DE1909285A1 - Geneigte Lichtbogenkammer fuer eine Funkenstrecke - Google Patents
Geneigte Lichtbogenkammer fuer eine FunkenstreckeInfo
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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
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 2S 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 9S
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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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 (1)
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 einers 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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190"S 2 "8 5
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
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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