EP1419565B1

EP1419565B1 - Encapsulated secondary-current-limiting voltage surge diverter based on a spark gap

Info

Publication number: EP1419565B1
Application number: EP02767402A
Authority: EP
Inventors: Arnd Ehrhardt; Peter Zahlmann; Michael Waffler; Stefan Hierl
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2002-08-17
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-08-17
Also published as: DE50212026D1; EP1419565A1; ATE391355T1; WO2003019744A1

Abstract

The invention relates to an encapsulated secondary-current-limiting voltage surge diverter based on a spark gap, for low-voltage applications, comprising two main electrodes and with insulating pieces which release gas on temperature loading, whereby one of the main electrodes is at least part of the capsule and/or the spark gap housing. According to the invention, the capsule or the spark gap housing has an essentially elongated parallelepiped form, with an arc chamber and at least two separate expansion chambers embodied in the parallelepiped, such as to extend over the total height of the parallelepiped. The expansion chambers are connected to the arc chamber by means of channels and the arc chamber and the expansion chambers run essentially parallel to each other. The arc chamber is defined in the head region by one of the main electrodes and an insulating piece and, in the opposing base region, is formed by an arc extending piece, electrically connected to the other main electrode. The channels run laterally from the arc extending piece to the expansion chambers. In at least one channel and/or one expansion chamber, further insulating pieces or insulating sections may be provided, which on arcing and temperature rise give off gas to produce a back pressure.

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.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.

Es ist bekannt, in Niederspannungsnetzen zum Schutz vor Überspannungen zwischen den N-L-Leitern Überspannungsableiter auf der Basis von selbstlöschenden Funkenstrecken einzusetzen.It is known to use surge arresters on the basis of self-extinguishing spark gaps in low-voltage networks for protection against overvoltages between the N-L conductors.

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.These spark gaps must have a high surge current capability up to about 25 kA 10/350 μs, 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 Netzfolgestrom 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.

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.Due to the developments in recent years, there is a tendency to perform the spark gaps encapsulated in small dimensions, so that no hot, electrically conductive gases or burned particles are blown into the adjacent environment of the trap.

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.An encapsulated spark gap with an optimized reticule power extinguishing capability is for example from DE 196 04 947 C1 known. There, 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. To an increase of the follow current extinguishing capacity at no, at least however only with a small volume increase of the To achieve the overall arrangement, 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.

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 the DE 198 17 063 A1 discloses 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. Specifically, it is further taught that it is desirable if that surface area of the inner electrode over which arcs are distributed is increased in a compact volume and causes faster arcing of the resulting arcs. Also, in the local, one of the electrodes forming part of the housing, an opening for pressure equalization is provided. The arrangement itself is rotationally symmetrical and has a cylindrical shape.

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.In the EP 0 860 918 B1 a spark gap-based arrester is presented 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. With the design of the second space, a deflection and cooling of the hot gases should take place so that they can escape without endangering the environment.

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.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.

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.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 Luftdurchschlag 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.

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.In the 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 disadvantages of such an arrangement are that the absorbed energy of the gas, which enters the cooling space, is no longer used to influence the arc behavior, so that the arc can penetrate into the cooling space and the excess pressure of the cooling capacity of the cooling chamber no pressure difference remains between the refrigerator and separation space, whereby the necessary flow of the arc, especially with complete encapsulation comes to a standstill. The result is that the arc voltage drops abruptly and thus the limit of the subsequent current is undesirably reduced. In addition, comparatively large amounts of hard gas must be released to produce a high arc combustion voltage.

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.In contrast to the known Ausblasräumen reveals the DE 195 06 057 A1 a Löschfunkenstrecken arrangement in encapsulated form, in which by pressure differences of the individual rooms a flow of the arc is achieved and thus take the Ausblasräume directly on the arc furnace room. However, this is only achieved if the pressure in the combustion chamber is comparatively low and, in addition, quite large volumes of the cooling chambers are available.

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.In general, the flow of the arc with hard gas has proven itself to increase the extinguishing capacity and also for the follow current limiting of surge arresters.
In order to be able to implement the blowing effect as optimally as possible for subsequent current quenching, arresters with these spark gaps were designed with regular discharge.

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.Due to the fact that it is necessary to protect adjacent system components from the hot and electrically conductive gas jet of the arresters, the active area of the spark gaps are followed by chambers for deflecting and cooling the gases, as shown in the prior art, these chambers Lower the temperature of the blown gases below a critical range. In the case when the Abkühlkammern should be completely closed, considerable volumes are necessary, which go beyond the actual volume of the active part of the trap clearly, which runs counter to the general objective mentioned above.

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.The large pressure difference in the high and low pressure part of the spark gap is required by the system, since a precise pressure drop between the active area and the blow-out area is necessary for exact functioning of the trap at the follow-on flow. When the pressure gradient and therefore also the flow ceases, the efficiency of the arc cooling is significantly reduced. This undesirably restricts the performance of the arrester.

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.However, 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.

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.In the aforementioned approach to achieve the desired current limit considerable gas production is required, whereby correspondingly large blow-out volume or cooling chambers are necessary. The implementation of the previous approaches to solutions is hampered in small dimensions but comparable performance, inter alia, that there are no sufficient volume for Ausblasräume or deflection and Abkühlräume available. Furthermore, the volume also reduces to provide hard gas, which is necessary for the flow of the arc. There are therefore fewer hard gas reserves available at lower volumes and the cooling volume of the blow-off spaces is limited.
With a high consumption of hard gas, therefore, not only reduces the life of the arrester, but it also threatens its failure in an overloading of the cooling capacity.
From the foregoing, it is therefore an object of the invention to provide a further developed encapsulated, follow-current limiting surge arrester spark gap base for low voltage applications, which has an effective sequence current limiting, which can be executed in principle triggered and has a low overall volume and high reliability.

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.The object of the invention is achieved by a surge arrester having the features of claim 1, wherein the dependent claims comprise at least expedient refinements and developments.

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.According to the invention, 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.

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.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.

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.Accordingly, 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.

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.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.

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.In at least one channel and / or an expansion space further, in case of arc ignition and temperature increase gas donating, forming a counter-pressure insulating or insulating provided.
The arc column which forms between the head and foot region, ie between the main electrodes and the intended arc attachment part, performs a Fußpunktbewegung in the region of the arc attachment part. This Fußpunktbewegung alternately closes one of the connecting channels to the expansion spaces, so that build different pressure and flow conditions respectively.

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.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.

Die Expansionsräume und die Lichtbogenbrennkammer erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des quaderförmigen Körpers.The expansion spaces and the arc combustion chamber extend substantially over the entire height of the cuboid body.

Die Kanäle verlaufen im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse der Brennkammer bzw. den Expansionsräumen. Weiterhin können die Verbindungskanäle aus einem gasabgebenden Isolierstoff bestehen.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.

Der Quader oder Quaderkörper weist Hohlräume auf, die die Lichtbogenbrennkammer und die Expansionsräume sowie die Kanäle erfindungsgemäß bilden.The cuboid or cuboid body has cavities which form the arc combustion chamber and the expansion chambers and the channels according to the invention.

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.However, it may also have one of 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 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.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.

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.Preferably, 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.

Weiterhin verfügen die Expansionsräume über Entlüftungsöffnungen mit einem kleinen Durchmesser oder Querschnitt zum allmählichen Druckausgleich zur Umgebung hin.Furthermore, the expansion chambers have vents with a small diameter or cross-section for gradual pressure equalization to the environment.

Es besteht bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Möglichkeit in der Kapselung mehrere, elektrisch verschaltbare Lichtbogenbrennkammern mit jeweils zugeordneten Kanälen und Expansionsräumen auszubilden.In a further embodiment of the invention, it is possible in the encapsulation to form a plurality of electrically interconnectable arc combustion chambers, each having associated channels and expansion spaces.

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.Likewise, 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.

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.In one embodiment of the invention, 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.

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.Relief of the spark gap takes place due to the PTC resistor connected between auxiliary electrode or trigger electrode and the further main electrode. The PTC thermistor takes over with increasing load of the spark gap a larger part of the current, whereby, as mentioned above, the load within the spark gap itself is reduced and also the extension of the arc can be limited by reducing the pressure and the current forces. In Landandauernden discharges, for example, in network followings, there is another advantage. After a large part of the arc current has been taken over by the PTC thermistor, this heats up and it increases its resistance. As a result, the follow current is reduced and the power consumption and thus the wear within the spark gap is reduced. In this way, the PTC thermistor or the PTC element can make a significant contribution to the reduction and extinction of secondary currents. Also, 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.

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.In an alternative, 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.

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.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.

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.It is within the meaning of the invention that other non-linear impedances can be used instead of a PTC thermistor. Conceivable here are inductors, varistors or even series circuits of Gasableitern and varistors. However, in the case of a PTC thermistor, the assumption of a considerable partial current can take place much more easily and with comparatively lower arc impedances. On the other hand, the risk of overloading the PTC thermistor due to the self-protection function of this element is extremely low.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of figures.

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.

Hereby show:

FIG. 1 -: a sectional view and a sectional plan view of a first embodiment of the surge arrester in a parallelepiped shape;
FIG. 2 -: an arrangement similar to that after FIG. 1 however, with additional cooling plates or webs within the expansion spaces;
Figure 2a - 2c: an embodiment with partial parallel connection of spark gap and a PTC thermistor;
FIG. 3 -: an embodiment with various arrangements of combustion chambers and expansion spaces, which are also partially interconnected;
FIG. 4 -: an embodiment of the surge arrester with expansion spaces extending from the arc attachment portion both up and down, in the head and foot area;
FIG. 5 -: a surge arrester with two arc furnaces, which are each associated with two expansion spaces, with the possibility of interconnecting the arc furnaces and
FIG. 6 -: a sectional view through an arrester, in which a prefabricated spark gap according to the hard gas principle in an encapsulation is screwed, which comprises at least expansion chambers.

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.In the spark gap according to the figures, in particular 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.

Die Funkenstrecke besteht in ihrer einfachsten Ausführungsform, d.h. ungetriggert aus der ersten Hauptelektrode 1, einem ersten Isolierteil 2 und der zweiten Hauptelektrode 3.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.

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.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.

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.In a triggerable embodiment, 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.

Nach Überschlag der Isolationsstrecke am Isolierteil 2 zündet der Lichtbogen entlang der kürzesten Trennstrecke 8 zwischen den Hauptelektroden 1 und 3.After rollover of the insulation section on the insulating part 2, the arc ignites along the shortest separating path 8 between the main electrodes 1 and 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.Thereafter, 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.

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.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.

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.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.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2a wird eine Entlastung der Funkenstrecke über den Einsatz eines Kaltleiters 17 realisiert.In the embodiment according to FIG. 2a Relief of the spark gap via the use of a PTC thermistor 17 is realized.

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.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. At this time, 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. In contrast, 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.
With long-lasting discharges, eg with subsequent currents, a majority of the arc current is taken over by the PTC thermistor, causing it to heat up and automatically increase its resistance. As a result, the follow current is reduced and the power consumption and thus the wear within the spark gap is reduced. Thus, the PTC thermistor 17 can make a significant contribution to the reduction and deletion of secondary streams. In addition, this embodiment also has a very positive effect on the reconsolidation of the insulation section after loading.

Durch die partielle Parallelschaltung von Funkenstrecke und Kaltleiter 17 ist die Gefahr der Überlastung des Kaltleiters 17, insbesondere durch hohe Stoßströme vernachlässigbar.Due to the partial parallel connection of spark gap and PTC thermistor 17, the risk of overloading the PTC thermistor 17, in particular by high surge currents is negligible.

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.The FIGS. 2b and 2c show similar arrangements with a similar operation. Here, however, an insulation 16 is formed between the electrode 3 and the arc attachment part 4. According to FIG. 2b the PTC thermistor 17 is connected to both the main electrode 3 and the isolated arc attachment part 4.

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.In the embodiment according to Figure 2c 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.

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.Due to the high thermal loads and the high pressures, it is expedient to protect the spark gap and in particular the expansion spaces 6 from direct and long-lasting arc action an additional reduction of energy expenditure within the arc combustion chamber 5, which is consistent with the approaches according to the FIGS. 2a to 2c succeeds in a surprisingly simple way.

Allerdings ist es nicht wünschenswert den Querschnitt der Lichtbogenbrennkammer 5 weiter zu reduzieren, da hiermit eine Verschlechterung der Stoßstromtragfähigkeit einhergeht.However, it is not desirable to further reduce the cross section of the arc combustion chamber 5, since this is accompanied by a deterioration of the surge current carrying capacity.

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.Due to the small dimensions of the arc chamber and the expansion chambers, as well as the desired long life, it makes sense to minimize the amount of gas generated in the spark gap according to the invention. For this purpose, the length or the dimensions of the hard gas-emitting material, preferably POM, is limited to a minimum and in a range of diameter to length less than 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.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.

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.In order to prevent an extension of the arc and thus a high power conversion at surge currents, it is necessary to reduce the pressure difference and thus the flow between the arc combustion chamber 5 and the expansion chambers 6. This is inventively achieved in that in the expansion spaces 6 and / or in the connecting channels 10 also hard gas-emitting insulating material 15 can be introduced.
Since the height of the surge currents through the spark gap can not be reduced, since this is an impressed current, the entire cross section of the combustion channel is filled by the arc at surge current load. The magnitude of the current, the pressure, the power conversion and the temperature of the plasma are many times higher than the subsequent current. A much larger and more heated compared to the follow current charge gas quantity thus penetrates directly and suddenly into the expansion spaces. As a result, hard gas is additionally produced by the parts 15 outside the combustion chamber. Since the volume of the expansion chambers is low according to the invention anyway, a counter-pressure is built up within the short period of time relative to the combustion chamber, as a result of which an arc-lengthening flow comes to a standstill. As a result, the energy conversion can be limited at surge currents within the arrester.

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.By appropriate positioning, 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 closer the hard gas emitting material 15 of the arc combustion chamber 5 is positioned and the lower the temperature at which the material begins to gases, the lower are the stresses at which additional gas is released outside the combustion chamber.

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.In the case when 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. In a further embodiment, therefore, the expansion chambers 6 and also a part of the arrester housing with respect to the main electrode 3 can be isolated.

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.In line flow, the power input into the gas and in the expansion chambers is significantly lower, so that the cooling capacity of the expansion chambers 6 is sufficient to prevent discharge of hard gas, such as occurs at surge currents, within the expansion spaces 6 and the connecting channels 10.

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.However, the positive effects of the shortening or limitation of the arc length and thus of the energy conversion in the case of surge currents would lead to a less heavily flowed and cooled arc in the case of a following current. A deteriorated follow current extinguishing capability would be the immediate consequence. The extension of the arc for compensation is also limited possible with desirably reduced dimensions. Nevertheless, in order to achieve the desired strong current-limiting extinguishing capability, the arc-firing voltage must be increased by a stronger and faster pressure build-up within the combustion chamber. However, this is feasible in a simple manner by a smaller volume of the combustion chamber and the expansion chambers.

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.This and the relatively small available volume of the spark gaps in particular of the expansion chambers 6 and the avoidance of the release of hot ionized gases and thus a large amount of energy through the desired encapsulation lead to excessive pressure equalization between the combustion chamber and the expansion chamber and possibly also supported by pressure reflection, the gas flow necessary for the cooling and extension of the arc is very strongly suppressed or comes to a complete standstill. This leads then by lack of cooling, by reducing the arc length or by firing the arc to reduce the arc voltage and thus the possible failure of the spark gap.

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.In order to avoid such consequences, it is necessary even at extremely low volumes and high pressures within the spark gaps, with a follow-up current one high pressure difference between combustion chamber and expansion chamber to ensure that a continuous flow of the arc is realized.

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.For the above aim, according to the invention, 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. Within the expansion spaces in the preferred embodiment according to FIG. 1 no significant widening or reduction of the cross section with respect to the channels 10 and towards the arc combustion chamber or the combustion chamber 5. That is to say, the cross section of the expansion chambers also corresponds approximately to that of the arc combustion chamber 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.However, there are also design variants conceivable in which an exclusive reduction of the cross section of the arc combustion chamber 5 for drastic follow current limiting or avoidance is sought or even with a higher number of expansion chambers, there is the possibility of the ratio of the volumes and the cross sections of the arc combustion chamber 5 to the To make expansion spaces 6 different, eg higher than 2 but less than 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.Like in the FIG. 1 recognizable, 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.

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.After the ignition of the arc, as shown, 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. In order to avoid complete pressure equalization, which, as shown above, stops the necessary flow of gas and as a result of which the spark gap would almost lose its current limiting capability due to the drastic reduction in arc arc voltage associated therewith, the specificity of the arc of the arc will be arcuate Benefits of using independent expansion chambers.

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.The arc root and thus also the arc moves continuously in the preferred area of the part 4. This results in the basic behavior that at the selected small diameters of the channels 10 of a few millimeters these are completely closed by the arc column in Netzfolgeströmen completely or partially. As a result, the gas supply from the arc combustion chamber 5 in the respective expansion space 6 is mutually interrupted or restricted to different degrees. This now leads to the fact that the pressure is reduced by the cooling of the gases within the closed expansion space with respect to the other expansion chamber 6, in which further an unrestricted gas supply takes place and in particular with respect to the arc combustion chamber.

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.To support the different inflow behavior of the 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.

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.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. As a result, 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.

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.Due to the changing pressure conditions in the expansion chambers, 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. However, 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 Netzfolgestromunterbrechung can be.

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.Since the time for the cooling of the gases in the expansion spaces, ie the residence time is only a few microseconds due to the fast Fußpunktbewegung and the pressure difference must be maintained for several milliseconds with subsequent flows, it is necessary to effectively increase the gases within the expansion space despite the small volume cool. The material used in particular copper or its alloys. In addition, the surface of the expansion chambers by roughening, grooves, surveys, cooling plates or similar. be enlarged.

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.The use of such materials with lower arc resistance becomes possible because the current-carrying part of the arc does not propagate beyond the region in the vicinity of the part 4 into the expansion spaces of the main electrode 3 assembled in this case.

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.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.

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.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.

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.The increased flow and thus movement of the arc due to the pressure differences within all spaces leads to a lesser burnup in the arc combustion chamber 5 (main electrode 1, 3, insulating part 2) but also in the area of the arc projection part 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.According to FIG. 1 the first main electrode 1 is introduced into the second main electrode 3 in isolation. For this purpose, the insulating part 2 is used. The insulating part 2 consists of a material which emits hard gas under the action of an arc. To shorten the Überschlagsweges the insulating part 2 may also consist of a layer of insulating parts and electrically semiconductive or conductive parts.

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.As already mentioned, within the insulating part 2, in addition, isolated from the main electrodes 1 and 3, a further auxiliary electrode 7 can be introduced, which is used for targeted external triggering of the arrester.

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.According to 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.
Within the expansion chambers 6 but also within the channels 10, hard-gas-dispensing material 15 can be arranged as required to limit the energy conversion at surge currents.

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 the 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.

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.In the plan view of various arrangements of combustion chambers 5 and 6 expansion spaces after FIG. 3 are disclosed design options in which the expansion spaces are also at least partially connected to each other or with each other.

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.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.

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. 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. Depending on the interconnection of the arc combustion chambers, 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. Similarly, arrangements for a three-phase circuit of the individual Ableiterpfade be realized.

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.In the embodiment according to FIG. 6 an arrester is shown 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.

Claims

An encapsulated mains follow current limiting surge diverter on a spark gap basis for low-voltage applications, comprising two main electrodes (1, 3) and insulating parts (2) which release gas in case of thermal stress, wherein one of the main electrodes forms at least part of the encapsulation and/or the spark gap housing,
characterized in that
- the encapsulation or the spark gap housing has a substantially elongated cuboid shape, wherein an arc chamber (5) and at least two separate expansion chambers (6) are formed in the cuboid and extend substantially over the entire height of the cuboid, the expansion chambers (6) are connected to the arc chamber (5) by channels (10) and the chamber (5) as well as the expansion chambers (6) extend substantially parallel to each other,

- the arc chamber (5) is limited by one of the main electrodes (1) and by an insulating part (2) in the head portion and is formed by an arc attachment part (4) in the opposite foot portion, which is connected to the other main electrode (3),

- the channels (10) extend laterally of the arc attachment part (4) toward the expansion chambers (6), and

- the arc column (9) is formed between the head and the foot portion, i.e. between the main electrode (1) and the provided arc attachment part (4), wherein by the root movement at the arc attachment part (4) alternately one or temporarily both connecting channels (10) toward the expansion chambers (6) is/are at least partly closed by the arc column so that different pressure and flow ratios build up.
The encapsulated surge diverter according to claim 1,
characterized in that
a trigger electrode (7) is passed through the insulating part (2) in the head portion of the arc chamber.
The encapsulated surge diverter according to claim 1 or 2,
characterized in that
the expansion chambers (6) and the arc chambers (5) extend substantially over the entire height of the cuboid and the expansion chambers are preferably located in the end portions of the narrow side walls of the cuboid.
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
the channels (10) extend substantially at right angles with respect to the longitudinal axis of the arc chamber (5) or the expansion chambers (6).
The encapsulated surge diverter according to claim 4,
characterized in that
the connecting channels (10) are made of a gas-releasing insulating material.
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
the cuboid comprises cavities which form the arc chambers (5) and the expansion chambers (6) as well as the channels.
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
one of the main electrodes (3) includes cavities which comprise at least the expansion chambers (6), wherein the expansion chambers (6) each have nearly the same volume as the arc chamber (5).
The encapsulated surge diverter according to claim 7,
characterized in that
the cross-section of the expansion chambers (6) corresponds substantially to that of the channels and the arc chamber (5).
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
the expansion chambers (6) extend substantially opposite to the flow direction inside the arc chamber (5).
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
the transition area between the arc chamber and the respective channel has an expanded portion so as to guarantee a discharge of the gases even if the arc chamber is completely filled out by the arc.
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
the inner sides of the expansion chambers (6) comprise gas cooling means (11, 12).
The encapsulated surge diverter according to claim 11,
characterized in that
the surface of the expansion chambers (6) is structured and/or cooling plates or surfaces are provided.
The encapsulated surge diverter according to claim 11 or 12,
characterized in that
the expansion chambers (6) are made of copper or copper alloy material.
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
the expansion chambers (6) are provided with small cross-section vent holes for a gradual pressure compensation with respect to the ambience.
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
several electrically interconnectable arc chambers (5.1, 5.2) with respectively associated channels and expansion chambers (6) are provided in an encapsulation.
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
an arc chamber (5) is fabricated and can be inserted into an encapsulation as a separate component, which contains the channels (10) and the expansion chambers (6) and which forms the counter-electrode (3) as well as the arc attachment part (4).
The encapsulated surge diverter according to one of the preceding claims,
characterized in that
other insulating parts or insulating sections (15) are provided in at least one channel (10) and/or one expansion chamber (6), which release gas when the temperature rises and which build up a counter-pressure.
The encapsulated surge diverter according to one of claims 2 to 17,
characterized in that
a semiconductor resistor having a positive temperature coefficient (17) is connected to the other main electrode (3) or the arc attachment part (4) and the trigger electrode (7) or an equivalent electrode.
The encapsulated surge diverter according to one of claims 1 to 17,
characterized in that
the arc attachment part (4) is insulated with respect to the surrounding other main electrode (3) by a part (16) and a semiconductor resistor having a positive temperature coefficient (17) is connected between the main electrode (3) and the arc attachment part (4).
The encapsulated surge diverter according to one of claims 1 to 17,
characterized in that
the arc attachment part (4) is insulated with respect to the surrounding other main electrode (3) by a part (16) and a semiconductor resistor having a positive temperature coefficient (17) is connected between the arc attachment part (4) and ground, wherein the other main electrode (3) also carries a ground potential.