EP0860918B1 - Overvoltage arrester device - Google Patents
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- EP0860918B1 EP0860918B1 EP98890030A EP98890030A EP0860918B1 EP 0860918 B1 EP0860918 B1 EP 0860918B1 EP 98890030 A EP98890030 A EP 98890030A EP 98890030 A EP98890030 A EP 98890030A EP 0860918 B1 EP0860918 B1 EP 0860918B1
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- electrode
- arrester device
- overvoltage arrester
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Classifications
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- 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
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- H01T4/14—Arcing horns
Definitions
- the invention relates to a surge arrester comprising two spaced apart electrodes arranged from one another, forming an approach point, and an electrode Housing, which by means of a perforated partition in two rooms is divided, with the electrodes in the first end region of the room in the first room lying approach point are arranged and the second room with at least one Outflow opening for ionized gases formed by between the electrodes Arcs are generated, provided and the two rooms along their entire Extension are arranged in layers next to each other.
- 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 connects the electrodes and thus and 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.
- US-PS-2 329 219 discloses a surge arrester according to the preamble of claim 1 and shows a spark gap comprising two electrodes which are fixed to plugs. These plugs are inserted into the end faces of a tube so that the electrodes are spaced apart from one another within the tube. Surrounding the tube is a second tube, the end faces of which are closed with the exception of one outlet opening. Slits are made in the wall of the tube. Due to this construction, US Pat. No.
- 2,329,219 comprises a first space containing the electrodes (formed by the interior of the first tube); a second second space provided with an outflow opening (formed by the area between the second and the first tube) and a perforated partition between said two spaces (formed by the slotted wall of the first tube).
- FR-A-818 629 describes a spark extinguishing chamber or gas discharge device of a switching device.
- the contact pair of each pole section is here in its own
- this is achieved in that the openings only in second end region of the first space facing away from the approach point and that the outflow opening in the area of the second room is arranged.
- 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 partition between these two rooms is one of the ionized gases obstacle to be flowed through, in which thermal energy can be dissipated.
- Such components also contribute to increasing the cooling effect of the chamber.
- 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.
- 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.
- 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.
- this arrangement can be used an exact electrode spacing independent of manufacturing tolerances and thus the height the ignition voltage can be specified relatively accurately.
- 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 voltage applied to the electrodes 1, 2 is high enough, the voltage in the Proximity point 7 is ionized air and it comes to further Formation of an arc between the two electrodes 1, 2. That arc now warms its surroundings so that it can form hot ionized gases comes within the housing 3, which can flow out through the opening 6 to the outside.
- said opening 6 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 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 formed. 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. there combinations of these materials are also possible, which 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, according to FIG. 3a, is designed as a helical spring 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.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Überspannungsableiteinrichtung umfassend zwei beabstandet voneinander angeordnete, eine Annäherungsstelle ausbildende Elektroden, sowie ein Gehäuse, welches mittels einer mit Durchbrechungen versehenen Trennwand in zwei Räume unterteilt ist, wobei im ersten Raum die Elektroden mit im ersten Endbereich des Raumes liegender Annäherungsstelle angeordnet sind und der zweite Raum mit zumindest einer Ausströmöffnung für ionisierte Gase, die von zwischen den Elektroden ausgebildeten Lichtbögen erzeugt werden, versehen ist und die beiden Räume entlang ihrer gesamten Erstreckung schichtartig nebeneinanderliegend angeordnet sind.The invention relates to a surge arrester comprising two spaced apart electrodes arranged from one another, forming an approach point, and an electrode Housing, which by means of a perforated partition in two rooms is divided, with the electrodes in the first end region of the room in the first room lying approach point are arranged and the second room with at least one Outflow opening for ionized gases formed by between the electrodes Arcs are generated, provided and the two rooms along their entire Extension are arranged in layers next to each other.
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.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.
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 Zu- und 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.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 connects the electrodes and thus and 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.
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.However, this means that the gases in the vicinity of the arc are strong are heated up and ionized and subsequently expand considerably. To one of them To avoid the resulting destruction of the arrester housing, this is with an opening, through which the heated gases can escape.
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.In this way, 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.
Die US-PS-2 329 219 offenbart eine Überspannungableiteinrichtung, gemäß Oberbegrifft des Anspruchs 1 und zeigt eine Funkenstrecke umfassend zwei Elektroden, die auf Stopfen
festgelegt sind. Diese Stopfen sind in die Stirnseiten eines Rohres eingesetzt, sodaß die
Elektroden innerhalb des Rohres voneinander beabstandet liegen. Das Rohr umgebend ist ein
zweites Rohr angeordnet, dessen Stirnseiten mit Ausnahme einer Auslaßöffnung verschlossen
sind. In die Wandung des Rohres sind Schlitze eingelassen. Die US-PS-2 329 219 umfaßt
aufgrund dieses Aufbaus einen ersten, die Elektroden beinhaltenden Raum (gebildet durch
das Inneren des ersten Rohres); einen zweiten, mit einer Ausströmöffnung versehenen
zweiten Raum (gebildet durch den Bereich zwischen dem zweiten und dem ersten Rohr) und
eine mit Durchbrechungen versehene Trennwand zwischen besagten beiden Räumen (gebildet
durch die mit den Schlitzen versehene Wandung des ersten Rohres). US-PS-2 329 219 discloses a surge arrester according to the preamble of
In der FR-A-818 629 wird eine Funkenlöschkammer bzw. Gasableiteinrichtung eines Schaltgerätes beschrieben. Das Kontaktpaar jeder Polstrecke ist hier in einer eigenen FR-A-818 629 describes a spark extinguishing chamber or gas discharge device of a switching device. The contact pair of each pole section is here in its own
Löschkammer angeordnet, wobei diese Löschkammem in einem in sich geschlossenen Gehäuse untergebracht sind. Dieses Gehäuse ist von einer hohlquaderförmigen, um einiges größer als das Gehäuse ausgebildeten Kappe umgeben. Die Funkenlöschkammem weisen Öffnungen auf, die in den Raum zwischen Gehäuse und Kappe einmünden, welcher Raum mittels der Zwischenwände in mehrere Kammern unterteilt ist. Die Kappe weist im dem geschlossenen Gehäuse benachbarten Bereich eine Austrittsöffnung für die innerhalb der Löschkammern erzeugten ionisierten Gase auf, welche den in Fig.1 der FR-A-818 629 mit Pfeil symbolisierten Weg nehmen müssen.Extinguishing chamber arranged, these quenching chambers are housed in a self-contained housing. This housing is surrounded by a hollow cuboidal cap, which is somewhat larger than the housing. The spark quenching chambers have openings which open into the space between the housing and the cap, which space is divided into several chambers by means of the partition walls. In the area adjacent to the closed housing, the cap has an outlet opening for the ionized gases generated within the quenching chambers, which must take the path symbolized by the arrow in FIG. 1 of FR-A-818 629 .
Um die erwähnten, von den heißen ionisierten Gasen hervorgerufenen 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.To the mentioned damage caused by the hot ionized gases avoid the switches adjacent to an arrester could be made sufficiently robust or a sufficiently large distance between arresters and other components be left; however, both measures would entail a great deal of extra work - unduly large control cabinets or special switches with you.
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.It is an object of the invention to provide a surge arrester of the type mentioned at the beginning Specify the way in which the problems of thermal damage listed in objects located in the vicinity of the discharge device are avoided.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Durchbrechungen ausschließlich im zweiten, der Annäherungsstelle abgewandten Endbereich des ersten Raumes angeordnet sind und daß die Ausströmöffnung in dem der Annäherungsstelle benachbarten Bereich des zweiten Raumes angeordnet ist.According to the invention this is achieved in that the openings only in second end region of the first space facing away from the approach point and that the outflow opening in the area of the second room is arranged.
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.With this design, 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.
Die zwischen diesen beiden Räumen liegende Trennwand stellt ein von den ionisierten Gasen zu durchströmendes Hindernis dar, in welchem Wärmeenergie abgebaut werden kann.The partition between these two rooms is one of the ionized gases obstacle to be flowed through, in which thermal energy can be dissipated.
Das schichtartige nebeneinander Ordnen der beiden Räume ist aufgrund folgender Überlegungen besonders vorteilhaft: 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.The layering of the two rooms side by side is due to the following Considerations particularly advantageous: The overall height of a control cabinet device is in the Contrary to its width usually specified. By the one hit here The two structural units can be arranged side by side between the spark gap and the chamber Extend the spark gap and cooling chamber over the entire height of the arrester, this results in a particularly long flow path for the ionized gases and on the other hand the possibility of making the electrodes large and robust.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß innerhalb des Raumes Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen sind.In a further development of the invention it can be provided that within the room Flow control devices are provided.
Damit kann der von den ionisierten Gasen innerhalb des Gehäuses zurückzulegende Weg verlängert werden, wodurch eine stärkere Abkühlung erreichbar ist.This enables the path to be covered by the ionized gases within the housing be extended, whereby a stronger cooling can be achieved.
In diesem Zusammenhang kann weiters vorgesehen sein, daß innerhalb des Raumes von den ionisierten Gasen zu umströmende Prallwände und/oder zu durchströmende Siebe angeordnet sind.In this context it can further be provided that within the room of the ionized gases to flow around baffles and / or sieves to be flowed through are.
Derartige Bauteile tragen ebenfalls zur Erhöhung der Abkühlungswirkung der Kammer bei.Such components also contribute to increasing the cooling effect of the chamber.
Als günstig hat sich hierbei erwiesen, daß die Strömungsleiteinrichtungen, Prallwände und Siebe aus Kunststoff gebildet sind. It has proven to be advantageous that the flow control devices, baffle walls and Sieves are made of plastic.
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.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.
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.Alternatively, it can also be provided that the flow control devices, Baffle walls and screens made of a metal, e.g. Copper, iron or the like are formed.
Metalle weisen ein gutes Wärmeleit- und -aufnahmevermögen auf, wodurch die benannten Bauteile wie Kühlrippen wirken und einen besonders effektiven Wärmeabbau gewährleisten.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.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Elektroden eine an die Annäherungsstelle anschließende Funkenstrecke, wie z.B. Hörnerfunkenstrecke aufweisen.In a further embodiment of the invention it can be provided that the electrodes on spark gap connecting the approach point, e.g. Horn spark gap exhibit.
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.With such a spark gap, the arc ignited in the approach point quickly moved away from this, causing thermal damage in this area can be largely avoided. This also keeps the distance between the two electrodes unchanged after several derivations, which means that it remains the same Response voltage of the spark gap is guaranteed.
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.In this connection it can be provided that 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.
Derartige Materialien weisen ein ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig guter Temperaturbeständigkeit auf.Such materials have a sufficiently high electrical conductivity at the same time good temperature resistance.
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.Furthermore, it can be provided that at the end opposite the approach point 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.
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 Einzellichtbogens, sodaß die normale Versorgungsspannung diese nicht mehr weiterbrennen lassen kann und damit der Überspannung in aller Regel nachfolgende Netzfolgeströme begrenzt und unterbrochen werden können.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.
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.According to a particularly preferred embodiment of the invention, that 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.
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.After the thickness of the intermediate film can be manufactured very precisely, this arrangement can be used an exact electrode spacing independent of manufacturing tolerances and thus the height the ignition voltage can be specified relatively accurately.
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 addition, 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.
In weiterer Ausgestaltung dieser Erfindung-Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der elastische Bauteil durch eine Schraubenfeder gebildet ist. In a further embodiment of this embodiment of the invention it can be provided that the elastic component is formed by a coil spring.
Mithilfe dieses Federntyps kann eine relativ große Kraft auf die zweite Elektrode ausgeübt werden, was ein zuverlässiges Andrücken der Elektrode an die Zwischenfolie erlaubt.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.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten
Ausführungsformen näher erläutert. Die einzelnen Zeichnungsfiguren stellen folgendes dar:
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.The surge arrester according to Fig.1 comprises two electrodes 1 u. 2 that
are arranged at a distance from one another in a
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.In the example shown, a
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.If the voltage applied to the
Vorgesehen ist, 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.It is provided that said
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.The
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.When flowing through said
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.The extent of the cooling of the ionized gases depends directly on the length of the path
they must travel within the
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.Another option is to increase the length of time that the ionized gases remain in
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.The material of the
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.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.
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.In contrast to FIG. 1, the housing interior of the exemplary embodiment according to FIG. 2 is not
made in one piece, rather a
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.The
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.3a, b and 4 is a particularly preferred one, already for installation in a control cabinet
suitable embodiment of the invention shown. As best seen in Fig.4,
here the two
Das hierfür 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.The
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.The
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.In their shape, the
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.The use of
Wie in Fig. 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.As in FIG. 1, the
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. This type of arrangement of
Die gemäß der Erfindungsaufgabe zu erreichende Abkühlung der ionisierten Gase wird dadurch in besonders hohem Umfang erreicht.The cooling of the ionized gases to be achieved in accordance with the invention task is thereby achieved to a particularly large extent.
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.The actually resulting electrode distance in the
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 order to remedy this disadvantage, the invention provides for the
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.In the
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.Although this type of adjustment of the electrode distance is only shown in Fig.3a
, this can also be the case with differently designed
Claims (10)
- Overvoltage arrester device comprising two electrodes (1, 2) arranged spaced apart from one another and forming an approach point (7), and a housing (3) which is subdivided into two spaces (13, 8) by means of a partition (12) provided with openings (15), wherein the electrodes (1, 2) are arranged in the first space (13) with the approach point (7) being located in the first end region of the space (13) and the second space (8) is provided with at least one outflow opening (6) for ionized gases which are generated by arcs formed between the electrodes (1, 2) and the two spaces (13, 8) are arranged lying next to one another in the manner of layers along their entire extent, characterized in that the openings (15) are arranged exclusively in the second end region, facing away from the approach point (7), of the first space (13) and in that the outflow opening (6) is arranged in the area of the second space (8) adjacent to the approach point (7).
- Overvoltage arrester device according to Claim 1, characterized in that flow guiding devices (9) are provided within the space (8).
- Overvoltage arrester device according to Claim 1 or 2, characterized in that baffles (10), around which the ionized gases are to flow, and/or screens (11), through which the ionized gases are to flow, are arranged within the space (8).
- Overvoltage arrester device according to Claim 2 or 3, characterized in that the flow guiding devices (9), baffles (10) and screens (11) are formed of synthetic material.
- Overvoltage arrester device according to Claim 2 or 3, characterized in that the flow guiding devices (9), baffles (10) and screens (11) are formed of a metal such as, e.g. copper, iron or the like.
- Overvoltage arrester device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (1, 2) exhibit a spark gap (14) such as, e.g. a horn spark gap, which adjoins the approach point (7).
- Overvoltage arrester device according to Claim 6, characterized in that the electrodes (1, 2) are formed of copper, iron, iron-coated copper, sintered tungsten-iron or tungsten-copper composite material or the like or, respectively, of combinations of these materials, at least in the area of the spark gap (14).
- Overvoltage arrester device according to Claim 6 or 7, characterized in that at least one electrode element (16) such as, e.g. a plate, which at least protrudes into the space delimited by the electrodes (1, 2) and is preferably wholly arranged within this space, is arranged at the end of the spark gap (14) opposite to the approach point (7).
- Overvoltage arrester device according to one of the preceding claims, characterized in that the first electrode (1) is mounted rigidly and the second electrode (2) is mounted moveably within the housing (3), in that an intermediate foil (17) resting against the first electrode (1) is arranged in the approach point (7) and in that the second electrode (2) can be moved in the direction of the first electrode (1) by means of an elastic component (18) such as, e.g. a spring, and can be pressed against the intermediate foil (17).
- Overvoltage arrester device according to Claim 9, characterized in that the elastic component (18) is formed by a helical spring.
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