DE102014201752A1 - Overvoltage protection with a spark gap - Google Patents

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Michael Hofstetter
Dennie Lange
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    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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    • H01T1/20Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T2/00Spark gaps comprising auxiliary triggering means

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke (9) und mit einem Laser (210) zum Zünden der Funkenstrecke. Der Laser (210) ist mit einem Eingang (226) eines optischen Streckelements (218) verbunden ist, welches zum zeitlichen Strecken der von dem Laser erzeugten Laserpulse (310) dient. Der Ausgang (230) des Streckelements (218) ist mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser (15‘), insbesondere mit einem Ende eines Lichtwellenleiters (15‘), verbunden. Ein zweites Ende der Übertragungsfaser (15‘) ist mit einem Eingang (234) eines optischen Kompressorelements (238) verbunden, welches zum zeitlichen Stauchen der Laserpulse (410) dient, und ein Ausgang (242) des Kompressorelements (238) ist mit der Funkenstrecke (9) verbunden.The invention relates to an overvoltage protection with a spark gap (9) and with a laser (210) for igniting the spark gap. The laser (210) is connected to an input (226) of an optical stretching element (218), which serves for the temporal stretching of the laser pulses (310) generated by the laser. The output (230) of the stretching element (218) is connected to one end of an optical transmission fiber (15 '), in particular to one end of an optical waveguide (15'). A second end of the transmission fiber (15 ') is connected to an input (234) of a compressor optical element (238) which serves to compress the laser pulses (410) in time, and an output (242) of the compressor element (238) is connected to the spark gap (9) connected.

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke und mit einem Laser zum Zünden der Funkenstrecke. The invention relates to an overvoltage protection with a spark gap and with a laser for igniting the spark gap.

Ein derartiger Überspannungsschutz ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 002 582 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Überspannungsschutz ist eine Funkenstrecke auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform angeordnet, wobei sich diese Plattform auf einem Hochspannungspotential befindet. Zum Zünden der Funkenstrecke wird ein Laserpuls mittels eines Lichtwellenleiters zu der Funkenstrecke geführt. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass die hochenergetischen Laserpulse (welche zum Zünden der Funkenstrecke notwendig sind) durch die hohe lokale Intensität den Lichtwellenleiter beschädigen können. Um eine derartige Beschädigung des Lichtwellenleiters zu vermeiden, muss bei dem bekannten Überspannungsschutz ein energetisch hoch belastbarer und damit teurer Lichtwellenleiter eingesetzt werden. Such overvoltage protection is known from the published patent application DE 10 2004 002 582 A1 known. In this known overvoltage protection, a spark gap is arranged on an electrically insulated platform, wherein this platform is at a high voltage potential. To ignite the spark gap, a laser pulse is guided by means of an optical waveguide to the spark gap. Here, however, there is the problem that the high-energy laser pulses (which are necessary for igniting the spark gap) can damage the optical waveguide due to the high local intensity. In order to avoid such damage to the optical waveguide, an energetically highly resilient and therefore expensive optical waveguide must be used in the known overvoltage protection.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsschutz der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke anzugeben, welche kostengünstig realisiert werden können. The invention has for its object to provide a surge protector of the type mentioned above and a method for igniting a spark gap, which can be realized inexpensively.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Überspannungsschutz nach dem Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Überspannungsschutzes und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. This object is achieved by an overvoltage protection according to claim 1 and by a method according to claim 10. Advantageous embodiments of the overvoltage protection and the method are specified in the dependent claims.

Offenbart wird ein Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke (die einander gegenüberliegende Elektroden aufweist) und mit einem Laser zum Zünden der Funkenstrecke, wobei der Laser mit einem Eingang eines optischen Streckelements verbunden ist, welches zum zeitlichen Strecken der von dem Laser erzeugten Laserpulse dient, der Ausgang des Streckelements mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser, insbesondere mit einem Ende eines Lichtwellenleiters, verbunden ist, ein zweites Ende der Übertragungsfaser mit einem Eingang eines optischen Kompressorelements verbunden ist, welches zum zeitlichen Stauchen der Laserpulse dient, und der Ausgang des Kompressorelements (optisch) mit der Funkenstrecke verbunden ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die optische Übertragungsfaser nur die zeitlich gestreckten Laserpulse zu übertragen braucht. Auf diese Weise verringert sich (gegenüber einer Übertragung von zeitlich nicht gestreckten Laserpulsen) die maximal auftretende lokale Energiedichte in der optischen Übertragungsfaser deutlich. Dadurch werden Schäden der optischen Übertragungsfaser vermieden bzw. die Lebensdauer der Übertragungsdauer wird verlängert. Weiterhin ist vorteilhaft, dass an dem zweiten Ende der Übertragungsfaser das optische Kompressorelement angeordnet ist, welches die Laserpulse zeitlich staucht. Damit liegen am Ausgang des Kompressorelements Laserpulse vor, welche wieder eine größere maximale Energiedichte aufweisen. Dadurch kann mit Hilfe dieser Laserpulse die Funkenstrecke sicher gezündet werden. There is disclosed overvoltage protection having a spark gap (having opposing electrodes) and a laser for igniting the spark gap, the laser being connected to an input of an optical stretch element which serves to temporally stretch the laser pulses generated by the laser, the output of the laser Extender is connected to one end of an optical transmission fiber, in particular to one end of an optical waveguide, a second end of the transmission fiber is connected to an input of an optical compressor element, which serves for temporal compression of the laser pulses, and the output of the compressor element (optically) with the Spark gap is connected. It is particularly advantageous that the optical transmission fiber only needs to transmit the time-stretched laser pulses. In this way, the maximum occurring local energy density in the optical transmission fiber is significantly reduced (compared to a transmission of non-stretched laser pulses). As a result, damage to the optical transmission fiber is avoided or the service life of the transmission period is extended. Furthermore, it is advantageous that at the second end of the transmission fiber, the optical compressor element is arranged, which upsets the laser pulses in time. Thus, laser pulses are present at the output of the compressor element, which again have a greater maximum energy density. As a result, the spark gap can be reliably ignited with the aid of these laser pulses.

Der Überspannungsschutz kann so ausgestaltet sein, dass der (optische) Ausgang des Kompressorelements in Richtung mindestens einer Elektrode der Funkenstrecke oder in Richtung des Zwischenraumes zwischen zwei Elektroden der Funkenstrecke gerichtet ist. Durch eine derartige Ausrichtung des Kompressorelements kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass mittels der gestauchten Laserpulse die Funkenstrecke sicher und zuverlässig gezündet werden kann. The overvoltage protection can be designed such that the (optical) output of the compressor element is directed in the direction of at least one electrode of the spark gap or in the direction of the gap between two electrodes of the spark gap. By such an orientation of the compressor element can be advantageously ensured that the spark gap can be ignited safely and reliably by means of the compressed laser pulses.

Der Überspannungsschutz kann so realisiert sein, dass der Laser ein Pulslaser, insbesondere ein Femtosekundenlaser, ist. Mittels des Pulslasers, insbesondere mittels des Femtosekundenlasers, können sehr kurze Laserpulse erzeugt werden, so dass das zeitliche Strecken der Laserpulse und das darauffolgende zeitliche Stauchen der Laserpulse wirkungsvoll angewendet werden kann. The overvoltage protection can be realized in such a way that the laser is a pulse laser, in particular a femtosecond laser. By means of the pulse laser, in particular by means of the femtosecond laser, very short laser pulses can be generated, so that the temporal stretching of the laser pulses and the subsequent temporal compression of the laser pulses can be effectively applied.

Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Übertragungsfaser frei von laseraktiven Medien ist. Dadurch kann eine einfache und kostengünstige Übertragungsfaser, insbesondere ein einfacher und kostengünstiger Lichtwellenleiter, verwendet werden. The overvoltage protection can also be realized in such a way that the transmission fiber is free from laser-active media. As a result, a simple and inexpensive transmission fiber, in particular a simple and inexpensive optical waveguide, can be used.

Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Funkenstrecke und das Kompressorelement auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform angeordnet sind, die sich auf einem (elektrischen) Hochspannungspotential befindet (und die zum Tragen von mindestens einem elektrischen Bauteil vorgesehen ist, das vor Überspannung zu schützen ist), und der Laser mit Erdpotential verbunden ist. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass der sich auf Erdpotential befindende Laser einfach und kostengünstig mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Beispielsweise kann dieser Laser an ein herkömmliches Wechselstrom-Energieversorgungsnetz angeschlossen sein und auf diese Art und Weise mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Laserpulse werden dann über die Übertragungsfaser, insbesondere den Lichtwellenleiter, zu der Plattform übertragen. Aufgrund der durch die Übertragungsfaser/den Lichtwellenleiter realisierten galvanischen Trennung tritt dabei keine unerwünschte Beeinflussung zwischen dem mit Erdpotential verbundenen Laser und der mit Hochspannungspotential verbundenen Plattform auf. The overvoltage protection can also be implemented such that the spark gap and the compressor element are arranged on an electrically isolated platform which is at a (high) electrical potential (and which is intended to carry at least one electrical component to protect against overvoltage is), and the laser is connected to ground potential. It is particularly advantageous that the located at ground potential laser can be easily and inexpensively supplied with electrical energy. For example, this laser can be connected to a conventional AC power supply network and be supplied in this way with electrical energy. The laser pulses are then transmitted to the platform via the transmission fiber, in particular the optical fiber. Due to the galvanic isolation realized by the transmission fiber / optical waveguides, there is no undesirable influence between the laser connected to earth potential and the platform connected to high voltage potential.

Der Überspannungsschutz kann auch so ausgebildet sein, dass das Streckelement außerhalb der Plattform angeordnet ist und die Übertragungsfaser das Streckelement mit der Plattform, insbesondere mit dem Kompressorelement, verbindet. Hier wird mittels der Übertragungsfaser eine galvanische Trennung zwischen dem außerhalb der Plattform angeordneten Streckelement und der Plattform realisiert. The overvoltage protection can also be designed such that the stretching element is arranged outside the platform and the transmission fiber connects the stretching element to the platform, in particular to the compressor element. Here, by means of the transmission fiber, a galvanic separation is realized between the stretching element arranged outside the platform and the platform.

Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke eine Optik zum Fokussieren der gestauchten Laserpulse angeordnet ist. Mittels dieser Optik können die Laserpulse/die Laserstrahlung auf die Funkenstrecke fokussiert werden, so dass die Funkenstrecke noch sicherer und zuverlässiger gezündet werden kann. The overvoltage protection can also be realized in such a way that optics for focusing the compressed laser pulses are arranged between the compressor element and the spark gap. By means of this optics, the laser pulses / the laser radiation can be focused on the spark gap, so that the spark gap can be ignited even safer and more reliable.

Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass das Kompressorelement starr (d.h. insbesondere unbeweglich) an die Funkenstrecke angekoppelt ist. Diese starre Kopplung zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke hat den Vorteil, dass auch im rauen Alltagsbetrieb (bei dem beispielsweise Vibrationen oder Erschütterungen auftreten können) die Laserstrahlung/die Laserpulse stets sicher in die Funkenstrecke eingekoppelt werden. Durch die starre Kopplung zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke wird weiterhin sichergestellt, dass die Laserstrahlung immer im selben Winkel in den Raum zwischen den Elektroden der Funkenstrecke eintritt bzw. die Elektroden trifft. Eine derartige starre bzw. unbewegliche Kopplung zwischen Kompressorelement und Funkenstrecke kann auch als eine „quasi-monolithische“ Kopplung bezeichnet werden. The overvoltage protection may also be implemented such that the compressor element is rigidly coupled (i.e., in particular immovable) to the spark gap. This rigid coupling between the compressor element and the spark gap has the advantage that even in harsh everyday operation (in which, for example, vibration or vibration can occur), the laser radiation / laser pulses are always safely coupled into the spark gap. The rigid coupling between the compressor element and the spark gap furthermore ensures that the laser radiation always enters the space between the electrodes of the spark gap at the same angle or strikes the electrodes. Such a rigid coupling between the compressor element and the spark gap may also be referred to as a "quasi-monolithic" coupling.

Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Funkenstrecke Teil eines Zündkreises zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke ist. Dadurch ist es mit Vorteil möglich, mittels des Laser zunächst eine Funkenstrecke kleiner Leistung zu zünden, woraufhin diese Funkenstrecke dann zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke größerer Leistung verwendet wird. The overvoltage protection can also be realized in such a way that the spark gap is part of an ignition circuit for igniting a main spark gap. As a result, it is advantageously possible to first ignite a spark gap of low power by means of the laser, whereupon this spark gap is then used to ignite a main spark gap of greater power.

Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke (die einander gegenüberliegende Elektroden aufweist) mittels eines Lasers, wobei bei dem Verfahren die von einem Laser erzeugten Laserpulse zeitlich gestreckt werden, die zeitlich gestreckten Laserpulse mittels einer optischen Übertragungsfaser, insbesondere mittels eines optischen Lichtwellenleiters, übertragen werden, nach der Übertragung die zeitlich gestreckten Laserpulse zeitlich gestaucht werden, und die zeitlich gestauchten Laserpulse in die Funkenstrecke eingekoppelt werden. Disclosed is still a method for igniting a spark gap (having opposing electrodes) by means of a laser, wherein in the method, the laser pulses generated by a laser pulses are temporally stretched, the time-stretched laser pulses by means of an optical transmission fiber, in particular by means of an optical waveguide transmitted be after the transmission, the time-stretched laser pulses are compressed in time, and the time-compressed laser pulses are coupled into the spark gap.

Dieses Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass die zeitlich gestreckten Laserpulse mittels der optischen Übertragungsfaser zu einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform übertragen werden, die sich auf einem Hochspannungspotential befindet (und die zum Tragen von mindestens einem elektrischen Bauteil vorgesehen ist, das vor Überspannung zu schützen ist). This method may be configured to transmit the time-extended laser pulses by means of the optical transmission fiber to an electrically isolated platform that is at a high voltage potential (and provided for supporting at least one electrical component to be protected from overvoltage ).

Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass die Funkenstrecke und das Kompressorelement auf der Plattform angeordnet sind, und der Laser mit Erdpotential verbunden ist. The method can also be configured such that the spark gap and the compressor element are arranged on the platform, and the laser is connected to ground potential.

Diese Verfahrensvarianten weisen gleichartige Vorteile auf, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Überspannungsschutz angegeben sind. These variants of the method have similar advantages as stated above in connection with the overvoltage protection.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert: Dazu ist in The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments

1 ein Überspannungsschutz nach dem Stand der Technik, in 1 a surge protector according to the prior art, in

2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes und Verfahrens, in 2 an embodiment of the overvoltage protection according to the invention and method, in

3 ein beispielhafter Laserpuls, in 3 an exemplary laser pulse, in

4 ein beispielhafter gestreckter Laserpuls und in 4 an exemplary elongated laser pulse and in

5 ein beispielhafter gestreckter und wieder gestauchter Laserpuls
dargestellt.
5 an exemplary stretched and re-compressed laser pulse
shown.

In 1 ist der aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 002 582 A1 bekannte Überspannungsschutz 1 dargestellt. Dieser Überspannungsschutz 1 weist eine Hauptfunkenstrecke 2 mit zwei Hauptelektroden 3 auf. Der Überspannungsschutz 1 ist auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform 4 angeordnet, die über säulenförmige (figürlich nicht dargestellte) Isolatoren an einer sich auf Erdpotential befindenden Umgebung abgestützt ist. Die untere Hauptelektrode 3 ist elektrisch mit dem Potential der Plattform 4 verbunden, beispielsweise mit einem Hochspannungspotential der Plattform 4. Die obere Hauptelektrode 3 befindet sich auf einem anderen elektrischen Potential, beispielsweise auf einem Hochspannungspotential eines Hochspannungsdrehstromnetzes. Zwischen den Hauptelektroden 3 kann eine Spannung in der Größenordnung von beispielsweise einigen Hundert kV anliegen, zum Beispiel 160 kV. In 1 is from the published patent application DE 10 2004 002 582 A1 well-known surge protection 1 shown. This surge protection 1 has a main spark gap 2 with two main electrodes 3 on. The surge protection 1 is on an electrically isolated platform 4 arranged, which is supported by columnar (not shown in the figure) insulators on a ground potential environment. The lower main electrode 3 is electric with the potential of the platform 4 connected, for example, with a high voltage potential of the platform 4 , The upper main electrode 3 is at a different electrical potential, for example at a high voltage potential of a high voltage three-phase system. Between the main electrodes 3 For example, a voltage of the order of a few hundred kV, for example 160 kV, may be present.

Parallel zu der Hauptfunkenstrecke 2 sind diejenigen elektrischen bzw. elektronischen Bauteile geschaltet, welche mittels der Hauptfunkenstrecke 2 vor Überspannung geschützt werden sollen. Bei diesen Bauteilen kann es sich beispielsweise um Kondensatoren handeln. (Diese zu schützenden Bauteile sind in den Figuren nicht dargestellt.) Parallel to the main spark gap 2 those electrical or electronic components are connected, which by means of the main spark gap 2 to be protected against overvoltage. at these components may be, for example, capacitors. (These components to be protected are not shown in the figures.)

Zum Zünden der Hauptfunkenstrecke 2 ist ein Zündkreis 5 mit einer Zündelektrode 6 vorgesehen, wobei der Zündkreis 5 einen kapazitiven Spannungsteiler mit einem ersten Kondensator 7 und einem zweiten Kondensator 8 (Zündkondensator 8) aufweist. Der zweite Kondensator 8 ist durch einen Parallelzweig überbrückbar. In dem Parallelzweig ist eine Funkenstrecke 9 (Auslösefunkenstrecke 9) und in Reihenschaltung zu dieser ein ohmscher Widerstand 10 angeordnet. Zum Zünden der Auslösefunkenstrecke 9 ist ein Faserlaser 17 vorgesehen, dessen Laserpulse mittels eines Lichtwellenleiters 15 zu der Auslösefunkenstrecke 9 übertragen werden. To ignite the main spark gap 2 is an ignition circuit 5 with a ignition electrode 6 provided, the ignition circuit 5 a capacitive voltage divider with a first capacitor 7 and a second capacitor 8th (ignition capacitor 8th ) having. The second capacitor 8th can be bridged by a parallel branch. In the parallel branch is a spark gap 9 (Tripping spark gap 9 ) and in series with this an ohmic resistance 10 arranged. To ignite the tripping spark gap 9 is a fiber laser 17 provided, the laser pulses by means of an optical waveguide 15 to the tripping spark gap 9 be transmitted.

Auf Erdpotential sind ein Schutzgerät 13 und ein Pumplaser 14 angeordnet. Der Pumplaser 14 dient zum Pumpen des Faserlasers 17. Das Schutzgerät (Schutztechnikgerät) 13 ist mit figürlich nicht dargestellten Messgebern/Sensoren, wie z. B. Spannungsmessern, verbunden, so dass Messwerte der an dem zu überwachenden Bauteil abfallenden Spannung dem Schutzgerät 13 zuführbar sind und Überspannungen von dem Schutzgerät 13 erkannt werden können. At ground potential are a protection device 13 and a pump laser 14 arranged. The pump laser 14 serves to pump the fiber laser 17 , The protection device (protective device) 13 is with figuratively not shown sensors / sensors, such. As voltage meters connected, so that measured values of the voltage drop across the component to be monitored the protection device 13 can be supplied and overvoltages of the protective device 13 can be recognized.

Die Laserpulse des Faserlasers 17 werden Zündlicht genannt. Die Laserpulse werden über den Lichtwellenleiter 15 zur Auslösefunkenstrecke 9 geführt. Diese Laserpulse sind so intensiv, dass ein optischer Durchbruch in der Auslösefunkenstrecke 9 erzeugt wird und damit die Auslösefunkenstrecke 9 gezündet wird. Um Beschädigungen des Lichtwellenleiters 15 durch diese intensiven und energiereichen Laserpulse zu vermeiden, muss der Lichtwellenleiter 15 entsprechend robust und energiebeständig ausgeführt sein, wodurch der Lichtwellenleiter 15 kostenintensiv ist. The laser pulses of the fiber laser 17 are called ignition light. The laser pulses are transmitted via the optical waveguide 15 to the tripping spark gap 9 guided. These laser pulses are so intense that an optical breakthrough in the tripping spark gap 9 is generated and thus the tripping spark gap 9 is ignited. To damage the optical fiber 15 To avoid these intense and high-energy laser pulses, the optical fiber must 15 be carried out according to robust and energy-resistant, whereby the optical waveguide 15 is expensive.

In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes 200 dargestellt. Dieser Überspannungsschutz 200 weist in Übereinstimmung mit 1 eine Hauptfunkenstrecke 2, eine obere und eine untere Hauptelektrode 3, eine Plattform 4 (Hochspannungsplattform 4), einen Zündkreis 5, eine Zündelektrode 6, einen ersten Kondensator 7, einen zweiten Kondensator 8, eine Funkenstrecke 9 (Auslösefunkenstrecke 9), einen ohmschen Widerstand 10 und ein Schutzgerät 13 auf. Weiterhin weist der Überspannungsschutz 200 einen Laser 210 auf, der einschließlich der (nicht einzeln dargestellten) Pumpquelle auf Erdpotential 260 angeordnet ist. Der Laser 210 ist im Ausführungsbeispiel ein Pulslaser, insbesondere ein Femtosekundenlaser (das ist ein Laser, der Laserpulse aussendet, deren Dauer im Femtosekunden-Bereich liegen). Der Laser 210 ist mit Erdpotential 260 verbunden und befindet sich außerhalb der Plattform 4. Die Pumpquelle des Lasers 210 kann als eine herkömmliche Pumpquelle ausgestaltet sein, welche z. B. mittels Laserdioden Pumplicht erzeugt. In 2 is an embodiment of the overvoltage protection according to the invention 200 shown. This surge protection 200 indicates in accordance with 1 a main spark gap 2 , an upper and a lower main electrode 3 , a platform 4 (High voltage platform 4 ), an ignition circuit 5 , an ignition electrode 6 , a first capacitor 7 , a second capacitor 8th , a spark gap 9 (Tripping spark gap 9 ), an ohmic resistance 10 and a protective device 13 on. Furthermore, the surge protection 200 a laser 210 including the (not shown) pump source at ground potential 260 is arranged. The laser 210 in the exemplary embodiment is a pulse laser, in particular a femtosecond laser (this is a laser that emits laser pulses whose duration is in the femtosecond range). The laser 210 is at earth potential 260 connected and located outside the platform 4 , The pump source of the laser 210 can be configured as a conventional pump source, which z. B. generated by laser diodes pump light.

Im Unterschied zu dem Überspannungsschutz nach der 1 werden die von dem Laser 210 erzeugten Laserpulse mittels eines optischen Streckelements 218 zeitlich gestreckt. Dazu ist ein Ausgang 222 der Lasers 210 mit einem Eingang 226 des Streckelements 218 optisch verbunden. Ein Ausgang 230 des Streckelements 218 ist mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser 15‘ verbunden. Ein zweites Ende der optischen Übertragungsfaser 15‘ ist mit einem Eingang 234 eines optischen Kompressorelements 238 verbunden. Mittels dieses Kompressorelements 238 werden die gestreckten Laserpulse zeitlich gestaucht, so dass die Laserpulse (im Idealfall) wieder ihre ursprüngliche Form erhalten. Ein Ausgang 242 des Kompressorelements 238 ist mit der Funkenstrecke 9 verbunden, insbesondere ist der Ausgang 242 des Kompressorelements 238 an die Funkenstrecke 9 optisch angekoppelt. Das Kompressorelement 238 ist unmittelbar an der Funkenstrecke 9 angeordnet, so dass die das Kompressorelement 238 verlassenden gestauchten Laserpulse unmittelbar die Funkenstrecke 9 erreichen. In contrast to the surge protection after the 1 Be the ones from the laser 210 generated laser pulses by means of an optical stretching element 218 stretched in time. This is an exit 222 the laser 210 with an entrance 226 of the stretch element 218 visually connected. An exit 230 of the stretch element 218 is at one end of an optical transmission fiber 15 ' connected. A second end of the optical transmission fiber 15 ' is with an entrance 234 an optical compressor element 238 connected. By means of this compressor element 238 The stretched laser pulses are compressed in time, so that the laser pulses (ideally) get back to their original shape. An exit 242 of the compressor element 238 is with the spark gap 9 connected, in particular is the output 242 of the compressor element 238 to the spark gap 9 optically coupled. The compressor element 238 is directly at the spark gap 9 arranged so that the the compressor element 238 leaving compressed laser pulses directly the spark gap 9 to reach.

Das Kompressorelement 238 ist an die Funkenstrecke 9 angekoppelt. Vorteilhafterweise ist das Kompressorelement 238 starr (d. h. unbeweglich) an die Funkenstrecke 9 angekoppelt, so dass die Laserstrahlung stets unter gleichen Bedingungen (gleicher Einfallswinkel etc.) in die Funkenstrecke einfällt. Das Kompressorelement 238 kann sogar als ein Teil der Funkenstrecke 9 betrachtet werden. Die starre (quasi-monolithische) Befestigung des Kompressorelements 238 an der Funkenstrecke 9 gewährleistet eine weitestgehende Einflussfreiheit von äußeren Störungen (wie z. B. Vibrationen) auf den Ort des Laserfokus in der Funkenstrecke. The compressor element 238 is at the spark gap 9 coupled. Advantageously, the compressor element 238 rigid (ie immovable) to the spark gap 9 coupled, so that the laser radiation always invades under the same conditions (same angle of incidence, etc.) in the spark gap. The compressor element 238 can even be considered part of the spark gap 9 to be viewed as. The rigid (quasi-monolithic) attachment of the compressor element 238 at the spark gap 9 ensures the greatest degree of freedom from external disturbances (such as vibrations) on the location of the laser focus in the spark gap.

Bei der Funkenstrecke 9 handelt es sich um eine gekapselte Funkenstrecke, welche in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Funkenstrecke 9 weist eine erste Elektrode 246 und eine zweite Elektrode 248 auf; die Elektroden 246 und 248 liegen sich gegenüber. Zwischen der ersten Elektrode 246 und der zweiten Elektrode 248 ist ein Lichtbogen zündbar. Das Kompressorelement 238 ist starr mit dem Gehäuse der Funkenstrecke 9 verbunden. Dabei ist der optische Ausgang 242 des Kompressorelements 238 in Richtung der ersten Elektrode 246 und/oder in Richtung der zweiten Elektrode 248 gerichtet; der optische Ausgang 242 des Kompressorelements 238 kann auch in Richtung des Zwischenraumes zwischen den Elektroden 246 und 248 der Funkenstrecke 9 gerichtet sein. Dadurch kann die von dem Kompressorelements 238 ausgestrahlte Laserstrahlung (gestauchte Laserpulse) die Elektroden 246 und/oder 248 erreichen oder in den Zwischenraum zwischen den Elektroden 246 und 248 eintreten. At the spark gap 9 it is an encapsulated spark gap, which is arranged in a housing. The spark gap 9 has a first electrode 246 and a second electrode 248 on; the electrodes 246 and 248 lie opposite each other. Between the first electrode 246 and the second electrode 248 an arc is ignitable. The compressor element 238 is rigid with the housing of the spark gap 9 connected. Here is the optical output 242 of the compressor element 238 in the direction of the first electrode 246 and / or in the direction of the second electrode 248 directed; the optical output 242 of the compressor element 238 may also be in the direction of the gap between the electrodes 246 and 248 the spark gap 9 be directed. As a result, that of the compressor element 238 emitted laser radiation (compressed laser pulses) the electrodes 246 and or 248 reach or into the space between the electrodes 246 and 248 enter.

Der Laser 210 und das Streckelement 218 sind räumlich entfernt von der Plattform 4, dem Kompressorelement 238 und der Funkenstrecke 9 angeordnet. Die räumliche Entfernung wird mittels der Übertragungsfaser 15‘ überbrückt. Die Übertragungsfaser 15‘ ist im Ausführungsbeispiel ein Lichtwellenleiter 15‘. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass der Lichtwellenleiter 15‘ nicht die extrem kurzen Laserpulse des Lasers 210 übertragen muss, welche eine große Energiedichte aufweisen. Vielmehr werden vorteilhafterweise mit dem Lichtwellenleiter 15‘ lediglich die zeitlich gestreckten Laserpulse zu der Plattform übertragen, welche eine vergleichsweise geringere Energiedichte aufweisen. Daher wird der Lichtwellenleiter 15‘ energetisch vergleichsweise weniger belastet, so dass hier ein kostengünstiger Lichtwellenleiter zum Einsatz kommen kann. Der Lichtwellenleiter 15‘ als solcher weist kein laseraktives Medium auf, er ist frei von laseraktiven Medien. Auch deshalb kann hier ein kostengünstiger Lichtwellenleiter eingesetzt werden. The laser 210 and the stretching element 218 are spatially away from the platform 4 , the compressor element 238 and the spark gap 9 arranged. The spatial distance is determined by means of the transmission fiber 15 ' bridged. The transmission fiber 15 ' is an optical waveguide in the embodiment 15 ' , It is particularly advantageous that the optical waveguide 15 ' not the extremely short laser pulses of the laser 210 must transmit, which have a high energy density. Rather, advantageously with the optical waveguide 15 ' only transmit the time-stretched laser pulses to the platform, which have a comparatively lower energy density. Therefore, the optical fiber becomes 15 ' energetically comparatively less burdened, so that here a cost-effective optical fiber can be used. The optical fiber 15 ' as such has no laser active medium, it is free of laser-active media. Also, therefore, a cost-effective optical fiber can be used here.

Bei der Übertragung der gestreckten Laserpulse zu der Plattform 4 gemäß der 2 ist also die lokale Intensität der Laserpulse in dem Lichtwellenleiter 15‘ erheblich reduziert gegenüber der lokalen Intensität im Lichtwellenleiter 15 bei der Übertragung der Laserstrahlung gemäß der 1. Dadurch kann ein kostengünstigerer Lichtwellenleiter verwendet werden und/oder aufgrund des niedrigeren Verschleißes verlängert sich die Lebensdauer der Fasern des Lichtwellenleiters. Der von dem Lichtwellenleiter 15‘ unabhängige Laser 210 und die Ausprägung des Kompressorelements 238 als ein eigenständiges Bauteil am Ende des Lichtwellenleiters 15‘ ermöglicht zudem eine bessere Justierbarkeit und Wartung und erleichtert den Austausch oder die Reparatur des Kompressorelements bzw. des Lasers. In the transmission of the stretched laser pulses to the platform 4 according to the 2 So is the local intensity of the laser pulses in the optical waveguide 15 ' considerably reduced compared to the local intensity in the optical waveguide 15 in the transmission of the laser radiation according to the 1 , As a result, a cheaper optical waveguide can be used and / or due to the lower wear extends the life of the fibers of the optical waveguide. The of the optical fiber 15 ' independent laser 210 and the expression of the compressor element 238 as an independent component at the end of the optical fiber 15 ' also allows better adjustability and maintenance and facilitates the replacement or repair of the compressor element or the laser.

Eine teilweise redundante Ausführung der Komponenten des Überspannungsschutzes ist leicht realisierbar. Beispielsweise könnten aus Sicherheitsgründen zwei redundante Lichtwellenleier 15‘ von dem Streckelement 218 zur Plattform 4 verlegt werden, wobei auf der Plattform 4 nur ein Kompressorelement 238 vorhanden ist. Optional kann der Lichtwellenleiter 15‘ (z. B. mittels eines weiteren Lasers unterschiedlicher Wellenlänge) auf das Vorliegen von Unterbrechungen überwacht werden. Diese Überwachung gestaltet sich besonders einfach, da der Lichtwellenleiter 15‘ frei von laseraktiven Medien ist. A partially redundant design of the components of the overvoltage protection is easy to implement. For safety reasons, for example, two redundant optical waveguides could be used 15 ' from the stretching element 218 to the platform 4 be relocated, taking on the platform 4 only one compressor element 238 is available. Optionally, the optical fiber 15 ' (eg, by means of another laser of different wavelengths) are monitored for the presence of interruptions. This monitoring is particularly easy because the optical fiber 15 ' free of laser-active media.

Optional kann am Kompressorelement 238 eine Optik 252 (die zum Beispiel eine oder mehrere Fokussierlinsen enthält) zum Fokussieren der Laserpulse / Laserstrahlung vorgesehen sein, so dass diese Laserstrahlung noch zielgenauer in die Funkenstrecke 9 eingebracht werden kann. Es kann aber auch auf die Optik verzichtet werden. Ebenfalls optional kann auch die als solches bekannte sogenannte Selbstfokussierung des Lasers genutzt werden. Optionally, on the compressor element 238 an optic 252 (Which contains, for example, one or more focusing lenses) may be provided for focusing the laser pulses / laser radiation, so that this laser radiation is even more accurate in the spark gap 9 can be introduced. But it can also be dispensed with the look. Also optionally also known as such so-called self-focusing of the laser can be used.

Die elektrisch isoliert aufgestellte Plattform 4, die sich auf elektrischem Hochspannungspotential 256 befindet, trägt die Funkenstrecke 9 sowie das Kompressorelement 238. Außerdem trägt diese Plattform 4 das elektrische bzw. elektronische Bauteil bzw. die Bauteile, welche mittels des Überspannungsschutzes vor Überspannung zu schützen sind. Durch das Anordnen des Lasers 210 auf Erdpotential 260 ist es nicht notwendig, eine (aufwendige und teure) elektrische Energieversorgung des Lasers 210 auf dem Hochspannungspotential 256 der Plattform 4 zu realisieren. Auch dies führt zu erheblichen Kostenvorteilen. The electrically isolated platform 4 that rely on electrical high voltage potential 256 is located, carries the spark gap 9 and the compressor element 238 , In addition, this platform carries 4 the electrical or electronic component or components which are to be protected from overvoltage by means of the overvoltage protection. By arranging the laser 210 at ground potential 260 It is not necessary, a (consuming and expensive) electrical power supply of the laser 210 at the high voltage potential 256 the platform 4 to realize. This also leads to significant cost advantages.

Der Überspannungsschutz 200 bzw. das Verfahren zum Zünden der Funkenstrecke 9 funktioniert wie folgt: Sobald das Schutzgerät 13 eine Überspannung an dem zu schützenden Bauteil erkennt, gibt es ein Signal an den Laser 210 ab, woraufhin der Laser 210 kurze Laserpulse mit hoher Energiedichte erzeugt. Ein derartiger kurzer Laserpuls ist schematisch in 3 dargestellt. Diese Laserpulse werden zu dem Streckelement 218 übertragen und in diesem zeitlich gestreckt. Am Ausgang 230 des Streckelements 218 weisen die zeitlich gestreckten Laserpulse dann eine Form auf, die schematisch in 4 dargestellt ist. Diese gestreckten Laserpulse werden dann in den Lichtwellenleiter 15‘ eingespeist und zur Plattform 4 übertragen. Die gestreckten Laserpulse gelangen daraufhin zu dem Kompressorelement 238. Das Kompressorelement 238 staucht die Laserpulse zeitlich, so dass die Laserpulse am Ausgang 242 des Kompressorelements eine Form aufweisen, die schematisch in 5 dargestellt ist. Im Idealfall haben die Laserpulse am Ausgang 242 des Kompressorelements 238 wieder die gleiche Form wie am Eingang 226 des Streckelements 218. Daraufhin können die Laserpulse optional mittels der Optik 252 fokussiert werden. Die Laserpulse werden dann in die Funkenstrecke 9 eingespeist. Aufgrund dieser Laserpulse / Laserstrahlung 255 wird die Funkenstrecke 9 gezündet, d. h. es beginnt ein Lichtbogen zwischen der ersten Elektrode 246 und der zweiten Elektrode 248 der Funkenstrecke zu brennen. The surge protection 200 or the method for igniting the spark gap 9 works as follows: Once the protection device 13 detects an overvoltage on the component to be protected, there is a signal to the laser 210 from whereupon the laser 210 generates short laser pulses with high energy density. Such a short laser pulse is shown schematically in FIG 3 shown. These laser pulses become the stretching element 218 transferred and stretched in this time. At the exit 230 of the stretch element 218 The time-stretched laser pulses then have a shape that is schematically shown in FIG 4 is shown. These stretched laser pulses are then in the optical waveguide 15 ' fed and to the platform 4 transfer. The stretched laser pulses then reach the compressor element 238 , The compressor element 238 upsets the laser pulses in time so that the laser pulses at the output 242 of the compressor element have a shape which is schematically illustrated in FIG 5 is shown. Ideally, the laser pulses are at the output 242 of the compressor element 238 again the same shape as at the entrance 226 of the stretch element 218 , Thereafter, the laser pulses can optionally by means of optics 252 be focused. The laser pulses are then in the spark gap 9 fed. Due to these laser pulses / laser radiation 255 becomes the spark gap 9 ignited, ie an arc begins between the first electrode 246 and the second electrode 248 the spark gap to burn.

Durch diese gezündete Funkenstrecke 9 (d. h. durch den brennenden Lichtbogen) wird der zweite Kondensator 8 des Zündkreises 5 überbrückt. Dadurch wird die Zündelektrode 6 nahezu auf das elektrische Potential der Plattform 4 gebracht. Da der Abstand zwischen der Zündelektrode 6 und der oberen Hauptelektrode 3 geringer ist als der Abstand zwischen den beiden Hauptelektroden 3, beginnt ein Lichtbogen zwischen der oberen Hauptelektrode 3 und der Zündelektrode 6 zu brennen. Aufgrund dieses Lichtbogens wird der erste Kondensator 7 überbrückt, wodurch sich der zweite Kondensator 8 wieder aufladen kann. Sobald der zweite Kondensator 8 eine ausreichend hohe Kondensatorspannung aufweist, beginnt ein Lichtbogen zwischen der Zündelektrode 6 und der unteren Hauptelektrode 3 zu brennen, so dass jetzt die Hauptfunkenstrecke 2 komplett gezündet ist. Dadurch wird ein parallel zur Hauptfunkenstrecke 2 geschaltetes zu schützendes Bauelement (welches in der 2 nicht dargestellt ist) vor Überspannung geschützt. Through this ignited spark gap 9 (ie by the burning arc) becomes the second capacitor 8th the ignition circuit 5 bridged. This will cause the ignition electrode 6 almost to the electrical potential of the platform 4 brought. Since the distance between the ignition electrode 6 and the upper main electrode 3 is less than the distance between the two main electrodes 3 , an arc begins between the top main electrode 3 and the ignition electrode 6 to burn. by virtue of This arc becomes the first capacitor 7 bridged, resulting in the second capacitor 8th can recharge. As soon as the second capacitor 8th has a sufficiently high capacitor voltage, an arc begins between the ignition electrode 6 and the lower main electrode 3 to burn, so now the main spark gap 2 completely ignited. This will be a parallel to the main spark gap 2 Switched to be protected component (which in the 2 not shown) protected against overvoltage.

Der von dem Laser 210 erzeugte Laserpuls wird also vor der Einkopplung in die Übertragungsfaser 15‘ zeitlich gestreckt. Dadurch verringert sich die maximal auftretende lokale Energiedichte des Laserpulses in der Übertragungsfaser 15‘, so dass Schäden an der Übertragungsfaser vermieden werden. The one from the laser 210 generated laser pulse is thus before the coupling into the transmission fiber 15 ' stretched in time. This reduces the maximum occurring local energy density of the laser pulse in the transmission fiber 15 ' , so that damage to the transmission fiber can be avoided.

Eine als solches bekannte Methode zum zeitlichen Strecken des Laserpulses ist das sogenannte „Chirpen“: Ein kurzer Laserpuls besteht aus einem breiten Farbspektrum. Beim „Chirpen“ wird die unterschiedliche Laufzeit der einzelnen Farben beim Durchgang durch verschiedene Medien genutzt. Beim Durchgang des kurzen Laserpulses durch bestimmte Gitteranordnungen oder Prismenanordnungen oder mittels spezieller Multilagenspiegel („Chirpspiegel“) entsteht ein sogenannter „negativ gechirpter“ Puls, dessen langwelligen (roten) Frequenzkomponenten den kurzwelligen (blauen) Frequenzkomponenten hinterher laufen. Ein solcher „negativ gechirpter“ Puls ist zeitlich gestreckt, vergleiche 4. Solche Gitteranordnungen, Prismenanordnungen oder Multilagenspiegel sind also Beispiele für das Streckelement 218. In der 2 ist das Streckelement 218 als eine Prismenanordnung dargestellt. A known as such method for temporal stretching of the laser pulse is the so-called "chirping": A short laser pulse consists of a wide color spectrum. "Chirping" uses the different transit times of the individual colors when passing through different media. The passage of the short laser pulse through certain grating arrangements or prism arrangements or by means of special multilayer mirrors ("chirp mirrors") results in a so-called "negatively chirped" pulse whose long-wave (red) frequency components follow the short-wave (blue) frequency components. Such a "negatively chirped" pulse is temporally stretched, cf. 4 , Such grating arrangements, prism arrangements or multilayer mirrors are thus examples of the stretching element 218 , In the 2 is the stretching element 218 represented as a prism arrangement.

Beim Durchgang des Laserpulses durch ein dispersives Medium (z.B. durch Quarz) entsteht ein sogenannter „positiv gechirpter“ Puls, dessen kurzwellige (blaue) Frequenzkomponenten den langwelligen (roten) Frequenzkomponenten hinterher laufen. Ein solcher „positiv gechirpter“ Puls ist zeitlich gestaucht, vergleiche 5. Ein dünner Quarzblock ist ein Beispiel für ein Kompressorelement 238. During the passage of the laser pulse through a dispersive medium (eg by quartz), a so-called "positively chirped" pulse is produced whose short-wave (blue) frequency components follow the long-wave (red) frequency components. Such a "positively chirped" pulse is temporally compressed, cf. 5 , A thin quartz block is an example of a compressor element 238 ,

Wenn man den kurzen Laserpuls 310 des Lasers 210 nacheinander zuerst „negativ chirpt“ und dann „positiv chirpt“, dann entsteht als Ergebnis im Idealfall wieder der ursprüngliche Laserpuls 210, also ein „chirpfreier“ Puls. Die Reihenfolge von Streckelement (Strecker) und Kompressorelement (Kompressor) kann vertauscht werden. If you have the short laser pulse 310 the laser 210 successively first "chirps negatively" and then "chirps positively", then, in the ideal case, the original laser pulse arises again as a result 210 So a "chirpfreier" pulse. The sequence of stretch element (expander) and compressor element (compressor) can be reversed.

Als Kompressorelement 238 kann also ein einfaches optisches Bauteil, welches z.B. einen dünnen Quarzblock enthält, am Ende der optischen Übertragungsfaser angeordnet werden. Optional kann an dem Quarzblock eine Fokussierlinse angeordnet sein. Bei größeren Pulslängen können aber beispielsweise auch akustooptische Dispersionsfilter als Kompressorelement und/oder Streckelement verwendet werden. As a compressor element 238 Thus, a simple optical component, which contains eg a thin quartz block, can be arranged at the end of the optical transmission fiber. Optionally, a focusing lens can be arranged on the quartz block. For larger pulse lengths, however, acoustooptic dispersion filters can also be used as the compressor element and / or stretch element, for example.

In 3 ist eine prinzipielle Darstellung eines beispielhaften Laserpulses 310 am Ausgang 222 des Lasers 210 dargestellt. Dabei ist die Intensität I (also die Energie pro Zeit und Fläche) über der Zeit t dargestellt. In 3 is a schematic representation of an exemplary laser pulse 310 at the exit 222 the laser 210 shown. The intensity I (ie the energy per time and area) over the time t is shown.

4 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines zeitlich gestreckten Laserpulses 410, wie er am Ausgang 230 des Streckelements 218 auftritt. Es ist deutlich die zeitliche Streckung des Laserpulses 410 zu erkennen. Diese zeitliche Streckung des Laserpulses 410 führt dazu, dass die maximale Intensität I deutlich reduziert ist im Vergleich zu dem ungestreckten Laserpuls 310 der 3. 4 shows an exemplary representation of a time-stretched laser pulse 410 like he's at the exit 230 of the stretch element 218 occurs. It is clear the temporal extension of the laser pulse 410 to recognize. This temporal extension of the laser pulse 410 causes the maximum intensity I is significantly reduced compared to the unstretched laser pulse 310 of the 3 ,

5 zeigt eine Darstellung des beispielhaften zeitlich gestauchten Laserpulses 255, wie er am Ausgang 242 des Kompressorelements 238 auftritt. Es ist deutlich die zeitliche Stauchung des Laserpulses 255 im Vergleich zu dem Laserpuls 410 der 4 zu erkennen. Diese zeitliche Stauchung des Laserpulses 255 führt dazu, dass die maximale Intensität I im Vergleich zu dem gestreckten Laserpuls 410 der 4 wieder vergrößert ist. Dieser zeitlich gestauchte Laserpuls 255 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel wieder dem ursprünglichen Laserpuls 310. 5 shows a representation of the exemplary temporally compressed laser pulse 255 like he's at the exit 242 of the compressor element 238 occurs. It is clearly the temporal compression of the laser pulse 255 compared to the laser pulse 410 of the 4 to recognize. This temporal compression of the laser pulse 255 causes the maximum intensity I compared to the stretched laser pulse 410 of the 4 is enlarged again. This temporally compressed laser pulse 255 corresponds in this embodiment again the original laser pulse 310 ,

In einem weiteren (figürlich nicht dargestellten) Ausführungsbeispiel kann mittels des Lasers 210 auch direkt die Hauptfunkenstrecke 2 gezündet werden. Da bei der Hauptfunkenstrecke 2 höhere Energien auftreten als bei der Funkenstrecke 9 (es fließen insbesondere größere Ströme und treten höhere Temperaturen auf), ist in diesem Fall das Kompressorelement 238 entsprechend vor Hitze zu schützen. In another (figuratively not shown) embodiment, by means of the laser 210 also directly the main spark gap 2 to be detonated. Because at the main spark gap 2 higher energies occur than at the spark gap 9 (in particular, larger currents flow and higher temperatures occur), in this case the compressor element 238 accordingly protect from heat.

Insbesondere können mit dem beschriebenen Überspannungsschutz Bauteile/Bauelemente (wie zum Beispiel Kondensatoren oder Ableiter) geschützt werden, welche parallel zu der Hauptfunkenstrecke 2 angeordnet sind. Beispielsweise in Serienkompensationsanlagen für Hochspannungswechselstromnetze kann ein derartiger Überspannungsschutz mit Funkenstrecken zum Schutz der Kondensatorbänke und/oder Ableiterbänke eingesetzt werden. Die Serienkompensationsanlage sowie die Funkenstrecken befinden sich dabei auf der gegen das Erdpotential isolierten Hochspannungsplattform 4. Eine Leitwarte mit der Überwachungselektronik (z. B. mit Schutzgeräten) befindet sich dabei nicht auf der Plattform 4, sondern auf der Erde 258, also auf Erdpotential 260. Der Laser 210 ist ebenfalls auf der Erde 258, also auf Erdpotential 260, angeordnet. In particular, with the described overvoltage protection components / components (such as capacitors or arresters) can be protected, which are parallel to the main spark gap 2 are arranged. For example, in series compensation systems for high-voltage AC grids such overvoltage protection with spark gaps can be used to protect the capacitor banks and / or Ableiterbänke. The series compensation system and the spark gaps are located on the isolated against the ground potential high voltage platform 4 , A control room with the monitoring electronics (eg with protective devices) is not located on the platform 4 but on earth 258 that is, at ground potential 260 , The laser 210 is also on earth 258 that is, at ground potential 260 arranged.

Bei dem beschriebenen Überspannungsschutz wird der Laserpuls vor der Einkopplung in die Übertragungsfaser 15‘ kontrolliert mit Hilfe des Streckelements 218 zeitlich gestreckt. Auf diese Weise verringert sich die durch den Laserpuls auftretende maximale lokale Energiedichte in dem Lichtwellenleiter 15‘, wodurch irreversible Schäden des Lichtwellenleiters vermieden werden bzw. die Lebensdauer des Lichtwellenleiters 15‘ verlängert wird. Nach dem Durchgang des gestreckten Laserpulses durch die Übertragungsfaser 15‘ (hier: durch den Lichtwellenleiter) wird der Laserpuls in dem Kompressorelement 238 wieder zeitlich komprimiert/gestaucht. Dadurch reicht die durch diesen zeitlich gestauchten Laserpuls auftretende lokale Energiedichte wieder aus, um die Funkenstrecke 9 zu zünden. Das Kompressorelement 238 und die optional daran angeordnete Optik 252 können am Ende der Übertragungsfaser in Form eines Endstücks realisiert sein, welches starr (d. h. insbesondere unbeweglich) an der Funkenstrecke 9 angeordnet ist. In the described overvoltage protection, the laser pulse before the coupling into the transmission fiber 15 ' controlled by means of the stretch element 218 stretched in time. In this way, the maximum local energy density occurring in the optical waveguide by the laser pulse is reduced 15 ' , whereby irreversible damage of the optical waveguide can be avoided or the life of the optical waveguide 15 ' is extended. After the passage of the stretched laser pulse through the transmission fiber 15 ' (here: through the optical fiber), the laser pulse in the compressor element 238 again time compressed / compressed. As a result, the local energy density occurring due to this temporally compressed laser pulse extends again to the spark gap 9 to ignite. The compressor element 238 and the optionally arranged optics 252 can be realized at the end of the transmission fiber in the form of an end piece, which rigid (ie, in particular immovable) at the spark gap 9 is arranged.

Die lokale Intensität bzw. die lokale Energiedichte des Laserpulses in dem Lichtwellenleiter/Übertragungsfaser 15‘ ist bei der Übertragung der gestreckten Laserpulse 410 erheblich reduziert gegenüber der Übertragung der ungestreckten Laserpulse 310, d. h. gegenüber der Übertragung der ursprünglichen Laserpulse 310 des Lasers 210. The local intensity or the local energy density of the laser pulse in the optical waveguide / transmission fiber 15 ' is in the transmission of the stretched laser pulses 410 significantly reduced compared to the transfer of unstretched laser pulses 310 , ie, with respect to the transmission of the original laser pulses 310 the laser 210 ,

Es wurde ein Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke sowie ein Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke beschrieben, mit denen auf kostengünstige Art und Weise eine Funkenstrecke gezündet und damit ein Überspannungsschutz eines Bauteils realisiert werden kann. It has been described an overvoltage protection with a spark gap and a method for igniting a spark gap, which ignited in a cost effective manner, a spark gap and thus overvoltage protection of a component can be realized.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004002582 A1 [0002, 0024] DE 102004002582 A1 [0002, 0024]

Claims (12)

Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke (9) und mit einem Laser (210) zum Zünden der Funkenstrecke, dadurch gekennzeichnet, dass – der Laser (210) mit einem Eingang (226) eines optischen Streckelements (218) verbunden ist, welches zum zeitlichen Strecken der von dem Laser erzeugten Laserpulse (310) dient, – ein Ausgang (230) des Streckelements (218) mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser (15‘), insbesondere mit einem Ende eines Lichtwellenleiters (15‘), verbunden ist, – ein zweites Ende der Übertragungsfaser (15‘) mit einem Eingang (234) eines optischen Kompressorelements (238) verbunden ist, welches zum zeitlichen Stauchen der Laserpulse (410) dient, und – ein Ausgang (242) des Kompressorelements (238) mit der Funkenstrecke (9) verbunden ist. Surge protection with a spark gap ( 9 ) and with a laser ( 210 ) for igniting the spark gap, characterized in that - the laser ( 210 ) with an input ( 226 ) of an optical stretch element ( 218 ), which is used for temporally stretching the laser pulses generated by the laser ( 310 ), - an output ( 230 ) of the stretching element ( 218 ) with one end of an optical transmission fiber ( 15 ' ), in particular with one end of an optical waveguide ( 15 ' ), - a second end of the transmission fiber ( 15 ' ) with an input ( 234 ) of an optical compressor element ( 238 ), which for temporal compression of the laser pulses ( 410 ), and - an output ( 242 ) of the compressor element ( 238 ) with the spark gap ( 9 ) connected is. Überspannungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ausgang (242) des Kompressorelements (238) in Richtung mindestens einer Elektrode (246, 248) der Funkenstrecke (9) oder in Richtung des Zwischenraumes zwischen zwei Elektroden (246, 248) der Funkenstrecke (9) gerichtet ist. Overvoltage protection according to claim 1, characterized in that - the output ( 242 ) of the compressor element ( 238 ) in the direction of at least one electrode ( 246 . 248 ) of the spark gap ( 9 ) or in the direction of the gap between two electrodes ( 246 . 248 ) of the spark gap ( 9 ). Überspannungsschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der Laser (210) ein Pulslaser, insbesondere ein Femtosekundenlaser, ist. Overvoltage protection according to claim 1 or 2, characterized in that - the laser ( 210 ) is a pulse laser, in particular a femtosecond laser. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Übertragungsfaser (15‘) frei von laseraktiven Medien ist. Overvoltage protection according to one of the preceding claims, characterized in that - the transmission fiber ( 15 ' ) is free of laser-active media. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Funkenstrecke (9) und das Kompressorelement (238) auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform (4) angeordnet sind, die sich auf einem Hochspannungspotential (256) befindet, und – der Laser (210) mit Erdpotential (260) verbunden ist. Overvoltage protection according to one of the preceding claims, characterized in that - the spark gap ( 9 ) and the compressor element ( 238 ) on an electrically isolated platform ( 4 ) located at a high voltage potential ( 256 ), and - the laser ( 210 ) with ground potential ( 260 ) connected is. Überspannungsschutz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Streckelement (218) außerhalb der Plattform (4) angeordnet ist und – die Übertragungsfaser (15‘) das Streckelement (218) mit der Plattform (4), insbesondere mit dem Kompressorelement (238), verbindet. Overvoltage protection according to claim 5, characterized in that - the stretching element ( 218 ) outside the platform ( 4 ) and - the transmission fiber ( 15 ' ) the stretching element ( 218 ) with the platform ( 4 ), in particular with the compressor element ( 238 ), connects. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen dem Kompressorelement (238) und der Funkenstrecke (9) eine Optik (252) zum Fokussieren der gestauchten Laserpulse (255) angeordnet ist. Overvoltage protection according to one of the preceding claims, characterized in that - between the compressor element ( 238 ) and the spark gap ( 9 ) an optic ( 252 ) for focusing the compressed laser pulses ( 255 ) is arranged. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Kompressorelement (238) starr an die Funkenstrecke (9) angekoppelt ist. Overvoltage protection according to one of the preceding claims, characterized in that - the compressor element ( 238 ) rigidly to the spark gap ( 9 ) is coupled. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Funkenstrecke (9) Teil eines Zündkreises (5) zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke (2) ist. Overvoltage protection according to one of the preceding claims, characterized in that - the spark gap ( 9 ) Part of an ignition circuit ( 5 ) for igniting a main spark gap ( 2 ). Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke (9) mittels eines Lasers (210), wobei bei dem Verfahren – die von einem Laser (210) erzeugten Laserpulse (310) zeitlich gestreckt werden, – die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) mittels einer optischen Übertragungsfaser (15‘), insbesondere mittels eines Lichtwellenleiters (15‘), übertragen werden, – nach der Übertragung die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) zeitlich gestaucht werden, und – die zeitlich gestauchten Laserpulse (255) in die Funkenstrecke (9) eingekoppelt werden. Method for igniting a spark gap ( 9 ) by means of a laser ( 210 ), wherein in the method - that of a laser ( 210 ) generated laser pulses ( 310 ), the time-stretched laser pulses ( 410 ) by means of an optical transmission fiber ( 15 ' ), in particular by means of an optical waveguide ( 15 ' ), - after the transmission, the time-stretched laser pulses ( 410 ) are temporally compressed, and - the temporally compressed laser pulses ( 255 ) into the spark gap ( 9 ) are coupled. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) mittels der optischen Übertragungsfaser (15‘) zu einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform (4) übertragen werden, die sich auf einem Hochspannungspotential (256) befindet. A method according to claim 10, characterized in that - the time-stretched laser pulses ( 410 ) by means of the optical transmission fiber ( 15 ' ) to an electrically isolated platform ( 4 ), which are at a high voltage potential ( 256 ) is located. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Funkenstrecke (9) und das Kompressorelement (238) auf der Plattform (4) angeordnet sind, und – der Laser (210) mit Erdpotential (260) verbunden ist. Method according to claim 10 or 11, characterized in that - the spark gap ( 9 ) and the compressor element ( 238 ) on the platform ( 4 ), and - the laser ( 210 ) with ground potential ( 260 ) connected is.
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