DE2934236C2

DE2934236C2 - Überspannungsableiter mit Funkenstrecke

Info

Publication number: DE2934236C2
Application number: DE2934236A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 8430 Neumarkt Hasse; Erich Dr.-Ing. 7151 Allmersbach Pivit; Johannes Prof. Dr.-Ing. 8031 Puchheim Wiesinger
Original assignee: AEG Telefunken AG; Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 1979-08-24
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1983-02-24
Also published as: US4345295A; EP0024584A1; DK155479B; EP0024584B1; CA1158299A; DE2934236A1; DK360080A; DK155479C

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter, insbesondere für die Begrenzung von Oberspannungen in Niederspannungsanlagen und für die blitzschutzmäßige Kopplung galvanisch getrennter Kreise, die mindestens einer Funkenstrecke, deren Elektroden mittels Isolierstück auf Abstand gehalten werden, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Überspannungsableiter sind beispielsweise durch die DE-OS 23 37 743 bzw. 26 27 648 bekanntgeworden, wobei sich die Überschlagstelle im Außenbereich entweder zwischen den Mantelflächen der bevorzugt planen, scheibenförmigen Elektroden, deren Stirnflächen durch eine Isolationsschicht auf Abstand gehalten werden, oder zwischen der Mantelfläche der einen und der Stirnfläche der anderen Elektrode ausbildet. Bei diesem Überspannungsableiter ist es von Vorteil, daß die beim Überschlag en!stehetJs Energie rasch abgeführt und somit eine Explosionsgefahr gebannt werden kann. Nachteil ist jedoch das nicht ganz optimale Löschverhalten für Netznachströme.

In der, dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrunde liegenden deutschen Patentschrift 9 22 724 ist ein Überspannungsableiter mit Ausblase-Röhrenfunkenstrecke vorgeschlagen worden, bei dem die Elektroden in einem vergleichsweise groß gegenüber seinem Innendurchmesser bemessenen gasabgebenden Isolierrohr angeordnet sind und mit der Ausblase-Röhrenfunkenstrecke ein Widerstand, insbesondere ein spannungsabhängiger Widerstand, in Reihe geschaltet ist, wobei die Funkenstrecke in Teilfunkenstrecken unterteilt ist, wobei die Unterteilung durch eine Reihenschaltung von in sich abgeschlossenen Ausblase-Röhrenfun· kenstrecken, deren jede ihre eigene Ausblasöffnung besitzt, bewirkt wird. Durch diese Konstruktion wird vermieden, daß eine Druckverschiebung der Löschgase innerhalb des gemeinsamen Löschrohres zweier hintereinandergeschalteten Funkenstrecken stattfindet, und es wird dadurch eine günstigere Lichtbogenlöschung erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher. einen unaufwendigcn Überspannung',.^l
bessertem Löschverhalten fur Ν··:/;μ
ben.

Die Lösung dieser Aufgabe eriin
Patentanspruch 1 gekenn/eichnelen \Ι·.

rr nv ve^r

Durch den erfindung^-crnäBen Überspannungsableiter ergibt sich der Vorteil, daß die beim Überschlag entstehende Energie dazu benutzt wird, Löschgas aus dem aus entsprechendem Isolierstoff bestehenden Isolierstück derart zu erzeugen, daß der Lichtbogen vom Spalt weggedrückt wird und die ionisierten Gase nach außen geblasen werden, so daß nach Überspannungsende keine weitere Zündung durch die Netzspannung erfolgen kann. Durch entsprechende Geometrieausführungen der Elektroden und der sie umgebenden Kammern wird ein »breitbandiges« Löschverhalten, d. h. für beliebige Stromstärken, erreicht.

Optimaie Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch scheibenförmige Isolierkörper, die als Abstandshalter zwischen den Elektroden dienen (Anspruch 2), durch rotationssymmetrische Anordnungen von Elektroden und Abstandshaltern (Anspruch 3), insbesondere mit gleichem Durchmesser (Anspruch 4). Weitere gute Ausbildungen bestehen in hohlzylinderförmigen Anordnungen der einen Elektrode und des Isolierkörpers oder der Kammerwände (Anspruch 5 bzw. 6).

Eine höhere Lebensdauer wird durch Verwendung zweier in Reihe geschalteten Funkenstrecken (Anspruch 8) bzw. durch Elektrodendurchmessersps ünge (Anspruch 12, 13) erreicht. Durch Spaltung einer Elektrode nahe am Zündbereich und durch Ausfüllen des Spaltraumes mit Hartgas (Anspruch 14 bzw. 15) wird eine noch bessere Ausblasung erreicht.

Es folgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren, die Querschnitte durch erfindungsgcmäße Ausführungsbeispiele zeigen.

Die F i g. 1 zeigt Elektrodenanordnungen mit zwei hintereinandergeschalteten Funkenstrecken gemäß DE-OS 26 27 648. Der Bogenentladungsbereich 1 befindet sich zwischen den Mantelflächen der scheibenförmigen Elektroden 2, 3 bzw. 3, 4, die durch Isolierscheiben 6, 6' auf Abstand gehalten werden. Durch die Anordnung der aus Hartgas bestehenden Isolierscheibe 6 und durch die Anordnung zu Kammern 10,5 von Hohlzvlindern 6a, 6b, die ebenfalls aus Hartgas oder einem ähnlichen Stoff, der unter Wärmeeinwirkung Gas abgibt, bestehen und über Austrittsöffnungen verfugen, um die Elektroden bzw. um den Lichtbogenbereich herum wird erreicht, daß durch die Wärme des Lichtbogens Löschgas erzeugt, der Lichtbogen nach außen gedrückt und nach beendeter Überspannung gelöscht wird, so daß nach Wiederkehr der Netzspannung keine erneute Zündung erfolgen kann. In Fig. la ist über beiden Funkenstrecken ein gemeinsamer Hohlzylinder 6 angeordnet wobei die Funkenstrecken voneinander abgeschottet sind, so daß sie sich nicht vereinigen können. Der Hohlzylinder 6a weist oben und unten ringförmige Austrittsöffnungen 8 und an seiner Mantelfläche bohrlochförmige Austrittsöffnungen Sb auf. Die unteren Funkenstrecke zwischen den Elektroden 3 und 4 weist einen Abstandshalter 6' auf, der nicht aus Hartgas, sondern aus Glimmer besteht. Dies hat den Vorteil, daß die Doppelfunkenstreckc auch dann noch den geforderten Isolationswiderstand aufweist, wenn das Hartgaszwischenstück 6 der oberen Funkenstrecke nach längerem Einsatz abgebrannt oder geschmolzen ist und die Elektroden 2 und 3 nicht mehr in genügendem Maße voneinander zu isolieren vermag.

In Fig. Ib ist ein anderes Ausfiihrungsbeispiel einer b"> Doppclfunkcnstrecke dargestellt, bei dem beide Funkenstrecken, die wie be' F^; i g. 1 a aus den Elektroden 2,3 und 3. 4 und aus den da/wischenliegenden, auf Abstand haltenden Isolierscheiben 6 aus Hartgas gebildet werden, jeweils von einem Hohlzylinder aus Hartgas 6b umgeben sind Dieser Hohlzylinder ist jeweils an den äußeren Elektroden 2 bzw. 4 in deren ebenfalls hohlzylinderförmigen Fortsätzen 20 bzw. 40 derart eingelegt, daß nur eine Öffnung am Verbindungsstück 30 der beiden Elektroden 3 vorhanden ist Durch einen ringförmigen Isolierstoffkörper 6cum das Verbindungsstück 30 werden die beiden Funkenstrecken ebenfalls abgeschottet, so daß sie sich nicht vereinigen können. Durch diese Anordnung von Elektroden und Isolierstoffkörper entsteht jeweils an den äußeren Elektroden 2, 4 ein kammerartiger Bereich 5, in dem sich bei der Bogenentladung ein Gasüberdruck ausbilden kann. Dieser Gasüberdruck kann sich über den ringförmigen Kanal 10 und an dem ringförmigen isolierstoffkörper6c vorbei durch die bandringförmige Öffnung 8 abbauen, wobei der Bogenentladungsbereich 1 sauber ausgeblasen wird.

Die F i g. 2a zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei über eine zylinderförmige untere Elektrode 3 eine hohlzylinderförmige r'--;n geschlossene Elektrode 2 derart gestülpt ist, daß zwischen den Stirnflächen eine geschlossene Kammer 5 entsteht und sich zwischen den Mantelflächen im Bereich 1 eine Bogenentladung entfalten kann. Direkt angrenzend an den Bereich 1 der Bogenentladung ist ein ebenfalls hohlzylinderförmiger Körper aus Hartgas 6e zwischen den Mantelflächen angeordnet, so daß der Lichtbogen nicht in die Kammer 5 wandern kann und vor allem bei größeren Stromstärken nach unten in den Bereich Γ zwischen Außenmantelfläche der unteren inneren Elektrode 3 und der Phasenfläche 21 bzw. der unteren Stirnfläche 22 der Elektrode 2 gedrückt wird. Die Elektrode 2 weist oben einen scheibenförmigen Fortsatz 20 auf. Zwischen ihm und dem unteren Ende der Elektrode 3 ist ein einseitig geschlossener Hohlzylinder aus Hartgas 6c/ als Abstandshalter 9 angeordnet, so daß eine ringförmige Kammer 10 entsteht. Der Hartgaszylinder v/eist an seiner BoderJ'äche und an seiner Mantelfläche bohrlochförmige Öffnungen 8a, b auf, durch die die bei der Bogenentladung tntstehenden Gase entweichen können, wobei der in der Kammer 5 entstehende Überdruck veranlaßt, daß der Bogenentladungsbereich sauber ausgeblasen wird. In Fig. 2b ist eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung dargestellt, wobei drei scheibenförmige Elektroden 2,3,4, die durch scheibenförmige Abstandshalter 6, 6' voneinander isoliert sind und auf Abstand gehalten werden, übereinander angeordnet sind. Beide Funkenstrecken werden durch einen oben geschlossenen Hohlzylinder aus Hartgas 6f derart umgeben, daß eine obere, oben geschlossene Kammer 5 und eine untere Kammer 10 mit einer zwischen dem unteren Ende de unteren Elektrode 4 und dem Hohlzylinder gebildeten ringförmigen Ausirittsöffnung 8 gebildet werden. Die beiden äuOeren Elektroden 2 unci 4 weisen in einem gewissen Abstand einen Durchrriessersprung auf. Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß aufgrund der fehlenden Abschottung sich die beiden Einzelüberschlagsstrecken 1 schon kurz nach der Zündung (etwa nach 20 Mikrosekunden) so vereinigen, daß nur noch zwischen den Durchmessersprüngcn der beiden pußcren Elektroden 2, 4 im Bereich Γ eine Bogenentladung stattfindet, wobei dieselbe magnetisch gegen die Mittelelektrode gedruckt, dort stark gekühlt und wiederum abgestoßen wird. Auf diese Weise biidti si.η ein stabiler Bogen in mittlerem Abstand von der

mittleren Elektrode. Hierbei tritt an den Spalten /wischen den Elektroden bzw. an deren Rändern kaum eine Entladung ein, so daß nu ein besonders geringer Abbrand erfolgt. Realisiert man den einen Elektroden-Abstandshalter mit Hartgas 6 und den anderen mit Glimmer 6', so vereinigt ein solcher erfindungsgemäßer Überspannungsableiter in sich eine hohe Zuverlässigkeit, eine lange Lebensdauer und ein optimales Löschverhalten für Netznachströme.

In Fig. 3 ist ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die beiden scheibenförmigen Elektroden 2.3 durch ein Isolierstück gleichen Durchmessers aus Hartgas 6 auf Abstand gehalten werden. Durch den die beiden Elektroden 2, 3 sowie deren Anschlüsse 20,30 umgebenden einseitig geschlossenen Hohlzylinder, der nach unten eine ringförmige Austrittsöffnung 8 aufweist und dessen Wände aus Hartgas 6/bestehen, das unter der Wärmeeinwirkung des Lichtbogens Löschgas erzeugt, wird in den dadurch Kammern 10 und 5 ein Überdruck erzeugt, der sieh günstig auf die Löschung des Lichtbogens auswirkt. In einem gewissen Abstand zueinander erfahren die beiden Elektroden einen Durchmessersprung und weisen mit zunehmendem Abstand eine weitere Durchmesservergrößerung auf. Auf diese Weise kann sich der Lichtbogen mit steigender Stromstärke vom Bereich I zwischen den Mantelflächen der Elektroden 2 und 3 nach außen (Bereich Γ) entfalten. Am Durchmessersprung ist nun jeweils in die Elektroden ein Spalt eingelassen, der dafür sorgt, daß die bei großen Stroimtäfken im äußeren Lichtbogenbereich 1' entstehende große Wärmeenergie nicht über die angrenzenden Elektrodcnteile /um Abstandshalter 6 gelangen und diesen frühzeitig zerstören kann. In einer Weiterbildung der Erfindung wird dieser Spalt nicht nur mit Luft sondern zusätzlich mit Hartgas dg ausgefüllt werden, wodurch eine erhöhte Blaswirkung zum Löschen des I .ichtbogens erreicht wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überspannungsableiter für die Begrenzung von Oberspannungen in Niederspannungsanlagen und für die blitzschutzmäßige Kopplung galvanisch getrennter Kreise mit mindestens einer Funkenstrecke, deren Elektroden mittels Isolierstück auf Abstand gehalten werden, mit einer, den Bereich der Bogenentladung umschließenden Kammer mit Wänden aus Isolierstoff, der unter Wärmeeinwirkung Löschgas abgibt (Hartgas), wobei ein erster Kammerbereich eine Gasaustrittsöffnung aufweist und ein zweiter Kammerbereich sich dem ersten Kammerbereich anschließt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: Zwischen den Elektroden (2,3) ist ein Isolierkörper (6, 6e) so angeordnet, daß er an den Bereich (1, V) der Bogenentladung angrenzt und unter Wärmeeinwirkung der Bogenentladung Löschgas abgibt (Hartgas); die Kammerbereiche (10, 5) und der Isolierkörper (6, 6e) sind so angeordnet, daß durch die Löschgase der Lichtbogen von innen nach außen weggedrückt wird und die bei der Bogenentladung entstehenden Gase durch die Gasaustrittsöffnung (8, 8a, 8b)[geblasen werden.

2. Überspannungsableiier nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch scheibenförmige Elektroden (2, 3) mit dazwischenliegendem scheibenförmigen Isolierkörper (6) als Abstandshalter (F i g. 1 a, b, 2b, 3).

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch rotationssymmetrische Anordnungen ν on Elektroden und Abstandshalter.

4. Überspannungsableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (2, 3, 4) und Abstandshalter (6,6') gleichen Durchmesser aufweisen.

5. Überspannungsleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (3) zylinder- und die andere Elektrode (2) sowie der Isolierstoffkörper (6eJ hohlzylinderförmig ausgebildet sind (F ig. 2a).

6. Überspannungsableiter nach Anspruch 2,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (5,1'i) die Elektrodenanordnung ringförmig umgeben, wobei die Wände hohlzylinder- (6a, b, d, f) bzw. ringförmig {6c)ausgebildet sind.

7. Überspannungsableiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung durch die offene Seite (8) des Hohlzylinders (6a, b, f) bzw. durch Bohrungen (8a, b) in dem Mantel [Sb) bzw. in der Grundfläche (8a,; des Hohlzylinders gebildet wird.

8. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch zwei in Serie angeordnete Funkenstrecken (F i g. 1 a, b, 2b).

9. Überspannungsableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecken gegeneinander abgeschottet sind (Fig. la, b).

10. Überspannungsableiter nach Anspruch 8 oder

9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Funkenstrecke einen Abstandshalter aus Glimmer (6') aufweist (F ig. 2a, 2b).

11. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (9) durch die Kammerwand (6(/^ gebildet wird (F i g. 2a).

12. Überspannungsableiter nach einem der voriierechcnden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet.

daß die Elektroden (2, 4) einen Durchmessersprung aufweisen (F ig. 2b).

13. Überspannungsabfeiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (2,3) mit zunehmendem Abstand von der benachbarten eine Durchmesservergrößerung erfährt (F ig. 3).

14. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (2, 3) einen Spalt aufweist, der den Bogenentladungsbereich in zwei Teilbereiche (1, 1') unterteilt

15. Überspannungsableiter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt Hartgas (Sg) enthältJF i g. 3).

16. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Elektroden (2, 3, 4) aus Metall-Legierungen mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Abbrand.