DE1513173A1

DE1513173A1 - Controlled spark-gap surge arrester

Info

Publication number: DE1513173A1
Application number: DE19651513173
Authority: DE
Inventors: Lee Thomas Henry; Liao Tseng Wu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-12-10
Filing date: 1965-12-10
Publication date: 1969-08-07

Description

Gesteuerter Funkenstrecken-Überspannungsableiter. Die Erfindung bezieht sich. auf einen gesteuerten Funkenstrecken-Überspannungsableiter zum Schutz einer Gleichstrom-Leistungsanlage vor den Folgen von vorübergehenden Überspannungen. Im besonderen betrifft sie eine verbesserte Steuer- oder Auslösevorrichtung, die sowohl bei Überspannungen niedriger Frequenz als auch. bei Überspannungen hoher Frequenz ein Zünden des Überspannungsableiters bewirkt: Ein üblicher gesteuerter Funkenstrecken-Überspannungsableiter enthält zwei beabstandete Hauptelektroden, die eine Funkenstrecke bilden, und eine Steuervorrichtung, die einen Überschlag der Strecke bewirkt, wenn die Steuervorrichtung mit einer bestimmten Mindestspannung beaufschlagt wird.. Die Steuervorrichtung enthält gewöhnlich eine Zünd- oder Steuerelektrode, die bei der einen Hauptelektrode angeordnet, aber von dieser isoliert ist, so daß zwischen der Zündelektrode und dieser -einen Hauptelektrode eine Zündfunkenstrecke gebildet wird. Wenn an der Zündfunkenstrecke eine ausreichende Spannung auftritt, entsteht ein Funke, aus dem geladene Teilchen in die Hauptfunkenstrecke gelangen, die in der Hauptfunkenstrecke einen Überschlag einleiten. Controlled spark-gap surge arrester. The invention relates to. to a controlled spark-gap surge arrester to protect a DC power system from the consequences of temporary surge voltages. In particular, it relates to an improved control or trip device that can be used in both low frequency and overvoltages. In the event of high-frequency overvoltages, the surge arrester triggers: A conventional controlled spark-gap surge arrester contains two spaced-apart main electrodes that form a spark gap, and a control device that causes the path to flash over when a certain minimum voltage is applied to the control device. The control device usually contains an ignition or control electrode which is arranged at the one main electrode, but is insulated from it, so that an ignition spark gap is formed between the ignition electrode and this main electrode. If there is sufficient voltage at the ignition spark gap, a spark is created, from which charged particles get into the main spark gap, which initiate a flashover in the main spark gap.

Bei vielen Kreisen muß die Zündvorrichtung sowohl bei hochfrequenten als auch bei niederfrequenten Überspannungen sicher ansprechen, also z.B. sowohl bei Blitz-Überspannungen, die relativ hohe Frequenzen enthalten, als auch bei Schaltüberspannungen, die im Vergleich mit Blitz-Überspannungen verhältnismäßig niederfrequent sind.In many circles the ignition device must be used at both high frequency as well as respond reliably to low-frequency overvoltages, e.g. both for lightning overvoltages that contain relatively high frequencies as well as switching overvoltages, which are relatively low-frequency compared to lightning surges.

Eine bei niederfrequenten Überspannungen, wie z.B. Schaltüberspannungen, sehr wirksame Zündvorrichtung enthält einen Transformator mit einer Primärwicklung, die von der Schaltüberspannung erregt wird, und einer Sekundärwicklung, die in den Kreis mit der Zündelektrode geschaltet ist. Wenn die Primärwicklung von der Schaltspannung erregt wird, liefert die Sekundärwicklung des Transformators an die Zündelektrode einen Spannungsimpuls, der die Zündfunkenstrecke sicherer Zündet . als die Schaltüberspannung selbst. Zündvorrichtungen dieser Art sprechen zwar auf überspannungen von verhältnismäßig niedriger Frequenz, zum Beispiel auf Schaltüberspannungen sicher an, sie werden jedoch von hochfrequenten Überspannungen, wie z.B. Blitz-Überspannungen, gefährdet, insbesondere besteht die Gefahr, daß die Transformatorisolation, wenn sie nicht extrem stark ist, von hochfrequenten Überspannungen beschädigt wird.One for low-frequency overvoltages, such as switching overvoltages, very effective ignition device includes a transformer with a primary winding, which is excited by the switching overvoltage, and a secondary winding which is in the Circuit is connected to the ignition electrode. When the primary winding from the switching voltage is excited, the secondary winding of the transformer supplies the ignition electrode a voltage pulse that ignites the spark gap more reliably. than the switching overvoltage self. Ignition devices of this type do speak of overvoltages of a relatively low frequency, for example on switching overvoltages but they are affected by high-frequency overvoltages, such as lightning overvoltages, at risk, in particular there is a risk that the transformer insulation if it is not extremely strong, will be damaged by high-frequency surges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Zündvorrichtung für einen Überspannungsableiter zu schaffen, die den Durchbruch der Funkenstrecke sowohl bei niederfrequentenals auch bei hochfrequenten Überspannungen sicher einleitet, ohne durch hochfrequente Überspannungen beschädigt zu werden.The invention is based on the object of an ignition device for to create a surge arrester that breaks down the spark gap both safely initiates both low-frequency and high-frequency overvoltages, without being damaged by high-frequency overvoltages.

Weiterhin soll durch die Erfindung eine außergewöhnlich schnell ansprechende Zündvorrichtung angegeben werden, welche die Hauptfunkenstrecke auch bei Blitz-Überspannungen verhältnismäßig niedriger Amplitude im geschützten. Kreis zu zünden vermag. Ein gesteuerter Funkenstrecken-Überspannungsableiter für einen Gleichstromkreis mit zwei Leitern entgegengesetzter Polarität, mit im Abstand voneinander angeordneten Hauptelektroden, die elektrisch mit den Leitern verbunden sind und jeweils einen Lichtbogen-Zünd- oder Entstehungsteil und einen Lichtbogen-Laufteil unmittelbar am Lichtbogen-Entstehungsteil enthalten, und mit einer Zündanordnung, die einen Transformator mit Primär-und Sekundärwicklungen enthält, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Zündanordnung eine nahe bei einer der Hauptelektroden derart .angeordnete Zündelektrode enthält, daß zwischen den Lichtbogen-Entstehungsteilen der Hauptelektroden ein Lichtbogen entsteht wird, wenn die Zündanordnung durch eine Überspannung bestimmter Mindestamplitude im Gleichstromkreis erregt wird, und daß die Sekundärwicklung bezüglich Primärwicklung so gepolt ist, daß bei Erregung der letzteren durch eine Überspannung im Gleichstromkreis ein Spannungsimpuls von entgegengesetzter Polarität als diese Überspannung an der Sekundärwicklung auftritt und an die sekundärseitige Zündelektrode gelegt wird.Furthermore, the invention is intended to be an exceptionally fast responding Ignition device must be specified, which is the main spark gap even in the event of lightning overvoltages relatively low amplitude in the sheltered. Able to ignite the circle. A controlled spark-gap surge arrester for a direct current circuit with two conductors of opposite polarity, with spaced apart Main electrodes that are electrically connected to the conductors and one each Arc ignition or formation part and an arc running part directly included on the arc generation part, and with an ignition assembly that has a Transformer containing primary and secondary windings is according to the invention characterized in that the ignition assembly has one close to one of the Main electrodes In such a way. arranged ignition electrode contains that between the arcing parts of the main electrodes an arc is created when the ignition assembly is triggered by a Overvoltage of a certain minimum amplitude is excited in the direct current circuit, and that the secondary winding is polarized with respect to the primary winding that when the the latter a voltage pulse from the opposite due to an overvoltage in the direct current circuit Polarity as this overvoltage occurs on the secondary winding and on the secondary side Ignition electrode is placed.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Überspannungsableiters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der an einen zu schützenden Gleichstrom-Leistungskreis geschaltet ist; Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ableiter gemäß Fig. 1 in einer Ebene 2-2 in Fig. 3; Fig. 3 einen Querschnitt in einer Ebene 3-3 in Fig. 2; Fig. 4 einen Querschnitt in einer Ebene 4-4 in Fig. 3; Fig. 4a eine graphische Darstellung bestimmter Spannungsverläufe; Fig.-5 eine schematische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 6 einen Querschnitt in einer Ebene 6-6 in Fig. 5.The invention is based on an embodiment shown in the drawing described in more detail. 1 shows a schematic view of a surge arrester according to an embodiment of the invention, which is connected to a DC power circuit to be protected is switched; FIG. 2 shows a cross section through the arrester according to FIG. 1 in a Level 2-2 in Figure 3; 3 shows a cross section in a plane 3-3 in FIG. 2; Fig. 4 shows a cross section in a plane 4-4 in FIG. 3; 4a is a graphical representation certain voltage curves; Fig. 5 is a schematic view of a modified one Embodiment of the invention; Fig. 6 is a cross section in a Level 6-6 in Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Gleichstromkreis gezeigt mit einer positiven Sammelschiene 10, einer negativen Sammelschiene 12@und einer an die Sammelschienen angeschlossenen Halbleiter-Gleichrichter-Anlage 14, die diese mit Gleichstromleistung versorgt. Wie erwähnt, können entweder hochfrequente Überspannungen, wie sie durch Blitzschlag verursacht werden können, oder verhältnismäßig niederfrequente Überspannungen, wie sie durch Schaltvorgänge erzeugt werden können, an den Sammelschienen 10, 12 auftreten, und diese Überspannungen könnten die Halbleiteranlage 14 beschädigen, wenn nicht ein geeigneter Schutz vorgesehen ist.In Fig. 1, a DC circuit is shown with a positive busbar 10, one negative busbar 12 @ and one connected to the busbars Semiconductor rectifier system 14, which supplies this with direct current power. As mentioned, there can be either high-frequency surges, such as those caused by lightning strikes can be caused, or relatively low-frequency overvoltages, such as they can be generated by switching operations on the busbars 10, 12, and these overvoltages could damage the semiconductor device 14, if not appropriate protection is provided.

Zum Schutz der Anlage 14 vor solchen Überspannungen dient ein Überspannungsableiter 16. Dieser ist mit einer Klemme 17 an die positive Sammelschiene 10 und mit einer gegenüberliegenden Klemme 18 an die negative Sammelschiene 12, vorzugsweise über einen Widerstand 20, angeschlossen. Der Widerstand 20 ist ein nichtlinearer Widerstand, vorzugsweise aus einem Material mit negativer Widerstands-Strom-Charakteristik hergestellt (etwa aus dem von der General $lectric Company unter der Markenbezeichnung Thyrite verkauften Material).A surge arrester is used to protect the system 14 from such surge voltages 16. This is with a terminal 17 to the positive busbar 10 and with a opposite terminal 18 to the negative busbar 12, preferably over a resistor 20 connected. Resistor 20 is a non-linear resistor, preferably made of a material with negative resistance-current characteristics (for example from that of the General $ lectric Company under the brand name Thyrite sold material).

Der dargestellte Ableiter 16 hat ein geschlossenes Gehäuse 21, welches ein vorzugsweise im wesentlichen aus Wasserstoff bestehendes Löschgas enthält. Im Gehäuse 21 sind zwei im Abstand voneinander angeordnete Hauptelektroden 22 und 24 vorgesehen, die zwischen sich eine Entladungs- oder Funkenstrecke 25 bilden, an der Lichtbögen entstehen können. Die Elektroden sind vorzugsweise halbkreisförmig gestaltet und die eine Elektrode 22 umfaßt die andere Elektrode 24. Die Krümmungsmittelpunkte der beiden Elektroden sind gegeneinander versetzt, so daß die Länge der Entladungsstrecke 25 an einem Ende der Elektroden verhältnismäßig kurz ist und sich in Richtung zum anderen Ende längs der Elektroden stetig vergrößert. Im folgenden werden ein Raumbereich 25a, in dem der Elektrodenabstand am kleinsten ist, als Lichtbogen-Entstehungsbereich, die Teile der Elektroden im Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a als Lichtbogen-Entstehungsteile und die anderen Elektrodenteile als Lichtbogen-Laufteile bezeichnet. In Reihe mit den Elektroden 22 und 24 sind zwei lichtbogenantreibende Spulen 28 und 30 geschaltet, eine zwischen die Anschlußklemme 17 und die Elektrode 22 und die andere zwischen die Anschlußklemme 18 und die Elektrode 24. Diese Spulen dienen dazu, magnetische Felder zum Antrieb des zwischen den Hauptelektroden 22 und 24 gebildeten Lichtbogens zu erzeugen, wie noch genauer erklärt werden wird. Zum Zünden eines Bogens zwischen den Hauptelektroden 22 und 24 ist eine erste Zündelektrode 132 angrenzend an den Lichtbogen-Entstehungsbereich der Hauptelektrode 24 vorgesehen. Diese Zündelektrode 132 ist von der Hauptelektrode 24 durch einen Streifen Isoliermaterial 134 von hoher Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise aus Bariumtitanat, getrennt. Wenn eine Spannungswelle bestimmter Mindestamplitude zwischen der Zündelektrode 132 und der Hauptelektrode 24 auftritt, wird die elektrische Feldstärke in der Nähe der Ränder des Isolierstoffs 134 auf Grund von dessen hoher Dielektrizitätskonstante erhöht und an einer Zündfunkenstrecke 133 zwischen der Zündelektrode und der Hauptelektrode 24 springt ein Funke über. Die vom Funken erzeugten positiven Ionen verzerren das elektrische Feld zwischen den beiden Hauptelektroden 22 und 24 und erniedrigen zwischen diesen die Durchbruchspannung auf einen Wert, der niedriger ist als die zwischen den Hauptelektroden anliegende Spannung, so daB im Bogenentstehungsbereich der beiden Hauptelektroden 22 und 24 ein Lichtbogen entsteht. Der Strom durch den Lichtbogen fließt auch durch die lichtbogenantreibenden Spulen 28 und 30 und erzeugt ein Magnetfeld, das den Lichtbogen in Richtung eines Pfeils 35 (Fig. 1) antreibt, wie noch genauer erläutert wird. Zum Anlegen einer Spannungswelle an die Zündelektrode 132 beim Auftreten einer Überspannung an den Sammelschienen 10,12 dient ein Transformator 100 mit Eisenkern, der eine Primärwicklung 102 und eine Sekundärwicklung 104 besitzt. Die Primärwicklung 102 ist in Reihe mit einem Kondensator 106, der elektrisch zwischen der Primärwicklung und der einen Sammelschiene 10 liegt, zwischen die Sammelschienen 10, 12 geschaltet. Ein Ende der Sekundärwicklung 104 ist mit der negativen Sammelschiene 12 und das entgegengesetzte Ende über einen Leiter 105 mit der Zündelektrode 132 verbunden. Somit ist die Zündfunkenstrecke 133 praktisch der Sekundärwicklung 104 parallel geschaltet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sekundärwicklung 104 so geschaltet, daß, wenn die Primärwicklung 102 von einer Überspannung bestimmter Polarität an der Sammelschiene 10 erregt wird, am Transformatorausgang und somit am Leiter 105 und an der Zündelektrode 132 eine Spannungswelle von entgegengesetzter Polarität auftritt. Diese einander entgegengesetzten Polaritäten sind durch ein Plus- und ein Minuszeichen an den benachbarten Enden der Transformatorwicklungen 102 und 104 angedeutet. Aus verschiedenen Gründen gewährleistet die Einschaltung des Transformators 100 bei der oben beschriebenen Zündvorrichtung eine wirksamere Zündung eines Überschlags an der Hauptfunkenstrecke, wenn auf der Sammelschiene 10 eine Überspannung auftritt. Einer dieser Gründe ist, daß der Transformator 100 die Überspannung hochtransformiert und an seiner Sekundärwicklung daher eine höhere Spannung auftritt, als an seiner Primärwicklung anliegt. Somit ist die von der Sekundärwicklung 104 an die Zündfunkenstrecke 133 angelegte Spannung höher als die an der Sammelschiene 10 auftretende Überspannung selbst, und_diese höhere Spannung ist selbstverständlich leichter in der Lage, an der Zündfunkenstrecke und infolge davon an der Hauptfunkenstrecke einen Überschlag hervorzurufen. Ein zweiter Grund, warum der Transformator 100 das Hervorrufen eines Überschlags in der Hauptfunkenstrecke erleichtert, ist die gegensätzliche Polarität zwischen seiner Eingangsspannung und seiner Ausgangsspannung. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß, wenn der negative Impuls ursprünglich an die Triggerelektrode 132 auf eine positive Überspannung an der Sammelschiene 10 hin angelegt wird, die Hauptelektrode 24 das Potential der negativen Sammelschiene 12 besitzt, da zwischen der Hauptelektrode 24 und der negativen Sammelschiene 12 kein Strom fließt. Wenn der negative Impuls einen Zusammenbruch der Zündfunkenstrecke 133 verursacht, fällt das Potential der Hauptelektrode 24 schnell auf im wesentlichen den. Wert des negativen Potentials der Zündelektrode, da die Impedanz der Spule 30 und des Widerstands 20, die zwischen der Hauptelektrode 24 und der negativen Sammelschiene 12 angeordnet sind, ermöglicht, daß die Hauptelektrode 24 hinsichtlich der Sammelschiene 12 für eine kurze Zeitspanne negativ wird. Während,dieser kurzen Zeitspanne besitzt die andere Hauptelektrode 22 ein hohes positives Potential, das im wesentlichen gleich dem Potential der die positive Überspannung fUhrenden Sammelschiene 10 ist, da diese Elektrode 22 direkt mit der Sammelschiene 10 verbunden ist und noch kein bemerkenswerter Strom durch die Spule 28 fließt. Die resultierende Spannung zwischen den Elektroden 22 und 24 an der Hauptfunkenstrecke 25 ist der arithmetischen Summe dieser beiden Momentanspannungen gleich, so daß eine sehr hohe Spannung unmittelbar an der Hauptfunkenstrecke 25 auftritt die den Überschlag an der Hauptfunkenstrecke nach dem Durchbruch der Zündfunkenstrecke beschleunigt. Diese arithmetische Summe ist bei-X in Fig. 4a dargestellt, wo die Spannungen an den verschiedenen Teilen gerade vor dem Überschlag an der Zündfunkenstrecke dargestellt sind.The arrester 16 shown has a closed housing 21, which an extinguishing gas preferably consisting essentially of hydrogen. in the Housing 21 are two at a distance mutually arranged main electrodes 22 and 24 are provided, which form a discharge or spark gap 25 between them, where arcs can occur. The electrodes are preferably semicircular and one electrode 22 comprises the other electrode 24. The centers of curvature of the two electrodes are offset from one another, so that the length of the discharge path 25 is relatively short at one end of the electrodes and extends in the direction of the other end along the electrodes steadily enlarged. The following are a room area 25a, in which the electrode gap is smallest, as the arc formation area, the parts of the electrodes in the arc generation area 25a as arc generation parts and the other electrode parts are referred to as arc runner parts. In series with two arc-driving coils 28 and 30 are connected to electrodes 22 and 24, one between the terminal 17 and the electrode 22 and the other between the terminal 18 and the electrode 24. These coils are used to generate magnetic Fields for driving the arc formed between the main electrodes 22 and 24 to produce, as will be explained in more detail. To ignite an arc between the main electrodes 22 and 24 is a first ignition electrode 132 adjacent to the Arc generation area of the main electrode 24 is provided. This ignition electrode 132 is from the main electrode 24 by a Strips of insulating material 134 of high dielectric constant, preferably made of barium titanate. When a voltage wave of a certain minimum amplitude between the ignition electrode 132 and the main electrode 24 occurs, the electric field strength is in the vicinity the edges of the insulating material 134 due to its high dielectric constant increased and at an ignition spark gap 133 between the ignition electrode and the main electrode A spark jumps over. The positive ions created by the spark distort that electric field between the two main electrodes 22 and 24 and lower between these the breakdown voltage to a value lower than that between voltage applied to the main electrodes, so that in the arc formation area of the two Main electrodes 22 and 24 an arc is created. The current through the arc also flows through the arc driving coils 28 and 30 and creates a magnetic field, which drives the arc in the direction of arrow 35 (Fig. 1), as more precisely is explained. To apply a voltage wave to the ignition electrode 132 when it occurs A transformer 100 with an iron core is used for overvoltage on the busbars 10, 12, which has a primary winding 102 and a secondary winding 104. The primary winding 102 is in series with a capacitor 106 which is electrically connected between the primary winding and one busbar 10 is connected between the busbars 10, 12. One end of the secondary winding 104 is connected to the negative bus bar 12 and 12 the the opposite end is connected to the ignition electrode 132 via a conductor 105. The ignition spark gap 133 is thus practically parallel to the secondary winding 104 switched. In a preferred embodiment of the invention, the secondary winding is 104 connected so that when the primary winding 102 of an overvoltage certain Polarity is excited at the busbar 10, at the transformer output and thus at the conductor 105 and at the ignition electrode 132 a voltage wave from opposite Polarity occurs. These opposite polarities are due to a Plus and a minus sign on the adjacent ends of the transformer windings 102 and 104 indicated. For various reasons, it ensures engagement of the transformer 100 in the ignition device described above is more effective Ignition of a flashover on the main spark gap if on the busbar 10 an overvoltage occurs. One of these reasons is that the transformer 100 the overvoltage is stepped up and therefore a higher one on its secondary winding Voltage occurs than is applied to its primary winding. So that is from the secondary winding 104 applied to the spark gap 133 higher than that on the busbar 10 occurring overvoltage itself, and_this higher voltage is self-evident more easily at the ignition spark gap and consequently at the main spark gap cause a rollover. A second reason why the transformer 100 makes it easier to cause a flashover in the main spark gap the opposite polarity between its input voltage and its output voltage. In this regard, it should be noted that when the negative pulse is originally to trigger electrode 132 for a positive overvoltage on the busbar 10 is applied, the main electrode 24 the potential of the negative bus bar 12 because between the main electrode 24 and the negative bus bar 12 no electricity flows. When the negative pulse causes a collapse in the spark gap 133, the potential of the main electrode 24 quickly drops to substantially the. Value of the negative potential of the ignition electrode, since the impedance of the coil 30 and the resistor 20, which is between the main electrode 24 and the negative Busbar 12 are arranged, enables the main electrode 24 with respect to the bus bar 12 goes negative for a short period of time. During this short one Period of time, the other main electrode 22 has a high positive potential, the essentially equal to the potential of the busbar carrying the positive overvoltage 10 is because this electrode 22 is directly connected to the bus bar 10 and no noticeable current is flowing through the coil 28. The resulting tension between the electrodes 22 and 24 on the main spark gap 25 is the arithmetic Sum of these two instantaneous voltages equal, so that a very high voltage immediately at the main spark gap 25 occurs the rollover at the Main spark gap accelerated after the ignition spark gap has broken down. These arithmetic sum is shown at -X in Fig. 4a, where the voltages at the various Parts are shown just before the flashover at the ignition spark gap.

Hätte die Ausgängsspannung des Transformators 100 die gleiche Polarität wie das Eingangssignal, so wäre die unmittelbar nach dem Zusammenbruch der Zündfunkenstrecke an der Hauptfunkenstrecke auftretende Spannung nur gleich der arithmetischen Differenz der Momentanspannungen für die beiden Hauptelektroden 22 und 24. Da diese Spannungsdifferenz viel geringer ist als die oben beschriebene arithmetische Summe, würde sie die Hauptfunkenstrecke weniger leicht zum Überschlag bringen als die resultierende Spannung, wenn der negative Impuls zur Zündung verwendet wird. Zwar treten in der Spannung der unteren Hauptelektrode 24 kurz nach dem Zusammenbruch der Zündfunkenstrecke Schwingungen auf und diese Schwingungen würden in der Folge zu wesentlich höheren Spannungen an der Hauptfunkenstrecke führen, aber die oben beschriebene Zündvorrichtung mit entgegengesetzter Polarität braucht nicht auf solche Schwingungen zu warten und kann einen extrem schnellen Überschlag an der Hauptfunkenstrecke bewirken.If the output voltage of transformer 100 had the same polarity like the input signal, it would be immediately after the ignition spark gap had collapsed Voltage occurring at the main spark gap is only equal to the arithmetic difference the instantaneous voltages for the two main electrodes 22 and 24. Since this voltage difference is much less than the arithmetic sum described above, it would be the main spark gap less likely to flash over than the resulting voltage if the negative Pulse is used for ignition. True, occur in the voltage of the lower main electrode 24 shortly after the collapse of the ignition spark gap, vibrations occur and these As a result, vibrations would lead to significantly higher voltages in the main spark gap lead, but the igniter described above with opposite polarity does not need to wait for such vibrations and can be extremely fast Cause flashover at the main spark gap.

Der mit der Primärwicklung 1021n Reihe geschaltete Kondensator 106 hat den Zweck, ein ständiges Fließen von Gleichstrom durch die Primärwicklung und damit eine Sättigung des Kernes des Transformators 100 durch den von einem solchen Strom erzeugten Fluß zu verhindern. Dies erlaubt die Verwendung eines kleineren Kerns für den Transformator 100.The capacitor 106 connected in series with the primary winding 1021n has the purpose of a constant flow of direct current through the primary winding and thus a saturation of the core of the transformer 100 by that of such Generated electricity To prevent flow. This allows it to be used a smaller core for transformer 100.

Die oben beschriebene Zündvorrichtung mit dem Transformator 100 hat, wenn sie als einzige Zündvorrichtung verwendet wird, den Nachteil, verhältnismäßig anfällig für Beschädigung durch hochfrequente Blitz-Überspannungen, die an der Sammelschiene 10 auftreten, zu sein. Infolge der Zeitverzögerung, die naturgemäß in der Arbeitsweise des Transformators liegt, können solche hochfrequenten Überspannungen an der Primärwicklung 102 sehr hohe Werte erreichen, bevor ein nennenswerter Impuls an der Sekundärwicklung 104 entsteht.The ignition device described above with the transformer 100 has, when used as the sole ignition device, the disadvantage is proportionate susceptible to damage from high-frequency lightning surges on the busbar 10 occur to be. As a result of the time lag, which is inherent in the working method of the transformer, such high-frequency overvoltages can occur on the primary winding 102 reach very high values before a noticeable pulse on the secondary winding 104 is created.

Wenn der Transformator nicht mit besonders starker und teuerer Isolation gebaut ist, können hochfrequente Überspannungen an der Primärwicklung die Transformatorisolation beschädigen, bevor ein für den Zusammenbruch der Hauptfunkenstrecke ausreichender Sekundärimpuls entstanden ist.If the transformer does not have particularly strong and expensive insulation built, high-frequency overvoltages on the primary winding can damage the transformer insulation damage before one sufficient for the breakdown of the main spark gap Secondary impulse has arisen.

Zum Schutz des Transformators 100 vor Beschädigungen durch solche hochfrequente-Überspannungen wird eine zweite Zündvorrichtung mit einer zweiten Zündelektrode 32 vorgesehen. Die zweite Zündelektrode 32 ist neben der ersten Zündelektrode 132 und der Hauptelektrode 24 angeordnet, ist aber von beiden durch das Isoliermaterial 134 isoliert (Fig. 4). Ein dieser zweiten Zündelektrode 32 zugeführter Impuls zündet an einer Zündfunkenstrecke Zünd 33 zwischen der Welggerelektrode 32 und der Hauptelektrode 24, in der gleichen Weise einen Überschlag, wie es oben in Verbindung mit der ersten Zündelektrode 132 beschrieben wurde. Beim Zünden der Zündfunkenstrecke 33 gelangen in die Hauptfunkenstrecke 25 geladene Teilchen, die einen Überschlag an der Hauptfunkenstrecke 25 in der gleichen Weise einleiten, wie es oben an Hand der ersten Zündfunkenstrecke 132 beschrieben wurde. Um Überspannungen, welche an den Sammelschienen 10, 12 auftreten, an die zweite Zündelektrode 32 anzulegen, ist diese mit der Sammelschiene 10 über einen kleinen Kondensator 36 verbunden. Im normalen oder stationären Zustand ist die Zündelektrode 32 durch den Kondensator 36 von der Sammelschiene 10 im wesentlichen getrennt. Tritt jedoch ein Überspannungsimpuls an der Sammelschiene 10 auf, so stellt der Kondensator für diesen Impuls eine niedrige Impedanz dar und der größte Teil der Impulsspannung wird an der Zündfunkenstrecke 33 zwischen der Zündelektrode 32 und der Hauptelektrode 24 auftreten. Die Höhe der am Kondensator 36 abfallenden Spannung ändert sich mit dem Kehrwert von f . C, wobei f die Frequenz der Überspannung und C die Kapazität des Kondensators 36 sind. Aus Kostengründen ist ein Kondensator 36 von niedriger Kapazität erwünscht. Vorzugsweise wird die Kapazität des Kondensators 36 so niedrig gewählt, daß die Spannung an diesem Kondensator nur bei relativ hochfrequenten Überspannungen vernachlässigbar klein ist. Da bei hochfrequenten Überspannungen praktisch keine Spannung am Kondensator 36 abfällt, tritt im wesentlichen die gesamte Überspannung an der Zündfunkenstrecke 33 auf und kann diese zum Überschlag bringen, so daß der Zusammenbruch der Hauptfunkenstrecke eingeleitet wird. Bei niederfrequenten Überspannungen an der Sammelschiene 10 fällt ein viel höherer Prozentsatz solcher Überspannungen am Kondensator 36 und somit ein viel kleinerer Prozentsatz an der Zündfunkenstrecke ab. Der Kondensator 36 ist vorzugsweise so klein, daß niederfrequente Überspannungen nicht genügend Spannung an der Zündfunkenstrecke entwickeln, um dort einen Überschlag hervorzurufen, außer wenn diese niederfrequenten Überspannungen sehr viel höher als der erwünschte Spannungs-Schutzpegel sind. Zum Zünden der Hauptfunkenstrecke bei niederfrequenten Überspannungen dient die erwähnte erste Zündvorrichtung mit dem Transformator 100. Wie oben erklärt, kann diese Zündvorrichtung Überschläge bei niederfrequenten Überspannungen irgendeiner gewünschten niedrigen Höhe einleiten. Hochfrequente Überspannungen, die über die zweite Zündelektrode 32 wirken, können in genügend kurzer Zeit einen Überschlag der Zündfunkenstrecke 33 und der Hauptfunkenstrecke 25 bewirken, um das Auftreten einer übermäßig hohen Spannung an der Primärwicklung 102 des Transformators 100 durch die hochfrequente Überspannung zu verhindern. Wenn die Hauptfunkenstrecke 25 überschlägt, entsteht über sie ein Stromweg niedriger Impedanz, der dem Transformator 100 parallelgeschaltet ist und die an diesem abfallende Spannung begrenzt und schnell herabsetzt, so daß der Transformator vor -.einer Beschädigung durch die Überspannung geschützt wird. Zwischen die zweite Zündelektrode 32 und die Hauptelektrode 24 ist ein Widerstand 42 geschaltet. Dieser Widerstand 42 hat im Vergleich zum Isolationswiderstand des Kondensators 36 einen sehr niedrigen Widerstandswert. Der Zweck dieses Widerstandes 42 ist es, die Zündelektrode 32 und die Hauptelektrode 24 auf wenigstens annähernd gleichem Potential zu halten, solang sie im normalen oder stationären Zustand sind, also wenn keine Überspannung zwischen den Sammelschienen 10 und 12 vorhanden ist. In diesem Zustand besteht ein hochohmiger Strompfad zwischen den Sammelschienen 10 und 12, der hintereinander geschaltet den Isolationswiderstand des Kondensators 36, die Parallelschaltung von Widerstand 42 und Isolationswiderstand der Zündfunkenstrecke 33, den Widerstand der Spule 30 und den Widerstand 20 enthält. Die Widerstände 42 und 20 und die Spule 30 haben verglichen mit dem Isolationswiderstand des Kondensators 36 einen sehr niedrigen Widerstandswert. So liegt fast die ganze stationäre Spannung am Kondensator 36 und praktisch nichts davon am Widerstand 42, und insofern auch nichts an der ZündfunkenstreckE 33, die parallel zum Widerstand 42 liegt. Es ist wtinschenswert, die Zündfunkenstrecke von der stationären Spannung zu trennen, um eine Verschlechterung der Zündfunkenstrecke und mögliche falsche Überschläge zu vermeiden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Hauptelektroden 22 und 24 zwischen zwei Isölierstoffplatten 45 montiert, die als Seitenwände für die Entladungsstrecke 25 zwischen den Elektroden dienen. Diese Platten 45 sind im Bereich der Entladungsstrecke 25 im wesentlichen nicht durchbrochen und verlaufen im ganzen parallel zur Längsachse der zwischen den Elektroden 22 und 24 brennenden Lichtbögen. Die Platten 45 sind aus einem Material hergestellt, das sehr wenig Gas entwickelt, wenn es einem Lichtbogen ausgesetzt wird, z.B. aus Aluminiumsilikat. Die Platten 45 werden durch geeignet e,Befestigungsmittel gegen die gegenüberliegenden Ränder der Elektroden 22 und 24 gedrückt, etwa durch isolierende Bolzen 47, die in Abständen voneinander längs des äußeren Umfangs der Platte 45 angeordnet sind. Die isolierenden Bolzen 47 erstrecken sich durch fluchtende Löcher in den Isolierstoffplatten 45 und sind in eine Abschlußkappe 48 des Gehäuses 21 geschraubt. Jeder Bolzen 47 wird zwischen den Platten 45 von einem Abstandshalter 49 aus Isolierstoff umgeben, der den von den Bolzen 47 ausgeübten Anpreßdruck begrenzt. Weiterhin wird jeder Bolzen 47 von einer Hülse 50 umgeben, die die Isolierstoffplatten 45 an der Abschlußkappe 48 abstützen. Die Spulen 28 und 30 zur Erzeugung des lichtbogenantreibenden Magnetfeldes sind-an den Außenseiten der Isolierstoffplatten 45 angebracht. Jede dieser Spulen ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist., und die Hälfte des Umfangs jeder Spule ist etwa in Deckung mit der halbkreisförmigen äußeren Elektrode 22 angeordnet. Die Spulen sind so in den Stromkreis geschaltet, daß ein den Ableiter durchfließender Strom beide Spulen im selben Sinn durchfließt. So entsteht ein Magnetfeld 51, das die beiden Spulen 28 und 30 umgibt und etwa wie in Fig. 2 dargestellt ausgebildet ist. Dieses Magnetfeld 51 erstreckt sich entlang der ganzen Länge der äußeren Elektrode 22 über die Strecke 25 in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Längsachse eines zwischen den Elektroden 22 und 24 brennenden Lichtbogens steht. Ein quer zu einem Lichtbogen verlaufendes Magnetfeld wirkt bekanntlich mit dem Magnetfeld des Lichtbogens so zusammen, daß der Lichtbogen in eine Richtung rechtwinklig zu seiner eigenen Längsachse und rechtwinklig zur Richtung des angelegten Magnetfeldes angetrieben wird. Die Polarität des angelegten Magnetfeldes wird so gewählt, daß die lichtbogenantreibende Kraft in der Richtung. des Pfeiles 35 (Fig. 1 und 3) verläuft. Wenn also ein Lichtbogen im Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a entstanden ist, wird er entlang den Elektroden 22 und 24 in Richtung des Pfeils 35 zum entgegengesetzten Elektrodenende getrieben. Die Bewegung des Lichtbogens in Richtung des Pfeiles 35 in Fig. 1 verlängert zunehmend den Lichtbogen infolge der zunehmend wachsenden Länge der Entladungsstrecke 25. Dieses zunehmende Verlängern des Lichtbogens erzeugt ein zunehmendes Anwachsen der Lichtbogenspannung, was den Lichtbogenstrom zunehmend vermindert. Wenn die Lichtbogenspannung die von der Anlage an die Hauptfunkenstrecke angelegte Spannung überschreitet, fällt der Lichtbogenstrom rasch auf Null ab. Wenn die Energie der Spannungswelle, die den Lichtbogen verursacht hatte, dann bereits im Ableiter verbraucht worden ist, wird.der Lichtbogen gelöscht sein und es erfolgt kein weiterer Zusammenbruch der Funkenstrecke 25, so daß die Anlage wieder ihren normalen Betriebszustand annimmt. Es ist ersichtlich, daß die höchste Lichtbogenspannung entwickelt wird, wenn der Lichtbogen die Enden der Elektroden 22, 24 erreicht hat und sich in seinem mittleren Bereich hinausbiegt, wie in Fig. 3 bei 60 gezeigt ist. In dieser Stellung hat der Lichtbogen seine größtmögliche Länge. Wenn die Überspannungswelle einen hohen Energieinhalt besitzt, Zeitpunkt, wo der Lichtbogen die Stellung 60 in Fig. 3 erreicht, nur ein kleiner Teil der Überspannungsenergie verbraucht sein. Die übrige Überspannungsenergie erzeugt noch einen plötzlichen Spannungsanstieg, der einen Überschlag an der Hauptfunkenstrecke im Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a verursacht, so daß wieder ein Lichtbogen zwischen den Hauptelektroden im Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a entsteht. Der erste Lichtbogen kann noch brennen oder auch schon verloschen-sein, wenn der zweite zündet, aber jedenfalls verschwindet er bei dessen Entstehung. Der zweite Lichtbogen wird, wie sein Vorgänger, in Richtung des Pfeils 35 in die Stellung 60 getrieben, wodurch sich die Lichtbogenspannung erhöht und der Lichtbogenstrom schnell auf Null abfällt. Gerade bevor oder sobald der Strom den Wert Null erreicht, ruft die von der übrig gebliebenen Überspannungsenergie herrührende Überspannung einen dritten Lichtbogen im Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a hervor. Der-zweite Lichtbogen-verschwindet und der dritte verhält sich in der gleichen Weise wie sein Vorgänger. Diese Folge von Vorgängen wiederholt sich immer wieder, bis die Energie der Überspannung schließlich vollständig verbraucht ist. Ist diese Energie vollständig vernichtet, so reicht die höchste Spannung des Lichtbogens in Stellung 60 nicht aus, um einen weiteren Durchbruch im Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a zu verursachen, und die Funkenstrecke verhindert damit weiteren Stromfluß. Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, die besonders auch für die Ableitung von Blitz-Überspannungen geschaffen wurde. Der eine Blitz-Wanderwelle begleitende Strom durch einen Ableiter umfallt zwei Komponenten: (1) Einen Blitz-Entladungsstrom, der von der Blitz-Überspannungswelle stammt und (2) einen Folgestrom, der aus dem Netz stammt und anschließend an den Blitz-Entladungsstrom durch den Ableiter fließt. Die Höhe des Blitz-Entladungsstromes ist weitgehnd unabhängig von der Impedanz des Ableiters und kann deshalb sehr hohe Werte erreichen. Wenn ein Lichtbogen mit extrem hohem Strom aus dem Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a in Richtung des Pfeils 35 getrieben würde,'wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 beschrieben wurde, so würde eine übermäßig hohe Lichtbogenspannung entwickelt werden. So gesehen, ist der Entladungspfad zwischen den. Elektroden 22 und 24 links vom Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a in Fig. 5 der gleiche wie beim Ableiter gemäß Fig. 1 bis 4 und hat deshalb eine verhältnismäßig hohe Impedanz. Bei Lichtbögen mit niedrigem Strom, wie z.B. Schaltspannungs-Lichtbögen, ist diese hohe Impedanz erwünscht, denn sie ermöglicht eine schnelle Erhöhung der Lichtbogenspannung, um den Schaltspannungs-Strom auf Null zu bringen. Das Fließen von Schaltspannungs-Strom über diese relativ hohe Impedanz erzeugt keine übermäßigen Spannungen am Ableiter, denn der Schaltspannungs-Strom ist relativ niedrig und wird durch die verhältnismäßig hohe Impedanz des Ableiters begrenzt. Aber Blitz-Entladungsströme sind viel höher und im wesentlichen unabhängig von der Ableiterimpedanz. Wenn also ein hoher Blitz-Entladungsstrom über den Pfad mit der hohen Impedanz links 25b im Ableiter abfließen würde, träten übermäßige Spannungen am Ableiter auf, die die Gleichrichteranlage 14 beschädigen könnten. Um das Entstehen solch übermäßiger Spannungen zu verhindern, werden Lichtbögen mit hohen Blitz-Entladungsströmen aus dem linken Raumbereich 25b des Ableiters ferngehalten und stattdessen vom Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a in einen Raumbereich 25c rechts vom Lichtbogen-Entstehungsbereich angetrieben. Der rechte Raumbereich 25c des Ableiters ist für eine verhältnismäßig niedrige Impedanz ausgelegt. Daher. erzeugt der Durchgang des hohen Blitz.-Entladungsstroms über diesen Pfad keine übermäßigen Spannung am Ableiter. Der rechte Teil 25c des Ableiters hat im Vergleich mit dem linken Teil 25b dadurch eine verhältnismäßig niedrige Impedanz, daß der Abstand zwischen den seitlichen Isolierstoffplatten 45 in diesem Raumbereich 25c relativ groß ist,-verglichen mit dem Abstand im Raumbereich 25b. Dieser relativ große Abstand zwischen den seitlichen Isolierstoffplatten 45 ermöglicht einem in diesem Raumbereich 25c brennenden Lichtbogen, seinen Querschnitt zu vergrößern und sich zu verteilen und somit mit einer viel niedrigeren Lichtbogenspannung zu brennen. Dieser Raumbereich 25c mit seinem relativ großen Abstand zwischen den seitlichen Isolierstoffplatten 45 bildet also einen Pfad mit niedriger Impedanz für dort hineingetriebene Lichtbögen mit, die einen Blitz-Entladungsstrom führen. Zum Antreiben eines durch einen Blitzschlag verursachten Lichtbogens mit hohem Strom in der Richtung eines Pfeiles 37 (Fig. 5) vom Lichtbogen-Entstehungsbereich 25a in den Raumbereich 25c mit niedriger Impedanz wird die untere Spule 30 durch Überbrücken (auf eine bald beschriebene Weise) unwirksamgemacht, so daß das Magnetfeld der oberen Spule 28 den Blitz-Entladungsstrom-Lichtbogen antreibt. Da das Feld dieser oberen Spule 28 nach seiner Polarität Lichtbögen in der Richtung des Pfeils 37 zu treiben sucht, wird der Blitz-Entladungsstrom-Lichtbogen also in Richtung des Pfeiles 37 angetrieben. Die Spule 28 hat nur einen kleinen Prozentsatz der Windungszahl von Spule 30 und ihre lichtbogenantreibendes Feld wird normalerweise vom entgegengesetzt wirkenden Magnetfeld der Spule 30 vollkommen überwogen. Aber wenn die Spule 30 unwirksam ist,-kann das- Magnetfeld der oberen Spule einen im Lichtbogen-Entstehungsbereich gebildeten Lichtbogen nach rechts antreiben. Obwohl die Spule 28 nur einige wenige Windungen hat, kann sie wegen der Größe des sie durchfließenden Blitzstroms ein genügend hohes Magnetfeld erzeugen, um den Blitzstrom-Lichtbogen wirksam anzutreiben.To protect the transformer 100 from damage caused by such high-frequency overvoltages, a second ignition device with a second ignition electrode 32 is provided. The second ignition electrode 32 is arranged next to the first ignition electrode 132 and the main electrode 24, but is insulated from both by the insulating material 134 (FIG. 4). A pulse fed to this second ignition electrode 32 ignites at an ignition spark gap Zünd 33 between the Welgger electrode 32 and the main electrode 24, a flashover in the same way as was described above in connection with the first ignition electrode 132. When the ignition spark gap 33 is ignited, charged particles get into the main spark gap 25 and initiate a flashover at the main spark gap 25 in the same way as was described above with reference to the first ignition spark gap 132. In order to apply overvoltages that occur on the busbars 10, 12 to the second ignition electrode 32, the latter is connected to the busbar 10 via a small capacitor 36. In the normal or stationary state, the ignition electrode 32 is essentially separated from the busbar 10 by the capacitor 36. However, if an overvoltage pulse occurs on busbar 10, the capacitor represents a low impedance for this pulse and most of the pulse voltage will occur on ignition spark gap 33 between ignition electrode 32 and main electrode 24. The level of the voltage drop across the capacitor 36 changes with the reciprocal of f. C, where f is the frequency of the overvoltage and C is the capacitance of the capacitor 36. A low capacitance capacitor 36 is desirable for cost reasons. The capacitance of the capacitor 36 is preferably selected to be so low that the voltage across this capacitor is negligibly small only in the case of relatively high-frequency overvoltages. Since practically no voltage drops across the capacitor 36 in the event of high-frequency overvoltages, essentially the entire overvoltage occurs at the ignition spark gap 33 and can cause it to flash over, so that the breakdown of the main spark gap is initiated. In the case of low-frequency overvoltages on the busbar 10, a much higher percentage of such overvoltages drops on the capacitor 36 and thus a much smaller percentage on the ignition spark gap. The capacitor 36 is preferably so small that low-frequency overvoltages do not develop enough voltage at the ignition spark gap to cause a flashover there, unless these low-frequency overvoltages are very much higher than the desired voltage protection level. The aforementioned first ignition device with the transformer 100 serves to ignite the main spark gap in the event of low-frequency overvoltages. As explained above, this ignition device can initiate flashovers in the event of low-frequency overvoltages of any desired low level. High-frequency overvoltages that act via the second ignition electrode 32 can cause a flashover of the ignition spark gap 33 and the main spark gap 25 in a sufficiently short time to prevent the occurrence of an excessively high voltage on the primary winding 102 of the transformer 100 due to the high-frequency overvoltage. When the main spark gap 25 flashes over, it creates a low-impedance current path which is connected in parallel to the transformer 100 and which limits and rapidly reduces the voltage drop across it, so that the transformer is protected from damage by the overvoltage. A resistor 42 is connected between the second ignition electrode 32 and the main electrode 24. This resistor 42 has a very low resistance value compared to the insulation resistance of the capacitor 36. The purpose of this resistor 42 is to keep the ignition electrode 32 and the main electrode 24 at at least approximately the same potential as long as they are in the normal or steady state, i.e. when there is no overvoltage between the busbars 10 and 12. In this state, there is a high-resistance current path between busbars 10 and 12, which, connected in series, contains the insulation resistance of capacitor 36, the parallel connection of resistor 42 and insulation resistance of spark gap 33, the resistance of coil 30 and resistor 20. The resistors 42 and 20 and the coil 30 have a very low resistance value compared to the insulation resistance of the capacitor 36. Almost all of the steady-state voltage is applied to capacitor 36 and practically nothing of it to resistor 42, and therefore nothing to ignition spark gap E 33, which is parallel to resistor 42. It is desirable to separate the ignition spark gap from the steady-state voltage in order to avoid a deterioration in the ignition spark gap and possible false flashovers. As can be seen from FIG. 2, the main electrodes 22 and 24 are mounted between two insulating material plates 45, which serve as side walls for the discharge path 25 between the electrodes. These plates 45 are essentially not perforated in the area of the discharge path 25 and run generally parallel to the longitudinal axis of the arcs burning between the electrodes 22 and 24. The plates 45 are made of a material which evolves very little gas when exposed to an arc, such as aluminum silicate. The plates 45 are pressed against the opposite edges of the electrodes 22 and 24 by suitable fastening means, such as insulating bolts 47 spaced from one another along the outer periphery of the plate 45. The insulating bolts 47 extend through aligned holes in the insulating material plates 45 and are screwed into an end cap 48 of the housing 21. Each bolt 47 is surrounded between the plates 45 by a spacer 49 made of insulating material, which limits the contact pressure exerted by the bolts 47. Furthermore, each bolt 47 is surrounded by a sleeve 50 which supports the insulating material plates 45 on the end cap 48. The coils 28 and 30 for generating the arc-driving magnetic field are attached to the outer sides of the insulating plates 45. Each of these coils is preferably circular, as shown in FIG. 3, and half of the circumference of each coil is arranged approximately in register with the semicircular outer electrode 22. The coils are connected to the circuit in such a way that a current flowing through the arrester flows through both coils in the same direction. This creates a magnetic field 51 which surrounds the two coils 28 and 30 and is designed approximately as shown in FIG. This magnetic field 51 extends along the entire length of the outer electrode 22 over the distance 25 in a direction which is essentially perpendicular to the longitudinal axis of an arc burning between the electrodes 22 and 24. A magnetic field running transversely to an arc is known to interact with the magnetic field of the arc in such a way that the arc is driven in a direction perpendicular to its own longitudinal axis and perpendicular to the direction of the applied magnetic field. The polarity of the applied magnetic field is chosen so that the arc driving force is in the direction. of arrow 35 (FIGS. 1 and 3). Thus, when an arc has occurred in the arc formation region 25a, it is driven along the electrodes 22 and 24 in the direction of the arrow 35 to the opposite end of the electrode. The movement of the arc in the direction of arrow 35 in FIG. 1 increasingly lengthens the arc as a result of the increasingly increasing length of the discharge path 25. This increasing elongation of the arc produces an increasing increase in the arc voltage, which increasingly reduces the arc current. When the arc voltage exceeds the voltage applied by the equipment to the main spark gap, the arc current rapidly drops to zero. If the energy of the voltage wave that caused the arc has already been consumed in the arrester, the arc will be extinguished and there will be no further breakdown of the spark gap 25, so that the system resumes its normal operating condition. It can be seen that the highest arc voltage is developed when the arc has reached the ends of electrodes 22, 24 and bends out in its central region, as shown at 60 in FIG. In this position the arc has its greatest possible length. If the surge wave has a high energy content, When the arc reaches position 60 in FIG. 3, only a small part of the overvoltage energy can be consumed. The remaining overvoltage energy also generates a sudden increase in voltage, which causes a flashover at the main spark gap in the arc generation area 25a, so that an arc is generated again between the main electrodes in the arc generation area 25a. The first arc can still burn or even be extinguished when the second ignites, but in any case it disappears when it occurs. The second arc, like its predecessor, is driven in the direction of arrow 35 into position 60, whereby the arc voltage increases and the arc current quickly drops to zero. Just before or as soon as the current reaches the value zero, the overvoltage resulting from the remaining overvoltage energy causes a third arc in the arc formation region 25a. The second arc disappears and the third behaves in the same way as its predecessor. This sequence of processes repeats itself again and again until the energy of the overvoltage is finally completely consumed. If this energy is completely destroyed, the highest voltage of the arc in position 60 is not sufficient to cause a further breakdown in the arc formation area 25a, and the spark gap thus prevents further current flow. Fig. 5 shows a modified embodiment of the invention, which was created especially for the discharge of lightning overvoltages. The current that accompanies a lightning traveling wave through an arrester breaks down into two components: (1) A lightning discharge current that originates from the lightning surge wave and (2) a follow-up current that originates from the network and then follows the lightning discharge current through the Arrester flows. The level of the lightning discharge current is largely independent of the impedance of the arrester and can therefore reach very high values. If an arc with an extremely high current were driven out of the arc formation region 25a in the direction of arrow 35, as described in connection with FIGS. 1 to 4, an excessively high arc voltage would be developed. Seen in this way, the discharge path is between the. Electrodes 22 and 24 to the left of the arc formation region 25a in FIG. 5 are the same as in the arrester according to FIGS. 1 to 4 and therefore have a relatively high impedance. In the case of arcs with a low current, such as switching voltage arcs, this high impedance is desirable because it enables the arc voltage to be increased quickly in order to bring the switching voltage current to zero. The flow of switching voltage current over this relatively high impedance does not generate excessive voltages on the arrester, because the switching voltage current is relatively low and is limited by the relatively high impedance of the arrester. But lightning discharge currents are much higher and essentially independent of the arrester impedance. If a high lightning discharge current were to flow off via the path with the high impedance on the left 25b in the arrester, excessive voltages would occur on the arrester, which could damage the rectifier system 14. In order to prevent such excessive voltages from occurring, arcs with high lightning discharge currents are kept away from the left space area 25b of the arrester and instead are driven from the arc formation area 25a into a space area 25c to the right of the arc formation area. The right spatial area 25c of the arrester is designed for a relatively low impedance. Therefore. The passage of the high lightning discharge current through this path does not create excessive voltage on the arrester. The right part 25c of the arrester has a relatively low impedance in comparison with the left part 25b in that the distance between the lateral insulating material plates 45 in this spatial area 25c is relatively large, compared to the distance in spatial area 25b. This relatively large distance between the lateral insulating material plates 45 enables an arc burning in this spatial area 25c to enlarge its cross section and to spread out and thus to burn with a much lower arc voltage. This spatial area 25c with its relatively large distance between the lateral insulating material plates 45 thus forms a path with low impedance for arcs driven into it, which carry a lightning discharge current. In order to drive a high-current arc caused by a lightning strike in the direction of an arrow 37 (Fig. 5) from the arcing area 25a into the space area 25c with low impedance, the lower coil 30 is made ineffective by bridging (in a manner to be described soon), so that the magnetic field of the upper coil 28 drives the lightning discharge current arc. Since the field of this upper coil 28 tries to drive arcs in the direction of arrow 37 according to its polarity, the lightning discharge current arc is therefore driven in the direction of arrow 37. The coil 28 has only a small percentage of the number of turns of the coil 30 and its arcing field is normally completely outweighed by the opposing magnetic field of the coil 30. But when the coil 30 is inoperative, the magnetic field of the upper coil can drive an arc formed in the arc formation area to the right. Although the coil 28 has only a few turns, because of the magnitude of the lightning current flowing through it, it can generate a magnetic field high enough to drive the lightning current arc effectively.

Es ist sehr erwünscht, daß diese Spule 28 eine minimale Windungszahl hat, da dies ihre Impedanz auf einen ausreichend niederen Wert beschränkt, so daß der Blitzstrom keinen übermäßigen Spannungsabfall an ihr erzeugen kann.It is very desirable that this coil 28 have a minimum number of turns as this limits their impedance to a sufficiently low value that the lightning current cannot produce an excessive voltage drop across it.

Um die andere Spule 30 während der Zeit, zu der Blitz-Entladungsstrom durch den Ableiter fließt, unwirksam zu machen, ist eine überbrückende Funkenstrecke 70 parallel zur Spule 30 vorgesehen. Da sowohl die Größe als auch die Änderungsgeschwindigkeit,des Blitz-Entladungsstroms erheblich sind und da die Spule 30 eine verhältnismäßig hohe Windungszahl besitzt, steigt die vom Blitzstrom an der Spule 30 erzeugte Spannung schnell auf einen hohen Wert an. Diese steil ansteigende Spannung wird verwendet, um die spulenüberbrückende Funkenstrecke 70 zum Überschlag zu bringen, über die daraufhin der Blitzstrom fließt. Die spulenüberbrückende Funkenstrecke 70 ist für niedrige Impedanz gegenüber dem Blitzstrom ausgelegt, so dafl er an ihr nur relativ niedrige Spannungen erzeugt.To the other coil 30 during the time when the lightning discharge current flowing through the arrester, making it ineffective is a bridging spark gap 70 is provided parallel to the coil 30. Since both the size and the rate of change, des Lightning discharge currents are substantial and since the coil 30 has a relatively high Has number of turns, the voltage generated by the lightning current on the coil 30 increases quickly to a high value. This steeply increasing voltage is used in order to cause the coil-bridging spark gap 70 to flash over, via the then the lightning current flows. The bridging spark gap 70 is for low impedance compared to the lightning current, so that it is only relative to it low voltages generated.

Die spulenüberbrückende Funkenstrecke 70 besitzt im Abstand voneinander angeordnete Elektroden 72 und 7¢, die einen Lichtbogenraum 75 zwischen sich bilden, und eine lichtbogenantreibende Spule 78, um einen in der Funkenstrecke 75 brennenden Bogen,in der Richtung eines Pfeils 77 anzutreiben.The coil-bridging spark gap 70 is at a distance from one another arranged electrodes 72 and 7 ¢, the one Arc space 75 between form, and an arc driving coil 78 around one in the spark gap 75 burning bow, propelling in the direction of arrow 77.

Der Lichtbogen in der spulenüberbrückenden Funkenstrecke 70 erlischt, wenn der Blitz-Entladungsstrom auf einem bestimmten Wert abgefallen ist, welcher den im wesentlichen völligen Verbrauch der Energie der Blitzüberspannung anzeigt. Der Folgestrom, der dann danach fließt, nimmt seinen Weg eher durch die Spule 30 als über die Funkenstrecke 70, weil die Spule 30 für den Folgestrom angesichts dessen niedriger Änderungsgeschwindigkeit eine sehr niedrige Impedanz darstellt, viel niedriger als die der spulenüberbrückenden Funkenstrecke 70; also fließt nach den Durchgang des Blitz-Entladungsstroms im wesentlichen der gesamte Folgestrom durch die .Spule 30.The arc in the coil-bridging spark gap 70 goes out, when the lightning discharge current has dropped to a certain value, which indicates the essentially total consumption of the energy of the lightning surge voltage. The follow-up current that then flows thereafter tends to make its way through the coil 30 than over the spark gap 70 because the coil 30 for the follow current given that low rate of change represents a very low impedance, much lower than that of the spool-bridging spark gap 70; so flows after the passage of the lightning discharge current is essentially the entire follow-up current through the coil 30th

Sobald die Spüle 30 von Folgestrom durchflossen wird, erzeugt sie das zuvor beschriebene Magnetfeld, das den Lichtbogen in der Hauptfunkenstrecke 25 in Richtung des Pfeiles 35 antreibt. Der Lichtbogen in der Hauptfunkenstrecke 25 führt dann Folgestrom. Dieser Lichtbogen wird vom Magnetfeld der unteren Spule 30 in den linken Raumbereich 25b der Punkenstrecke 25 getrieben, wo der-Zwischenraum zwischen den Isolierstoffplatten klein ist. Dies führt zur Entwicklung einer höheren Lichtbogenspannung und einer höheren wirksamen Impedanz, wodurch der Strom durch den Ableiter auf Null herabgesetzt wird und eine Neubildung des Lichtbogens verhindert wird, genau in der gleichen Weise, wie,es oben im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde. Es ist kennzeichnend für den Lichtbogen, der nach dem Durchgang von Blitz-Entladungsstrom Leistungs-Folgestrom führt, daß er sogar vor Erreichen der Stellung 60 gemäß Fig. 3 bei seiner ersten Bewegung durch den Lichtbogen-Laufbereich 25b verlöschen kann.As soon as follow current flows through the sink 30, it generates the magnetic field described above that creates the arc in the main spark gap 25 drives in the direction of arrow 35. The arc in the main spark gap 25 then carries follow current. This arc is generated by the magnetic field of the lower coil 30 driven into the left space area 25b of the point segment 25, where the space between the insulating panels is small. This leads to the development of a higher one Arc voltage and a higher effective impedance, reducing the current through the arrester is reduced to zero and a new formation of the Arcing is prevented in exactly the same way as, related to it above with Figs. 1 to 4 has been described. It is indicative of the arc that after the passage of lightning discharge current power follow current leads that he even before reaching the position 60 according to FIG. 3 during its first movement can extinguish the arc run area 25b.

Der Ableiter gemäß Fig. 5 enthält im wesentlichen dieselben beiden Zündvorrichtungen wie der Ableiter gemäß Fig. 1 bis 4, und entsprechende Teile dieser Zündvorrichtungen sind mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Die hochfrequenten Flitz-Überspannungen leiten einen Lichtbogen an der Entladungsstrecke 25 des Überspannungsableiters dadurch ein, daß sie sie mittels der Zündvorrichtung 32, 36 zünden. Die relativ niederfrequenten Schaltspannungen leiten einen Bogen an der Entladungsstrecke 25 des Überspannungsableiters dadurch ein, daß sie sie mittels der Zündvorrichtung 132, 100 triggern.The arrester of FIG. 5 contains essentially the same two Ignition devices such as the arrester according to FIGS. 1 to 4, and corresponding parts of these Ignition devices are denoted by the same reference symbols. The high-frequency ones Flitz overvoltages conduct an arc on the discharge path 25 of the surge arrester in that they ignite them by means of the ignition device 32,36. The relative Low-frequency switching voltages conduct an arc on the discharge path 25 of the surge arrester by using the ignition device 132, 100 trigger.

Wenn die Hauptfunkenstrecke infolge eines Spannungsimpulses durchbricht, der auf die hochfrequente Blitz-Überspannung hin über die Zündvorrichtung 32, 36 angelegt wird, wird der anfänglich gebildete Bogen in den Niederimpedanz-.If the main spark gap breaks down as a result of a voltage pulse, that of the high-frequency lightning overvoltage via the ignition device 32, 36 is applied, the arc initially formed will be in the low impedance.

Raumbereich 25c des Ableiters rechts vom Lichtbogen-Entstehungsbereich getrieben. Nachdem der Blitzstrom verbraucht ist, wird der Folgestrom führende Lichtbogen in den Raumbereich 25b des Ableiters mit relativ hoher Impedanz getrieben, um eine hohe lichtbogenspannung zu entwickeln, die den Bogen löscht.Space area 25c of the arrester to the right of the arc formation area driven. After the lightning current has been consumed, the follow current becomes an electric arc in the room area 25b of the arrester with a relatively high impedance driven to develop a high arc voltage which extinguishes the arc.

Wenn die Hauptfunkenstrecke infolge eines Spannungsimpulses, der auf eine relativ niederfrequente Überspannung, wie z.B. eine Schaltspannung hin über die Zündvorrichtung 100, 132 angelegt wird, überschlägt, wird der ursprünglich gebildete Lichtbogen nach links in den Raumbereich 25b mit relativ hoher Impedanz angetrieben, um schnell eine Lichtbogenspannung zum Verlöschen des Lichtbogens aufzubauen, wie oben beschrieben wurde.If the main spark gap as a result of a voltage pulse that occurs on a relatively low-frequency overvoltage, such as a switching voltage over the igniter 100, 132 is applied, overturns, becomes the one originally formed Arc driven to the left in the space area 25b with a relatively high impedance, to quickly build up an arc voltage to extinguish the arc, such as has been described above.

Claims

P atent claims 1.) Controlled spark-gap surge arrester for a direct current circuit that contains two busbars of opposite polarity, with two spaced apart main electrodes that are electrically connected to the busbars and each have an arc generation part and an arc running part next to the arc -Generating part included, and with an ignition device which contains a transformer with primary and secondary windings and an ignition electrode connected to the secondary winding, -which is arranged directly next to one of the main electrodes and ignites an arc between the arcing parts of the main electrodes when the ignition device is excited by an overvoltage wave on the direct current circuit (10, 12) of a certain minimum level, characterized in that the secondary winding (104) is polarized with respect to that of the primary winding (1-02) so that the ignition electrode (132) when the primary winding is excited by an overvoltage on the direct current circuit (10, 12) is fed from the secondary winding (104) with a voltage pulse of a polarity opposite to the polarity of the overvoltage. 2.) Spark gap surge arrester according to claim 1, dadurehgekisiert that the circuit of the old man is constructed so that immediately after the flashover between the ignition electrode (132) and the main electrode (24) the arithmetic sum of the voltages of the ignition pulse and the overvoltage between the Electrodes (22, 24) occurs. 3.) Spark gap surge arrester for a DC circuit, in particular according to claim 1, marked netd ü. raw an ignition device responsive to steep-edged overvoltage pulses with a capacitor (36) which is connected between the ignition electrode (32) and the other main electrode (22) and has such a small capacitance that overvoltages with low edge steepness, a low-frequency-sensitive ignition device, but usually not the Trigger high-frequency-sensitive ignition device. 4) radio link arrester according to claim 3, dadurchgeke nnzeiohnet that the low frequency sensitive Zündvorrichtungzwischen arc-emergence portions of the main electrodes (22, 24) leaves an arc can occur when certain of an overvoltage on the DC circuit (10, 12) of minimum height * and low rate of change is aroused. 5.) Spark gap surge arrester according to one of the preceding claims, characterized by an arrangement (28, Fig. 5) for driving an arc introduced by means of the high frequency-sensitive ignition device into a spatial area (25c) of relatively low impedance and by an arrangement (30) for driving a light arc introduced by means of the low-frequency-sensitive ignition device along the relatively low impedance without these latter arcs being able to enter the spatial region (25e).