EP0860918A1 - Überspannungsableiteinrichtung - Google Patents

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EP0860918A1
EP0860918A1 EP98890030A EP98890030A EP0860918A1 EP 0860918 A1 EP0860918 A1 EP 0860918A1 EP 98890030 A EP98890030 A EP 98890030A EP 98890030 A EP98890030 A EP 98890030A EP 0860918 A1 EP0860918 A1 EP 0860918A1
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EP
European Patent Office
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surge arrester
electrodes
arrester according
electrode
housing
Prior art date
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Application number
EP98890030A
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English (en)
French (fr)
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EP0860918B1 (de
Inventor
Karl Ing. Suchentrunk
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Felten and Guilleaume Austria AG
Original Assignee
Felten and Guilleaume Austria AG
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Publication date
Application filed by Felten and Guilleaume Austria AG filed Critical Felten and Guilleaume Austria AG
Publication of EP0860918A1 publication Critical patent/EP0860918A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0860918B1 publication Critical patent/EP0860918B1/de
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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
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • 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
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/14—Arcing horns

Definitions

  • the invention relates to a surge arrester comprising two in one Housing electrodes spaced apart from one another, the housing at least an outflow opening for ionized gases, which is located between one of the two Electrode-forming arc are generated.
  • Such a discharge device becomes parallel to the ones to be protected against overvoltages Circuit components switched, i.e. the first electrode is connected to the lead that second electrode connected to the derivative of the circuit concerned.
  • the two electrodes are at a defined distance from one another, which is from voltage applied to the electrodes is penetrated, provided that this is impermissible high value determined by the size of the electrode spacing. Subsequently An arc arises between the two electrodes, which ignites the electrodes and thus the electrodes Arrester of the circuit connects to each other with relatively low resistance. This will make the voltage between the supply lines to a compared to the The amount of overvoltage is reduced and the energy of the overvoltage is reduced Heat converted.
  • the housing of the discharge device itself can be destroyed protected, however, the gases now escaping can be used in the immediate vicinity Arrester arranged objects, i.e. those in the control cabinet next to the arrester Damage the existing switch or the control cabinet wall thermally.
  • Switches are made sufficiently robust or there is a sufficient distance between them Arresters and other components are left; but both measures would bring you great additional effort - unnecessarily large control cabinets or special switches - with it.
  • the guide devices, baffle walls and screens can thus be made in one piece with the housing run, which is particularly advantageous for the inexpensive manufacture of the Arrester affects.
  • the flow control devices, Baffle walls and screens made of a metal e.g. Copper, iron or the like are formed.
  • Metals have a good thermal conductivity and absorption capacity, which means that the named Components such as cooling fins act and ensure particularly effective heat dissipation.
  • Another feature of the invention can be that the housing by means of a Breakthrough partition is divided into two rooms, being in the first room the electrodes are arranged and the second space is closed by the ionized gases flowing through, provided with the at least one outflow opening.
  • Such a partition constitutes another one to be flowed through by the ionized gases Obstacle in which thermal energy can be dissipated.
  • the two rooms are arranged in layers next to each other.
  • the overall height of a control cabinet device is common given. Due to the juxtaposition of spark gap and The two units, spark gap and cooling chamber, can be connected via the chamber extend the entire height of the arrester, resulting in a particularly long one Flow path for the ionized gases and on the other hand the possibility of the electrodes to be large and robust.
  • the two rooms along their entire extent are arranged in layers next to each other.
  • one of the electrodes trained approach point is arranged in the first end region of the first space.
  • the entire interior of the first room thus stands for the spread of the ionized Gases available.
  • the breakthroughs of the partition are only in the approach point End region facing away from the first space and that the outflow opening is arranged in the area of the second space adjacent to the approach point.
  • the ionized gases must cover the entire Flow through the longitudinal dimensions of both rooms before they reach the outside, with which the ionized gases experience particularly efficient cooling.
  • the electrodes on spark gap connecting the approach point e.g. Horn spark gap exhibit.
  • the electrodes at least in the area the spark gap made of copper, iron, copper coated with iron, sintered tungsten-iron or tungsten-copper composite or the like. Or from combinations of these Materials are formed.
  • Such materials have a sufficiently high electrical conductivity at the same time good temperature resistance.
  • the spark gap at least one, at least in the space delimited by the electrodes protruding electrode element, preferably arranged entirely in this space, such as. Plate, is arranged.
  • the arc running along the spark gap is caused by such electrode elements severed, i.e. converted into a series connection of several arcs.
  • the The maintenance voltage of such arcs is much higher than that of one Single arc, so that the normal supply voltage no longer burn can leave and thus usually the subsequent follow-up currents of the overvoltage can be limited and interrupted.
  • the first electrode is rigid and the second electrode is fixed movably in the housing. that in the approach point an intermediate film lying on the first electrode is arranged and that the second electrode by means of an elastic member, such as. Feather. is movable in the direction of the first electrode and can be pressed against the intermediate film.
  • an elastic member such as. Feather.
  • such an arrangement can reduce the risk of the Arc from the deionization chamber formed by the electrode elements into the Proximity of the spark gap can be reduced; besides the running away of the Arc promoted from the approach point into the deionization chamber.
  • the elastic component is formed by a coil spring.
  • This type of spring can exert a relatively large force on the second electrode be, which allows a reliable pressing of the electrode on the intermediate film.
  • the surge arrester according to Fig.1 comprises two electrodes 1 u. 2 that are arranged at a distance from one another in a housing 3. At these electrodes are 1,2 The supply and discharge of the front via only symbolically illustrated supply lines 4, 5 impermissibly high overvoltages connected to the protective circuit.
  • a cuboid housing 3 was used, except for the Opening 6 and other openings, not shown, for the supply lines 4,5 in themselves is closed, but for the purpose of clearer representation parallel to the image plane was cut.
  • the opening 6 is at some distance from the two Arrange electrodes 1, 2 so that between electrodes 1, 2 and outflow opening 6 there is a chamber 8 through which the ionized gases must flow.
  • the size the opening 6 is expediently to be chosen so large that the gases are sufficient can flow out quickly, i.e. that there is no impermissibly high, the destruction of the housing 3 causing excess pressure to build up inside the housing.
  • the only one Outflow opening 6 can of course also have a plurality in order to achieve this goal step out of openings.
  • the approach point 7 formed by the electrodes 1.2 is in the first end region the chamber 8 is arranged, the outflow opening 6 is located in the second end region thereof Chamber 8.
  • the ionized gases must therefore cover the entire length of chamber 8 flow through.
  • the ionized gases in them When flowing through said chamber 8, the ionized gases in them cool They indicate stored heat via the chamber atmosphere and the housing walls the environment, so that it only a relatively small amount when it emerges from the opening 6 Have energy content.
  • Flow guide devices 9 are provided. They are platelet-shaped and so arranged to direct the ionized gases along a meandering path. This The path is now significantly longer than that in FIG. 1 from the approach point 7 to the opening 6 leading path, whereby in the embodiment according to Fig.2 a significantly stronger Cooling of the gases is achievable.
  • Another option is to increase the length of time that the ionized gases remain in chamber 8 extend, is the provision of flow obstacles, such as baffles 10 or Seven 11 inside the chamber 8. These can, however, in combination with one another can be provided alone.
  • baffle walls 10, sieves 11 and the guide devices 9 The material of the baffle walls 10, sieves 11 and the guide devices 9 is in principle free selectable, but must be able to withstand the thermal stresses explained.
  • baffle walls 10, sieves 11 and guide devices 9 As The simplest variant is the baffle walls 10, sieves 11 and guide devices 9 as To form the housing walls so that they are made of the housing material, an electrically insulating plastic.
  • Another option is to use metals such as To use copper, iron or the like, since these materials are good heat conductors and have heat storage capacity, whereby the gases flowing around them are cooled even more effectively.
  • the housing interior of the exemplary embodiment according to FIG. 2 is not made in one piece, rather a partition 12 is provided which divides the housing 3 into two Rooms 13 and 8 divided.
  • the first room 13 are the two already described Arranged electrodes 1,2, which are shaped here so that they are an approach point 7 and form an adjoining horn spark gap 14.
  • Approach point 7 arcing is caused by the acting on it, from Current flow through the electrodes 1, 2 and the magnetic forces caused by them moves along the horn spark gap 14, which is a widening and ultimately a Tear off the arc.
  • the hot ionized gases generated in room 13 can through openings 15 of the partition 12 in the room 8, which is described Cooling chamber forms, overstepping.
  • the electrodes 1, 2 can be described here as in all the others Embodiments of any materials that have sufficient electrical Have conductivity. be educated. As particularly preferred materials for the Area of the spark gap 14 copper, iron, copper coated with iron, a sintered Tungsten-iron or tungsten-copper composite or the like can be specified. Here combinations of these materials are also possible. the electrodes 1, 2 can have different materials in some areas.
  • 3a, b and 4 is a particularly preferred one, already for installation in a control cabinet suitable embodiment of the invention shown.
  • the two rooms 13 and 8 are arranged next to each other in layers.
  • the 3a spark gap 14 shown in plan comes to lie parallel to chamber 8, the resulting assembly thus has one with a multi-pole Miniature circuit breakers of comparable construction, in which the individual pole sections in be juxtaposed in the same way.
  • the housing 3 required for this again has a partition 12 with openings 15 on the first surface 121 on the left in FIG. 4, the chamber 8 with its Guide devices 9 and optionally baffles 10 and sieves 11 is constructed. At the the second surface 122 on the right in FIG. 4, the spark gap 14 is arranged. Both For operation, rooms 13, 8 must of course also be parallel to the image plane of FIGS. 3a, b running lids are closed, but not for the sake of clarity were shown.
  • the spark gap 14 used in this exemplary embodiment is analogous to FIG Horn spark gap configured, in addition here are the approach point 7 opposite end of electrode elements 16 provided in the of the electrodes 1,2 limited space protrude at least, but preferably entirely within of this room.
  • the electrode elements 16 are not bound to any specifications in order to be able to narrow space between the electrodes 1, 2 as many such electrode elements 16 as possible to accommodate, they are designed as parallel plates. Through this Electrode elements 16 will "cut" the arc into a plurality in series partial arcs switched to one another, which leads to faster extinguishing of the Arc is.
  • Electrodes 1, 2, which at their approach point 7 Having a spark gap 14 in the form of a horn spark gap is a preferred one Embodiment represents, but can also with a housing structure according to Fig.3a, b and 4 any other electrodes 1,2 are used.
  • the approach point 7 formed by the electrodes 1, 2 is in the first End region of the first room 13 arranged.
  • the two rooms 13, 8 lie alongside one another in layers along their entire extent.
  • the openings 15 of the partition 12th exclusively in the end region of the first room 13 facing away from the approach point 7 are arranged and that at the same time the outflow opening 6 in the approach point 7 adjacent area of the second room 8 is provided.
  • This type of arrangement of openings 15 and outflow opening 6 means that ionized gases first the entire longitudinal extent of the electrode space 13 and then flow through the entire longitudinal extent of the gas cooling space 8. So that will despite the small geometric dimensions of the housing 3, a particularly long residence time of the ionized gases in the housing 3 reached. During this dwell time, the ionized gases cover a relatively long way, on which they cover large areas with the Housing 3 and the guide devices 9 come into contact.
  • the cooling of the ionized gases to be achieved in accordance with the invention task is thereby achieved to a particularly large extent.
  • the actually resulting electrode distance in the approach point 7 depends directly from the manufacturing tolerances that always occur with electrodes 1, 2 and housing 3.
  • Electrode distance depends - can only be specified relatively imprecisely.
  • the invention provides for the first electrode 1 to be rigid To define housing 3, the second electrode 2, however, to a small extent to move hold. Furthermore, there is an elastic component 18, which is designed as a helical spring according to FIG. 3a is provided, which presses the second electrode 2 in the direction of the first electrode 1.
  • an intermediate film 17 is in contact with the first electrode 1 arranged. Due to the explained elastic component 18, the second electrode 2 is now on said intermediate film 17 pressed so that the actual electrode distance alone from the The thickness of this intermediate film 17 is independent of the manufacturing tolerances of the electrodes 1, 2 or of the housing 3- is determined. After the intermediate film 17 with a very accurate predeterminable thickness can be produced, the predetermined electrode distance can now can be realized much more precisely.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Abstract

Überspannungsableiteinrichtung umfassend zwei in einem Gehäuse (3) beabstandet voneinander angeordnete Elektroden (1,2), wobei das Gehäuse (3) zumindest eine Ausströmöffnung (6) für ionisierte Gase, welche von einem sich zwischen den beiden Elektroden (1,2) ausbildenden Lichtbogen erzeugt werden, aufweist, wobei zwischen den Elektroden (1,2) und der zumindest einen Ausströmöffnung (6) des Gehäuses (3) eine von den ionisierten Gasen zu durchströmende Kammer (8) angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsableiteinrichtung umfassend zwei in einem Gehäuse beabstandet voneinander angeordnete Elektroden, wobei das Gehäuse zumindest eine Ausströmöffnung für ionisierte Gase, welche von einem sich zwischen den beiden Elektroden ausbildenden Lichtbogen erzeugt werden, aufweist.
Eine solche Ableiteinrichtung wird parallel zu den vor Überspannungen zu schützenden Stromkreiskomponenten geschaltet, d.h. die erste Elektrode wird mit der Zuleitung, die zweite Elektrode mit der Ableitung des betreffenden Stromkreises verbunden.
Die beiden Elektroden weisen einen definierten Abstand voneinander auf, welcher von der an den Elektroden angeliegenden Spannung durchschlagen wird, sofern diese einen unzulässig hohen, durch die Größe des Elektrodenabstandes bestimmten Wert erreicht. In weiterer Folge entsteht ein Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden, der die Elektroden und damit Zuund Ableiter des Stromkreises relativ niederohmig miteinander verbindet. Dadurch wird die zwischen den Versorgungsleitungen herrschende Spannung auf einen verglichen mit der Höhe der Überspannung geringen Wert reduziert und die Energie der Überspannung in Wärme umgewandelt.
Daraus ergibt sich aber, daß die in der Umgebung des Lichtbogens befindlichen Gase stark aufgeheizt und ionisiert werden und sich in weiterer Folge stark ausdehnen. Um eine daraus resultierende Zerstörung des Ableitergehäuses zu vermeiden, ist dieses mit einer Öffnung, durch welche die erhitzten Gase austreten können, versehen.
Auf diese Weise kann zwar das Gehäuse der Ableiteinrichtung selbst vor Zerstörung geschützt werden, jedoch können die nun ausgetretenen Gase die in nächster Umgebung zum Ableiter angeordneten Gegenstände, also die im Schaltschrank neben dem Ableiter befindlichen Schalter bzw. die Schaltschrankwandung thermisch beschädigen.
Um derartige Beschädigungen zu vermeiden, könnten die einem Ableiter benachbarten Schalter ausreichend robust ausgeführt werden oder ein genügend großer Abstand zwischen Ableitern und weiteren Bauteilen gelassen werden; beide Maßnahmen brächten aber einen großen Mehraufwand -ungebührlich große Schaltschränke bzw. Spezialschalter- mit sich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Überspannungsableiteinrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei welcher die angeführten Probleme der thermischen Beschädigung von in der Umgebung der Ableiteinrichtung befindlichen Gegenständen vermieden wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht. daß zwischen den Elektroden und der zumindest einen Ausströmöffnung des Gehäuses eine von den ionisierten Gasen zu durchströmende Kammer angeordnet ist.
Beim Durchströmen dieser Kammer erfahren die heißen, ionisierten Gase eine starke Abkühlung, sodaß sie beim Austritt aus dem Gehäuse einen für Zerstörungen zu geringen Energiegehalt aufweisen.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß innerhalb der Kammer Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen sind.
Damit kann der von den ionisierten Gasen innerhalb des Gehäuses zurückzulegende Weg verlängert werden, wodurch eine stärkere Abkühlung erreichbar ist.
In diesem Zusammenhang kann weiters vorgesehen sein, daß innerhalb der Kammer von den ionisierten Gasen zu umströmende Prallwände und/oder zu durchströmende Siebe angeordnet sind.
Derartige Bauteile tragen ebenfalls zur Erhöhung der Abkühlungswirkung der Kammer bei. Als günstig hat sich hierbei erwiesen, daß die Strömungsleiteinrichtungen, Prallwände und Siebe aus Kunststoff gebildet sind.
Die Leiteinrichtungen, Prallwände und Siebe können damit einstückig mit dem Gehäuse ausgeführt werden, was sich als besonders vorteilhaft für die kostengünstige Herstellung des Ableiters auswirkt.
Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, daß die Strömungsleiteinrichtungen, Prallwände und Siebe aus einem Metall, wie z.B. Kupfer, Eisen od. dgl. gebildet sind.
Metalle weisen ein gutes Wärmeleit- und -aufnahmevermögen auf, wodurch die benannten Bauteile wie Kühlrippen wirken und einen besonders effektiven Wärmeabbau gewährleisten. Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann sein, daß das Gehäuse mittels einer mit Durchbrechungen versehenen Trennwand in zwei Räume unterteilt ist, wobei im ersten Raum die Elektroden angeordnet sind und der zweite Raum die von den ionisierten Gasen zu durchströmende, mit der zumindest einen Ausströmöffnung versehene Kammer bildet. Eine solche Trennwand stellt ein weiteres, von den ionisierten Gasen zu durchströmendes Hindernis dar, in welchem Wärmeenergie abgebaut werden kann.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die beiden Räume schichtartig nebeneinanderliegend angeordnet sind.
Die Bauhöhe eines Schaltschrankgerätes ist im Gegensatz zu seiner Breite üblicherweise vorgegeben. Durch die hier getroffene Nebeneinanderordnung von Funkenstrecke und Kammer können sich die beiden Baueinheiten Funkenstrecke und Abkühlkammer über die gesamte Bauhöhe des Ableiters erstrecken, daraus ergibt sich einerseits ein besonders langer Strömungsweg für die ionisierten Gase und andererseits die Möglichkeit, die Elektroden großflächig und robust auszugestalten.
In diesem Zusammenhang kann weiters vorgesehen sein, daß die beiden Räume entlang ihrer gesamten Erstreckung schichtartig nebeneinanderliegend angeordnet sind.
Damit wird die gesamte zur Verfügung stehende Bauhöhe für die Führung der ionisierten Gase innerhalb des Gehäuses ausgenützt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß eine von den Elektroden ausgebildete Annäherungsstelle im ersten Endbereich des ersten Raumes angeordnet ist. Damit steht der gesamte Innenbereich des ersten Raumes zur Ausbreitung der ionisierten Gase zur Verfügung.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Durchbrechungen der Trennwand ausschließlich im der Annäherungsstelle abgewandten Endbereich des ersten Raumes angeordnet sind und daß die Ausströmöffnung im der Annäherungsstelle benachbarten Bereich des zweiten Raumes angeordnet ist.
Bei dieser Ausgestaltungsweise müssen die ionisierten Gase die gesamten Längserstreckungen beider Räume durchströmen, bevor sie ins Freie gelangen, womit die ionisierten Gase eine besonders effiziente Kühlung erfahren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Elektroden eine an die Annäherungsstelle anschließende Funkenstrecke, wie z.B. Hörnerfunkenstrecke aufweisen.
Durch eine solche Funkenstrecke wird der in der Annäherungsstelle gezündete Lichtbogen rasch von dieser wegbewegt, wodurch thermische Beschädigungen in diesem Bereich weitgehend vermieden werden können. Damit bleibt der Abstand der beiden Elektroden auch nach mehreren Ableitvorgängen unverändert, womit auch eine gleichbleibende Ansprechspannung der Funkenstrecke gewährleistet ist.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß die Elektroden zumindest im Bereich der Funkenstrecke aus Kupfer, Eisen, mit Eisen beschichtetem Kupfer, gesintertem Wolfram-Eisen- bzw. Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff od. dgl. bzw. aus Kombinationen dieser Materialien gebildet sind.
Derartige Materialien weisen ein ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig guter Temperaturbeständigkeit auf.
Weiters kann vorgesehen sein, daß an dem der Annäherungsstelle gegenüberliegenden Ende der Funkenstrecke wenigstens ein, in den von den Elektroden begrenzten Raum zumindest hineinragendes, vorzugsweise zur Gänze in diesem Raum angeordnetes Elektrodenelement, wie z.B. Platte, angeordnet ist.
Der an der Funkenstrecke entlanglaufende Lichtbogen wird durch solche Elektrodenelemente durchtrennt, d.h. in eine Serienschaltung mehrerer Lichtbögen umgewandelt. Die Aufrechterhaltungsspannung von solchen Lichtbögen ist aber wesentlich höher als die eines Einzel lichtbogens, sodaß die normale Versorgungsspannung diese nicht mehr weiterbrennen lassen kann und damit der Überspannung in aller Regel nachfolgende Netzfolgeströme begrenzt und unterbrochen werden können.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die erste Elektrode starr und die zweite Elektrode beweglich im Gehäuse festgelegt ist. daß in der Annäherungsstelle eine an der ersten Elektrode anliegende Zwischenfolie angeordnet ist und daß die zweite Elektrode mittels eines elastischen Bauteils, wie z.B. Feder. in Richtung der ersten Elektrode bewegbar und an die Zwischenfolie andrückbar ist. Nachdem die Dicke der Zwischenfolie sehr genau fertigbar ist, kann durch diese Anordnung ein exakter, von Fertigungstoleranzen unabhängiger Elektrodenabstand und damit die Höhe der Zündspannung relativ genau vorgegeben werden.
Darüberhinaus kann durch eine solche Anordnung die Gefahr des Zurücklaufens des Lichtbogens aus der von den Elektrodenelementen gebildeten Deionisationskammer in die Annäherungsstelle der Funkenstrecke vermindert werden; daneben wird das Weglaufen des Lichtbogens aus der Annäherungsstelle in die Deionisationskammer gefördert.
In weiterer Ausgestaltung dieser Erfindung-Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der elastische Bauteil durch eine Schraubenfeder gebildet ist.
Mithilfe dieses Federntyps kann eine relativ große Kraft auf die zweite Elektrode ausgeübt werden, was ein zuverlässiges Andrücken der Elektrode an die Zwischenfolie erlaubt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Die einzelnen Zeichnungsfiguren stellen folgendes dar:
  • Fig. 1 eine besonders einfach ausgeführte erfindungsgemäße Überspannungsableiteinrichtung im Grundriß in geschnittener Darstellung;
  • Fig.2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls im Grundriß in geschnittener Darstellung;
  • Fig.3a die Funkenstrecke einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Aufriß;
  • Fig.3b die von den ionisierten Gasen zu durchströmende Kammer der Ausführungsform nach Fig.3a im Aufriß und
  • Fig.4 den Schnitt A-A durch die Ausführungsform nach den Fig.3a,b.
    • Die Überspannungsableiteinrichtung nach Fig.1 umfaßt zwei Elektroden 1 u. 2, die beabstandet voneinander in einem Gehäuse 3 angeordnet sind. An diese Elektroden 1,2 sind über lediglich symbolisch dargestellte Zuleitungen 4, 5 die Zu- und Ableitung des vor unzulässig hohen Überspannungen zu schützenden Stromkreises angeschlossen.
    Im dargestellten Beispiel wurde ein quaderförmiges Gehäuse 3 verwendet, das bis auf die Öffnung 6 und weiteren, nicht dargestellten Durchbrechungen für die Zuleitungen 4,5 in sich geschlossen ist, zum Zweck der übersichtlicheren Darstellung jedoch parallel zur Bildebene durchschnitten wurde.
    Ist die an den Elektroden 1,2 anliegende Spannung hoch genug, wird die in der Annäherungsstelle 7 befindliche Luft ionisiert und es kommt in weiterer Folge zur Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den beiden Elektroden 1,2. Dieser Lichtbogen erwärmt nun seine Umgebung, sodaß es zur Ausbildung von heißen ionisierten Gasen innerhalb des Gehäuses 3 kommt, welche über die Öffnung 6 nach außen abströmen können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, besagte Öffnung 6 in einigem Abstand von den beiden Elektroden 1,2 anzuordnen, sodaß zwischen den Elektroden 1,2 und der Ausströmöffnung 6 eine Kammer 8 liegt, durch welche die ionisierten Gase hindurchströmen müssen. Die Größe der Öffnung 6 ist dabei zweckmäßigerweise so groß zu wählen, daß die Gase genügend schnell ausströmen können, d.h. daß sich kein unzulässig hoher, die Zerstörung des Gehäuses 3 bewirkender Überdruck im Gehäuseinneren aufbauen kann. An die Stelle der einzigen Abströmöffnung 6 kann zur Erreichung dieses Zieles selbstverständlich auch eine Mehrzahl von Öffnungen treten.
    Die von den Elektroden 1.2 ausgebildete Annäherungsstelle 7 ist dabei im ersten Endbereich der Kammer 8 angeordnet, die Ausströmöffnung 6 liegt im zweiten Endbereich dieser Kammer 8. Damit müssen die ionisierten Gase die gesamte Längserstreckung der Kammer 8 durchströmen.
    Beim Durchströmen der besagten Kammer 8 kühlen die ionisierten Gase aus, die in ihnen gespeicherte Wärme geben sie über die Kammeratmosphäre und die Gehäusewandungen an die Umgebung ab, sodaß sie beim Austritt aus der Öffnung 6 einen nur mehr relativ geringen Energiegehalt aufweisen.
    Das Ausmaß der Abkühlung der ionisierten Gase hängt direkt mit der Länge des Weges, den sie innerhalb der Kammer 8 zurücklegen müssen, zusammen. Um diese Weglänge zu beeinflussen, sind in der Ausführungsform nach Fig.2 innerhalb der Kammer 8 Strömungsleiteinrichtungen 9 vorgesehen. Sie sind plättchenförmig ausgebildet und so angeordnet, daß sie die ionisierten Gase entlang eines mäanderförmigen Weges leiten. Dieser Weg ist nun deutlich länger als der in Fig. 1 gerade von der Annäherungsstelle 7 zur Öffnung 6 führende Weg, wodurch bei der Ausführungsform nach Fig.2 eine deutlich stärkere Abkühlung der Gase erreichbar ist.
    Eine weitere Möglichkeit, die Verweildauer der ioniserten Gase in der Kammer 8 zu verlängern, liegt in der Vorsehung von Strömungshindernissen, wie Prallwänden 10 oder Sieben 11 im Inneren der Kammer 8. Diese können in Kombination miteinander aber auch jeweils allein vorgesehen werden.
    Der Werkstoff der Prallwände 10, Siebe 11 und der Leiteinrichtungen 9 ist prinzipiell frei wählbar, muß aber den erläuterten thermischen Beanspruchungen Stand halten können. Als einfachste Variante bietet sich an, die Prallwände 10, Siebe 11 und Leiteinrichtungen 9 als Anformungen der Gehäusewandungen zu gestalten, sodaß sie also aus dem Gehäusematerial, einem elektrisch isolierenden Kunststoff bestehen.
    Eine weitere Möglichkeit liegt darin, Metalle wie z.B. Kupfer, Eisen od. dgl. zu verwenden, da diese Materialien gute Wärmeleiter sind sowie Wärmespeicherfähigkeit aufweisen, wodurch die sie umströmenden Gase noch effektiver abgekühlt werden.
    Das Gehäuseinnere des Ausführungsbeispieles nach Fig.2 ist im Gegensatz zu Fig.1 nicht einteilig ausgeführt, vielmehr ist eine Trennwand 12 vorgesehen, die das Gehäuse 3 in zwei Räume 13 und 8 unterteilt. Im ersten Raum 13 sind die bereits beschriebenen beiden Elektroden 1,2 angeordnet, welche hier so geformt sind, daß sie eine Annäherungsstelle 7 und eine daran anschließende Hörnerfunkenstrecke 14 ausbilden. Ein einmal in der Annäherungsstelle 7 entstandener Lichtbogen wird durch die auf ihn einwirkenden, vom Stromfluß durch die Elektroden 1,2 und ihn selbst hervorgerufenen magnetischen Kräfte entlang der Hörnerfunkenstrecke 14 bewegt, was eine Aufweitung und schlußendlich ein Abreißen des Lichtbogens bewirkt. Die im Raum 13 entstehenden heißen ionisierten Gase können über Durchbrechungen 15 der Trennwand 12 in den Raum 8, der die beschriebene Abkühlkammer bildet, übertreten.
    Die Elektroden 1,2 können hier wie auch in sämtlichen anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen aus beliebigen Materialien, die eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen. gebildet sein. Als besonders bevorzugte Materialien können für den Bereich der Funkenstrecke 14 Kupfer, Eisen, mit Eisen beschichtetes Kupfer, ein gesinterter Wolfram-Eisen- bzw. Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff od. dgl. angegeben werden. Dabei sind auch Kombinationen dieser Materialien möglich. die Elektroden 1,2 können bereichsweise verschiedene Werkstoffe aufweisen.
    In den Fig.3a,b u.4 ist eine besonders bevorzugte, bereits zum Einbau in einen Schaltschrank geeignete Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie am besten in Fig.4 zu erkennen, werden hier die beiden Räume 13 und 8 schichtartig nebeneinanderliegend angeordnet. Die in Fig.3a im Grundriß dargestellte Funkenstrecke 14 kommt parallel zur Kammer 8 zu liegen, die entstehende Gesamtbaueinheit weist damit einen mit einem mehrpoligen Leitungsschutzschalter vergleichbaren Aufbau auf, bei welchem die einzelnen Polstrecken in der gleichen Weise nebeneinandergeordnet werden.
    Das hiefür notwendige Gehäuse 3 weist wieder eine Trennwand 12 mit Durchbrechungen 15 auf, an deren ersten, in Fig.4 links liegenden Oberfläche 121 die Kammer 8 mit ihren Leiteinrichtungen 9 und gegebenenfalls Prallwänden 10 und Sieben 11 aufgebaut ist. An der zweiten, in Fig.4 rechts liegenden Oberfläche 122 ist die Funkenstrecke 14 angeordnet. Beide Räume 13, 8 müssen für den Betrieb natürlich mit parallel zur Bildebene der Fig.3a,b verlaufenden Deckeln verschlossen werden, welche jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt wurden.
    Die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Funkenstrecke 14 ist analog zu Fig.2 als Hörnerfunkenstrecke ausgestaltet, zusätzlich sind hier an ihrem der Annäherungsstelle 7 gegenüberliegenden Ende Elektrodenelemente 16 vorgesehen, die in den von den Elektroden 1,2 begrenzten Raum zumindest hineinragen, vorzugsweise jedoch zur Gänze innerhalb dieses Raumes liegen.
    In ihrer Gestalt sind die Elektrodenelemente 16 an keinerlei Vorgaben gebunden, um in dem engen Raum zwischen den Elektroden 1,2 möglichst viele solcher Elektrodenelemente 16 unterzubringen, sind sie als parallel zueinander verlaufende Platten ausgebildet. Durch diese Elektrodenelemente 16 wird eine "Zerschneidung" des Lichtbogens in eine Mehrzahl in Serie zueinander geschalteter Teillichtbögen erreicht, was zur schnelleren Löschung des Lichtbogens beträgt.
    Die Verwendung von Elektroden 1,2, die an ihre Annäherungsstelle 7 anschließend eine Funkenstrecke 14 in Form einer Hörnerfunkenstrecke aufweisen, stellt zwar eine bevorzugte Ausführungsform dar, dennoch können auch bei einem Gehäuseaufbau gemäß Fig.3a,b und Fig.4 beliebig anders gestaltete Elektroden 1,2 eingesetzt werden.
    Wie in Fig.1 ist hier die von den Elektroden 1,2 ausgebildete Annäherungsstelle 7 im ersten Endbereich des ersten Raumes 13 angeordnet. Wie insbesondere in Fig.3a,b zu erkennen. liegen die beiden Räume 13,8 entlang ihrer gesamten Erstreckung schichtartig nebeneinander. Zusätzlich dazu ist vorgesehen, daß die Durchbrechungen 15 der Trennwand 12 ausschließlich im der Annäherungsstelle 7 abgewandten Endbereich des ersten Raumes 13 angeordnet sind und daß gleichzeitig die Ausströmöffnung 6 im der Annäherungsstelle 7 benachbarten Bereich des zweiten Raumes 8 vorgesehen ist.
    Durch diese Art der Anordnung von Durchbrechungen 15 und Ausströmöffnung 6 müssen die ionisierten Gase zunächst die gesamte Längserstreckung des Elektroden-Raumes 13 und danach die gesamte Längserstreckung des Gasauskühl-Raumes 8 durchströmen. Damit wird trotz kleinen geometrischen Abmessungen des Gehäuses 3 eine besonders lange Verweildauer der ionisierten Gase im Gehäuse 3 erreicht. Während dieser Verweildauer müssen die ionisierten Gase einen relativ langen Weg zurücklegen, auf welchem sie großflächig mit dem Gehäuse 3 und den Leiteinrichtungen 9 in Berührung kommen.
    Die gemäß der Erfindungsaufgabe zu erreichende Abkühlung der ionisierten Gase wird dadurch in besonders hohem Umfang erreicht.
    Der sich tatsächlich ergebende Elektrodenabstand in der Annäherungsstelle 7 hängt direkt von den bei Elektroden 1,2 und Gehäuse 3 stets auftretenden Fertigungstoleranzen ab. Damit kann die tatsächliche Zündspannung der Funkenstrecke -die ja unmittelbar von Elektrodenabstand abhängt- nur relativ ungenau vorgegeben werden.
    In Behebung dieses Nachteils ist sieht die Erfindung vor, die erste Elektrode 1 starr im Gehäuse 3 festzulegen, die zweite Elektrode 2 hingegen in geringem Ausmaß beweglich zu halten. Weiters ist ein elastisches Bauteil 18, das nach Fig.3a als Schraubenfeder ausgebildet ist, vorgesehen, das die zweite Elektrode 2 in Richtung erster Elektrode 1 drückt.
    In der Annäherungsstelle 7 ist eine Zwischenfolie 17 an der ersten Elektrode 1 anliegend angeordnet. Durch den erläuterten elastischen Bauteil 18 wird nun die zweite Elektrode 2 an besagte Zwischenfolie 17 angepreßt, sodaß der tatsächliche Elektrodenabstand allein von der Dicke dieser Zwischenfolie 17 -unabhängig von Fertigungstoleranzen der Elektroden 1,2 oder des Gehäuses 3- bestimmt wird. Nachdem die Zwischenfolie 17 mit einer sehr genau vorgebbaren Dicke herstellbar ist, kann nun auch der vorgegebene Elektrodenabstand wesentlich genauer realisiert werden.
    Wenngleich diese Art der Einstellung des Elektrodenabstandes lediglich in Fig.3a dargestellt ist, kann diese genauso bei anders gestalteten Elektroden 1,2, also etwa bei Elektroden 1,2 gemäß Fig. 1,2 angewandt werden.

    Claims (15)

    1. Überspannungsableiteinrichtung umfassend zwei in einem Gehäuse (3) beabstandet voneinander angeordnete Elektroden (1,2), wobei das Gehäuse (3) zumindest eine Ausströmöffnung (6) für ionisierte Gase, welche von einem sich zwischen den beiden Elektroden (1,2) ausbildenden Lichtbogen erzeugt werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (1,2) und der zumindest einen Ausströmöffnung (6) des Gehäuses (3) eine von den ionisierten Gasen zu durchströmende Kammer (8) angeordnet ist.
    2. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kammer (8) Strömungsleiteinrichtungen (9) vorgesehen sind.
    3. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kammer (9) von den ionisierten Gasen zu umströmende Prallwände (10) und/oder zu durchströmende Siebe (11) angeordnet sind.
    4. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtungen (9), Prallwände (10) und Siebe (11) aus Kunststoff gebildet sind.
    5. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtungen (9), Prallwände (10) und Siebe (11) aus einem Metall, wie z.B. Kupfer, Eisen od. dgl. gebildet sind.
    6. Überspannungsableiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) mittels einer mit Durchbrechungen (15) versehenen Trennwand (12) in zwei Räume (13,8) unterteilt ist. wobei im ersten Raum (13) die Elektroden (1,2) angeordnet sind und der zweite Raum (8) die von den ionisierten Gasen zu durchströmende, mit der zumindest einen Ausströmöffnung (6) versehene Kammer (8) bildet.
    7. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Räume (13,8) schichtartig nebeneinanderliegend angeordnet sind.
    8. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Räume (13,8) entlang ihrer gesamten Erstreckung schichtartig nebeneinanderliegend angeordnet sind.
    9. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine von den Elektroden (1,2) ausgebildete Annäherungsstelle (7) im ersten Endbereich des ersten Raumes (13) angeordnet ist.
    10. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (15) der Trennwand (12) ausschließlich im der Annäherungsstelle (7) abgewandten Endbereich des ersten Raumes (13) angeordnet sind und daß die Ausströmöffnung (6) im der Annäherungsstelle (7) benachbarten Bereich des zweiten Raumes (8) angeordnet ist.
    11. Überspannungsableiteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1,2) eine an die Annäherungsstelle (7) anschließende Funkenstrecke (14), wie z.B. Hörnerfunkenstrecke aufweisen.
    12. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1,2) zumindest im Bereich der Funkenstrecke (14) aus Kupfer, Eisen, mit Eisen beschichtetem Kupfer, gesintertem Wolfram-Eisen- bzw. Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff od. dgl. bzw. aus Kombinationen dieser Materialien gebildet sind.
    13. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Annäherungsstelle (7) gegenüberliegenden Ende der Funkenstrecke (14) wenigstens ein, in den von den Elektroden (1,2) begrenzten Raum zumindest hineinragendes, vorzugsweise zur Gänze in diesem Raum angeordnetes Elektrodenelement (16), wie z.B. Platte, angeordnet ist.
    14. Überspannungsableiteinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1) starr und die zweite Elektrode (2) beweglich im Gehäuse (3) festgelegt ist, daß in der Annäherungsstelle (7) eine an der ersten Elektrode (1) anliegende Zwischenfolie (17) angeordnet ist und daß die zweite Elektrode (2) mittels eines elastischen Bauteils (18), wie z.B. Feder, in Richtung der ersten Elektrode (1) bewegbar und an die Zwischenfolie (17) andrückbar ist.
    15. Überspannungsableiteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Bauteil (18) durch eine Schraubenfeder gebildet ist.
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