EP0808004A1 - Method for extinguishing electrical arc of follow-up current in a spark gap, as well as spark gap device using this method - Google Patents

Method for extinguishing electrical arc of follow-up current in a spark gap, as well as spark gap device using this method Download PDF

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EP0808004A1
EP0808004A1 EP97107014A EP97107014A EP0808004A1 EP 0808004 A1 EP0808004 A1 EP 0808004A1 EP 97107014 A EP97107014 A EP 97107014A EP 97107014 A EP97107014 A EP 97107014A EP 0808004 A1 EP0808004 A1 EP 0808004A1
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EP
European Patent Office
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spark gap
arc
gap arrangement
gas
arrangement according
Prior art date
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Granted
Application number
EP97107014A
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German (de)
French (fr)
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EP0808004B1 (en
Inventor
Jörg Dipl.-Ing. Pospiech
Friedhelm Prof.Dr.-Ing. Noack
Peter Dr.-Ing. Hasse
Peter Dr.-Ing. Zahlmann
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.)
Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/02—Means for extinguishing arc
    • H01T1/08—Means for extinguishing arc using flow of arc-extinguishing fluid
    • H01T1/10—Means for extinguishing arc using flow of arc-extinguishing fluid with extinguishing fluid evolved from solid material by heat of arc

Definitions

  • Spark gap arrangements are a preferred component for overvoltage protection due to their large energy dissipation capacity, among other things.
  • a follow-on current can occur when discharging an overvoltage. For this reason, the demand for the follow current extinguishing capacity arises for such devices.
  • the current value is a few kA.
  • protective devices e.g. fuses
  • the invention which deals with this problem, relates first of all to a method for quenching the arc of a line follow current in a surge current-carrying, preferably to be used in low-voltage supply systems Spark gap, wherein a gas stream is blown approximately transversely to the longitudinal direction of the arc against this (preamble of claim 1).
  • a gas stream is blown approximately transversely to the longitudinal direction of the arc against this (preamble of claim 1).
  • Such a method is known from DE-OS 29 34 236. This creates a gas flow that flows across the arc but only hits it from one side. This causes the arc to expand, which contributes to increasing the arc field strength and thus promoting the extinguishing process.
  • This widening of the arc requires correspondingly large geometrical dimensions of the spark gap arrangement. This is also tied to certain geometric conditions for the shape of the electrodes.
  • DE 566 462 discloses a compressed gas switch with compressed gas-blown electrodes. A compressed gas is blown into the interior of a chamber in the axial direction of one of the electrodes. A pipe is attached near the chamber inner wall, a narrow space or parting line being formed between the chamber inner wall and the pipe. The tube has passage openings through which the introduced gas can enter the aforementioned parting line.
  • the object or problem of the invention is to create a method and a spark gap arrangement which is particularly suitable for carrying out this method, in order to achieve a much more intensive, i.e. achieve stronger and faster-acting deletion of the network follow-up current.
  • each line follow current flowing after the discharge of the surge current is to be automatically limited to such a small residual value that an interruption in the subsequent current zero crossing is completely unproblematic.
  • the intensive cooling of the light object increases its field strength and thus the arc voltage.
  • the proportion of the ohmic resistance in relation to the inductive resistance thereby becomes significantly larger, ie the value of the cos. ⁇ approaches 1.
  • the transient process known in such spark gap arrangements in which the current zero crossing and the voltage zero crossing do not coincide due to the phase shift present, is either completely avoided with the invention or at least very small and very quickly ended in amplitude.
  • Claim 2 specifies preferred materials for producing extinguishing gas.
  • the mass flow rate of the heated gases emerging from the spark gap can be adjusted.
  • the mass flow rate determines the residence time of the heated gases in the arc combustion chamber within the spark gap arrangement and thus also the amount of heat that is absorbed by the gases in the arc combustion chamber.
  • the mass throughput can be changed according to claim 5 by adjusting the exit velocity of the heated gases flowing out of the spark gap arrangement. Since these gases can have a very high speed of more than 1 Mach, such an adjustment is also advantageous or at least expedient in order to reduce the noise generated by a high outflow speed.
  • the aforementioned spark gap arrangement which is particularly suitable for carrying out the method according to one or more of claims 1 to 4, is initially the subject of claim 5.
  • the preamble of this claim 5 namely a spark gap arrangement with at least two electrodes, one of the electrodes and an arc combustion chamber Surrounding housing, a hard gas emitting a gas, in particular an extinguishing gas, and at least one outlet opening for the extinguishing gas is known from the spark gap arrangement already mentioned at the beginning according to DE-OS 29 34 236.
  • the electrodes are kept at a distance by means of an insulating piece.
  • a chamber surrounding the area of the arc discharge is provided with a cylindrical circumferential wall made of insulating material (hard gas), which releases the extinguishing gas under the action of heat.
  • This constructive structure is relatively complicated. It only causes the arc mentioned above to be pushed away from a gap between the two electrodes. The ionized Gases are blown outside. As also mentioned, only a relatively small exchange of energy between the cold gas and the hot arc is possible.
  • the arc combustion chamber is cylindrical, whereby the electrodes are located at the two end regions of this cylinder and that the arc combustion chamber is lined with the hard gas on the inside at least to such an extent that the gas emerging therefrom flows over the circumference of the cylinder to the arc which is located approximately in the central longitudinal axis of the cylinder.
  • the housing forms the cylinder jacket and the electrodes form the end closures of the cylinder.
  • the hard gas parts are to be attached, which are preferably a hollow cylindrical cylinder attached to the inside of the housing.
  • an outlet opening for the heated gases has to be provided.
  • Such a spark gap arrangement is structurally simple and robust. Your space requirement is very small.
  • the arrangement is also functionally advantageous.
  • the arc of the line follow current runs in a straight line, approximately in the central longitudinal axis of the cylinder between the two electrodes positioned on the end face.
  • the gas flowing concentrically onto the arc from all sides, ie from the inner surface of the hard gas presses against the plasma of the light arc and cannot, as in the prior art, laterally escape from the plasma, since this is caused by the gas flowing in from the other sides is prevented.
  • Another advantage of the invention is that it is self-controlling.
  • An essential self-control is that the amount of quenching gas generated by the heat radiation of the arc depends on the respective strength of the arc current. This automatically means that a very high arc current releases the correspondingly large amount of quenching gas, while a smaller arc produces a correspondingly smaller amount of quenching gas from the hard gas material.
  • the method and the associated spark gap arrangement according to the invention thus create an automatic and current-dependent control of the arc resistance. This can be used to limit the potential prospective follow current in the network, especially a low-voltage network, to a few 100 A.
  • the spark gap arrangement automatically creates the most favorable extinguishing conditions.
  • such a self-control is the common zero crossing of the voltage and current curves which results from the creation of an essentially ohmic resistance of the arc without special control means.
  • the spark gap arrangement shown in FIGS. 1 and 2 consists of a first electrode 1, a second electrode 2, an insulating material body 3 which emits a gas when heated and a housing-like carrier element 4.
  • a straight line is formed between the two electrodes 1, 2 Arc 6 off.
  • an arc combustion chamber 5 is provided between these two electrodes and within the insulating body 3.
  • the carrier element 4 and the insulating material body 3 are each hollow cylindrical.
  • the insulating material body 3 can be designed as a hollow cylindrical lining of the inner wall of the carrier element 4.
  • the insulating material body 3 preferably consists of a so-called hard gas, ie a material which releases an extinguishing gas when heated appropriately.
  • the insulating or hard gas body 3 surrounds the hollow cylindrical space in its interior, namely the above-mentioned arc combustion chamber 5.
  • the high resistance of the arc 6, which is necessary for effective current limitation, is achieved by means of the cooling thereof optimized by means of the gas flow 7.
  • Particularly favorable cooling conditions can be achieved if an extinguishing gas that is particularly suitable for this (see the examples above) is used.
  • This also includes, for example, H 2 , SF 6 . It can also be seen that the advantageous radial blowing of the arc by the quenching gas is particularly promoted by the hollow cylindrical design of the arc chamber 6.
  • the gas heated by the arc flows out through a passage opening 8 of the electrode 2 according to the arrows 9.
  • the opening 8 is preferably also hollow cylindrical and surrounds the central longitudinal axis A-A.
  • a focus of the base point 9 of the arc 6 is also provided on the end face 10 of the electrode 1 facing the arc combustion chamber.
  • the associated front end of the arc combustion chamber 5 is rounded approximately according to number 11, this part 11 of the corresponding end face of the hard gas according to FIG. 1 being shifted somewhat towards the outer end of the electrode 1, which is no longer shown in the drawing.
  • a gas flow 7 ′ can flow inward over the marginal edges 12 of the electrode 1 and bring about the aforementioned focusing of the base point 9 approximately in the middle of the end face 10.
  • This also keeps the area of the marginal edge 12 free from the arc, so that there are no burns which could adversely affect the response voltage of the spark gap.
  • the wear of the active parts of the spark gap is kept very low.
  • the base point of the arc 6 at the opposite electrode 2 moves in a spiral (see dash-dotted line 13) from point 14 to point 14 '. Its migration speed is relatively high, so that there is no annoying erosion on the wall of the outlet opening 8. Consequently Inadmissible thermal stress is also avoided in the area of this outlet opening 8. For this purpose, a ratio of the length L2 of the passage opening 8 to its diameter D2 of approximately 3: 1 is recommended. Thus, the wear of this electrode 2 also remains very small.
  • the present design and the low wear of both electrodes gives the main advantage that a very compact spark gap arrangement is created which, despite its very large follow-up current extinguishing capacity, has only very small external dimensions.
  • the heated gas is at a very high pressure in the arc combustion chamber, which increases the desired cooling effect.
  • the gas can reach a speed which can be a multiple of the speed of sound, ie 1 mach.
  • the passage speed of the hot gases through the opening 8 can be varied by appropriately designing the cross section of this opening 8. Examples of this are shown in FIGS. 3 and 4.
  • a low exit velocity of the heated gases from the opening 8 requires a correspondingly small mass throughput and thus a long residence time of the heated gases in the arc combustion chamber.
  • the gas flow penetrating the opening 8 very rapidly and strongly from the arc combustion chamber 5 causes the already explained movement of the base point 14 in the direction of the outlet side 8 ′ of the opening 8 and thus into its position 14 ′. If the length of the arc becomes too large, it goes out and the ignition in the area of the arc combustion chamber 6 can take place again if the insulation capacity inside the arc combustion chamber has not yet reached its optimum value again.
  • the flow direction 15 of the hot gases is shown. It first passes through the entry area of the passage opening 8, which is smaller in cross section D1, and exits at its exit area, which is larger in cross section D2. This causes a reduction in the exit speed compared to the entry speed at D1.
  • a cross-sectional shape according to FIG. 4 is also possible.
  • the stream of the heated gases coming from the arc combustion chamber according to arrow 15 first reaches the narrowing region 8, so that the speed of the gas stream increases up to a constriction 8 ′′ and thus increases the mass flow rate there accordingly.
  • the adjoining area 8 ′′ ′′ its cross section increases in the gas flow direction 15.
  • the passage speed of the gases then drops in accordance with the size of the opening angle of this region 8 '''.
  • the effect of this arrangement according to FIG. 4 is that the narrowed opening 8 '' is chosen only so large that the gases released by a surge current can still be conveyed straight through, the exit velocity of the constriction 8 '' being as large as possible .
  • the region 8 ′′ becomes effective with a corresponding opening angle that widens in the direction of flow, as a result of which the speed of the gas flow is reduced without the narrowed passage cross section 8 ′′ having to be changed.
  • the different diameters D1 when the gas stream 15 enters, D2 when it exits and finally D3 in the narrowed Location 8 ′′ of the passage opening 8 is shown.
  • FIG. 5 shows two spark gap arrangements F according to the invention within an installation housing 16, these spark gap arrangements being electrically connected in series.
  • the respective external connections are numbered 17 and an electrical connection between the two spark gap arrangements is numbered 18.
  • the gas streams 19 emerging from the spark gap arrangements are discharged to the outside through openings 20 in the installation housing.
  • a similar arrangement, but for only one spark gap arrangement F, can be seen in FIG. 6.
  • the numbers according to FIG. 5 apply.

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Insulators (AREA)

Abstract

The arc extinction method uses a gas stream (gas blast) directed transverse to the longitudinal direction of the arc (6) from all sides of the latter, over the full length (L) of the arc. The gas stream is provided by an extinction gas provided by an insulation material of the spark path, e.g. an insulating coating applied to the inside wall of a cylindrical arc chamber (5) with electrodes at its opposite ends.

Description

Funkenstreckenanordnungen stellen unter anderem aufgrund ihres großen Energieableitvermögens ein bevorzugtes Bauteil für den Überspannungsschutz dar. Speziell bei Funkenstreckenanordnungen, die im Niederspannungsversorgungssystem installiert sind, kann es bei der Ableitung einer Überspannung zu einem Netzfolgestrom kommen. Aus diesem Grund ergibt sich für derartige Geräte die Forderung nach dem Folgestromlöschvermögen. Hierzu sind eine Vielzahl von Lösungen bekannt, mit denen bei Funkenstrecken ein gewisses Folgestromlöschvermögen erreicht wird. Der gegenwärtig erreichte Wert liegt bei einigen kA. Da in realen Netzen der an den Einbauorten auftretende Folgestrom dieses Löschvermögen häufig übersteigt, sind Schutzeinrichtungen (z.B. Sicherungen) zum Schutz der Funkenstrecke notwendig.Spark gap arrangements are a preferred component for overvoltage protection due to their large energy dissipation capacity, among other things. Especially in the case of spark gap arrangements that are installed in the low-voltage supply system, a follow-on current can occur when discharging an overvoltage. For this reason, the demand for the follow current extinguishing capacity arises for such devices. For this purpose, a large number of solutions are known with which a certain subsequent current extinguishing capacity is achieved in the case of spark gaps. The current value is a few kA. As the follow-up current occurring at the installation locations in real networks often exceeds this extinguishing capacity, protective devices (e.g. fuses) are required to protect the spark gap.

Die Erfindung, welche sich mit dieser Problematik befaßt, betrifft zunächst ein Verfahren zur Löschung des Lichtbogens eines Netzfolgestromes in einer stoßstromtragfähigen, bevorzugt in Niederspannungsversorgungssystemen einzusetzenden Funkenstrecke, wobei ein Gasstrom etwa quer zur Längsrichtung des Lichtbogens gegen diesen geblasen wird (Oberbegriff des Anspruches 1). Ein solches Verfahren ist aus DE-OS 29 34 236 bekannt. Dabei wird ein quer zum Lichtbogen strömender, diesen aber nur von einer Seite her treffenden Gasstrom erzeugt. Dieser bewirkt zwar eine Ausdehnung des Lichtbogens, was zur Erhöhung der Bogenfeldstärke und damit zur Förderung des Löschvorganges beiträgt. Diese Aufweitung des Lichtbogens bedingt entsprechend große geometrische Abmessungen der Funkenstreckenanordnung. Auch ist dies an bestimmte geometrische Bedingungen für die Form der Elektroden gebunden. Die hiermit erzielte Kühlung des Lichtbogens ist allerdings relativ gering, da der Gasstrom das Plasma des Lichtbogens nur von einer Seite her trifft und im wesentlichen um die Lichtbogensäule herumgeleitet wird. Eine ähnlich wirkende Funkenstreckenanordnung ist aus DE-OS 29 34 238 bekannt. Mit den vorbekannten Anordnungen ist eine Stromreduzierung auf ca. die Hälfte des unbeeinflussten Wertes des Folgestromes erreichbar. Aus DE 566 462 ist ein Druckgasschalter mit druckgasbeblasenen Elektroden bekannt. Hierbei wird in Axialrichtung einer der Elektroden ein Druckgas in das Innere einer Kammer geblasen. Nahe der Kammerinnenwand ist ein Rohr angebracht, wobei zwischen Kammerinnenwand und Rohr ein schmaler Zwischenraum bzw. Trennfuge gebildet ist. Das Rohr besitzt Durchtrittsöffnungen, durch welche das eingebrachte Gas in die vorgenannte Trennfuge eintreten kann. Hiermit sollen Kriechstrecken verhindert und dadurch die Isolierfestigkeit erhöht werden. Eine Anblasung des im Überschlagsfall gebildeten Lichtbogens findet nicht statt. Die Literaturstelle DE 38 29 650 A1 beschreibt eine Löschfunkenstrecke, bei der die durch den Überschlag bzw. Lichtbogen gebildeten heißen Gase mit Hilfe von Löschlöchern und Ausblasöffnungen ausgeblasen werden sollen. Sämtliche vorgenannten Literaturstellen geben daher keine Anregung gemäß der Aufgabenstellung und Lösung der vorliegenden Erfindung.The invention, which deals with this problem, relates first of all to a method for quenching the arc of a line follow current in a surge current-carrying, preferably to be used in low-voltage supply systems Spark gap, wherein a gas stream is blown approximately transversely to the longitudinal direction of the arc against this (preamble of claim 1). Such a method is known from DE-OS 29 34 236. This creates a gas flow that flows across the arc but only hits it from one side. This causes the arc to expand, which contributes to increasing the arc field strength and thus promoting the extinguishing process. This widening of the arc requires correspondingly large geometrical dimensions of the spark gap arrangement. This is also tied to certain geometric conditions for the shape of the electrodes. The cooling of the arc achieved in this way is, however, relatively low, since the gas flow only hits the plasma of the arc from one side and is essentially conducted around the arc column. A spark gap arrangement with a similar effect is known from DE-OS 29 34 238. With the previously known arrangements, a current reduction to approximately half the uninfluenced value of the follow current can be achieved. DE 566 462 discloses a compressed gas switch with compressed gas-blown electrodes. A compressed gas is blown into the interior of a chamber in the axial direction of one of the electrodes. A pipe is attached near the chamber inner wall, a narrow space or parting line being formed between the chamber inner wall and the pipe. The tube has passage openings through which the introduced gas can enter the aforementioned parting line. This is intended to prevent creepage distances and thereby increase the insulation strength. The arc formed in the event of a flashover is not blown. Literature DE 38 29 650 A1 describes an extinguishing spark gap in which the hot gases formed by the flashover or arc are to be blown out using extinguishing holes and blow-out openings. All of the above-mentioned references therefore do not provide any suggestion in accordance with the task and solution of the present invention.

Die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung besteht demgegenüber darin, ein Verfahren und eine insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Funkenstreckenanordnung zu schaffen, um eine wesentlich intensivere, d.h. stärker und schneller wirkende Löschung des Netzfolgestromes zu erreichen. Hiermit soll jeder nach dem Ableitvorgang des Stoßstromes fließende Netzfolgestrom selbsttätig auf einen so kleinen Restwert begrenzt werden, daß eine Unterbrechung im nachfolgenden Stromnulldurchgang völlig unproblematisch ist.In contrast, the object or problem of the invention is to create a method and a spark gap arrangement which is particularly suitable for carrying out this method, in order to achieve a much more intensive, i.e. achieve stronger and faster-acting deletion of the network follow-up current. With this, each line follow current flowing after the discharge of the surge current is to be automatically limited to such a small residual value that an interruption in the subsequent current zero crossing is completely unproblematic.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist, ausgehend vom eingangs genannten Oberbegriff des Anspruches 1, zunächst gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 vorgesehen, daß ein Gasstrom von allen Seiten her radial gegen den Lichtbogen des Netzfolgestromes geblasen wird und zwar unter Verwendung eines Löschgases, das von einem Isoliermaterial (Hartgas) der Funkenstrecke abgegeben wird, wobei diese Anblasung über etwa die gesamte Länge des Lichtbogens erfolgt. Damit befindet sich der Lichtbogen des Netzfolgestromes konzentrisch in dem radial von allen Seiten gegen ihn strömenden Gasstrom. Diese konzentrische Gasströmung erfaßt somit das Plasma des Lichtbogens allseitig und bewirkt nicht nur eine seitliche Anströmung. Dies hat eine sehr intensive und schnelle Kühlung des Lichtbogens zur Folge. Durch diese optimale Kühlung des Lichtbogens wird ein für eine effektive Strombegrenzung notwendiger großer Lichtbogenwiderstand erreicht mit dem Effekt, daß der noch fließende Reststrom nur etwa 2 - 5% des Betrages des möglichen Kurzschlußstromes beträgt. Dabei wird die o.g. Kühlwirkung noch durch eine gewisse Druckerhöhung im Innern der Funkenstrecke und damit im Bereich des Lichtbogens erhöht. Es erfolgt also selbsttätig eine wesentlich schnellere und dabei auch intensivere Reduzierung des Netzfolgestromes als beim Stand der Technik. Somit wird im Sinne der Aufgabenstellung jeder nach dem Ableitvorgang des Stoßstromes fließende Netzfolgestrom selbständig auf einen Restwert begrenzt der so klein ist, daß seine Unterbrechung im nachfolgenden Stromnulldurchgang erfolgt. Der Einsatz weiterer strombegrenzender Elemente oder Sicherungen, die bei vorbekannten Schaltungen vorgesehen sind, entfällt und zwar unabhängig von der Größe des Kurzschlußstromes bei Einbau in allen vorkommenden Niederspannungsnetzen. Zur Erreichung der vorgenannten Vorteile trägt noch der nachfolgend erläuterte, ebenfalls selbsttätig eintretende Effekt bei: Durch das intensive Kühlen des Lichtobgens wird dessen Feldstärke und damit die Bogenspannung erhöht. Dies hat eine Erhöhung des ohmschen Widerstandes des Lichtbogens zur Folge. Dies bedeutet, daß der Anteil des ohmschen Widerstandes in Relation zum induktiven Widerstand hierdurch wesentlich größer wird, d.h. der Wert des Cos. ρ nähert sich 1. Hiermit wird der bei solchen Funkenstreckenanordnungen bekannte Einschwingvorgang, bei dem der Stromnulldurchgang und der Spannungsnulldurchgang aufgrund der dabei vorhandenen Phasenverschiebung nicht zusammenfallen, mit der Erfindung entweder ganz vermieden oder zumindest in der Amplitude sehr klein und sehr schnell beendet. Durch das Nullwerden der Spannung über der Funkenstrecke beim Erreichen des Nulldurchgangs des Stromes werden die günstigsten Bedingungen für die Löschung des Netzfolgestromes erreicht. Es sind also somit zwei Effekte vorhanden, nämlich die schnelle Reduzierung des Betrages des Netzfolgestromes und die Reduzierung der wiederkehrenden Spannung an der Funkenstrecke durch den gemeinsamen Nulldurchgang von Strom und Spannung, wobei diese Effekte synergistisch zusammenwirken. Die Verwendung eines Löschgases, das von einem Isoliermaterial (Hartgas) der Funkenstrecke abgegeben wird, macht eine externe Druckgasquelle, wie sie z.B. bei der o.g. Literaturstelle DE 566 462 erforderlich ist, überflüssig. Da die Funkenstrecke sowieso ein Isoliermaterial aufweisen muß wird hiermit weder ein weiteres Bauteil notwendig noch ein zusätzlicher Raum erforderlich. Beim Funktionsablauf ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß das Löschgas zum richtigen Zeitpunkt und zwar sofort zur Verfügung steht, nämlich wenn der Lichtbogen zündet.To solve this problem, starting from the preamble of claim 1, initially provided according to the characterizing part of claim 1 that a gas stream is blown radially from all sides against the arc of the line follow current, using an extinguishing gas which is made of an insulating material (Hard gas) of the spark gap is emitted, this blowing takes place over approximately the entire length of the arc. The arc of the line follow current is thus concentric in the gas flow flowing radially against it from all sides. This concentric gas flow thus detects the plasma of the arc on all sides and does not only cause a lateral flow. This results in very intense and rapid cooling of the arc. This optimal cooling of the arc achieves a large arc resistance necessary for effective current limitation with the effect that the residual current still flowing is only about 2-5% of the amount of the possible short-circuit current. The above-mentioned cooling effect is increased by a certain pressure increase inside the spark gap and thus in the area of the arc. There is therefore a much faster and more intensive reduction in the line follow current than in the prior art. Thus, in line with the task, each line follow current flowing after the discharge of the surge current is automatically limited to a residual value which is so small that its interruption in the subsequent current zero crossing. The use of further current-limiting elements or fuses, which are provided in previously known circuits, is dispensed with, regardless of the size of the short-circuit current when installed in all low-voltage networks. To achieve the aforementioned advantages, the following effect, which also occurs automatically, also contributes: the intensive cooling of the light object increases its field strength and thus the arc voltage. This results in an increase in the ohmic resistance of the arc. This means that the proportion of the ohmic resistance in relation to the inductive resistance thereby becomes significantly larger, ie the value of the cos. ρ approaches 1. With this, the transient process known in such spark gap arrangements, in which the current zero crossing and the voltage zero crossing do not coincide due to the phase shift present, is either completely avoided with the invention or at least very small and very quickly ended in amplitude. By zeroing the voltage across the spark gap when the current crosses zero, the most favorable conditions for quenching the line follow current are achieved. There are therefore two effects, namely the rapid reduction in the amount of the line follow current and the reduction in the recurring voltage across the spark gap by the common zero crossing of current and voltage, these effects interacting synergistically. The use of an extinguishing gas, which is emitted by an insulating material (hard gas) of the spark gap, makes an external compressed gas source, as is required, for example, in the abovementioned literature DE 566 462, superfluous. Since the spark gap must have an insulating material anyway, neither an additional component nor an additional space is required. The main advantage of the functional sequence is that the quenching gas is available at the right time and immediately, namely when the arc ignites.

Anspruch 2 gibt bevorzugte Materialien zur Erzeugung von Löschgas an.Claim 2 specifies preferred materials for producing extinguishing gas.

Gemäß Anspruch 3 kann eine Einstellung des Massendurchsatzes der aus der Funkenstrecke austretenden erhitzten Gase erfolgen. Der Massendurchsatz bestimmt die Verweilzeit der erhitzten Gase in der Lichtbogenbrennkammer innerhalb der Funkenstreckenanordnung und damit auch den Betrag an Wärmemenge, der in der Lichtbogenbrennkammer durch die Gase aufgenommen wird. Eine Veränderung des Massendurchsatzes kann gemäß Anspruch 5 durch eine Einstellung der Austrittsgeschwindigkeit der aus der Funkenstreckenanordnung ausströmenden erhitzten Gase erfolgen. Da diese Gase eine sehr hohe Geschwindigkeit von über 1 Mach haben können ist eine solche Einstellung ferner von Vorteil oder zumindest zweckmäßig, um die durch eine hohe Ausströmgeschwindigkeit erzeugten Geräusche zu reduzieren.According to claim 3, the mass flow rate of the heated gases emerging from the spark gap can be adjusted. The mass flow rate determines the residence time of the heated gases in the arc combustion chamber within the spark gap arrangement and thus also the amount of heat that is absorbed by the gases in the arc combustion chamber. The mass throughput can be changed according to claim 5 by adjusting the exit velocity of the heated gases flowing out of the spark gap arrangement. Since these gases can have a very high speed of more than 1 Mach, such an adjustment is also advantageous or at least expedient in order to reduce the noise generated by a high outflow speed.

Die bereits erwähnte Funkenstreckenanordnung, die sich insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 eignet, ist zunächst Gegenstand des Anspruches 5. Der Oberbegriff dieses Anspruches 5, nämlich eine Funkenstreckenanordnung mit mindestens zwei Elektroden, einem die Elektroden und eine Lichtbogenbrennkammer umgebenden Gehäuse, einem ein Gas, insbesondere ein Löschgas abgebenden Hartgas und zumindest einer Austrittsöffnung für das Löschgas ist aus der eingangs bereits erwähnten Funkenstreckenanordnung gemäß De-OS 29 34 236 bekannt. Dabei sind die Elektroden mittels eines Isolierstückes auf Abstand gehalten. Eine den Bereich der Bogenentladung umschließende Kammer ist mit einer zylindrischen umlaufenden Wand aus Isolierstoff (Hartgas) versehen, der bzw. das unter Wärmeeinwirkung das Löschgas abgibt. Dieser konstruktive Aufbau ist relativ kompliziert. Er bewirkt lediglich das eingangs erwähnte Wegdrücken des Lichtbogens aus einem Spalt zwischen den beiden Elektroden. Die ionisierten Gase werden nach außen geblasen. Wie ebenfalls erwähnt ist nur ein relativ kleiner Energieaustausch zwischen dem kalten Gas und dem heißen Lichtbogen möglich.The aforementioned spark gap arrangement, which is particularly suitable for carrying out the method according to one or more of claims 1 to 4, is initially the subject of claim 5. The preamble of this claim 5, namely a spark gap arrangement with at least two electrodes, one of the electrodes and an arc combustion chamber Surrounding housing, a hard gas emitting a gas, in particular an extinguishing gas, and at least one outlet opening for the extinguishing gas is known from the spark gap arrangement already mentioned at the beginning according to DE-OS 29 34 236. The electrodes are kept at a distance by means of an insulating piece. A chamber surrounding the area of the arc discharge is provided with a cylindrical circumferential wall made of insulating material (hard gas), which releases the extinguishing gas under the action of heat. This constructive structure is relatively complicated. It only causes the arc mentioned above to be pushed away from a gap between the two electrodes. The ionized Gases are blown outside. As also mentioned, only a relatively small exchange of energy between the cold gas and the hot arc is possible.

Unter Vermeidung der Nachteile, die zum o.g. Stand der Technik, insbesondere zu DE-OS 29 34 236 erläutert sind, ist somit bei einer Funkenstreckenanordnung lt. vorstehend angegebenem Oberbegriff des Anspruches 5 gemäß dessen Kennzeichen zunächst vorgesehen, daß die Lichtbogenbrennkammer zylindrisch ausgebildet ist, wobei die Elektroden sich an den beiden stirnseitigen Endbereichen dieses Zylinders befinden und daß die Lichtbogenbrennkammer innenseitig mit dem Hartgas zumindest soweit ausgekleidet ist, daß das hieraus austretende Gas über den Umfang des Zylinders verteilt zu dem etwa sich in der Mittellängsachse des Zylinders befindenden Lichtbogen strömt. Somit ist konstruktiv im Prinzip nur eine zylindrische Anordnung zu schaffen, bei der das Gehäuse den Zylindermantel bildet und die Elektroden die stirnseitigen Abschlüsse des Zylinders. Innerhalb des hohlzylindrischen Gehäuses sind innenseitig die Hartgasteile anzubringen, die gemäß Anspruch 6 bevorzugt ein hohlzylindrischer, an der Innenseite des Gehäuses angebrachter Zylinder sind. Schließlich ist noch eine Austrittsöffnung für die erhitzten Gase vorzusehen. Eine solche Funkenstreckenanordnung ist konstruktiv einfach und robust. Ihr Raumbedarf ist sehr gering. Auch ist die Anordnung funktionell von Vorteil. Der Lichtbogen des Netzfolgestromes verläuft geradlinig und zwar etwa in der Mittellängsachse des Zylinders zwischen den beiden stirnseitig positionierten Elektroden. Das von allen Seiten, d.h. von der Innenfläche des Hartgas her konzentrisch auf den Lichtbogen strömende Gas drückt gegen das Plasma des Lichtobgens und kann nicht, wie beim Stand der Technik, seitlich vom Plasma ausweichen, da dies durch das von den anderen Seiten her zuströmende Gas verhindert wird. Bei Verwendung eines Hartgases kommt der weitere Vorteil hinzu, daß die Hitzestrahlung des Lichtbogens in weniger als einer Millisekunde, d.h. im Mikrosekundenbereich, den Austritt von Gas aus dem Hartgasmaterial und damit dem Beginn der Löschung des Netzfolgestromes bewirkt. Hiermit ergibt sich ein sehr schnelles Anwachsen der Bogenspannung und damit eine entsprechend schnelle Strombegrenzung. Dies wirkt synergistisch mit dem zuvor geschilderten Effekt eines gemeinsamen Nulldurchganges der Spannungs- und der Stromkurve, und damit der Vermeidung eines Einschwingvorganges zusammen. Die Löschung des Netzfolgestromes wird ferner dadurch gefördert, daß die vorgenannten Gase den Druck im Innern der Lichtbogenbrennkammer erhöhen und dies die Feldstärke und damit die Bogenspannung erhöht, wodurch sich der Netzfolgestrom verkleinert.While avoiding the disadvantages that are explained in relation to the above-mentioned prior art, in particular DE-OS 29 34 236, it is initially provided in a spark gap arrangement according to the preamble of claim 5 given above that the arc combustion chamber is cylindrical, whereby the electrodes are located at the two end regions of this cylinder and that the arc combustion chamber is lined with the hard gas on the inside at least to such an extent that the gas emerging therefrom flows over the circumference of the cylinder to the arc which is located approximately in the central longitudinal axis of the cylinder. In principle, therefore, only a cylindrical arrangement can be created in terms of design, in which the housing forms the cylinder jacket and the electrodes form the end closures of the cylinder. Inside the hollow cylindrical housing, the hard gas parts are to be attached, which are preferably a hollow cylindrical cylinder attached to the inside of the housing. Finally, an outlet opening for the heated gases has to be provided. Such a spark gap arrangement is structurally simple and robust. Your space requirement is very small. The arrangement is also functionally advantageous. The arc of the line follow current runs in a straight line, approximately in the central longitudinal axis of the cylinder between the two electrodes positioned on the end face. The gas flowing concentrically onto the arc from all sides, ie from the inner surface of the hard gas, presses against the plasma of the light arc and cannot, as in the prior art, laterally escape from the plasma, since this is caused by the gas flowing in from the other sides is prevented. When using a hard gas there is the further advantage that the heat radiation of the arc emerges in less than a millisecond, ie in the microsecond range caused by gas from the hard gas material and thus the beginning of the extinguishing of the network follow current. This results in a very rapid increase in the arc voltage and thus a correspondingly quick current limitation. This works synergistically with the previously described effect of a common zero crossing of the voltage and current curves, and thus the avoidance of a transient process. The extinction of the line follow current is further promoted by the fact that the aforementioned gases increase the pressure inside the arc combustion chamber and this increases the field strength and thus the arc voltage, which reduces the line follow current.

Von Vorteil ist mit der Erfindung ferner, daß sie selbststeuernd ist. Eine wesentliche Selbststeuerung besteht darin, daß die Menge des durch die Wärmestrahlung des Lichtbogens erzeugten Löschgase von der jeweiligen Stärke des Lichtbogenstromes abhängt. Hiermit ergibt sich automatisch, daß ein sehr hoher Lichtbogenstrom die entsprechend notwendige große Menge an Löschgas freisetzt, während ein demgegenüber kleinerer Lichtbogen eine entsprechend kleinere Menge an Löschgas aus dem Hartgasmaterial erzeugt. Das Verfahren und die zugehörige Funkenstreckenanordnung nach der Erfindung schaffen also eine selbsttätige und stromabhängige Steuerung des Lichtbogenwiderstandes. Hiermit kann man den möglichen, prospektiven Folgestrom im Netz, insbesondere einem Niederspannungsnetz auf einige 100 A begrenzen. Die Funkenstreckenanordnung schafft sich selbsttätig die günstigsten Löschbedingungen. Zum anderen ist eine solche Selbststeuerung der bereits vorstehend beschriebene, durch die Schaffung eines im wesentlichen ohmschen Widerstandes des Lichtbogens sich ohne besondere Steuerungsmittel ergebende gemeinsame Nulldurchgang der Spannungs- und der Stromkurve.Another advantage of the invention is that it is self-controlling. An essential self-control is that the amount of quenching gas generated by the heat radiation of the arc depends on the respective strength of the arc current. This automatically means that a very high arc current releases the correspondingly large amount of quenching gas, while a smaller arc produces a correspondingly smaller amount of quenching gas from the hard gas material. The method and the associated spark gap arrangement according to the invention thus create an automatic and current-dependent control of the arc resistance. This can be used to limit the potential prospective follow current in the network, especially a low-voltage network, to a few 100 A. The spark gap arrangement automatically creates the most favorable extinguishing conditions. On the other hand, such a self-control is the common zero crossing of the voltage and current curves which results from the creation of an essentially ohmic resistance of the arc without special control means.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind sowohl den weiteren Unteransprüchen, auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, als auch der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen, im wesentlichen schematischen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungsmöglichkeiten zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1:
eine Funkenstreckenanordnung nach der Erfindung in einem Längsschnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2:
einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 und 4:
im Längsschnitt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Austrittsöffnung für das erhitzte Gas,
Fig. 5:
in einem Längsschnitt zwei Funkenstreckenanordnungen nach der Erfindung in einem Einbaugehäuse,
Fig. 6:
eine Funkenstreckenanordnung nach der Erfindung in einem Einbaugehäuse.
Further advantages and features of the invention are both the further dependent claims, the content of which is hereby expressly stated Reference is also made to the following description and the associated, essentially schematic drawing of possible embodiments according to the invention. The drawing shows:
Fig. 1:
a spark gap arrangement according to the invention in a longitudinal section along the line II in Fig. 2,
Fig. 2:
2 shows a section along the line II-II in FIG. 1,
3 and 4:
in longitudinal section various design options for the outlet opening for the heated gas,
Fig. 5:
in a longitudinal section two spark gap arrangements according to the invention in an installation housing,
Fig. 6:
a spark gap arrangement according to the invention in an installation housing.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Funkenstreckenanordnung besteht aus einer ersten Elektrode 1, einer zweiten Elektrode 2, einem bei Erhitzung ein Gas abgebenden Isolierstoffkörper 3 und einem gehäuseartigen Trägerelement 4. Im Überschlagsfall bildet sich zwischen den beiden Elektroden 1, 2 ein geradlinig verlaufender Lichtbogen 6 aus. Hierzu ist zwischen diesen beiden Elektroden und innerhalb des Isolierstoffkörpers 3 eine Lichtbogenbrennkammer 5 vorgesehen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Trägerelement 4 und der Isolierstoffkörper 3 jeweils hohlzylindrisch ausgebildet. Dabei kann der Isolierstoffkörper 3 als hohlzylindrische Auskleidung der Innenwand des Trägerelementes 4 ausgebildet sein. Der Isolierstoffkörper 3 besteht bevorzugt aus einem sogenannten Hartgas, d.h. einem Material, das bei entsprechender Erhitzung ein Löschgas freisetzt. Dies können beispielsweise POM (Polyoxymethylen) als bevorzugte Ausführungsform, sowie alternativ auch PMMA (Polymehylenmethacrylat), oder PTFE (Polytetraflourethylen) sein. Die Isolier- bzw. Hartgaskörper 3 umgibt den hohlzylindrischen Raum in seinem Innern, nämlich die o.g. Lichtbogenbrennkammer 5. An den Stirnseiten dieser Kammer 5 befinden sich die Elektroden 1, 2, zwischen denen sich im Überschlagsfall der geradlinige Lichtbogen 6 ausbildet, der somit in der Mittellängsachse A-A dieser Funkenstreckenanordnung und damit auch in der Mittellängsachse der Lichtbogenbrennkammer 5 verläuft. Die an die Umgebung abgebende thermische Energie, insbesondere Strahlungswärme des Lichtbogens 6 setzt aus dem Hartgas des Isolierstoffkörpers 3 das Löschgas frei, welches gemäß den Pfeilen 7 von allen Seiten des hohlzylindrischen Mantels aus Hartgas in die Kammer 5 und dabei radial nach innen gegen das Plasma des Lichtbogens 6 strömt. Somit wird, wie bereits erwähnt, der für eine effektive Strombegrenzung notwendige hohe Widerstand des Lichtbogens 6 durch seine hiermit optimierte Kühlung mittels der Gasströmung 7 erreicht. Besonders günstige Kühlbedingungen lassen sich erreichen, wenn ein hierfür besonders geeignetes Löschgas (siehe hierzu die obigen Beispiele) verwendet wird. Hierunter fällt auch beispielsweise H2, SF6. Es ist ferner ersichtlich, daß die vorteilhafte radiale Beblasung des Lichtbogens durch das Löschgas durch die hohlzylindrische Gestaltung der Lichtbogenkammer 6 besonders gefördert wird.The spark gap arrangement shown in FIGS. 1 and 2 consists of a first electrode 1, a second electrode 2, an insulating material body 3 which emits a gas when heated and a housing-like carrier element 4. In the event of a rollover, a straight line is formed between the two electrodes 1, 2 Arc 6 off. For this purpose, an arc combustion chamber 5 is provided between these two electrodes and within the insulating body 3. According to the illustrated embodiment, the carrier element 4 and the insulating material body 3 are each hollow cylindrical. The insulating material body 3 can be designed as a hollow cylindrical lining of the inner wall of the carrier element 4. The insulating material body 3 preferably consists of a so-called hard gas, ie a material which releases an extinguishing gas when heated appropriately. These can be, for example, POM (polyoxymethylene) as the preferred embodiment, and alternatively also PMMA (polymethylene methacrylate), or PTFE (polytetrafluoroethylene). The insulating or hard gas body 3 surrounds the hollow cylindrical space in its interior, namely the above-mentioned arc combustion chamber 5. On the front sides of this chamber 5 there are the electrodes 1, 2, between which, in the event of a rollover, the rectilinear arc 6, which thus forms in the Central longitudinal axis AA of this spark gap arrangement and thus also runs in the central longitudinal axis of the arc combustion chamber 5. The thermal energy given off to the environment, in particular radiant heat from the arc 6, releases the extinguishing gas from the hard gas of the insulating body 3, which according to the arrows 7 from all sides of the hollow-cylindrical jacket made of hard gas into the chamber 5 and thereby radially inward against the plasma of the Arc 6 flows. Thus, as already mentioned, the high resistance of the arc 6, which is necessary for effective current limitation, is achieved by means of the cooling thereof optimized by means of the gas flow 7. Particularly favorable cooling conditions can be achieved if an extinguishing gas that is particularly suitable for this (see the examples above) is used. This also includes, for example, H 2 , SF 6 . It can also be seen that the advantageous radial blowing of the arc by the quenching gas is particularly promoted by the hollow cylindrical design of the arc chamber 6.

Die erläuterte rotationssymmetrische Beblasung des Lichtbogens durch das Löschgas 7 erfolgt über die gesamte Länge L des in der Lichtbogenbrennkammer 5 befindlichen Lichtbogens 6, wobei aufgrund seiner rotationssymmetrischen Anblasung von allen Seiten her der Lichtbogen zusammengepreßt wird. Da die Strömungsrichtung des kalten Löschgases in Richtung des Temperaturgradienten im Lichtbogen verläuft, kann das Gas optimal thermische Energie aus dem Lichtbogen aufnehmen.The explained rotationally symmetrical blowing of the arc by the quenching gas 7 takes place over the entire length L of the arc 6 located in the arc combustion chamber 5, the arc being compressed from all sides due to its rotationally symmetrical blowing. Since the flow direction of the cold quenching gas runs in the direction of the temperature gradient in the arc, the gas can optimally absorb thermal energy from the arc.

Hierdurch ergibt sich die o.g., optimierte und gegenüber dem Stand der Technik verstärkte Kühlwirkung. Ein optimaler Energieaustausch läßt sich aus dem vorherrschenden thermodynamischen Bedingungen ableiten. Es empfiehlt sich ein Verhältnis des Innendurchmesses D der Lichtbogenbrennkammer 6 zu der o.g. Lichtbogenlänge L von etwa 1 : 3 bis 1 : 5.This results in the above-mentioned, optimized and enhanced cooling effect compared to the prior art. An optimal energy exchange can be derived from the prevailing thermodynamic conditions. A ratio of the inner diameter D of the arc combustion chamber 6 to the above is recommended. Arc length L from about 1: 3 to 1: 5.

Das durch den Lichtbogen erhitzte Gas strömt durch eine Durchtrittsöffnung 8 der Elektrode 2 gemäß den Pfeilen 9 nach außen. Die Öffnung 8 ist bevorzugt ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet und umgibt die Mittellängsachse A-A.The gas heated by the arc flows out through a passage opening 8 of the electrode 2 according to the arrows 9. The opening 8 is preferably also hollow cylindrical and surrounds the central longitudinal axis A-A.

Es ist ferner eine Fokussierung des Fußpunktes 9 des Lichtbogens 6 an der der Lichtbogenbrennkammer zugewandten Stirnfläche 10 der Elektrode 1 vorgesehen. Hierzu verläuft das zugehörige stirnseitige Ende der Lichtbogenbrennkammer 5 etwa gemäß Ziffer 11 abgerundet, wobei dieser Teil 11 der entsprechenden Stirnfläche des Hartgases gemäß Fig. 1 etwas in Richtung zum äußeren, in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Ende der Elektrode 1 verlagert ist. Somit kann eine Gasströmung 7' über die Randkanten 12 der Elektrode 1 nach innen strömen und die vorgenannte Fokussierung des Fußpunktes 9 etwa in der Mitte der Stirnfläche 10 bewirken. Hiermit wird auch der Bereich der Randkante 12 vom Lichtbogen freigehalten, so daß dort keine Abbrände erfolgen, welche die Ansprechspannung der Funkenstrecke nachteilig beeinflussen könnten. Es erfolgt lediglich ein geringer Abbrand an der Fußpunktstelle 9. Damit und auch durch die nachfolgend erläuterte Positionierung der Fußpunkte an der Elektrode 2 wird der Verschleiß der aktiven Teile der Funkenstrecke sehr gering gehalten.A focus of the base point 9 of the arc 6 is also provided on the end face 10 of the electrode 1 facing the arc combustion chamber. For this purpose, the associated front end of the arc combustion chamber 5 is rounded approximately according to number 11, this part 11 of the corresponding end face of the hard gas according to FIG. 1 being shifted somewhat towards the outer end of the electrode 1, which is no longer shown in the drawing. Thus, a gas flow 7 ′ can flow inward over the marginal edges 12 of the electrode 1 and bring about the aforementioned focusing of the base point 9 approximately in the middle of the end face 10. This also keeps the area of the marginal edge 12 free from the arc, so that there are no burns which could adversely affect the response voltage of the spark gap. There is only a slight erosion at the base point 9. Thus, and also due to the positioning of the base points on the electrode 2 explained below, the wear of the active parts of the spark gap is kept very low.

Der Fußpunkt des Lichtbogens 6 an der gegenüberliegenden Elektrode 2 wandert spiralförmig (siehe strichpunktierte Linie 13) von der Stelle 14 zur Stelle 14'. Seine Wanderungsgeschwindigkeit ist relativ hoch, so daß kein störender Abbrand an der Wandung der Austrittsöffnung 8 erfolgt. Somit wird eine unzulässige thermische Belastung auch im Bereich dieser Austrittsöffnung 8 vermieden. Hierzu empfiehlt sich ein Verhältnis der Länge L2 der Durchtrittsöffnung 8 zu ihrem Durchmesser D2 von etwa 3 : 1. Somit bleibt der Verschleiß auch dieser Elektrode 2 sehr klein. Die vorliegende konstruktive Konzeption und auch der geringe Verschleiß beider Elektroden ergibt den wesentlichen Vorteil, daß hiermit eine sehr kompakte Funkenstreckenanordnung geschaffen ist, die trotz ihres sehr großen Folgestromlöschvermögens nur sehr kleine äußere Abmessungen aufweist.The base point of the arc 6 at the opposite electrode 2 moves in a spiral (see dash-dotted line 13) from point 14 to point 14 '. Its migration speed is relatively high, so that there is no annoying erosion on the wall of the outlet opening 8. Consequently Inadmissible thermal stress is also avoided in the area of this outlet opening 8. For this purpose, a ratio of the length L2 of the passage opening 8 to its diameter D2 of approximately 3: 1 is recommended. Thus, the wear of this electrode 2 also remains very small. The present design and the low wear of both electrodes gives the main advantage that a very compact spark gap arrangement is created which, despite its very large follow-up current extinguishing capacity, has only very small external dimensions.

Das erhitzte Gas steht in der Lichtbogenbrennkammer unter einem sehr hohen Druck, der die angestrebte Kühlwirkung verstärkt. Das Gas kann beim Ausströmen durch die Öffnung 8 eine Geschwindigkeit erreichen, die ein Mehrfaches der Schallgeschwindigkeit, d.h. von 1 mach betragen kann. Mittels Variation des Durchmessers D2 der Durchtrittsöffnung 8 kann man die Verweilzeit der Gase in der Lichtbogenbrennkammer und damit die Bedingungen des Energieaustausches zwischen Lichtbogen und Löschgas beeinflussen. Die Durchtrittsgeschwindigkeit der heißen Gase durch die Öffnung 8 kann durch entsprechende Gestaltung des Querschnittes dieser Öffnung 8 variiert werden. Beispiele hierzu sind den Fig. 3 und 4 zu entnehmen. Eine kleine Austrittsgeschwindigkeit der erhitzten Gase aus der Öffnung 8 bedingt einen entsprechend kleinen Massendurchsatz und damit eine hohe Verweilzeit der erhitzten Gase in der Lichtbogenbrennkammer. Ferner bewirkt der sehr schnell und stark aus der Lichtbogenbrennkammer 5 in die Öffnung 8 eindringende Gasstrom die bereits erläuterte Bewegung des Fußpunktes 14 in Richtung zur Ausblasseite 8' der Öffnung 8 und damit in seine Position 14'. Wird hierbei die Länge des Lichtbogens zu groß, so erlischt er und es kann eine erneute Zündung im Bereich der Lichtbogenbrennkammer 6 erfolgen, wenn die Isolationsfähigkeit im Innern der Lichtbogenbrennkammer noch nicht wieder ihren optimalen Wert erreicht hat.The heated gas is at a very high pressure in the arc combustion chamber, which increases the desired cooling effect. When flowing out through the opening 8, the gas can reach a speed which can be a multiple of the speed of sound, ie 1 mach. By varying the diameter D2 of the passage opening 8, the residence time of the gases in the arc combustion chamber and thus the conditions of the energy exchange between the arc and the quenching gas can be influenced. The passage speed of the hot gases through the opening 8 can be varied by appropriately designing the cross section of this opening 8. Examples of this are shown in FIGS. 3 and 4. A low exit velocity of the heated gases from the opening 8 requires a correspondingly small mass throughput and thus a long residence time of the heated gases in the arc combustion chamber. Furthermore, the gas flow penetrating the opening 8 very rapidly and strongly from the arc combustion chamber 5 causes the already explained movement of the base point 14 in the direction of the outlet side 8 ′ of the opening 8 and thus into its position 14 ′. If the length of the arc becomes too large, it goes out and the ignition in the area of the arc combustion chamber 6 can take place again if the insulation capacity inside the arc combustion chamber has not yet reached its optimum value again.

Nach einem Löschen des Netzfolgestromes könnte es unter Umständen zu einem Nachstrom kommen, der aber mit der Erfindung verhindert wird, da das nach dem Verlöschen des Lichtbogens noch nachströmende Löschgas wirksam das Auftreten eines Nachstromes verhindert.After extinguishing the line follow current, there could possibly be a wake, but this is prevented by the invention, since the extinguishing gas still flowing after the arc is extinguished effectively prevents the occurrence of wake.

Im Beispiel der Fig. 3 ist die Strömungsrichtung 15 der heißen Gase eingezeichnet. Sie durchsetzt erst die im Querschnitt D1 kleinere Eintrittsfläche der Durchtrittsöffnung 8 und tritt an deren im Querschnitt D2 größeren Austrittsfläche aus. Dies bewirkt eine Reduzierung der Austrittsgeschwindigkeit gegenüber der Eintrittsgeschwindigkeit bei D1.In the example in FIG. 3, the flow direction 15 of the hot gases is shown. It first passes through the entry area of the passage opening 8, which is smaller in cross section D1, and exits at its exit area, which is larger in cross section D2. This causes a reduction in the exit speed compared to the entry speed at D1.

Auch ist eine Querschnittsform gemäß Fig. 4 möglich. Der aus der Lichtbogenbrennkammer gemäß Pfeil 15 kommende Strom der erhitzten Gase gelangt zunächst in den sich verengenden Bereich 8, so daß sich die Geschwindigkeit des Gasstromes bis zu einer Engstelle 8'' hin steigert und damit den Massendurchsatz dort entsprechend erhöht. In dem sich anschließenden Bereich 8''' vergrößert sich in der Gasströmrichtung 15 dessen Querschnitt. Entsprechend der Größe des Öffnungswinkels dieses Bereiches 8''' sinkt dann die Durchtrittsgeschwindigkeit der Gase. Der Effekt dieser Anordnung nach Fig. 4 liegt darin, daß man die verengte Öffnung 8'' nur so groß wählt, daß die von einem Stoßstrom freigesetzten Gase noch gerade hindurchgefördert werden können, wobei deren Austrittsgeschwindigkeit aus der Engstelle 8'' möglichst groß sein soll. Bei der nachfolgenden, vom Netzfolgestrom bestimmten Phase wünscht man eine größere Verweilzeit der erhitzten Gase in der Lichtbogenbrennkammer als während der Periode des Stoßstromes. Für diesen Fall wird der Bereich 8'' mit einem entsprechenden, in Strömungsrichtung sich erweiternden Öffnungswinkel wirksam, wodurch die Geschwindigkeit der Gasströmung verringert wird, ohne daß der verengte Durchtrittsquerschnitt 8'' geändert werden müßte. Die unterschiedlichen Durchmesser D1 beim Eintritt des Gasstromes 15, D2 bei seinem Austritt und schließlich D3 in der verengten Stelle 8'' der Durchtrittsöffnung 8 sind eingezeichnet.A cross-sectional shape according to FIG. 4 is also possible. The stream of the heated gases coming from the arc combustion chamber according to arrow 15 first reaches the narrowing region 8, so that the speed of the gas stream increases up to a constriction 8 ″ and thus increases the mass flow rate there accordingly. In the adjoining area 8 ″ ″, its cross section increases in the gas flow direction 15. The passage speed of the gases then drops in accordance with the size of the opening angle of this region 8 '''. The effect of this arrangement according to FIG. 4 is that the narrowed opening 8 '' is chosen only so large that the gases released by a surge current can still be conveyed straight through, the exit velocity of the constriction 8 '' being as large as possible . In the subsequent phase, which is determined by the line follow current, a longer dwell time of the heated gases in the arc combustion chamber is desired than during the period of the surge current. In this case, the region 8 ″ becomes effective with a corresponding opening angle that widens in the direction of flow, as a result of which the speed of the gas flow is reduced without the narrowed passage cross section 8 ″ having to be changed. The different diameters D1 when the gas stream 15 enters, D2 when it exits and finally D3 in the narrowed Location 8 ″ of the passage opening 8 is shown.

Fig. 5 zeigt zwei Funkenstreckenanordnungen F gemäß der Erfindung innerhalb eines Einbaugehäuses 16, wobei diese Funkenstreckenanordnungen elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die jeweiligen externen Anschlüsse sind mit 17 und eine elektrische Verbindung zwischen beiden Funkenstreckenanordnungen mit 18 beziffert. Die aus den Funkenstreckenanordnungen austretenden Gasströme 19 werden durch Öffnungen 20 des Einbaugehäuses nach außen abgeführt. Eine ähnliche Anordnung, jedoch für nur eine Funkenstreckenanordnung F ist Fig. 6 zu entnehmen. Es gelten die Bezifferungen gemäß Fig. 5.FIG. 5 shows two spark gap arrangements F according to the invention within an installation housing 16, these spark gap arrangements being electrically connected in series. The respective external connections are numbered 17 and an electrical connection between the two spark gap arrangements is numbered 18. The gas streams 19 emerging from the spark gap arrangements are discharged to the outside through openings 20 in the installation housing. A similar arrangement, but for only one spark gap arrangement F, can be seen in FIG. 6. The numbers according to FIG. 5 apply.

Alle dargestellten und beschriebenene Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander sind erfindungswesentlich.All the features shown and described, as well as their combinations with one another, are essential to the invention.

Claims (17)

Verfahren zur Löschung des Lichtbogens eines Netzfolgestromes einer stoßstromtragfähigen, bevorzugt in Niederspannungsversorgungssystemen einzusetzenden Funkenstrecke, wobei ein Gasstrom etwa quer zur Längsrichtung des Lichtbogens gegen diesen geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrom von allen Seiten radial her gegen den Lichtbogen (6) des Netzfolgestromes geblasen wird, wobei diese Anblasung über etwa die gesamte Länge (L) des Lichtbogens erfolgt und zwar unter Verwendung eines Löschgases, das von einem Isoliermaterial (Hartgas) der Funkenstrecke abgegeben wird.Method for extinguishing the arc of a line follow current of a spark gap capable of carrying surge current, preferably to be used in low-voltage supply systems, whereby a gas stream is blown against the arc approximately transversely to the longitudinal direction of the arc, characterized in that a gas stream is blown radially from all sides against the arc (6) of the line follow current is, this blowing takes place over approximately the entire length (L) of the arc, using an extinguishing gas that is emitted by an insulating material (hard gas) of the spark gap. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von POM (Polyoxymethylen), oder PMMA (Polymehylenmethacrylat) oder PTFE (Polytetraflourethylen) als Hartgas.A method according to claim 1, characterized by the use of POM (polyoxymethylene), or PMMA (polymethylene methacrylate) or PTFE (polytetrafluoroethylene) as hard gas. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einstellung des Massendurchsatzes der aus der Funkenstreckenanordnung (F) ausströmenden erhitzten Gase.Method according to Claim 1 or 2, characterized by adjusting the mass flow rate of the heated gases flowing out of the spark gap arrangement (F). Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine entsprechende Einstellung der Austrittsgeschwindigkeit der aus der Funkenstreckenanordnung (F) ausströmenden erhitzten Gase.A method according to claim 3, characterized by a corresponding adjustment of the exit velocity of the heated gases flowing out of the spark gap arrangement (F). Funkenstreckenanordnung mit mindestens zwei Elektroden, einem die Elektroden und eine Lichtbogenbrennkammer umgebenden Gehäuse, einem ein Gas, insbesondere ein Löschgas abgebendes Isoliermaterial und zumindest einer Durchtrittsöffnung für das Löschgas, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenbrennkammer (5) zylindrisch ausgebildet ist, wobei die Elektroden (1, 2) sich an den beiden stirnseitigen Endbereichen dieses Zylinders befinden und daß die Lichtbogenbrennkammer innenseitig mit dem Isoliermaterial zumindest soweit ausgekleidet ist, daß das hieraus austretende Gas (7) über den Umfang des Zylinders verteilt zu dem etwa sich in der Mittellängsachse (A-A) des Zylinders befindenden Lichtbogen (6) strömt.Spark gap arrangement with at least two electrodes, a housing surrounding the electrodes and an arc combustion chamber, an insulating material which emits a gas, in particular an extinguishing gas, and at least one passage opening for the extinguishing gas, in particular for carrying out the method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that that the arc combustion chamber (5) is cylindrical, the electrodes (1, 2) being located at the two end regions of this cylinder and that the arc combustion chamber is lined on the inside with the insulating material at least to such an extent that the gas (7) escaping therefrom via the Circumference of the cylinder flows to the arc (6) located approximately in the central longitudinal axis (AA) of the cylinder. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial ein hohlzylindrischer Körper (5) ist, der zur Mittellängsachse (A-A) des Lichtbogens (6) konzentrisch ist.Spark gap arrangement according to Claim 5, characterized in that the insulating material is a hollow cylindrical body (5) which is concentric with the central longitudinal axis (A-A) of the arc (6). Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der zylindrischen Lichtbogenbrennkammer (5) sich zu deren Durchmesser (D) etwa wie 3 : 1 bis 5 : 1 verhält.Spark gap arrangement according to Claim 5 or 6, characterized in that the length (L) of the cylindrical arc combustion chamber (5) relates to its diameter (D) approximately as 3: 1 to 5: 1. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auskleidung aus Isoliermaterial über die gesamte Länge (L) des Lichtbogens (6), der sich zwischen den beiden Elektroden (1, 2) befindet, erstreckt.Spark gap arrangement according to one or more of Claims 5 to 7, characterized in that the lining made of insulating material extends over the entire length (L) of the arc (6) which is located between the two electrodes (1, 2). Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (8) für die erhitzten Gase sich in einer der Elektroden (2) befindet.Spark gap arrangement according to one or more of Claims 5 to 8, characterized in that the passage opening (8) for the heated gases is located in one of the electrodes (2). Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (8) die betreffende Elektrode (2) in der Axialrichtung (A-A) der Funkenstreckenanordnung durchsetzt.Spark gap arrangement according to Claim 9, characterized in that the passage opening (8) passes through the relevant electrode (2) in the axial direction (A-A) of the spark gap arrangement. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine Fokussierung des Fußpunktes (9) des Lichtbogens (6) an der Elektrode (1), die nicht mit der Durchtrittsöffnung (8) versehen ist.Spark gap arrangement according to one or more of claims 5 to 10, characterized by a focusing of the base point (9) of the arc (6) on the electrode (1), which is not provided with the passage opening (8). Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüch 5 bis 11, gekennzeichnet durch einen Fußpunkt (14) des Lichtbogens (6) an der die Durchtrittsöffnung (8) umgebenden Innenwand der anderen Elektrode (2).Spark gap arrangement according to one or more of Claims 5 to 11, characterized by a base (14) of the arc (6) on the inner wall of the other electrode (2) surrounding the passage opening (8). Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Durchtrittsöffung (8) in der Elektrode (2) zu deren Austrittsseite (8') hin erweitert.Spark gap arrangement according to one or more of Claims 5 to 12, characterized in that the cross section of the passage opening (8) in the electrode (2) widens towards its exit side (8 '). Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungsrichtung (15) der Gase sich der Querschnitt der Durchtrittsöffnung (8) zunächst verringert, sich daran eine Engstelle (8'') anschließt und daß danach ein Bereich (8''') folgt, der sich von der Engstelle (8'') her bis zum Austritt erweitert.Spark gap arrangement according to one or more of Claims 5 to 12, characterized in that the cross-section of the passage opening (8) initially decreases in the direction of flow (15) of the gases, a narrow point (8 '') adjoins this and then an area ( 8 '' ') follows, which widens from the narrow point (8' ') to the outlet. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Funkenstreckenanordnungen (F) in elektrischer Reihenschaltung in einem gemeinsamen Einbaugehäuse (16) vorgesehen sind, das Austrittsöffnungen (20) für die aus den Funkenstreckenanordnungen austretenden erhitzten Gase (19) aufweist.Spark gap arrangement according to one or more of Claims 5 to 14, characterized in that two spark gap arrangements (F) are connected in electrical series are provided in a common installation housing (16) which has outlet openings (20) for the heated gases (19) emerging from the spark gap arrangements. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Funkenstreckenanordnung (F) in einem Einbaugehäuse (16) vorgesehen ist, daß ein oder zwei Durchtrittsöffnungen (20) für die aus der Funkenstreckenanordnung ausströmenden erhitzten Gase (19) aufweist.Spark gap arrangement according to one or more of Claims 1 to 15, characterized in that a single spark gap arrangement (F) is provided in an installation housing (16) and has one or two passage openings (20) for the heated gases (19) flowing out of the spark gap arrangement . Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse (17) für die Funkenstreckenanordnungen bzw. Funkenstreckenanordnung aus dem Einbaugehäuse (16) herausgeführt sind.Spark gap arrangement according to Claim 15 or 16, characterized in that the electrical connections (17) for the spark gap arrangements or spark gap arrangement are led out of the installation housing (16).
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