DE759498C - Funkenstreckenanordnung, insbesondere fuer UEberspannungsableiter - Google Patents

Funkenstreckenanordnung, insbesondere fuer UEberspannungsableiter

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DE759498C
DE759498C DES139390D DES0139390D DE759498C DE 759498 C DE759498 C DE 759498C DE S139390 D DES139390 D DE S139390D DE S0139390 D DES0139390 D DE S0139390D DE 759498 C DE759498 C DE 759498C
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DE
Germany
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metal
electrodes
insulating
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arrangement
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DES139390D
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English (en)
Inventor
William E Berkey
Walter G Forest Roman Hills
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel

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  • Spark Plugs (AREA)

Description

  • Funkenstreckenanordnung, insbesondere für Uberspannungsableiter Es sind bereits Funkenstreckenanordnungen bekennt, bei denen die beiden Elektroden jeweils einer Einzelfunkenstrecke durch isolierende Abstandringe distanziert sind und wenigstens die eine der beiden Elektroden von ihrer Auflagestelle aus napfartig nach innen gezogen ist, so daß der Abstand von der anderen Elektrodenscheibe in dem Hauptentladungsgebiet verhältnismäßig gering ist, während im Vergleich hierzu die Entfernung der beiden Elektroden voneinander im Bereich der Auflagestellen verhältnismäßig groß ist. Auf derartige Funkenstreckenanordnungen, die insbesondere als Löschfunkenstrecken für -IJberspannungsableiter, aber auch als sonstige Schutzfunkenstrecken Verwendung finden können, bezieht sich die Erfindung. Sie geht aus -von der Aufgabe, eine niedrige und dauernd gleichbleibende Stoßansprechspannung und einen niedrigen Stoßfaktor, Verhältnis von Stoßansprechspannung zu Ansprechspannung bei Normalfrequenz, zu erhalten sowie für eine möglichst geringe' Ansprechverzögerung zu sorgen. Auf Grund der Vorstellung, daß ein Körper hoher Dielektrizitätskonstante, welcher sich in einer Umgebung mit niedriger Dielektrizitätskonstante, z. B. Luft, befindet, ein dort vorhandenes elektrisches Feld verzerrt und die Felddichte in dem Körper niedriger Dielektrizitätskonstante erhöht, ist bereits ein Vorschlag bekanntgeworden, der dahin zielt, die Empfindlichkeit von Funkenstrecken zu erhöhen, d. h. bei gegebener Schlagweite die Überschlagsspannung herunterzusetzen oder bei gegebener Überschlagsspannung die Schlagweite zu erhöhen. Dieser Vorschlag geht dahin, daß Isolierkörper hoher Dielektrizitätskonstante unmittelbar unterhalb der Überschlagsstelle der Elektroden derart angebracht sind, daß eine leitende Verbindung der Elektroden durch Kriechströme über die Isolierkörper mittels Luftstrecken verhindert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einer Funkenstreckenanordnung der eingangs genannten Art die Aufgabe, außer einer niedrigen und gleichbleibenden Stoßansprechspannung auch einen niedrigen Stoßfaktor und eine möglichst geringe Ansprechverzögerung zu erhalten, gelöst durch eine solche Gestaltung und Anordnung der Elektroden und Isolierwände, daß an Verbindungs- bzw. Berührungsstellen zwischen dem Metall und dem Isoliermaterial, das zumindest stellenweise in der Nachbarschaft des Metalls aus Rutil oder einem mit Rutil zusammengesetzten keramischen Material besteht, ins= besondere infolge örtlicher Feldverdichtung Vorentladungen entstehen, die durch Ausstrahlungen o. dgl. eine Beeinflussung des Hajuptentladungsgebietes zwischen den Elektroden bewirken können.
  • Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß man bei einer - Funkenstreckenanordnung der eingangs genannten Art an Verbindungsoder Berührungsstellen zwischen dem Metall und dem Isoliermaterial Vorentladungen von irgendwelcher Entladungsform, insbesondere Sprühentladungen, auftreten läßt und daß die Anordnung so getroffen ist; daß diese Vorentladungen von dem Entladungsgebiet zwischen den Hauptelektroden aus sichtbar sind bzw. daß sie etwa durch Ausstrahlungen o. dgl. eine Beeinflussung dieses Hauptentladungsgebietes bewirken können, ohne daß irgendwelche Vorbauten oder Barrieren sonstiger Art hindernd im Wege stehen. Die Erklärung für diesen Effekt dürfte darin zu suchen sein, daß die Vorentladungen infolge von Verschiebungsströmen. von der einen Elektrode durch den Isolator oder über den Isolator hinweg hervorgerufen werden. Die Entladung erfolgt in einem gasförmigen Medium und erzeugt dabei das charakteristische Spektrum- des betreffenden Gases. Das charakteristisce Spektrum von Luft zerfällt in drei Gebiete; das sichtbare, ultraviolette und das Röntgenstrahlengebiet. Die obenerwähnten Vorentladungen gehören Hauptsächlich zu der Art der weichen Röntgenstrahlen in Luft. Diese sind besonders wirksam hinsichtlich der Erniedrigung des Stoßfaktors einer Funkenstrecke. Ihre Wellenlänge liegt zwischen 12 und iooo° A (i° A [°Angström] = io-8 cm). Die Reichweite solcher Strahlen beträgt in Luft nur etwa 6 cm. Bei ihrer Absorption auf dem Wege durch die Luft werden Ionen und Elektronen gebildet, die das verzögerungsfreie Ansprechen der Funkenstrecke stark begünstigen. Dabei wirken unter Umständen noch weitere bekannte Effeckte mit, wie z. B. lichtelektrische Kathodenstrahlung, deren Wellenlänge oberhalb igoo° A liegt.
  • Die Intensität dieser Strahlungen hängt ab von der Frequenz der an der Funkenstrecke anliegenden Spannung und der Dielektrizitätskonstante des Isolators bei einer gegebenen Form des Isolators zwischen den Elektroden. Die Entladungen, welche diese Strahlungen hervorrufen, sind bei Dunkelheit nicht immer sichtbar.
  • Das verwendete Rutil ist ein natürliches Mineral, das hauptsächlich aus Titandioxyd, das im allgemeinen gewisse Verunreinigungen enthält, besteht. Für die Verwendung als elektrisches Isoliermaterial wird das Material zweckmäßig zunächst von den Verunreinigungen frei gemacht, so daß das reine Titandioxyd zurückbleibt, das den Grundbestandteil bildet und mit etwa ioo/o Wassergemischt wird. Die Mischung wird unter hohem Druck in die gewünschte Form gepreßt und, wie es bei keramischen Körpern üblich ist, gebrannt. Das Material hat dann hervorragende Isoliereigenschaften und eine ungewöhnlich hohe Dielektrizitätskonstante, die je nach Art der Herstellung und gegebenenfalls verwendeter Beimischungen zwischen 2o und iio liegt.
  • Im folgenden sind die Erfindungsmerkmale an Hand von Ausführungsbeispielen im einzelnen beschrieben und erläutert.
  • Fig. i und 2 zeigen im Schnitt und ili Draufsicht eine Funkenstrecke mit zwei Elektrodenscheiben i und 2, die vorzugsweise aus Messing hergestellt werden. Sie sind durch einen Isolierring 3 in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten. Zur Erhaltung verhältnismäßig langer Kriechstrecken ist die obere Elektrode i von ihrer Auflagestelle aus napfartig nach innen gezogen, so daß der Abstand von der Elektrodenscheibe in dem Hauptentladungsgebiet d.verhältnismäßig gering ist. Zwecks Erhaltung einer niedrigen und beständigen Stoßansprechspannung ist der isolierende Abstandring 3 so ausgebildet und angeordnet,- daß an bestimmten Stellen des Raumes zwischen den Elektroden ein hoher Spannungsgradient zur Hervorbringung der obenerwähnten Vorentladungen erzeugt wird. Zu diesem Zweck kann man ferner nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mit besonderem Vorteil ein Material von einer ganz besonderen hohen Dielektrizitätskonstante verwenden. Besonders geeignet ist hierfür Rutil oder ein mit Rutil zusammengesetztes keramisches Material.
  • Infolge der hohen Dielektrizitätskonstante des Abstandringes 3 ergibt sich eine starke Feldverdichtung. Da dieses Feld nicht gleichmäßig verläuft, insbesondere an den Stellen, wo Metall, Luft und festes Dielektrikum zusammenstoßen, wird die Luft an diesen Stellen überbeansprucht und so die erwähnte Vorentladung und Strahlung hervorgebracht, die das Ansprechen begünstigt.
  • Fig. 3 zeigt eine andere besonders wirksame Ausbildung der Funkenstrecke. Hier ist zwischen dem Abstandring 12 und der einen Elektrode ii ein ringförmiger Überzug 13 aus Metall oder anderem leitenden Material auf dem Isolierring 12 angeordnet. Es kann auchein halbleitendes Material hierfür verwendet werden. Die Aufbringung kann durch Spritzen erfolgen. Die Strahlung entsteht hierbei dicht an der Kante des leitenden Überzuges.
  • Fig. 4 zeigt eine etwas andere Ausbildung von ebenfalls besonders günstiger Wirkung. Der isolierende Abstandring 17, der mit einem dünnen leitenden Überzug 18 aus Metall oder sonstigem leitenden Stoff versehen sein kann, ist hier an der Stelle i9, wo die Vorentladung auftreten soll, abgerundet.
  • Nach der weiteren Erfindung kann man auch in eine zentrale Öffnung der einen Elektrode i, wie Fig. 5 und 6 zeigen, einen Pfropfen io aus einem Material von hoher Dielek= trizitätskonstante einführen, der zweckmäßig bis zur Gegenelektrode 2 reicht und an der Berührungsstelle mit dieser zweckmäßig abgerundet ist. Eine solche Anordnung erweist sich deswegen als besonders wirksam, weil die Quelle der Vorentladungsausstrahlungen besonders nahe an das Hauptentladungsgebiet 6 herangerückt ist. Man kann infolgedessen bei dieser Anordnung insbesondere für das Material des Abstandringes 3 ohne erhebliche Verminderung der erstrebten Wirkung auch einen Isolierstoff mit weniger hoher Dielektrizitätskonstante, unter Umständen sogar gewöhnliches Porzellan, verwenden.
  • Weitere Ausführungsbeispiele zeigen die Fig.7 bis g. Bei diesen ist eine besonders starke Feldkonzentration an den Berührungsstellen von Metall und Porzellan dadurch erreicht, daß durch Anordnung von Vor-Sprüngen 9 bzw. Zwischenlagen in Form von Stäbchen 8 die Auflagefläche zwischen Metall und Isoliermaterial sehr gering gemacht ist.
  • Eine weitere Verwirklichung des gleichen Grundgedankens zeigen die Fig. io bis 12. Hier sind zwei in Reihe geschaltete Funkenstrecken vorhanden, und zwar besitzt jede von diesen eine napfartig nach innen gezogene Elektrode io, 13, während die Zwischenelektrode durch eine flache Platte i i gebildet wird. Diese ist mit gegenüberliegenden Einschnitten 16 versehen, in welche federnde, H-förmige Metallteile 15 eingefädelt sind. Auch durch diese werden Vorsprünge gebildet, die in ähnlicher Weise wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen eine Feldverzerrung bewirken, deren Auswirkungen die mit der Erfindung bezweckte Beeinflussung des Hauptentladungsgebietes zwischen den Elektroden bei Stoßbeanspruchungen ergeben.
  • Funkenstreckenanordnungen der beschriebenen Art können als Vor- und Löschfunkenstrecken bei Überspannungsableiter in Reihe mit spannungsabhängigen Widerständen verwendet werden. Auch können sie mit Löschgas erzeugenden Stromunterbrechern zusammen verwendet werden.
  • Die Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden durch die hier behandelten Beispiele keineswegs erschöpft. Die Vorschläge der Erfindung können auch unabhängig von diesen einzeln, gemeinsam oder in beliebigen Kombinationen mit Vorteil verwendet werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Funkenstreckenanordnung, insbesondere für überspannungsableiter, bei welcher, die beiden Elektroden jeweils einer Einzelfunkenstrecke durch isolierende Abstandringe distanziert sind und wenigstens die eine der beiden Elektroden von ihrer Auflagestelle aus napfartig nach innen gezogen ist, so daß der Abstand von der anderen Elektrodenscheibe in dem Hauptentladungsgebiet verhältnismäßig gering ist, während im Vergleich hierzu die Entfernung der beiden Elektroden voneinander im Bereich der Auflagestellen verhältnismäßig groß ist, gekennzeichnet durch eine solche Gestaltung und Anordnung der Elektroden und Isolierwände, daß an Verbindungs- bzw. Berührungsstellen zwischen dem Metall und dem Isoliermaterial, das zumindest stellenweise in der Nachbarschaft des Metalls aus Rutil oder einem mit Rutil zusammengesetzten keramischen Material besteht, insbesondere infolge örtlicher Feldverdichtung Vorentladungen entstehen, die durch Ausstrahlungen o. dgl. eine Beeinflussung des Hauptentladungsgebietes zwischen den Elektroden bewirken können.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abstandring und der einen Elektrode ein ringförmiger Überzug aus Metall oder anderem leitenden Material auf den Isolierring angeordnet ist (Fig.3).
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aufgespritzt ist.
  4. 4.. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper an der dem Metall benachbarten Stoßstelle, wo die Vorentladung auftreten soll, abgerundet ist (Fig..I).
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i bis dadurch gekennzeichnet, daß in eine zentrale Öffnung der einen Elektrode ein Pfropfen aus einem Material von hoher Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise Rutil, eingeführt ist, der zweckmäßig bis zur Gegenelektrode reicht (Fig. 5 und 6).
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine starke Feldkonzentration an den Berührungsstellen von Metall- und Isolierkörper durch Anordnung von Vorsprüngen bzw. Zwischenlagen beispielsweise in Form von Stäbchen (Fig. 7 und 8) oder von Einpressungen (Fig.9) erreicht wird, durch die die Auflagefläche zwischen Metall und Isoliermaterial sehr gering gemacht ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß kantenreiche Vorsprünge des Metalls in der Nachbarschaft des Isoliermaterials durch zusätzliche federnde Elemente gebildet «erden (Fig. 1o bis i2). Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 395 286. 290 113; USA.-Patentschrift 1Vr. 2 112 o97.
DES139390D 1938-12-07 1939-12-01 Funkenstreckenanordnung, insbesondere fuer UEberspannungsableiter Expired DE759498C (de)

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Cited By (5)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE977529C (de) * 1952-07-04 1966-11-24 Elek Scher App Sprecher & Schu Funkenstrecke mit Vorionisierung durch Hilfsglimmstrecken fuer UEberspannungsableiter
DE3014544A1 (de) * 1980-04-16 1981-10-22 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Funkenstreckenelektrode fuer ueberspannungsableiter
EP0094508A1 (de) * 1982-05-19 1983-11-23 KRONE GmbH Überspannungsableiter
NL9200220A (nl) * 1991-02-07 1992-09-01 Bergner Richard Gmbh Co Spanningszekering voor elektrische installaties of dergelijke.
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