DE1909285A1

DE1909285A1 - Geneigte Lichtbogenkammer fuer eine Funkenstrecke

Info

Publication number: DE1909285A1
Application number: DE19691909285
Authority: DE
Inventors: E W Stetson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-02-29
Filing date: 1969-02-25
Publication date: 1969-10-30
Also published as: DE1909285C3; CH497800A; GB1255505A; SE375413B; FR2002867A1; DE1909285B2; US3515947A

Description

Geneigte Lichtbogenkammer für eine Funkenstrecke

Im Rahmen dieser Anmeldung wird Bezug genommen auf die Deutsche Patentanmeldung P 19 08 152.8 (Eig. Zeichen 1O39-5D-3OO8, US-Serial No. 706,911, eingereicht am 17. 2. 1969) mit dem Titel "Funkenstreckenanordnung für Überschlagssicherung".

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nunmehr auf Lichtbogenkammern, wie sie in uberspannungsableitern verwendet werden. Sie betrifft insbesondere eine Lichtbogenkammer für eine Funkenstrecke eines überspannungsableiters, in der ein Magnetfeld erzeugt ist, um den Lichtbogen von der Funkenstrecke in die Kammer zu verschieben; diese Kammer ist dadurch näher bestimmt, daß sie einen den Lichtbogen verlängernden Kanal aufweist, der auf seiner Länge geneigt ist, um die Richtung eines Lichtbogenverlaufes in dem Kanal praktisch senkrecht zu den Flußlinien des Magnetfeldes zu halten.

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Es ist bei der Konstruktion von überspannungsableitern bekannt, verschiedene Bauarten einer Funkenstrecke und der zugehörigen Lichtbogenkammern zu verwenden. Das primäre Merkmal eines überspannungsableiters besteht darin, Spannungsstoße abzuleiten, die von einer durch den überspannungsableiter geschützten Blitzableitervorrichtung herrühren können oder die in einem geschützten Netz durch Schaltstöße erzeugt werden können. Diese Schutzfunktlon wird durch einen durch den Überspannungsleiter hindurchführenden Pfad zur Erde erhalten, um transiente Spannungen und Spannungsstöße von einem geschützten Netz durch den Ableiter hindurch zur Erde abzuleiten. Selbstverständlich müssen die überspannungsableiter so aufgebaut sein, daß sie nur dann einen Entladungskreis zur Erde bilden, wenn dem Ableiter eine Stoßspannung vorgegebener Größe aufgedrückt ist. Wenn der Kreis dann seine Ableitfunktion ausgeführt hat, muß er schnell unterbrochen werden um zu vermeiden, daß der folgende Starkstrom von dem geschützten Netz ebenfalls über den Ableiter zur Erde abfließt. Diese Betriebseigenschaften werden gewöhnlich dadurch erzielt, daß zwischen geeignete Klemmen, die auf einem isolierenden Gehäuse des Überspannungsleiters befestigt sind, irgendeine Punkenstreckenart mit einem nicht-linearen Widerstand aus einem Ventilmaterial in Reihe geschaltet wird. Die Funkenstrecken in diesen Anordnungen sind so ausgelegt, daß sie bei einer bestimmten Spannung überschlagen, die über der normalen Betriebsspannung des Netzes aber unterhalb der Spannungsgrenze liegt, bei der die elektrische Ausrüstung oder Isolierung des geschützten Netzes beschädigt würde. Das Ventilmaterial des nicht-linearen Widerstandes stellt bei den normalerweise geringen Betriebsspannungen des geschützten Netzes einen relativ hohen Widerstand dar und weist bei den höheren Spannungen infolge transienter Spannungsstösse einen sehr viel geringeren Widerstand auf.

Wenn deshalb an einem derartigen überspannungsableiter ein Hochspannungsstoß auftritt, schlagen die Funkenstrecken über, und durch das einen nicht-linearen Widerstand bildende Ventilmaterial wird ein Pfad mit relativ kleinem Widerstand gebildet, um den

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Spannungsstoß zur Erde abzuleiten. Nach Ableitung dieses Stosses 1st es erforderlich, den Ableiter so schnell wie möglich in seinen normalen offenen Zustand zurückzuführen, wie es bereits oben erwähnt worden ist, um die kontinuierliche Ableitung des normalen Leitungsstromes oder des folgenden Starkstromes zur Erde durch den Ableiter hindurch zu verhindern. Dieses Ziel wird durch die kombinierte Wirkung der über den Funkenstrecken gebildeten Lichtbogen, die schnell in die Länge gezogen werden, und durch den erhOhten Widerstand erzielt, den das Widerstandsmaterial des Ventils bei geringeren Spannungen gegenüber dem Starkstrom aufweist.

Um den nachfolgenden Starkstrom schnell zu begrenzen und die nach einem transienten Spannungsstoß zwischen den Funkenstrecken gebildeten Lichtbogen zu löschen, 1st es auf dem Gebiet der überspannungsableiter allgemein üblich, in der Nähe der betreffenden Funkenstrecken Lichtbogenkammern zu schaffen, um die zwischen den Funkenstrecken gebildeten Lichtbögen in die Länge zu ziehen und dadurch den Bogenwiderstand so weit zu erhöhen, daß die Netzspannung den Lichtbogen nicht aufrechterhalten kann. Im allgemeinen sind die Ableiteigenschaften des Überspannungsabieiters und die Fähigkeiten, die Spannungsfestigkeit wieder herzustellen, Un so besser, Je schneller ein Lichtbogen in eine Lichtbogenkammer gedrückt werden kann und je höher seine Bogenspannung ist, da bei diesen Ableitern ein geringerer Wert für den nicht-linearen Wideretand verwendet werden kann. Ein bekanntes Verfahren für eine schnelle Verschiebung eines Lichtbogens in eine Bogenkammer besteht im Aufbau eines Magnetfeldes in der Kammer, um den Lichtbogen von der Funkenstrecke in die Kammer zu drücken. Eine Möglichkeit zur Erzeugung eines derartigen Magnetfeldes in einer Lichtbogenkammer ist in dem US-Patent 2 566 895 angegeben. Wie in dieser Patentschrift offenbart ist, wird eine Spule mit einer Hauptfunkenstrecke in Reihe geschaltet, so daß die Spule bei einem Durchschlag der Funkenstrecke erregt und in der Lichtbogenkammer sowie der Funkenstrecke ein Magnetfeld erzeugt ist, um den Lichtbogen *von der Funkenstrecke in die Kammer zu drücken. Seit der ersten Verwendung derartiger Spulen in überspannungsableitern ist

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es allgemein üblich, der Spule entweder eine Funkenstrecke oder einen Widerstand parallel zu schalten, um die Spannung an der Spule zu begrenzen und diese somit vor Durchschlägen und Beschädigung der Isolation zu schützen. Diese Parallelschaltung ist ebenfalls in dem bereits erwähnten US-Patent offenbart.

Obwohl bekannte überspannungsableiter der oben allgemein beschriebenen Art in einer angemessen sicheren Weise arbeiten _s ist es wünschenswert, ihre Betriebseigenschaften zu verbessern und ihre Abmessungen zu verkleinern, so daß auf den verbesserten Betriebseigenschaften basierende, genauere Netzparameter zuverlässig geplant und wirtschaftlichere Ableiter gebaut werden können. Ein schwerwiegendes Problem, das von Natur aus bei derzeitigen überspannungsableitern besteht, die zur Beschleunigung der Licht- bogenverschiebung in eine Lichtbogenkammer eine elektromagnetische Spule der oben beschriebenen Art verwenden, resuliert aus der Tatsache, daß die entsprechenden Lichtbogenspannungen an den verschiedenen in Reihe liegenden Lichtbögen, die in dem überspannungsableiter gebildet sind, dazu neigen, in einem relativ weiten Bereich zu schwanken. Der größte Teil dieses Spannungsunterschiedes zwischen den entsprechenden Lichtbögen ist der Veränderung des effektiven, den Lichtbogen verschiebenden Magnetflußes zuzuschreiben, der in den verschiedenen Lichtbogenkammern vorhanden ist. Eine zweite, bei einigen derzeitigen Lichtbogenkammern bestehende Schwierigkeit resuliert aus der Tatsache, daß die in die Kammern gezogenen Lichtbögen die Wirkung haben, die in der Kammer angeordnete Funkenstrecke zu ionisieren, so daß die Tendenz besteht, daß diese Funkenstrecke einen zweiten Bogen rückzündet, nachdem der erste Bogen gelöscht worden ist. Derartige Rückzündungen sind selbstverständlich unerwünscht, da sie die Zeit verlängern, die für eine Unterbrechung des durch den Ableiter fließenden Starkstromes erforderlich ist.

Obwohl offensichtlich der Widerstand eines Lichtbogens durch eine Verlängerung des Lichtbogens erhöht werden kann, um einen größeren Spannungsabfall an dem Bogen zu erzeugen und somit den

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mm C mm

folgenden Starkstrom zu begrenzen, wie es bereits oben beschrieben worden ist, so ist es doch gewöhnlich wünschenswert, die räumliche Größe eines Gehäuses für einen überspannungsableiter möglichst klein zu machen. Ein Schritt in Richtung auf einen möglichst guten Betrieb in diesen gegensätzlichen Bereichen ist bisher dadurch getan worden, daß in der Nähe der Außenwandung einer Lichtbogenkammer ein gekrümmter, den Lichtbogen verlängernder Kanal geschaffen worden ist. Dadurch wird die effektive, den Lichtbogen verlängernde Wandlänge vergrößert, ohne daß der Außendurchmesser der Kammer erhöht wird. Ein Vorteil.der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß auf diesen zwei Gebieten durch die erfindungsgemäß aufgebauten Lichtbogenkammern mit einem geneigten Kanal, für eine weitere Verbesserung der Ergebnisse gesorgt wird.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lichtbogenkammer für eine Funkenstrecke zu schaffen, in der ein den Lichtbogen verschiebendes Magnetfeld aufgebaut ist₉ und in der die Kammer in der Weise angeordnet ist, daß sie einen Lichtbogen auf einer Bahn einschließt, die im wesentlichen über die gesamte Lichtbogenlänge zu den Flußlinien des Magnetfeldes praktisch senkrecht verläuft. Dadurch wird die Geschwindigkeit der BogenverSchiebung und die erzeugte Bogenspannung möglichst groß gemacht.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung für einen besseren Ausgleich der Bogenspannungen über den entsprechenden Lichtbögen zu sorgen, die zwischen zahlreichen in Reihe liegenden Funkenstrecken in einem Gehäuse eines Überspannungsabieiters gebildet werden. Außerdem wird eine Lichtbogenkammer mit einem darin angeordneten geneigten Kanal, der den Lichtbogen in die Länge zieht, geschaffen, der zur Verdeckung eines Teiles des langgestreckten Lichtbogens aus einer Sichtlinie einer in der Kammer angeordneten Funkenstrecke dient. Auf diese Weise wird die Ionisation der Funkenstrecke begrenzt und die Wahrscheinlichkeit einer Rückzündung des Lichtbogens verringert.

Schließlich beinhaltet die Erfindung eine Lichtbogenkammer von

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bestimmten, möglichst kleinem Durchmessers mit einem vergrößerten, den Lichtbogen ziehenden Kanal, der zur Erhöhung des Bogenspannungsabfalles dient, wenn der Lichtbogen in den Kanal gezogen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden im Laufe der Beschreibung ersichtlich werden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie hier im einzelnen beschrieben ist, sind die Lichtbogenkammern mit den geneigten, den Lichtbogen verlängernden Kanälen gemäß der Erfindung anhand eines überspannungsablBiters gezeigt, in dem mehrere derartige Lichtbogenkammern in Reihe enthalten sind.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines Überspannungsabieiters mit dem verbesserten Lichtbogenkammeraufbau gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine zum Teil in zwei Ebenen dargestellte Ansicht von oben auf die Funkenstrecke und den zugehörigen Lichtbogenkammeraufbau des in Fig. 1 gezeigten Überspannungsabieiters. Die gestrichelt gezeichnete Fläche verläuft entlang der Ebene 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht des in Fig. 2 gezeigten Aufbaues. Fig. 4 ist eine perspektivische, auseinandergezogene Ansicht und zeigt die Einzelteile einer der Hauptfunkenstrecken und der Lichtbogenkammern des in Fig. 1 gezeigten Überspannungsabieiters. Fig. 5 ist eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung und zeigt die Einzelteile der Spulen-Funkenstrecke und der zugehörigen Lichtbogenkammer des in Fig. 1 gezeigten überspannungsableiter .

Fig. 6 ist die Ansicht eines Querschnittes durch die Ebene 6-6 in Fig. 2 und zeigt eine vergrößerte Darstellung einer der Hauptfunkenstrecken und seiner zugehörigen Lichtbogenkammer in einer auseinandergezogenen Stellung.
Fig. 7 ist eine perspektivische Teilansicht und zeigt einen Teil

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einer Hauptlichtbogenkammer und läßt die detaillierten Aubaumerkmale einer der Elektroden der Hauptfunkenstrecke erkennen, die in dem in Pig. I gezeigten überspannungsableiter verwendet werden.

In den verschiedenen Figuren sind ähnliche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In Fig. 1 ist ein überspannungsableiter

1 gezeigt mit einem kreisförmigen isolierten Gehäuse 2_S das aus Porzellan oder einem arideren angemessen stabilen Material gebildet sein kann. Der Ableiter 1 ist als an einen Netzleiter 3 angeschlossen gezeigt, der über einen zweiten Leiter 4 mit einem metallischen Pol 5 in Verbindung steht, der auf irgendeine geeignete Weise mit dem Oberteil des Gehäuses 2 des überspannungsableiters fest abgeschlossen ist. Beispielswelse kann ein abdichtendes Kunstharz 6 verwendet werden ₃ um den Pol 5 mit dem Gehäuse 2 dicht abzuschließen. Der Endpol 5 weist einen elektrisch damit verbundenen Metalleiter 7 auf₉ der in den Innenraum des Gehäuses 2 hineinragt, wo sich sein unteres Ende nach außen ausweitet, um an einer Druckfeder 8 anzugreifen. Diese dient dazu, die Betriebsteile des Überspannungsabieiters in eine elektrisch leitende Verbindung federnd vorzuspannen. Die Betriebsteile des Überspannungsabieiters 1 enthalten eine Funkenstreckenanrodnung 9_S die in elektrisch leitender Lage mit einem Ventilelement 10 eines nicht-linearen Widerstandes stapeiförmig geschichtet sind.

Die elastische Feder 8 drückt diese Teile in einen elektrischen Kontakt miteinander und mit einem metallischen Kontaktteil oder einer Platte 11, die mit dem Unterteil des Gehäuses 2 durch eine Unterlegscheibe aus harzhaltigem Material 12 fest abgeschlossen ist. Diese ist um den Umfang der Kontaktplatte 11 und das Gehäuse

2 herum angeordnet. Die Platte 11 wiederum bildet einen elektrischen Kontakt mit dem unteren Pol 13 des Ableiters, der mit einem Kontakt 14 versehen ist, um die elektrische Verbindung des Ableiters 1 in einen Schutzkreis _s wie z.B. einem Kontakt mit einem Leiter 15, zu erleichtern, der den Reihen': eis von der geschützten Leiturtg 3 über den Ableiter 1 gegen Erde vervollständigt.

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Die Punkenstreckenanordnung 9 und das einen nicht-linearen Widerstand bildende Ventilelement 10 des Ableiters 1 arbeiten im allgemeinen auf übliche Weise, wenn auf dem Netzleiter 3 ein Hochspannungsstoß auftritt. Ein derartiger Hochspannungsstoß bewirkt, daß die entsprechenden Funkenstrecken (nicht gezeigt) in der Funkenstreckenanordnung 9 durchschlagen, so daß ein Strom durch das Ventilelement 10 hindurch zu dem unteren Pol 13 und somit nach Erde fließen kann. Nachdem die Stoßspannung abgeleitet worden ist, wird der dann durch den Ableiter 1 fließende Starkstrom durch das Zusammenwirken der Punkenstreckenanordnung 9 und des Ventilwiderstandselementes 10 unterbrochen. Die strukturellen Einzelheiten und die Wirkungsweise der Punkenstreekenanordnung 9 und seiner zugehörigen Lichtbogenkammern werden im folgenden noch näher beschrieben.

In den Fig. 2 und 3 der Zeichnungen ist eine bevorzugte führungsform der Punkenstreckenanordnung 9 dargestellt, um deren Funktionsteile zu erläutern. Die Punkenstreckenanordnung 9 umfaßt ein aus zahlreichen porösen Scheiben A,B,C,D, E und P gebildetes Gehäuse, die jeweils mit verriegelnden Brücken und passenden Zähnen versehen sind, um die Scheiben in ihre richtige Betriebsstellung zu bringen. Auf den oberen und unteren Enden der Anordnung 9 ist ein Paar metallischer Pole 16 und 17 angeordnet. Der Pol l6 ist auf irgendeine geeignete Weise, wie z.B. durch Löten an einem aus einem Stück bestehenden Verbindungsstück 18 auf einer Punkenstreckenelektrode 19 befestigt. Die andere Hälfte der Funkenstrecke wird durch eine zweite Elektrode 20 gebildet, die wiederum elektrisch durch ein aus einem Stück bestehendes Verbindungsstück 21 mit einer anderen Funkenstreckenelektrode in einer Lichtbogenkammer verbunden ist, die zwischen den porösen Gehäuseteilen B und C angeordnet ist. Eine zweite Elektrode, die die nicht sichtbare Funkenstrecke zwischen den Gehäusescheiben B und C bildet, ist elektrisch und mechanisch durch den Spulenleiter 22' mit einem Ende der Spule 22 verbunden und außerdem durch das integrale Verbindungsstück 23 mit der aus Fig. 5 ersichtlichen Elektrode 2¹I der Spulen-Funkenstrecke«. Somit wird

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eine Parallelschaltung gebildet, indem die durch die Elektrode 24 und eine zweite Elektrode 25 gebildete Spulen-Funkenstrecke parallel zu der elektromagnetischen Spule 22 gelegt ist. Das entgegengesetzte Ende der Spule 22 (nicht gezeigt) und das Verbindungsstück 26 auf der Elektrode 25 der Spulen-Funkenstrecke sind beide elektrisch und mechanisch mit einer weiteren Elektrode einer Funkenstrecke des Hauptkreises verbunden, die in einer Lichtbogenkammer angeordnet ist, welche durch die porösen Gehäuseteile D und E begrenzt werden. Diese Hauptfunkenstrecke wiederum ist in der Weise, wie es oben anhand der durch die die Elektroden 19 und 20 gebildeten Funkenstrecke und die zwischen den Gehäuseteilen B und C angeordneten Funkenstrecke beschrieben ist, mit einer abschließenden Funkenstrecke in Reihe geschaltet, die durch Elektroden gebildet wird, welche zwischen den Gehäuseteilen E und F in der Lichtbogenkammer angeordnet sind. Die äußerste Elektrode der Funkenstrecke zwischen den Gehäuseteilen E und F ist mit einem einteiligen Verbindungsstück verbunden, das an einen metallischen Pol 17 gelötet ist. Dadurch ist zwischen den zwei metallischen Polen l6 und 17 auf den oberen und unteren Enden der Funkenstreckenanordnung 9 ein vollständiger elektrischer Reihenkreis gebildet, wenn diesen Polen ein Hochspannungsstoß aufgedrückt wird, der einen Durchschlag der dazwischen liegenden Funkenstrecken herbeiführt.

Selbstverständlich können zusätzliche Funkenstrecken zu den in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung hinzugefügt werden, um eine Funkenstreckenanordnung für einen überspannungsableiter zu bilden, der eine höhere Nennspannung als die zu der gezeigten Anordnung gehörenden Spannung besitzt. Ein derartiges Verfahren ist jedoch auf dem Gebiet der überspannungsableiter allgemein bekannt. Darüberhinaus ist es für den Durchschnittsfachmann verständlich, daß um die Spule herum ein elektromagnetisches Feld mit einer im allgemeinen kreisförmigen Flußlinienkonzentration aufgebaut wird, wenn die Spule 22 mit einem elektrischen Stromdurchgang relativ niedriger Frequenz erregt wird. Wenn dem Ableiter 1 eine Stoßspannung aufgedrückt wird, schneiden diese magnetischen Flußlinien die entsprechenden,

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- ίο -

zwischen den verschiedenen Funkenstrecken gebildeten Lichtbögen. Die Flußlinien haben weiterhin die Wirkung, die Lichtbögen elektrodynamisch von den Funkenstreeken nach außen in ihre dazugehörigen Lichtbogenkammern zu drücken.. Dieses Verfahren ist auf dem Gebiet der überspannungsableiter allgemein bekannt.

Da jede der 4 Haupt funkenstreeken und ihre zugehörigen Lichtbogenkammern in Aufbau und Wirkungsweise in der bevorzugten erfindungsgemäßen Funkenstreekenanordnung 9 im wesentlichen üentisch sind, wird nur eine dieser Hauptfunkenstreeken und Lichtbogenkammern im Detail beschrieben. Zu Beschreibungsswecken ist die Lichtbogenkammer zwischen den Gehäuseeleraenten A und B mit der durch die Elektroden 19 und 20 begrenzten Funkenstrecke ausgewählt .

Fig. 4 zeigt eine auseinander gezogene Darstellung der Lichtbogenkammer und der Funkenstreekenanordnung, die zwischen den porösen Gehäuseelementen A und B angeordnet sind. Beide Gehäuseelemente A und B und ebenso die übrigen Gehäuseteile C,D,E und F sind aus einem porösen Isoliermaterial gebildet, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Mischung aus Aluminiumoxid-Granulaten und einem geeigneten Bindemittel umfaßt. Diese Gehäuseteile werden in einem vorgefertigten Gesenk geformt und dann einer Wärmebehandlung unterzogen, um sie in ihren entsprechenden Ausbildungsformen auszuhärten. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung liegt in bestimmten Konfigurationen der Hauptlichtbogenkammern, wie z.B. der Kammer 27, die zwischen den Gehäuseteilen A und B gebildet wird, wenn diese in ihrer aneinander liegenden Betriebsstellung angeordnet sind.

Aus Fig. 6 ist die Ausbildung der Lichtbogenkammer 27 ersichtlich. In der Nähe der durch die Elektroden 19 und 20 begrenzten Funkenstrecke weist sie einen im allgemeinen ebenen, plattenförmigen Teil 27' und einen zweiten Teil 27" auf, der geneigt ist, um einen wesentlichen Teil seiner Länge von einer Sichtlinie der Funkenstrecke aus zu verdecken. Einer der angestrebten Vorteile,

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die durch die Lichtbogenkammer 27 realisiert werden, die geneigt ist, um den den Lichtbogen verlängernden Kanal mit seinem ebenen Teil 27' zu bilden, der durch den geneigten Teil 27" unter einem bestimmten Winkel "geschnitten wird, liegt darin, daß somit ein größerer Teil des gesamten Kanals in einer Ebene liegt, die auf einem wesentlichen Teil ihres Verlaufes senkrecht su den magnetischen Flußlinien verläuft, die in der Lichtbogenkammer 27 durch den die Spule 22 durchfließenden Ström erzeugt werden.

Zu Darstellungszwecken sind in den Fig. 3 und 6 die magnetischen Flußlinien, die bei Stromfluß durch die Spule 22 erzeugt werden, schematisch durch die gestrichelten Linien 28 dargestellt. Es ist verständlich, daß die Feldliniendichte der Magnetfelder, die durch diese Linien 28 wiedergegeben werden, von einem hohen Konzentrationsgrad in der öffnung der Spule 22 bis zu einem weniger konzentrierten Feld auf der Außenseite der Spule 22 variiert. Weiterhin bewirkt die kreisförmige Ausbildung der Spule 22, daß sich die Flußlinien 28 von einer nahezu vertikalen Ebene oder einem zu der Längsachse der Anordnung 9 parallelen Pfad in der Nähe der Mitte der Spulenöffnung bis su einer praktisch horizontalen Ebene auf den Umfang der Anordnung 9 ändern. Wenn sich der Lichtbogen durch diese Flußlinien hindurch entlang der Elektroden 19 und 20 bewegt, wird selbstverständlich durch das Magentfeld eine Antriebskraft auf den Lichtbogen ausgeübt. Wenn sich demzufolge der Lichtbogen auf eine Bahn verschieben kann, die die Flußlinien 28 in einem rechten Winkel schneidet, so wird er dies auch tun, weil dies der Weg des geringsten Widerstandes ist. Wenn andererseits ein Lichtbogen einer derartigen Bahn nicht folgen kann, sondern in einer Ebene eingeschlossen ist, die beispielsweise senkrecht zur Längsachse der Anordnung 9 verläuft, so ist die Kraftkomponente von dem Magnetfeld, die als Antrieb des Lichtbogens in Richtung auf den Umfang der Kammer 27 wirkt, stark vermindert. Mit einer derartigen Bauform wird demgemäß der Lichtbogen mit einer relativ langsamen Gesehi.i -Jtgkeit und mit einer relativ geringen Erhöhung der Bogenspannung in Richtung auf den Umfang der Kammer 27 verschoben. Es ist ersichtlich, daß bei

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einer erfindungsgemäßen Ausbildung des den Lichtbogen verlängernden Kanals 27, der also am äußersten Umfangsteil 27" in einem vorbestimmten Winkel geneigt ist, so daß er die durch diesen Teil der Kammer hindurchtretenden Flußlinien praktisch unter einem Winkel von 90° schneidet, in der Kammer 27 über ihren gesamten Verschiebungsweg eine maximale Antriebskraft auf den sich verschiebenden Lichtbogen erhalten wird. Deshalb wird der Lichtbogen mit maximaler Geschwindigkeit auf den Umfang der Kammer 27 getrieben, wo er eine maximale Bogenspannung entwickelt. Da sich die Flußlinien 28 bei ihrem Durchtritt durch die Lichtbogenkammer 27 von ihrem Mittelpunkt zu ihrem Umfang von einer nahezu vertikalen Ebene in eine horizontale Ebene scharf umbiegen, könnte offensichtlich eine maximale elektrodynamische Gesamtkraft an einen Lichtbogen angelegt werden, der in der durch die Elektroden 19 und 20 gebildeten Funkenstrecke gebildet wird,.während sich der Lichtbogen in Richtung auf den gekrümmten, den Bogen verlängernden Umfang der Lichtbogenkammer 28 bewegt, falls zwischen dem seitlichen Endpunkt der Lichtbogenkammer 27 und der Funkenstrecke ein leicht gekrümmter, den Bogen verlängernder Kanal gebildet wäre. Eine derartige optimale Ausbildung der Lichtbogenkammer liegt ohne Zweifel in der Absicht und innerhalb der Lehren dieser Erfindung, ebenso wie andere strukturelle innerhalb des Schutzbereiches dieser Erfindung liegende Veränderungen. In der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch die Verwendung eines geneigten Llchtbogenkanales 27' - 27" gewählt worden, der eine einzige winklige Unterbrechung aufweist. Diese vereinfachte Ausführungsform der Erfindung ist vorzuziehen,.da sie einen verlängerten Lichtbogen in dem Lichtbogenkammerkanal 27' - 27" in einer Ebene aufrechterhält, die über einen größeren Teil der Kanallänge im wesentlichen senkrecht zu den magnetischen Flußlinien 28 verläuft. Somit wird ein angemessen höher Betriebswirkungsgrad erzielt, während gleichzeitig eine vernünftige Typisierung der verschiedenen Bauteile der Funkenstreckenanordnung 9 erlaubt ist. DarUberhlnaus ist es zwar für den Durchschnittsfachmann verständlich, daß für den den Lichtbogen verlängernden Kanal, der durch die Lichtbogenkammer begrenzt wird, welche zwischen den

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inneren Gehäuseteilen B und C sowie D und E gebildet ist, zur Erzielung einer maximalen elektrodynamischen Antriebswirkung eine ein wenig unterschiedlich gekrümmte oder gebogene Winkelausbildung erforderlich sein würde, gegenüber derjenigen, die zur Bildung des Teiles 27" der äußeren Kammern zwischen den Platten A und B sowie E und F verwendet ist; denn die magnetischen Flußlinien schneiden diese Lichtbogenkammern in einem Winkel, der einen rechten Winkel besser angenähert ist, als der Winkel, in dem sie die äußeren Lichtbogenkammern schneiden. Es ist jedoch vorzuziehen, die gleichen standardisierten Abmessungen auch für diese inneren Lichtbogenkammern zu verwenden. Es sei jedoch nochmals erwähnt, daß andere Kammerausbildungen, die die elektrodynamische, den Bogen verschiebende Kraft des Magnetfeldes auf einen zwischen den Funkenstrecken in diesen Kammern gebildeten Lichtbogen erhöhen, in den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Bezüglich der Erreichung des angestrebten Zieles, die elektrodynamische Antriebskraft des durch die Spule 22 aufgebauten Magnetfeldes zu erhöhen, sei ferner darauf hingewiesen, daß die gekrümmte oder winklige Ausbildung der geneigten Lichtbogenkammer gemäß der Erfindung noch zu einem weiteren wünschenswerten Ergebnis führt. Aus Fig. 6 ist nämlich ersichtlich, daß ein Lichtbogen, wenn er von den Elektroden 19 und 20 nach außen in Richtung auf den Umfang 27" der Lichtbogenkammer gestreckt wird, in dem geneigten Teil 27" der Lichtbogenkammer 27 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung verlängert wird; somit wird innerhalb einer bestimmten begrenzten Durchmessergröße eines Gehäuseteiles, wie Zi₁B. der Gehäuseteile A und B, eine zusätzliche Verlängerungsdimension geschaffen. Diese zusätzliche, den Lichtbogen verlängernde Wirkung, wird dadurch verstärkt, daß die aus Figur 2 ersichtlichen Zähne 29, 30, 31 etc. dazu dienen, einen verlängerten Lichtbogen in eine gedrehte, gekrümmte Bahn um den Umfangsteil 27" der Lichtbogenkammer 27 herumzudrücken, so daß die Vertikalkomponente der Lichtbogenverformung durch jeden Zahn verdoppelt ist.

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In der vorstehenden Beschreibung sind die erfindungsgemäßen Merkmale bezüglich der gesteigerten Lichtbogenverschiebung und Lichtbogenverlängerung verständlich gemacht. Diese Erfindung umfaßt jedoch auch weitere einzigartige und erwähnenswerte Merkmale, die bereits in der älteren, eingangs genannten Patentanmeldung beschrieben worden sind.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Elektroden 19 und· 20 auf entsprechende Weise auf Vorsprüngen 32 und 33 angeordnet sind. Diese Vorsprünge 32 und 33 sind in einem Stück mit dem Gehäuseteil B auf dessen Oberfläche ausgebildet und dienen einer genauen Anordnung der Elektroden 19 und 20, so daß durch die Elektroden eine Funkenstrecke vorbestimmter Abmessungen gebildet wird, ohne daß gemessen werden muß und die Pole 19 und 20 dann durch ein weiteres übliches Verfahren, wie z. B. durch Kleben oder Nieten, in ihrer Lage festgehalten werden müssen. Zur Erleichterung der Herstellung und Anordnung der Funkenstreckenanordnung 9 macht es die Verwendung der Vorsprünge 32 und 33 weiterhin möglich, standardisierte Elektrodenanordnungen zu verwenden, die in großen Stückzahlen und folglich billig hergestellt werden können.

Eine derartige typisierte Elektrodenanordnung ist in ihren Einzelheiten in Fig. 7 dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß diese typisierten Einheiten in allen Hauptfunkenstrecken der Funkenstreckenanordnung 9 verwendet sind. Nur die zwischen den Elektroden 24 und 25 gebildeten Spulen-Funkenstrecken und eine Hälfte der Funkenstreckenelektroden in den unmittelbar angrenzenden Lichtbogenkammern sind aus unterschiedlich geformten Elektroden gebildet. Zu Darstellungszwecken kann die in Fig. 7 gezeigte standardisierte Elektrode als Elektrode 20 betrachtet werden, die zwischen den Gehäuseteilen A und B angeordnet ist und durch ein aus einem Stück bestehenden Verbindungsglied 21 mit einer zweiten integralen Elektrode 34 verbunden ist, die in der Lichtbogenkammer zwischen den Gehäuseteilen B und C angeordnet ist, wie es in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung in Fig. 3 gezeigt ist.

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Schließlich sei erwähnt, daß ein wichtiger betrieblicher Vorteil des Funkenstreckengebildes gemäß der Erfindung daraus resuliert, daß der Lichtbogen aus der Sichtlin.ie der Funkenstreckenelektroden, d.h. der Elektroden 19 und 20, verdeckt 1st, wenn der Lichtbogen bis in den gekrümmten, geneigten Teil 27" der Lichtbogenkammer 27 gedehnt 1st. Wenn deshalb der Lichtbogen verlängert und durch die Kühlung auf der Umfangewandung der Kammer 27 gelöscht ist, wird die Strahlungsmenge von der Wandung, die durch den Lichtbogen bis in die Nähe der Glühtemperatur erhitzt worden 1st und zur Ionisierung der Funkenstrecke für eine Rückzündung neigt, auf die Strahlung begrenzt, die durch den Teil der Zähne 29,30,31 etc. gebildet wird, welche bis zum innersten Rand des geneigten Teiles 27" ragen. Demzufolge ist die Wahrscheinlichkeit für eine uner- ; wünschte Bogenrfickzündung wesentlich vermindert. \

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Claims

19Ü9285

ANSPRÜCHE

Π.J Funkenstreckenanordnung für überspannungsableiter, gekennzeichnet durch eine Lichtbogenkammer (27), ein Paar getrennter Elektroden (19,2O)₅ die zur Bildung einer dazwischen befindlichen Funkenstrecke in der Kammer (27) mit Abstand angeordnet sind, eine Vorrichtung (22) zum Aufbau eines Magnetfeldes, daß im allgemeinen gekrümmte Flußlinien (28) durch die Kammer (27) hindurch ausbildet, so daß ein zwischen den Elektroden (19,20) gebildeter Lichtbogen durch das Magnetfeld in Richtung auf eine Wand der Kammer verschiebbar ist, und einen gebogenen Kanal in der Kammer zwischen den Elektroden (19,20) und der einen Kammerwand, wobei ein bestimmter Teil (27") dieses Kanals in der Nähe der Wand gegenüber der Sichtlinie der Elektroden verdeckt ist.

2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (22) zum Aufbau eines Magnetfeldes einen in der Nähe der Kammer (27) angeordneten, aufgewickelten elektrischen Leiter umfaßt.

3· Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Isoliergehäuse (2) mit einer Lichtbogenkammer (27), elektrischen Leitern (3,4,5,7,11,14,15) zum Anschluß der Elektroden (19,20) in einen elektrischen Kreis, die um das Gehäuse (2) herum angeordnete elektrische Spule (22), durch die bei elektrischer Erregung ein Magnetfeld in der Kammer (27) erzeugbar ist, Mittel (22') zur Erregung der Spule (22) und durch eine derartige Ausbildung der Kammer (27), daß sie einen im allgemeinen plattenförmigen Raum begrenzt, so daß sich ihre größere Achse seitlich von einer Seite der Funkenstrecke in einer gebogenen Oberfläche erstreckt, die praktisch auf ihrer gesamten Ausdehnung an den entsprechenden Schnittpunkten der Flußlinien und der Oberflächen im wesentlichen senkrecht zu jeder gekrümmten Flußlinie (28) verläuft.

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h. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zweite in dem Gehäuse (2) ausgebildete Lichtbogenkammer, ein zweites Paar getrennter Elektroden , die zur Bildung einer dazwischen befindlichen Funkenstrecke in der zweiten Lichtbogenkammer mit Abstand angeordnet sind. Mittel (2I₃23) zur Reihenschaltung der durch die entsprechenden Elektrodenpaare gebildeten Funkenstrecken, wobei mittels der elektrischen Spule (22) bei elektrischer Erregung Inder zweiten Kammer ein Magnetfeld erzeugbar ist, das eine Verschiebung des zwischen den zweiten-Elektroden gebildeten Licht- _Λ

be I

bogens in die zweite Kammer/wirkt, und durch eine derartige Ausbildung der zweiten Kammer, daß sie einen im allgemeinen plattenförmigen Raum begrenzt, so daß sich ihre größere Achse seitlich von einer Seite des zweiten Elektrodenpaares in einer_s gebogenen Oberfläche erstreckt, die praktisch auf ihrer gesamten Ausdehnung im allgemeinen senkrecht zu den magnetischen Flußlinien verläuft, die durch das Magnetfeld in der Kammer an jedem entsprechenden Schnittpunkt zwischen der Oberfläche und den Flußlinien gebildet sind.

5. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (22) zwischen den Lichtbogenkammern und den entsprechenden gebogenen Oberflächen ύ angeordnet ist, die durch eine Verbindungslinie der plattenförmigen Kammern an ihren seitliehen Endpunkten begrenzt sind.

6. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche zusätzliche Funkenstrecken und zugehörige Lichtbogenkammern vorgesehen sind, und jede der zusätzlichen Funkenstrecken elektrisch mit den anderen zwei Funkenstreckenpaaren in Reihe geschaltet ist.

7. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zusätzlichen Lichtbogenkammern auf entsprechende Weise einen plattenförmigen Raum mit einer größeren Achse begrenzt, die sich seitlich von einer

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Seite der Funkenstrecke In einer gebogenen Oberfläche erstreckt, welche über einen größeren Teil ihres gesamten Verlaufes im allgemeinen senkrecht zu magnetischen Flußlinien (28) steht, die bei einer erregten Spule (22) durch das Magnetfeld erzeugbar sind-

8. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus einem Isoliermaterial an seinem einen Ende einen ersten metallischen Pol (5) und an seinem entgegengesetzten Ende einen zweiten metallischen Pol (14) aufweist, die Funkenstrecken miteinander in Reihe geschaltet sind und auf entsprechende Weise In getrennten Lichtbogenkammern in dem Gehäuse (2) angeordnet sind, in dem Gehäuse (2) ein nicht-linearer Widerstand (10) befestigt ist, der über Mittel (17) mit der Spule (22) und den zahlreichen Funkenstrecken zwischen den ersten und zweiten metallischen Polen (5,1¹O elek trlsch in Reihe geschaltet ist, daß ferner mit Hilfe der Spule (22) in jeder der Lichtbogenkammern bei elektrischer Erregung ein Feld magnetischer Flußlinien (28) erzeugbar ist, so daß in den Funkenstrecken gebildete Lichtbögen in diese Kammern verschiebbar sind, und jede Brennkammer derart geformt ist, daß sie einen seitlich von der Funkenstrecke in die Kammer verlaufenden Kanal bildet und zur Aufnahme eines verlängerten Lichtbogens geeignet ist, der in den entsprechenden Funkenstrecken gebildet und durch das Magnetfeld in die Kammer gedrückt ist.

9. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 8, dadurch

das
gekennzeichnet, daßVMittel, welches eine Vielzahl in Reihe geschalteter Funkenstrecken bildet, die auf entsprechende Weise in den getrennten Lichtbogenkammern angeordnet sind, zahlreiche poröse, gegossene Isoliertelle mit Ineinandergreifenden Vorpprüngen und Zähnen aufweist, so daß diese Teile Im zusammengesetzten Zustand in einem vorbestimmten dichten Abstand gehalten sind und die Teile derart geformt sind, daß dadurch eine Vielzahl übereinander gestapelter, isolierter Brennkammern gebildet Ist, daß ferner jedes der zahlreichen Elektrodenteile ein Elektrodenpaar aufweist, das mit einem dazwischen befindlichen, elektrisch

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leitenden Verbindungsstück(21)aus einem Stück geformt ist, eine Elektrode (19) eines Elektrodenteiles (A) elektrisch mit dem ersten metallischen Pol (5) verbunden ist und eine Elektrode eines weiteren Elektrodenteiles (P) elektrisch mit dem zweiten metallischen Pol (I¹I) in Verbindung steht und die übrigen Elektroden der Elektrodenteile B,C,D,E in den benachbarten Lichtbogenkammern in der Weise angeordnet sind, daß in jeder Kammer eine Funkenstrecke zwischen Elektroden gebildet ist, die einen integralen Teil getrennter Elektrodenteile umfassen, so daß durch die Elektroden (19,21 ;2*},25) eine Reihe von Funkenstrecken gebildet ist, die mittels der aus einem Stück bestehenden, leitenden Verbindungsstücke (18,21,23,26) Jedes Elektrodenteiles (A-F) zwischen den ersten und zweiten Metallpolen (5,1*0 in Serie geschaltet sind.

10. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennze i eh net, daß Vorsprünge (32,33) zur Justierung der Elektroden vorgesehen sind, die in einem Stück auf die betreffenden Oberflächen einer jeden Lichtbogenkammer gegossen und für einen festen Eingriff mit den darin angeordneten Elektroden angeordnet sind, so daß die Elektroden in einem vorbestimmten Abstand justierbar sind und zwischen den Elektroden (19,20) eine Funkenstrecke vorbestimmter Länge ausbildbar ist.

11. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal einen ersten Teil (27¹) der im allgemeinen in einer einzigen Ebene angeordnet ist, und einen zweiten Teil (27") aufweist, der in mindestens einer anderen Ebene angeordnet ist, die die erste Ebene in einem vorbestimmten Winkel derart schneidet, daß ein Hauptteil dieses zweiten Teiles (27") von der Sichtlinie der Anordnung, die für die Erzeugung eines relativ kurzen Lichtbogens bestimmt ist, verdeckt ist.

12. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Winkel kleiner als 90° ist. 90 9844/1158

13. Funkenstreckenaordnung nach Anspruch H₅ dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (27") des Kanals in einer oder mehreren Ebenen angeordnet ist, die jeweils praktisch senkrecht zu den Flußlinien (28) verlaufen.

14. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der An-Sprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Aufbau gemäß der Beschreibung und der Zeichnungen aufweist.

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