DE3122102C2 - Ventilableiter - Google Patents

Abstract

Ventilableiter, der mindestens einen nichtlinearen Widerstand (15) und mit diesem in Reihe geschaltete Funkenstrecken enthält, die zwischen Hörnerelektrodenpaaren (4) gebildet sind, welche in Lichtbogen-Löschspaltkammern (1) mit Wänden aus einem Isolierstoff angeordnet sind, die durch einen einheitlichen, auf einem Zentralzylinder (3) aufgewickelten Schraubenflügel (2) zur Formierung eines einheitlichen Lichtbogens (7) ausgebildet sind, der durch die Vereinigung von beim Ansprechen des Ableiters in den Funkenstrecken sich bildenden Teillichtbögen (6) bei ihrer Bewegung gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilableiter nach dem Oberbegriff its Pate -Jtanspruchs 1. Ein solcher Ventilableiter ist aus f'er US-PS 36 11 045 bekannt.

Bei diesem bekannten Veritila!" jiter wird der Lichtbogen nach dem Zünden aus der Funkenstrecke herausgeblasen und bewegt sich unter dem Einfluß der elektromagnetischen Wechselwirkung des Lichtbogenstroms und des Magnetfeldes sich ausdehnend über die Hörnerelektroden. Das Magnetfeld wird durch vorgeschaltete Spulen der magnetischen Beblasung erzeugt. Jede Funkenstrecke ist in einer getrennten flachen Löschkammer aus einem Isolierstoff untergebracht. 5n Reihe mit den Funkenstrecken ist ein zusätzlicher nichtlinearer Widerstand geschaltet, der hauptsächlich zur Begrenzung des Ableitstroms im Zeitpunkt der Zündung der Funkenstrecken bestimmt ist, wenn der Summenwiderstand der Lichtbögen noch gering ist. Zur Erhöhung des Durchlaßvermögens des Ableiters hat dieser Widerstand eine nichtlineare U-I-Kennlinie.

Das Löschvermögen dieses Ventilableiters ist durch die Dehnungslänge der Lichtbögen in den flachen Löschkammern begrenzt Außerdem machen die Spulen der magnetischen Beblasung die Schaltung und bauliche Ausführung des bekannten Ventilableiters kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilableiter zu schaffen, bei dem eine stärkere Verlängerung der Lichtbögen bei der Löschung und somit eine Erhöhung des Löschvermögens des Ventilableiters gelingt.

Die Lösung dergestellten Aufgabe gelingt durch die im kennzeichnenden' Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale. Gemäß Patentanspruch 2 ist es zweckmäßig, zur Erhöhung der Durchlaßfähigkeit des Ventilableiters den nichtlinearen Widerstand zwischen benachbarten Funkenstrecken zu schalten, so daß er im Zeitpunkt der Bildung eines einheitlichen Lichtbogens überbrückt wird, was an sich bei Ventilableitern aus der DE-OS 29 02 006 bekannt ist

Der erfindungsgemäße Ventilableiter hat eine höhere Löschfähigkeit bei gleichzeitiger Vereinfachung seiner baulichen Ausführung; infolge einer gedrungeren räumlichen Anordnung der Lichtbögen und Verminderung der Beanspruchung des nichtlinearen Widerstandes können seine Abmessungen kleiner werden.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Ventilableiters;

F i g. 2 den Schnitt nach Linie II-II in F i g. 1;
,5 F i g. 3 den Schnitt nach Linie IH-III in F i g. 1.

Der Ventilableiter hat Lichtbogenlöschkammern 1 der Funkenstrecken, deren Wände von einem durchgehenden Schraubenflügel 2 gebildet sind, welcher auf einem Zentralzylinder 3 aufgewickelt ist Auf diese Weise vereinigen sich die Lichtbogenlöschkammern 1 in einen gemeinsamen schraubenlinienförmigen Hohlraum, wodurch für alle Funkenstrecken ein einheitlicher Lichtbogenlöschspalt gebildet wird.

Der Zentralzyünder 3 ist hohl ausgeführt Der Schraubenflügel 2 ist auf ihn mit einem Steigungsschritt λ von 0,5 bis 2 cm aufgewickelt Sowohl der Zentralzylinder 3 als auch dsr Schraubenflügel 2 sind aus einem Isolierstoff, z. B. aus Kunststoffen wie Polysulfonpolykarbonat oder Polyäthylenterephthalat-Gießharz gegössen oder gepreßt Der Schraubenflügel 2 kann aus einzelnen Elementen ausgeführt sein.

Die Breite Δ des Lichtbogenlöscbspaltes beträgt 1 bis 8 mm je nach dem berechneten Wert des Folgestroms des Ableiters.

Die Dicke des Schraubenflügels 2 ist gleich der Differenz λ—A und hängt von seiner Fertigungstechnik und von der angestrebten Lebensdauer des Ventilableiters ab; sie kann ca. 2 bis 10 mm betragen.

Der Außendurchmesser D und der Innendurchmeser i/des schraubenlinienförmigen Hohlraums des Lichtbogenlöschspaltes sowie die Länge .4 des Ventilab'eiters werden aus folgenden Beziehungen ermittelt:

D-d>2 v(0 dt

A >■

nE(t)D

für /- r

mit

E =

v(0 =

τ =

Eigeninduktivität des schraubenlinienförmigen Lichtbogens,

die Feldstärke im schraubenlinienförmigen Lichtbogen bezogen auf dessen Außenrand (auf die Länge der vorderen Flanke des sich in der Radialrichtung dehnenden Lichtbogens);
radiale Geschwindigkeit des Lichtbogens;
Folgestrom als Funktion der Zeit f;
Amplitudenwert der Nennspannung des zu schützenden Netzesund
Löschzeit des Folgestroms.

Der Index t-*v bedeutet, daß der Differenzialausdrück in Klammern für einen Wert von t zu nehmen ist, der gegen rstrebt.
Der Innendurchmesser d ist bestimmend für den in-

duktiven Widerstand des Ventilabieiters im Zeitpunkt der Durchzündung und bestimmt zusammen mit dem nichtlinearen Widerstand die Größe des Folgestroms in diesem Zeitpunkt

Innerhalb des Lichtbogenlöschspaltes sind an der Oberfläche des Zentralzylinders 3 Funkenstrecken bildende Hörnerelektrodenpaare 4 wendelförmig angeordnet, die mittels Stromleitern 5 in Reihe geschaltet sind. Als Beispiel ist in der fünften Windung des Lichtbogenlöschspaltes eine Funkenstrecke mit ihren Hörnerelektroden 4 und in der dritten Windung der Stromleiter 5 mit Hörnerelektroden 4 der benachbarten Funkenstrecken gezeigt

Die Hörnerelektroden 4 dienen zur Festlegung der Fußpunkte der Lichtbögen 6 des Folgestroms, die in den Funkenstrecken entstehen und sich im schraubenlinienförmigen Hohlraum des Lichtbogenlöschspaltes in Radialrichtur.g unter dem Einfluß der Lorentzkraft der Einzellichtbogen 6 und des Magnetfeldes des Ventilableiters bewegen.

Nach dem Austritt der Einzellichtbögen 6 der Funkenstrecken an die Enden der Hörnerelektroden 4 erfolgt die Vereinigung dieser Einzellichtbögen 6 zu einem durchgehenden schraubenlinienförmigen Lichtbogen 7. Die Lichtbögen 6, 7 sind in F i g. 1 aus Obersichtlichkeitsgründen nur in der fünften Windung des Lichtbogeniöschspaltes gezeigt Die Länge der Hörnerelektroden 4 und ihre radiale Höhe, d. h. der radiale Abstand ihrer Enden von der Oberfläche des Zentralzylinders 3, bestimmen die Zeit während welcher die Einzellichtbögen 6 der einzelnen Funkenstrecken Kontakt mit den Hörnerelektroden 4 und den Stromleitern 5 haben, bevor sie in einen durchgehenden Lichtbogen übergehen.

Zur Ermöglichung des Wanderns der Fußpunkte des einheitlichen schraubenlinienförmigen Lichtbogens 7 während seiner Dehnung und Radialbewegung sind am Anfang und Ende des schraubenlinienförmigen Hohlraums des Löschspaltes Eingangs- und Ausgangs-Hörnerelektroden 8, 9 angeordnet Mit der Elektrode 8 ist der Anschluß * 0 des Ventilabieiters und mit der Elektrode 9 unmittelbar oder über einen nichtlinearen Widerstand 11 der Anschluß 12 des Ventilabieiters verbunden. Die Eingangs-Hörnerelektrode 8 ist elektrisch mit dem Stromleiter 5 der ersten Funkenstrecke und die Ausgangshörnerelektrode 9 elektrisch mit dem Stromleiter

5 der letzten Funkenstrecke verbunder.

F i g. 2 zeigt zur Erläuterung der Funktionsweise des Ventilableiters die Lage der Einzellichtbögen 6 in zwei nacheinanderfolgenden Zeitpunkten a und b. Die Lage des Einzellichtbogens 62 ar den Anfangsabschnitten der Hörnerelektroden 4 entspricht dem Zündungszeitpunkt Der Verlauf des Einzellich'.bogens 6b entspricht dem Zeitpunkt seiner Annäherung an die Enden der Hörnerelektroden 4. Wenn das eine Lichtbogenende auf die Anfangshörnerelekt.Ode 8 des Ableiters überspringt (in F i g. 2 gestrichelt eingezeichnet) und das andere Lichtbogenende sich mit dem gleichartigen Einzellichtbogen

6 der zweiten Funkenstrecke vereinigt (in F i g. 2 ist diese Vereinigung gestrichelt angedeutet), kommt es zur Bildung eines einheitlichen schraubenlinienförmigen Lichtbogens 7. Die Lage des Lichtbogens 7c entspricht einem späteren Zeitpunkt seiner Dehnung, wobei der Fußpunkt dieses Lichtbogens Tc längs der Eingangs-Hörnerelektrode nach außen wandert.

Innerhalb des hohlen Zentralzylinders 3 sind zur Potentialverteilung Widerstände untergebracht, die parallel zu den zugehörigen Rjnkenstrecken geschaltet sind. Durch die Bohrungen 13 in der Wand des Zentralzylinders 3 ist an die Stromleiter 5 ein Nebenschlußwiderstand 14 parallel zu der ersten Funkenstrecke angeschlossen. Gleicherweise sind nicht dargestellte Nebenschlußwiderstände an die übrigen Funkenstrecken angeschlossen.

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Ventilableiter, aus dem die elektrische Verbindung von benachbarten Funkenstrecken über einen nichtlinearen Widerstand 15 ersichtlich ist der bei der Bildung des einheitlichen schraubenlinienfönnigen Lichtbogens 7 überbrückt wird. Zu diesem Zweck ist einer der Stromleiter in Abschnitte 16 und 17 unterteilt und an diesen sind durch Bohrungen 18 in der Wand des Zentralzylinders 3 elektrische Anschlüsse 19, 20 angebracht die innerhalb des Zentralzylinders 3 angeordnet sind und zum Anschließen des nichtlinearen Widerstandes 15 dienen.

Bei der Lage 6b der Einzellichtbögen der Funkenstrecken im Zeitpunkt in der ihre Vereinigung zu einem einheitlichen schraubenlinienförmigen Lichtbogen 7 erfolgt ändert sich der Stromverlauf durch die Ablsiterelemente. In Fig.3 ist die Stromric":.ung mit Pfeilen angegeben. Vor der Vereinigung der Einzc !lichtbogen 6 fließt der Strom durch den an die Anschlüsse 19, 20 angeschlossenen nichtlinearen Widerstand 15. Nach der Vereinigung der Einzellichtbögen 6 zum einheitlichen Lichtbog -a 7 hört der Stromfluß durch den Widerstand IS auf.

Zur Verhinderung eines vorzeitigen Durchschlags zwischen den Hörnerelektroden 4 benachbarter Funkenstrecken oder den Abschnitten 16,17 des Stromleiters 5, die über den nichtlinearen Widerstand 15 verbunden sind, ist es zweckmäßig, zwischen den Enden dieser Abschnitte 16,17 und den anstoßenden Hörnerelektroden 4 eine radial gerichtete Trennwand im schraubenlinienförmigen Hohlraum des Lichtbogenlöschspaltes anzuordnen, die aus Isolierstoff gefertigt ist und die Höhe der Hörnerelektroden 4 in Radialrichtung übersteigt

Wenn der nichtlineare Widerstand 15 innerhalb des Zentralzylinders 3 angeordnet ist, ist es zweckmäßig, seine Anschlüsse 19, 20 schraubenlinienförmig mit einem Wickelsinn auszuführen, der dem Wickelsinn des Schraubenflügels 2 entgegengesetzt ist. Das bewirkt eine Verstärkung des Magnetfeldes des Ventilableiters. Zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit kann der innere Hohlraum des Zentraizylinders 3 mi* einer Isoliermasse vergossen werden.

Es kann zweckmäßig sein, den Schraubenflügel 2 des Löschspaltes in Radialrichtung zickzackförmig auszubilden, um die Funkenstrecken gegen die Strahlung des abgewanderten Lichtbogens 7 des Folgestroms abzuschirmen. Das trägt rur beschleunigten Wiederherstellung der Durchschlagfestigkeit der Funkenstrecken bei. d. h. zur Erhöhung ihrer Darchschlagsspannung bis zum Ne.invver:.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Ventilabieiter mit mindestens einem nichtlinearen Widerstand und mit diesem in Reihe geschalteten Funkenstrecken, die zwischen Hörnerelektrodenpaaren gebildet sind, welche in Lichtbogen-Löschkammern mit Wänden aus einem Isolierstoff angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Lichtbogeniöschkammern (1) der Funkenstrecken von einem durchgehenden, auf einem Zentralzylinder (3) aufgewickelten Schraubenflügel (2) zur Formierung eines einheitlichen, schraubenlinienförmig gebogenen Lichtbogens (7) gebildet sind, der durch die Vereinigung von beim Ansprechen des Ventilableiters in den Funkenstrecken sich bildenden Einzellichtbögen (6) bei ihrer Bewegung gebildet ist,

und daß die Hörnerelektroden (4) der Funkenstrekken zwischen den Windungen des Schraubenflügels (2) wendelförmig angeordnet und an der Oberfläche des Zentralzylinders (3) befestigt sind.

Z Ventilableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand (15) zwischen benachbarten Funkenstrecken geschaltet ist und im Zeitpunkt der Bildung des einheitlichen Lichtbogens (7) überbrückt ν ird.