realisierung einer nahezu unbegrenzten
Anzahl von Mehrfachunterbrechungen einer Phase als auch das synchrone
Unterbrechen mehrerer Phasen mit einer Funkenstrecke möglich.
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Der
entstehende Druck im Zündbereich
wird geometrisch so kanalisiert, dass eine möglichst optimale Kraftkomponente
auf den jeweiligen Flügel wirkt
und der Abstand zwischen den Elektroden quasi impulsartig vergrößerbar ist.
Wie bereits erläutert, kann
der Druck im Zündbereich
z.B. durch gasabgebende Stoffe der Isolationsschicht oder auch durch entsprechende
Beschichtung bzw. Beimengungen der Elektroden erhöht werden.
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Die
Trennstrecke kann des weiteren mit leitenden bzw. halbleitenden
Stoffen, welche eventuell ebenfalls zusätzlich Gas abgeben, verlängert sein, wodurch
bereits bei der Zündung
ein gegenüber
der isolierenden Trennstrecke verlängerter Lichtbogen erzeugbar
ist. Die Trennstrecke und auch die gasabgebenden Stoffe können sowohl
an den feststehenden Elektroden als auch am Flügel oder auch in einer Kombination
vorhanden sein. Beispielsweise kann der Zündbereich analog zu bekannten
Löschrohranordnungen
geschaltet werden, wodurch ein orientierter und konzentrierter Hartgasstrahl
erzeugbar ist, welcher quasi als Antrieb dient.
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Druckdifferenzen
im Inneren der Kapsel können
durch die Gestaltung der Flügel
erzeugt werden. Hierdurch können
z.B. ausgewählte
Bereiche, in denen die Zündung
des Lichtbogens erfolgt, gegenüber anderen
Bereichen so abgeschottet werden, dass Bereiche höheren Druckes
entstehen, wodurch die gewünschte
zielgerichtete Bewegung der Flügel
unterstützt
wird. Ebenso können
Druckausgleichsöffnungen
von Bereichen mit höheren
Drücken
zu Bereichen mit niedrigeren Drücken
aufgrund der zielgerichteten Strömung
zum Antrieb der Flügel
genutzt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Bereich, in welchem der oder die Lichtbögen zünden, gegenüber den
Bereichen hinter den Flügeln
so abgeschottet, dass in dem Bereich der Lichtbogenzündung sich
ein höherer
Druck aufbaut, als in den Bereichen hinter den Flügeln. Die
entstehende Druckdifferenz kann nach der ersten impulsartigen Bewegung
der Flügel
infolge der Lichtbogenzündung zur
weiteren orientierten Bewegung der Flügel genutzt werden.
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Das
Löschvermögen von
Netzfolgeströmen kann
neben der raschen Verlängerung
des Lichtbogens durch weitere Maßnahmen unterstützt werden. Durch
die gasabgebenden Stoffe im Zündbereich bzw.
auch in Bereichen, welche vom Lichtbogen thermisch beeinflusst werden,
wird im Inneren der Funkenstrecke ein beachtlicher Überdruck
aufgebaut, wodurch eine Erhöhung
der Lichtbogenfeldstärke und
damit des Löschvermögens erreichbar
ist.
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Bei
einer druckdichten Ausführung
ist auch der Einsatz von Gasen bzw. auch die Evakuierung zur Unterstützung des
Löschvermögens möglich. Neben
der Verlängerung
des Lichtbogens kann selbstverständlich
auch die Ausnutzung der Mehrfachunterbrechung zur Steigerung des
Löschvermögens bei Folgeströmen bis
hin zur vollständigen
Vermeidung dieser eingesetzt werden. Hier ist es jedoch wichtig, geeignete
Maßnahmen
zur Abschottung bzw. vollständigen
Trennung der Teilelektroden einer Phase zu treffen.
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Die
Funkenstrecke kann jedoch auch Funktionen außerhalb der druckfesten Kapselung
u.a. zur Signalabgabe oder auch zum Betätigen von Kontakten oder zur
Unterstützung
des Schaltvorgangs übernehmen.
Wie dargelegt, kann beispielsweise das bewegliche Element als Durchführung in
die druckfeste Kapsel ausgeführt
sein, wodurch es möglich
ist, außerhalb
der Kapselung die Bewegung zum Betätigen verschiedenster Kontakte
oder Schalter zu nutzen. Um die damit verbundene erhöhte Trägheit der
Bewegung im Inneren der Funkenstrecke zu vermeiden, ist es auch
denkbar, in bekannter Weise einen beweglichen Bolzen bzw. eine bewegliche
Membran, welche durch den Druckaufbau im Inneren der Funkenstrecke
betätigt
werden, für
gewünschte
externe Aktionen zu nutzen.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter
Zuhilfenahme von Figuren näher
beschrieben werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine
Darstellung des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters
in Form einer einpoligen Funkenstrecke im Querschnitt;
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2 eine
Darstellung ähnlich
derjenigen nach 1, jedoch mit bereits eingesetzter
Lichtbogenentwicklung und Rotationsbewegung des leitfähigen Elements;
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3 eine
Anordnung eines mehrphasigen Überspannungsableiters
auf Funkenstreckenbasis, bei der das bewegliche Element durch die
druckfeste Kapselung hindurch geführt ist und wobei mehrere, horizontal
angeordnete Flügel
vorgesehen sind;
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4 einen Überspannungsableiter
mit Bereichen mit Druckdifferenzen durch Abschottung, wobei die
einzelnen Phasen auf einer einzigen Ebene voneinander getrennt angeordnet
sind, und
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5 eine
einpolige Anordnung des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters mit einer Vielzahl
von Unterbrechungen bzw. Trennstrecken in Serienschaltung.
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Bei
den in den Figuren gezeigten Funkenstrecken wird grundsätzlich von
einer Kapselung 1 ausgegangen, so dass von einer druckfesten
Anordnung gesprochen werden kann.
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1 zeigt
eine einpolige Funkenstrecke im Querschnitt mit einem beweglichen
Element 2 bzw, einer Achse, wobei das bewegliche Element
kein eigenes Potential bzw. keinen eigenen Potentialanschluss besitzt.
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Das
bewegliche Element 2 bzw. die Achse ist reibungsarm gelagert.
Am beweglichen Element sind Flügel 3 ausgebildet,
welche in Flügelenden
bzw. Kontaktstellen 4 aus abbrandfestem Material oder einer
derartigen Beschichtung übergehen.
Eine Rückstellfeder 7 kann
sich im Inneren der Funkenstrecke in einem vor dem Lichtbogen geschützten Bereich oder
bei einem beweglichen Element 2 mit Durchführung durch
die druckfeste Kapselung 1 auch außerhalb der Funkenstrecke befinden.
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Die
Trenn- bzw. Ansprechstrecken 5 der Funkenstrecke befinden
sich bei der gezeigten Ausführungsform
auf beiden Seiten des Flügels 3.
Alternativ ist auch eine Ausführungsform
möglich,
bei welcher sich die Ansprech- oder Trennstrecke 5 nur
auf einer Flügelseite
befindet.
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Die
dargestellte Anordnung führt
nach dem Ansprechen der Funkenstrecke zu einer besonders schnellen
Verlängerung
des Lichtbogens und zur Erzeugung einer Doppelunterbrechung, welche
insbesondere das Folgestromlöschverhalten
bei hohen Spannungen positiv beeinflusst.
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Die
elektrischen Anschlüsse 6 der
Elektroden der Funkenstrecke werden gemäß 1 durch die
isolierende, druckfeste Kapselung in das Innere der Funkenstrecke
eingeführt.
Es sind allerdings auch Ausführungen
mit einem leitenden druckfesten Gehäuse denkbar, bei welchem die
Anschlüsse selbst
und auch überschlagsgefährdete Bereiche
innerhalb der Funkenstrecke isoliert sind.
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Die
zentralen Bereiche der Flügel 3 können bei
Bedarf mit einer Isolationsschicht versehen sein.
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2 macht
deutlich, wie infolge der Zündung
sich eine Bewegung des Flügels 3,
beim gezeigten Beispiel entgegen des Uhrzeigersinns einstellt. Die
Position gemäß 2 entspricht
derjenigen mit einem bereits stark verlängerten Lichtbogen 8.
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3 zeigt
eine Anordnung eines Überspannungsableiters
gemäß der Erfindung
im Längsschnitt,
bei der das bewegliche Element 2 bzw. die Achse durch die
druckfeste Kapselung 1 hindurch geführt ist und welches über mehrere,
horizontal angeordnete Flügel 3 verfügt.
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Es
liegt im Sinne der Erfindung, dass das bewegliche Element 2 auch
anstelle von zweiteiligen Flügeln 3 mit
drei- oder mehrteiligen Flügeln
ausgestattet werden kann, so dass auf einer Ebene im Umfang anstelle
von zwei Elektrodenanschlüssen
auch mehrere Anschlüsse
vorgesehen sein können.
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3 stellt
eine einfache Anordnung für
eine mehrpolige Ausführungsform
dar. Bei dieser Anordnung kann die Rückstellfeder wiederum am beweglichen
Element 2 bzw. der Achse oder auch an der potentialfreien
Seite der Flügel
an den elektrisch neutralen Anschlüssen 9 befestigt sein.
In dieser Anordnung wird das bewegliche Element 2 als Neutralleiter N
eingesetzt.
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Die
Trennstellen der einzelnen Phasen L1 bis L3 befinden sich direkt übereinander
quasi in Form einer Stapelanordnung.
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Kommt
es bei dieser Ausführungsform
zum Ansprechen des Ableiters an einer Trennstelle, werden die anderen
Trennstrecken infolge die Ionisation innerhalb der Funkenstrecke
nahezu gleichzeitig analog zu bekannten Kaskadenanordnungen gezündet.
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Selbstverständlich können bei
entsprechender Ausführung
auch bei mehrphasigen Anordnungen anstelle der gezeigten Einfachunterbrechung auch
Mehrfachunterbrechungen pro Phase realisiert werden. Ist ein gemeinsames
Zünden
aller Phasen unerwünscht,
können
die einzelnen Phasen, z.B. bei einer Etagenanordnung, durch entsprechende
Zwischenböden
voneinander getrennt werden.
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Ebenso
ist jedoch auch eine Anordnung entsprechend 4 denkbar,
wo die einzelnen Phasen auf einer Ebene möglichst weit voneinander getrennt angeordnet
sind. Bei der Anordnung nach 4 werden
Bereiche mit Druckdifferenzen erzielt. Gemäß 4 ist der
Bereich, in welchem der oder die Lichtbögen zünden, gegenüber den Bereichen hinter den Flügeln so
abgeschottet, dass in dem Bereich der Lichtbogenzündung sich
ein höherer
Druck bezogen auf den Bereich hinter den Flügeln aufbaut. Die entstehende
Druckdifferenz kann nach der ersten impulsartigen Bewegung der Flügel infolge
der Lichtbogenzündung
zur weiteren orientierten Bewegung der Flügel genutzt werden.
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Bei
der Anordnung nach 4 ist das gemeinsame Zünden der
Phasen relativ unwahrscheinlich. Für eine sichere Vermeidung des
gemeinsamen Zündens
können
bei einer derartigen Anordnung vertikale Trennwände (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
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Selbstverständlich ist
auch der Einsatz von beweglichen Elementen mit mehreren Flügeln und Etagen
für einpolige
Funkenstrecken mit einer möglichst
hohen Anzahl von Trennstrecken möglich.
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5 zeigt
eine einpolige Anordnung eines Überspannungsableiters
gemäß der Erfindung,
bei welcher eine hohe Anzahl an Unterbrechungen infolge der Bewegung
des beweglichen Elements realisiert ist.
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Die
Funkenstrecke besitzt hierzu im wesentlichen zwei äußere Anschlüsse z.B.
L und N. Der Kontakt des Flügels 3 mit
dem Anschluss L ist z.B. als Trennstrecke bzw. als Ansprechstrecke
der Funkenstrecke ausgelegt. Die anderen Kontaktstellen z.B. zwischen
N bzw. den Doppelkontaktplatten 10 und dem jeweiligen Flügel 3 können mit
oder auch ohne Isolationsstrecke ausgeführt werden.
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Zwischen
den einzelnen Ebenen mit Flügeln befinden
sich horizontale Trennplatten 11 mit einer Durchführung für das bewegliche
Element 2. Zusätzlich
können
selbstverständlich
auch vertikale Trennwände
eingesetzt werden. Nach dem Ansprechen der Funkenstrecke werden
die Flügel 3 bewegt
und erzeugen zahlreiche Unterbrechungsstellen. Bei einer ausreichenden
Anzahl können
durch eine solche Anordnung entstehende Folgeströme schnell unterbrochen bzw.
gänzlich
verhindert werden.
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Günstig ist
eine derartige Auslegung, bei der die Flügelbewegung erst nach einer
Zeitdauer von ca. 1 ms erfolgt, so dass der Abbrand infolge der
Impulsbelastung gering gehalten wird. Alternativ oder als Ergänzung zu
den Unterbrechungen des Strompfades können parallel zu einem oder
auch mehreren Unterbrechungsstellen (maximal n-1) strombegrenzende
Elemente geschaltet sein. Diese strombegrenzenden Elemente reduzieren
bzw. vermeiden auch bei einer geringen Anzahl von Trennstrecken
zum einen eine unerwünschte
Funkenbildung und zum anderen wird der Folgestrom wirksam reduziert,
wodurch das Schaltvermögen
der Unterbrechungsstellen ohne parallel geschaltete Elemente deutlich
geringer sein kann, als der zu beherrschende Kurzschlussstrom.
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Als
strombegrenzende parallel geschaltete Elemente können z.B. PTCs, Spulen, lineare
und nicht lineare Widerstände,
Supraleiter und Ähnliches eingesetzt
werden. Alternativ ist auch eine Beschaltung mit Kapazitäten möglich, welche
der Funkenlöschung
und der Potentialsteuerung dienen. Da das Öffnen der Kontakte ohne Trennstrecke
bei einer ausreichenden Kontaktanzahl und einer entsprechenden Verzugszeit
nahezu funkenfrei erfolgt, ist eine solche Anordnung bei einem entsprechenden Aufbau
auch außerhalb
der druckfesten Kapselung möglich.
Eine Betätigung
einer entsprechenden oder äquivalent
wirkenden Anordnung auf der Basis einer Erzeugung von Mehrfachunterbrechungen
mit oder ohne strombegrenzenden Elementen ist somit auch über ein
ausgeführtes
bewegliches Element oder einen separaten Druckbolzen bzw. eine Druckmembran
denkbar.