DE2337743C3

DE2337743C3 - Funkenstrecke

Info

Publication number: DE2337743C3
Application number: DE19732337743
Authority: DE
Inventors: Richard 8430 Neumarkt 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: 1981-01-15
Also published as: DE2337743B2; DE2337743A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstrecke gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 19 34 270 und aus der DE-AS 82 154 sind jeweils Funkenstrecken der vorstehend genannten Gattung der Erfindung bekannt, bei denen der Überschlag zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der Elektroden erfolgt. Eine ähnliche Anordnung zeigt die GH-PS 27 738, Bei diesen vörbekannten Fürikenstrecken erfolgt eine relativ hohe thermische Belastung der Elektroden und eine relativ langsame Löschung des Lichtbogens,

Es sind ferner Funkenstrecken bekannt, bei denen sich die beiden Elektroden mit ihren Stirnflächen gegenüberliegen und durch eine am Rand der Elektroden und zwischen ihnen umlaufende Isolationsschicht voneinander isoliert und gleichzeitig im gewünschten Überschlagsabstand distanziert sind. Damit wurde eine nach außen abgeschlossene Kammer gebildet, die von den beiden sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Elektroden und der Isolationsschicht begrenzt ist Beim Auftreten einer Oberspannung

to erfolgte der Überschlag innerhalb dieser Kammer zwischen den Stirnflächen. Dies ergab zwar den Vorteil eines im wesentlichen homogenen Feldes, wodurch das Ansprechverhalten der Funkenstrecke weitgehend von der Form der Überspannung unabhängig war. Dabei

is mußte aber der Nachteil in Kauf genommen werden, daß der Lichtbogen in dieser abgeschlossenen Kammer sehr große Energien von mehreren Kilojoule entwickelte, so daß Temperaturen in der Größenanordnung von 10 000⁰C und Drücke bis zu 100 bar entstehen konnten.

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 d;r Isolationsschicht zur Folge hahon. Hierdurch kann sich zunächst eine Veränderung der Ansprechspannung und schließlieh sogar die Funktionsuntauglichkeit der Funkenstrekke 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 Funkenstrekken, wobei aber eine wesentlich schnellere Löschung des Lichtbogens und eine bessere Abfuhr der von ihm entwickelten Wärme erreicht werden soll. Die beim Überschlag entstehenden Energien sollen keine schädlichen Auswirkungen auf die Funkenstrecke haben.

Damit soll die zulässige Stromstärke des Lichtbogens höher sein als bei den bekannten Funkenstrecken entsprechender Abmessungen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Funkenstrecke der eingangs genannten Gattung vorgesehen, daß du ,ich außerhalb der Isolationsschicht befindliche Überschlagstelle durch eine Außenseite der einen, ersten Elektrode und eine zu dieser Außenseite im Winkel angeordneten Gegenfläche der anderen, zweiten Elektrode gebildet ist, wobei der Außendurchmesser der Isolationsschicht gleich dem Außendurchmesser der ersten Elektrode ist. Damit ist die Üb^rschlagstelle weder in einer geschlossenen Kammer, noch zwischen einander zugekehrten Stirnflächen der Elektroden, sondern vielmehr in dem Bereich zwischen einer Außenseite der einen Elektrode und einer Gegenfläche der anderen Elektrode vorgesehen. Mit der Erstreckung der Isolationsschicht bis zum Rand der ersten Elektrode ist gesichert, daß zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der Elektroden kein Überschlag stattfinden kann. Sollten die Elektrodendüfchmesser Unterschiedlich sein₍ wie es Gegenstand einer Aüsführungsmöglichkeit der Erfindung ist, so ist def Durchmesser der Isolationsschicht gleich dem

Durchmesser der Elektrode mit dem kleineren Durchmesser, Die beim Überschlag entstehende Energie kann dort wesentlich rascher und besser als bei den bekannten Funkenstrecken abgeführt werden, da der

Lichtbogen hier wesentlich weniger eingeschlossen ist, so daß die von ihm entwickelte Wärme in optimaler Weise in den die Funkenstrecke umgebenden Raum abgestrahlt werden kann und daher deren Elektroden thermisch so wenig wie möglich belastet Die bei den zuletzt erläuterten bekannten Funkenstrecken bestehende Explosionsgefahr entfällt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Funkenstrecke liegt in einer wesentlich schnelleren Löschung des Lichtbogens, da er sich gegenüber den zuerst erläuterten bekannten Funkenstrecken erheblich schneller nach außen ausdehnen kann. Er erreicht hiermit rasch eine größere Länge und kommt daher entsprechend schneller zur Löschung. Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Funkenstrecke der Lichtbogen ungehindert an den Kanten der Elektroden umlaufen. Die Oberschlagsstelien, bzw. die Fußpunkte der entstehenden Lichtbogen wandern also entlang der Kanten der Elektroden, wodurch sich eine gleichmäßige Abnutzung (Abbrand) der Elektroden ergibt Aber auch für den Fall, daß der Lichtbogen für längere Zeit bestehen bleibt, wie es ζ Β. bei sogenannten Biitzslromschwäiuen eintreten kann, weitet sich der Lichtbogen in der erläuterten Weise nach außen auf, wodurch sein Fußpunkt von der Ansprechstelle weg wandert Auch hierdurch wird eine übermäßige thermische Belastung der Elektroden und vor allem ein Zerstören der Isolierschicht, z. B. Glimmer, vermieden. In diesem Zusammenhang ist auch zu berücksichtigen, daß sich bei der erfindungsgemäßen Elektrode die Isolierschicht von innen her bis zur Außenseite, bzw. Rand der erstgenannten Elektrode erstreckt.

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.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gegenfläche die Stirnfläche der zweiten Elektrode ist, so daß der Außendurchmesser der ersten Elektrode kleiner ist als der Außendurchmesser der zweiten Elektrode. Hierbei bilden die Außenseite und die dazugehörige Gegenfläche miteinander einen Winkel von 90°, wodurch die Erfindung in einfacher Weise bei zwei Elektroden mit unterschiedlichen Durchmessern verwirklicht ist

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß dte zweite Elektrode an ihrer Stirnfläche eine Aussparung aufweist, deren Umriß dem der ersten Elektrode und der Isolationsschicht entspricht, wobei die Tiefe der Aussparung kleiner ist als die Dicke der Isolationsschicht Hiermit wird ein besonders sicherer Halt der Isolationsschicht erreicht und die Gesarntdicke der Funkenstrecke um die Tiefe der Aussparung verringert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zweite Elektrode und die Isolationsschicht je eine Durchbrechung, z\ B. eine Bohrung, aufweisen, die dem Mittenbereich der ersten Elektrode gegenüberliegt und kleiner ist als der Außendurchmesser der Isolationsschicht, und daß durch den Mittenbereich der ersten Elektrode und durch die Durchbrechung der zweifan Elektrode ein Anschlußleiter der ersten Elektrode hindurchgeführt ist, wobei zwischen dem Anschlußieiter und der zweiten Elektrode ein hinreichender Isolierabstand besteht Hierdurch ist mit einfachen Mitteln die Unterbringung des genannten Anschlußleiters möglich.

Auch können gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung mehrere Elektroden im Sinne der Erfindung zusammengefaßt sein, indem mehrere, z. B. drei erste Elektroden und Isolationsschichten auf einer gemeinsa-ο men zweiten Elektrode angebracht sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 und F i g. 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Querschnitt,

F i g. 3 eine Draufsicht auf F i g. 2,

Fig.4 in der Draufsicht eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung im verkleinerten Maßstab,

F i g. 5 den Einbau einer Funkenstrecke in der Ausführung gemäß F i g. 2 in ein entsprechendes Gerät

Gemäß dem in F i g. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zv. ·. ■■ scheibenförmige Elektroden 5, 6 vorgesehen, zwischen einen sich eine Isolationsschicht 7, z. B. Glimmer, befindet Die Elektroden bestehen in diesem Beispiel aus planen Scheiben. Ihr Umriß kann kreisförmig sein (siehe F i g. 3).

Die ""iberschlagstelle befindet sich zwischen der Außenseite, hier dem Außenrand 8 der einen, ersten Elektrode 5 und einer Außenfläche, hier der dem Außenrand 8 gegenüberliegenden Oberfläche 9 der anderen, zweiten Elektrode 6. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Außenrand 8 von der relativ schmalen zylindrischen Randfläche der ersten Elektrode 5 und die Oberfläche 9 von der Sti-nfläche der zweiten Elektrode 6 gebildet. Der im Fall einer Überspannung entstehende Lichtbogen 10 befindet sich damit im Rand- oder Außenbereich der Funkenstrecke, wodurch sich die erläuterten Vorteile ergeben.

Die Isolationsschicht 7 kann entweder an der Oberfläche 11 der ersten Elektrode 5 oder <λι der Oberfläche 9 der zweiten Elektrode 6 angebracht sein. Ist, wie hier dargestellt, der Durchmesser der einen, ersten Elektrode kleiner als der Durchmesser der anderen, zweiten Elektrode, so ist der Außendurchmesser der Isolierschicht gleich dem Außendurchmesser der ersten Elektrode kleineren Durchmessers. Die Isolationsschicht verhindert einen etwaigen Überschlag zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der Elektroden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 kann die zweite Elektrode 6' an ihrer Oberfläche 9' eine Aussparung 12 aufweisen, deren Umriß dem der ersten Elektrode 5' und dem der Isolationsschicht T entsprich». Damit ist an der zweiten Elektrode eine Zentrierung für d'e e*:,to Elektrode und die Isolierschicht geschaffen.

Die Isolationsschicht T muß dabei um so viel dicker als die Tiefe der Aussparung 12 sein, daß ein grnügender Isolationsabstand zwischen den beiden Elektroden 5', 6' verbleibt.

Das Beispiel dir Fig.2 zeigt ferner, daß sich in der zweiten Elektrode 6' eine Durchbrechung 13, z. B. in Form einer Bohrung, befinden kann, die dem Mittenbereich der ersten Elektrode 5' gegenüberliegt Der Mittenbereich der ersten Elektrode kann eine Bohrung oder dergleichen 14 für die Aufnahme eines Anschlußletters 15 besitzen, der gemäß dieser Ausführungsmög^ lichkeit der Erfindung mit hinreichendem Isolationsabständ Von der Elektrode 6' durch deren Durchbrechung 13 hindurchEeführt ist Damit besteht die Möglichkeit

die erste Elektrode sowohl von der in Fig.2 oben gelegenen Seite als auch durch die zweite Elektrode hindurch anzuschließen.

In F i g. 2 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 seine Wärme abgeben kann. Sofern bei einem Überschlag an der Kante i6 Material weg^ schmilzt, bildet sich an dieser Stelle eine Abrundung. Bei einem erneuten Überschlag wird daher der Lichtbogen nicht dort, sondern von einem anderen Punkt, der noch eine Kante bildet, der ersten Elektrode 5' aus übertreten^ Damit ergibt sich das erläuterte Wandern des Lichtbögenfußpunktes Und die gleichmäßige Abnut- is züng der Elektroden,

Die Elektrode 6 bzw. 6' hat die Funktion einer Grundplatte. Sie könnte gemäß dem Beispiel der F i g. 4 auch als Grundplatte 6" für mehrere, z. EL drei der ersten Elektroden 5' ausgebildet sein* Dadurch ist mit einem einzigen Bauelement eine dreiphasige Funkenstrecke geschaffen.

Fig.5 zeigt den Einbau der erfindungsgemäßen Funkenstrecke in ein als Überspannungsbegrenzer wirkendes Überspanhurigsschutzgerät. Die Funken^ strecke mil den Elektroden 5',· 6' entspricht in etwa der Ausführungsform gemäß F i gi 2, 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 Kontaktplal· te 23 an die Funkenstrecke weitergeleitet. Ein Kerarnikring 24 dient zur Distanzierung und Isolierung der köritaktplätte 23 von der Elektrode 6'. Dieser Keramikring könnte aber auch in Fortfall kommen. Zur Sicherung eines einwandfreien Kontaktes kann eine Kontaktfeder 25 vorgesehen sein, die einen mit der Anschlußklemme 19 verbundenen Erdanschlußbügel 2ß von unten gegen die Elektrode 6' drückt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Funkenstrecke, insbesondere zur Begrenzung von Oberspannungen in Niederspannungsanlagen und zur blitzschutzmäßigen Kopplung galvanisch getrennter Kreise, bestehend aus zwei sich gegenüberliegenden, bevorzugt planen, scheibenförmigen Elektroden, die durch eine an den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Elektroden anliegende Isolationsschicht voneinander im Abstand gehalten sind und zwischen sich außerhalb der Isolationsschicht die Oberschlagstelle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die sich außerhalb der Isolationsschicht (7, T) befindliche Oberschlagstelle durch eine Außenseite (8) der einen, ersten Elektrode (5, 5') und eine zu dieser Außenseite (8) im Winkel angeordneten Gegenfläche (Oberfläche 9, 9') der anderen, zweiten Elektrode (6,6') gebildet ist, wobei der Außendurchmesser der Isolationsschicht (7, T) gleich dem Außendurchii esser der ersten Elektrode (5,5') ist.

2. Funkenstrecke nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfläche die Stirnfläche (Oberfläche 9,9') der zweiten Elektrode (6,6') ist, so daß der Außendurchmesser der ersten Elektrode (5, 5') kleiner ist als der Außendurchmesser der zweiten Elektrode (6,6').

3. Funkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (6') an ihrer Stirnfläche (Oberfläche 9') eine Aussparung (12) aufweist, deren Umriß dem der ersten Elektrode (5') und der Isolationsschicht (7') entspricht, wobei die Tiefe der Aussparung (12) kleiner ist als die Dicke der Isolationsschicht (7').

4. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 2 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß ii.ehrere (z. B. drei) erste Elektroden (5') und Isolationsschichten auf einer gemeinsamen zweiten Elektrode (6") angebracht sind.

5. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (6') und die Isolationsschicht (7') je eine Durchbrechung (Bohrung 13) aufweisen, die dem Mittenbereich der ersten Elektrode (5') gegenüberliegt und kleiner ist als der Außendurchmesser der Isolationsschicht (7'), und daß durch den Mittenbereich der ersten Elektrode (5') und durch die Durchbrechung (Bohrung 13) der zweiten Elektrode (6') ein Anschlußleiter (15) der ersten Elektrode (5') hindurchgeführt ist, wobei zwischen dem Anschlußleiter (15) und der zweiten Elektrode (6') ein hinreichender Isolierabstand besteht.