EP1381127B1 - Blitzstromtragfähige Funkenstrecke - Google Patents

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EP1381127B1
EP1381127B1 EP03001847A EP03001847A EP1381127B1 EP 1381127 B1 EP1381127 B1 EP 1381127B1 EP 03001847 A EP03001847 A EP 03001847A EP 03001847 A EP03001847 A EP 03001847A EP 1381127 B1 EP1381127 B1 EP 1381127B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spark gap
partial
spark
voltage
gaps
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03001847A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1381127A3 (de
EP1381127A2 (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
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.)
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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
Application granted granted Critical
Publication of EP1381127B1 publication Critical patent/EP1381127B1/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
    • 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 a plurality of spark gaps connected in series, the spark gap is made of n-part spark gaps, the arc voltage is brought by series connection of the partial spark gaps to n times the arc voltage of a partial spark gap, the partial spark gaps with the exception of the first in Blitzstromereignisfall responsive spark gap are connected by impedances, so that they successively switch through, the second and the other spark gaps on the impedances directly to a common reference potential, in particular to the free electrode of the last spark gap as Reference electrode are placed, further wherein the impedances are preferably formed by capacitances.
  • a surge arrester with several series circuits of spark gaps, which are arranged between two potentials, to improve in that the connection points of two adjacent series circuits are each connected via a control spark gap to one of the two potentials, wherein the control spark gaps are each surrounded by a gas , which reduces its response voltage, and wherein the entire series circuits are surrounded by a gas, which increases the response voltage.
  • the response voltage of the control spark gaps is staggered such that one receives a subsequent ignition of the individual series circuits by the potential jump occurring at the relevant series circuit as soon as one of the control spark gaps has ignited, which bridges this stack.
  • a spark gap according to the preamble of the unakhlichigen claims is from the DE 197 42 302 A1 as well as the DE 197 55 082 A1 known.
  • the response voltage can not be set arbitrarily small for multiple spark gaps.
  • the reason for this is the successive ignition of the individual partial spark gaps of the multiple spark gap and the limited down setting of the strike distance of the partial spark gaps of the multiple spark gap.
  • the dependence of the response voltage of the voltage gradient of the applied voltage also known as shock characteristic due to the Entladeveryak the partial spark gaps of the multiple spark gap.
  • the present invention seeks to improve a lightning current conductor generic type such that the response voltage is reduced.
  • Embodiments of the invention are in the FIGS. 1 to 13 shown and explained in more detail below.
  • FIG. 1 a spark gap according to the prior art is shown.
  • the prior art circuit shown has a multiple spark gap with a plurality of serially connected spark gaps FS1 to FSN.
  • the partial spark gaps are connected, with the exception of the first responding spark gap FS1 in the lightning current event case, by impedances C2 to CN, so that they are successively switched through.
  • the second and the further spark gaps are directly connected via the impedances a common reference potential B, for example, placed on the free electrode of the last spark gap FSN as a reference electrode.
  • the impedances C2 to CN are preferably formed by capacitors in the form of capacitors. Parallel to each spark gap, a parallel capacity CP1 to CPN is indicated. These parallel capacities are the intrinsic capacity of each spark gap.
  • the connection of the spark gap is indicated to a conductor of a power supply network or the like to be protected conductor. If such a spark gap is connected to a hybrid generator for the purpose of simulating the response, which is usually used to verify the performance of a lightning arrester, the following picture emerges.
  • the hybrid generator provides a lightning impulse voltage of 1.2 / 50 ⁇ s at idle and a surge current of the form 8/20 ⁇ s when the spark gap is switched through.
  • the successive response of the partial spark gap of the multiple spark gap shows. After the complete Ignition of all partial spark gaps of the multiple spark gap adjusts itself to the multiple spark gap of the voltage drop formed by anode and cathode cases of all partial spark gaps of the multiple spark gap.
  • the current flow through the multiple spark gap starts at the first ignition of the first part spark gap and is determined by the capacitive control.
  • the actual surge current begins with the ignition of the entire multiple spark gap.
  • the response voltage of a multiple spark gap can be reduced by a smaller impact distance of the partial spark gaps to a lower limit, which is given by the tolerances in the production.
  • a lightning arrester is constantly connected to the mains voltage at the installation site and therefore has to be designed for the appropriate test alternating voltage.
  • the invention proposes a new way of lowering the response voltage.
  • the core of Invention is that according to claims 1, 3 and 5, at least one, preferably all partial spark gaps of the multiple spark gap is brought by applying a trigger voltage to the electrodes of the partial spark gaps for switching.
  • triggering the appropriate response voltage can be set almost arbitrarily small, which is extremely advantageous for the function of the multiple spark gap.
  • FIG. 2 a further realization of a multiple spark gap is shown.
  • a trigger voltage is generated by means of an auxiliary spark gap connected in parallel with the multiple spark gap, whose response voltage is smaller than the response voltage of a partial spark gap of the multiple spark gap and has a flat impact characteristic.
  • the triggering is done 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 compared to an ungetriggered multiple spark gap on a hybrid generator, then it should be noted that the auxiliary spark gap HFS1 is set to a response voltage well below the response voltage of the partial spark gaps FS1 to FSN.
  • this auxiliary spark gap HFS1 does not have to carry any lightning current, a known noble gas filled spark gap can be used, which is characterized by a low An Anlagenblitzrichposed of 700 volts and a flat-running impact characteristic.
  • a voltage pulse connected to W N simultaneously to the connected component dischargers FS1 to FSN via the current limiting resistors W1.
  • FSN which is connected to reference potential or ground potential, is also the voltage pulse.
  • 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 so that the lightning current does not flow through the auxiliary spark gap HFS1, but through all the partial spark gaps FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • FIG. 3 is the circuit after FIG. 2 supplemented by the additional involvement of a varistor or varistors V 1 , V 2 .
  • the connection of several varistors in series circuit reduces the effective in the series circuit capacitance of the varistors and thus has an advantageous effect on the voltage distribution at AC voltage, in particular at test AC voltage.
  • FIG. 4 a first variant of a circuit according to the invention is shown.
  • an electronic threshold switch preferably a Schmitt trigger is used, which switches through the switching transistor T at a freely selectable voltage value.
  • a Schmitt trigger is used, which switches through the switching transistor T at a freely selectable voltage value.
  • current limiting resistors and control capacitors are provided.
  • FIG. 5 a development of this circuit is shown, in turn, a plurality of varistors V 1 , V 2 are turned on, as in FIG. 5 seen.
  • the use of a plurality of varistors connected in series reduces the effective capacitance of the varistors in the series connection and therefore has an advantageous effect on the voltage distribution at AC voltage, especially at test AC voltage.
  • FIG. 4 and 5 thus, a triggering by an arrangement of a threshold SW and a switching transistor T via a passive network of resistors (current limiting resistors).
  • the triggering is performed by an auxiliary spark gap HFS1 with pulse transformer TRA and connecting partial spark gaps via a passive network of resistors (current limiting resistors).
  • FIG. 6 a circuit with an auxiliary spark gap HFS1, whose function already in the embodiment according to FIG. 2 was explained.
  • the auxiliary spark gap HFS1 is in this case connected in series with a transformer TRA for generating a higher voltage pulse for triggering the partial spark gaps FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • the series resistance in the branch of the primary winding (in the drawing top right) of the transformer TRA is used to limit the current and thus to protect the transformer.
  • the secondary voltage of the secondary winding (left in the drawing above) is in the same manner as described in the other embodiments, to the partial spark gaps FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • the transformer TRA is switched so that the polarity is reversed.
  • auxiliary spark gap HFS1 with a plurality of pulse transformers TR1 to TRN and connection of component dischargers FS1 to FSN via a passive network of resistors W 1 to W N (current limiting resistors) is shown in training.
  • the transformers TR1 to TRN are arranged at 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 connected so that the polarity is reversed, that is when igniting the auxiliary spark gap HFS1 at a positive voltage is at the output of the secondary side of the transformers TR1 to TRN to reference potential or ground potential to a negative voltage.
  • a current limiting resistor is turned on.
  • FIG. 8 Another possible circuit arrangement is in FIG. 8 shown.
  • the triggering is performed by auxiliary spark gaps HFS1 and HFS2 with generation of a vibrating surge voltage and connection of partial spark gaps FS1 to FSN via a passive network of resistors (current limiting resistors).
  • FIG. 8 is a corresponding circuit with show two auxiliary spark gaps HFS1 and HFS2, which serve to generate a higher voltage pulse for triggering the partial spark gaps FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • the applied voltage 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 coil of the inductance L to the capacitor C B , at which approximately twice the voltage of the capacitor C S occurs.
  • the higher trigger voltage the ignition behavior with respect to the circuit improves, for example FIG. 2 ,
  • the capacitor C S has approximately 10 times the capacitance of the capacitor C B.
  • FIG. 9 can be dispensed with the second auxiliary spark gap and the capacitor C S.
  • a Schmitt trigger can be used as a threshold switch, which switches the switching transistor at a freely selectable voltage value, whereby it is possible to switch voltages below the limit given at edelgastellen spark gaps limit of about 700 volts and to avoid the adverse effects of the shock characteristic of a noble gas-filled spark gap ,
  • FIG. 10 Analogous to the circuit after FIG. 7 is according to FIG. 10 an arrangement of transformers TR1 to TRN provided, wherein the trigger voltage is applied in each case to metallic electrodes within the insulation between the electrodes of each partial spark gap FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • FIG. 11 is an example of a similar trigger circuit as in Fig. 2 , with connection via resistors W 1 to W N to the metallic electrode within the insulation between the electrodes of each partial spark gaps FS1 to FSN of the multiple spark gap.
  • FIGS. 12 and 13 The structure of such a spark gap with metallic trigger electrode is in FIGS. 12 and 13 shown.
  • the two electrodes of the spark gap FS are denoted by E1 and E2. Between these, an insulation I is arranged, within which the metallic trigger electrode T is arranged. At this trigger electrode, the corresponding trigger voltage can be applied.
  • the electrodes E1 and E2 are circular flat disks, while the insulation I is an annular body of insulating material and also the metallic trigger electrode T is a metallic ring member.

Landscapes

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

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.
  • Aus der FR 2255724 A ist es bekannt, eine Überspannungsableiterbaueinheit mit mehreren Reihenschaltungen von Funkenstrecken, die zwischen zwei Potentialen angeordnet sind, dahingehend zu verbessern, dass die verbindungspunkte zweier benachbarter Reihenschaltungen jeweils über eine Steuerfunkenstrecke an eines der beiden Potentiale angeschlossen sind, wobei die Steuerfunkenstrecken jeweils von einem Gas umgeben sind, das deren Ansprechspannung vermindert, und wobei die gesamten Reihenschaltungen von einem Gas umgeben sind, das deren Ansprechspannung erhöht.
  • Hierdurch ist die Ansprechspannung der Steuerfunkenstrecken derart gestaffelt, dass man eine Folgezündung der einzelnen Reihenschaltungen durch den auftretenden Potentialsprung an der betreffenden Reihenschaltung erhält, sobald eine der Steuerfunkenstrecken gezündet hat, die diesen Stapel überbrückt.
  • Die oben genannten Blitzstromableiter mit Mehrfachfunkenstrecke haben sich in der Praxis bewährt, jedoch ergeben sich bei der Anwendung einige Nachteile.
  • Eine Funkenstrecke gemäß Oberbegriff der unakhängigen Ansprüche 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 1 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 gemäss Ansprüche 1, 3 und 5 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 1 bis 12 sind teils nebengeordnete Lösungen angegeben, die zu einer Verbesserung der Ansprechspannung führen.
  • In Figur 2 ist eine weitere Realisierung einer Mehrfachfunkenstrecke gezeigt. Hierbei wird eine 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 erste Variante einer Schaltung gemäss der Erfindung 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 gemäss der Erfindung, 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 wie im Fig 2, 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.

Claims (12)

  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, 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, und dass in Reihe zur Hilfsfunkenstrecke (HFS1) mindestens ein Transformator (TRA) geschaltet ist.
  2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, 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.
  3. 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, 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, und dass in Reihe zur Hilfsfunkenstrecke (HFS1) ein Schwingkreis mit einer Spule (L) und mindestens einem Kondensator (CB) zur Erzeugung zeine schwingenden Stoßspannung geschaltet ist.
  4. Funkenstrecke nach Anspruch 3, 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.
  5. 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, und dass zur Erzeugung der Triggerspannung ein Schwellwertschalter (SW), insbesondere ein Schmitt-Trigger, mit Schalttransistor (T) parallel zur Mehrfachfunkenstrecke geschaltet ist.
  6. Funkenstrecke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchschaltspannung kleiner einstellbar ist, als die Ansprechspannung einer Teilfunkenstrecke der Mehrfachfunkenstrecke und keine Stoßkennlinie aufweist.
  7. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerspannung über Strombegrenzungswiderstände (W1-WN) an die Elektroden der Teilfunkenstrecken angelegt ist.
  8. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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.
  9. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlüssen der Teilfunkenstrecken (FS1-FSN), an denen Triggerspannung anliegt, jeweils zwei Teilfunkenstrecken (FS) liegen.
  10. Funkenstrecke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der letzten gegen Erdpotential oder Bezugspotential geschalteten Teilfunkenstrecke (FSN) Triggerspannung anliegt.
  11. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zu dem die Triggerspannung erzeugenden Element mindestens, ein Varistor (V1, V2) geschaltet ist.
  12. Funkenstrecke nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Varistoren (V1, V2) in Serie geschaltet sind.
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