EP1419565B1 - Gekapselter, netzfolgestrom begrenzender überspannungsableiter auf funkenstreckenbasis - Google Patents

Gekapselter, netzfolgestrom begrenzender überspannungsableiter auf funkenstreckenbasis Download PDF

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EP1419565B1
EP1419565B1 EP02767402A EP02767402A EP1419565B1 EP 1419565 B1 EP1419565 B1 EP 1419565B1 EP 02767402 A EP02767402 A EP 02767402A EP 02767402 A EP02767402 A EP 02767402A EP 1419565 B1 EP1419565 B1 EP 1419565B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arc
expansion chambers
surge diverter
diverter according
expansion
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02767402A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1419565A1 (de
Inventor
Arnd Ehrhardt
Peter Zahlmann
Michael Waffler
Stefan Hierl
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
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10164025A external-priority patent/DE10164025B4/de
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Publication of EP1419565A1 publication Critical patent/EP1419565A1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/02—Means for extinguishing arc
    • H01T1/08—Means for extinguishing arc using flow of arc-extinguishing fluid
    • H01T1/10—Means for extinguishing arc using flow of arc-extinguishing fluid with extinguishing fluid evolved from solid material by heat of arc
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an encapsulated, follow-on current limiting surge arrester spark gap base for low-voltage applications with two main electrodes and gas-emitting at temperature stress insulating parts, wherein one of the main electrodes at least part of the encapsulation and / or the spark gap housing is according to the preamble of claim 1.
  • spark gaps must have a high surge current capability up to about 25 kA 10/350 ⁇ s, in particular for protection against direct lightning strike, and should also automatically interrupt the occurring line continuity currents in the range up to 25 kA. Furthermore, such spark gaps during the arc phase, the Netzcolstrom limit so strong that no upstream shutdown of the power supply of the end user with all then pending adverse consequences occurs by upstream overcurrent protection devices.
  • An encapsulated spark gap with an optimized reticule power extinguishing capability is for example from DE 196 04 947 C1 known.
  • a spark gap arrangement is described, which comprises two electrodes, which are arranged within a housing and wherein, in addition, there is the possibility of providing an extinguishing gas.
  • a vote of the size of the subsequent current to be deleted is proposed on the volume of the interior of the housing, which is about to cause a short-term increase in the internal pressure of the housing to a multiple of the atmospheric pressure. The pressure increase, in which the electrodes having interior, is thereby produced by the arc of the subsequent flow itself.
  • an overvoltage protector with arc migration according to the preamble of claim 1, wherein an inner electrode is disposed in an outer electrode.
  • the inner electrode projects freely into the outer electrode with one end, the cross section of the inner electrode decreasing toward the free end, and an arc gap between the inner electrode and the outer electrode increasing towards the free end.
  • an opening for pressure equalization is provided in the local.
  • the arrangement itself is rotationally symmetrical and has a cylindrical shape.
  • a spark gap-based arrester in which the actual spark gap is followed by a second space which is separated from the space of the spark gap by a plate with openings and in which baffles and cooling surfaces are present, as well as an exhaust opening is provided.
  • a deflection and cooling of the hot gases should take place so that they can escape without endangering the environment.
  • the exhaust pipe spark gap after DE-PS 897 444 works according to the so-called extinguishing tube principle, where to reduce the risk of blowing a series-connected blow chamber is arranged, in which the heated gases undergo a deflection and cooling before they leave the corresponding chamber.
  • the overvoltage protection device with improved line follow current extinguishing capability DE 100 08 764 A1 assumes a concentric arrangement of a first spark horn and a second spark plug having first and second electrodes, wherein between the spark horns Beer-schlag spark gaps are formed. In the construction there, the lowest possible height is to be achieved and in fact by the fact that the first sparking horn formed frusto-conical and the second sparking horn is arranged concentrically around the first sparking horn around.
  • WO-00/21170 A1 describes a spark gap based overvoltage conductor, which can be built completely encapsulated and whose function is based on the principle of hard gas generation.
  • the local arrester has a large cooling space in relation to the combustion chamber, in which the generated and heated gases pass through a nozzle for controlling the mass flow rate.
  • the large cooling room should absorb the amount of gas generated and cool down as quickly as possible.
  • the pressure gradient between the active region and the cooling chambers can be maintained in the arresters according to the prior art only by a comparatively large and elaborately cooled blow-out space and optionally by nozzles, which are used for rapid expansion of the gases between the active region and the cooling chamber.
  • the goal of the cooling chambers is therefore only to achieve that the energy supplied to the gas is degraded as quickly as possible, so as to ensure the necessary pressure gradient between the arc chamber and the blow-out during the entire sequence current extinction.
  • the pressure build-up by the arc itself and by the hard gas in the pressure-resistant housing of the arrester and additionally the radial flow of the arc in this area is used for the follow current limiting. Maintaining the necessary for the flow and the extension of the arc at the follower current pressure difference despite small dimensions and low pressure drop throughout the arrester, characterized in that at least one of the two electrodes includes two independent expansion chambers in which there are alternately different pressures, which Spark gap and in particular the arc itself are generated and controlled and their pressure difference to support the desired Rotation movement and blowing at least one arc approach is used.
  • the follow current limitation is designed in such a way that with the prospective short-circuit current, which can be controlled maximally by the spark gap, its peak value is reduced to one twentieth or less.
  • the encapsulation or the spark gap housing has, contrary to the prior art known a substantially elongated cuboid shape, wherein in the cuboid an arc combustion chamber and at least two separate expansion spaces, each substantially over the entire cuboid height extending formed.
  • the expansion spaces are connected to the arc combustion chamber via channels, and the chambers and the expansion spaces are substantially parallel to one another.
  • the arc combustion chamber is defined in the head region of one of the main electrodes and of an insulating part and in the opposite foot region of an arc attachment part, which communicates with the other main electrode, formed.
  • the channels extend laterally from the arc tab towards the aforementioned expansion spaces.
  • a trigger electrode Due to the insulating part in the head region of the arc combustion chamber, a trigger electrode can be easily guided, so that the task is also fulfilled under this aspect.
  • the expansion spaces and the arc combustion chamber extend substantially over the entire height of the cuboid body.
  • the channels are substantially perpendicular to the longitudinal axis of the combustion chamber and the expansion spaces. Furthermore, the connecting channels can consist of a gas-emitting insulating material.
  • the cuboid or cuboid body has cavities which form the arc combustion chamber and the expansion chambers and the channels according to the invention.
  • the main electrodes cavities which comprise at least the expansion spaces, wherein the expansion spaces each have almost the same volume as the arc combustion chamber.
  • the cross section of the expansion spaces is substantially equal to that of the channels and the arc combustion chamber.
  • the expansion spaces are oriented substantially opposite to the flow direction within the arc combustion chamber.
  • Ausgestaltend the transition region between the arc combustion chamber and the respective channel may have a widening, to ensure a flow of gases into one or both of the expansion chambers even with complete filling of the combustion chamber by the arc or arc column.
  • the insides of the expansion spaces have means for effective gas cooling.
  • These means may comprise cooling plates, cooling plates or even surface structures, for example in the manner of nubs. It is also advantageous if the expansion chambers consist of copper or copper alloy material.
  • expansion chambers have vents with a small diameter or cross-section for gradual pressure equalization to the environment.
  • an arc combustion chamber made as a separate component can be introduced into an enclosure which contains the channels and the expansion spaces and forms the counter electrode and the arc attachment part.
  • a semiconductor resistor having positive temperature coefficients i. E., Between the further main electrode or the arc projection part and the trigger electrode or an electrode equivalent thereto is provided. switched a PTC element.
  • a PTC element or PTC resistor has low resistance at low temperatures.
  • the electrical resistance of the PTC thermistor rises abruptly at the Curie temperature of the ferroelectric. Below the Curie temperature, spontaneous polarization prevails between the individual grains of the PTC material. The negative grain boundary charge is thereby shielded. This reduces the potential barriers between the grains at low temperatures below the Curie temperature. Above the Curie temperatures, the dielectric constant is much lower than below. Above there is no ferroelectric order and no spontaneous polarization. The shielding of the space charge zones will be much more ineffective and the Potentialbarierren increase. As a result, the resistance in the transition from low to high temperatures increases by three to six orders of magnitude.
  • the PTC thermistor or the PTC element can make a significant contribution to the reduction and extinction of secondary currents.
  • the proposed measure has a very positive effect on the reconsolidation of the insulation section after the load case.
  • the proposed partial parallel connection of spark gap and PTC thermistor, the risk of overloading the PTC thermistor, especially by high surge currents is negligible.
  • the arc tab is insulated from the surrounding another main electrode, and there is a positive temperature coefficient semiconductor resistor between the arc tab and main electrode. a PTC element.
  • Another embodiment is also based on an insulated arrangement of the arc attachment part, in which case the PTC thermistor or the PTC element is connected to ground and the other main electrode also performs ground potential. Also in these embodiments, the above-mentioned advantages in terms of a load on the spark gap and a reduction in spark gap wear occur.
  • FIG. 1 is assumed by a cuboid shape, which is adapted to the usual dimensions of so-called series housings, the width and the height is chosen to be much greater than the depth.
  • the spark gap consists in its simplest embodiment, i. ungetriggered from the first main electrode 1, a first insulating part 2 and the second main electrode 3.
  • the main electrode 3 accommodates the arc-firing chamber 5 inside, and two expansion spaces 6 extend starting from an arc-attachment part 4 which is preferred in the case of a follow-on current load.
  • a trigger or auxiliary electrode 7 is integrated into the first insulating part 2.
  • the insulating part 2 emits extinguishing gas during temperature loading by the arc.
  • the arc ignites along the shortest separating path 8 between the main electrodes 1 and 3.
  • the arc root moves on the inside of the arc chamber 5 by the result of the arc ignition and the additional gas delivery through the insulating 2 resulting pressure difference and the thus beginning flow between the combustion chamber 5 and the expansion chambers 6 along the part 3 within the combustion chamber 5 for the preferred Arc starting area, ie towards the arc attachment part 4 out.
  • the length reached by the reference numeral 9, which corresponds to the distance of the main electrode 1 to the part 4, is equal to an arc length, which is maintained over the almost entire arc duration.
  • the ability of the spark gap to limit, erase, or even avoid reticule currents increases with the length of the arc that can be achieved with the modification of the length of the arc combustion chamber, as well as with Duration but also the amount of gas release and the gas, preferably hydrogen, ie the properties of the first insulating part 2.
  • Another variance is the possibility of reducing the cross section of the arc combustion chamber 5, including an increase in the intensity of the gas flow of the arc cooling and a pressure increase in the combustion chamber pulls itself, whereby an increase in the arc voltage and thus the follow current limiting can be achieved.
  • the PTC thermistor 17 is connected between the trigger electrode 7 or an equivalent electrode and the arc attachment part 4.
  • the discharge of the spark gap is achieved as follows.
  • the arc is ignited between the main electrodes 1 and 3.
  • the arc voltage, the arc length, the pressure and the temperature within the spark gap is still low. This results in a comparatively low arc impedance.
  • the cold resistance of the PTC resistor is comparatively high and the current through the PTC thermistor 17 is negligible. Due to the pressure build-up and the extension of the arc, the arc impedance increases.
  • the PTC thermistor 17 thus assumes a larger part of the current with increasing load of the spark gap, whereby the load within the spark gap itself is reduced and also the extension of the arc by reducing the pressure and the current forces can be limited.
  • a majority of the arc current is taken over by the PTC thermistor, causing it to heat up and automatically increase its resistance.
  • the follow current is reduced and the power consumption and thus the wear within the spark gap is reduced.
  • this embodiment also has a very positive effect on the reconsolidation of the insulation section after loading.
  • FIGS. 2b and 2c show similar arrangements with a similar operation.
  • an insulation 16 is formed between the electrode 3 and the arc attachment part 4.
  • the PTC thermistor 17 is connected to both the main electrode 3 and the isolated arc attachment part 4.
  • the arc attachment part 4 is also insulated over the section 16 to the main electrode 3.
  • the PTC thermistor 17 is on the one hand connected to the arc attachment part 4 and on the other hand is in communication with a ground terminal. Likewise, the main electrode 3 leads to ground.
  • the length or the dimensions of the hard gas-emitting material is limited to a minimum and in a range of diameter to length less than 1: 2.
  • the inner cross section of the insulating part 2 is preferably circular and has a radius of 1 to 5 mm. As a result, both the resulting amount of gas is reduced in subsequent flow as well as impact currents.
  • the specification of a certain amount and the nature of the gas-emitting material within the channels 10 and the expansion spaces 6 can be controlled very well, at which loads and temperatures additional gas is delivered.
  • the connecting channels 10 are also made of gas-emitting insulation material, there is a better separation of the Combustion chamber of the expansion spaces 6.
  • the expansion chambers 6 and also a part of the arrester housing with respect to the main electrode 3 can be isolated.
  • the mentioned independent expansion spaces 6, which can be arranged, for example, within the main electrode 3, are used. So that a gas flow necessary for the extension and cooling can be maintained under the aforementioned conditions, the at least two, ideally almost equally large expansion spaces are embedded in an electrode which is at the same time an essential component of the housing or the encapsulation of the arrester.
  • the expansion chambers have almost the same volume as the active region of the trap, namely the arc combustion chamber.
  • the cross section of the expansion chambers also corresponds approximately to that of the arc combustion chamber 5.
  • the expansion chambers 6 are connected to the arc combustion chamber at the level of the preferred arc root, namely at the arc attachment part, each with a channel 10 whose cross section differs only slightly from the cross section of the arc combustion chamber 5, to unwanted pressure reflection and nozzle formation or even a nozzle blockage at to avoid low load.
  • the channels 10 at two expansion spaces are in the same plane and face each other. Furthermore, the expansion spaces are designed such that they preferably extend opposite to the flow direction within the arc combustion chamber 5.
  • the rapidly developing overpressure extends the arc along the main electrode 3 as far as the arc attachment part 4.
  • the heated gas flows into the expansion chambers 6 and causes in contrast to known solutions very quickly and a considerable increase in pressure within these subspaces, which deviates only minimally from the pressure within the arc combustion chamber 5.
  • This pressure now in turn affects the outflow behavior from the arc combustion chamber 5 back.
  • the specificity of the arc of the arc will be arcuate Benefits of using independent expansion chambers.
  • the inlet openings of the channels 10 between the arc combustion chamber 5 and the expansion chambers 6 can be widened or configured so that an outflow of gases is ensured even with almost complete filling of the arc combustion chamber by the arc at residual current loads.
  • the changing pressure conditions in the region of the part 4 or the specifics of the arc root movement lead to the release of the respective outflow channel 10 into the space with reduced pressure.
  • the other or other expansion space is relieved or closed, which can now reduce the pressure in this.
  • the different pressure between the expansion chambers 6 can also lead to a flow between the expansion chambers 6 itself in the case of a brief release of both outflow channels 10, as a result of which the base movement or the arc rotation in the region of the part 4 is supported.
  • both the flow in the combustion channel and a continuous arc movement despite extremely high pressures in the combustion chamber and the expansion spaces in the range of up to 100 bar can be ensured and thus a blockage of the channels are avoided up to the largest subsequent streams.
  • the pressure difference between the combustion chamber and the expansion chambers is in the solution according to embodiment preferably only a few percent or bar.
  • the pressure in the expansion chambers corresponds to at least 50% of the mean pressure prevailing inside the arc combustion chamber. This ensures that the independent expansion chambers 6 have different pressures and their pressure despite their small size is always below the pressure within the arc chamber 5, which ensures that maintain a continuous flow and thus the operating principle of the spark gap for the Netz Wegstromunterbrechung can be.
  • the expansion chambers 6 have graphically not shown pressure equalization openings small cross-section, which provide for a gradual pressure equalization, whereby a reproducible response of the spark gap is ensured after their load.
  • the spark gap according to the embodiment despite its high capacity for follow current limiting and a high surge current carrying capacity on a low wear. It is a comparatively small amount of hard gas needed to generate a high combustion chamber pressure and a high arc voltage, whereby the burnup of the gas-emitting insulating member 2 remains limited.
  • the first main electrode 1 is introduced into the second main electrode 3 in isolation.
  • the insulating part 2 is used.
  • the insulating part 2 consists of a material which emits hard gas under the action of an arc.
  • the insulating part 2 may also consist of a layer of insulating parts and electrically semiconductive or conductive parts.
  • a further auxiliary electrode 7 can be introduced, which is used for targeted external triggering of the arrester.
  • FIG. 1 includes the main electrode 3, the two expansion chambers 6 and the arc combustion chamber 5.
  • the electrode 3 can be completely off arc-resistant material, such as tungsten / copper, chromium / steel alloys, graphite or the like are constructed or exist for cost reasons only partially in the combustion chamber 5 and in the region of the part 4 of such a material.
  • the region of the part 4 is designed to be raised relative to the surrounding electrode region towards the head, ie to the opposite main electrode 1.
  • hard-gas-dispensing material 15 can be arranged as required to limit the energy conversion at surge currents.
  • FIG. 2 is a similar arrangement as in FIG. 1 shown, but the expansion spaces 6 are provided with a choice of different ways to attach cooling plates 11 or webs 12.
  • the aim of these means is to create the largest possible ratio of surface area to volume of the heat sink with maximum utilization of volume.
  • the sectional view of a surge arrester according to a further embodiment according to FIG. 4 discloses expansion spaces that extend both up and down, ie, toward the head and foot regions, with respect to the arc tab portion 4 in the electrode. With appropriate design, arrangements are also conceivable in which the expansion space extends predominantly only at the level of the arc root about the arc combustion chamber, for example in coaxial form or in segments.
  • FIG. 5 shows an arrester, in which two arc combustion chambers correspond with two expansion spaces.
  • the arc chambers or arc chambers 5.1 and 5.2 can be electrically interconnected.
  • the surge current carrying capacity (parallel connection) or the flow limitation can also be applied at higher voltages (Series connection) can be improved.
  • FIG. 5 represents only an example of a higher number of combustion chambers or arc combustion chambers, which is not to be interpreted as limiting the inventive concept.
  • arrangements for a three-phase circuit of the individual Ableiterpfade be realized.
  • an arrester in which a prefabricated spark gap 13 is screwed by the hard gas principle in a likewise prefabricated or prefabricated housing 14.
  • This housing 14 comprises at least the described expansion chambers 6 and in the example shown, the arc attachment part 4 for the arc root.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen gekapselten, Netzfolgestrom begrenzenden Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis für Niederspannungsanwendungen mit zwei Hauptelektroden sowie mit bei Temperaturbelastung gasabgebenden Isolierteilen, wobei eine der Hauptelektroden mindestens Teil der Kapselung und/oder des Funkenstreckengehäuses ist gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es ist bekannt, in Niederspannungsnetzen zum Schutz vor Überspannungen zwischen den N-L-Leitern Überspannungsableiter auf der Basis von selbstlöschenden Funkenstrecken einzusetzen.
  • Diese Funkenstrecken müssen insbesondere zum Schutz bei direktem Blitzeinschlag über ein hohes Stoßstromableitvermögen bis ca. 25 kA 10/350 µs verfügen und sollen auch die auftretenden Netzfolgeströme im Bereich bis zu 25 kA selbsttätig unterbrechen. Weiterhin sollen derartige Funkenstrecken während der Lichtbogenphase den Netzfolgestrom so stark begrenzen, dass durch vorgeordnete Überstromschutzgeräte keine Abschaltung der Stromversorgung des Endabnehmers mit allen dann anstehenden nachteiligen Folgen eintritt.
  • Aufgrund der Entwicklungen in den letzten Jahren besteht die Tendenz, die Funkenstrecken bei geringen Abmessungen gekapselt auszuführen, so dass keine heißen, elektrisch leitfähigen Gase oder auch Abbrandpartikel in die angrenzende Umgebung der Ableiter ausgeblasen werden.
  • Eine gekapselte Funkenstrecke mit einem optimierten Netzfolgestrom-Löschvermögen ist beispielsweise aus der DE 196 04 947 C1 bekannt. Dort ist eine Funkenstreckenanordnung beschrieben, die zwei Elektroden umfasst, welche innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind und wobei ergänzend die Möglichkeit besteht ein Löschgas vorzusehen. Um eine Steigerung des Folgestromlöschvermögens bei keiner, zumindest aber nur bei einer geringen Volumenerhöhung der Gesamtanordnung zu erreichen, wird eine Abstimmung der Größe des zu löschenden Folgestromes auf das Volumen des Innenraumes des Gehäuses vorgeschlagen, wobei es darum geht, eine kurzzeitige Erhöhung des Innendruckes des Gehäuses auf ein Vielfaches des atmosphärischen Druckes zu bewirken. Die Druckerhöhung, in dem die Elektroden aufweisenden Innenraum, wird dabei durch den Lichtbogen des Folgestromes selbst produziert.
  • In der DE 198 17 063 A1 wird ein Überspannungsschutzelement mit Lichtbogenwanderung offenbart, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem eine innere Elektrode in einer äußeren Elektrode angeordnet ist. Die innere Elektrode ragt mit einem Ende frei in die äußere Elektrode hinein, wobei der Querschnitt der inneren Elektrode zum freien Ende hin abnimmt und ein Lichtbogenabstand zwischen der inneren Elektrode und der äußeren Elektrode zu dem freien Ende hin zunimmt. Konkret wird weiterhin gelehrt, dass es erwünscht ist, wenn derjenige Flächenbereich der inneren Elektrode, über den hin verteilt Lichtbögen entstehen, bei kompakten Bauvolumen vergrößert ist und ein schnelleres Wegwandern der entstandenen Lichtbögen veranlasst. Auch ist im dortigen, eine der Elektroden bildenden Teil des Gehäuses, eine Öffnung zum Druckausgleich vorgesehen. Die Anordnung selbst ist rotationssymmetrisch und weist eine Zylinderform auf.
  • In der EP 0 860 918 B1 wird ein Ableiter auf Funkenstreckenbasis vorgestellt, bei der der eigentlichen Funkenstrecke ein zweiter Raum nachgeordnet ist, der vom Raum der Funkenstrecke durch eine Platte mit Öffnungen getrennt wird und bei welchem Prall- und Kühlflächen vorhanden sind, sowie eine Ausblasöffnung vorgesehen ist. Mit der Ausgestaltung des zweiten Raumes soll eine Umlenkung und Kühlung der heißen Gase erfolgen, so dass diese ohne Gefährdung der Umgebung austreten können.
  • Die Ausblas-Röhrenfunkenstrecke nach DE-PS 897.444 arbeitet nach dem sogenannten Löschrohrprinzip, wo zur Verringerung der Gefährdung durch das Ausblasen eine in Reihe geschaltete Blaskammer angeordnet ist, in welcher die erhitzten Gase eine Umlenkung und eine Kühlung erfahren, bevor sie die entsprechende Kammer verlassen.
  • Die Überspannungsschutzeinrichtung mit verbesserten Netzfolgestrom-Löschvermögen nach DE 100 08 764 A1 geht von einer konzentrischen Anordnung von einem ersten Funkenhorn und einem zweiten Funkenhorn aufweisenden ersten und zweiten Elektrode aus, wobei zwischen den Funkenhörnern Luft-Durchschlag-Funkenstrecken gebildet werden. Bei der dortigen Konstruktion soll eine möglichst geringe Bauhöhe erreicht werden und zwar dadurch, dass das erste Funkenhorn kegelstumpfförmig ausgebildet und das zweite Funkenhorn konzentrisch um das erste Funkenhorn herum angeordnet ist.
  • In der WO-00/21170 A1 wird ein Überspannungsleiter auf Funkenstreckenbasis beschrieben, der vollständig gekapselt aufgebaut werden kann und dessen Funktion auf dem Prinzip der Hartgaserzeugung beruht. Der dortige Ableiter weist einen im Verhältnis zum Brennraum großen Abkühlraum auf, in welchem die erzeugten und erhitzten Gase durch eine Düse zur Steuerung des Massendurchsatzes gelangen. Der große Abkühlraum soll hierbei die erzeugte Gasmenge aufnehmen und möglichst rasch abkühlen. Die Nachteile einer derartigen Anordnung bestehen darin, dass die aufgenommene Energie des Gases, welches in den Abkühlraum gelangt, nicht weiter zur Beeinflussung des Lichtbogenverhaltens genutzt wird, so dass der Lichtbogen bis in den Abkühlraum vordringen kann und das bei Überforderung des Kühlvermögens der Abkühlkammer keine Druckdifferenz zwischen Kühlraum und Trennraum verbleibt, wodurch die notwendige Beströmung des Lichtbogens, insbesondere bei vollständiger Kapselung zum Erliegen kommt. Die Folge ist, dass die Lichtbogenspannung schlagartig sinkt und somit die Begrenzung des Folgestromes unerwünscht reduziert wird. Zudem müssen zur Erzeugung einer hohen Bogenbrennspannung vergleichsweise große Mengen an Hartgas freigesetzt werden.
  • Im Gegensatz zu den bekannten Ausblasräumen offenbart die DE 195 06 057 A1 eine Löschfunkenstrecken-Anordnung in gekapselter Form, bei der durch Druckdifferenzen der einzelnen Räume eine Beströmung des Lichtbogens erreicht wird und somit die Ausblasräume direkt auf den Lichtbogenbrennraum Einfluss nehmen. Dies wird allerdings nur dann erreicht, wenn der Druck im Brennraum vergleichsweise gering ist und außerdem recht große Volumina der Abkühlräume zur Verfügung stehen.
  • Ganz allgemein hat sich zur Steigerung des Löschvermögens bzw. auch zur Folgestrombegrenzung bei Überspannungsableitern die Beströmung des Lichtbogens mit Hartgas bewährt.
    Um den Beblasungseffekt möglichst optimal zur Folgestromlöschung umsetzen zu können, wurden Ableiter mit diesen Funkenstrecken regelmäßig ausblasend ausgeführt.
  • Aufgrund der Tatsache, dass es notwendig ist, benachbarte Anlagenteile vor dem heißen und elektrisch leitenden Gasstrahl der Ableiter zu schützen, werden dem aktiven Bereich der Funkenstrecken Kammern zur Umlenkung und Abkühlung der Gase wie es der Stand der Technik zeigt, nachgeschaltet, wobei diese Kammern die Temperatur der ausgeblasenen Gase unter einen kritischen Bereich senken. In dem Fall, wenn die Abkühlkammern vollständig geschlossen sein sollen, sind beachtliche Volumina notwendig, die über das eigentliche Volumen des aktiven Teiles des Ableiters deutlich hinausgehen, was der Eingangs erwähnten generellen Zielstellung zuwiderläuft.
  • Der große Druckunterschied im Hoch- und Niederdruckteil der Funkenstrecke ist systembedingt erforderlich, da zur exakten Funktionsweise der Ableiter bei Folgestrom ein Druckgefälle zwischen dem aktiven Bereich und dem Ausblasbereich notwendig ist. Bei Wegfall des Druckgefälles und damit auch der Strömung wird die Effizienz der Lichtbogenkühlung deutlich reduziert. Dies führt unerwünscht zur Einschränkung der Leistungsfähigkeit des Ableiters.
  • Das Druckgefälle zwischen aktivem Bereich und Kühlkammern kann bei den Ableitern nach dem Stand der Technik jedoch nur durch einen vergleichsweise großen und aufwendig gekühlten Ausblasraum und gegebenenfalls durch Düsen, welche zur raschen Entspannung der Gase Verwendung finden, zwischen aktivem Bereich und Kühlkammer, aufrechterhalten werden. Ziel der Kühlkammern ist demnach nur, zu erreichen, dass die dem Gas zugeführte Energie möglichst schnell abgebaut wird, um so das notwendige Druckgefälle zwischen der Lichtbogenkammer und dem Ausblasraum während der gesamten Folgestromlöschung zu gewährleisten.
  • Bei dem vorgenannten Lösungsansatz zum Erreichen der gewünschten Strombegrenzung ist eine beachtliche Gaserzeugung erforderlich, wodurch entsprechend große Ausblasvolumen bzw. Kühlkammern notwendig werden. Die Umsetzung der bisherigen Lösungsansätze wird bei geringen Abmessungen aber vergleichbaren Leistungsvermögen u.a. dadurch erschwert, das keine ausreichende Volumen für Ausblasräume bzw. Umlenk- und Abkühlräume zur Verfügung stehen. Des weiteren reduziert sich auch das Volumen zur Bereitstellung von Hartgas, welches zur Beströmung des Lichtbogens notwendig ist. Es stehen bei geringeren Volumen daher weniger Hartgasreserven zur Verfügung und das Abkühlvolumen der Ausblasräume ist begrenzt.
    Bei einem hohen Hartgasverbrauch reduziert sich daher nicht nur die Lebensdauer des Ableiters, sondern es droht auch dessen Versagen bei einer Überlastung des Abkühlvermögens.
    Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung einen weiterentwickelten gekapselten, Netzfolgestrom begrenzenden Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis für Niederspannungsanwendungen anzugeben, welcher über eine effektive Folgestrombegrenzung verfügt, der prinzipiell auch getriggert ausgeführt werden kann und der über ein geringes Gesamtvolumen sowie eine hohe Zuverlässigkeit verfügt.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Überspannungsableiter mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
  • Erfindungsgemäß wird zur Folgestrombegrenzung der Druckaufbau durch den Lichtbogen selbst sowie durch das Hartgas in dem druckfesten Gehäuse des Ableiters und zusätzlich die radiale Beströmung des Lichtbogens in diesem Bereich genutzt. Die Aufrechterhaltung der für die Beströmung und die Verlängerung des Lichtbogens bei Folgestrom notwendigen Druckdifferenz trotz geringer Abmessungen und eines geringen Druckabbaus innerhalb des gesamten Ableiters erfolgt dadurch, dass mindestens eine der beiden Elektroden zwei unabhängige Expansionsräume einschließt, in denen abwechselnd unterschiedliche Drücke herrschen, welche durch die Funkenstrecke und insbesondere den Lichtbogen selbst erzeugt und gesteuert werden und deren Druckdifferenz zur Unterstützung der gewünschten Rotationsbewegung und -beblasung mindestens eines Lichtbogenansatzes genutzt wird.
  • Die Folgestrombegrenzung ist so gestaltet, dass bei den maximal durch die Funkenstrecke beherrschbaren prospektiven Kurzschlussstrom eine Reduzierung seines Scheitelwertes auf ein Zwanzigstel oder weniger erfolgt.
  • Demnach besitzt die Kapselung oder das Funkenstreckengehäuse entgegen dem bisher bekannten Stand der Technik eine im Wesentlichen langgestreckte Quaderform, wobei im Quader eine Lichtbogenbrennkammer und mindestens zwei separate Expansionsräume, jeweils im Wesentlichen sich über die gesamte Quaderhöhe erstreckend, gebildet sind.
    Die Expansionsräume sind mit der Lichtbogenbrennkammer über Kanäle verbunden und es verlaufen die Kammern sowie die Expansionsräume im Wesentlichen parallel zueinander.
  • Die Lichtbogenbrennkammer ist im Kopfbereich von einer der Hauptelektroden und von einem Isolierteil begrenzt und im gegenüberliegenden Fußbereich von einem Lichtbogenansatzteil, welches mit der weiteren Hauptelektrode in Verbindung steht, gebildet. Die Kanäle erstrecken sich seitlich vom Lichtbogenansatzteil hin zu den vorerwähnten Expansionsräumen.
  • Im mindestens einem Kanal und/oder einem Expansionsraum können weitere, bei Lichtbogenzündung und Temperaturanstieg Gas abgebende, einen Gegendruck aufbauende Isolierteile oder Isolierabschnitte vorgesehen.
    Die Lichtbogensäule, welche sich zwischen dem Kopf- und Fußbereich, d.h. zwischen den Hauptelektroden und dem vorgesehenen Lichtbogenansatzteil bildet, führt eine Fußpunktbewegung im Bereich des Lichtbogenansatzteiles aus. Diese Fußpunktbewegung verschließt abwechselnd einen der Verbindungskanäle zu den Expansionsräumen, so dass sich unterschiedliche Druck- und Strömungsverhältnisse jeweils aufbauen.
  • Durch das Isolierteil im Kopfbereich der Lichtbogenbrennkammer kann in leichter Weise eine Triggerelektrode geführt werden, so dass auch unter diesem Aspekt die Aufgabenstellung erfüllt ist.
  • Die Expansionsräume und die Lichtbogenbrennkammer erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des quaderförmigen Körpers.
  • Die Kanäle verlaufen im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse der Brennkammer bzw. den Expansionsräumen. Weiterhin können die Verbindungskanäle aus einem gasabgebenden Isolierstoff bestehen.
  • Der Quader oder Quaderkörper weist Hohlräume auf, die die Lichtbogenbrennkammer und die Expansionsräume sowie die Kanäle erfindungsgemäß bilden.
  • Es kann aber auch eine der Hauptelektroden Hohlräume aufweisen, welche mindestens die Expansionsräume umfassen, wobei die Expansionsräume jeweils nahezu das gleiche Volumen wie die Lichtbogenbrennkammer besitzen.
    Der Querschnitt der Expansionsräume ist im Wesentlichen gleich demjenigen der Kanäle und der Lichtbogenbrennkammer. Die Expansionsräume sind im Wesentlichen entgegengesetzt der Strömungsrichtung innerhalb der Lichtbogenbrennkammer orientiert.
  • Ausgestaltend kann der Übergangsbereich zwischen Lichtbogenbrennkammer und dem jeweiligen Kanal eine Aufweitung besitzen, um auch bei vollständiger Ausfüllung des Brennraumes durch den Lichtbogen bzw. Lichtbogensäule ein Abströmen der Gase hinein in einen oder beide der Expansionsräume zu gewährleisten.
  • Bevorzugt besitzen die Innenseiten der Expansionsräume Mittel zur effektiven Gaskühlung. Diese Mittel können Kühlplatten, Kühlbleche oder aber auch Oberflächenstrukturen, z.B. nach Art von Noppen umfassen. Auch ist es von Vorteil, wenn die Expansionsräume aus Kupfer- oder Kupferlegierungsmaterial bestehen.
  • Weiterhin verfügen die Expansionsräume über Entlüftungsöffnungen mit einem kleinen Durchmesser oder Querschnitt zum allmählichen Druckausgleich zur Umgebung hin.
  • Es besteht bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Möglichkeit in der Kapselung mehrere, elektrisch verschaltbare Lichtbogenbrennkammern mit jeweils zugeordneten Kanälen und Expansionsräumen auszubilden.
  • Ebenso kann eine Lichtbogenbrennkammer als separates Bauteil gefertigt in eine Kapselung eingebracht werden, welche die Kanäle sowie die Expansionsräume enthält und die Gegenelektrode sowie das Lichtbogenansatzteil bildet.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der weiteren Hauptelektrode oder dem Lichtbogenansatzteil und der Triggerelektrode bzw. einer hierzu äquivalenten Elektrode ein Halbleiterwiderstand mit positiven Temperaturkoeffizienten, d.h. ein PTC-Element geschalten. Ein PTC-Element oder Kaltleiter besitzt bei niedrigen Temperaturen einen geringen Widerstand. Der elektrische Widerstand des Kaltleiters steigt bei der Curie-Temperatur des Ferroelektrikums abrupt an. Unterhalb der Curie-Temperatur herrscht zwischen den einzelnen Körnern des Kaltleitermaterials spontane Polarisation vor. Die negative Korngrenzenladung wird hierdurch abgeschirmt. Damit verringern sich bei tiefen Temperaturen unterhalb der Curie-Temperatur die Potentialbarierren zwischen den Körnern. Oberhalb der Curie-Temperaturen ist die Dielektrizitätszahl wesentlich geringer als unterhalb. Oberhalb existiert keine ferroelektrische Ordnung und keine spontane Polarisation. Die Abschirmung der Raumladungszonen wird wesentlich ineffektiver und die Potentialbarierren steigen. In Folge dessen erhöht sich auch der Widerstand beim Übergang von tiefen zu hohen Temperaturen um drei bis sechs Größenordnungen.
  • Durch den zwischen Hilfselektrode oder Triggerelektrode und der weiteren Hauptelektrode angeschlossenen Kaltleiter findet eine Entlastung der Funkenstrecke statt. Der Kaltleiter übernimmt bei zunehmender Belastung der Funkenstrecke einen größeren Teil des Stromes, wodurch wie vorerwähnt die Belastung innerhalb der Funkenstrecke selbst reduziert wird und auch die Verlängerung des Lichtbogens durch Reduzierung des Druckes und der Stromkräfte begrenzbar ist. Bei landandauernden Entladungen, z.B. auch bei Netzfolgeströmen ergibt sich ein weiterer Vorteil. Nachdem ein Großteil des Lichtbogenstromes durch den Kaltleiter übernommen wurde, erwärmt sich dieser und es steigt sein Widerstand. Hierdurch wird der Folgestrom reduziert und der Leistungsumsatz und damit der Verschleiß innerhalb der Funkenstrecke gesenkt. Es kann also auf diesem Wege der Kaltleiter bzw. das PTC-Element einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung und Löschung von Folgeströmen leisten. Auch wirkt sich die vorgeschlagene Maßnahme sehr positiv auf die Wiederverfestigung der Isolationsstrecke nach dem Belastungsfall aus. Durch die vorgeschlagene partielle Parallelschaltung von Funkenstrecke und Kaltleiter ist die Gefahr der Überlastung des Kaltleiters, insbesondere durch hohe Stoßströme vernachlässigbar.
  • In einer Alternative ist das Lichtbogenansatzteil gegenüber der umgebenden weiteren Hauptelektrode isoliert und zwischen Lichtbogenansatzteil und Hauptelektrode befindet sich ein Halbleiterwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, d.h. ein PTC-Element.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel geht ebenso von einer isolierten Anordnung des Lichtbogenansatzteiles aus, wobei hier der Kaltleiter bzw. das PTC-Element gegen Masse geschalten ist und die weitere Hauptelektrode ebenfalls Massepotential führt. Auch bei diesen Ausführungsformen treten die oben genannten Vorteile im Sinne einer Belastung der Funkenstrecke und einer Reduktion des Funkenstreckenverschleißes ein.
  • Es liegt im Sinne der Erfindung, dass anstelle eines Kaltleiters auch andere nichtlineare Impedanzen verwendet werden können. Denkbar sind hier Induktivitäten, Varistoren oder aber auch Reihenschaltungen aus Gasableitern und Varistoren. Allerdings kann bei einem Kaltleiter die Übernahme eines beachtlichen Teilstromes wesentlich einfacher und bei vergleichsweise geringeren Lichtbogenimpedanzen erfolgen. Zum anderen ist die Gefahr der Überlastung des Kaltleiters aufgrund der Selbstschutzfunktion dieses Elementes äußerst gering.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
  • Hierbei zeigen:
    • Figur 1 -
    eine Schnittdarstellung und eine Schnittdraufsicht einer ersten Ausführungsform des Überspannungsableiters in quaderförmiger Gestalt;
    Figur 2 -
    eine Anordnung ähnlich derjenigen nach Figur 1 jedoch mit zusätzlichen Kühlplatten oder -stegen innerhalb der Expansionsräume;
    Figur 2a - 2c
    eine Ausführungsform mit partieller Parallelschaltung von Funkenstrecke und einem Kaltleiter;
    Figur 3 -
    eine Ausführungsform mit verschiedenen Anordnungen von Brennkammern und Expansionsräumen, die auch teilweise miteinander bzw. untereinander verbunden sind;
    Figur 4 -
    eine Ausführungsform des Überspannungsableiters mit Expansionsräumen, die sich ausgehend vom Lichtbogenansatzteil sowohl nach oben als auch nach unten, in den Kopf- und Fußbereich erstrecken;
    Figur 5 -
    einen Überspannungsableiter mit zwei Lichtbogenbrennräumen, denen jeweils zwei Expansionsräume zugeordnet sind, wobei die Möglichkeit der Verschaltung der Lichtbogenbrennräume besteht und
    Figur 6 -
    eine Schnittdarstellung durch einen Ableiter, bei dem eine vorgefertigte Funkenstrecke nach dem Hartgasprinzip in eine Kapselung einschraubbar ist, welche mindestens Expansionsräume umfasst.
  • Bei der Funkenstrecke nach den Figuren, insbesondere Figur 1 wird von einer Quaderform ausgegangen, die an die üblichen Abmessungen von sogenannten Reihengehäusen angepasst ist, wobei die Breite und die Höhe deutlich größer als die Tiefe gewählt wird.
  • Die Funkenstrecke besteht in ihrer einfachsten Ausführungsform, d.h. ungetriggert aus der ersten Hauptelektrode 1, einem ersten Isolierteil 2 und der zweiten Hauptelektrode 3.
  • Die Hauptelektrode 3 nimmt im Inneren die Lichtbogenbrennkammer 5 auf und es erstrecken sich zwei Expansionsräume 6 ausgehend von einem bei Folgestrombelastung bevorzugten Lichtbogenansatzteil 4.
  • Bei einer triggerfähigen Ausführungsform ist eine Trigger- oder Hilfselektrode 7 in das erste Isolierteil 2 integriert. Das Isolierteil 2 gibt bei Temperaturbelastung durch den Lichtbogen Löschgas ab.
  • Nach Überschlag der Isolationsstrecke am Isolierteil 2 zündet der Lichtbogen entlang der kürzesten Trennstrecke 8 zwischen den Hauptelektroden 1 und 3.
  • Danach bewegt sich der Lichtbogenfußpunkt auf der Innenseite der Lichtbogenkammer 5 durch die in Folge der Lichtbogenzündung und der zusätzlichen Gasabgabe durch das Isolierteil 2 entstehenden Druckdifferenz und der damit einsetzenden Strömung zwischen der Brennkammer 5 und den Expansionsräumen 6 entlang des Teiles 3 innerhalb der Brennkammer 5 zum bevorzugten Lichtbogenansatzbereich, d.h. zum Lichtbogenansatzteil 4 hin.
  • Die mit dem Bezugszeichen 9 erreichte Länge, die dem Abstand der Hauptelektrode 1 zum Teil 4 entspricht, ist gleich einer Lichtbogenlänge, die über die nahezu gesamte Lichtbogendauer beibehalten wird.
  • Das Vermögen der Funkenstrecke zur Begrenzung, Löschung oder sogar zur Vermeidung von Netzfolgeströmen steigt mit der Länge des Lichtbogens, die mit der Modifikation der Länge der Lichtbogenbrennkammer erreicht werden kann sowie mit Zeitdauer aber auch der Menge der Gasabgabe und der Gasart, bevorzugt Wasserstoff, d.h. den Eigenschaften des ersten Isolierteiles 2. Eine weitere Varianz ist die Möglichkeit der Reduzierung des Querschnittes der Lichtbogenbrennkammer 5, die u.a. eine Erhöhung der Intensität der Gasströmung der Lichtbogenkühlung und eine Druckerhöhung in der Brennkammer nach sich zieht, wodurch eine Erhöhung der Lichtbogenspannung und somit auch der Folgestrombegrenzung erreicht werden kann.
  • Bei der Ausführungsform nach Figur 2a wird eine Entlastung der Funkenstrecke über den Einsatz eines Kaltleiters 17 realisiert.
  • Der Kaltleiter 17 ist zwischen Triggerelektrode 7 bzw. einer äquivalenten Elektrode und dem Lichtbogenansatzteil 4 geschalten. Die Entlastung der Funkenstrecke wird hierbei folgendermaßen erreicht. Der Lichtbogen wird zwischen den Hauptelektroden 1 und 3 gezündet. Zu diesem Zeitpunkt ist die Lichtbogenspannung, die Lichtbogenlänge, der Druck und die Temperatur innerhalb der Funkenstrecke noch gering. Hieraus ergibt sich eine vergleichsweise niedrige Lichtbogenimpedanz. Demgegenüber ist der Kaltwiderstand des Kaltleiters vergleichsweise hoch und der Strom durch den Kaltleiter 17 vernachlässigbar. Durch den Druckaufbau und die Verlängerung des Lichtbogens steigt die Lichtbogenimpedanz. Der Kaltleiter 17 übernimmt somit bei zunehmender Belastung der Funkenstrecke einen größeren Teil des Stromes, wodurch die Belastung innerhalb der Funkenstrecke selbst reduziert wird und auch die Verlängerung des Lichtbogens durch Reduzierung des Druckes und der Stromkräfte begrenzt werden kann.
    Bei langandauernden Entladungen, z.B. auch mit Folgeströmen kommt es zu einer Übernahme eines Großteiles des Lichtbogenstromes durch den Kaltleiter, wodurch sich dieser erwärmt und selbsttätig seinen Widerstand erhöht. Hierdurch wird der Folgestrom reduziert und der Leistungsumsatz und somit der Verschleiß innerhalb der Funkenstrecke gesenkt. Es kann also der Kaltleiter 17 einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung und Löschung von Folgeströmen leisten. Darüber hinaus wirkt sich diese Ausführungsform auch sehr positiv auf die Wiederverfestigung der Isolationsstrecke nach Belastung aus.
  • Durch die partielle Parallelschaltung von Funkenstrecke und Kaltleiter 17 ist die Gefahr der Überlastung des Kaltleiters 17, insbesondere durch hohe Stoßströme vernachlässigbar.
  • Die Figuren 2b und 2c zeigen ähnliche Anordnungen mit einer vergleichbaren Funktionsweise. Hier ist jedoch zwischen der Elektrode 3 und dem Lichtbogenansatzteil 4 eine Isolation 16 ausgebildet. Gemäß Figur 2b ist der Kaltleiter 17 sowohl an der Hauptelektrode 3 als auch am isolierten Lichtbogenansatzteil 4 angeschlossen.
  • Bei der Ausführungsform nach Figur 2c ist das Lichtbogenansatzteil 4 ebenfalls über den Abschnitt 16 isoliert zur Hauptelektrode 3. Der Kaltleiter 17 ist einerseits am Lichtbogenansatzteil 4 angeschlossen und steht andererseits mit einem Masseanschluss in Verbindung. Ebenso führt die Hauptelektrode 3 auf Masse.
  • Aufgrund der hohen thermischen Belastungen und der hohen Drücke ist es zweckmäßig zum Schutz der Funkenstrecke und insbesondere der Expansionsräume 6 vor direkter und langandauernder Lichtbogeneinwirkung eine zusätzliche Reduzierung des Energieumsatzes innerhalb der Lichtbogenbrennkammer 5 anzustreben, was mit den Lösungsansätzen gemäß der Figuren 2a bis 2c in überraschend einfacher Weise gelingt.
  • Allerdings ist es nicht wünschenswert den Querschnitt der Lichtbogenbrennkammer 5 weiter zu reduzieren, da hiermit eine Verschlechterung der Stoßstromtragfähigkeit einhergeht.
  • Aufgrund der geringen Abmessungen der Lichtbogenkammer und der Expansionsräume, sowie der angestrebten hohen Lebensdauer ist es sinnvoll, die erzeugte Gasmenge bei der erfindungsgemäßen Funkenstrecke zu minimieren. Hierzu wird die Länge bzw. werden die Abmessungen des hartgasabgebenden Materials, vorzugsweise POM, auf ein Minimum begrenzt und zwar in einem Bereich von Durchmesser zu Länge kleiner 1:2.
  • Der innere Querschnitt des Isolierteiles 2 wird bevorzugt kreisförmig gestaltet und besitzt einen Radius von 1 bis 5 mm. Hierdurch wird sowohl die entstehende Gasmenge bei Folgestrom als auch bei Stoßströmen reduziert.
  • Um eine Verlängerung des Lichtbogens und damit einen hohen Leistungsumsatz bei Stoßströmen zu verhindern, ist es notwendig die Druckdifferenz und damit die Strömung zwischen der Lichtbogenbrennkammer 5 und den Expansionsräumen 6 zu reduzieren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in die Expansionsräume 6 und/oder in die Verbindungskanäle 10 ebenfalls hartgasabgebendes Isoliermaterial 15 eingebracht werden kann.
    Da die Höhe der Stoßströme durch die Funkenstrecke nicht reduziert werden kann, da es sich hier um einen eingeprägten Strom handelt, wird bei Stoßstrombelastung der gesamte Querschnitt des Brennkanals vom Lichtbogen ausgefüllt. Die Höhe des Stromes, des Druckes, des Leistungsumsatzes und die Temperatur des Plasmas betragen ein Vielfaches der Werte im Vergleich zum Folgestrom. Eine gegenüber der Folgestrombelastung deutlich größere und stärker erhitzte Gasmenge dringt somit direkt und schlagartig in die Expansionsräume ein. Als Folge hiervon wird zusätzlich Hartgas durch die Teile 15 außerhalb der Brennkammer produziert. Da das Volumen der Expansionsräume ohnehin erfindungsgemäß gering ist, wird innerhalb der kurzen Zeitdauer gegenüber der Brennkammer ein Gegendruck aufgebaut, wodurch eine lichtbogenverlängernde Strömung zum Erliegen kommt. Hierdurch kann der Energieumsatz bei Stoßströmen innerhalb des Ableiters begrenzt werden.
  • Durch geeignete Positionierung, die Vorgabe einer bestimmten Menge und die Art des gasabgebenden Materials innerhalb der Kanäle 10 bzw. der Expansionsräume 6 kann sehr gut gesteuert werden, bei welchen Belastungen und Temperaturen zusätzlich Gas abzugeben ist.
    Je näher das Hartgas abgebende Material 15 der Lichtbogenbrennkammer 5 positioniert ist und je niedriger die Temperatur ist, bei welcher das Material zu Gasen beginnt, desto niedriger sind die Belastungen, bei denen zusätzliches Gas außerhalb des Brennraumes frei wird.
  • In dem Falle, wenn die Verbindungskanäle 10 auch aus Gas abgebenden Isolationsmaterial hergestellt sind, ergibt sich eine bessere Abtrennung des Brennraumes von den Expansionsräumen 6. Bei einer weiteren Ausführungsform können somit die Expansionsräume 6 und auch ein Teil des Ableitergehäuses gegenüber der Hauptelektrode 3 isoliert werden.
  • Bei Netzfolgeströmen ist der Leistungseintrag in das Gas und in die Expansionskammern deutlich geringer, so dass das Kühlvermögen der Expansionskammern 6 ausreicht, um eine Abgabe von Hartgas, wie sie bei Stoßströmen auftritt, innerhalb der Expansionsräume 6 bzw. der Verbindungskanäle 10 zu unterbinden.
  • Die bei Stoßströmen positiven Auswirkungen der Verkürzung bzw. Begrenzung der Lichtbogenlänge und damit des Energieumsatzes würden jedoch bei Folgestrom zu einem weniger stark beströmten und gekühlten Lichtbogen führen. Ein verschlechtertes Folgestromlöschvermögen wäre die unmittelbare Folge. Die Verlängerung des Lichtbogens zur Kompensation ist bei wünschenswert reduzierten Abmessungen ebenfalls nur begrenzt möglich. Um dennoch das angestrebte starke strombegrenzende Löschvermögen zu erreichen, muss die Lichtbogenbrennspannung durch einen stärkeren und rascheren Druckaufbau innerhalb der Brennkammer erhöht werden. Dies ist jedoch in einfacher Weise durch ein geringeres Volumen der Brennkammer und der Expansionsräume realisierbar.
  • Dies und das relativ geringe zur Verfügung stehende Volumen der Funkenstrecken insbesondere der Expansionsräume 6 sowie die Vermeidung der Abgabe von heißen ionisierten Gasen und damit einem Großteil an Energien durch die angestrebte Kapselung führen dazu, dass durch eine zu starke Druckangleichung zwischen Brennkammer und Expansionsraum und eventuell auch unterstützt durch Druckreflektion, die zur Kühlung und Verlängerung des Lichtbogens notwendige Gasströmung sehr stark unterbunden wird oder völlig zum Erliegen kommt. Dies führt dann durch mangelnde Kühlung, durch Reduzierung der Lichtbogenlänge oder durch Festbrennen des Lichtbogens zur Senkung der Bogenbrennspannung und damit zum möglichen Versagen der Funkenstrecke.
  • Um derartige Folgen zu vermeiden, ist es selbst bei extrem geringen Volumen und hohen Drücken innerhalb der Funkenstrecken notwendig, bei Folgestrom eine so hohe Druckdifferenz zwischen Brennraum und Expansionsraum zu gewährleisten, dass eine kontinuierliche Beströmung des Lichtbogens realisiert wird.
  • Zum o. g. Ziel werden erfindungsgemäß die erwähnten unabhängigen Expansionsräume 6, die z.B. innerhalb der Hauptelektrode 3 anordenbar sind, genutzt. Damit eine für die Verlängerung und Kühlung notwendige Gasströmung unter den vorgenannten Bedingungen aufrecht erhalten werden kann, werden die mindestens zwei, im Idealfall nahezu gleichgroßen Expansionsräume in eine Elektrode eingebettet, welche gleichzeitig wesentlicher Bestandteil des Gehäuses oder der Kapselung des Ableiters ist. Die Expansionsräume haben nahezu das gleiche Volumen wie der aktive Bereich des Ableiters, nämlich die Lichtbogenbrennkammer. Innerhalb der Expansionsräume erfolgt in der bevorzugten Ausführungsform nach Figur 1 keine nennenswerte Aufweitung oder Reduzierung des Querschnittes gegenüber den Kanälen 10 und hin zum Lichtbogenbrennraum bzw. der Brennkammer 5. Das heißt, auch der Querschnitt der Expansionsräume entspricht in etwa demjenigen der Lichtbogenbrennkammer 5.
  • Es sind hier allerdings auch Ausgestaltungsvarianten denkbar, bei denen eine ausschließliche Reduzierung des Querschnittes der Lichtbogenbrennkammer 5 zur drastischen Folgestrombegrenzung bzw. -vermeidung angestrebt wird oder auch bei einer höheren Anzahl von Expansionsräumen besteht die Möglichkeit das Verhältnis der Volumina und der Querschnitte der Lichtbogenbrennkammer 5 zu den Expansionsräumen 6 anders zu gestalten, z.B. höher als 2 jedoch kleiner als 20.
  • Wie in der Figur 1 erkennbar, sind die Expansionsräume 6 mit der Lichtbogenbrennkammer auf der Ebene des bevorzugten Lichtbogenfußpunktes, nämlich am Lichtbogenansatzteil mit jeweils einem Kanal 10 verbunden, dessen Querschnitt nur gering vom Querschnitt der Lichtbogenbrennkammer 5 abweicht, um eine ungewollte Druckreflektion und Düsenbildung oder aber auch eine Düsenverstopfung bei zu geringer Belastung zu vermeiden. Die Kanäle 10 bei zwei Expansionsräumen befinden sich in der gleichen Ebene und liegen einander gegenüber. Weiterhin sind die Expansionsräume so gestaltet, dass sie sich bevorzugt entgegengesetzt zur Strömungsrichtung innerhalb der Lichtbogenbrennkammer 5 erstrecken.
  • Nach der Zündung des Lichtbogens wird, wie dargestellt, durch den rasch entstehenden Überdruck der Lichtbogen entlang der Hauptelektrode 3 bis hin zum Lichtbogenansatzteil 4 verlängert. Das erhitzte Gas strömt in die Expansionsräume 6 und bewirkt im Gegensatz zu bekannten Lösungen sehr rasch auch einen beachtlichen Druckanstieg innerhalb dieser Teilräume, welcher nur noch minimal vom Druck innerhalb der Lichtbogenbrennkammer 5 abweicht. Dieser Druck wirkt nun wiederum auf das Abströmverhalten aus der Lichtbogenbrennkammer 5 zurück. Um einen vollständigen Druckausgleich, durch welchen wie oben gezeigt, die notwendige Gasströmung zum Erliegen kommt und wodurch die Funkenstrecke infolge der damit verbundenen drastischen Reduzierung der Bogenbrennspannung ihr Vermögen zur Strombegrenzung nahezu verlieren würde, zu vermeiden, wird die Spezifik der Fußpunktbewegung von Lichtbögen und weiterhin die Vorteile der unabhängigen Expansionskammern genutzt.
  • Der Lichtbogenfußpunkt und somit auch der Lichtbogen bewegt sich kontinuierlich im bevorzugten Bereich des Teiles 4. Hierdurch ergibt sich das prinzipielle Verhalten, dass bei den gewählten geringen Durchmessern der Kanäle 10 von wenigen Millimetern diese wechselseitig durch die Bogensäule bei Netzfolgeströmen vollständig bzw. teilweise verschlossen werden. Hierdurch wird die Gaszufuhr aus der Lichtbogenbrennkammer 5 in den jeweiligen Expansionsraum 6 wechselseitig unterbrochen bzw. unterschiedlich stark eingeschränkt. Dies führt nun dazu, dass sich der Druck durch die Abkühlung der Gase innerhalb des verschlossenen Expansionsraumes gegenüber der anderen Expansionskammer 6, in welcher weiterhin eine uneingeschränkte Gaszufuhr erfolgt und insbesondere gegenüber der Lichtbogenbrennkammer reduziert.
  • Zur Unterstützung des unterschiedlichen Einströmverhaltens der Kammern können die Einlassöffnungen der Kanäle 10 zwischen Lichtbogenbrennkammer 5 und den Expansionsräumen 6 so aufgeweitet oder ausgestaltet werden, dass ein Abströmen der Gase auch bei nahezu vollständiger Ausfüllung der Lichtbogenbrennkammer durch den Lichtbogen bei Folgestrombelastungen gewährleistet bleibt.
  • Die wechselnden Druckverhältnisse im Bereich des Teiles 4 bzw. die Spezifik der Lichtbogenfußpunktbewegung führen zur Freigabe des jeweiligen Abströmkanals 10 in den Raum mit reduzierten Druck. Hierdurch wird der weitere oder andere Expansionsraum entlastet bzw. verschlossen, wodurch sich nun in diesem der Druck reduzieren kann. Der unterschiedliche Druck zwischen den Expansionsräumen 6 kann bei einer kurzzeitigen Freigabe beider (Abström)Kanäle 10 auch zu einer Strömung zwischen den Expansionsräumen 6 selbst führen, wodurch die Fußpunktbewegung bzw. die Lichtbogenrotation im Bereich des Teiles 4 unterstützt ist.
  • Durch die wechselnden Druckverhältnisse in den Expansionsräumen kann sowohl die Strömung im Brennkanal als auch eine kontinuierliche Bogenbewegung trotz extrem hoher Drücke in der Brennkammer und den Expansionsräumen im Bereich von bis über 100 bar sichergestellt werden und somit bis zu größten Folgeströmen eine Verstopfung der Kanäle vermieden werden. Die Druckdifferenz zwischen Brennraum und den Expansionsräumen beträgt bei der Lösung nach Ausführungsbeispiel bevorzugt nur wenige Prozent bzw. bar. Der Druck in den Expansionsräumen entspricht jedoch mindestens 50 % des mittleren Druckes, welcher innerhalb, der Lichtbogenbrennkammer herrscht.
    Damit wird gewährleistet, dass die unabhängigen Expansionsräume 6 über unterschiedliche Drücke verfügen und das deren Druck trotz ihrer geringen Größe stets unterhalb des Druckes innerhalb der Lichtbogenbrennkammer 5 liegt, wodurch sichergestellt ist, dass eine kontinuierliche Strömung und damit das Funktionsprinzip der Funkenstrecke für die Netzfolgestromunterbrechung aufrecht erhalten werden kann.
  • Da die Zeitdauer für die Abkühlung der Gase in den Expansionsräumen, d.h. die Verweilzeit nur wenige Mikrosekunden aufgrund der schnellen Fußpunktbewegung beträgt und die Druckdifferenz für mehrere Millisekunden bei Folgeströmen aufrechterhalten werden muss, ist es notwendig, die Gase innerhalb der Expansionsräume trotz des geringen Volumens effektiv zu kühlen. Als Material hierfür wird insbesondere Kupfer oder dessen Legierungen eingesetzt. Zusätzlich kann die Oberfläche der Expansionsräume durch Aufrauhung, Rillen, Erhebungen, Kühlplatten o.ä. vergrößert werden.
  • Der Einsatz derartiger Materialien mit geringerer Lichtbogenresistenz wird möglich, da der stromführende Teil des Lichtbogens sich nicht über den Bereich in der Nähe des Teiles 4 hinaus in die Expansionsräume der in diesem Fall zusammengesetzten Hauptelektrode 3 ausbreitet.
  • Die Expansionsräume 6 weisen zeichnerisch nicht dargestellte Druckausgleichsöffnungen kleinen Querschnittes auf, die für einen allmählichen Druckausgleich Sorge tragen, wodurch ein reproduzierbares Ansprechverhalten der Funkenstrecke nach deren Belastung gewährleistet ist.
  • Die Funkenstrecke gemäß Ausführungsbeispiel verfügt trotz ihres hohen Vermögens zur Folgestrombegrenzung und einer hohen Stoßstromtragfähigkeit über einen geringen Verschleiß. Es wird eine vergleichsweise geringe Menge an Hartgas zur Erzeugung eines hohen Brennraumdruckes und einer hohen Lichtbogenspannung benötigt, wodurch der Abbrand des gasabgebenden Isolierteiles 2 begrenzt bleibt.
  • Die verstärkte Beströmung und damit Bewegung des Lichtbogens aufgrund der Druckdifferenzen innerhalb aller Räume führt zu einem geringerem Abbrand in der Lichtbogenbrennkammer 5 (Hauptelektrode 1, 3; Isolierteil 2) aber auch im Bereich des Lichtbogenansatzteiles 4.
  • Gemäß Figur 1 wird die erste Hauptelektrode 1 in die zweite Hauptelektrode 3 isoliert eingebracht. Hierfür findet das Isolierteil 2 Verwendung. Das Isolierteil 2 besteht aus einem Material, welches unter Lichtbogeneinwirkung Hartgas abgibt. Zur Verkürzung des Überschlagsweges kann das Isolierteil 2 auch aus einer Schichtung von isolierenden Teilen und elektrisch halbleitenden bzw. leitenden Teilen bestehen.
  • Wie bereits erwähnt, kann innerhalb des Isolierteiles 2 zusätzlich, isoliert gegenüber den Hauptelektroden 1 und 3 eine weitere Hilfselektrode 7 eingebracht werden, welche zur gezielten externen Triggerung des Ableiters verwendet wird.
  • Gemäß Figur 1 beinhaltet die Hauptelektrode 3 die beiden Expansionsräume 6 und die Lichtbogenbrennkammer 5. Die Elektrode 3 kann dabei vollständig aus lichtbogenbeständigen Material, wie z.B. Wolfram/Kupfer-, Chrom/Stahl-Legierungen, Graphit oder Ähnlichem aufgebaut werden bzw. aus Kostengründen nur partiell im Brennraum 5 und im Bereich des Teiles 4 aus einem solchen Material bestehen. Der Bereich des Teiles 4 ist gegenüber den umgebenden Elektrodenbereich hin zum Kopf, d.h. zur gegenüberliegenden Hauptelektrode 1 erhaben ausgeführt.
    Innerhalb der Expansionsräume 6 aber auch innerhalb der Kanäle 10 kann bei Bedarf zur Begrenzung des Energieumsatzes bei Stoßströmen hartgasabgebendes Material 15 angeordnet werden.
  • Bei der Figur 2 ist eine ähnliche Anordnung wie in Figur 1 gezeigt, wobei jedoch die Expansionsräume 6 mit einer Auswahl verschiedener Möglichkeiten zur Anbringung von Kühlplatten 11 oder -stegen 12 versehen sind. Ziel dieser Mittel ist es ein möglichst großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des Kühlkörpers bei maximaler Volumenausnutzung zu schaffen.
  • In der Draufsicht verschiedener Anordnungen von Brennkammern 5 und Expansionsräumen 6 nach Figur 3 werden Gestaltungsmöglichkeiten offenbart, bei denen die Expansionsräume auch mindestens teilweise miteinander oder untereinander verbindbar sind.
  • Die Schnittdarstellung eines Überspannungsableiters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Figur 4 offenbart Expansionsräume, die sich bezogen auf das Lichtbogenansatzteil 4 in der Elektrode sowohl nach oben als auch nach unten, d.h. zum Kopf- und Fußbereich hin erstrecken.
    Bei entsprechender Gestaltung sind auch Anordnungen denkbar, bei denen sich der Expansionsraum vorwiegend nur auf der Höhe des Lichtbogenfußpunktes um die Lichtbogenbrennkammer, z.B. in koaxialer Form oder in Segmenten erstreckt.
  • Figur 5 zeigt einen Ableiter, bei dem zwei Lichtbogenbrennräume mit je zwei Expansionsräumen korrespondieren. Die Lichtbogenbrennräume oder Lichtbogenbrennnkammern 5.1 und 5.2 können elektrisch verschalten werden. Je nach Verschaltung der Lichtbogenbrennkammern kann die Stoßstromtragfähigkeit (Parallelschaltung) oder die Fölgestrombegrenzung auch bei höheren Spannungen (Reihenschaltung) verbessert werden. Figur 5 stellt nur ein Beispiel einer höheren Anzahl von Brennräumen bzw. Lichtbogenbrennkammern dar, dass nicht den Erfindungsgedanken begrenzend zu interpretieren ist. In ähnlicher Weise sind auch Anordnungen für eine drehstromgerechte Verschaltung der einzelnen Ableiterpfade realisierbar.
  • Bei der Ausführungsform nach Figur 6 ist ein Ableiter gezeigt, bei dem eine vorgefertigte Funkenstrecke 13 nach dem Hartgasprinzip in ein ebenfalls vorgefertigtes oder vorfertigbares Gehäuse 14 eingeschraubt wird. Dieses Gehäuse 14 umfasst mindestens die beschriebenen Expansionsräume 6 und im gezeigten Beispiel auch das Lichtbogenansatzteil 4 für den Lichtbogenfußpunkt.

Claims (20)

  1. Gekapselter, Netzfolgestrom begrenzender Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis für Niederspannungsanwendungen mit zwei Hauptelektroden (1, 3) sowie mit bei Temperaturbelastung gasabgebenden Isolierteilen (2), wobei eine der Hauptelektroden mindestens Teil der Kapselung und/oder des Funkenstreckengehäuses ist,
    dadurch gekennzeichnet,dass
    die Kapselung oder das Funkenstreckengehäuse eine im Wesentliche langgestreckte Quaderform besitzt, wobei im Quader eine Lichtbogenbrennkammer (5) und mindestens zwei separate Expansionsräume (6), jeweils im Wesentlichen sich über die gesamte Quaderhöhe erstreckend gebildet sind, die Expansionsräume (6) mit der Lichtbogenbrennkammer (5) über Kanäle (10) verbunden sind und die Kammer (5) sowie die Expansionsräume (6) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen
    die Lichtbogenbrennkammer (5) im Kopfbereich von einer der Hauptelektroden (1) und von einem Isolierteil (2) begrenzt und im gegenüberliegendem Fußbereich von einem Lichtbogenansatzteil (4), welches mit der weiteren Hauptelektrode (3) in Verbindung steht, gebildet wird,
    - sich die Kanäle (10) seitlich vom Lichtbogenansatzteil (4) hin zu den Expansionsräumen (6) erstrecken und
    - sich die Lichtbofensäule (9) zwischen dem Kopf- und Fußbereich, d.h. zwischen der Hauptelektrode (1) und dem vorgesehenen Lichtbogenansatzteil (4) ausbildet, wobei durch die Fußpunktbewegung am Lichtbogenansatzteil (4) abwechselnd einer oder zeitweise beide Verbindungskanäle (10) zu den Expansionsräumen (6) von der Lichtbogensäule mindestens teilweise verschlossen wird/werden, so dass sich unterschiedliche Druck- und Strömungsverhältnisse aufbauen.
  2. Gekapselter Überspannungsableiter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    durch das Isolierteil (2) im Kopfbereich der Lichtbogenbrennkammer eine Triggerelektrode (7) geführt ist.
  3. Gekapselter Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich die Expansionsräume (6) und die Lichtbogenbrennkammern (5) im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Quaders erstrecken und die Expansionsräume sich bevorzugt in den Endbereichen der Längs-Schmalseiten des Quaders befinden.
  4. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kanäle (10) im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse der Brennkammer (5) oder den Expansionsräumen (6) verlaufen.
  5. Gekapselter Überspannungsableiter nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verbindungskanäle (10) aus einem gasabgebenden Isolierstoff bestehen.
  6. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,dass
    der Quader Hohlräume aufweist, die die Lichtbogenkammern (5) und die Expansionsräume (6) sowie die Kanäle bilden.
  7. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine der Hauptelektroden (3) Hohlräume aufweist, welche mindestens die Expansionsräume (6) umfassen, wobei die Expansionsräume (6) jeweils nahezu das gleiche Volumen wie die Lichtbogenbrennkammer (5) besitzen.
  8. Gekapselter Überspannungsableiter nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Querschnitt der Expansionsräume (6) im Wesentlichen demjenigen der Kanäle und Lichtbogenbrennkammer (5) entspricht.
  9. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Expansionsräume (6) sich im Wesentlichen entgegengesetzt zur Strömungsrichtung innerhalb der Lichtbogenbrennkammer (5) erstrecken.
  10. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,dass
    der Übergangsbereich zwischen der Lichtbogenbrennkammer und dem jeweiligen Kanal eine Aufweitung besitzt, um auch bei vollständiger Ausfüllung des Brennraumes durch den Lichtbogen ein Abströmen der Gase zu gewährleisten.
  11. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Innenseiten der Expansionsräume (6) Mittel (11, 12) zur Gaskühlung umfassen.
  12. Gekapselter Überspannungsableiter nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Oberfläche der Expansionsräume (6) strukturiert ist und/oder Kühlplatten oder - flächen vorgesehen sind.
  13. Gekapselter Überspannungsableiter nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Expansionsräume (6) aus Kupfer- oder Kupferlegierungs-Material bestehen.
  14. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Expansionsräume (6) Entlüftungsöffnungen kleinen Querschnitts zum allmählichen Druckausgleich zur Umgebung hin aufweisen.
  15. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,dass
    in einer Kapselung mehrere elektrisch verschaltbare Lichtbogenbrennkammer (5.1, 5.2) mit jeweils zugeordneten Kanälen und Expansionsräumen (6) vorhanden sind.
  16. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Lichtbogenbrennkammer (5) als separates Bauteil gefertigt in eine Kapselung einbringbar ist, welche die Kanäle (10) sowie die Expansionsräume (6) enthält und die die Gegenelektrode (3) sowie das Lichtbogenansatzteil (4) bildet.
  17. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in mindestens einem Kanal (10) und/oder einem Expansionsraum (6) weitere, bei Temperaturanstieg gasabgebende, einen Gegendruck aufbauende Isolationsteile oder Isolationsabschnitte (15) vorgesehen sind.
  18. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 2 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an der weiteren Hauptelektrode (3) oder dem Lichtbogenansatzteil (4) und der Triggerelektrode (7) oder einer äquivalenten Elektrode hierzu ein Halbleiterwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten (17) angeschlossen ist.
  19. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,dass
    das Lichtbogenansatzteil (4) gegenüber der umgebenden weiteren Hauptelektrode (3) über ein Teil (16) isoliert und zwischen Hauptelektrode (3) und dem Lichtbogenansatzteil (4) ein Halbleiterwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten (17) geschalten ist.
  20. Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Lichtbogenansatzteil (4) gegenüber der umgebenden weiteren Hauptelektrode (3) über ein Teil (16) isoliert und am Lichtbogenansatzteil (4) ein Halbleiterwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten (17) gegen Masse angeschlossen ist, wobei die weitere Hauptelektrode (3) ebenfalls auf Massepotential liegt.
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