DE3050529C2

DE3050529C2 -

Info

Publication number: DE3050529C2
Application number: DE3050529A
Authority: DE
Inventors: Satoru Machida Tokio/Tokyo Jp Yanabu; Susumu Nishiwaki; Toshikazu Yokohama Jp Satoh
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1980-08-01
Publication date: 1987-12-03
Also published as: CH658551A5; DE3029303C2; US4326233A; DE3029303A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstreckenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Funkenstreckenanordnung ist aus der DE-AS 10 63 260 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine Vielfach funkenstrecke für Überspannungsableiter mit spannungs abhängigen Widerständen beschrieben, bei der die Elek troden treppenförmig ausgebildet und räumlich so zu einander angeordnet sind, daß jede Elektrode die Ver bindung zweier in verschiedenen Ebenen liegender Strom schleifen bildet. Ein die Elektroden durchfließender Strom erzeugt ein Magnetfeld, das senkrecht zu den ge nannten Ebenen verläuft. Die Richtung der auf den Lichtbogen aufgrund dieses Magnetfelds wirkenden Kraft liegt daher in der jeweiligen Ebene, so daß sie in den Verbindungen zwischen jeweils zwei benachbarten Ebenen nur teilweise wirksam ist. Da der Neigungswinkel der Verbindungen gegenüber den Ebenen relativ groß ist, ist nicht gewährleistet, daß die auf den Lichtbogen wirkende Kraft ausreichend groß ist, um ihn zu einer anderen Ebene abzuleiten.

Aus der DE-AS 24 19 731 ist eine Funkenstreckenan ordnung für einen Überspannungsableiter bekannt mit einer mit wenigstens zwei Elektroden gebildeten Schmal spaltlichtbogenlöschkammer, in der die Arbeitsflächen der Elektroden in Richtung der Lichtbogenausbreitung auseinandergehen, und mit einer elektromagnetischen Blasspule, die von dem Funkenstreckenstrom durchflossen wird. Weiterhin sind zwei Zusatzelektroden vorgesehen, die zwischen sich einen Ringspalt bilden. Eine dieser beiden Zusatzelektroden weist in Richtung auf die andere Zusatzelektrode einen Vorsprung auf, so daß eine Einengung des Ringspaltes entsteht. Diese Ein engung bildet den Durchschlagsabschnitt der Funken streckenanordnung. Die beiden Zusatzelektroden stellen jedoch keine Zündelektroden im Sinne der vorliegen den Erfindung dar, da durch sie überhaupt erst die kreisförmige Entladungsstrecke geschaffen wird.

Schließlich ist aus der CH-PS 2 85 923 eine Löschfunken strecke für Überspannungsableiter mit im Abstand an geordneten Elektrodenscheiben und magnetisch beein flußten Lichtbogen bekannt. Diese Löschfunkenstrecke weist eine solche Führung des Stromes innerhalb der Funkenstrecke auf, daß er ein die Wanderung des Licht bogens erzwingendes Feld erzeugt. Die Elektroden scheiben sind so angeordnet, daß sich je bei benach barten Scheiben zwei Ausbauchungen oder Vertiefungen gegenüberstehen, an denen die Funkenstrecken zwischen den Scheiben übergehen. Jedoch auch diese Funkenstrecken anordnung besitzt keine Zündelektroden im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstreckenanordnung gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1 zu schaffen, bei der der Übergang zwischen den Einführelektroden und den Hauptelektroden in der Weise er folgt, daß der zwischen den Einführelektroden gezündete Lichtbogen unter dem Einfluß seines selbsterzeugten Magnet feldes ohne Schwierigkeit in die kreisförmige Entladungs strecke übergeht und dort sein Stagnieren verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn zeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte Schnittansicht des Funken streckenbereichs einer Funkenstreckenanordnung mit herkömmlich gestalteten Elektroden,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Funken streckenbereichs einer etwas abgewandelten Funkenstreckenanordnung, ebenfalls mit her kömmlich gestalteten Elektroden,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Paar konzentrisch ange ordneter ringförmiger Elektroden, von denen die äußere Elektrode mit einer Zündelektrode versehen ist, die sich gekrümmt längs der Um fangskante der ringförmigen Elektrode unter einem vorher bestimmten Winkel zu einer hori zontalen Ebene geneigt erstreckt,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Elektrodenanordnung gemäß Fig. 3, und

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Elektrodenanordnung gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittansicht den Funkenstrecken bereich einer Funkenstreckenanordnung mit herkömmlich gestalteten Elektroden.

Die zylindrischen Elektroden 11, 12 sind so angeordnet, daß sie einander in axialer Richtung zugewandt sind. Beide zylindrische Elektroden 11, 12 sind in einem Iso liergehäuse 31 aufgenommen, welches gemeinsam mit ab dichtenden Isolatoren 33, 34 eine luftdichte Kammer bildet, in der die zylindrischen Elektroden 11, 12 an den abdichtenden Isolatoren 33, 34 befestigt sind. Die luftdichte Kammer ist mit einem Isoliergas, z. B. Schwefelhexafluorid (SF₆) gefüllt. Die Funkenlösch spule 13 und der Nebenschlußwiderstand 14 sind von einem Stützglied 35 getragen, welches am oberen offenen Ende des Isoliergehäuses 31 mit Hilfe des abdichtenden Isolators 33 befestigt ist. Die Funkenlöschspule 16 und der Nebenschlußwiderstand 17 sind von einem Stütz glied 36 getragen, welches am unteren Ende des Isolier gehäuses 31 mit Hilfe des abdichtenden Isolators 34 befestigt ist. Die Funkenlöschspulen 13, 16 sind ent gegengesetzt gewickelt, so daß sie Magnetfelder M ₁, M ₂ erzeugen, die einander in axialer Richtung der Funken löschspule 13, 16 abstoßen.

In Fig. 2 ist der Funkenstreckenbereich einer etwas ab gewandelten Funkenstreckenanordnung mit ebenfalls herkömmlich gestalteten Elektroden gezeigt. Die paarweise ange ordneten zylindrischen Elektroden 11, 12 sind in einem Isoliergehäuse 31 aufgenommen, welche mit einem Isoliergas, z. B. Schwefelhexafluorid (SF₆) gefüllt ist. Am oberen offenen Ende des Isoliergehäuses 31 ist ein Stützglied 35 mittels eines abdichtenden Isolators 33 befestigt, der die zylindrische Elektrode 11 trägt. Am unteren offenen Ende des Isoliergehäuses 31 ist ein Stützglied 36 mittels eines abdichtenden Isolators 34 befestigt, der die zylindrische Elektrode 12 trägt. Außerhalb der Stützglieder 35, 36 sind zwei Dauer magnete 38 bzw. 39 angeordnet, die Magnetfelder M ₁ bzw. M ₂ erzeugen, welche einander in axialer Richtung der zylindrischen Elektroden 11, 12 abstoßen.

Bei der Funkenstreckenanordnung gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die einander abstoßenden Magnetfelder M, M, die von den Dauer magneten 38 bzw. 39 erzeugt werden, ständig in der Funkenstrecke G in radialer Richtung. Wenn deshalb der Funkenstreckenanordnung gemäß Fig. 2 eine Stoßspannung eingeprägt wird, erhält der in der Funkenstrecke G ent stehende Entladungsbogen eine stabile Antriebskraft.

Die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten, paarweise ange ordneten Elektroden werden in der gleichen Weise ein gesetzt wie die zylindrischen Elektroden 11, 12 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2.

In Fig. 3 bis 5 sind Elektroden in Form einer inneren, massiven, säulenförmigen ersten Elektrode 211 und einer äußeren konzentrischen, hohlen, zylindrischen zweiten Elektrode 212 gezeigt, zwischen denen eine ringförmige Funkenstrecke G von bestimmter Breite gebildet ist. Die äußere hohle zylindrische zweite Elektrode 212 ist von geringerer Höhe als die innere, massive, säulen förmige erste Elektrode 211. Vom oberen Umfangsrand der inneren, massiven, säulenförmigen Elektrode 211 erstreckt sich tangential in horizontaler Richtung eine Zündelektrode 241 weg, die einen quadratischen Querschnitt hat. An der Außenwand der Zünd elektrode 241 ist in der Nähe des Endbereichs ein Vorsprung 241 a ausgebildet. Eine gleichfalls einen quadratischen Querschnitt aufweisende weitere Zünd elektrode 242 erstreckt sich gekrümmt längs des oberen Umfangsrandes der äußeren, hohlen, zylindrischen Elektrode 212. Die Oberfläche des mit der Umfangs kante der äußeren, hohlen, zylindrischen zweiten Elek trode 212 in Berührung stehenden Bereichs 240 der Zündelektrode 242 ist unter möglichst kleinem Winkel R (weniger als 30°) gegenüber der Horizontalen nach oben geneigt, wie Fig. 5 zeigt. Derjenige Bereich der Zündelektrode 242, der jenseits des genannten, nach oben geneigten Bereichs 240 liegt, erstreckt sich horizontal parallel zu der sich tangential erstrecken den Zündelektrode 241. Der nach oben geneigte Be reich 240 reicht von der Anfangsstelle an der Umfangs kante der äußeren hohlen zylindrischen zweiten Elektrode 212 bis zu dem Teil der Umfangskante, der der Stelle der Umfangskante der inneren, massiven, säulenförmigen ersten Elektrode 211 gegenüberliegt, an dem die Zündelektrode 241 beginnt, sich nach außen in tangen tialer Richtung zu erstrecken. Mit anderen Worten, der nach oben geneigte Bereich 240 erstreckt sich im wesent lichen längs der Hälfte des Umfanges der äußeren hohlen zylindrischen Elektrode 212. In der Nähe des Endes des sich horizontal erstreckenden Bereichs der Zündelektrode 242 ist ein Vorsprung 242 a ausgebildet. Die beiden Vorsprünge 241 a, 242 a sind einander mit engem Abstand gegenüber angeordnet und begrenzen eine schmale Entladungsstrecke G ₁.

Die massive, innere, säulenförmige erste Elektrode 211, die äußere, hohle, zylindrische zweite Elektrode 212 sowie die Zündelektroden 241, 242 sind wahlweise aus leitfähigem Werkstoff, wie Kupfer oder Messing, kohlenstoffhaltigem Werkstoff, wie Graphit oder einem licht bogenbeständigen Werkstoff, wie Wolfram oder einer Legierung in freier Wahl einiger der obengenannten Werkstoffe hergestellt. Ein Magnetfeld wird in axialer Richtung der die beiden Elektroden 211 und 212 aufweisenden Anordnung z. B. mittels einer Funkenlösch spule oder eines Dauermagneten (hier nicht gezeigt) angelegt.

Wenn die Stoßspannung die Funkenanfangsspannung übersteigt, die in der schmalen Entladungsstrecke G ₁ vorherrscht, erscheint zunächst ein Lichtbogen in der schmalen Entladungsstrecke G ₁. Eine Antriebs kraft F ₁ = F · cosR gemäß Fig. 5, die durch das Magnet feld M gemäß der Dreifingerregel rechter Hand erzeugt wird, bewirkt, daß zunächst der Lichtbogen durch die Zündelektroden 241, 242 und den geneigten Be reich 240 und dann durch die ringförmige Funkenstrecke G geleitet wird, wie durch A ₁, A ₂ . . . A ₅ angedeutet.

Da die innere erste Elektrode 211 massiv und säulen förmig gestaltet ist, während die äußere zweite Elektrode 212 hohlzylindrisch ist, erhält die entstehende Funken streckenanordnung einen festen Aufbau. Diese An ordnung ist also vor Verschiebungen geschützt, die bei spielsweise von außen aufgebrachte Stöße oder Temperatur änderungen verursachen. Ferner haben die schmale Ent ladungsstrecke G ₁ und die ringförmige Funkenstrecke G zuverlässige Eigenschaften.

Der Neigungswinkel des geneigten Bereichs 240 der an der äußeren hohlen zylindrischen zweiten Elektrode 212 angebrachten Zündelektrode 242 kann ohne weiteres kleiner sein als z. B. 10°. Wenn eine durch die Wirkung des Magnetfeldes M hervorgerufene Antriebskraft F vektoriell zerlegt wird, wird eine große Kraft komponente F ₁ auf den geneigten Bereich 240, wodurch der Lichtbogen mit hoher Geschwindigkeit längs des geneigten Bereichs 240 vorwärtsbewegt wird. Da durch wird wirksam verhindert, daß der Licht bogen längs des geneigten Bereichs 240 stagniert, so daß die Verbrennungsgefahr des Elektrodenmaterials verringert und dementsprechend die Lebensdauer erhöht wird.

Es wird somit eine Funkenstreckenanordnung geschaffen, deren Fähig keit, die Isolierung wiederzuerlangen und einen Folge strom in der Funkenstrecke auszuschalten, bedeutend verbessert ist.

Die an die Funkenstrecke angelegte ungewöhnliche Stoßspannung ist nicht auf Stoßspannungen beschränkt, die aus Blitzschlägen resultieren. Es können viele andere Formen ungewöhnli cher Stoßspannungen angenommen werden, so z. B. eine ungewöhnliche Stoßspannung, die erfolgt, wenn die innere Verbindung elektrischer Einrichtungen durch einen Un glücksfall in unerwünschter Weise geerdet wird.

Claims

1. Funkenstreckenanordnung mit einer zylindrischen ersten Elek trode, einer hohlen zylindrischen zweiten Elektrode, die die erste Elektrode unter Bildung eines kreisförmigen Zwischen raums, der eine kreisförmige Entladungsstrecke darstellt, umgibt, wobei Bereiche dieser Elektroden eine kurze Ent ladungsstrecke bilden, so daß dort der Lichtbogen zuerst zündet, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Magnet feldes senkrecht zur Richtung des Lichtbogens, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Entladungsstrecke (G 1) durch einander dicht gegenüberliegende Vorsprünge (241 a, 242 a) auf mit den Elek troden (211, 212) verbundenen Zündelektroden (241, 242) ge bildet wird und daß die zweite Elektrode (212) einen ge neigten Bereich (240) aufweist, welcher sich bogenförmig mindestens über ihren halben Umfang von der Zündelektrode (242) her erstreckt mit einem konstanten Neigungswinkel (R) von etwa 10° gegenüber einer Ebene senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes (M).

2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Elektrode (211) und die erste Zündelektrode (241) derart miteinander vereinigt sind, daß die erste (241) und die zweite (242) Zündelektrode parallel fest zueinander angeordnet sind.

3. Funkenstreckenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (211) und die zweite (212) Elektrode und die erste (241) und die zweite (242) Zündelektrode aus einem beliebigen Werkstoff der Gruppe aus leitfähigem Material, kohlenstoffhal tigem Material oder lichtbogenbeständigem Material oder einer Legierung derselben hergestellt sind.