DE102013112400A1 - Arc extinguishing chamber for surge arrester e.g. encapsulated surge arrester, has gas exhaust region guided between metal sheets based on symmetry axis of extinguishing chamber, where gas streams are mixed in common recreation room - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschkammer für Überspannungsableiter mit einer Vielzahl von deionisierenden Löschblechen oder Löschplatten, welche derart beabstandet sind, dass eine Vielzahl von Kanälen zur Aufnahme lichtbogenbedingter Gase gebildet ist, wobei die Löschbleche einen schlitzförmigen Einlaufbereich besitzen und weiterhin ein Gasausströmbereich durch seitliche und/oder stirnseitige Öffnungen zwischen den Löschblechen besteht, gemäß Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch einen Überspannungsableiter umfassend eine Lichtbogenlöschkammer, gemäß Anspruch 13.The invention relates to an arc quenching chamber for surge arresters with a plurality of deionizing quenching plates or quenching plates, which are spaced so that a plurality of channels for receiving arc-induced gases is formed, the quenching plates have a slot-shaped inlet region and further a Gasausströmbereich by lateral and / or frontal Apertures between the quenching plates, according to
Aus der
Die
Um die Gefahr des Wiederzündens gemäß
Der Gasaustritt aus der Lichtbogenlöschkammer bzw. Deionkammer nach
Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine einfache Kanalbildung zur Gasführung nicht ausreichend ist, um ein Wiederzünden zu vermeiden. Bei geringen Platzverhältnissen in Reiheneinbaugeräten treten die heißen Gase aus der Deionkammer relativ ungekühlt aus und besitzen eine noch erhebliche elektrische Restleitfähigkeit. Dadurch können bei den Deionkammern des Standes der Technik mitunter einzelne Bleche durch Lichtbögen gebrückt werden. Selbst bei einer vollständig isolierten Lichtbogenlöschkammer ist dies der Fall, da aufgrund der entstehenden Berußung leitfähige Kanäle resultieren, die zur unerwünschten, oben erwähnten Brückung führen. Diese unerwünschte Ausbildung von Teilströmen, welche insbesondere durch die Kapselung an Bedeutung gewinnen, reduziert die Lichtbogenspannung eines dementsprechenden Ableiters und somit die resultierende Strombegrenzung. Während derartige Erscheinungen bei relativ niedrigen Betriebsspannungen, wie z. B. 230 V, noch unbedeutend sind, steigt die Gefahr einer erheblichen Funktionsbeeinträchtigung bei höheren Spannungen, z. B. der verketteten Spannung, also bei 440 V oder bei Gleichspannungen erheblich an.However, it has been shown that a simple channel formation for gas guidance is not sufficient to avoid reignition. In small spaces in DIN rail mounted devices, the hot gases from the Deionkammer occur relatively uncooled and have a considerable electrical residual conductivity. As a result, in the case of the deion chambers of the prior art, individual sheets can sometimes be bridged by electric arcs. This is the case even in the case of a completely isolated arc quenching chamber, since due to the resulting contraction, conductive channels result which lead to the undesired bridging mentioned above. This unwanted formation of partial streams, which gain in importance in particular by the encapsulation, reduces the arc voltage of a corresponding arrester and thus the resulting current limit. While such phenomena at relatively low operating voltages, such. B. 230 V, are still insignificant, the risk of a significant functional impairment increases at higher voltages, eg. B. the chained voltage, ie at 440 V or DC voltages considerably.
Aus diesem Grund sind Blitzstromableiter mit Deionkammern für Betriebsspannungen von 440 V und mehr ausschließlich ausblasend ausgeführt. Um trotzdem eine ausreichende Folgestrombegrenzung realisieren zu können, wird bei diesen Ableitern der Lichtbogen gezielt unterteilt, z. B. durch einen sogenannten Splitter. Die Teillichtbögen werden dann jeweils einer separaten Deionkammer mit vergleichsweise geringem Leistungsvermögen zugeführt. Es kann zwar durch eine derartige Lösung die Gefahr der Überbrückung der Lichtbogenkammer reduziert werden, jedoch ist das Ausblasverhalten und auch der Aufwand mit mehreren separaten Deionkammern sowie der dadurch notwendige Platzbedarf unakzeptabel. Diesbezüglich sei auf die
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Lichtbogenlöschkammer anzugeben, die mit einer Deionkammer bei kleiner Baugröße auch für erhöhte Betriebsspannungen einsetzbar ist und wobei bei einer optimalen Einlaufgeschwindigkeit des Lichtbogens in die Deionkammer Nebenschlüsse durch Lichtbögen bzw. elektrisch leitfähige Gase sowie Rückzündungen außerhalb der Deionkammer vermeidbar sind und/oder die Lichtbogenspannung der Teillichtbögen zwischen den einzelnen Deionblechen gezielt erhöht werden kann.From the foregoing, it is therefore an object of the invention to provide a further developed arc quenching chamber, which can be used with a Deionkammer in a small size for increased operating voltages and wherein at an optimal inlet velocity of the arc in the Deionkammer shunts by arcs or electrically conductive gases and flashbacks outside the Deionkammer are avoidable and / or the arc voltage of the partial arcs between the individual Deionblechen can be specifically increased.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen entsprechend weiterentwickelten Überspannungsableiter bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a correspondingly developed surge arrester.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lichtbogenlöschkammer für Überspannungsableiter gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen. Die Lösung der Erfindung erfolgt auch durch den Überspannungsableiter gemäß Anspruch 13.The object of the invention is achieved by the arc quenching chamber for surge arrester according to the combination of features according to
Die vorgestellte Lichtbogenlöschkammer findet insbesondere Anwendung bei gekapselten Überspannungsableitern und bei Überspannungsableitern nach dem (gedämpft) ausblasendem Prinzip. Die Überspannungsableiter können z. B. zur Ableitung von Blitzströmen ausgebildet sein. Die im Überspannungsableiter ausgebildete Funkenstrecke kann eine Hörnerfunkenstrecke sein. Die vorgestellte Lösung kann bei höheren Betriebsspannungen, aber auch bei Gleichspannungen eingesetzt werden. Erfindungsgemäß wird durch eine separate und isolierte Führung der Entlüftungsgase der Deionkammer ein Stromfluss durch die heißen Gase bzw. auch das Zünden von Teillichtbögen außerhalb der Deionkammer vermieden. Durch die spezielle Art der gezielten Entlüftung wird zudem die Lichtbogensäule zwischen den einzelnen Deionblechen verlängert und die Laufbewegung des Lichtbogens auf den einzelnen Löschblechen beeinflusst, wodurch die erreichbare Lichtbogenspannung gegenüber Kammern des Standes der Technik deutlich gesteigert werden kann.The proposed arc quenching chamber is used in particular for encapsulated surge arresters and surge arresters for the (damped) ausblasendem principle. The surge arrester can z. B. be designed for the derivation of lightning currents. The spark gap formed in the surge arrester may be a horn spark gap. The presented solution can be used at higher operating voltages, but also at DC voltages. According to the invention, a flow of current through the hot gases or also the ignition of partial arcs outside the deion chamber is avoided by a separate and insulated guidance of the venting gases of the deionized chamber. Due to the special type of targeted venting, the arc column between the individual deion plates is also extended and the running motion of the arc on the individual quenching plates influenced, whereby the achievable arc voltage can be significantly increased compared to chambers of the prior art.
Es wird demnach von einer Lichtbogenlöschkammer für Überspannungsableiter mit einer Vielzahl von deionisierenden Löschblechen oder Löschplatten ausgegangen, welche derart beabstandet sind, dass eine Vielzahl von Kanälen zur Aufnahme lichtbogenbedingter Gase gebildet ist, wobei die Löschbleche einen schlitzförmigen Einlaufbereich bilden und weiterhin ein Gasausströmbereich durch seitliche und/oder stirnseitige Öffnungen zwischen den Löschblechen besteht.It is therefore assumed that an arc quenching chamber for surge arresters with a plurality of deionizing quenching plates or extinguishing plates, which are spaced so that a plurality of channels for receiving arc-induced gases is formed, the quenching plates form a slit-shaped inlet region and further a Gasausströmbereich by lateral and / or frontal openings between the quenching plates consists.
Ausgehend von der Symmetrieachse der Lichtbogenlöschkammer sind erfindungsgemäß die Gasausströmbereiche zwischen benachbarten Löschblechpaaren jeweils wechselseitig zur einen oder anderen Kammerseite oder Kammerhälfte geführt und es sind diesbezüglich Trennstege ausgebildet, wobei die Gasteilströme erst in einem gemeinsamen Entspannungsraum aufeinandertreffen bzw. dort vermischt werden.Starting from the axis of symmetry of the arc extinguishing chamber, the gas outflow regions between adjacent pairs of extinguishing plates are each guided alternately to one or the other chamber side or chamber half and separating webs are formed in this respect, wherein the partial gas streams only meet in a common expansion space or are mixed there.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der der Überspannungsableiter gekapselt und die Lichtbogenlöschkammer so ausgebildet, dass eine gezielte Gaszirkulation innerhalb der Kapselung des Überspannungsableiters vorgebbar ist.According to a further embodiment of the invention, the surge arrester is encapsulated and the arc extinguishing chamber is designed so that a targeted gas circulation within the encapsulation of the surge arrester can be predetermined.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der vorerwähnten Kapselung zur Bildung des Überspannungsableiters eine hörnerförmige, divergierende Elektrodenanordnung im Sinn einer Hörnerfunkenstrecke eingebracht ist, wobei die Elektroden Ausnehmungen zur Realisierung der Gaszirkulation besitzen.In a further embodiment of the invention it is provided that in the aforementioned encapsulation to form the surge arrester, a horn-shaped, divergent electrode arrangement is introduced in the sense of a horn spark gap, wherein the electrodes have recesses for the realization of the gas circulation.
Die Trennstege zum Erhalt einer gezielten Gasführung können Bestandeile der Kapselung bzw. des Gehäuses der Gesamtanordnung sein.The separating webs for obtaining a targeted gas guidance can be components of the encapsulation or of the housing of the overall arrangement.
Die Elektrodenanordnung umfasst die Lichtbogenlöschkammer seitlich. Diesbezüglich taucht also die Lichtbogenlöschkammer in den Elektrodenzwischenraum ein.The electrode assembly includes the arc extinguishing chamber laterally. In this regard, therefore, the arc extinguishing chamber immersed in the electrode gap.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Stirnseiten der Löschbleche, welche den schlitzförmigen Einlaufbereich bilden, mit einer Isolationsabdeckung versehen, welche auch als Strömungsleitabdeckung oder Strömungsleiteinrichtung ausgebildet sein kann.According to a further embodiment of the invention, the end faces of the quenching plates, which form the slot-shaped inlet region, are provided with an insulation cover, which may also be designed as a flow-conducting cover or flow-guiding device.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt diese Isolationsabdeckung eine Kammform oder ist in Form einer Haube mit kammartigen Flanken ausgebildet.In a preferred embodiment, this insulation cover has a comb shape or is in the form of a hood with comb-like edges.
Die Löschbleche für die Deionkammer können aus einem ferromagnetischen Material bestehen.The quenching plates for the Deionkammer can consist of a ferromagnetic material.
Hinsichtlich der die Kammform aufweisenden Haube kann jeweils ein Kammzahn mindestens zwei benachbarte Löschbleche und den von diesen begrenzten Zwischenraum abdecken.With regard to the hood having the comb shape, one comb tooth can cover at least two adjacent quenching plates and the space defined by them.
Die Ausnehmungen zwischen den jeweiligen Kammzähnen können dabei etwa der Breite des vorerwähnten Zwischenraums entsprechen.The recesses between the respective comb teeth can correspond approximately to the width of the aforementioned gap.
Die Ausnehmungen zwischen den jeweiligen Kammzähnen der beiden, gegenüberliegenden Kämme, die die Abdeckung bilden, sind um einen Zwischenraum versetzt angeordnet.The recesses between the respective comb teeth of the two opposing ridges forming the cover are offset by a gap.
Die konstruktive Ausführung der Lichtbogenlöschkammer ist so gewählt, dass die Fläche des Gaseinlaufbereichs im Wesentlichen gleich der Summe der Fläche der seitlichen und/oder stirnseitigen Gasausströmöffnungen ist.The structural design of the arc quenching chamber is selected such that the area of the gas inlet region is substantially equal to the sum of the area of the lateral and / or end gas outlet openings.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of figures.
Hierbei zeigen:Hereby show:
Basis für eine hohe Folgestrombegrenzung mit einer Deionkammer ist die rasche und stabile Aufteilung des Lichtbogens. Um bei einem gekapselten Ableiter auf dem Hörnerprinzip eine schnelle Lichtbogenaufteilung zu erzielen, muss der Lichtbogen nach dem Ansprechen des Ableiters zügig in die Deionkammer einlaufen. In der
Der Ausströmbereich
Um den Strömungswiderstand der Deionkammer relativ gering zu halten, sollte der V-förmige Einlaufbereich
Zur Realisierung einer optimalen Gaszirkulation innerhalb der gekapselten Funkenstrecke ist neben der Entlüftung der Deionkammer auch eine gezielte Rückführung der Gase in den Lichtbogeneinlaufbereich unterhalb der Deionkammer, beispielsweise durch die Ausnehmungen
Erfindungsgemäß werden die Zwischenräume der Deionbleche wechselseitig bezogen auf die Achse der Deionkammer entlüftet. Die Entlüftung erfolgt dabei bevorzugt, sowohl seitlich als auch stirnseitig der Deionkammer. Die aus der Deionkammer austretenden Gase werden dabei in jeweils separate Kanäle pro Zwischenraum gefasst. Die einzelnen Kanäle sind hierbei beispielsweise durch Stege
Anstelle einer isolierenden Umhüllung der Deionkammer z. B. mit Stegen können selbstverständlich auch die Deionbleche oder eine einfache offene Deionkammer in entsprechend umhüllende Gehäuseteile eingesetzt werden, in welche die bevorzugte Entlüftungsgeometrie integriert ist. Hierbei greifen dann beispielsweise Isolationsstege aus den Gehäuseteilen wechselseitig partiell zwischen die Deionbleche ein. Ebenfalls kann eine derartige Ausführung auch als Stapelgeometrie aus jeweils einem Isolationselement und einem Deionblech als Einlegeteil bzw. als zu umspritzendes Element realisiert werden. Die zahlreichen Möglichkeiten zur Realisierung einer erfinderischen Kammer können hier selbstverständlich nicht dargestellt werden. Die weiteren Ausführungen beschränken sich daher auf eine beispielhafte Ausführungsform und deren Funktion.Instead of an insulating sheath of the Deionkammer z. B. with webs, of course, the Deionbleche or a simple open Deionkammer can be used in accordance enveloping housing parts in which the preferred vent geometry is integrated. in this connection Then, for example, isolation webs from the housing parts mutually partially engage between the deion sheets. Likewise, such an embodiment can also be realized as a stacked geometry of in each case one insulation element and one deion plate as an insert part or as an element to be encapsulated. Of course, the numerous possibilities for realizing an inventive chamber can not be represented here. The further embodiments are therefore limited to an exemplary embodiment and its function.
Infolge dieser zusätzlichen Isolationselemente, welche beispielsweise als Stege ausgeführt sind, wird die durch die kleine Baugröße bedingte Oberfläche der Deionkammer zusätzlich vergrößert, so dass Gleitüberschläge infolge von heißen Gasen oder Verschmutzungen noch effektiver vermieden werden können und damit eine deutliche Erhöhung der Isolationsfähigkeit erreicht werden kann.As a result of these additional insulation elements, which are designed for example as webs, which is caused by the small size surface of the Deionkammer is additionally increased, so that sliding arcing due to hot gases or contaminants can be avoided even more effectively and thus a significant increase in the isolation capability can be achieved.
Für das gewünschte rasche Einlaufen des Lichtbogens in die Deionkammer ist es sinnvoll, auch das Laufen des Lichtbogens auf den Elektroden, welche jeweils die Deionkammer seitlich einfassen, durch eine zu starke Verdämmung der Deionkammer, nicht zu behindern. Auch die Gasströmung zwischen den Elektroden
Dabei muss die separate Führung der Gase nicht zwangsweise bis zu den Rückströmkanälen innerhalb der Hörnerelektroden erfolgen. Hinreichend ist eine separate Gasführung, bis die Gase soweit abgekühlt sind, dass ein Stromfluss über diese Gase auszuschließen ist. Unterhalb der Deionkammer und z. B. beidseitig parallel zum Lichtbogenlaufbereich können die Gase in einen entsprechenden Entspannungsraum
In einer bevorzugten Ausführungsvariante, bei welcher die Rückführung der Gase in den Laufbereich des Lichtbogens über beispielsweise seitliche Ausnehmungen
Die in
In
Bei einer bevorzugten Gestaltung des Bereichs der Lichtbogenwanderung entsprechend den
Selbstverständlich können die seitlichen Platten
Der V-förmige Einlaufbereich der Deionbleche
Bei der bevorzugten Ausführung der Deionkammer ist die Anzahl der verwendeten Deionbleche bezogen auf die gewünschte Betriebsspannung (z. B. 440 V), vergleichend mit dem Stand der Technik, um bis zu 40% kleiner. Dies kann nur, wie bereits erläutert, durch die starke Verlängerung und Kühlung des Lichtbogens in der Deionkammer realisiert werden, wodurch der Anteil der Lichtbogenspannung aus der Lichtbogensäule (längenabhängig) nahezu gleichwertig zur Lichtbogenspannung infolge des Anoden-/Kathodenfallspannung (materialabhängig) ist und somit gemäß der bekannten Lichtbogengleichung (Lichtbogengesamtspannung = Anoden-/Kathodenfallspannung + Lichtbogensäulenlängen·elektrische Feldstärke des Lichtbogens) eine ausreichend große Gesamtspannung realisiert werden kann. Durch die Beeinflussung des Laufverhaltens des Lichtbogens zwischen den Deionblechen wird neben der guten Kühlung des Lichtbogens die Gesamtspannung auch durch den ohmschen Widerstand des Stromflusses im eigentlichen Deionblech erhöht. Durch die gezielte Beeinflussung der Lichtbogenwanderung wird die Länge des Strompfades im Deionblech maximiert. Die Gesamtspannung kann somit auch über das Material z. B. den spezifischen elektrischen Widerstand stärker als bei üblichen Kammern beeinflusst werden.In the preferred embodiment of the deionization chamber, the number of deionic plates used, based on the desired operating voltage (eg 440 V), is up to 40% smaller compared to the prior art. This can only, as already explained, be realized by the strong extension and cooling of the arc in the Deionkammer, whereby the proportion of the arc voltage from the arc column (length-dependent) is almost equivalent to the arc voltage due to the anode / cathode drop voltage (depending on the material) and thus according to the known arc equation (arc total voltage = anode / cathode drop voltage + arc column length · electric field strength of the arc) a sufficiently large total voltage can be realized. By influencing the running behavior of the arc between the Deionblechen not only the good cooling of the arc, the total voltage is also increased by the ohmic resistance of the current flow in the actual Deionblech. By selectively influencing the arc migration, the length of the current path in the deion plate is maximized. The total voltage can thus also on the material z. B. the specific electrical resistance are more affected than in conventional chambers.
Kommt es aber in diesem Fall zur Brückung von einzelnen Blechen, reduziert sich nicht nur die Gesamtspannung, um die Anoden-/Kathodenfallspannung, sondern zusätzlich auch, um die anteilig sehr hohe Spannung des Bogensäulenabschnittes der jeweiligen Lichtbogenschleife und den ohmschen Spannungsabfalls des Strompfades im Blech. Dies würde zwangsläufig, zu einer dramatischen Reduzierung der Folgestrombegrenzung führen. Rückzündungen in dem V-förmigen Einlaufbereich der Deionbleche oder ein Brückung von Teilbereichen der Kammer durch seitliche Überschläge oder partielle Stromflüsse über austretende heiße Gase sind daher zwingend zu vermeiden.But if it comes in this case to bridge individual plates, not only reduces the total voltage to the anode / cathode drop voltage, but in addition to the proportionately very high voltage of the arc column section of the respective arc loop and the ohmic voltage drop of the current path in the sheet. This would inevitably lead to a dramatic reduction in follow current limiting. Flashbacks in the V-shaped inlet region of the Deionbleche or a bridging of portions of the chamber by lateral flashovers or partial flow of current through escaping hot gases are therefore mandatory to avoid.
Hierbei ist jedoch zu beachten, dass das rasche Einlaufen des Lichtbogens in die Kammer, durch die entsprechenden Maßnahmen, nicht beeinträchtigt wird, da dies die Grundvoraussetzung für eine rasche und somit optimierte Strombegrenzung ist.It should be noted, however, that the rapid entry of the arc into the chamber, by the appropriate measures, is not affected, since this is the basic requirement for a rapid and thus optimized current limit.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine isolierende Abdeckung der V-förmigen Einlaufbereiches der Deionbleche erreicht, welche den Strömungswiderstand der Kammer nur geringfügig beeinflusst. Eine entsprechende Ausführungsform ist in den
Bei Abdeckungen, welche den Einlaufbereich beidseitig und gleichmäßig abdecken, wird der Strömungswiderstand der Deionkammer erheblich erhöht. Das Einlaufen des Lichtbogens wird insbesondere bei gekapselten Funkenstrecken, bei denen der Strömungswiderstand ohnehin gegenüber den ausblasenden Schaltern bzw. Funkenstrecke bereits erhöht ist, erheblich verzögert bzw. sogar verhindert. Eine befriedigende Folgestrombegrenzung ist insbesondere bei hohen prospektiven Folgeströmen daher nicht mehr möglich. Erfindungsgemäß wird die Abdeckung beispielsweise kammförmig ausgeführt, so dass jeweils zwei benachbarte Bleche auf jeder Seite des Ausschnittes gegeneinander isoliert sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Strömungswiderstand des V-förmigen Einlaufbereiches insbesondere unmittelbar vor der gewünschten Aufteilung des Lichtbogens nur relativ gering erhöht wird, wodurch ein zügiges Einwandern des Lichtbogens in die Kammer ermöglicht wird.For covers which cover the inlet area on both sides and evenly, the flow resistance of the Deionkammer is significantly increased. The shrinkage of the arc is significantly delayed or even prevented especially in encapsulated spark gaps, in which the flow resistance is already increased in any case with respect to the blowout switches or spark gap. A satisfactory follow current limiting is therefore no longer possible, especially at high prospective follow currents. According to the invention, the cover is made, for example, comb-shaped, so that in each case two adjacent sheets on each side of the cutout are insulated from each other. This ensures that the flow resistance of the V-shaped inlet region, in particular immediately before the desired division of the arc is increased only relatively small, whereby a rapid immigration of the arc is made possible in the chamber.
In
Die Abdeckung von jeweils zwei benachbarten Deionplatten durch die Kammzähne verhindern die Rückzündungen im Einlaufbereich sicher. Durch die wechselseitigen Ausnehmungen im Kamm (Kammtäler) wird der Strömungswiderstand im Gegensatz zu einer vollständigen Abdeckung jedoch kaum erhöht, so dass eine ungünstige Beeinflussung der Einlaufgeschwindigkeit und somit der Strombegrenzung vermieden wird.The cover of each two adjacent Deionplatten by the comb teeth prevent the flashbacks in the inlet area safely. Due to the mutual recesses in the comb (ridge valleys), however, the flow resistance is hardly increased, in contrast to a complete cover, so that an unfavorable influence on the inlet velocity and thus the current limit is avoided.
Das heiße Gas, welche vor dem Lichtbogen im Laufbereich zwischen den divergierenden Elektroden
In einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Deionkammer sind die folgenden Abmessungen vorgesehen (jeweils vertikal z. B. entsprechend der Symmetrieachse):
Höhe des Einlaufbereiches im Deionblech
Höhe des Blechs gesamt: 19,7 mm, Breite: 22,3 mm
Höhe der Kammzähne
Höhe des Kammtales
Height of the inlet area in the Deionblech
Height of the sheet overall: 19.7 mm, width: 22.3 mm
Height of the comb teeth
Height of the ridge valley
In anderen Ausgestaltungen der Erfindung liegen die Abmessungen im Bereich +/–50% um die oben genannten Werte, insbesondere im Bereich +/–25% um die oben genannten Werte.In other embodiments of the invention, the dimensions are within the range +/- 50% to the above values, in particular in the range +/- 25% to the above values.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass in Bezug auf die Höhe der Ausnehmung des Einlaufbereiches im Deionblech die Kammtäle mindestens 20% und die Kammzähne mindestens 30% ausmachen.In further embodiments of the invention, it is provided that with regard to the height of the recess of the inlet region in the deion plate, the comb chambers make up at least 20% and the comb teeth at least 30%.
Vorzugsweise beträgt die Höhe der Abdeckung Tal ca. 39% und Zahn ca. 77%.Preferably, the height of the cover valley is about 39% and tooth about 77%.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Obermaß für die Kammzähne 90% der Höhe der Ausnehmung des Einlaufbereiches im Deionblech nicht überschritten.In a preferred embodiment, 90% of the height of the recess of the inlet region in the deion plate are not exceeded as an upper dimension for the comb teeth.
Die Lichtbogenlöschkammer bzw. der Überspannungsableiter kann so ausgestaltet sein, dass er für eine 2TE (Reiheneinbaugeräte 36 mm) Ausführung geeignet ist. Die relativen Verhältnisse sind dabei entscheidend und lassen sich auch auf kleinere Kammern z. B. für 1TE (18 mm) übertragbar.The arc quenching chamber or the surge arrester can be designed so that it is suitable for a 2TE (DIN rail mounted devices 36 mm) version. The relative ratios are crucial and can be applied to smaller chambers z. B. for 1TE (18 mm) transferable.
Das heiße Gas (siehe auch
Durch die vorzugsweise wechselseitige Strömung der Gase in die jeweiligen Zwischenräume der Deionkammer und deren wechselseitige Entlüftung werden besonders günstige Strömungsverhältnisse innerhalb dieser Anordnung geschaffen, wodurch trotz reduzierter Strömungsquerschnitte das rasche Einlaufen des Lichtbogens und seine Aufteilung gegenüber einer bekannten und unverdämmten Kammer realisiert und gegebenenfalls optimiert werden kann. Die
Die vorgestellte Art des Schutzes gegen Rückzündungen im V-förmigen Einlaufbereich erlaubt zudem die sichere Nutzung der Deionbleche infolge der Fußpunktwanderung der Teillichtbögen noch unmittelbar in der jeweiligen Flanke des Deionbleches seitlich neben dem V-förmigen Einlaufbereich. Die Fußpunktwanderung des Lichtbogens in diesem Bereich ist weiterhin möglich, da es auch in diesem Bereich der Kammer nicht zu einem Stau der heißen Gase kommen kann, da jederzeit die Belüftung durch die kammförmige ausgeführte Abdeckung zum Inneren der Deionkammer und die Entlüftung über die seitlichen bzw. stirnseitlichen Entlüftungsöffnungen gegeben ist.The presented type of protection against flashbacks in the V-shaped inlet area also allows the safe use of Deionbleche due to the Fußpunktwanderung the partial arcs still directly in the respective edge of the Deionbleches laterally next to the V-shaped inlet area. The Fußpunktwanderung of the arc in this area is still possible because it can not come to a jam of hot gases in this area of the chamber, because at any time the ventilation through the comb-shaped running cover to the interior of the Deionkammer and the vent on the side or given the frontal vents.
Die
Durch die vollständig wechselseitig ausgeführte Beströmung und Entlüftung der Zwischenräume der Deionkammer (siehe z. B.
Hierdurch treten mehrere positive Effekte auf. In Deionkammern stoßen sich die Teillichtbögen i. A. in vertikaler Richtung gegenseitig ab. In üblichen Kammern wandert daher ein Teillichtbogen auf dem Blech zur oberen Stirnseite der Kammer, während der andere zur unteren Stirnseite mit dem Eintrittsbereich abwandert. Bei Kammern ohne Abdeckung und mit geringer Blechhöhe führt dies nahezu zwangsweise zu Rückzündungen unterhalb der Lichtbogenkammer. Das Deionblech wird zudem häufig einseitig erwärmt und partiell überlastet.As a result, several positive effects occur. In Deionkammern the partial arcs i. A. in the vertical direction from each other. In conventional chambers therefore moves a partial arc on the plate to the upper end of the chamber, while the other migrates to the lower end face with the inlet region. For chambers without cover and with low sheet height, this almost inevitably leads to flashbacks below the arc chamber. The Deionblech is also often heated on one side and partially overloaded.
Durch die wechselseitige Ablenkung der Teillichtbögen quer zur Stromflussrichtung (Kammerachse) werden die senkrecht wirkenden abstoßenden Kräfte auf die Teillichtbögen in der erfinderischen Deionkammer drastisch reduziert und die Kräfte wirken eher eine zusätzliche horizontale Kraft. Die wechselseitig abgelenkten aufeinanderfolgenden Teillichtbögen erwärmen, wie bereits erwähnt, das gemeinsame Bleche nicht von beiden Seiten nahezu punktuell, sondern wandern auf völlig entgegensetzten Bereichen der Bleche. Da die Bleche i. A. über eine sehr schlechte Wärmeleitung verfügen, wird hierdurch die maximal mögliche Wärmekapazität des Bleches zur Kühlung des Lichtbogens genutzt. Dies erhöht die Lichtbogenspannung und vermeidet eine vorzeitige Alterung der Bleche.Due to the mutual deflection of the partial arcs transversely to the current flow direction (chamber axis), the vertically acting repulsive forces on the partial arcs in the inventive Deionkammer are drastically reduced and the forces act rather an additional horizontal force. The mutually deflected successive partial arcs heat, as already mentioned, the common plates are not nearly punctiform on both sides, but move on completely opposite areas of the plates. Since the sheets i. A. have a very poor heat conduction, thereby the maximum heat capacity of the sheet is used to cool the arc. This increases the arc voltage and prevents premature aging of the sheets.
Die
In den
Ohne Leistungsminderung wird somit eine effiziente Material- und Raumausnutzung bzw. alternativ eine Leistungssteigerung ermöglicht, welche insbesondere bei gekapselten Reiheneinbaugeräten von höchster Bedeutung ist.Without a reduction in performance, an efficient use of material and space or, alternatively, an increase in performance is thus made possible, which is of paramount importance particularly in the case of encapsulated DIN rail mounted devices.
Durch die Geometrie der Deionbleche und das Material kann der Anteil des ohmschen Spannungsabfalls bzw. auch die Fußpunktbewegung gezielt und reproduzierbar zur Beeinflussung der Lichtbogenspannung genutzt werden. Neben einem homogenen Material des Deionbleches können selbstverständlich auch beschichtete, laminierte oder auch Bleche mit gezielter interner Stromführung eingesetzt werden, um so den ohmschen Spannungsabfall weiter zu erhöhen. Durch eine Schichtung von elektrisch leitenden und schlechtleitenden Material bis hin zu isolierenden Zwischenlagen ggf. mit lokalen Durchführungen kann der Strompfad und dessen Impedanz sowie die Lichtbogenbewegung zusätzlich beeinflusst werden. Diese bekannten Maßnahmen zur Gestaltung von Löschblechen sind bei der vorliegenden Kammerausführung insbesondere aufgrund der reproduzierbaren Bewegung des Lichtbogens sehr effektiv nutzbar.Due to the geometry of the Deionbleche and the material, the proportion of the ohmic voltage drop or the Fußpunktbewegung can be used specifically and reproducibly to influence the arc voltage. In addition to a homogeneous material of the deion sheet, it is of course also possible to use coated, laminated or also sheet metal with targeted internal current conduction in order to further increase the ohmic voltage drop. By stratification of electrically conductive and poorly conductive material up to insulating intermediate layers possibly with local feedthroughs, the current path and its impedance as well as the arc movement can be additionally influenced. These known measures for the design of quenching plates can be used very effectively in the present chamber design, in particular due to the reproducible movement of the arc.
Die dargestellte Deionkammer führt zu einem sehr stabilen und reproduzierbaren Lichtbogenverhalten ohne die stochastischen Erscheinungen von Rückzündungen trotz deutlicher Steigerung der Lichtbogenspannung pro Deionblech.The illustrated Deionkammer leads to a very stable and reproducible arc behavior without the stochastic phenomena of flashbacks despite significant increase in the arc voltage per Deion sheet.
Die erfinderische Gestaltung der Deionkammer führt zu einer reproduzierbaren deutlichen Erhöhung der erzielbaren Teillichtbogenspannung pro Deionblech. Die Lichtbogenspannung ist nach der vollständigen Aufteilung sehr konstant und frei von Spannungseinbrüchen, wodurch eine sehr hohe und reproduzierbare Strombegrenzung bei Wechsel- und DC-Strömen möglich ist. Die Deionkammer ist aufgrund der isolierten Gasrückführung insbesondere für gekapselte Schaltgeräte mit geschlossener Gaszirkulation geeignet.The inventive design of the Deionkammer leads to a reproducible significant increase in the achievable partial arc voltage per Deionblech. The arc voltage is very constant after the complete division and free of voltage dips, whereby a very high and reproducible current limitation in alternating and DC currents is possible. The Deionkammer is due to the isolated gas recirculation particularly suitable for encapsulated switching devices with closed gas circulation.
Das optimalste Verhalten wird durch die gezielte wechselseitige Entlüftung der einzelnen Kammerzwischenräume in vollständige getrennte und isolierte Kanäle erzielt. Die Gasführung der geschlossenen Zirkulation innerhalb des Gerätes aus dem Zündbereich des Lichtbogens zum Einlaufbereich der Kammer, durch die Kammer in den Ausströmbereich der Kammer, in den Entspannungsbereich und zurück in den Lichtbogenlaufbereich zwischen die divergierenden Elektroden ist so abgestimmt, dass die Führung der Strömung und die Querschnitte zu keinen Beeinträchtigung der Lichtbogenbewegung und der Lichtbogenaufteilung trotz der Kapselung der Anordnung führen. Durch die beschriebenen Maßnahmen wird die sehr dynamische Bewegung des Lichtbogens und die Möglichkeit einer vollflächige Ausnutzung der Kammer zur Kühlwirkung mit Hilfe der Deionbleche optimal realisiert. Durch die gezielte Gasströmung und die bereits beschriebenen Maßnahmen kann die Lichtbogensäule effektiv verlängert und gekühlt werden, so dass der Spannungsanteil infolge der Lichtbogensäule und des ohmschen Spannungsabfalls in den Blechen an der Gesamtspannung bis zu 50% betragen kann, wobei bei üblichen Deionkammern dieser Anteil meist kleiner 10% ist.The most optimal behavior is achieved by the targeted mutual ventilation of the individual chamber interspaces into complete separate and isolated channels. The closed loop gas flow within the device from the arc firing area to the inlet area of the chamber, through the chamber into the outflow area of the chamber, into the flash area and back into the arc run area between the diverging electrodes, is tuned to direct the flow and the flow Cross sections lead to no impairment of the arc movement and the arc distribution despite the encapsulation of the arrangement. By the measures described, the very dynamic movement of the arc and the possibility of full-scale utilization of the chamber for cooling effect using the Deionbleche optimally realized. The targeted gas flow and the measures already described, the arc column can be effectively extended and cooled so that the voltage component due to the arc column and the ohmic voltage drop in the sheets in the total voltage can be up to 50%, with conventional Deionkammern this proportion is usually smaller 10% is.
Mit der erfinderischen Deionkammer kann die erzielbare Spannung pro Deionblech gegenüber dem Stand der Technik um deutlich mehr als 30% gesteigert werden. Ein Austreten von Teillichtbögen aus der erfinderischen Deionkammer mit kammartiger Verdämmung kann nach der vollständigen Aufteilung des Lichtbogens in der Kammer nahezu ausgeschlossen werden, wodurch sehr konstante und minimale Durchlassintegrale bei einer Kurz-schlussstromabschaltung erzielbar sind. Die Kammer ermöglicht dies bei einem minimalen Platz und Materialeinsatz.With the inventive Deionkammer the achievable voltage per Deion sheet over the prior art can be increased by well over 30%. A leakage of partial arcs from the inventive Deionkammer with comb-like confinement can be almost eliminated after the complete division of the arc in the chamber, whereby very constant and minimum Durchlaßintegrale be achieved in a Kurz-schlussstromabschaltung. The chamber allows this with a minimum space and material usage.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- DeionkammerDeionkammer
- 22
- seitliche Isolationsplattelateral insulation plate
- 33
- Elektrode, divergierendElectrode, diverging
- 44
- seitliche Ausnehmung in Elektrodelateral recess in electrode
- 55
- Gaszirkulationgas circulation
- 66
- Isolationisolation
- 77
- seitliche Ausnehmung in Deionkammerlateral recess in Deionkammer
- 88th
- stirnseitige Ausnehmung in Deionkammerfrontal recess in Deionkammer
- 99
- Kante des Deionbleches im EinlaufbereichEdge of the deion plate in the inlet area
- 1010
- DeionblechDeionblech
- 1111
- ferromagnetische Platteferromagnetic plate
- 1212
- Triggerelektrodetrigger electrode
- 1313
- Triggerschaltungtrigger circuit
- 1414
- Isolationswand (Steg)Insulation wall (bridge)
- 1515
- V-förmige EinlaufbereichV-shaped inlet area
- 1616
- Ausströmbereichoutflow
- 1717
- RückführungskanäleFeedback channels
- 1818
- Isolationssteg/TrennstegInsulation web / divider
- 1919
- Entspannungsraumrelaxation room
- 2020
- schlitzförmige Öffnungslotted opening
- 2121
- Verjüngung, rampenförmig, isolierendRejuvenation, ramp-shaped, insulating
- 2222
- Abdeckung, kammartig, isolierendCover, comb-like, insulating
- 2323
- Ausnehmung in der kammförmigen AbdeckungRecess in the comb-shaped cover
- 2424
- Kammzähne der AbdeckungComb teeth of the cover
- 2525
- LichtbogenElectric arc
- 2626
- TeillichtbögenPartial arcs
- 2727
- Strompfadcurrent path
- 2828
- Gehäusecasing
- 2929
- Öffnungopening
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102005015401 A1 [0002, 0003, 0004, 0004, 0005, 0045, 0046] DE 102005015401 A1 [0002, 0003, 0004, 0004, 0005, 0045, 0046]
- DE 4435968 C2 [0007] DE 4435968 C2 [0007]
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