DE2337743A1

DE2337743A1 - Funkenstrecke

Info

Publication number: DE2337743A1
Application number: DE19732337743
Authority: DE
Inventors: Richard Dehn
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1975-02-06
Also published as: DE2337743C3; DE2337743B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke, insbesondere für die Begrenzung von Überspannungen in Niederspannungsanlagen und die blitzschutzmäßige Koppelung galvanisch getrennter Kreise, bestehend aus zwei sich gegenüberliegenden, bevorzugt scheibenförmigen Elektroden, die durch eine Isolationsschicht voneinander im Abstand gehalten sind und zwischen sich die Überschlagsstelle bilden. Dabei werden unter dem Begriff der Niederspannungsanlagen solche Anlagen verstanden, bei denen Betriebsspannungen bis etwa 1000 V auftreten.

Funkenstrecken der vorgenannten Gattung sind bisher so ausgeführt worden, daß sich die beiden Elektroden mit ihren Oberflächen gegenüber liegen und durch eine am Rand der Elektroden und zwischen ihnen umlaufende Isolationsschicht voneinander isoliert und gleichzeitig im gewünschten Überschlagsabstand distanziert waren. Damit wurde eine nach außen abgeschlossene Kammer gebildet, die von den

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beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden und der Isolationsschicht begrenzt war. Beim Auftreten einer Überspannung erfolgte der Überschlag innerhalb dieser Kammer zwischen den sich gegenüberliegenden Elektrodenoberflächen. Dies ergab zwar den Vorteil eines im wesentlichen homogenen Feldes, wodurch das Ansprechverhalten der Funkenstrecke weitgehend von der Form der Überspannung unabhängig war. Dabei bestand aber der Nachteil, daß der Lichtbogen in dieser abgeschlossenen Kammer sehr große Energien von mehreren kj (Kilojoule) entwickelte. Dabei können Temperaturen in der Größenordnung von 10 000 ⁰C und Drücke bis zu 100 bar entstehen. Ein derartiger Lichtbogen hat eine Explosionswirkung und drückt die Elektroden auseinander. Diese starken mechanischen Kräfte müssen durch eine entsprechend stabile Konstruktion der Funkenstrecke aufgefangen werden. Die o.g. Hitzeentwicklung bewirkt, daß Elektrodenmaterial abschmilzt und verspritzt wird. Dies kann u.U. ein Verschweißen der Funkenstrecke und eine Zerstörung oder Beschädigung der Isolationsschicht zur Folge haben. Hierdurch kann sich zunächst eine Veränderung der Ansprechspannung und schließlich sogar die Funktionuntauglichkeit der Funkenstrecke ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstrecke der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich zwar durch einen ebenso einfachen Aufbau auszeichnet wie die erläuterten bekannten Funkenstrecken, wobei aber dafür gesorgt sein soll, daß die beim Überschlag entstehenden Energien keine schädlichen Wirkungen auf die Funkenstrecke mehr haben sollen. Zumindest soll die schädliche

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Wirkung erheblich reduziert werden, so daß die zulässige Stromstärke des Lichtbogens entsprechend höher sein kann als bei den bekannten Funkenstrecken.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Funkenstrecke der eingangs umrissenen Gattung vorgeschlagen, daß sich die Überschlagsstelle zwischen einer Außenseite der einen, ersten Elektrode und einer ebenfalls außen gelegenen Gegenfläche der anderen, zweiten Elektrode befindet. Damit ist die Überschlagsstelle nicht mehr in einer geschlossenen Kammer, sondern in dem Bereich zwischen Außenseite der einen und Gegenfläche der anderen Elektrode vorgesehen. Die beim Überschlag entstehende Energie kann dort wesentlich rascher und besser als bisher abgeführt werden, da sich der Lichtbogen nicht mehr in einer engen, allseitig umgrenzten Kammer befindet. Die erläuterte Explosionsgefahr entfällt. Die jeweilige Überschlagsstelle wird sich in der Regel an einer Kante der Elektrode befinden. Sofern an dieser Stelle Metall von der Elektrode wegspritzt, hat dies dort eine Verrundung der Kante zur Folge. Dies bedeutet, daß ein weiterer Überschlag nicht mehr an dieser Stelle, sondern dort stattfinden wird, wo die Elektrode noch eine Kante besitzt. Die Überschlagesteilen, bzw. die Fußpunkte der Lichtbogen, wandern also von Überschlag zu Überschlag, wodurch sich eine gleichmäßige Abnutzung der Elektroden ergibt. Für den Fall, daß der Lichtbogen für längere Zeit stehenbleibt, wie es z.B. bei sogenannten Blitzstromschwänzen eintreten kann, weitet sich der Lichtbogen nach außen auf, wodurch der Lichtbogenfußpunkt von der Ansprechstelle weg wandert. Damit wird eine übermäßige thermische

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Belastung der Elektroden und vor allem ein Zerstören der Isolierschicht, z.B. Glimmer, vermieden.

Es muß zwar bei der erfindungsgemäßen Funkenstrecke der Nachteil eines inhomogenen Feldes zwischen beiden Elektroden in Kauf genommen werden, dessen Ansprechverhalten damit von der Form der jeweiligen Überspannung abhängig ist. Der Erfindung liegt aber u.a. die Erkenntnis zugrunde, daß dieser Nachteil von den vorstehend erläuterten Vorteilen mehr als aufgewogen wird; insbesondere wenn man berücksichtigt, daß die erfindungsgemäße Funkenstrecke wesentlich höhere Kurzschlußströme, z.B. bis 100 kA, bewältigen kann.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale der Erfindung wird zwecks Vermeidung von Wiederholungen auf die Unteransprüche, sowie die nachfolgende Beschreibung und die dazugehörige Zeichnung mehrerer Ausführungsbeispiele verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Im Querschnitt eine Funkenstrecke gemäß dem Stand der Technik im Schnitt,

Fig. 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, ebenfalls im Querschnitt,

Fig. 4: eine Draufsicht auf Fig. 3,

Fig. 5: in der Draufsicht eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung im verkleinerten Maßstab,

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Fig. 6: den Einbau einer Funkenstrecke in der Ausführung gemäß Fig. 3 in ein entsprechendes Gerät.

Fig. 1 zeigt die erläuterte, bisher gebräuchliche Funkenstrecke, bestehend aus zwei scheibenförmigen Elektroden 1, 2, die durch eine umlaufende Glimmerschicht 3 voneinander isoliert und distanziert sind. Damit ist eine abgeschlossene Kammer 4 gebildet, innerhalb derer bei Auftreten einer Überspannung dsr Lichtbogen entsteht.

Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei scheibenförmige Elektroden 5, 6 vorgesehen, zwischen denen sich die Isolationsschicht 7, z.B. Glimmer, befindet. Die Elektroden bestehen in diesem Beispiel aus planen Scheiben. Ihr Umriß kann kreisförmig sein (siehe auch Fig. 4). Die Erfindung ist aber nicht auf plane Elektroden oder solche mit kreisförmigem Umriß beschränkt.

Die Überschlagsstelle befindet sich zwischen der Außenseite, hier dem Außenrand 8 der einen, ersten Elektrode 5 und einer Außenfläche, hier der dem Rand 8 gegenüberliegenden Oberfläche 9 der anderen, zweiten Elektrode 6. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Rand 8 von der relativ kurzen zylindrischen Randfläche der Elektrodenscheibe 5 und die Oberfläche 9 von der Stirnfläche der zweiten Elektrodenscheibe 6 gebildet. Der im Fall einer Überspannung entstehende Lichtbogen 10 befindet sich damit im Außenbereich der Funkenstrecke, wodurch sich die erläuterten Vorteile ergeben.

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Die Isolierschicht 7 kann entweder an der Oberfläche 11 der ersten Elektrode 5, oder an der Oberfläche 9 der zweiten Elektrode 6 angebracht sein. In jedem Fall ist bei der Anordnung dieses Ausführungsbeispieles der Aussendurchmesser der Isolierschicht gleich dem Außendurchmesser der ersten Elektrode.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann die zweite Elektrode 6¹ an ihrer Oberfläche 9' eine Aussparung 12 aufweisen, deren Umriß dem der ersten Elektrode 5', bzw. der Isolierschicht 7¹ entspricht. Damit ist an der zweiten Elektrode eine Zentrierung für die erste Elektrode geschaffen. Die Isolierschicht 7' muß dabei um so viel dicker als die Tiefe der Aussparung 12 sein, daß ein genügender Isolationsabstand zwischen den beiden Elektrodenscheiben 5', 6* verbleibt.

Das Beispiel der Fig. 3 zeigt ferner, daß sich in der zweiten Elektrode 6¹ eine Durchbrechung 13, z.B. in Form einer Bohrung befinden kann, die dem Mittenbereich der ersten Elektrode 5¹ gegenüber liegt. Der Mittenbereich der ersten Elektrode kann eine Bohrung od. dgl. 14 für die Aufnahme eines Anschlußleiters 15 besitzen, der mit hinreichendem Isolationsabstand von der Elektrode 6¹ durch deren Durchbrechung 13 hindurchgeführt ist. Damit besteht die Möglichkeit, die erste Elektrode sowohl durch die zweite Elektrode hindurch, als auch an der in Fig. 3 oben gelegenen Seite anzuschließen.

In Fig. 3 ist schematisch die Feldverteilung zwischen den beiden Elektroden angedeutet. Mit Pfeilen ist die Tendenz des Lichtbogens markiert, bei starken Strömen nach außen zu wandern, d.h. in den Bereich, in dem er am raschesten

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seine Wärme abgeben kann. Sofern bei einem Überschlag an der Kante 16 Material wegschmilzt, bildet sich an dieser Stelle eine Abrundung. Bei einem erneuten Überschlag wird daher der Lichtbogen nicht dort, sondern von einem Punkt der ersten Elektrode 5' aus übertreten, der noch eine Kante bildet. Damit ergibt sich das erläuterte Wandern des Lichtbogenfußpunktes und die gleichmäßige Abnutzung der Elektroden.

Die Elektrode 6 bzw. 6' hat die Funktion einer Grundplatte. Sie könnte gemäß dem Beispiel der Fig. 5 auch als Grundplatte 6" für mehrere, z.B. drei der ersten Elektroden 5' ausgebildet sein. Dadurch ist mit einem einzigen Bauelement eine dreiphasige Funkenstrecke geschaffen.

Fig. 6 zeigt den Einbau der erfindungsgemäßen Funkenstrecke in ein als Überspannungsbegrenzer wirkendes Überspannungsschutzgerät. Die Funkenstrecke mit den Elektrodenscheiben 5', 6' entspricht in etwa der Ausführungsform gem. Fig. 3. Das Gehäuse 17 dieses Überspannungsbegrenzers ist mit Anschlußklemmen 18, 19 für die Leitungsenden des zu schützenden Leitungszuges versehen. Der Anschluß 18 führt zu einer Schraubfassung 20, in die eine Sicherungspatrone 21 mit einer Schraubkappe 22 einschraubbar ist. Der Strom wird von der Sicherungspatrone über eine Kontaktplatte 23 an die Funkenstrecke weitergeleitet. Mit Ziffer 24 ist ein Keramikring bezeichnet, der zur Distanzierung und Isolierung der Kontaktplatte 23 von der Elektrodenscheibe 6* dient. Dieser Keramikring könnte aber auch

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in Fortfall kommen. Zur Sicherung eines einwandfreien Kontaktes kann eine Kontaktfeder 25 vorgesehen sein, die einen mit dem Kontakt 19 verbundenen Erdanschlußbügel 26 von unten gegen die Elektrodenscheibe 6' drückt.

Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander, sind erfindungswesentlich.

Ansprüche

ORJGiNAL

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Claims

Patentansprüche

l.J Funkenstrecke, insbesondere für die Begrenzung von Überspannungen in Niederspannungsanlagen und für die blitzschutzmäßige Koppelung galvanisch getrennter Kreise, bestehend aus zwei sich gegenüberliegenden, bevorzugt scheibenförmigen Elektroden, die durch eine Isolationsschicht voneinander im Abstand gehalten sind und zwischen sich die Überschlagsstelle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Übergangsstelle zwischen einer Außenseite der einen, ersten Elektrode (5,5') und einer ebenfalls außen gelegenen Gegenfläche (9,9') der anderen, zweiten Elektrode (6,6') befindet.
2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (5,5* und 6,6') plane Scheiben sind, daß die Außenseite vom Außenrand (8) der ersten Elektrode (5,5*) gebildet ist, daß die Gegenfläche die Stirnfläche (9,9') der zweiten Elektrode ist und daß der Außendurchmesser der ersten Elektrode (5,5') kleiner ist als der Außendurchmesser der zweiten Elektrode (6,6').
3. Funkenstrecke nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (7,7') an der Stirnfläche (9,9*) der zweiten Elektrode (6,6'), oder an der daran anliegenden Stirnfläche der ersten Elektrode (5,5*) angebracht ist, wobei der Außendurchmesser

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der Isolierschicht (7,7') gleich dem Außendurchmesser der ersten Elektrode (5,5*) ist.
4. Funkenstrecke nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (6¹) an ihrer Oberfläche (9¹) eine Aussparung (12) aufweist, deren Umriß dem der ersten Elektrode ■ (5¹) entspricht, wobei die Tiefe der Aussparung (12) kleiner ist als die Dicke der Isolierschicht (7¹).
5. Funkenstrecke nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (6¹) eine Durchbrechung, z.B. eine Bohrung (13), aufweist, die dem Mittenbereich der ersten Elektrode (5¹) gegenüber liegt und daß durch den Mittenbereich der ersten Elektrode und durch die Durchbrechung der zweiten Elektrode ein Anschlußleiter (15) der ersten Elektrode hindurchgeführt ist, wobei zwischen dem Leiter (15) und.der zweiten Elektrode (6') ein hinreichender Isolierabstand besteht.
6. Funkenstrecke nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, z.B. drei erste Elektroden auf einer geraeinsamen zweiten Elektrode (6") angebracht sind.

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