EP1381127A2 - Blitzstromtragfähige Funkenstrecke - Google Patents

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EP1381127A2
EP1381127A2 EP03001847A EP03001847A EP1381127A2 EP 1381127 A2 EP1381127 A2 EP 1381127A2 EP 03001847 A EP03001847 A EP 03001847A EP 03001847 A EP03001847 A EP 03001847A EP 1381127 A2 EP1381127 A2 EP 1381127A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spark gap
voltage
partial
spark
gaps
Prior art date
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EP03001847A
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English (en)
French (fr)
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EP1381127A3 (de
EP1381127B1 (de
Inventor
Jan Prof. Dr.-Ing. Meppelink
Michael Benzin
Jürgen Trinkwald
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.)
Obo Bettermann GmbH and Co KG
Original Assignee
Obo Bettermann GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Obo Bettermann GmbH and Co KG filed Critical Obo Bettermann GmbH and Co KG
Priority to SI200331991T priority Critical patent/SI1381127T1/sl
Publication of EP1381127A2 publication Critical patent/EP1381127A2/de
Publication of EP1381127A3 publication Critical patent/EP1381127A3/de
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Publication of EP1381127B1 publication Critical patent/EP1381127B1/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
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • 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
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series

Definitions

  • the invention relates to a lightning current carrying Spark gap with several series connected Spark gaps, where the spark gap consists of n sub-spark gaps exists, whose Arc voltage by series connection of the Partial spark gaps to n times the value of Arc voltage of a partial spark gap is brought, the partial spark gaps with Except for the first in the lightning current event attractive spark gap due to impedances are wired so that they are successive switch through, the second and the others Spark gaps directly connected to the impedances common reference potential, in particular to the free electrode of the last spark gap as Reference electrode are placed, the further Impedances are preferably formed by capacitors are.
  • Such a spark gap is from DE 197 42 302 A1 and DE 197 55 082 A1.
  • the response voltage can namely at Multiple spark gaps are not arbitrarily small can be set.
  • the reason for this is that successive ignition of the individual Partial spark gaps of the multiple spark gap and the cessation of the Strike distance of the partial spark gaps of the Multiple spark gap.
  • Figure 1 is a spark gap according to the state of the Technology shown.
  • the circuit shown in Figure 1 exhibits a multiple spark gap with a Variety of spark gaps connected in series FS1 to FSN on.
  • the partial spark gaps are included Except for the first in the lightning current event responsive spark gap FS1 due to impedances C2 to CN wired so that they are successive by turn.
  • the second and the others Spark gaps are directly connected via the impedances a common reference potential B, for example to the free electrode of the last spark gap FSN placed as a reference electrode.
  • the impedances C2 to CN are preferably in shape by capacities formed by capacitors. Parallel to everyone Spark gap is still a parallel capacitance CP1 up to CPN. With these parallel capacities it is everyone's own capacity Radio link.
  • connection is the Spark gap to a conductor of a Power supply network or the like protective conductor specified. If such Spark gap for the purpose of simulating the Response to a hybrid generator is connected, which is usually used for Verification of the performance of a Lightning arrester is used following picture.
  • the hybrid generator delivers in No load a lightning impulse voltage of 1.2 / 50 ⁇ s and when the spark gap is switched on 8/20 ⁇ s surge current.
  • When connecting the Hybrid generator on the spark gap shows up the successive response of the partial spark gap the multiple spark gap. After the full Ignition of all partial spark gaps of the Multiple spark gap arises at the Multiple spark gap from the anode and Cathode case of all partial spark gaps of the Multiple spark gap formed a voltage drop.
  • the current flow through the multiple spark gap starts with the first ignition of the first Partial spark gap and is due to the capacitive Control determined.
  • the actual surge current starts by igniting the whole Multiple spark gap.
  • the response voltage of a multiple spark gap can be reduced by a smaller stroke distance Partial spark gaps up to a lower limit be reduced by the tolerances at the Manufacturing is given.
  • a lightning arrester is always due to the mains voltage at the installation location and therefore for the correspondingly provided AC test voltage must be designed.
  • the invention proposes a new way to Lower the response voltage before.
  • the core of the Invention is that at least one, preferably all partial spark gaps of the Multiple spark gap by creating one Trigger voltage to the electrodes of the Partial spark gaps brought through becomes. With the appropriate triggering, the Response voltage set almost arbitrarily small become what the function of Multiple spark gap is extremely advantageous.
  • FIG. 2 A first implementation of the invention is shown in FIG.
  • the trigger voltage is generated using an auxiliary spark gap connected in parallel to the multiple spark gap, the response voltage of which is smaller than the response voltage of a partial spark gap of the multiple spark gap and has a flat surge characteristic.
  • the triggering is carried out by an auxiliary spark gap HFS1 and connection of partial spark gaps FS1 to FSN via a passive network of resistors W 1 to W N. If one simulates the behavior in such a circuit arrangement in comparison to an untriggered multiple spark gap on a hybrid generator, it can be seen that the auxiliary spark gap HFS1 is set to a response voltage far below the response voltage of the partial spark gaps FS1 to FSN.
  • this auxiliary spark gap HFS1 does not have to carry lightning current, a known noble gas-filled spark gap can be used, which is characterized by a low response lightning impulse voltage of 700 volts and a flat surge characteristic.
  • a voltage pulse is simultaneously connected to the connected partial spark gaps FS1 to FSN via the current limiting resistors W 1 to W N.
  • the voltage pulse is also present at the last partial spark gap FSN, which is connected to the reference potential or ground potential.
  • the control capacitors C2 to CN are charged via the current limiting resistors W 1 to W N.
  • the Current limiting resistors can be set in this way be that the lightning current does not have the Auxiliary spark gap HFS1 flows, but through all Partial spark gaps FS1 to FSN the Multiple spark gap.
  • the circuit according to FIG. 2 is supplemented by the additional switching on of one or more varistors V 1 , V 2 .
  • the connection of several varistors in series connection reduces the capacitance of the varistors effective in the series connection and consequently has an advantageous effect on the voltage distribution in the case of AC voltage, in particular in the case of AC test voltage.
  • FIG 4 is a variant of a corresponding Circuit shown.
  • This is an electronic Threshold switch, preferably a Schmitt trigger used with a freely selectable Voltage value the switching transistor T turns on. This makes it possible, too Tensions below that of inert gas-filled Spark gaps given limit of about 700 volts to switch and the adverse effects of Shock characteristic of a spark gap filled with inert gas to avoid.
  • Analogous to the embodiment Figure 2 and 3 are again here Current limiting resistors and control capacities intended.
  • FIG. 5 A development of this circuit is shown in FIG. 5, a plurality of varistors V 1 , V 2 again being switched on, as can be seen in FIG. 5.
  • the use of several varistors in series connection reduces the capacitance of the varistors effective in the series connection and therefore has an advantageous effect on the voltage distribution in the case of AC voltage, in particular in the case of AC test voltage.
  • the triggering is carried out by a Auxiliary spark gap HFS1 with pulse transformer TRA and connection of partial spark gaps via one passive network of resistors (Current limiting resistors).
  • FIG. 6 is a circuit with a Auxiliary spark gap HFS1 shown, their function already using the exemplary embodiment according to FIG. 2 was explained.
  • the auxiliary spark gap is HFS1 in series with a TRA transformer Generation of a higher voltage pulse for Triggering the partial spark gaps FS1 to FSN the Multiple spark gap switched.
  • the Series resistance in the branch of the primary winding (in the drawing above right) of the transformer TRA serves to limit the current and thus to protect the Transformer.
  • the secondary voltage of the Secondary winding lies in the same way as the described other embodiments to the Partial spark gaps FS1 to FSN the Multiple spark gap.
  • the transformer TRA is switched so that the polarity is reversed becomes. This means that when the Auxiliary spark gap HFS1 with a positive Voltage at the output of the secondary side of the Transformers TRA against reference potential or Earth potential there is a negative voltage that accordingly advantageous to ignite of the partial spark gaps of the multiple spark gap effect.
  • FIG. 7 shows in a further development the triggering by an auxiliary spark gap HFS1 with several pulse transformers TR1 to TRN and connection of partial spark gaps FS1 to FSN via a passive network of resistors W 1 to W N (current limiting resistors).
  • the transformers TR1 to TRN are arranged on each partial spark gap of the multiple spark gap with the exception of the first partial spark gap FS1.
  • the transformers TR1 to TRN are switched in such a way that the polarity is reversed, i.e. when the auxiliary spark gap HFS1 is ignited at a positive voltage, a negative voltage is present at the output of the secondary side of the transformers TR1 to TRN with respect to the reference potential or ground potential.
  • a current limiting resistor is also connected between the auxiliary spark gap HFS1 and the network of transformers TR1 to TRN.
  • FIG. 8 Another possible circuit arrangement is in Figure 8 shown. This is where the triggering takes place with auxiliary spark gaps HFS1 and HFS2 with Generation of an oscillating surge voltage and Connection of partial spark gaps FS1 to FSN via a passive network of resistors (Current limiting resistors).
  • FIG. 8 shows a corresponding circuit with two auxiliary spark gaps HFS1 and HFS2, which are used to generate a higher voltage pulse for triggering the partial spark gaps FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • the current voltage present at the multiple spark gap initially ignites the auxiliary spark gap HFS1, which charges the capacitor C S until the ignition voltage of the auxiliary spark gap HFS2 is reached.
  • the auxiliary spark gap HFS2 ignites and switches the charged capacitor C S via the inductor L coil to the capacitors C B , on which approximately twice the voltage of the capacitor C S occurs.
  • the higher trigger voltage the ignition behavior improves compared to the circuit, for example according to FIG.
  • the capacitor C S has approximately 10 times the capacitance of the capacitor C B.
  • the second auxiliary spark gap and the capacitor C S can be omitted.
  • FIG. 8 can also be used and FIG. 9 shows a Schmitt trigger as Threshold switches are used, which at a freely selectable voltage value Switching transistor turns on, which makes it possible is, even tensions below the limit given by inert gas-filled spark gaps of about 700 volts to switch and the disadvantageous Effects of the impact characteristic of an inert gas-filled one Avoid spark gaps.
  • FIG. 10 Analogous to the circuit according to FIG. 7, an arrangement of transformers TR1 to TRN is provided according to FIG. 10, the trigger voltage being applied to metallic electrodes within the insulation between the electrodes of each partial spark gap FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • FIG. 11 shows an example of a similar trigger circuit with connection via resistors W 1 to W N to the metallic electrode within the insulation between the electrodes of each partial spark gap FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • spark gap metallic trigger electrode is in Figure 12 and 13 shown.
  • the two electrodes of the Spark gaps FS are designated E1 and E2.
  • An insulation I is arranged between them, within which the metallic trigger electrode T is arranged.
  • the electrodes E1 and E2 circular flat washers while the insulation I is a ring body made of insulating material and likewise the metallic trigger electrode T. is metallic ring part.
  • the invention is based on the exemplary embodiments clarifies, the embodiments none Mean limitation.
  • the pictorial Representations in the exemplary embodiments pointed out that the corresponding Circuit arrangement from these graphic Representations is clearly visible, so that a further explanation of the circuit is unnecessary.
  • the invention is not based on that Embodiments limited, but in the frame the overall revelation is often variable.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Insulators (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Um eine blitzstromtragfähige Mehrfachfunkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten Teilfunkenstrecken wobei die Teilfunkenstrecken (FS) mit Ausnahme der im Blitzstromereignisfall ersten ansprechenden Funkenstrecke (FS1) durch Impedanzen (C2-CN) beschaltet sind, so dass sie sukzessive durchschalten, wobei die zweite und die weiteren Funkenstrecken (FS2-FSN) über die Impedanzen direkt an ein gemeinsames Bezugspotential, zu schaffen, bei der die Ansprechspannung reduziert wird, wird vorgeschlagen, dass mindestens an die Elektroden einer der Teilfunkenstrecken (FS1-FSN) eine Triggerspannung angelegt ist, mittels derer die Teilfunkenstrecke zum Durchschalten gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine blitzstromtragfähige Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten Funkenstrecken, wobei die Funkenstrecke aus n-Teilfunkenstrecken besteht, deren Lichtbogenbrennspannung durch Reihenschaltung der Teilfunkenstrecken auf den n-fachen Wert der Lichtbogenbrennspannung einer Teilfunkenstrecke gebracht ist, wobei die Teilfunkenstrecken mit Ausnahme der im Blitzstromereignisfall ersten ansprechenden Funkenstrecke durch Impedanzen beschaltet sind, so dass sie sukzessive durchschalten, wobei die zweite und die weiteren Funkenstrecken über die Impedanzen direkt an ein gemeinsames Bezugspotential, insbesondere an die freie Elektrode der letzten Funkenstrecke als Bezugselektrode gelegt sind, wobei ferner die Impedanzen vorzugsweise durch Kapazitäten gebildet sind.
Eine derartige Funkenstrecke ist aus der DE 197 42 302 A1 sowie der DE 197 55 082 A1 bekannt.
Solche Blitzstromableiter mit Mehrfachfunkenstrecke haben sich in der Praxis bewährt, jedoch ergeben sich bei der Anwendung einige Nachteile.
Die Ansprechspannung kann nämlich bei Mehrfachfunkenstrecken nicht beliebig klein eingestellt werden. Der Grund hierfür ist das sukzessiver Durchzünden der einzelnen Teilfunkenstrecken der Mehrfachfunkenstrecke und die nach unten begrenzte Einstellung der Schlagweite der Teilfunkenstrecken der Mehrfachfunkenstrecke. Zudem ist die Abhängigkeit der Ansprechspannung von der Spannungssteilheit der anliegenden Spannung (auch als Stoßkennlinie bekannt) durch den Entladeverzug der Teilfunkenstrecken der Mehrfachfunkenstrecke bedingt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Blitzstromleiter gattungsgemäßer Art derart zu verbessern, dass die Ansprechspannung reduziert wird.
Die Lösung ist in den Patentansprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 2 bis 13 gezeigt und nachstehend näher erläutert.
In Figur 1 ist eine Funkenstrecke gemäß Stand der Technik gezeigt.
Die in Figur 1 gezeigte Schaltung gemäß Stand der Technik weist eine Mehrfachfunkenstrecke mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Funkenstrecken FS1 bis FSN auf. Die Teilfunkenstrecken sind mit Ausnahme der im Blitzstromereignisfall ersten ansprechenden Funkenstrecke FS1 durch Impedanzen C2 bis CN beschaltet, so dass sie sukzessive durchschalten. Die zweite und die weiteren Funkenstrecken sind über die Impedanzen direkt an ein gemeinsames Bezugspotential B, beispielsweise an die freie Elektrode der letzten Funkenstrecke FSN als Bezugselektrode gelegt. Die Impedanzen C2 bis CN sind vorzugsweise durch Kapazitäten in Form von Kondensatoren gebildet. Parallel zu jeder Funkenstrecke ist noch eine Parallelkapazität CP1 bis CPN angegeben. Bei diesen Parallelkapazitäten handelt es sich um die Eigenkapazität jeder Funkenstrecke. Bei A ist der Anschluss der Funkenstrecke an einen Leiter eines Stromversorgungsnetzes oder dergleichen zu schützenden Leiter angegeben. Sofern eine solche Funkenstrecke zum Zwecke der Simulation des Ansprechverhaltens an einen Hybridgenerator angeschlossen wird, der üblicherweise zur Verifikation der Performance eines Blitzstromableiters verwendet wird, ergibt sich folgendes Bild. Der Hybridgenerator liefert im Leerlauf eine Blitzstoßspannung von 1,2/50 µs und bei durchgeschalteter Funkenstrecke einen Stoßstrom der Form 8/20 µs. Bei Anschluss des Hybridgenerators an die Funkenstrecke zeigt sich das sukzessive Ansprechen der Teilfunkenstrecke der Mehrfachfunkenstrecke. Nach dem vollständigen Durchzünden aller Teilfunkenstrecken der Mehrfachfunkenstrecke stellt sich an der Mehrfachfunkenstrecke der aus Anoden- und Kathodenfall aller Teilfunkenstrecken der Mehrfachfunkenstrecke gebildete Spannungsfall ein. Der Stromfluss durch die Mehrfachfunkenstrecke beginnt bereits bei der ersten Zündung der ersten Teilfunkenstrecke und ist durch die kapazitive Steuerung bestimmt. Der eigentliche Stoßstrom beginnt mit dem Durchzünden der gesamten Mehrfachfunkenstrecke.
Die Ansprechspannung einer Mehrfachfunkenstrecke kann durch eine kleinere Schlagweite der Teilfunkenstrecken bis zu einer unteren Grenze reduziert werden, die durch die Toleranzen bei der Herstellung gegeben ist. Als Nebenbedingung ist dabei zu beachten, dass ein Blitzstromableiter ständig an der Netzspannung am Einbauort liegt und daher für die entsprechend vorgesehene Prüfwechselspannung ausgelegt werden muss.
Die Erfindung schlägt einen neuen Weg zur Absenkung der Ansprechspannung vor. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass mindestens eine, vorzugsweise alle Teilfunkenstrecken der Mehrfachfunkenstrecke durch Anlegen einer Triggerspannung an die Elektroden der Teilfunkenstrecken zum Durchschalten gebracht wird. Durch die entsprechende Triggerung kann die Ansprechspannung nahezu beliebig klein eingestellt werden, was für die Funktion der Mehrfachfunkenstrecke äußerst vorteilhaft ist.
In den Patentansprüchen 2 bis 13 sind teils nebengeordnete Lösungen angegeben, die auf dem Prinzip gemäß Anspruch 1 beruhen.
In Figur 2 ist eine erste Realisierung der Erfindung gezeigt. Hierbei wird die Triggerspannung mit Hilfe einer parallel zur Mehrfachfunkenstrecke geschalteten Hilfsfunkenstrecke erzeugt, deren Ansprechspannung kleiner als die Ansprechspannung einer Teilfunkenstrecke der Mehrfachfunkenstrecke ist und eine flache Stoßkennlinie aufweist. Bei dem Schaltungsprinzip nach Figur 2 erfolgt die Triggerung durch eine Hilfsfunkenstrecke HFS1 und Anschluss von Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN über ein passives Netzwerk aus Widerständen W1 bis WN. Simuliert man bei einer solchen Schaltungsanordnung das Verhalten im Vergleich zu einer ungetriggerten Mehrfachfunkenstrecke an einem Hybridgenerator, so ist festzustellen, dass die Hilfsfunkenstrecke HFS1 auf eine Ansprechspannung weit unterhalb der Ansprechspannung der Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN eingestellt ist. Da diese Hilfsfunkenstrecke HFS1 jedoch keinen Blitzstrom führen muss, kann eine bekannte Edelgas gefüllte Funkenstrecke verwendet werden, die sich durch eine geringe Ansprechblitzstoßspannung von 700 Volt und eine flach verlaufende Stoßkennlinie auszeichnet. Nach dem Zünden der Hilfsfunkenstrecke HFS1 wird über die Strombegrenzungswiderstände W1 bis WN ein Spannungsimpuls gleichzeitig an die angeschlossenen Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN geschaltet. Zwischen den Spannungsanschlüssen liegen immer zwei Teilfunkenstrecken FS. An der letzten Teilfunkenstrecke FSN, die gegen Bezugspotential oder Erdpotential geschaltet ist, liegt ebenfalls der Spannungsimpuls an. Die Steuerkondensatoren C2 bis CN werden über die Strombegrenzungswiderstände W1 bis WN aufgeladen.
Hierdurch verlangsamt sich der Spannungsanstieg etwas. Zudem wird hierdurch aber das Durchzündverhalten aufgrund der Stoßkennlinie der Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN günstiger, was sich in einer geringeren Ansprechspannung zeigt. Dieser Effekt ist auch dadurch zu erkennen, dass hieraus eine größere Durchzündzeit der Mehrfachfunkenstrecke resultiert. Die Strombegrenzungswiderstände können so eingestellt werden, dass der Blitzstrom nicht über die Hilfsfunkenstrecke HFS1 fließt, sondern durch alle Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN der Mehrfachfunkenstrecke.
In Figur 3 ist die Schaltung nach Figur 2 durch die zusätzliche Einschaltung eines Varistors oder mehrerer Varistoren V1,V2 ergänzt. Die Schaltung mehrerer Varistoren in Serienschaltung verringert die in der Serienschaltung wirksame Kapazität der Varistoren und wirkt sich demzufolge vorteilhaft auf die Spannungsverteilung bei Wechselspannung, insbesondere bei Prüfwechselspannung aus.
In Figur 4 ist eine Variante einer entsprechenden Schaltung gezeigt. Hierbei wird ein elektronischer Schwellwertschalter, vorzugsweise ein Schmitt-Trigger eingesetzt, der bei einem frei wählbaren Spannungswert den Schalttransistor T durchschaltet. Dadurch ist es möglich, auch Spannungen unterhalb der bei edelgasgefüllten Funkenstrecken gegebenen Grenze von etwa 700 Volt zu schalten und die nachteiligen Wirkungen der Stoßkennlinie einer edelgasgefüllten Funkenstrecke zu vermeiden. Analog der Ausführungsform nach Figur 2 und 3 sind auch hierbei wieder Strombegrenzungswiderstände und Steuerkapazitäten vorgesehen.
In Figur 5 ist eine Weiterbildung dieser Schaltung gezeigt, wobei wiederum mehrere Varistoren V1,V2 eingeschaltet sind, wie in Figur 5 ersichtlich. Die Verwendung mehrerer Varistoren in Serienschaltung verringert die in der Serienschaltung wirksame Kapazität der Varistoren und wirkt sich daher vorteilhaft auf die Spannungsverteilung bei Wechselspannung, insbesondere bei Prüfwechselspannung aus.
Bei den Ausführungsformen nach Figur 4 und 5 erfolgt also eine Triggerung durch eine Anordnung eines Schwellwertschalters SW und eines Schalttransistors T über ein passives Netzwerk aus Widerständen (Strombegrenzungswiderständen).
Bei dem Ausführungsbeispiel, welches in Figur 6 dargestellt ist, erfolgt die Triggerung durch eine Hilfsfunkenstrecke HFS1 mit Impulstransformator TRA und Anschluss von Teilfunkenstrecken über ein passives Netzwerk aus Widerständen (Strombegrenzungswiderständen).
In Figur 6 ist eine Schaltung mit einer Hilfsfunkenstrecke HFS1 gezeigt, deren Funktion bereits am Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 erläutert wurde. Die Hilfsfunkenstrecke HFS1 ist hierbei in Serie mit einem Transformator TRA zur Erzeugung eines höheren Spannungsimpulses zur Triggerung der Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN der Mehrfachfunkenstrecke geschaltet. Der Serienwiderstand im Zweig der Primärwicklung (in der Zeichnung oben rechts) des Transformators TRA dient zur Strombegrenzung und damit zum Schutz des Transformators. Die Sekundärspannung der Sekundärwicklung (in der Zeichnung oben linke Wicklung) liegt in gleicher Weise wie bei den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben, an den Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN der Mehrfachfunkenstrecke an. Der Transformator TRA ist so geschaltet, dass die Polarität umgekehrt wird. Dies bedeutet, dass beim Zünden der Hilfsfunkenstrecke HFS1 bei einer positiven Spannung am Ausgang der Sekundärseite des Transformators TRA gegenüber Bezugspotential oder Erdpotential eine negative Spannung anliegt, die sich entsprechend vorteilhaft auf das Durchzünden der Teilfunkenstrecken der Mehrfachfunkenstrecke auswirkt.
In Figur 7 ist in Weiterbildung die Triggerung durch eine Hilfsfunkenstrecke HFS1 mit mehreren Impulstransformatoren TR1 bis TRN und Anschluss von Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN über ein passives Netzwerk aus Widerständen W1 bis WN (Strombegrenzungswiderstände) gezeigt. Hierbei sind die Transformatoren TR1 bis TRN mit Ausnahme der ersten Teilfunkenstrecke FS1 an jeder Teilfunkenstrecke der Mehrfachfunkenstrecke angeordnet. Auch hier sind die Transformatoren TR1 bis TRN so geschaltet, dass die Polarität umgekehrt wird, das heißt beim Zünden der Hilfsfunkenstrecke HFS1 bei einer positiven Spannung liegt am Ausgang der Sekundärseite der Transformatoren TR1 bis TRN gegenüber Bezugspotential beziehungsweise Erdpotential eine negative Spannung an. Zwischen Hilfsfunkenstrecke HFS1 und dem Netzwerk von Transformatoren TR1 bis TRN ist noch ein Strombegrenzungswiderstand eingeschaltet.
Eine weitere mögliche Schaltungsanordnung ist in Figur 8 gezeigt. Hierbei erfolgt die Triggerung durch Hilfsfunkenstrecken HFS1 und HFS2 mit Erzeugung einer schwingenden Stossspannung und Anschluss von Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN über ein passives Netzwerk aus Widerständen (Strombegrenzungswiderständen).
In Figur 8 ist eine entsprechende Schaltung mit zwei Hilfsfunkenstrecken HFS1 und HFS2 gezeigt, die zur Erzeugung eines höheren Spannungsimpulses zur Triggerung der Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN der Mehrfachfunkenstrecke dienen. Die anliegende Stromspannung an der Mehrfachfunkenstrecke zündet zunächst die Hilfsfunkenstrecke HFS1, die den Kondensator CS auflädt, bis die Zündspannung der Hilfsfunkenstrecke HFS2 erreicht ist. Dabei zündet die Hilfsfunkenstrecke HFS2 und schaltet den geladenen Kondensator CS über die Spule der Induktivität L auf den Kondensatore CB, an dem etwa die doppelte Spannung des Kondensators CS auftritt. Dadurch verbessert sich aufgrund der höheren Triggerspannung das Zündverhalten gegenüber der Schaltung beispielsweise nach Figur 2.
In diesem Schwingkreis weist der Kondensator CS etwa die 10-fache Kapazität des Kondensators CB auf.
Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 9 kann auf die zweite Hilfsfunkenstrecke und den Kondensator CS verzichtet werden.
Analog kann auch bei der Schaltung gemäß Figur 8 und Figur 9 ein Schmitt-Trigger als Schwellwertschalter eingesetzt werden, der bei einem frei wählbaren Spannungswert den Schalttransistor durchschaltet, wodurch es möglich ist, auch Spannungen unterhalb der bei edelgasgefüllten Funkenstrecken gegebenen Grenze von etwa 700 Volt zu schalten und die nachteiligen Wirkungen der Stoßkennlinie einer edelgasgefüllten Funkenstrecke zu vermeiden.
Analog der Schaltung nach Figur 7 ist gemäß Figur 10 eine Anordnung von Transformatoren TR1 bis TRN vorgesehen, wobei die Triggerspannung jeweils an metallische Elektroden innerhalb der Isolierung zwischen den Elektroden einer jeden Teilfunkenstrecke FS1 bis FSN der Mehrfachfunkenstrecke angelegt wird. In Figur 11 ist ein Beispiel für eine ähnliche Triggerschaltung mit Anschluss über Widerstände W1 bis WN an die metallische Elektrode innerhalb der Isolierung zwischen den Elektroden jeder Teilfunkenstrecken FS1 bis FSN der Mehrfachfunkenstrecke gezeigt.
Der Aufbau einer solchen Funkenstrecke mit metallischer Triggerelektrode ist in Figur 12 und 13 gezeigt. Die beiden Elektroden der Funkenstrecke FS sind mit E1 und E2 bezeichnet. Zwischen diesen ist eine Isolierung I angeordnet, innerhalb derer die metallische Triggerelektrode T angeordnet ist. An diese Triggerelektrode kann die entsprechende Triggerspannung angelegt werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Elektroden E1 und E2 kreisrunde flache Scheiben, während die Isolierung I ein Ringkörper aus Isolierstoff ist und ebenso die metallische Triggerelektrode T ein metallisches Ringteil ist.
Die Erfindung ist anhand der Ausführungsbeispiele verdeutlicht, wobei die Ausführungsbeispiele keine Beschränkung bedeuten. Hinsichtlich der bildlichen Darstellungen in den Ausführungsbeispielen wird darauf verwiesen, dass die entsprechende Schaltungsanordnung aus diesen zeichnerischen Darstellungen eindeutig ersichtlich ist, so dass eine weitergehende Erläuterung der Schaltung entbehrlich ist.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Gesamtoffenbarung vielfach variabel.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (14)

  1. Blitzstromtragfähige Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten Funkenstrecken, wobei die Funkenstrecke aus n-Teilfunkenstrecken (FS) besteht, deren Lichtbogenbrennspannung durch Reihenschaltung der Teilfunkenstrecken (FS) auf den n-fachen Wert der Lichtbogenbrennspannung einer Teilfunkenstrecke gebracht ist, wobei die Teilfunkenstrecken (FS) mit Ausnahme der im Blitzstromereignisfall ersten ansprechenden Funkenstrecke (FS1) durch Impedanzen (C2-CN) beschaltet sind, so dass sie sukzessive durchschalten, wobei die zweite und die weiteren Funkenstrecken (FS2-FSN) über die Impedanzen direkt an ein gemeinsames Bezugspotential, insbesondere an die freie Elektrode der letzten Funkenstrecke (FSN) als Bezugselektrode gelegt sind, wobei ferner die Impedanzen (C2-CN) vorzugsweise durch Kapazitäten gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an die Elektroden einer der Teilfunkenstrecken (FS1-FSN) eine Triggerspannung angelegt ist, mittels derer die Teilfunkenstrecke zum Durchschalten gebracht wird.
  2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Triggerspannung eine Hilfsfunkenstrecke (HFS1) parallel zur Mehrfachfunkenstrecke geschaltet ist, deren Ansprechspannung kleiner ist als die Ansprechspannung einer Teilfunkenstrecke (FS) der Mehrfachfunkenstrecke und die vorzugsweise eine flache Stoßkennlinie aufweist.
  3. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Triggerspannung ein Schwellwertschalter (SW), insbesondere ein Schmitt-Trigger, mit Schalttransistor (T) parallel zur Mehrfachfunkenstrecke geschaltet ist.
  4. Funkenstrecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchschaltspannung kleiner einstellbar ist, als die Ansprechspannung einer Teilfunkenstrecke der Mehrfachfunkenstrecke und keine Stoßkennlinie aufweist.
  5. Funkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zur Hilfsfunkenstrecke (HFS1) ein Transformator (TRA) geschaltet ist.
  6. Funkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zur Hilfsfunkenstrecke (HFS1) mehrere Transformatoren (TR1-TRN) geschaltet sind, wobei mit Ausnahme der ersten Teilfunkenstrecke (FS1) parallel zu jeder Teilfunkenstrecke (FS2-FSN) der Mehrfachfunkenstrecke ein Transformator (TR1-TRN) geschaltet ist.
  7. Funkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zur Hilfsfunkenstrecke (HFS1) ein Schwingkreis mit zwei Kondensatoren (CS,CB) und einer Spule (L) zur Erzeugung einer schwingenden Stoßspannung geschaltet ist, wobei in den Schwingkreis in Reihe zur Spule (L) eine zweite Hilfsfunkenstrecke (HFS2) geschaltet ist.
  8. Funkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zur Hilfsfunkenstrecke (HFS1) ein Schwingkreis mit einer Spule (L) und einem Kondensator (CB) zur Erzeugung einer schwingenden Stoßspannung geschaltet ist.
  9. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerspannung über Strombegrenzungswiderstände (W1-WN) an die Elektroden der Teilfunkenstrecken angelegt ist.
  10. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilfunkenstrecke (FS) aus zwei Elektroden (E1, E2) und dazwischen angeordnetem Ring aus Isolationsmaterial (I) besteht, wobei in das Isolationsmaterial (I) eine vorzugsweise ringförmige und insbesondere metallische Triggerelektrode (T) eingebracht ist, an der die Triggerspannung anliegt.
  11. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlüssen der Teilfunkenstrecken (FS1-FSN), an denen Triggerspannung anliegt, jeweils zwei Teilfunkenstrecken (FS) liegen.
  12. Funkenstrecke nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der letzten gegen Erdpotential oder Bezugspotential geschalteten Teilfunkenstrecke (FSN) Triggerspannung anliegt.
  13. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zu dem die Triggerspannung erzeugenden Element mindestens ein Varistor (V1,V2) geschaltet ist.
  14. Funkenstrecke nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Varistoren (V1,V2) in Serie geschaltet sind.
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