DE2140876A1 - Funkenstreckenanordnung - Google Patents

Description

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Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reicliel Dipl -Ing. Wolfgang Reiche!

6 Frankfurt ».,M. 1
Parksiraße 13

6737

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, VStA

Funkenstreckenanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstreckenanordnung mit mehreren in einem Isoliergehäuse ausgebildeten Lichtbogenbegrenzungskammern, in denen Jeweils eine Funkenstrecke untergebracht ist, und mit einer Einrichtung zum Ausdehnen der in den Kammern gebildeten Lichtbögen.

Es ist bei Blitzableitern bekannt, strombegrenzende Funkenstrecken zu verwenden, die zusammen mit einem nicht linearen Y/iderstandsventilelement in Reihe geschaltet sind, um die Betriebseigenschaften des Blitzableiters zu verbessern. Die strombegrenzenden Funkenstrecken werden im allgemeinen in Verbindung mit magnetischen Einrichtungen verwendet, bei denen es sich entweder um Dauermagnete oder elektromagnetische Spulen handelt, die die in den Lichtbogenbegrenzungskammern entstandenen Lichtbogen nach außen in Berührung mit den lichtbogenverlängernden und kühlenden Umfangswänden der Kammern treiben, wodurch die Lichtbogenlöschung beschleunigt und die Anordnung in erneute Betriebsbereitschaft gesetzt, wird. Obwohl diese strombegrenzenden Streckenanordnungen recht gut arbeiten, treten dennoch verschiedenartige Schwierigkeiten auf, wenn man sie zum Schutz von StarkstromÜbertragungs-

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leitungen verwendet, die mit einer hohen Spannung beaufschlagt sind. Die dabei entstehenden Probleme sind bereits in der älrteren Patentanmeldung P 20 05 988 angesprochen. In dieser älteren Anmeldung ist eine für Blitzableiter dienende Funkenstreckenanordnung beschrieben, bei der in den Lichtbogenbegrenzungskammern Sperreinrichtungen vorgesehen sind, die die Bewegung von stromstarken Lichtbogen von den Funkenstrecken nach außen infolge der Antriebswirkung der elektromagnetischen Einrichtung in einer solchen Weise verzögern, daß die stromstarken Lichtbogen daran gehindert werden, gewisse gesperrte Bereiche der äußeren lichtbogenkühlenden Umfangswand der Lichtbogenbegrenzungskammern zu berühren*". Man läßt also lediglich zu, daß verhältnismäßig stromschwache Lichtbogen vorbestimmte " Bereiche der lichtbogenkühlenden Wände der Kammern berühren können. Diese stromschwachen Lichtbogen werden dann von den nicht erhitzten und verhältnismäßig nicht verschmutzten Wandabschnitten der Lichtbogenbegrenzungskammern sehr schnell zum' Erlöschen gebracht. Die nicht verschmutzten Wände sind von Materialteilchen frei, die der Lichtbogen von den Elektroden und den übrigen Kammerwänden abschmilzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgeschlagene Funkenstreckenanordnung derart zu verbessern, daß die Funkenstreckenspannung automatisch in Abhängigkeit von dem Entladungsstrom eingestellt wird, so daß beispielsweise eine Stromvergrößerung schlagartig eine geringere Funkenstreckenspannung mit sich bringt.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Funkenstrekkenanordnung dadurch gelöst, daß Kammerpaare mit ,je einer ersten Lichtbogenbegrenzungskammer und einer zweiten Lichtbogenbegrenzungskammer vorgesehen sind, zwischen denen sich ein enger Durchgangskanal erstreckt, daß in jeder der ersten Kammern ein Elektrodenpaar angeordnet ist, dessen voneinander beabstandete Elektroden jeweils eine der Funkenstrecken bilden, daß eine erste elektrische Verbindungseinrichtung die Elektrodenpaare zu einer Entladungsstrecke in Reihe schaltet,

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daß eine zweite elektrische Verbindungseinrichtung die Außen- ■ elektroden der Entladungsstrecke mit einer Spannungsquelle verbindet, so daß ein Spannungsstoß der Entladungsstrecke zu- · führbar ist, der die Funkenstrecken durchschlägt und in allen ersten Kammern einen Lichtbogen erzeugt, daß die Lichtbogenausdehnungseinrichtung versucht, die in den ersten Kammern entstandenen Lichtbogen zu verlängern und in die zweiten Kammern zu treiben, daß die engen Durchgangskanäle zwischen den ersten und zweiten Kammern derart ausgebildet sind, daß Lichtbogen von einer vorgegebenen Stärke an nicht in die zweiten ♦ Kammern eindringen und somit auf die ersten Kammern beschränkt sind, und daß die ersten Kammern in bezug auf die zweiten zugeordneten Kammern derart angeordnet sind, daß die Hauptmenge der von den stromstarken Lichtbogen in den ersten Kammern erzeugten geschmolzenen Teilchen in den ersten Kammern verjDleibt und am Eindringen in die zweiten Kammern behindert wird und in den zweiten Kammern ein kühler Oberflächenbereich verbleibt, so daß während und nach der Entladung einer Reihe von stromstarken Lichtbogen durch die Funkenstreckenanordnung die Lichtbogenlöschfähigkeit der zweiten Kammern etwa konstant aufrechterhalten bleibt.

Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Verbesserung der vorgeschlagenen Funkenstreckenanordnung dar. Dabei werden anstelle von Einrichtungen, die innerhalb einer einzigen lichtbogenbegrenzenden Kammer die Bewegung des Lichtbogens hindern, im vorliegenden Fall Kammerpaare mit einander angepaßten lichtbogenbegrenzenden Kammern benutzt. Dadurch ist es möglich, die zweiten Kammern jedes Kammerpaares nahezu vollkommen von Verunreinigungen frei zu halten, die von dem stromstarken Lichtbogen in der ersten Kammer erzeugt werden und bei denen es sich um geschmolzene Elektrodenteile und Kammerwandteile handelt. Darüberhinaus wird gemäß der Erfindung eine den Lichtbogen bewegende Reguliereinrichtung geschaffen, die automatisch arbeitet, um die Gefahr so gering wie möglich zu halten, daß eine schädliche Spannungsspitze erzeugt wird, wenn ein zweiter Spannungsstoß auftritt, bevor der erste Überspannungsstoß vollstän-

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dig beseitigt ist. Dabei wird gleichzeitig die Bogenlöschspannung des Ableiters auf einem etwa konstanten Wert gehalten, wenn wiederholte Entladungen auftreten.

Darüberhinaus ist die nach der Erfindung ausgebildete Funkenstreckenanordnung äußerst robust und kann wirtschaftlich hergestellt werden.

Wie bereits erwähnt, sind die stromstarken Lichtbögen auf die ersten Kammern beschränkt, während die verhältnismäßig stromschwechen Lichtbögen in die zweiten Kammern eintreten können, in denen sie sehr schnell bei einer etwa gleichförmigen Spannung gelöscht werden.

Vorzugsweise sind die Kammerpaare derart ausgebildet, daß die stromstarken Lichtbögen eine verhältnismäßig kurze Schleife bilden, deren Spitze oder Scheitel bei dem Durchgangskanal zu der zweiten Kammer liegt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält mehrere Kammerpaare aus einander angepaßten lichtbogenbegrenzenden Kammern. In der einen Kammer jedes Kammerpaares sind voneinander beabstandete Elektroden angeordnet, die eine Funkenstrecke bilden. Den in Reihe geschalteten Funkenstrecken wird der Überspannungsstoß zugeführt. Die Durchlässe zwischen den ersten und zweiten Kammern sind hinreichend klein, so daß verhältnismäßig dicke, stromstarke Lichtbögen nicht hindurchtreten können. Die stromstarken Lichtbögen sind daher auf die ersten Kammern der Kammerpaare beschränkt. Die stromschwachen Lichtbögen treten durch die Durchgangskanäle in die zweiten Kammern ein, in denen sie an den nicht verschmutzten Wänden sehr schnell gekühlt und gelöscht werden. Die Kammerpaare mit den Durchlaßkanälen sind derart ausgebildet, daß die Wände der zweiten Kammern gegenüber Verunreinigungen aus den ersten Kammern geschützt sind. Die durch die stromstarken Lichtbögen erzeugten Verunreinigungen, beispielsweise erschmolzenes Elektrodenmaterial oder erschmolzenes Material der Kammerwände, verbleiben daher in der ersten Kammer.

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-Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Figuren beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt die Seitenansicht einer nach der Erfindung ausgebildeten Funkenstreckenanordnung mit mehreren einander angepaßten lichtbogenbegrenzenden Kammerpaaren.

Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht von oben auf die in der Fig. 1 dargestellte Funkenstreckenanordnung längs der Schnittlinie 2-2 und veranschaulicht den Aufbau eines angepaßten lichtbogenbegrenzenden Kammerpaares in bezug auf einen zwischen den Elektroden ausgebildeten Lichtbogen hoher Stromstärke.

Die Fig. 3 ist eine gleiche Ansicht wie die Fig. 2 auf das angepaßte Kammerpaar und veranschaulicht eine zweite Phase bei einer normalen Lichtbogenlöschung der Funkenstreckenanordnung.

Die Fig. 4 zeigt wie die Figuren 2 und 3 die gleiche Ansicht von oben auf das angepaßte lichtbogenbegrenzende Kammerpaar und veranschaulicht eine letzte Stufe bei der Lichtbogenlöschung eines jetzt verhältnismäßig schwachen Lichtbogens, der in seinem ausgedehnten Zustand die lichtbogenkühlenden Y/ände von beiden Lichtbogenbegrenzungskammern berührt.

Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht von oben auf eine weitere Ausführungsform eines angepaßten lichtbogenbegrenzen- ' den Kammerpaares, das zwei Unterkammern enthält und anstelle des in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Kammerpaares in einer Funkenstreckenanordnung nach der Fig. 1 verwendet werden kann.

Die Fig. 6 zeigt einen Seitenquerschnitt durch eine lichtbogenbegrenzendes Kammerpaar der in der Fig. 1 dargestellten Funkenstreckenanordnung, und zwar längs einer senkrechten Ebene, die durch die in der Fig.4 dargestellten. Linie 32 führt.

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Die. Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Isolierplatte 3.

Die in der Fig. 1 dargestellte Funkenstreckenanordnung 1 enthält mehrere Isolierplatten 2, 3, 4, 5, 6 und 7. Diese Isolierplatten 2 bis 7 können in herkömmlicher Weise ausgestaltet sein und aus einem geeigneten Isoliermaterial bestehen, beispielsweise aus einem der in der US-PS 3 151 273 beschriebenen Isolierstoffe. Elektrisch leitende Abschlußplatten 8 und 9 sind an der Oberseite und Unterseite der Funkenstreckenanordnung 1 angeordnet. Ein Block 10 aus .einem nichtlinearen Widerstandsmaterial, beispielsweise aus Thyrite, das ein von der General Electric Co. vertriebenes nichtlineares Widerstandsmaterial aus Siliciumcarbid ist, grenzt elektrisch leitend an die Abschlußplatte 9 an und ruht auf einer weiteren elektrisch leitenden Abschlußplatte 11, die über eine geeignete elektri- · sehe Verbindung, beispielsweise ein Kabel 11a, geerdet ist. An die Abschlußplatte 8 ist ebenfalls ein Kabel 8a angeschlossen. Die Anschlußkabel 8a und 11a verbinden die Funkenstreckenanordnung betriebsmäßig mit einer Anlage, um diese in an sich bekannter V/eise gegen Überspannungsstöße zu schützen. Die aneinandergrenzenden Platten der Isolierplatten 2 bis 7 bilden jeweils ein Plattenpaar, das die Wandungen enthält, die zwischen sich lichtbogenbegrenzende Kammern vorgegebener Gestalt begrenzen. Derartige Kammern sind an sich bekannt. Hierzu wird auf die US-PS 3 151 273 verwiesen.

Im vorliegenden Fall ist nun aber jede der Lichtbogenbegrenzungskammern in der Funkenstreckenanordnung 1 in einer besonderen Weise angeordnet, so daß über die gesamte Anordnung einander angepaßte Paare von Begrenzungskammern verteilt sind. In der einen Kammer jedes Kammerpaares befindet sich ein eine Hörnerfunkenstrecke bildendes Elektrodenpaar, das einen zwischen den Elektroden hervorgerufenen Lichtbogen von seinem Entstehungsort nach außen treibt und in Berührung mit lichtbogenbegrenzenden und kühlenden Oberflächen bringt, die dazu dienen, den Lichtbogen zu löschen und die Funkenstreckenanordnung für eine folgende Stoßspannungsentladung in Bereitschaft zu

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bringen. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Funkenstreckenanordnung sind vier solcher Elektrodenpaare 12,. 13, 14 und '15 gestrichelt eingezeichnet, die mit mehreren leitenden Stiften 16, 17, 18, 19, 20 und 21 in einer in der Blitzableitertechnik an sich bekannten Weise zwischen den Platten 8 und 9 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Obwohl es in der Fig. 1 nicht ausdrücklich dargestellt ist, sind die Enden einer Spule 22 mit den Stiften 18 und 19 verbunden, so daß die Spule 22 mit der von den Elektroden 12 bis 15 zwischen den Abschlußplatten 8 und 9 gebildeten Entladungsstrecke der Funkenstreckenanordnung in Reihe liegt.

Das Wesen der Erfindung kann man an Hand einer einzigen Funkenstreckenanordnung erläutern, beispielsweise an der Anordnung 1. Es können jedoch mehrere dieser Funkenstreckenanordnungen und zugehörige nichtlineare Ventilwiderstände in Reihe geschaltet sein, deren gesamte Durchbruchnennspannung der Anzahl der einzelnen Anordnungen in dem Anordnungsstapel direkt proportional ist. Es ist an sich bekannt, die aufeinandergestapelten Funkenstreckenanordnungen in einem Isoliergehäuse unterzubringen, das im allgemeinen aus einer zylindrischen Porzellanhülle besteht, die an ihrem oberen und unteren Ende mit einer leitenden Anschlußplatte ausgerüstet ist. In der Fig. 1 ist ein derartiges Gehäuse durch den gestrichelten Linienzug 23 angedeutet.

Der grundsätzliche Aufbau der Elemente und ihre Kombination, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, sind grundsätzlich in der Blitzableitertechnik bekannt. Die einzelnen Elemente kann man auch abändern, ohne dabei die durch die Erfindung erzielte Betriebsweise zu ändern, wenn man die die Lichtbogenbewegung regulierende Vorrichtung gemäß der Erfindung einstellt, um dadurch Abänderungen bei den herkömmlichen Elementen des Blitzableiters zu kompensieren.

An Hand der Figuren 2, 3 und 4 werden die baulichen Maßnahmen gemäß der Erfindung und die daraus resultierenden Betriebs- ·

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eigenschaften im einzelnen erläutert. Diese Figuren zeigen die Oberseite der Isolierplatte 3, an der ein Elektrodenpaar 12', 12a befestigt ist, das eine Hörnerfunkenstrecke darstellt, Die Elektroden 12 und 12a begrenzen zwischen sich an der Stelle kleinsten Abstands eine Funkenstrecke 12b. Ein Vor-· Ionisator 24, der in herkömmlichetfWeise aufgebaut sein kann, ist zusammen mit einem Abstufungswiderstand 25 der Funkenstrecke 12b parallel geschaltet. Zum Anschließen dieser Bauelemente kann man herkömmliche Leiter verwenden» Wie es aus den Figuren 2 bis 4 hervorgeht, sind elektrisch leitende ♦ Stege oder Bänder 26 und 27 zwischen die Enden· des Vorionisators 24 und die Stifte 16 und 17 geschaltet, an denen die Elektroden 12a und 12 befestigt sind. Die Oberseite der Platte 3 bildet einen im wesentlichen ebenen Bereich 28, in dem einspringende Wände ein Kammerpaar aus angepaßten, lichtbogenbegrenzenden Kammern 29 und 30 bilden. Zwischen den beiden Kammern 29 und 30 ist ein ausgesparter oder eingelassener schmaler Durchgangskanal 31 vorgesehen. Wenn die Platte 3, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, zusammengebaut ist und an die ebene untere Oberfläche der Isolierplatte 2 angrenzt, dichtet der ebene Oberflächenbereich 28 der Platte 3 die oberen Ränder der Kammern 29 und 30 ab, so daß die in den Kammern auftretenden Lichtbogen innerhalb der Kammern begrenzt werden, wie es noch im einzelnen beschrieben wird.

Zwischen allen aneinandergrenzenden Isolierplatten, also auch in den Plattenpaaren 3-4, 5-6 und 6-7, sind Lichtbogenbegrenzungskammerpaare angeordnet, deren einander angepaßte Kammern den Kammern 29 und 30 ähnlich sind. Die in der Fig.1 dargestellte Funkenstreckenänordnung enthält somit insgesamt vier Hauptpaare aus Lichtbogenbegrenzungskammern.. Um das Wesen der Erfindung zu erläutern, ist es jedoch lediglich erforderlich, die Lichtbogenbegrenzungs- und Lichtbogenlöscheigenschaft eines einzigen Kammerpaares zu beschreiben. Dies geschieht an Hand der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Lichtbogenbegrenzungskammern 29 ^;und 30 in der Platte 3. Die übrigen Paare angepaßter Lichtbogenbegrenzungskammern haben einen ähnlichen Aufbau und arbeiten auch in einer ähnlichen

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V/eise.

Wie es aus den Figuren 2 bis 4 und auch aus der Pig. 7 hervorgeht, enthält die erste Lichtbogenbegrenzungskammer 29 zwei senkrechte Wände 29a und 29b, die von dicht bei den Außenenden der Lichtbogenlaufoberflächen der Hörnerelektroden 12 und 12a liegenden Stellen nach, innen laufen. Die im wesentlichen geradlinigen Oberflächen der Wände 29a und 29b bilden mit einer Geraden 32, die sich durch 'die Mitte des Durchgangskanals 31 und der Funkenstrecke 12b erstreckt, einen spitzen Winkel. Infolge dieser Anordnung der Wände 29a und 29b der Lichtbogenbegrenzungskammer 29 wird ein in der Kammer 29 entstandener Lichtbogen zu einer Schleife geformt, die am Eingang des Durchgangskanals 31 eine Spitze aufweist. Um dieses Merkmal der Erfindung zu untermauern, ist in den Figuren 2 und 3 ein verhältnismäßig dicker Lichtbogen 33 mit einem verhältnismäßig hohen Strom dargestellt. Wie man sieht, ist dieser von den beiden Hörnerfunkenstreckenelektroden 12 und 12a ausgehende Lichtbogen an einer Bewegung nach außen durch die Wände 29a und 29b der Kammer 29 begrenzt, und zwar derart, daß der Bogen nicht in die zweite Lichtbogenbegrenzungskammer 30 eintritt. Dies ist auf die besondere Ausgestaltung des schmalen Durchgangskanals 31 zurückzuführen, dessen Breite es lediglich gestattet, daß nur ein verhältnismäßig dünner Lichtbogen geringen Stroms in die zweite Lichtbogenbegrenzungskammer 30 gelangt. Wenn somit.ein Überspannungsstoß an die dargestellte elektrische Schaltungsanordnung mit den zwischen die Anschlußplatten 8 und 11 in Reihe geschalteten Funkenstrecken und dem nicht linearen Widerstand gelangt, schlagen die vier Hauptfunkenstrecken und der, Spulenspalt der Funkenstreckenanordnung 1 durch und zwischen den Hörnerelektroden, beispielsweise den Elektroden 12 und 12a in der ersten Lichtbogenbegrenzungskammer 29, bildet sich ein verhältnismäßig dicker Lichtbogen 33 mit einem verhältnismäßig hohen Strom aus. Durch die im wesentlichen geradlinig verlaufenden, lichtbogenkühlenden Oberflächenwände 29a und 29b und die an diese Wände angrenzenden Teile in

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•allen ersten Kammern der Funkenstreckenanordnung 1 wird dieser starke Lichtbogen hoher Energie auf die ersten Kammern begrenzt, so daß er nicht in die zweiten Lichtbogenbegrenzungskammern der Kammerpaare eindringen kann. Die erschmolzenen Elektrodenspritzniederschläge und die geschmolzenen Erosionsmaterialien der Wände der Lichtbogenbegren-^. zungskammer 29 bleiben daher nahezu vollständig innerhalb der Kammer 29. Obwohl die Oberflächenwände 29a und 29b der Kammer 29 bis auf einen schmelzflüssigen Zustand erhitzt werden, wobei ionisierte Gase entwickelt werden, die in Wiederzünden eines Lichtbogens nach erfolgter Löschung bewirken können, wird der im wesentlichen bogenförmige Außenwandabschnitt 33a der zweiten Kammer 30 bis auf diese Ionisierungsbedingung nicht erhitzt. Die zweite Lichtbogenbegrenzungskammer behält daher ihre Lichtbogenlöschungseigenschaft sowohl während als auch nach dem Lichtbogenlöschungsvorgang.

Zum weiteren Verständnis des Löschungsvorganges gemäß der Erfindung sei erwähnt, daß nach der Entladung eines verhältnismäßig dicken Lichtbogens mit einem hohen Strom der Lichtbogen durch den Durchgangskanal 31 in die zweite Lichtbogenbegrenzungskammer gelangt, und zwar wenn der Strom abnimmt. Dies ist in der Fig. 3 durch den verhältnismäßig dünnen Lichtbogen 34 dargestellt. Durch diese weitere Aufweitung und Kühlung des Lichtbogens wird seine Spannung schnell angehoben und der Strom vermindert, so daß der gesamte Lichtbogen zwischen den Elektroden 12 und 12a noch dünner und sehr schnell in die in der Fig. 4 dargestellte Form mit einem dünnen Lichtbogen 34a gebracht wird. In diesem Zustand wird der Lichtbogen 34a sehr schnell gekühlt und gelöscht, da ein großer Teil seiner Länge mit der sauberen und verhältnismäßig kühlen Oberflächenwand 33a der Kammer 30 in Berührung kommt. Dadurch wird der Duchschlag in der Funkenstreckenanordnung 1 beseitigt, und die Anordnung ist für einen weiteren Überspannungsstoß bereit. Die zweite Lichtbogenbegrenzungskammer 30

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eines Kammerpaares weist zwei etwa geradlinige Innenv/ände 30a und 30b auf, die von den gegenüberliegenden Seiten des Endes des Durchgangskanals 31 nach außen auseinander zu den Enden des etwa bogenförmigen Außenwandabschnitts 33a laufen. Y/eiterhin treffen die Innenwände 30a und 30b auf eine Ebene, die sich parallel zu de'r Geraden 32 durch die Funkenstrecke 12b und den Durchgangskanal 31 erstreckt, unter spitzen Winkeln auf, die bezüglich einer Achse durch diese Ebene und eine dazu senkrecht verlaufende Gerade innerhalb derselben 90°-Quadranten liegen, wie die etwa geradlinig verlaufenden, lichtbogenkühlenden Oberflächenwände 29a und 29b der ersten Kammer 29. Durch diesen Aufbau werden die Innenwände 30a und 30b vollkommen gegeüber durch den Lichtbogen hervorgerufenen, geschmolzenen Teilchen geschützt, die infolge der Brennwirkung des starken Lichtbogens 33 hohen Stroms durch den Durchgangskanal 31 in die zweite Kammer 30 geschleudert werden. V/eiterhin ist die etwa bogenförmige Außenwand 33a der Kammer 30 vorzugsweise mit mehreren den Lichtbogen verlängernden Zähnen 33a¹ ausgerüstet, die längs der bogenförmigen Wand angeordnet sind und in die Kammer 30 hineinragen.

Es sei erwähnt, daß die Stärke des Isoliermaterials bei der ebenen Oberfläche 28 hinter den lichtbogenkühlenden V/änden 29a und 29b ziemlich groß ist, so daß der in der Kammer 29 auftretende Lichtbogen hoher Stromstärke einen guten Kühlkörper vorfindet. Ferner haben die Außenabschnitte der Lichtbogenlaufoberflächen der Elektroden 12 und 12a von den lichtbogenkühlenden Oberflächenwänden 29a und 29b an ihrer dichtesten Stelle einen etwa gleichmäßigen Abstand, der kleiner ist als die Breite des Durchgangskanals 31 zwischen den Stellen 31a und 31b auf gegenüberliegenden Durchgangskanalseiten, von denen die Oberflächen 29a und 29b nach außen laufen. Durch diese Maßnahmen wird der stromstarke Lichtbogen 33 gezwungen, seine Ausgangspunkte an den Elektroden 12 und 12a längs der Lichtbogenlaufoberflächen sehr schnell nach außen zu den verhältnismäßig dicken, kühlkörperartig ausgebildeten. Endabschnitten der Elektroden zu bewegen, so daß bei den ver-

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hältnismäßig dünnen Elektrodenmittenabschnitten v/ährend der Betriebszeit der Funkenstrecke die schädigende Lichtbogen- ^; erosion so klein wie möglich ist. Die schnelle Ausbreitung des stromstarken Lichtbogens 33 wird dadurch gefördert, daß die etwa geradlinigen lichtbogenkühlenden Oberflächenwände 29a und 29b etwa parallel zu den Lichtbogenlaufoberflächen der Elektroden 12 und 12a verlaufen, wie es bei dem in den Figuren 2 bis 4 bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.

Ferner haben die lichtbogenbegrenden Oberflächen der ersten Kammer 29 eine wesentlich geringere Gesamtlänge als die lichtbogenbegrenzenden Oberflächen der zweiten Kammer 30. Dadurch wird die Lichtbogenspannung von verhältnismäßig stromstarken Lichtbogen auf einem gewünschten niedrigen Niveau gehalten, während verhältnismäßig stromschwache Lichtbogen sehr schnell eine hohe Spannung annehmen können, so daß die Funkenstreckenanordnung 1 in der Lage ist, kurz nach dem Auftreten des Überspannungsstoßes den auftretenden Lichtbogen zu löschen und somit den Leistungsfolgestrom scharf zu begrenzen, der durch die Funkenstreckenanordnung 1 fließt. Durch diesen Aufbau der Funkenstrecke wird das Verhältnis des Schutzpegels der Anordnung 1 zu dem Wiedersperrpegel vermindert, und zwar dadurch, daß eine wünschenswert niedrige Lichtbogenspannung auftritt, wenn ein stromstarker Lichtbogen entladen wird, und P eine beträchtlich höhere Lichtbogenspannung auftritt, wenn kleinere Folgeströme durch die Anordnung fließen.

Dadurch daß sowohl stromstarke Lichtbogen als auch durch die Lichtbogen erzeugte geschmolzene Teilchen am Eintritt in die • zweite Lichtbogenbegrenzungskammer 30 verhindert werden, wird das gewünschte Verhältnis und die Lichtbogenlöschungseigenschaft der Funkenstreckenanordnung 1 auch nach einer großen Anzahl von Überspannungsstoßströmen, die sich in der Anordnung entladen, konstant gehalten.

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Eine äußerst wichtige und wünschenswerte Eigenschaft des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß die Funkenstreckenanordnung Ii -die Fähigkeit hat, als Antwort auf eine Zunahme des Lichtbogenstroms zu jedem Zeitpunkt eines Lichtbogenausdehnungsvorganges die Lichtbogenspannung automatisch einzustellen. Wenn daher über die elektrischen Verbindungen 8a und 11a der Funkenstreckenanordnung 1 eine zweite Stoßspannung zugeführt wird, während die Funkenstreckenanordnung gerade eine Überspannungsstoßentladung vornimmt, d.h., während-die Funkenstreckenanordnung durchgeschlagen ist und gerade dabei ist, den ersten Überspannungsstoß zu beseitigen, stellt die Funkenstreckenanordnung automatisch ihre Lichtbogenspannung ein, um auch den zweiten Überspannungsstoß aufzunehmen, ohne daß dabei an der zii schützenden Anlage eine gefährlich hohe Spitzenspannung auftritt. Wenn eine derartige Bedingung an herkömmlichen Funkenstreckenanordnungen vorkommt, wird die zu schützende Anlage sehr wahrscheinlich einer schädigenden Überspannung ausgesetzt. Gemäß der Erfindung wird eine derart gefährliche Überspannung vermieden, wenn ein zweiter Spannungsstoß der Funkenstreckenanordnung aufgedrückt wird, bevor die durch den ersten Überspannungsstoß hervorgerufene Entladung beendet ist. Diese vorteilhafte Betriebsweise ist. darauf zurückzuführen, daß beim Vorhandensein eines verhältnismäßig stromschwachen Lichtbogens hoher Spannung, der sich in die zweite Kammer 30 erstreckt, wie es für den Lichtbogen 34a in der Fig. 4 gezeigt ist, ein der Funkenstreckenanordnung 1 zugeführter zweiter Überspannungsstoß eine Stromzunahme des Lichtbogens zur Folge hat, wodurch die Stärke des Lichtbogens zunimmt und damit der stromstarke Lichtbogen gehindert wird, durch den schmalen Durchgangskanal 31 in die zweite Kammer zu gelangen. Ein dicker, stromstarker Lichtbogen, beispielsweise der in der Fig.3 gezeigte Lichtbogen 33, schließt sich daher wieder vor der Öffnung des Durchgangskanals 31 und schließt dabei den in die zweite Kammer ausgedehnten stromschwachen Lichtbogen hoher Spannung kurz. Dadurch wird die Lichtbogenspannung augenblicklich auf ein sicheres Niveau vermindert. Die duale lichtbogenbegrenzende Kammeranordnung nach der Erfindung in der Funkenstreckenanord-

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nung 1 schützt somit eine Anlage gegenüber einer möglichen Beschädigung während einer Mehrfachstoßspannungssituation, bei der eine Reihe von Überspannungsstößen kurzzeitig auftreten.

In der Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei werden für ähnliche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in den Figuren 1 bis 4. Obwohl in der Fig. 5 lediglich eine einzige Platte 3 dargestellt ist, kann die gesamte Anordnung in ähnlicher Weise getroffen sein, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist. Per Hauptunterschied im Aufbau und in der Betriebsweise zwischen der zweiten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die zv/eite Lichtbogenbegrenzungskammer nicht eine einzige Kammer ist, beispielsweise die in den Figuren 2 bis 4 gezeigte Kammer 30, sondern in zwei Teilkammern aufgeteilt, ist. Dieser Unterschied und weitere Merkmale der zweiten Ausführungsform werden noch im einzelnen beschrieben.

Wie es aus der Fig. 5 hervorgeht, enthält die Platte 3 eine etwa ebene Isolieroberfläche 28, in der eine vertiefte erste Lichtbogenbegrenzungskammer 29 und zwei vertiefte Lichtbogenbegrenzungsteilkammern 30 und 30* ausgebildet sind. Wenn ein verhältnismäßig dicker, stromstarker Lichtbogen auf den Lichtbogenlaufflächen der Elektroden 12 und 12a nach außen wandert, wird er infolge der schmalen und engen Ausbildung der Durchgangskanäle 31 und 31^! daran gehindert, über diese Kanäle in die zweiten Lichtbogenbegrenzungsteilkammern 30 und 30· einzudringen. Die Lichtbogenbegrenzungsteilkammern 30 und 30' sind durch Wände 28a und 28b voneinander getrennt. Sowohl die erste Lichtbogenbegrenzungskammer 29 als auch die zweiten Lichtbogenbegrenzungsteilkammern 30 und 30' haben etwa bogenförmige Außenwände, um die an diese Wände gedrückten Lichtbögen zu kühlen und zu löschen. Alle Außenwände sind in ihrer Umfangsrichtung mit voneinander beabstandeten,' nach innen ragenden Zähnen 29a' und 33a¹ ausgerüstet, die dazu dienen, die Lichtbögen noch mehr in die Länge zu strecken.

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Bei dieser Ausfuhrungsform ist es wichtig, daß die Zähne 29a¹' in der ersten Kammer 29 einen kleineren Abstand voneinander haben als die Zähne 30a' in dem Teilkammerpaar 30, 30'. Wie man der Fig. 5 entnimmt, ist der Abstand zwischen den Zähnen 29a¹ derart kurz, daß der stromstarke Lichtbogen 33 in die Zwischenräume zwischen "diesen Zähnen nicht eindringt. Auf diese V/eise wird die Länge und damit auch die Spannung des stromstarken Lichtbogens verhältnismäßig niedrig gehalten. Sobald die Stärke des stromstarken Lichtbogens abnimmt, bildet sich ein verhältnismäßig dünner Lichtbogen 34a aus, der vom Folgestrom aufrechterhalten wird und der sehr schnell in die Zwischenräume zv/ischen den Zähnen 29a und über die Durchgangskanäle 31 und 31' in die Teilkammern 30 und 30' sowie in die Zwischenräume der dort angeordneten Zähne 33a¹ eindringt. Diese Anordnung mit den zweiten lichtbogenlöschenden Teilkammern 30 und 30' sowie mit uem unterschiedlichen Zahnabstand in der Kammer 29 und den Teilkammern 30 und 30' bewirkt, daß der verhältnismäßig dünne Lichtbogen hoher Spannung mindestens zv/ei ausgedehnte Schleifen aufweist, die in die Teilkammern 30 und 30' laufen, um bei einer Funkenstreckenanordnung mit einem verhältnismäßig kleinen Außendurchmesser eine maximale Lichtbogenausdehnung zu erreichen. Auf diese Weise wird eine verhältnismäßig hohe Löschspannung in Verbindung mit einer niedrigen Entladungsspannung bei einem stromstarken Lichtbogen erreicht.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung dürften dem Fachmann eine klare Lehre zum technischen Handeln geben. Dennoch ist ergänzend in der Fig. 6 ein Querschnitt durch die Funkenstreckenanordnung 1 längs der in der Fig. 4 dargestellten Geraden 32 gezeigt. Bei dieser Querschnittsansicht sind die Isolierplatte 2 und die Isolierplatte 3 derart ausgebildet, daß die erste Kammer 29 etwa doppelt so hoch ist wie die zweite Kammer 30, so daß stromstarke Lichtbogen nicht ungebührlich flachgedrückt und dadurch in die, zweite Kammer 30 gezwungen werden. Dadurch daß die Höhe in der zweiten Kammer 30 verhältnismäßig gering ist, kommt der Lichtbogen hoher Span-

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nung auch in eine enge lichtbogenlöschende Berührung mit der oberen und der unteren Wand der Kammer. Die obere und untere Kammerwand arbeiten daher mit der etwa bogenförmigen, lichtbogenstreckenden Außenwand der Kammer 30 zusammen, um den Lichtbogen schnell zu kühlen und zu löschen.

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Claims (9)

1. - 17 Patentansprüche

   Funkenstreckenanordnung mit mehreren, in einem Isolierkörper ausgebildeten Lichtbogenbegrenzungskammern, in denen jeweils eine Funkenstrecke untergebracht ist, und mit einer Einrichtung zum Ausdehnen der in den Kammern ausgebildeten Lichtbögen,

   dadurch geke η η zeichnet , daß Kammerpaare (29,30) mit je einer ersten Lichtbogenbegrenzungskammer (29) und einer zweiten Lichtbogenbegrenzungskammer (30) vorgesehen sind, zwischen denen sich ein enger Durchgangskanal (31) erstreckt, daß in jeder der ersten Kammern (29) ein Elektrodenpaar (I2,1'2a) angeordnet ist, dessen voneinander beabstandete Elektroden jeweils eine Funkenstrekke (12b) bilden, daß eine erste elektrische Verbindungseinrichtung (16,17) die Elektrodenpaare zu einer Entladungsstrekke in Reihe schaltet, daß eine zweite elektrische Verbindungseinrichtung (8a, 11a) die Außenelektroden der Entladungsstrekke mit einer Spannungsquelle verbindet, so daß ein Spannungsstoß der Entladungsstrecke zuführbar ist, der die in Reihe geschalteten Funkenstrecken durchschlägt und in allen ersten Kammern (29) einen Lichtbogen erzeugt, daß die Lichtbogenausdehnungseinrichtung (22) versucht, die in den ersten Kammern entstandenen Lichtbögen auszuweiten und in die zweiten Kammern zu treiben, daß die engen Durchgangskanäle (31) zwischen den ersten und zweiten Kammern (29 und 30) derart ausgebildet sind, daß Lichtbögen (33) ab einer vorgegebenen Stärke in die zweite Kammer (30) nicht eindringen und somit auf die erste Kammer (29) beschränkt sind, und daß die ersten Kammern (29) bezüglich der zugeordneten zweiten Kammern (30) derart an- ' geordnet sind, daß die Hauptmenge der durch die stromstarken Lichtbögen in den ersten Kammern erzeugten, geschmolzenen Teilchen nicht in die zweiten Kammern eindringt und in den zweiten Kammern ein kühler Oberflächenbereich verbleibt, so daß v/ährend und nach der Entladung von zahlreichen stromstarken Lichtbögen durch die Funkenstreckenanordnung die Licht- ■ bogenlöschfähigkeit der zweiten Kammern etwa konstant bleibt.

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2. 2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, · dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (12,12a) eine Lichtbogenlaufoberfläche aufweist, daß die Lichtbogenlaufoberflächen jedes Elektrodenpaares eine Hörnerfunkenstrecke bilden, die von der Funkenstrecke (12b) zwischen den Elektroden etwa nach außen in Richtung auf den engen Dur'chgangskanal (31) zwischen der ersten Kammer (29), in der die Elektroden angeordnet sind, und der zugeordneten zweiten Kammer (30) verläuft, daß jede erste Kammer zwei Wände (29a,29b) aufweist, die von Stellen nahe bei den Außenenden , der Lichtbogenlaufoberflächen ausgeben, daß jede dieser Wände . eine etwa geradlinige lichtbogenkühlende Oberfläche aufv/eist und daß diese lichtbogenkühlenden Oberflächen in bezug auf eine Gerade (32), die sich durch den Durchgangskanal (31) und die Funkenstrecke (12b) erstreckt, unter einem spitzen Winkel verlaufen, so daß ein gegen die lichtbogenkühlenden Oberflächen der Wände (29a, 29b) getriebener Lichtbogen eine Schleife bildet, deren Spitze am Eingang des Durchgangskanals (31) liegt.
3. 3. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenabschnitte der Lichtbogenlaufoberflächen der Hörnerfunkenstrecke, die von einem Elektrodenpaar (12,12a) gebildet wird, von den etwa geradlinig verlaufenden lichtbogenfc kühlenden Oberflächen der Wände (29a, 29b) an den dichtesten Stellen einen etwa gleichmäßigen Abstand haben und daß dieser gleichmäßige Abstand kleiner als die Breite des Durchgangskanals (31) zwischen einander gegenüberliegenden Kanalstellen (31a, 31b) ist, von denen sich die etwa geradlinigen lichtbogenkühlenden Oberflächen der Wände (29a, 29b) nach außen zu den Enden der Lichtbogenlaufoberflächen der Elektroden (12, 12a) erstrecken.

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4. 4. Funkenstreckenanordnung" nach einem der Ansprüche 1 bis 3,' dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Kammer (30) einen etv/a bogenförmigen Außenwandabschnitt (33a) und zwei etwa geradlinige Innenwände (30a,30b) auf v/eist und daß sich die Innenwände (30a, 30b) von einander gegenüberliegenden Stellen des von der ersten Kammer (29) entfernt liegenden Endes des Durchgangskanals (31) zu den Enden des bogenförmigen Außenwandabschnitts erstrecken,
5. 5. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa geradlinigen Innenwände (30a,30b) der zweiten Kammer (30) auf einer Ebene, die sich durch die Funkenstrecke (12b) und den Durchgangskanal (31) erstreckt, unter einem spitzen Winkel auftreffen, der bezüglich einer Achse durch diese Ebene und einer senkrechten Geraden dazu innerhalb des gleichen 90 -Quadranten liegt, wie der spitze Y/inkel der etv/a geradlinig verlaufenden lichtbogenkühlenden Oberflächen (29a, 29b) der ersten Kammer (29), so daß die Innenwände (30a,30b) der zweiten Kammer (30) gegenüber geschmolzenen, von dem stromstarken Lichtbogen in der ersten Kammer erzeugten Teilchen, die durch den Durchgangskanal (31) in die zweite Kammer (30) geschleudert werden, und gegenüber einer starken Erhitzung geschützt sind, wenn in der ersten Kammer stromstarke Lichtbogen auftreten.
6. 6. Funkenstreckenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge der lichtbogenkühlenden Oberflächen der ersten Kammer (29) kürzer ist als die Gesamtlänge der lichtbogenlöschenden Oberflächen der zweiten Kammer (30).

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7. 7. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß' die etwa bogenförmige Außenwand (33a) der zweiten Kammer (30) mehrere längs des Randes angeordnete, in die Kammer hineinragende Zähne (33a') aufweist, die die Lichtbogenstrecke vergrößern.
8. 8- Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten Kammern und jede der zweiten Kammern eine etwa bogenförmige Wand zum Kühlen und Löschen des an die Wand gedrückten Lichtbogens aufweist, daß die etwa bogenförmigen Wände der ersten und zweiten Kammern lichtbogenverlängernde Zahne aufweisen, die längs des Umfangs der Wände voneinander beabstandet sind und in das Innere der Kammern-ragen,und daß die Zähne in den ersten Kammern einen geringeren Abstand voneinander als die Zähne in den zweiten Kammern haben, so daß ein Lichtbogen vorgegebener Größe leichter in die Zwischenräume zwischen den Zähnen der zweiten Kammern als in die Zwischenräume zwischen den Zähnen der ersten. Kammern eindringt.
9. 9. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Kammern (29) und den zweiten Kammern ein weiterer enger Durchgangskanal (31') vorgesehen ist und daß eine Wand (28a,28b) die' zweite Kammer in mindestens zwei Teilkammern (30,30') unterteilt, so daß ein in die zweite Kammer gedrängter Lichtbogen in deren Teilkammern mindestens zwei ausgedehnte Schleifen bildet.

   /10. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Höhe der zweiten Lichtbogenbegrenzungskammer (30) geringer ist als diejenige der ersten Lichtbogenbegrenzungskammer (29), so daß in die zweite Kammer getriebene Lichtbogen infolge der zusätzlichen Berührung mit der unteren und oberen Kammeroberfläche der zweiten Kammer sehr schnell gekühlt und dadurch gelöscht werden.
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