DE2708325A1

DE2708325A1 - Lichtbogen-spaltanordnung fuer ueberspannungs-ableiter

Info

Publication number: DE2708325A1
Application number: DE19772708325
Authority: DE
Inventors: Joseph C Osterhout
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1976-02-26
Filing date: 1977-02-25
Publication date: 1977-09-01
Also published as: AU2166077A; MX4138E; AU508957B2; BE851844A; CA1087678A; IN146197B; JPS52115822U; US4065692A

Description

Wng. Peter-C. Sroka Dr.-lnfl. Ernst Stratmann

4 Düsseldorf 1 ■ Schadowplatz 9

' 3-

Düsseldorf, 21. Febr. 1977

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa. ', V. St. A.

Lichtbogen-Spaltanordnung für
ttberspannungs-Ableiter

Die Erfindung betrifft Lichtbogen-Spaltanordnungen für Uberspannungs-Ableiter, wie beispielsweise Blitzableiter.

Bei überspannungs-Unterdrückern, wie beispielsweise Blitzableitern, gibt es gewöhnlich eine Funken-Streckenanordnung, die eine Anzahl von Elektrodenpaaren aufweist, um einen Entladungs-Stroraweg bei Auftreten einer vorbestimmten Oberspannung zu erzeugen, wie in der US-Patentschrift 3 504 221 offenbart ist, wobei ein Stapel von Isolierplatten benutzt wird, bei denen gegenüberliegende Plattenflächen jeweils eine einzige Elektrode tragen, um zwischen dieser Elektrode und einer Elektrode, die auf der angrenzenden Oberfläche einer angrenzenden Isolierplatte montiert ist, eine Llchtbogenstrecke zu bilden. Um den Lichtbogen zwischen den zwei Elektroden, die mechanisch auf getrennten isolierenden Platten montiert sind, zu bilden, war es notwendig, durch eine äußere öffnung in den angrenzenden Platten ein Meßgerät anzulegen, das sich durch den zwischen den Elektroden befindlichen Raum erstreckte, und die Platten relativ zueinander zu drehen, bis der vorbestimmte Luftspalt-Abstand erreicht war. Nachdem dann das Meßgerät entfernt war, wurden die Platten zu einer

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strukturellen Einheit miteinander verbunden, für die der Luftspalt dann konstantgehalten werden sollte. Diese Struktur und dieses Verfahren wurden erfolgreich angewendet und der Betrieb von diese Struktur anwendenden Ableitern war befriedigend .

Neuerdings wird immer größere Bedeutung auf die Schaffung von Lichtbogenanordnungen gelegt, die nicht nur in zuverlässiger Weise und mit geeigneten Betriebseigenschaften hergestellt werden können, sondern die auch in wirtschaftlicherer Weise bei erleichterter Fabrikation produziert werden können. In der letztgenannten Hinsicht hat es sich als unzweckmäßig erwiesen, einen einstellbaren Lichtbogen zu verwenden, wie es bei der vorgenannten Patentschrift der Fall ist.

Gemäß einer weiteren US-Patentschrift Nr. 3 069 599 werden die Elektroden des Lichtbogenspaltes von auf einer leitenden Platte eingeprägten Gebieten gebildet, die zwischen angrenzenden isolierenden Platten angeordnet ist, durch die öffnungen führen, um so zwischen den Elektroden auf verschiedenen Seiten einer jeden isolierenden Platte einen Spalt zu bilden. Solch eine Anordnung führt zu Problemen bei der richtigen Einstellung der Größe des Luftspaltes und bei den Aufwendungen, die zur Schaffung der durchlöcherten isolierenden Platten und der leitenden Platten erforderlich sind, auf die die Elektroden gebildet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Anordnungen zu vereinfachen und unter Beibehaltung der Vorteile der bisherigen Konstruktionen die Herstellung zu verbilligen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Die Erfindung besteht also aus einer Lichtbogen-Spaltanordnung, die aus einem Stapel von isolierenden Platten, von denen eine erste, zweite und dritte Platte sich gegenüberliegende

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erste und zweite Oberflächen aufweisen, wobei die erste Oberfläche einen angehobenen Teil und die zweite Oberfläche einen zurückspringenden Teil aufweist, wobei der angehobene Teil der ersten Oberfläche der ersten Platte innerhalb des zurückspringenden Teils der zweiten Oberfläche der zweiten Platte angeordnet ist und wobei der angehobene Teil der ersten Oberfläche der zweiten Platte innerhalb des zurückspringenden Teiles der zweiten Oberfläche der dritten Platte angeordnet ist. Außerdem ist ein Paar von Elektroden an den einzelnen Platten des Stapels angeordnet und an diesen befestigt, und zwar auf einer einzigen Seite dieser Oberflächen, wobei diese zwei Elektroden zwischen sich einen Uberschlagspalt bilden. Das Elektrodenpaar weist zwischen sich ein Stück ionisierendes Material auf, das innerhalb einer Einsenkung der Oberfläche, an der die Elektroden angebracht sind, angeordnet ist. Das Elektrodenpaar besitzt ein erstes Paar von sich gegenüberliegenden Punkten, die den Vorionisator berührt, sowie ein zweites Paar von gegenüberliegenden Teilen, die einander an einer Stelle gegenüberliegen, die von dem Vorionisierer entfernt angeordnet ist, wobei dieses zweite Paar von Teilen eine vorbestimmte Entfernung voneinander aufweist und zwischen den Elektroden eine Oberschlagstrecke bilden.

Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform ist eine Lichtbogen-Spaltanordnung vorgesehen, die prinzipiell einen Stapel von isolierenden Platten aufweist, auf deren einer Oberfläche ein Paar von Elektroden befestigt ist, die vorher zusammengebaut wurden und zwischen sich eine Oberschlagstrecke bilden. Ein Stück von ionisierendem Material ist auf jeder der Platten zwischen dem Elektrodenpaar angeordnet und befestigt. Die Platten sind übereinandergestapelt, wobei zueinander passende Oberflächen miteinander verbunden sind, mit einer Mittelplatte, die keine Elektroden trägt und mit entsprechenden passenden Oberflächen von jeweils zwei symmetrischen Gruppen von Elektroden-Lagerplatten verbunden ist, außerdem ist eine elektromagnetische Spule um das Äußere der Mittelplatte herum angeordnet und mit ihr verbunden.

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Durch diese vorliegende Anordnung wird die Konstruktion von Lichtbogen-Spaltanordnungen gegenüber der der US-Patentschrift 3 5O4 221 vereinfacht, und zwar hauptsächlich deshalb, weil die Elektroden, die einen einzelnen Lichtbogenspalt bilden, fest an einer einzigen Isolationsplatte angebracht sind und daher mit einer solchen vorgeschriebenen Entfernung vorher zusammengebaut werden kann, die für den jeweiligen Zweck gewünscht wird. Nachdem einmal diese Platten gebildet wurden, können sie zu einer Einheit gestapelt und miteinander verbunden werden, ohne daß von dem Personal des Herstellungsbetriebes irgendwelche besondere Kenntnisse oder Sorgfalt verlangt werden müßten. Die Platten besitzen eine Geometrie, die eine Lichtbogen-Expansion aufgrund der äußeren elektromagnetischen Spule ermöglichen, um so eine Lichtbogen-Löschung innerhalb einer ausreichenden vorgeschriebenen Zeit zu erreichen.

Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Platte der Lichtbogen-Spaltanordnung ;

Fig. 2 eine Bodenansicht der Platte der Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsfonn der erfindungsgemäßen Lichtbogen-Spaltanordnung; und

Fig. 4 ein schematisches Schaltkreisdiagramm der in Fig. 3 dargestellten Anordnung.

Figuren 1 und 2 erläutern eine isolierende Platte mit einer kreisförmigen Konfiguration mit einer Oberfläche 12, die einen angehobenen gebogenen Teil oder Vorsprung 14 besitzt, während die andere Oberfläche eine Einsenkung 18 aufweist, die in

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ihren Ausmaßen dem angehobenen Teil 14 der gegenüberliegenden Oberfläche entspricht und mit dieser zusammenpaßt. Die erste Oberfläche 12 besitzt eine größere Einsenkung 20, wobei in einen Teil dieser Einsenkung ein Paar von Elektroden 22 und 23 angeordnet sind, die einen Lichtbogenspalt bilden. Die Elektroden sind auf der Oberfläche mittels eines Bindungsmaterials permanent befestigt, das auf Elektrodenerhöhungen 22A und 23A aufgebracht ist, die am Rande angeordnet sind, so daß das Bindematerial einen zwischen den Elektroden auftretenden Lichtbogen nicht stört. Ein Vorionisierer 24 aus einem Material wie Stealit erstreckt sich zwischen den Elektroden 22 und 23. Der Vorionisierer 24 ist mittels eines Bindematerials innerhalb einer Einsenkung 26 befestigt und erstreckt sich über die Ebene der Elektroden. Die Elektroden 22 und 23 sind flach und liegen in der Einsenkung 2O.

Beim Zusammenbauen der Elektroden an der Platte 10 werden die losen Elektroden auf die annähernd gewünschte Stelle gelegt. Der Vorionisierer 24 kann bereits an Ort und Stelle befestigt sein. Ein Meßfühler wird zwischen den Elektroden an Teilen 22B und 23B angeordnet und die Elektroden an Ort und Stelle eingestellt (eine Federanordnung kann benutzt werden) . Während der Einstellbewegung befinden sich die Elektroden mit dem Vorionisierer 24 an Teilen 22C und 23C in Kontakt und drehen sich auf ihm. Wenn die Teile 22B und 23B den Meßfühler berühren, wird bei 22A und 22B Zement abgelagert und bis zur Aushärtung erhitzt. Dann wird der Meßfühler entfernt und der Lichtbogenspalt ist mit hoher Genauigkeit eingestellt.

Die Oberfläche 16, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der die Elektroden angeordnet sind, umfaßt nicht nur die Einsenkung 18 für die Aufnahme der passenden gebogenen Erhebung der gegenüberliegenden Oberfläche der nächst angrenzenden Platte, sondern auch eine Einsenkung 28 zur Aufnahme eines Teils des Vorionisierers 24, der sich über die Elektroden 22 und 23 hinaus erstreckt. Die öffnung 30 durch die Platte ermöglicht eine Verbindung mittels leitender Einrichtungen

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von der einen Seite der Platte zu der anderen, so daß beim Zusammenbau eines Stapels derartiger Platten, wie in Figur dargestellt, eine Verbindung von der einen von zwei Elektroden auf einer Platte zu einer Elektrode eines Paars von Elektroden hergestellt werden kann, die auf der Oberfläche der nächst angrenzenden Platte angeordnet sind.

Figur 3 ist ein Beispiel für eine vollständige Lichtbogen-Spalt anordnung. Bei diesem Ausftihrungsbeispiel werden sechs vorher zusammengebaute, Elektroden tragende Isolierplatten gemäß der Figuren 1 und 2 verwendet, obwohl selbstverständlich auch mehr oder weniger derartige Platten benutzt werden können, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten.

Bei 32 ist ein weggebrochener Teil der zwei angrenzenden Platten 10 wiedergegeben, um zu zeigen, wie der angehobene Teil 14 einer ersten Oberfläche 12 auf einer Platte mit der Einsenkung 18 der zweiten Oberfläche der angrenzenden Platte zusammenpaßt. Die zahlreichen anderen Platten sind in gleicher Weise miteinander im Eingriff.

Die mittlere Platte 40 der Plattenanordnung der Figur 3 unterscheidet sich von den übrigen Platten 10 des Stapels, weil es sich um eine Platte handelt, die so ausgeführt ist, daß sie zwei Oberflächen aufweist, die gleich der Oberfläche 16 der Figur 2 sind. D. h., daß beide Oberflächen der Platte keine Elektroden besitzen, sondern Einsenkungen 18, um die gebogenen Erhebungen der passenden Oberflächen der angrenzenden Platten 10 aufzunehmen, die Elektroden aufweisen. Die Mittelplatte trägt keine Elektroden, jedoch ist um ihren Umfang herum eine elektromagnetische Spule 42 zum Zwecke der Lichtbogen-Ausstreckung gemäß bekannter Praxis angeordnet. Teil der Spule 42 ist bei 42A im Schnitt dargestellt. Die Spule 42 kann direkt auf den Umfang der Platte 40 aufgewik kelt werden, vorzugsweise auf eine anfängliche Bandschicht. Der Draht besteht vorzugsweise aus einem mit einem Kleber beschichteten Draht, der nach Erhitzen fest wird. Wenn

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gewünscht, kann auf die Spule 42 ein Bindezement zur Befestigung der Spule 42 auf der Platte 40 aufgebracht werden, jedoch ist dieser Zement normalerweise nicht erforderlich.

Beim Zusammenbau werden die verschiedenen Platten in der richtigen Reihenfolge übereinandergestapelt und sie können für leichtere Handhabungsmöglichkeiten miteinander verbunden werden, indem ein Klebematerial verwendet wird, das an verschiedenen Orten zwischen den Platten aufgebracht ist, wie beispielsweise auf den Erhöhungen, an denen die Elektroden mit ihrer Stützplatte im ersten Beispiel angebracht sind.

Die Anordnung besitzt an ihren Enden auch Kontaktplatten 34 und 35. Die Kontaktplatten sind mittels eines Niets 37 miteinander verbunden, der sich durch die öffnung 30 der äußeren Platte erstreckt, wie bei 36 gezeigt, um eine leitende Berührung mit einem der zwei Elektroden auf der ersten Platte herzustellen. Jede Kontaktplatte ist im wesentlichen diskusförmig und besitzt eine Einsenkung, die den Niet 37 aufnimmt, außerdem mehrere Einsenkungen, die Blasen verursachen, deren äußere Konfiguration bei 38 dargestellt ist und die gegen die Oberfläche der isolierenden Platte ruhen. Das Ergebnis ist, daß die Kontaktplatte eine innere Oberfläche besitzt, die im wesentlichen eben ist und an der nicht-lineare Widerstände oder andere Elemente (nicht dargestellt) befestigt werden können.

Die Peripherie der Endplatten 34 und 35 kann Schlitze aufweisen, um nachgiebige Seitenwandpuffer einzuführen, um die Anordnung innerhalb eines Porzellangehäuses lagern zu können, gleichfalls können auch hervorstehende Stifte angeordnet sein, um sie im Zusammenhang mi Aufsteck-Verbindern zu verwenden .

Eine Serie von Spannungsabfall-Widerständen 44 ist zwischen jeder Endplatte 34 und 35 und einem Ende der Spule 42 vorgesehen. Es wird deutlich werden, daß zahlreiche Ausführungs-

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formen der Erfindung möglich sind, die von der dargestellten abweichen, wobei z. B. die Oberfläche 12 eine Einsenkung und die Oberfläche 16 einen angehobenen Teil aufweisen kann, statt anders herum.

Die Einsenkung 20, in der die Elektroden 22 und 23 angeordnet sind, kann verschiedene Form annehmen, einschließlich einer Form, die gleichförmig konzentrisch hinsichtlich der Kreiskante der Platte 10 ist. Die Dreifach-Kleeblatt-Konfiguration, die dargestellt ist, wird vorgezogen, da sie zur Länge des Lichtbogens beiträgt, der zwischen den Elektroden aufrechterhalten werden kann.

Lediglich als noch spezielleres Beispiel sei erwähnt, daß die isolierenden Platten 10 und 40 aus einem gebrannten Keramik-Isoliermaterial bestehen können, wie beispielsweise permeables, gesintertes weißes Alumina, daß die Elektroden und leitenden Verbindungen aus irgendeinem guten leitfähigen Material bestehen können, das leicht in die gewünschte Form gebracht werden kann, wie beispielsweise Kupfer oder Phosphorbronze, und daß das Bindematerial zum Verbinden der Elektroden 22 und 23 und des Vorionisierers 24 mit der Platte 10 ein zementartiges Material wie Epoxiharz sein kann, das im Handel als Uniset Epoxy Adhesive bekannt ist. Dieses Material besitzt eine lange Lagerzeit bei Raumtemperatur, härtet aber schnell bei erhöhten Temperaturen aus (ungefähr 3 min bei 160° C (32Ο F). Ein derartiges Bindematerial kann auch bequem verwendet werden, um angrenzende Platten aufzuzementieren, indem dieses Material auf die Elektroden-Ursprungsteile 22A und 23A vor dem endgültigen Zusammenbau aufgebracht wird.

Der äquivalente Schaltkreis des Gesamtstapels, der als besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Figur 3 dargestellt ist, wird in Figur 4 wiedergegeben. Die Elemente sind leitende Zwischenverbindungen, wie beispielsweise Rollenoder Spiralstifte, die durch die öffnungen 30 der verschiedenen Platten hindurchreichen, um die Elektroden miteinander

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zu verbinden. Die Spule 42 ist über einem der Lichtbogenspalte angeschlossen, beispielsweise mittels Drahtnasen, die mit ausgewählten Elektroden in Verbindung stehen.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

Lichtbogen-Spaltanordnung, gekennzeichnet durch einen Stapel isolierender Platten, von denen eine erste, zweite und dritte Platte (10) sich gegenüberliegende erste (12) und zweite (16) Oberflächen aufweisen, wobei der angehobene Teil (14) der ersten Oberfläche (12) der ersten Platte innerhalb der Einsenkung (18) der zweiten Oberfläche (16) der zweiten Platte angeordnet ist, und dadurch gekennzeichnet, daß der angehobene Teil (14) der ersten Oberfläche (12) der zweiten Platte innerhalb der Einsenkung (18) der zweiten Oberfläche (16) der dritten Platte angeordnet ist und daß ein Paar von Elektroden (22, 23) auf einzelnen Platten des Plattenstapels auf jeweils einer der Oberflächen der Platte angeordnet und befestigt sind und zwischen sich einen Lichtbogenspalt bilden, wobei das Elektrodenpaar (22, 23) zwischen sich ein Stück ionisierendes Material (24) aufweist, das innerhalb einer Einsenkung (26) der Oberfläche (12) befestigt ist, an der die Elektroden (22, 23) befestigt sind, und daß das Paar von Elektroden (22, 23) ein erstes Paar von sich gegenüberliegenden Punkten (22C, 23C) besitzt, die den Vorionisierer (24) berühren, sowie ein zweites Paar von sich gegenüberliegenden Teilen (22B,

23B), die an einer Stelle, die von dem Vorionisierer (24) entfernt ist, einander gegenüberliegen, und daß das zweite Paar von Teilen (22B, 23B) voneinander eine vorbestimmte Entfernung aufweisen und den Lichtbogenspalt zwischen den Elektroden (22, 23) bilden.
2. Lichtbogen-Spaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Plattenstapel eine vierte Platte vorgesehen ist, die einander gegenüberliegende Oberflächen aufweist, die gleichartig der zweiten Oberfläche (16) der ersten, zweiten und dritten Platte mit einer Einsenkung darin versehen sind, wobei in der Einsenkung der einen Oberfläche der vierten Platte der angehobene Teil

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der ersten Oberfläche der dritten Platte angeordnet ist, und daß eine fünfte, sechste und siebte Platte des Stapels als die eingangs genannte erste, zweite und dritte Platte angeordnet sind, wobei sich gegenüberliegende erste und zweite Oberflächen einen angehobenen Teil bzw. eine Einsenkung besitzen, und wobei die fünfte Platte mit ihrem angehobenen Teil innerhalb der Einsenkung der zweiten Oberfläche der vierten Platte angeordnet ist, wobei die erste, zweite, dritte, fünfte, sechste und siebte Platte jeweils zwei Elektroden aufweist, die nur auf der ersten Oberfläche angebracht sind.
3. Lichtbogen-Spaltanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine elektromagnetische Spule (42A), die um die Peripherie der vierten Platte (40) herum angeordnet und an ihr befestigt ist, daß erste (34) und zweite (35) Kontaktplatten aus leitendem Material an den zweiten Oberflächen der ersten bzw. siebenten isolierenden Platte befestigt sind, mittels entsprechender leitender Einrichtungen, die sich von den Kontaktplatten durch die isolierenden Platten erstrecken und eine der zwei Elektroden der ersten Oberflächen der isolierenden Platten in Eingriff nehmen, und durch leitende Einrichtungen, die sich entsprechend durch die zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Platte zwischen einzelnen der Elektrodenpaare erstrecken, um die Lichtbogenspalte elektrisch in Serie miteinander zu verbinden.
4. Lichtbogen-Spaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplatten (34, 35) eine Einsenkung für die leitfähigen Einrichtungen sowie eine flache Kontaktoberfläche an ihrer äußeren Fläche aufweisen.

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