DE3101354A1

DE3101354A1 - "funkenstrecke fuer die begrenzung von ueberspannungen (fall a)"

Info

Publication number: DE3101354A1
Application number: DE19813101354
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 8430 Neumarkt/Opf. Hasse; Johannes Prof. Dr.-Ing. 8031 Puchheim Wiesinger
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 1981-01-17
Filing date: 1981-01-17
Publication date: 1982-08-05
Also published as: ATA13382A; IL64784A0; CH658552A5; AT390528B; NL8200103A; IT1150106B; SE8200212L; IT8219145A0; DE3101354C2

Description

"Funkenstrecke für die Begrenzung von
Überspannungen" (Fall A) Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke für die Begrenzung von Überspannungen gemäß dem Oberbegriff des Ansprches 1. Eine Funkenstrecke dieser Art ist aus der DE-OS 26 27 648 bekannt. Eine ähnliche Anordnung ist mit der älteren Anmeldung P 29 34 238.9-32 vorgeschlagen, wobei die Isolationsschicht aus einem Material besteht, das bei Erhitzung, insbesondere Erhitzung durch einen Lichtbogen ein diesen nach außen drückendes oder blasendes und damit löschendes ßas ( sogenanntes Hartgas) abgibt, so daß hierdurch der Netzfolgestrom unterbrochen wird. Sowohl bei der genannten Vorveröffentlichung als auch bei dem genannten älteren Recht sind die Elektroden als sich gegenüberliegende, bevorzugt plane, scheibenförmige Elektroden ausgebildet, die durch die Isolationsschicht voneinander im Abstand gehalten sind.
Gemäß dem vorgenannten Stand der Technik hat man immer nur scheibenförmige Elektroden in Richtung der Mittelachse der Scheiben übereinander mit Zwischenschaltung der Isolierschicht angeordnet. Die Fachwelt hatte sich bisher auf diese axiale Stapelung von Scheibenelektroden zu Funkenstrecken beschränkt. Wenn auch diese Funkenstrecken sich in der Praxis für bestimmte Aufgaben bewährt haben, so ist es demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, bei Beibehaltung der Blitzstromtragfähigkeit weitere Ausgestaltungen und Anwendungsbereiche einer Funkenstrecke mit Gleitentladung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen.
Der Lösung dieser Aufgabe dienen zunächst die Merkmale des Anspruches 1. Hierdurch ergibt sich eine Vielzahl von Ausgestaltungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung. Diesbezüglich wird auf die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 7 und auch auf die entsprechenden Ausführungsbeispiele der Figurenbeschreibung verwiesen.
Aufgrund des außen gelegenen Luft-Überschlages in Form einer Gleitentladung ist die Blitzstromtragfähigkeit einer solchen Funkenstrecke gewährleistet. Dies gilt im verstärkten Maße bei der bevorzugten Verwendung einer Isolationsschicht aus sogenanntem Hartgas. Weitere Vorteile sind die sehr raumsparende koaxiale Anordnung der beiden Elektroden, womit gleichtzeitig die elektrische Kapazität verringert wird. Bei entsprechender Ausbildung der Elektroden und Vorsorge dafür, daß der überschlag nur an einer Elektrodenseite stattfindet, kann die Funkenstrecke zugleich auch als Abschottung des Brennraumes von einem anderen <aum dienen. Die Elektroden nach den zuvor genannten Ansprüchen sind trotz ihrer relativen Kleinheit sehr stabil. Sie halten die auftretenden Strömkräfte sehr gut aus. Sie können sich nahtlos und symmetrisch in koaxiale Anordnungen einfügen, die ihrerseits weiter der Stabilität und zur Aufnahme von Kräften dienen. Hei einer konzentrischen Formgebung und Anordnung der Elektroden ergibt sich der weitere Vorteil, daß der Lichtbogen auf einem Kreis umlaufen kann, so daß trotz einer relativ kompakten Anordnung für den Lichtbogen genügend Platz und Elektrodenfläche zur Verfügung steht. Der Elektrodenabbrand ist damit relativ gering. Durch eine Ånderung des Durchmessers der aneinander grenzenden Kreisflächen beider Elektroden läßt sich die vorgenannte Brennfläche problemlos ändern. Mit einer größer werdenden Brennfläche erhält man weniger Materialabbrand und eine bessere Kühlung, ohne daß der Gesamtableiter deswegen größer sein müßte. Mit der Erfindung ist auch der Forderung nach einer stromtragfähigen Kontaktierung der Ableiteranschlüsse Rechnung getragen, da z. B. die Elektroden selber die Anschlüsse bilden, oder über eine große Kontaktfläche mit einem der Ableiteranschlüsse in Berührung stehen können.
Zur Lösung der Aufgabenstellung dienen insbesondere auch die Merkmale des Anspruches 8. Die Verwendung schon vorhandener Bauteile reduziert zum einen die Herstellungskosten und ergibt ferner eine weitere Verringerung des Raumbedarfes einer solchen Funkenstrecke, indem der vom vorhandenen Bauteil sowieso belegte Raum mit verwendet wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung und ergibt vorteilhafte Ausführungsformen, wenn die Merkmale des Anspruches 8 mit Merkmalen der zuvor erläuterten Ansprüche kombiniert werden.
Weitere Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung und insbesondere des Anspruches 8 ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 9 bis 13, sowie der dazugehörigen Ausführungsbeispiele.
Der Erfindung liegt u. a. die Erkenntnis zugrunde, daß bei Anordnung einer Innenelektrode und einer Aussenelektrode die äußere Gleitentladung nicht auf Elektroden in rotationssymmetrischer Forrn begrenzt sein muß. Es sind daher zur Lösung der Aufgabe der Erfindung ferner die Merkmale des Anspruches 18 vorgesehen.
Die Ansprüche 14 bis 17 betreffen weitere Ausgestaltungen der Erfindung, einschließlich der zugehörigen Anschlüsse.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 bis 5: Zum Teil im Schnitt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung mit Innen- und Außenelektroden, Fig. 5 und 7: nach der Erfindung mögliche Ausführungsformen fijr die Gestaltung der Anschlüsse solcher Funkenstrecken, Fig. 8: im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Zuvor sei bemerkt, daß bei einem der Ausführungsbeispiele vorhandene Merkmale sinngemäß und soweit technisch möglich auch bei einem oder mehreren der anderen Ausführungsbeispiele vorgesehen sein können.
Fig. 1 zeigt eine Innenelektrode 1 mit einem kreisförmigen Bund 2 und dem Anschluß in Art einer Durchführung dienenden zentrischen Ansätzen 3, deren Längsachse L (Durchführungsachse) senkrecht zum Bund 2 verläuft. Der Außenrand des Bundes 2 wird von der Isolierschicht 4 umgeben, die wiederum von der kreisringförmigen Außenelektrode 5 umschlossen ist. Die beiden Elektroden 1, 5 sind also zueinander konzentrisch. Der Aussenüberschlag (Gleitentladung) erfolgt gemäß den Pfeilen 6. Um den Überschlag auf die in Fig. 1 rechts dargestellte Seite zu begrenzen, können die entsprechenden Flächen der anderen Elektrodenseiten durch eine Isolierschicht 7 abgedeckt sein.
Eine Funkenstrecke nach Fig. 1 eignet sich besonders in Form einer sogenannten Durchführung, wobei die Außenelektrode 5 mit ihrer Außenfläche 8 in ein hohles Bauteil, z. D. ein Rohr 9 eingesetzt ist. In diesem Fall dient die Funkenstrecke zugleich der Abschottung des in Fig. 1 rechts von ihr befindlichen Brennraumes gegenüber dem links von ihr vorgesehenen Raum, da sich der Lichtbogen 6 nur auf einer Seite bilden kann. Der Außenumfang der Außenelektrode 5 gibt eine gute Kontaktierung (siehe oben) zum Rohr 9. Falls die Brennfläche vergrössert werden soll genügt es, die Durchmesser des Bundes 2 und der Isolierschicht 4, sowie den Innendurchmesser der Außenelektrode 5 etwas zu vergrößern. Die Aus- senelektrode 5 kann in Radialrichtung, d. h. nach außen wirkende Kräfte gut aufnehmen.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind ebenfalls zwei rohrzylindrische Elektroden konzentrisch zueinander angeordnet, wobei ihre Längsachsen L zusammenfallen.
Die Innenelektrode 10 und die Außenelektrode 11 sind jeweils als zylindrische Rohrstücke ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Zwischen ihnen befindet sich - ebenfalls in Form eines zylindrischen Rohrstückes - die Isolierschicht 12.
Wie strichpunktiert angedeutet besteht die Möglichkeit, eine oder mehrere weiterer Außenelektroden 11' vorzusehen und durch entsprechende Isolierschichten 12' von der nächstinneren Elektrode galvanisch zu trennen. Es findet dann eine Mehrzahl von Cleitntladungen gemäß Ziffer 6 statt. Mit dieser Reihenschaltung wird eine sehr kompakte und wenig Raum benötigende Mehrfach-Funkenstrecke erreicht, deren Löschungsverrnögen entsprechend größer ist als die einer Einfach-Funkenstrecke.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist eine tellerförmige Scheibe 13 aus Isolierstoff mit mehreren umlaufenden Bunden 14, 15 vorgesehen, zwischen denen sich die Innenelektrode 16 und die Außenelektrode 17 befinden. Bevorzugt sind die Bunde 14, 15 und die Elektroden 16, 17 konzentrisch, d. h. in der hier nicht dargestellten Draufsicht kreisrund. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist mit strichpunktierten Linien angedeutet, daß mehrere Außenelektroden 17' und weitere Bunde 15', 18 zur Schaffung einer Mehrfach-Funkenstrecke vorgesehen sein können.
Die Elektroden 16, 17, 17' müssen nicht konzentrisch sein. Sie können auch von der Kreisform abweichen, z. B. einander parallele Bahnen sein.
Der Isolierstoff kann Glimmer oder dergleichen sein.
Bevorzugt besteht er aus dem eingangs erläuterten sogenannten Hartgas, z. B. in Form eines thermoplastischen, Wasserstoffgas abgebenden kunststoffs wie Polyoxymethylen, dessen Blasrichtung in Fig. 3 mit den Pfeilen 19 angedeutet ist. Die jeweiligen isolicrschichten (hier die Bunde 14, 15') knnnen über die benachbarten Flächen der Elektroden etwas uherstehen.
Hierdurch wird die zwischen diesen Flächen entstehende Gleitentladung rascher weggeblasen. Der Abbrand der Flächen ist geringer und der Netzfolgestrom wird besser gelöscht. Wie bereits erwähnt,sind diese Ausgestaltungsmöglichkeiten der Isolierschicht auch bei den anderen Ausführungsmöglichkeiten der Frfindung einsetzbar.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 bildet ein langgestreckter Leiter 20, bzw. 20' die Innenelektrode. Er wird kreisringförmig von der Isolierschicht 21 bzw. 21' umgeben, in der sich die Außenelektrode 22 bzw. 22' befindet. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist die Isolierschicht 21 im Ouerschnitt etwa U-förmig und in dem Beispiel der Fig. 5 gemäß Ziff. 21' etwa L-förmig. Die konzentrische Isolierschicht 21, bzw.
21' kann mit ihrem jeweiligen Innenschenkel 24 bzw.
24' auf ein Gewinde des Leiters 20, bzw. 20' aufgeschraubt sein. Zur Definition der Lage der Funkenstrecke, bzw. zum Begrenzen des /\ufschraubvorganges der Isolierschicht kann der Leiter 20, bzw. 20' am Ende des Gewindes einen schulterförmigen Ansatz 25 bzw. 25' aufweisen. Hiermit wird also eine der Elektroden von einem elektrischen Bauteil selber gebildet, daß ein Teil der zu schützenden Anlage oder des zu schützenden Gerätes ist. Der Leiter 20, bzw. 20' könnte z. 8. der Innenleiter eines Koax-Kabels sein und dergleichen mehr.
Wie die Zeichnungen zeigen, bilden die Flachen der beiden Elektroden, zwischen denen die Gleitentladung stattfindet, bevorzugt miteinander einen Winkel von etwa 1800.
In Sonderfällen (siehe z. 8. Fig. 4 und 5) könnte der Winkel aber auch anders, z. B. wie dort 90" sein.
Es liegt im Bereich der Erfindung, die Elektroden oder die an der Gleitentladung beteiligten Elektrodenteile unsymmetrisch auszugestalten. Dies kann z. B. in der Form geschehen, daß im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sich die Außen- und die Innenelektrode nur über einen Teilumfang des Kreises oder dergleichen erstrecken (nicht dargestellt).
Die Ausführungsbeispiele der Fig. 6 und 7 zeigen schematisch die Anschlußmöglichkeiten bei Funkenstrecken nach der Erfindung, wobei die Funkenstrecken jeweils nur als Kasten gezeichnet sind. Im Beispiel der Fig. 6 werden die netzspannungsführenden Zuleitungen 26 durch die Funkenstrecke hindurch geführt, wobei die Platte 27 die gemeinsame Lrdclektrode oder Erdsammelschiene ist. Fig. 7 schließlich zeigt eine koaxiale Durchführung, wobei der Eingang mit 28 und der Ausgang mit 29 beziffert ist.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 zeigt eine koaxiale Funkenstrecke für die Einführung eines Kox-Kabels in ein Gerät mit Inetallenem geerdeten Gehäuse, wobei die eine Elektrode mit 30 und die andere Elektrode mit 31 beziffert ist. Zwischen ihnen befindet sich die Isolierschicht 32, hier aus sogenanntem Hartgas. Der Lichtbogen ist wieder mit 6 beziffert und wird in die Kammer 33 hineingeblasen. Diese in der Praxis, z. B. für die Blitzschutzsicherung eines Koax-Kabeleinganges vorgesehene Anordnung zeigt besonders deutlich den vollflächigen Kontakt zwischen der inneren Elektrode 30 und der Koaxbuchse 34 einerseits, und den ebenfalls vollfltichigen elektrischen Kontakt der Außenelektrode 3.1 mit dem geerdeten Gehause 35 andererseits.
- Ansprüche - Leerseite

Claims

Patent- und Schutzansprüche Funkenstrecke für die Begrenzung von Oberspannungen, wobei zwei Elektroden durch eine Isolierung, insbesondere eine Isolierung aus sogenanntem Hartgas voneinander galvanisch distanziert sind und zwischen ihren Außenseiten oder -flächen außerhalb der Isolierung eine Luft-Gleitüberschlagstelle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode als Innenelektrode und die anderc Elektrode als diese umgeben de Außenelektrode ausgebildet ist.
2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenelektrode und die Außenelektrode zueinander konzentrisch sind.
3. Funkenstrecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB zwecks Einbau in ein Rohr oder einen rohrförmigen Gegenstand (9) eine bevorzugt kreisring- förmige Außenelektrode (5), eine Innenelektrode (1) mit einem bevorzugt kreis-förrrigen Bund (2) und zwischen Außenflächen des Bundes und Innenfläche der Außenelektrode eine entsprechend geformte Isolierung (4) vorgesehen ist (Fig. 1).
4. Funkenstrecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der von der Außen- und Innenelektrode (5, 1, 2) gebildeten Stirnflächen von einer Scheibe (7) aus Isoliermaterial gegen überschläge abgedeckt ist (Fig. 1).
5. Funkenstrecke nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine tellerförmige Scheibe (13) aus Isolierstoff mit mindestens einem an einer Seitenfläche umlaufenden Bund (14) und einer innerhalb (16) und eine außerhalb (17) des Bundes gelegene Elektrode (Fig. 3).
6. Funkenstrecke nach Anspruch 1 ruder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bevorzugt zylindrische, mit einem dazwischen befindlichen Luftspalt ineinandersteckbare Elektrodenrohre (10, 11) und einem im Luftspalt vorgßsehenen Rohr (12) aus Isolierstoff vorgesehen sind (Fig. 2).
7. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Elektroden vorgesehen und jeweils durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind (Fig. 2 und 3).
8. Funkenstrecke für die Begrenzung von Überspannungen, wobei zwei Elektroden durch eine Isolierung, insbesondere eine Isolierung aus sogenanntem Hartgas voneinander galvanisch distanziert sind und zwischen ihren Außenseiten oder -flächen außerhalb der Isolierung eine Luft-Gleitüberschlagstelle bilden, nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden von einem elektrischen Bauteil der, bzw. des zu schützenden Anlage, bzw. (,erätes gebildet ist.
9. Funkenstrecke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter, z. B. einerDurchführung, als eine Elektrode dient oder ausgebildet ist.
10. Funkenstrecke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Elektrode bildender Leiter von einer ringförmigen Isolierung (4, 21, 21') umgeben ist und diese die ebenfalls ringförmige äußere Elektrode (5, 22, 22') trägt (Fig. 1, 4, 5).
11. Funkenstrecke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (21, 21') eine Innenbohrung mit Innengewinde (24) besitzt, die über ein Außengewinde des als Innenelektrode ausgebildeten Leiters (20, 20') geschraubt ist (Fig. 4, 5).
12. Funkenstrecke nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmige Isolierung (21) im Ouerschnitt etwa U-förmig ist, wobei innerhalb des "U" die äußere Elektrode (22) befestigt ist (Fig. 4).
13. Funkenstrecke nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmige Isolierung (21') im Querschnitt etwa L-formig ist, wobei die äußere Elektrode (22') in dem nach außen gerichteten Winkel des "L" befestigt ist (Fig. 5).
14. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung als Schraubbefestigung der Elektroden ausgebildet ist.
15. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung über die die Überschlagstelle bildenden Außenflächen der Elektroden nach außen hin etwas vorsteht.
16. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung und die Ableitung an einander entgegenegesetzten Seiten der Funkenstrecke vorgesehen ist (Fig. 1, 4, 5, 6, 7).
17. Eunkenstrecke nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die LrdnsclUsse von i-unkenstrecken an einer gemeinsamen Sammelschiene (27) zusammengefaßt sind (Fig. 6).
18. Funkonstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Elektroden, bzw. wirksamen Elektrodenteile kreisunsymmetrisch gestaltet und angeordnet sind.