EP1119890A1 - Funkenstreckenanordnung - Google Patents

Funkenstreckenanordnung

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Publication number
EP1119890A1
EP1119890A1 EP99948801A EP99948801A EP1119890A1 EP 1119890 A1 EP1119890 A1 EP 1119890A1 EP 99948801 A EP99948801 A EP 99948801A EP 99948801 A EP99948801 A EP 99948801A EP 1119890 A1 EP1119890 A1 EP 1119890A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spark gap
arrangement according
gap arrangement
intermediate chamber
chamber
Prior art date
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Granted
Application number
EP99948801A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1119890B1 (de
Inventor
Peter Hasse
Peter Zahlmann
Raimund König
Georg Wittmann
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Publication of EP1119890A1 publication Critical patent/EP1119890A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1119890B1 publication Critical patent/EP1119890B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01T4/04—Housings
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a spark gap arrangement for use in the power supply, in particular in low-voltage networks with an arc chamber, within which arcing takes place between two electrodes (preamble of claim 1).
  • the object or problem of the invention is to design a spark gap arrangement according to the preamble of claim 1 so that the gases emerging from it do not bring about the disadvantages explained in relation to the prior art, while on the other hand the disadvantages of the known, completely encapsulated and externally completed constructions of spark gap arrangements (for example according to DE 195 06 057 AI) are avoided.
  • an intermediate chamber (storage chamber) is connected downstream of the arc chamber, the volume of which is considerably larger than . the volume of the arc chamber, a pressure-resistant, preferably metallic flow channel serving as the connection between the arc chamber and the intermediate chamber.
  • the intermediate chamber receives the hot gases and decomposition products produced in the arc chamber.
  • the pressure wave is broken down and cooled. This cooled and resting gas can then either remain in the storage chamber or be released into the environment.
  • a spark gap arrangement according to claim 1 with at least one outlet opening for the hot, pressurized gases formed by the arcing, and is characterized in that the intermediate chamber has one or more outlet openings or channels for the gases.
  • Claim 3 specifies a preferred ratio of the volume size of the arc chamber to the volume size of the intermediate chamber.
  • the subclaims 4 to 7 contain options for increasing the heat dissipation and thus the cooling effect of the intermediate chamber, wherein in the case of the arrangement of plastics which emit extinguishing gas, there is also evaporative cooling. At the same time, the electrical conductivity of the escaping gases is reduced due to the cooling. This is also an advantage (see the state of the art above).
  • the invention also makes it possible, through targeted coordination of individual measures, pressure and mass throughput To optimize the temperature of the escaping gases or to adapt them to technical application requirements.
  • the possible influencing of the mass flow rate * is of importance, which is determined or determined by the ratio of the inflow cross section of the gases into the intermediate chamber (and the gas quantity flowing thereby) to the outflow cross section from the intermediate chamber (and the gas quantity thus flowing out).
  • the amplitude and steepness of the pressure wave of the escaping gases can also be influenced. If, for example, the outflow cross section of the gases from the intermediate chamber is very much smaller than the inflow cross section of the gases into the intermediate chamber, the gases remain in the intermediate chamber for a longer time.
  • the volume of the intermediate chamber must then be dimensioned such that the entire amount of gas that explodes in the arc chamber can be absorbed by it (see claim 12).
  • it is essential that the dimensioning of the inflow cross section into the intermediate chamber is so small that it "clogs" the nozzle to a certain extent and the gas flow practically comes to a standstill. This reduces the cooling effect and thus also the energy conversion in the arc, so that the pressure development remains relatively low. This makes it possible to dispense with the outlet openings, at least in the case of smaller lightning currents.
  • Fig. 4 - 6 Execution of the invention with a "pressure or” overpressure device ".
  • the above representations each in cross-section and without an accurate representation of the arc chamber and the intermediate chamber.
  • Fig. 7 one intended for use in practice
  • Embodiment also in cross section.
  • the spark gap arrangement 1 consists of a one-piece housing 2 which has an arc chamber 3, a through-flow channel 4, an intermediate chamber 5 and an outlet opening or an outlet channel 6. Parts that are not necessary for understanding the invention, such as the electrodes, are not shown in the drawing.
  • the flow-through channel 4 connects the arc chamber 3 to the intermediate chamber 5, while the outlet opening or the outlet channel (a plurality of outlet channels or openings can also be provided) connects the intermediate chamber 5 to the external environment of the spark gap arrangement 1.
  • the pressure Pl and the temperature T1 in the arcing chamber 3 are correspondingly greater than the pressure P2 and the temperature T2 in the intermediate chamber 5.
  • the substantially larger volume of the intermediate chamber 5 with the outlet channel provided by the invention is not correctly represented in relation to the volume of the arc chamber 3 with the flow channel 4.
  • the intermediate chamber 5 would have to be drawn correspondingly larger or "more voluminous".
  • the preferred ratio of the volumes of 3 and 4 to the volumes of 5 and 6 is approximately 1:10.
  • the through-flow channel 4 can be designed in the form of a nozzle. Furthermore, by choosing its outlet cross section 4 1 (D1) into the intermediate chamber and the inlet cross section 6 1 (D2) from the intermediate chamber into the
  • Outlet channel 6 the mass flow rate * m can be influenced.
  • a spark gap arrangement according to the invention can either be in one piece (see the exemplary embodiments) or in two pieces.
  • the first piece consists of the arc chamber 3 with a flow channel 4 and the second piece of the intermediate chamber 5 with an outlet channel 6. Both are firmly connected to one another, e.g. by screwing their housings together.
  • the outlet channel 6 or corresponding outlet channels can be provided with further means for reducing the pressure and temperature of the gases. These can be, for example (not shown in the drawing), nozzle-shaped designs and / or further intermediate chambers.
  • FIG. 2 A further two-part embodiment is shown in FIG. 2 with a one-piece housing 7 and two inserts 8 and 9, one of which has the arc chamber 3 and the other has the throughflow channel 4. In this case, the outlet opening 6 is led laterally out of the housing 7.
  • the two-part design according to FIG. 2 has the advantage that the two individual parts can be replaced in accordance with their wear.
  • Fig. 3 also shows that the flow channel 4 is extended according to number 4 "into the intermediate chamber 5 and ends there in side openings 11 which pass the hot gases to the left and right and up and down in the intermediate chamber 5 until they pass through a transverse bore 12 into the outlet channel 6.
  • This guiding of the gases over longer distances (so-called “detours") further contributes to the cooling and pressure relief of the gases.
  • Be controlled type of pressure relief valves. 4 shows a ball 13 which is pressed upwards under the pressure of a spring 14. According to number 15, the gases in the intermediate chamber 5 press against the ball from above. From a certain pressure of the gases, the ball deflects downward against the action of the compression spring 14, so that the gases can flow out according to number 16.
  • the spring force 14 is set such that the ball 13 only releases the path of the gases from 15 to 16 at a maximum load, that is to say only above a critical limit, and the blowing can thus take place. The blow-out process would therefore only take place in rare cases, for example an extremely large lightning or short-circuit current.
  • the blow-out pressure such as when opening an overpressure valve also as an indicator of a pressure load, e.g. be used for a defect display or defect report; so that the operator of the system can initiate specified measures in this case, or at least check the operator and the associated parts.
  • Such displays are shown in the embodiments of FIGS. 5 and 6.
  • the pressure generation by the arc is to be used to register or count a response of the spark gap.
  • a membrane 17 is provided, which is bent downwards under the pressure 15 of the gases in the intermediate chamber 5 when a limit value is reached (see dashed line 17 '), thereby closing a switch 18 and thus causing a corresponding message. At the same time, this can be a status message from the collector. If the limit load is exceeded, the arrester can also be switched off. It is also possible to connect a central evaluation device.
  • pressure generation by the arc is to be used in order to achieve both pressure relief and signaling at a desired pressure value.
  • a conical sealing part 19 corresponding to the ball 13 is provided, which, under the action of springs 20, initially blocks the gas flow path 15/16 until the pressure according to number 15 becomes so great that the cone 19 decreases against the action of the springs 20 moved below and the gas can flow out.
  • a circuit board 21 comes to two contacts 22 Circuit of a signaling or signaling system closed to carry out such a message.
  • the throughflow channel 4 has the same diameter as the arc chamber 3 for reasons of design simplification.

Description

"Funkenstreckenanordnung"
Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenaπordnung zum Einsatz in der Stromversorgung, insbesondere in Niederspaπ- nungsnetzen mit einer Lichtbogenkammer, innerhalb derer zwischen zwei Elektroden der Lichtbogenüberschlag erfolgt (Oberbegriff des Anspruches 1) .
Leistungsfähige Blitzstrom-Ableiter mit folgestrαmbegrenzeπ- den Eigenschaften, wie sie in Niederspannungsnetzen zum Schutz gegen Blitzbeeinflussungen eingesetzt werden, stoßen die im Funkenstreckenraum (Lichtbogenkammer) während des Ableitvorganges durch den Lichtbogen produzierten heißen, ionisierten Gase mit relativ hohem Druck in Form einer Druckwelle über definierte Austritts- bzw. Ausblasöffnungen aus. Dadurch wird erreicht, daß die durch den Ableitvorgang und den damit verbundenen hohen Energieumsatz an der Fuπken- strecke entstehenden extremen Druck- und Temperaturbelastun- gtsn soweit reduziert werden, daß solche Abieiter in kleinen, kostengünstigen Gerätegehäusen untergebracht werden können. Solche Funkenstreckenanordnungeπ sind beispielsweise aus DE 196 19 334 AI bekannt, sowie Inhalt der älteren, aber nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 197 17 802. Bei derartigen Funkenstreckenanordnungen besteht aber durch die ausgestoßenen ionisierten und damit leitfähigeπ Gase für das unmittelbare elektrische Umfeld die Gefahr, daß un- kontrolliert Störlichtbögen gezündet werden, welche die Verfügbarkeit der Anlage empfindlich herabsetzen können. Um dies auszuschließen, geben die Hersteller solcher Abieiter einen Sicherheitsabstand relativ zum Abieiter an, innerhalb dessen sich keine anderen elektrischen Betriebsmittel befin- den dürfen. Dadurch entsteht der Nachteil, daß die oft günstigen, geringen Abmessungen der Abieiter selbst nicht effektiv in eine Platzersparnis in der Anwendung umgesetzt werden können. Zusätzlich ist zu beachten, daß die sich explosionsartig ausbreitende Druckwelle während des Ableit- Vorganges von dem gesamten Installationsumfeld (z.B. Verteilergehäuse) ebenfalls getragen werden muß. Vor allem diese Forderung erzwingt eine gezielte Auswahl der Installationsgehäuse nach diesen Kriterien, deren Wirksamkeit nur durch Blitzstromtests im Stoßstromlabor nachzuweisen ist. Deshalb empfehlen die Ableiterhersteller geeignete, zu diesem Zweck geprüfte Einbaugehäuse, die der Planer/Installateur verwenden muß. Dies schränkt den möglichen Projektspielraum erheblich ein und verursacht zusätzlich Prüfkosten. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Anwendungsfällen, wo die oben genannten Sicherungsmaßnahmen nicht realisiert werden können (z.B. Ex-Schutz). Ferner besteht die Möglichkeit einer Gefährdung von Personen durch die aus der Austrittsöffnung austretenden heißen, ionisierten Gase, sofern sich die betreffende Person zu nahe an einer solchen Öffnung befin- det. Derartige Geräte sind dann trotz vorliegender Schutzbedürfnisse nicht einsetzbar.
Es sind zwar Lösungen bekannt (z.B. DE 195 06 057 AI), die auf hermetisch gekapselten, folgestromlöschfähigen Funkenstrecken basieren. Hiermit werden zwar all die Nachteile vermieden, die vorstehend zum Vorhandensein von Austrittsöffnungen und dem Austreten der unter Druck und hoher Tempe- ratur stehenden Gase aus diesen Öffnungen erläutert sind. Allerdings besitzen hermetisch gekapselte Funkenstrecken- aπordnungen nur eine eingeschränkte Stoßstromtragfähigkeit bzw. ein für viele Anwendungsfälle unzureichendes Folge- stromlöschvermögen . Sie sind also nicht sehr leistungsfähig. Darüber hinaus bedingen derartige Konstruktionen Hochleistungswerkstoffe und stellen erhebliche Anforderungen an die mechanische und thermische Belastbarkeit aller Konstruktionskomponenten.
Demgegenüber besteht die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung darin, eine Funkenstreckenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß die aus ihr austretenden Gase nicht die zum Stand der Technik erläuterten Nachteile bewirken, wobei andererseits die Nachteile der bekannten, völlig in sich abgekapselter und nach außen abgeschlossener Konstruktionen von Funkenstreckenaπordnungen (z.B. gemäß DE 195 06 057 AI) vermieden sind.
Zur Lösung dieser Aufgaben- bzw. Problemstellung wird, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, gemäß dessen Kennzeichen zunächst vorgesehen, daß der Lichtbogenkammer eine Zwischenkammer (Speicherkammer) nachgeschaltet ist, deren Volumen erheblich größer ist als . das Volumen der Lichtbogenkammer, wobei als Verbindung zwischen Lichtbogenkammer und Zwischenkammer ein druckfester, bevorzugt metallischer Durchströmkanal dient. Die Zwischenkammer nimmt die in der Lichtbogenkammer produzierten heißen Gase und Zersetzungsprodukte auf. Während dieser Zwischeπspeicherung erfolgt ein Abbau der Druckwelle und eine Abkühlung. Dieses abgekühlte und ruhende Gas kann anschließend entweder in der Speicherkammer verbleiben oder aber an die Umgebung abgegeben werden.
Dabei entsprechen diese Gase etwa den Umgebungsbedingungen, so daß auf Sicherheitsabstände, spezielle Installationsgehäuse und weitere, beim Stand der Technik vorgesehene Maß- nahmen verzichtet werden kann. Diese Wirkungsweise ergibt sich insbesondere daraus, daß das Volumen der Zwischenkammer wesentlich größer ist als das Volumen der Lichtbogenkammer, womit sich beim Übergang der Gase in die Zwischenkammer deren Druck wesentlich abbaut. Zugleich sinkt in der Zwischenkammer die Temperatur dieser Gase ab. Ferner wird dieser Effekt noch durch den genannten Durchströmkanal erhöht, der aufgrund seines geringen Querschnittes das Durchströmen der heißen Gase aus der Lichtbogenkammer in die Zwischenkammer verzögert.
Gemäß der bevorzugten Ausführung der Erfindung nach Anspruch 2 befaßt sie sich mit einer Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1 mit zumindest einer Austrittsöffnung für die durch den Lichtbogenüberschlag gebildeten, heißen, unter Druck stehenden Gase und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer eine oder mehrere Austrittsöffnungen oder -kanäle für die Gase aufweist. Dies unterstützt die vorstehend geschilderte Kühlung und den Druckwellenabbau der ionisierten Gase, so daß diese die Zwischenkammer durch die genannten Austrittsöffnuπgen gezielt und unschädlich in die Umgebung verlassen können.
Anspruch 3 gibt ein bevorzugtes Verhältnis der Volumengröße der Lichtbogenkammer zur Volumengröße der Zwischenkammer an.
Die Unteransprüche 4 bis 7 beinhalten Möglichkeiten, die Wärmeableitfähigkeit und damit Kühlwirkung der Zwischenkammer zu verstärken, wobei im Falle der Anordnung von Löschgas abgebenden Kunststoffen noch eine Verdampfungskühlung hinzukommt. Zugleich wird aufgrund der erfolgten Kühlung die elektrische Leitfähigkeit der ausströmenden Gase reduziert. Auch dies ist (siehe die obigen Ausführungen zum Stand der Technik) ein Vorteil.
Die Erfindung ermöglicht es ferner, durch gezielte Abstimmung einzelner Maßnahmen, Druck und Massendurchsatz und Temperatur der austretenden Gase zu optimieren bzw. auf anweπdungstechnische Belange abzustimmen. Hierzu ist die mögliche Beeinflussung des Massendurchsatzes * von Bedeu- m tung, der durch das Verhältnis des Einströmquerschnittes der Gase in die Zwischenkammer (und der damit einströmenden Gasmenge) zum Ausströmquerschπitt aus der Zwischenkammer (und der damit ausströmenden Gasmenge) festgelegt bzw. bestimmt wird. In Verbindung mit einer entsprechenden Auslegung der Größe des Volumens der Zwischenkammer kann hier- durch auch die Druckwelle der austretenden Gase in ihrer Amplitude und Steilheit beeinflußt werden. Ist beispielsweise der Ausströmquerschπitt der Gase aus der Zwischenkammer sehr viel kleiner als der Einströmquerschnitt der Gase in die Zwischenkammer, so verweilen die Gase in der Zwi- schenkammer längere Zeit. Sie werden entsprechend weiter abgekühlt und erst nach dieser, längeren Verweilzeit an die Umgebung abgegeben. Durch diesen "Verweileffekt" wird die erläuterte Zwangskühlung in der Zwischenkammer erreicht, die noch durch zusätzliche wärmeabführende Maßnahmen (siehe Ansprüche 4 bis 6) verstärkt werden kann. Dabei sollte stets darauf geachtet werden, daß das Volumen des Hochdruckbereiches (Lichtbogenkammer und Durchströmkanal) wesentlich kleiner ist als das Volumen des Niederdruckbereiches (Zwischenkammer und Austrittsöffnungen) . Gemäß Beschreibung der vorgenannten Maßnahmen und der Einstellung des Massendurchsatzes kann während der Folgestromlöschung eine Steuerung des Ausblasverhaltens dieser Funkenstreckenanordnung vorgenommen werden.
In der Praxis werden bei der Unterbrechung des Netzfolgestromes (Kurzschlußstromes) sich quasi stationäre Strömungsverhältnisse im Millisekundenbereich bilden. Die Zwischenkammer beeinflußt diese Strömungsverhältnisse nur gering. Bei folgestrombegrenzenden Funkenstrecken mit ihrem geringen Durchlaßintegral und damit geringem Leistungsumsatz ist es möglich, die gesamte in der Lichtbogenkammer produzierte Gasmenge in der Zwischenkammer zu speichern. Bei Realisie- ruπg einer ausreichenden Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil kommt auch die angestrebte Gasströmung hier nicht zum Erliegen, so daß man bei solchen Gerätetypen auf Austrittsöffnuπgen verzichten kann. Bei den im Mikrosekundenbereich liegenden Vorgängen der Blitzstromableitung (Stoßstromableitung) kommt der Größe der Zwischenkammer eine entscheidende Bedeutung zu, denn hierbei ist der Aufbau einer quasi stationären Strömung nicht möglich. In solchen Fällen setzt die erläuterte Wirkung der Erfindung ein. Die Zwischenkammer muß dann in ihrem Volumen so bemessen sein, daß die gesamte, explosionsartig in der Lichtbogenkammer entstehende Gasmenge von ihr aufgefangen werden kann (siehe Anspruch 12). In dem Zusammenhang ist es wesentlich, daß die Dimensionierung des Einströmquerschnittes in die Zwischenkammer derart gering ist, daß es hierdurch gewissermaßen zu einer "Düsenverstopfung" kommt und die Gasströmung praktisch zum Erliegen kommt. Hiermit sinkt die Kühlwirkung und damit auch der Energieumsatz im Lichtbogen, so daß die Druckentwicklung relativ gering bleibt. Damit wird es möglich, zumindest bei kleineren Blitzströmen auch hier auf die Austrittsöffnungen zu verzichten.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfinduπgsge äßen Ausführungs- möglichkeiteπ zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1: eine schematische Darstellung des Erfindungs- prinzipes ,
Fig. 2 und 3: Ausführungsmöglichkeiten dieses Prinzipes,
Fig. 4 - 6: Ausführung der Erfindung mit einer "Druck- bzw, "Überdruckeinrichtung" . Die vorstehenden Darstellungen jeweils im Querschnitt und ohne maßstabsgeπaue Darstellung der Lichtbogenkammer und der Zwischenkammer.
Fig. 7: eine für den Einsatz in der Praxis bestimmte
Ausführungsform, ebenfalls im Querschnitt.
Die Funkenstreckeπanordnung 1 besteht in der schematischen Darstellung der Fig. 1 aus einem einstückigen Gehäuse 2, das eine Lichtbogenkammer 3, einen Durchströmkanal 4, eine Zwischenkammer 5 und eine Austrittsöffπung bzw. einen Austrittskanal 6 aufweist. Zum Verständnis der Erfindung nicht erforderliche Teile, wie beispielsweise die Elektroden, sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Durchströmkanal 4 verbindet die Lichtbogenkammer 3 mit der Zwischenkammer 5, während die Austrittsöffnung bzw. der Austrittskanal (es können auch mehrere Austrittskanäle bzw. -Öffnungen vorgesehen sein) die Zwischenkammer 5 mit der äußeren Umgebung der Funkenstreckenanordnung 1 verbindet. Der Druck Pl und die Temperatur Tl in der Lichtbogenkammer 3 sind entsprechend größer als der Druck P2 und die Temperatur T2 in der Zwischenkammer 5.
Aus Gründen der zeichnerischen Darstellung ist das mit der Erfindung vorgesehene, wesentlich größere Volumen der Zwischenkammer 5 mit Austrittskanal in Relation zu dem Volumen der Lichtbogenkammer 3 mit Durchströmkanal 4 nicht korrekt dargestellt. Es müßte an sich die Zwischenkammer 5 entsprechend größer bzw. "voluminöser" gezeichnet sein. Das bevorzugte Verhältnis der Volumina von 3 und 4 zu den Volumina von 5 und 6 beträgt etwa 1 : 10. Der Durchströmkanal 4 kann düsenförmig ausgebildet sein. Ferner kann durch Wahl seines Austrittsquerschnittes 41 (Dl) in die Zwischenkammer und des Eintrittsquerschnittes 61 (D2) aus der Zwischenkammer in den
Austrittskanal 6 der Massendurchsatz *m beeinflußt werden.
Ist 61 kleiner als 4', so kann zwar bei 4' eine größere Gasmenge austreten und in die Zwischenkammer 5 eintreten; während aber der kleinere Querschnitt 6' den Austritt der
Gase aus der Zwischenkäufer verhindert bzw. bremst.
Zur Kühlung der in die Zwischenkammer 5 eingebrachten Gase können deren Innenwände 5' metallisch und/oder mit einem bei Erhitzung Löschgas abgebenden Kunststoff belegt sein. Auch können dort zusätzliche Wärmeabführungen, wie Kühlflächen oder Kühlrippen angebracht sein.
Eine Funkenstreckenanordnung nach der Erfindung kann entweder einstückig (siehe die Ausführungsbeispiele) oder zweistückig sein. Im letztgenannten Fall besteht das erste Stück aus der Lichtbogenkammer 3 mit Durchströmkanal 4 und das zweite Stück aus der Zwischenkammer 5 mit Austrittskanal 6. Beide sind miteinander fest verbunden, z.B. durch Verschrau- bungen ihrer Gehäuse miteinander.
Der Austrittskanal 6 bzw. entsprechende Austrittskanäle können mit weiteren Mitteln zur Reduzierung von Druck und Temperatur der Gase versehen sein. Dies können beispielsweise (in der Zeichnung nicht dargestellt) düsenförmige Gestaltungen und/oder weitere Zwischenkammern sein.
Eine weitere zweiteilige Ausführung zeigt Fig. 2 mit einem einteiligen Gehäuse 7 und zwei Einsätzen 8 bzw. 9, von denen einer die Lichtbogenkammer 3 und der andere den Durchströmkanal 4 aufweist. Die Austrittsöffnung 6 ist in diesem Falle seitlich aus dem Gehäuse 7 herausgeführt.
Die zweiteilige Ausführung nach Fig. 2 ergibt den Vorteil, daß die beiden Einzelteile jeweils entsprechend ihrem Verschleiß ausgetauscht werden können.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ähnlich dem der Fig. 2, so daß auch die Bezugsziffern 7, 8 und 9 wieder verwendet sind. Im übrigen ist hier das oben genannte Prinzip der "Verdampfungskühlung" dadurch realisiert, daß die Zwischen- kammer 5 inπeπseitig mit einer Auskleidung 10 aus einem Gas abgebenden Kunststoff (POM) versehen ist. Statt dessen könnte auch eine metallische Auskleidung oder Kapselung des Innern der Kammer 5 vorgesehen sein. Diese beiden Varianten, nämlich Auskleidung mit einem Gas abgebenden Kunststoff und mit einer Metallisierung oder Metallkapsel können auch kombiniert bei ein und derselben Funkenstreckenanordnung vorgesehen sein. Dies hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendungspraxis ab. Auch wären Kapselungen aus Kuπst- stoff oder Keramik möglich.
Fig. 3 zeigt ferner, daß der Durchströmkanal 4 gemäß Ziffer 4" in die Zwischenkammer 5 hinein verlängert ist und dort in seitlichen Öffnungen 11 endet, welche die heißen Gase nach links und rechts sowie nach oben und unten in die Zwischenkammer 5 weiterleiten, bis sie durch eine Querbohrung 12 in den Austrittskanal 6 gelangen. Diese Führung der Gase über längere Wege (sogenannte "Umwege") trägt weiter zur Abkühlung und Druckentlastung der Gase bei.
Schließlich kann der Austritt der Gase durch Verschlüsse in
Art von Überdruckventilen gesteuert sein. So zeigt Fig. 4 eine Kugel 13, die unter der Druckwirkung einer Feder 14 nach oben gedrückt wird. Gemäß Ziffer 15 drücken die in der Zwischenkammer 5 befindlichen Gase von oben gegen die Kugel. Ab einem bestimmten Druck der Gase weicht die Kugel gegen Wirkung der Druckfeder 14 nach unten aus, so daß die Gase gemäß Ziffer 16 ausströmen können. Die Federkraft 14 ist so eingestellt, daß nur bei einer Maximalbelastung, also erst oberhalb einer kritischen Grenze, die Kugel 13 den Weg der Gase von 15 nach 16 frei gibt und das Ausblasen somit erfolgen kann. Damit würde der Ausblasvorgang nur noch in seltenen Fällen, z.B. eines extrem großen Blitz- oder Kurzschlußstromes erfolgen. Dagegen würde für den Fall kleiner Stoß- ströme, bzw. während der Unterbrechung kleiner Netzfolgeströme die gesamte, in der Lichtbogenkammer oroduzierte Gasmenge in der Zwischenkammer verbleiben. Auch hieraus ergibt sich, daß die vorstehend erläuterten Austrittsöffnuπgen bzw. -kanäle nicht unbedingt vorhanden sein müssen, sondern nur in solchen Fällen, in denen die in der Lichtbogenkammer gebildeten Gase nicht vollständig von der Zwischenkammer aufgefangen und abgekühlt werden können.
Im übrigen kann der Ausblasdruck wie z.B. beim vorgenannten Öffnen eines Überdruckveπtiles auch als Indikator einer Druckbelastung, z.B. für eine Defektanzeige oder Defektmeldung verwendet werden; so daß für diesen Fall der Betreiber der Anlage spezifizierte Maßnahmen einleiten, zumindest den Abieiter und die zugehörigen Teile überprüfen kann. Solche Anzeigen sind in den Ausführungen der Fig. 5 und 6 dargestellt. Im Fall der Fig. 5 soll die Druckerzeugung durch den Lichtbogen dazu benutzt werden, ein Ansprechen der Funkenstrecke zu registrieren bzw. zu zählen. Dazu ist eine Membran 17 vorgesehen, die unter dem Druck 15 der in der Zwischenkammer 5 befindlichen Gase bei Erreichen eines Grenzwertes nach unten durchgebogen wird (siehe die gestrichelte Linie 17'), hierdurch einen Schalter 18 schließt und somit eine entsprechende Meldung bewirkt. Zugleich kann dies eine Zustandsmelduπg des Abieiters sein. Bei Grenzlastüberschreitungen können hierdurch auch Abschaltungen des Abieiters vorgenommen werden. Auch ist die Zuschaltung eines zentralen Auswertegerätes möglich.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 soll die Druckerzeugung durch den Lichtbogen benutzt werden, um bei einem gewünschten Druckwert sowohl eine Druckentlastung, als auch eine Signalisierung zu erreichen. Dazu ist ein der Kugel 13 funktionell entsprechender, kegelförmiger Dichtungsteil 19 vorgesehen, der unter der Wirkung von Federn 20 den Gasströmweg 15/16 zunächst versperrt, bis der Druck gemäß Ziffer 15 so groß wird, daß sich der Kegel 19 gegen Wirkung der Federn 20 nach unten bewegt und hiermit das Gas ausströmen kann. Bei entsprechender Absenkung des Kegels 19 kommt eine Schaltplatte 21 an zwei Kontakte 22. Hierdurch wird der Stromkreis einer Melde- oder Signalanlage zur Durchführung einer solchen Meldung geschlossen. Dies betrifft aber nur einen geringen Teil der in der Praxis vorkommenden Fälle; während für 80 - 90% der entstehenden Überströme, insbeson- dere Netzfolgeströme, das Überdruckventil in der Schließlage verbleibt .
Die Ausführung nach Fig. 7 besteht aus einem druckfesten Gehäuse 23, das einen Bodeπteil 24 und einen Kopfteil 25 stirnseitig umfaßt. Ferner sind auch hier eine Lichtbogenkammer 3, ein Durchströmkanal 4, eine Zwischenkammer 5 und Leitwege 11, 12 für den Austritt der vom Kanal 4 her kommenden Gase bei 6 vorgesehen. In diesem Fall hat aus Gründen der konstruktiven Vereinfachung der Durchströmkanal 4 den gleichen Durchmesser wie die Lichtbogenkammer 3.
Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre Kombinationen miteinander, sind erfindungswesentlich.

Claims

Patentansprüche:
Funkenstreckenanordnung zum Einsatz in der Stromversorgung, insbesondere in Niederspannungsnetzen, mit einer Lichtbogenkammer, innerhalb derer zwischen zwei Elektroden der Funkenstrecke der Lichtbogenüberschlag erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenkammer (3) eine Zwischeπkammer (5) nachgeschaltet ist, deren Volumen wesentlich größer ist als das Volumen der Lichtbogenkammer, wobei als Verbindung zwischen der Lichtbogenkammer und der Zwischenkammer ein druckfester, bevorzugt metallischer Durchströmkanal (4) dient.
Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1 mit zumindest einer Austrittsöffnung für die durch den Lichtbogenüberschlag gebildeten heißen, unter Druck stehenden Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer (5) eine oder mehrere Austrittsöffnungen oder -kanäle (6) für die Gase aufweist.
3. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Größe des Volumens des Hochdruckbereiches, bestehend aus Lichtbogenkammer (3) und Durchströmkanal (4) , zur Volumengröße des Niederdruckbereiches , bestehend aus der Zwischenkammer (5) und der Austrittsöffnung (6) , etwa wie 1 : 10 und die der Lichtbogenkammer (3) und der Zwischenkammer (5) wie 1 :
40 verhält.
4. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zwischenkammer (5) innenseitig metallische Wände oder Metallschichtbelegungen aufweist.
5. Funkenstreckenanordπung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Zwischenkammer (5) innenseitig mit einem bei Erhitzung ein Löschgas abgebenden Kunststoff (10) belegt sind .
6. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer (5) Mittel zur zusätzlichen Wärmeabführung aufweist.
7. Funkenstreckenaπordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch metallische Kühlerflächen oder Kühlrippen als Mittel zur zusätzlichen Wärmeabführung.
8. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmkanal (4) düsenför ig ausgebildet ist und einen kleineren Durchmesser als die Zwischenkammer besitzt.
Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Auslegung des Volumens der Zwischenkammer (5) und zugehöriger Dimensionierung des Austrittsquerschnittes (4') des Durchströmkanales (4) in Relation zum Eiπ- trittsquerschnitt (61) der Austrittsöffnung bzw. des Austrittskanales (6) die Amplitude und die Steilheit der Druckwelle der in der Lichtbogenkammer (3) entstehenden Gase beeinflußt bzw. gesteuert wird.
10. Fuπkeπstreckenanordπung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch
Wahl des Verhältnisses des Ausströmquerschnittes (4') des Durchströmkanales (4) zum Eintrittsquerschnitt (6') der Austrittsöffnung bzw. des Ausströmkanales (6) der
Massendurchsatz m der Gase durch die Funkenstreckenan-
Ordnung, insbesondere durch deren Zwischenkammer, festgelegt wird .
11. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgenannte Querschnittsverhältnis so groß gewählt wird, daß auch bei einem starken Stoßstrom praktisch keine Gase mehr aus der Austrittsöffnung (6) austreten.
12. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Zwischenkammer (5) so groß gewählt ist, daß die gesamte durch die Zündung in der Lichtbogenkammer (3) entstehende Gasmenge von ihr aufgefangen wird.
13. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer (5) mit den Austrittsöffnungen (6) entweder mit der Lichtbogenkammer (3) einstückig oder ein vom Gehäuse der Lichtbogenkammer getrenntes Bauteil ist, wobei zwischen beiden Bauteilen eine druckfeste mechanische Verbindung besteht.
14. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Austrittsöffnung (6) weitere Mittel zur Reduzierung von Druck und Temperatur der ausströmenden Gase vorgesehen sind .
15. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 14, dadurch ge- keπnzeichne , daß als weitere Mittel eine Düse und/oder weitere Zwischeπbehälter in der Austrittsöffnung dienen.
16. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmkanal in die Zwischenkammer (5) hineinragt und dort Führungen (11, 12) für das ausströmende Gas aufweist, die es nicht auf direktem Weg, sondern über "Umwege" zur jeweiligen Austrittsöffnung (6) leiten.
17. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung bzw. die Austrittsöffnungen (6) in Art eines Überdruckventiles mit einem durch Federwirkung (14; 20) in der Schließlage gehaltenen Abschlußteil (13; 19) nach außen abgeschlossen sind, und zwar derart, daß nur bei einem gewissen Überdruck der Gase eine Öffnung gegen Wirkung der Feder (14; 20) erfolgt.
18. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil mit einer Defektanzeige, -meidung oder -abschaltung (21, 22) im Falle eines Überdruckes vorgesehen ist.
19. Funkenstreckenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine druckbetätigte Meldeeinrichtung zur Umsetzung eines Druckereignisses in z.B. ein elektrisches Signal.
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