DE2037921A1 - Blitzschutzeinnchtung - Google Patents
BlitzschutzeinnchtungInfo
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- H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series
- H01T4/20—Arrangements for improving potential distribution
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Description
Nr. 19288/9
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Blitzschutzeinrichtung
bestehend aus einem Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten geerdeten Element.
Es sind bereits Blitzschutzeinrichtungen bekannt, welche
ein Unterbrechungselement aufweisen, das innerhalb eines geerdeten Gehäuses angeordnet ist. Dieses geerdete Gehäuse
ist mit einem elektrisch negativen Gas - beispielsweise Schwefelhexaflorid (SFg) - gefüllt, so daß in sehr
sicherer Weise Wartungsprüfungsarbeiten vorgenommen werden können.
Derartige Blitzschutzeinrichtungen weisen aus Widerständen
und Kondensatoren bestehende Spannungsteilerelemente auf, so daß die in den verschiedenen Spalten auftreten-
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den elektrischen Entladungen gleichmäßig verteilt werden.
Die Oberfläche der Spannungsteilerelemente ist wegen dem geerdeten Gehäuse einem Potential .ausgesetzt, so daß die
äquipotentialen Linien nicht gleichmäßig verlaufen. Dies bewirkt eine Verminderung der Spannung, bei welcher Coronaentladungen
auftreten. Ebenfalls ergibt sich eine Verringerung der Durchschlagsspannung zwischen dem
Spannungsteilerelement und dem geerdeten Gehäuse.
Es ist zwar möglich, das Spannungselement in Längsrichtung größer zu dimensionieren, um die Durchschlagsspannung
zwischen demselben und dem Gehäuse zu erhöhen, jedoch bedingt diese Maßnahme, daß die gesamte Länge der Blitzschutzeinrichtung
sich dadurch erhöht.
Demzufolge ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue verbesserte Blitzsehutzeinrichtung zu schaffen, die
bei sehr kleiner Baugröße eine sehr hohe Durchschlagsspannung
aufweist, wobei eine sehr geringe Anzahl von Spannungsteilerelementen zur Steuerung der elektrischen Entladungscharakteristik
notwendig ist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Mehrzahl von Abschirmringen vorgesehen ist, welche die
Entladungseinheit umgeben.
Die nebeneinander liegenden Abschirmringe weisen vorzugsweise verschiedene Größen auf. Eine vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der die Abschirmringe bildenden Rohre
und/oder die Außendurchmeeser der Abschirmringe von Seite
der Spannungsanlegung in Richtung Erde progressiv abnehmen
.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und be
schrieben werdenι wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längeschnitt der erfindungsgemäßen Blitzschutzeinrichtung und
Figuren 2 - U Abwandlungen der in Fig. 1 dargestellten
Blitzschutzeinrichtung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
Im folgenden soll auf die Zeichnung» insbesondere Fig. I1 Bezug genommen werden, in welcher eine Ausführungeform der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung dargestellt
ist. Diese besteht aus einem geerdeten Gehäuse 10, das mit einen geeigneten elektrisch negativen Gas - wie z.B.
Schwefelhexafluorid (SFg) - gefüllt ist, das hohe elektrische Isoliereigenschaften aufweist. An dem Boden des
Gehäuses 10 ist ein Element 12 angeordnet, oberhalb dessen eine Entladungseinheit IH angeordnet ist. Das Element 12 besteht aus einem nicht linearen Widerstand, bei
spieleweise aus Silicium Carbid (SiC). Selbst wenn an dem Element 12 durch Blitzeinschlag bedingte hohe elektrische Entladungen auftreffen - was zu'hohen Strumen
innerhalb dieses Elementes 12 führt -, wird die Spannung an der Blitzschutzeinrichtung auf einen niedrigen Wert
gebracht. Dabei fließt ein kontinuierlich fließender Strom von der elektrischen Stromquelle in die Schutzeinrichtung, nachdem die Entladung auf einen Wert abgesunken ist, bei welchem die Entladung durch die Entladungs
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einheit 14 unterbrochen wird. Die Entladungseinheit 14 besteht aus einer Mehrzahl von Entladungsräumen, die
in Serien hintereinander angeordnet sind. Jeder Entladungsraum wird durch einen Widerstand 16 und einen Kondensator
18 überbrückt, welche Elemente die Entladungseinheit 14 bilden. Die Enden der Entladungseinheit 14
sind auf der einen Seite mit dem Element 12 und auf der anderen Seite mit einem Klemmenleiter 20 verbunden, welcher
innerhalb einer elektrischen Isolierung 22 nach oben hin durch das Gehäuse 10 geführt wird.
Das durch die Widerstände und Kondensatoren 16 und 18 gebildete Spannungsteilerelement bewirkt eine gleichmässige
Verteilung der elektrischen Entladung, welche beispielsweise durch einen Blitzschlag ausgelöst sein kann.
Aufgrund des durch das Gehäuse 10 gebildeten Potentials ergeben sich Verschiebungen der Äquipotentiallinien. Dies
führt zu einer Verminderung der Spannung, bei welcher Coronaentladungen entlang der Oberfläche des Spannungsteilerelementes
auftreten. Ferner ergeben sich gleichzeitig Verringerungen der Durchschlagsspannung zwischen dem
Spannungsteilerelement 16-18 und dem geerdeten Gehäuse 10. Wenn es gewünscht ist, die Durchschlagsspannung zu
erhöhen, müßte das Spannungsteilerelement in Längsrichtung größer dimensioniert werden. Dies bedingt eine Zunahme
der gesamten Länge der Blitzschutzeinrichtung.
GemSß der- vorliegenden Erfindung kann dies dadurch eliminiert
werden, daß an der Außenseite der Spannungsteilerelemente 16-18 um die Entladungseinheit 14 herum eine
Mehrzahl von Abschirmringen 24 angeordnet wird. Gemäß Fig. 1 ist eine Mehrzahl von derartigen Abschirmringen
— 5 —
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24 in axialer Übereinstimmung in gewissen Abständen mit geringen Zwischenräumen von dem Spannungsteilerelement
16 angeordnet. Die Abschirmringe 24 weisen alle dieselbe Konstruktion und räumlichen Abmessungen auf. Jeder
Abschirmring 24 besteht aus einem kreisförmig elektrisch
leitfähigen Rohr, das in einem geschlossenen Kreis gebogen ist, wobei zusätzlich Scheiben 26 vorgesehen sind,
die mit ihrer äußeren Peripherie an der inneren Peripherie im Bereich der mittleren Ebene an den Ring ange- M
setzt sind. Die Scheiben 26 liegen in ihrem mittleren Bereich zwischen einem Paar von nebeneinander liegenden
Elektroden, welche den Entladungsabstand bilden. Die Endscheiben 26 jedoch bilden eine Ausnahme, da sie zwischen
dem Klemmenleiter 20 und der Elektrode bzw. dem Element 12 und der entsprechenden Elektrode angeordnet sind.
Demzufolge werden die Scheiben 26 und die Abschirmringe 24 auf gleichem Potential wie die Abstandselektroden
gehalten..Gemäß Fig. 1 sind vier Entladungsabstände und
fünf Abschirmringe 24 vorgesehen, wobei jeder Entladungsabstand mit wenigstens einem Abschirmring 24 verbunden
ist.
Der Abschirmring 24 und die Scheibe 26 bewirken, daß die
Äquipotentiallinien gleichmäßig im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Spannungsteilerelementes
16-18 auftreffen, so daß im Bereich dieses Elementes eine gewünschte elektrische Feldverteilung erzeugt
wird. Demzufolge können Coronaentladungen an der Oberfläche der Spannungsteilerelemente 16-18 nicht so leicht
auftreten,·während gleichzeitig die Durchschlagsspannung
zwischen dem Spannungsteilerelement und dem geerdeten Gehäuse 10 erhöht ist. Dies bewirkt eine sehr kleine
Bauweise der Blitzschutzeinrichtung.
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Bei einer derartigen mit Abschirmringen 21 versehenen
Blitzsehutzeinrichtung bildet die Durchschlagsspannung zwischen den Abschirmringen 24 und dem geerdeten Gehäuse
10 einen der wesentlichen Faktoren für die Festlegung der Eigenschaften der Blitzsehutzeinrichtung.
Es ist festgestellt worden, daß, je größer der Durchmesser a des kreisförmigen Leiters bzw. des den Abschirmring
24 bildenden metallischen Rohres gemäß Fig. 1 ist, desto größer elektrische Felder angelegt werden können;
demzufolge sind größere Durchschlagsspannungen erzielbär.
Bei der Ausführungsform von Fig. 1 kann der Durchmesser a des den Ring bildenden Rohres nicht genügend groß gemacht
werden, da die Ringe 24 sehr nah nebeneinander liegen. Demzufolge ist es notwendig, den Abstand b zwischen
dem geerdeten Gehäuse 10 und jedem der Abschirmringe 24 zu vergrößern, um die Durchschlagsspannung zu
erhöhen. Dies führt notgedrungenermaßen zu einer Zunahme der seitlichen Abmessungen der Blitzsehutzeinrichtung.
Diese Zusnahme der seitlichen Abmessungen der Blitzsehutzeinrichtung
kann durch die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform vermieden werden. So wie dies in dieser
Figur dargestellt ist, sind eine Mehrzahl von größeren Abschirmringen 24A vorgesehen, die aus einem elektrisch
leitenden Rohr mit einem Durchmesser a hergestellt sind. Zwischen diesen Abschirmringen 24A sind kleinere Abschirmringe
24B angeordnet, die aus einem leitenden Rohr kleineren Durchmessers hergestellt sind. Die Ringe
24A und B haben Außendurchmesser d^ und d., während
die Innendurchmesser im wesentlichen identisch sind. In anderer Hinsicht ähnelt diese Ausführungsform der
in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform.
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Da die abwechslungsweise angeordneten Ringe 24A einen größeren Durchmesser a aufweisen, kann die Durchschlagsspannung
zwischen den Ringen 24 und dem geerdeten Gehäuse 10 genügend hoch gemacht werden, selbst wenn das
Gehäuse 10 in seitlicher Hinsicht relativ klein dimensioniert ist. Die an den einzelnen Entladungsabständen
angelegte Spannung kann dadurch gesteuert werden, indem der Durchmesser der die Ringe bildenden Rohre verändert
wird, wobei die Größe der Spannungsteilerwiderstände - *
und Kondensatoren" unverändert bleibt. Demzufolge ergibt
sich eine Spannungsteilereinrichtung mit verbesserten Entladungseigenschaften.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsform. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsform nur darin, daß gemäß Fig. 3 die Abschirmringe
24A und B in einem geeigneten elektrischen Isoliermaterial 28 - beispielsweise aus Epoxiharz unter
Bildung einer einheitlichen Struktur eingebettet sind. Dies bewirkt eine Erhöhung der Durchschlagsspannung
zwischen nebeneinanderliegenden Abschirmringen, so A daß dadurch der Durchmesser der Rohre der größeren Abschirmringe
2HA erhöht werden kann, wodurch sich eine
weitere Zunahme der Durchschlagsspannung zwischen den
Ringen 24 und dem Gehäuse 10 ergibt.
Fig. 4 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung. GemäÄ dieser Figur sind abwechslungsweise Entladungsräume 14 und Elemente 12 angeordnet, wobei
jedesmal ein entsprechender Abschirmring 24 für jeden Entladungsraum vorgesehen ist. Die Ringe 24
sind aus elektrisch leitenden Rohren gefertigt, die
— R —
1Q9808/U22 ,
gemäß Fig. 4 progressiv von oben bzw. von der Seite des Anlegungspunktes der Spannung nach unten bzw. der geerdeten
Seite hin abnehmen. Man erkennt ferner, daß die Außendurchmesser der Abschirmringe 24 ebenfalls progressiv
nach unten hin abnehmen, während der Innendurchmesser dieser Abschirmringe im wesentlichen unverändert
bleibt. Die Scheiben 26 sind dabei mit ihrer äusseren Peripherie an der oberen Seite der Abschirmringe
24 befestigt, während sie mit ihrem mittleren Bereich zwischen entsprechenden Elektroden für den Entladungsabstand
und dem daneben liegenden Element 12 angeordnet sind.
Die Abschirmringe 24 gemäß Fig. 4 bewirken, daß die Streukapazitäten zwischen denselben und dem geördeten
Gehäuse 10 progressiv in Richtung der geerdeten Seite abnehmen, so daß sich eine gleichmäßigere Verteilung in
nerhalb der Entladungsspalte 14 beim Auftreten einer Entladung ergibt. Demzufolge ist die in Fig. 4 dargestellte
Ausführungsform besonders vorteilhaft, da die elektrischen Eigenschaften genau gesteuert werden könne,
ohne daß dadurch die Anzahl der Spannungsteilerelenente erhöht werden muß.
Falls es gewünscht werden sollte, kann nur einer der Durchmesser des Rohres und der Außendurchmesser des
Ringes in der obenbeschriobenen Art und Weise verändert wer ;en.
9 f:' Π B / 1 A ? 2
* BADORlGfNAl.
Claims (4)
- -s- 2G37921Patentansprüche( "7«J Blitzschutzeinrichtung bestehend aus einem Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten.geerdeten Element, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Abschirmringen (21O vorgesehen ist, welche die EntladungE einheit (IM-) umgeben.
- 2) Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Abschirmringe (21O bzw, die Rohre der nebeneinanderliegenden Abschirmringe (24) verschiedene Durchmesser aufweisen (Fig. 2).
- 3) Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmringe (24) in einer elektrischen Isolierung (28) eingebettet sind (Fig. 3).
- 4) Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der die Abschirmringe (24) bildenden Rohre und/oder die Außendurchmesser der Abschirmringe (24) von Seite der Spannungsanlegung in Richtung Erde abnehmen (Fig. 4).10980-8/1422AO.Leerseite
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