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Löschfunkenstrecke für überspannungsableiter mit Magnetfeld zur Funkenlöschung
Moderne Überspannungsableiter bestehen mindestens aus einem Block oder Stapel von
Widerstandsmaterial sowie einer vorgeschalteten Löschfunkenstrecke. Hierzu tritt
gelegentlich noch eine Vorfunkenstrecke. Der Widerstandsblock hat eine gekrümmte
Stromspannungscharakteristik. Bei hohen Strömen, die ihm beim Auftreten von Überspannungen
aufgezwungen werden, soll er eine niedrige Restspannung haben, um für die von ihm
geschützte Anlage einen guten Schutzwert zu besitzen. Nach dem Abklingen der Überspannungen
bleibt nun, da Vorfunkenstrecke und Löschfunkenstrecke durch Funken überbrückt sind,
die Betriebsspannung des Netzes am Block liegen. Die Charakteristik des Widerstandsblockes
soll nun andererseits so sein, daß der unter der Betriebsspannung nachfließende
Strom, welchen man den nachfolgenden Betriebsstrom nennt, möglichst klein ist. Dieser
Reststrom muß nämlich von der Löschfunkenstrecke unterbrochen werden. Bei einer
gegebenen Spannung und einem gegebenen Widerstandsmaterial liegt die Restspannung
um so höher, ist also die, Schutzwirkung um so schlr-chter,je größer der Widerstandsblock
bemessen ist, um so kleiner ist allerdings auch der nachfolgende Betriebsstrom,
und um so kleiner kann man die Löschfunkenstrecke bemessen. Legt man andererseits,
den Widerstandsblock sehr knapp aus, so: ist die Schutzwirkung gut, aber der nachfolgende
Betriebsstrom ist hoch. Man benötigt infolgedessen eine leistungsfähige Löschfunkenstrecke.
Aus diesen Überlegungen geht hervor, daß man Überspannungsableiter um so sicherer
und um so besser bauen kann, je größere nachfolgende Betriebsströme man mit der
Löschfunkenstrecke unterbrechen kann. Bisher erreichte man diese Wirkung in der
Regel dadurch, daß man eine größere, von der Betriebsspannung des Ableiters abhängige
Zahl von Metallscheiben unter Zwischenlegung von Isolierscheiben übereinanderstapelte.
Durch diese großen Metallmassen wurde dann dem Lichtbogen in den vielen Fußpunkten
so viel Energie entzogen, daß er zum Erlöschen gebracht wurde. Solche Löschfunkenstrecken
haben jedoch einen Grenzstrom, den. ' sie unterbrechen können, weil oberhalb dieses
Grenzstromes die Temperatur des Lichtbogenfußpunktes so hoch wird, daß nach dem
Nulldurchgang des Stromes eine Neuzündung eintreten kann.
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Nach der Erfindung wird eine Funkenstrecke von erhöhter Löschfähigkeit
dadurch geschaffen, daß in der Achse der Funkenstreckensäule ein permanenter Magnet
angeordnet ist. Durch das Magnetfeld werden die einzelnen Lichtbögen veranlaßt,
zu wandern. Hierbei kommen immer neue, noch kalte Stellen des Metalls dazu, Lichtbogenfußpunkte
zu bilden, und entziehen auf diese Weise dem Bogen, mehr Energie.
Eine
beispielsweise Ausführung der Er-Findung zeigt Abb: i. Die Metallscheiben i
| sind durch Isolierscheiben :2 voneinander ' ' |
| trennt. Beim Eintreffen der Überspann |
| entsteht zwischen ihnen an der Stelle 3 |
Funke, dem dann später der Lichtbogen na'e'1`i' folgt. Die Stromrichtung ist in
der Abbildung von oben nach unten. Die beschriebene Anordnung wird auf einem Isolierrohr
4 zentriert. Innerhalb des Isolierrohres 4. ist ein permanenter Stabmagnet 5 angebracht.
Die von diesem Magneten ausgehenden Kraftlinien durchsetzen die Scheibenanordnung
im wesentlichen in radialer Richtung. Da der Strom axiale .Richtung hat, wird durch
das Zusammenwirken von Feld und Strom eine taugentiale Kraft erzeugt, welche den
Lichtbogen veranlaßt, kreisförmig zu wandern, womit die erstrebte Wirkung erreicht
ist. Damit der Lichtbogen nicht aus den Scheiben i herausgetrieben wird, kann man
noch die Isolierringe 6 anordnen.
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Vor dem Ansprechen des Äbleiters muß die Löschfunkenstrecke die volle
Spannung oder einen sehr wesentlichen Teil dieser Spannung, welche am Ableiter liegt,
aufnehmen. Diese Spannung würde durch den Magneten 5, falls dieser gut leitend wäre,
überbrückt werden, so daß das Isolierrohr 4 in unerwünschter Weise auf Durchschlag
beansprucht würde. Zweckmäßig wird man daher den Magneten aus einem permanentmagnetischen,
,aber selbstisolierenden Stoff herstellen, welcher das magnetisch wirksame Material
in granulierter Form zwischen Isolierstoff eingebettet hält, wie ähnliche Stoffe
bereits in der Hochfrequenztechnik bekannt sind.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man nach Abb. z einzelne
kurze Teilmagnete 8 verwendet; welche voneinander durch Isolierzwischenlagen 9 getrennt
sind. Diese Anordnung wird infolge ihrer kapazitiven Spannungsteilung von selbst
eine günstige Spannungsbeanspruchung der Hülle To ergeben und die Spannung gleichmäßig
auf die einzelnen Funkenstrecken verteilen.
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In Abb, 2 sind die Metallscheiben i i nicht unmittelbar an das Isolierrohr
To angeschlossen, sondern vielmehr durch Zwischenringe 12 davon getrennt. Der Kriechweg
von Scheibe zu Scheibe und damit die innere Isolationsfestigkeit des Ableiters wird
durch diese Maßnahme beträchtlich erhöht.
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Bei sehr langer Löschfunkenstrecke kann es zweckmäßig sein, zur Erzeugung
eines intensiven radialen Feldes die einzelnen Magnetstäbe nicht so, wie es in Abb.
2 dargestellt ist, jeweils mit den i Nord- und Südenden zusammenzulegen, sondern
vielmehr jeweils immer einem Nordpol einen Nordpol und einem Südpoleinen Südpol
gegenüberzustellen. Eine andere beispielsweise Ausführung der Erfindung ist in Abb.
3 dargestellt.
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Der Magnetstab ist hier in Scheiben 13 terteilt, welche etwa die gleiche
Dicke wie -Elektrodenscheiben 14 der Löschfunkenx.ckehaben. DieseMagnetscheiben
131.:önnen `durch Löten oder Pressen mit den Elektrodenscheiben 14 zu einer festen
Einheit verbunden werden. Die Isolierung dieser Einheiten untereinander erfolgt
dann in bekannter Weise durch Zwischenlegen von Isolierscheiben 15. Zur Vergrößerung
des Kriechweges können wiederum Isolierringe 16 angeordnet werden, und zur Zentrierung
dientder Isolierstab 17; da man einen gewissen Abstand der Elektrodenscheiben 14
voneinander zur Aufrechterhaltung einer gewissen Ansprechspannung benötigt und andererseits
zur Erzeugung eines starken Magnetfeldes einen möglichst geringen Abstand der einzelnen
Magnetscheiben 13 voneinander bevorzugen wird; wird man die Isolierscheiben 15 möglichst
dünn ausführen und die- Dicke der Elektrodenscheibe 14 etwas geringer wählen als
die der Magnetscheibe 13.
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Auch hier kann es zweckmäßig sein, nicht, wiegezeichnet, Südpol auf
Nordpol zulegen, sondern! j e einem Nordpol einen Nordpol und einem Südpol einen
Südpol gegenüberzustellen.
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Eine andere Möglichkeit, einen in axialer Richtung isolierenderPermanentmagneten
in Stabfo.rm zu erhalten; besteht darin, daß man ihn aus achsensenkrecht gestellten
Blechen mit jeweils dünner Isolationszwischenlage aufschichtet. Die Aufmagnetisierung
dieser Anordnung kann dann i fertigmontierten Zustand erfolgen.
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Die Metallscheiben 1, 11,-i4 wird man. entweder aus einem Material
herstellen, welches eine große Leitfähigkeit besitzt, z. B. also Silber oder Kupfer,
oder aber man wird Materialien verwenden, welche wenig zu Kraterbildung bei Lichtbögen
neigen, z. B. also Elmet-Metall, Monel-Metall oder Wolfram.