DE102013225835B4 - series spark gap - Google Patents
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Abstract
Reihenfunkenstrecke mit zumindest einer ersten Funkenstrecke (FS1) mit einer ersten Hauptelektrode (FSA1) und einer zweiten Hauptelektrode (FSA2) und einer zweiten Funkenstrecke (FS2) mit einer ersten Hauptelektrode (FSA3) und einer zweiten Hauptelektrode (FSA4), wobei die zweite Hauptelektrode (FSA2) der ersten Funkenstrecke (FS1) mit der ersten Hauptelektrode (FSA3) der zweiten Funkenstrecke (FS2) in Reihe geschaltet ist, wobei jede der Funkenstrecken (FS1, FS2) über eine Zündhilfselektrode (H1, H2) verfügt, wobei die Zündhilfselektroden (H1, H2) über einen Schaltkreis (ZK) miteinander verbunden sind, wobei die erste Hauptelektrode (FSA1) der ersten Funkenstrecke (FS1) und die zweite Hauptelektrode (FSA4) der zweiten Funkenstrecke (FS2) als Anschlüsse (A1, A2) für die Reihenfunkenstrecke zur Verfügung stehen, wobei die Zündhilfselektrode (H1) der ersten Funkenstrecke (FS1) und die Zündhilfselektrode (H2) der zweiten Funkenstrecke (FS2) über einen Schaltkreis (ZK) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der Schaltkreis (ZK) elektrisch isoliert von der zweiten Hauptelektrode (FSA2) der ersten Funkenstrecke (FS1) und der ersten Hauptelektrode (FSA3) der zweiten Funkenstrecke (FS2) ist, und wobei der die Zündhilfselektroden (H1, H2) verbindende Schaltkreis (ZK) einen Gasableiter (GDT1) aufweist.Series spark gap with at least one first spark gap (FS1) with a first main electrode (FSA1) and a second main electrode (FSA2) and a second spark gap (FS2) with a first main electrode (FSA3) and a second main electrode (FSA4), the second main electrode ( FSA2) of the first spark gap (FS1) is connected in series with the first main electrode (FSA3) of the second spark gap (FS2), each of the spark gaps (FS1, FS2) having an auxiliary ignition electrode (H1, H2), the auxiliary ignition electrodes (H1 , H2) are connected to one another via a switching circuit (ZK), the first main electrode (FSA1) of the first spark gap (FS1) and the second main electrode (FSA4) of the second spark gap (FS2) serving as connections (A1, A2) for the series spark gap to Are available, with the auxiliary ignition electrode (H1) of the first spark gap (FS1) and the auxiliary ignition electrode (H2) of the second spark gap (FS2) electrically connected to one another via a circuit (ZK). he are connected, the switching circuit (ZK) being electrically insulated from the second main electrode (FSA2) of the first spark gap (FS1) and the first main electrode (FSA3) of the second spark gap (FS2), and the auxiliary ignition electrodes (H1, H2) connecting circuit (ZK) has a gas discharge tube (GDT1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Reihenfunkenstrecke.The invention relates to a series spark gap.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
In zahlreichen Anwendungen elektrischer Einrichtungen stellen Impulse, insbesondere hochenergetische Impulse, wie sie bei Blitzen auftreten, eine ernst zu nehmende Gefährdung dar.In numerous applications of electrical equipment, impulses, especially high-energy impulses such as those occurring with lightning, represent a serious hazard.
Um diesen Gefahren zu begegnen, werden in zunehmender Zahl Überspannungsschutzgeräte verwendet. Insbesondere für hochenergetische Impulse hat sich die Ableitung mittels Funkenstrecken bewährt. Zwar sind prinzipiell auch Varistoren verwendbar, es hat sich jedoch gezeigt, dass Funkenstrecken gegenüber einer Varistor basierten Lösung eine bessere Absenkung der Restspannung nach dem Zünden der Funkenstrecken auf einen wünschenswert niedrigen Pegel bereitstellen.Overvoltage protection devices are being used in increasing numbers to counteract these dangers. Dissipation by means of spark gaps has proven particularly useful for high-energy impulses. Although varistors can also be used in principle, it has been shown that spark gaps provide a better reduction in the residual voltage after the spark gaps have been triggered to a desirable low level compared to a varistor-based solution.
Sobald eine Funkenstrecke gezündet hat, wird eine leitfähige Verbindung über die Lichtbogenstrecke hergestellt und der Impuls hierüber abgeleitet. Zur Zündung stehen verschiedene Mechanismen zur Verfügung. Beispielsweise kann durch einen gezielten Einsatz eines Hochspanungsimpulses ein Durchschlag zwischen den Elektroden einer Funkenstrecke herbeigeführt werden. Allerdings ist die Bereitstellung eines solchen gezielten Hochspannungsimpulses nur mit aufwändiger Beschaltung möglich.As soon as a spark gap has ignited, a conductive connection is established across the arc gap and the impulse is discharged here. Various mechanisms are available for ignition. For example, a breakdown between the electrodes of a spark gap can be brought about by the targeted use of a high-voltage pulse. However, the provision of such a targeted high-voltage pulse is only possible with complex wiring.
Eine kostengünstigere Alternative ist mittels Hilfselektroden möglich, wie sie beispielsweise in der
Insbesondere an leistungsstarken (Gleichspannungs- als auch Wechselspannungs-) Netzen muss eine der zu schaltenden Leistung entsprechende Folgestromlöschfähigkeit bereitgestellt werden.A follow current quenching capability corresponding to the power to be switched must be provided, particularly in high-power (DC and AC) networks.
Um diese Folgestromlöschfähigkeit in Systemen mit hohen Nennspannungen, d.h. Spannungen über 230 bzw. über 400 V bereitzustellen, werden aus Kostengründen üblicherweise Reihenschaltungen eingesetzt. Die Spannung über der Reihenschaltung aus Funkenstrecken teilt sich somit auf zwei oder mehr Funkenstrecken auf. In
Bei den bekannten Varianten von Reihenschaltung von Funkenstrecken kann bedingt durch die unabhängigen Zündkreise nicht sichergestellt werden, dass beide Funkenstrecken gleichzeitig zünden. Dies ist beispielsweis in
D.h. durch eine serielle Zündung der Funkenstrecken bleibt die Restspannung länger auf einem hohen Pegel, was unerwünscht ist. Darüber hinaus wird bei einer verzögerten Zündung eines weiteren Zündkreises dieser länger und somit stärker belastet. Somit muss der Zündkreis für eine höhere Belastung ausgelegt werden, um eine zeitverzögerte Zündung bereitzustellen, was wiederum zu höheren Kosten führt. Wird der Zündkreis nicht entsprechend für eine höhere Belastung ausgelegt, droht wiederum Gefahr.I.e. by igniting the spark gaps in series, the residual voltage remains at a high level for longer, which is undesirable. In addition, with a delayed ignition of a further ignition circuit, this becomes longer and is therefore more heavily loaded. Thus, the ignition circuit must be designed for a higher load in order to provide a time-delayed ignition, which in turn leads to higher costs. If the ignition circuit is not designed for a higher load, there is a risk.
Aus dem US-Patent
Weiterhin ist aus dem vorangemeldeten aber nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Anordnung zur Verfügung zu stellen, die zum einen kostengünstig und zum anderen eine schnelle und sichere Absenkung der Restspannung zur Verfügung stellt.The invention is based on the object of providing an improved arrangement which, on the one hand, is cost-effective and, on the other hand, allows the residual voltage to be reduced quickly and reliably.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claim. Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing based on preferred embodiments.
Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Funkenstrecke mit Hilfselektrode aus dem Stand der Technik zum Einsatz in Ausführungsformen der Erfindung, -
2 eine schematische Darstellung einer Reihenschaltung von zwei Funkenstrecken mit Hilfselektrode gemäß Stand der Technik -
3 ein Diagramm, das den Zusammenhang von Strom und Spannung bei der Reihenschaltung aus2 aufzeigt, -
4 eine schematische Darstellung einer Reihenschaltung von zwei Funkenstrecken mit Hilfselektrode gemäß Ausführungsformen der Erfindung, und -
5 ein Diagramm, das den Zusammenhang von Strom und Spannung bei der Reihenschaltung aus4 aufzeigt.
-
1 a schematic representation of a spark gap with an auxiliary electrode from the prior art for use in embodiments of the invention, -
2 a schematic representation of a series connection of two spark gaps with auxiliary electrode according to the prior art -
3 a diagram showing the relationship between current and voltage in aseries connection 2 shows -
4 a schematic representation of a series connection of two spark gaps with an auxiliary electrode according to embodiments of the invention, and -
5 a diagram showing the relationship between current and voltage in a series connection4 shows.
Die Reihenfunkenstrecke weist zumindest eine erste Funkenstrecke FS1 mit einer ersten Hauptelektrode FSA1 und einer zweiten Hauptelektrode FSA2 auf. Weiterhin weist die Reihenfunkenstrecke zumindest eine zweite Funkenstrecke FS2 ebenfalls mit einer ersten Hauptelektrode FSA3 und einer zweiten Hauptelektrode FSA4 auf. Ohne weiteres können auch noch weitere Funkenstrecken in der Reihenschaltung vorgesehen sein.The series spark gap has at least one first spark gap FS 1 with a first main electrode FSA 1 and a second main electrode FSA 2 . Furthermore, the series spark gap has at least one second spark gap FS 2 , likewise with a first main electrode FSA 3 and a second main electrode FSA 4 . Further spark gaps can also be provided in the series circuit without further ado.
Die zweite Hauptelektrode FSA2 der ersten Funkenstrecke FS1 ist mit der ersten Hauptelektrode FSA3 der zweiten Funkenstrecke FS2 in Reihe geschaltet.The second main electrode FSA 2 of the first spark gap FS 1 is connected in series with the first main electrode FSA 3 of the second spark gap FS 2 .
Jede der Funkenstrecken FS1, FS2 verfügt über zumindest eine Zündhilfselektrode H1, H2. Die Zündhilfselektroden H1, H2 sind über einen Schaltkreis ZK miteinander verbunden, wobei die erste Hauptelektrode FSA1 der ersten Funkenstrecke FS1 und die zweite Hauptelektrode FSA4 der zweiten Funkenstrecke FS2 als Anschlüsse A1, A2 für die Reihenfunkenstrecke zur Verfügung stehen.Each of the spark gaps FS 1 , FS 2 has at least one auxiliary ignition electrode H 1 , H 2 . The auxiliary ignition electrodes H 1 , H 2 are connected to one another via a circuit ZK, with the first main electrode FSA 1 of the first spark gap FS 1 and the second main electrode FSA 4 of the second spark gap FS 2 being available as terminals A 1 , A 2 for the series spark gap .
D.h. die in Reihe geschalteten Funkenstrecken FS1, FS2 werden mit einer gemeinsamen Zündkreisbeschaltung ZK versehen. Durch die Anordnung wird sichergestellt, dass die Funkenstrecken zeitgleich schalten.This means that the spark gaps FS 1 , FS 2 connected in series are provided with a common ignition circuit circuit ZK. The arrangement ensures that the spark gaps switch at the same time.
Dies ist beispielsweise in
D.h. mittels der vorgestellten Reihenschaltung wird eine verbesserte Anordnung zur Verfügung gestellt, die zum einen kostengünstig und zum anderen eine schnelle und sichere Absenkung der Restspannung zur Verfügung stellt.This means that an improved arrangement is made available by means of the series connection presented, which on the one hand is cost-effective and on the other hand provides a quick and safe reduction in the residual voltage.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden für die Erfindung Funkenstrecken mit Hilfselektroden, wie in
Natürlich können auch andere Funkenstrecken mit anderen Hilfselektroden alternativ eingesetzt werden.Of course, other spark gaps with other auxiliary electrodes can also be used as an alternative.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Schaltkreis ZK einen Gasableiter GDT1 auf. D.h. auch hier kann das vorteilhafte Schaltverhalten von Gasableitern für den Zündkreis sinnvoll verwendet werden. Der Gasableiter GDT1 stellt die Isolation im Normalzustand her. Die Zündspannung des Gasableiters GDT1 liegt in einer vorteilhaften Ausgestaltung unterhalb der Zündspannung der Funkenstrecken, d.h. der Gasableiter GDT1 zündet sinnvollerweise vor der Hauptfunkenstrecke.In one embodiment of the invention, the circuit ZK has a gas discharge tube GDT 1 . This means that the advantageous switching behavior of gas discharge tubes can be used sensibly for the ignition circuit here as well. The gas arrester GDT 1 provides the insulation in the normal state. In an advantageous embodiment, the ignition voltage of the gas arrester GDT 1 lies below the ignition voltage of the spark gaps, ie the gas arrester GDT 1 sensibly ignites before the main spark gap.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schaltkreis ZK einen Varistor VAR1 aufweist. D.h. auch hier kann das vorteilhafte Schaltverhalten von Varistoren für den Zündkreis sinnvoll verwendet werden.In yet another embodiment of the invention, the circuit ZK has a varistor VAR 1 . This means that the advantageous switching behavior of varistors for the ignition circuit can also be used in a sensible manner here.
Natürlich kann der Schaltkreis ZK auch weitere Bauteile aufweisen, es hat sich jedoch gezeigt, dass das Schaltverhalten besonders günstig ist, wenn der Schaltkreis ZK sowohl einen Varistor VAR1 als auch eine Gasableiter GDT1 aufweist.Of course, the circuit ZK can also have other components, but it has been shown that the switching behavior is particularly favorable if the circuit ZK has both a varistor VAR 1 and a gas discharge tube GDT 1 .
Bei einem Ableitereignis zündet zunächst der Gasableiter GDT1 im Schaltkreis ZK. Der sich einstellende Strom fließt über beide Hilfselektroden H1 und H2. Erst wenn die Ionisation beider Funkenstrecken FS1 und FS2 im Wesentlichen abgeschlossen ist kommutiert der Strom auf die Funkenstrecke FSA1 und FSA2 bzw. FSA3 und FSA4 als Hauptableitpfad. Die Belastung (Stromintegral) des Schaltkreis ZK entspricht dem einer Einzelfunkenstrecke gleichen Bautyps, d.h. es muss nur eine geringere Belastung berücksichtigt werden, da es nicht zu einem verspäteten Zünden kommt.In the event of a discharge event, the gas discharge tube GDT 1 in the ZK circuit ignites first. The current that is established flows via both auxiliary electrodes H 1 and H 2 . Only when the ionization of both spark gaps FS 1 and FS 2 is essentially complete does the current commutate to spark gaps FSA 1 and FSA 2 or FSA 3 and FSA 4 as the main discharge path. The load (current integral) of the circuit ZK corresponds to that of a single spark gap of the same type, ie only a lower load has to be taken into account since delayed ignition does not occur.
In der vorgestellten Schaltungsvariante sind die beiden Funkenstrecken FS1 und FS2 über eine „isolierte“ Elektrode verbunden. D.h. die Verbindung der beiden Funkenstrecken zwischen FSA2 und FSA3 ist Potenzial ungebunden. Hierdurch wird das gemeinsame Zünden sichergestellt.In the circuit variant presented, the two spark gaps FS 1 and FS 2 are connected via an "insulated" electrode. Ie the connection of the two spark gaps between FSA 2 and FSA 3 is potential free. This ensures joint ignition.
D.h. bei einem Ableitereignis zündet zunächst der Gasableiter GDT1 im Schaltkreis ZK. Der sich einstellende Strom fließt über beide Hilfselektroden H1 und H2. Erst wenn die Ionisation beider Funkenstrecken FS1 und FS2 im Wesentlichen abgeschlossen ist, kommutiert der Strom auf die Funkenstrecke FSA1 und FSA2 bzw. FSA3 und FSA4 als Hauptableitpfad.In other words, in the event of a discharge event, the gas discharge tube GDT 1 in the ZK circuit ignites first. The current that is established flows via both auxiliary electrodes H 1 and H 2 . Only when the ionization of both spark gaps FS 1 and FS 2 is essentially complete does the current commutate to spark gaps FSA 1 and FSA 2 or FSA 3 and FSA 4 as the main discharge path.
In einer besonders kostengünstigen Variante sind die für die Reihenfunkenstrecke verwendeten einzelnen Funkenstrecken FS1 und FS2 im Wesentlichen baugleich.In a particularly inexpensive variant, the individual spark gaps FS 1 and FS 2 used for the series spark gap are essentially identical in construction.
Mittels der vorgestellten Erfindung ist es somit möglich eine Zündverzugszeit kleiner oder gleich der Zündverzugszeit einer einzelnen Funkenstrecke zu erzielen. Die Restspannung wird dabei frühzeitig stark minimiert, d.h. stärker als bei einer normalen Reihenschaltung von Funkenstrecken.By means of the presented invention, it is thus possible to achieve an ignition delay time that is less than or equal to the ignition delay time of an individual spark gap. The residual voltage is greatly minimized at an early stage, i.e. more than with a normal series connection of spark gaps.
Ohne weiteres kann die Reihenschaltung auch in einem gemeinsamen Gehäuse G, wie in
BezugszeichenlisteReference List
- FS1, FS2FS1, FS2
- Funkenstreckespark gap
- FSA1, FSA2, FSA3, FSA4FSA1, FSA2, FSA3, FSA4
- Hauptelektrodemain electrode
- H1, H2H1, H2
- Zündhilfselektrodeauxiliary ignition electrode
- ZKCC
- Schaltkreiscircuit
- A1, A2A1, A2
- Anschlüsseconnections
- GDT1, GDT2GDT1, GDT2
- Gasableitergas arrestor
- VAR1, VAR2VAR1, VAR2
- Varistorvaristor
- GG
- GehäuseHousing
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