EP1692751B1 - Surge suppressor - Google Patents

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EP1692751B1
EP1692751B1 EP04803586A EP04803586A EP1692751B1 EP 1692751 B1 EP1692751 B1 EP 1692751B1 EP 04803586 A EP04803586 A EP 04803586A EP 04803586 A EP04803586 A EP 04803586A EP 1692751 B1 EP1692751 B1 EP 1692751B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
overvoltage protection
region
electrodes
protection means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP04803586A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1692751A1 (en
Inventor
Rainer Durth
Martin Wetter
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.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP1692751A1 publication Critical patent/EP1692751A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1692751B1 publication Critical patent/EP1692751B1/en
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Definitions

  • the invention relates to an overvoltage protection device, comprising a first electrode, with a second electrode, with a formed between the two electrodes breakdown spark gap and with a housing receiving the electrodes, wherein when igniting the breakdown spark gap between the two electrodes an arc within a the arises two connecting discharge space.
  • Electrical, but especially electronic measuring, control, regulating and switching circuits are sensitive to transient overvoltages, as may occur in particular by atmospheric discharges, but also by switching operations or short circuits in power grids.
  • This sensitivity has increased as electronic components, in particular transistors and thyristors, are used; above all, increasingly used integrated circuits are to a great extent endangered by transient overvoltages.
  • Overvoltages are all voltages that are above the upper tolerance limit of the rated voltage. These include, above all, the transient overvoltages that can occur due to atmospheric discharges, but also through switching operations or short circuits in power supply networks and can be galvanically, inductively or capacitively coupled into electrical circuits.
  • overvoltage protection devices In order to protect electrical or electronic circuits, especially electronic measuring, control, and circuits, especially telecommunications equipment and systems, wherever they are used against transient overvoltages, overvoltage protection devices have been developed and for more than twenty Known years ago.
  • An essential part of overvoltage protection device of the type in question here is at least one spark gap that responds at a certain overvoltage, the Anschschreib, and thus prevents that occur in the protected by an overvoltage protection circuit surges that are greater than the operating voltage of the spark gap.
  • the overvoltage protection device has two electrodes and a breakdown spark gap formed between the two electrodes.
  • breakdown spark gaps are often referred to as air breakdown spark gaps, which in the context of the invention with breakdown spark gap should also be meant an air breakdown spark gap.
  • the discharge space This is usually the space between the two electrodes.
  • overvoltage protection devices with a breakdown spark gap
  • overvoltage protection devices with a rollover spark gap which occurs when responding a sliding discharge.
  • Overvoltage protection devices with a breakdown spark gap have the advantage over surge protection devices with a flashover spark gap the advantage of a higher surge current carrying capacity, but the disadvantage of a higher - and not very constant - Anschschreib. Therefore, various overvoltage protection devices have been proposed with a breakdown spark gap, which have been improved in terms of the response voltage.
  • ignition aids have been realized in various ways in the region of the electrodes or the effective between the electrodes breakdown spark gap, z. B. such that between the electrodes at least one sliding discharge triggering ignition aid has been provided, which at least partially protrudes into the breakdown spark gap, is web-like and made of plastic (see, for DE 41 41 681 A1 or the DE 44 02 615 A1 ).
  • EP 0251 010 A1 discloses an overvoltage protection device according to the preamble of claim 1.
  • the DE 198 03 636 A1 is also an overvoltage protection device with two electrodes, with an effective between the two electrodes breakdown spark gap and a starting aid known.
  • the ignition aid in contrast to the previously described, a sliding discharge triggering ignition aids, as "active ignition aid" formed, namely the fact that in addition to the two electrodes - there referred to as main electrodes - two ignition electrodes are provided. These two ignition electrodes form a second, serving as a spark gap breakdown spark gap.
  • the overvoltage protection device belongs to the ignition aid except the spark gap nor a firing circuit with an ignition switch. When applying an overvoltage to the known overvoltage protection device, the ignition circuit with the ignition switching element ensures a response of the spark gap.
  • the spark gap or the two ignition electrodes are arranged with respect to the two main electrodes such that the fact that the spark gap has addressed, the breakdown spark gap between the two main electrodes, called main spark gap responds.
  • the response of the spark gap leads to an ionization of existing in the breakdown spark gap air, so that - abruptly - after response of the spark gap then the breakdown spark gap between the two main electrodes, so the main spark gap responds.
  • the starting aids lead to an improved, namely lower and more constant response voltage.
  • overvoltage protection devices of the type in question - with or without the use of a starting aid - arises when igniting the breakdown spark gap by the resulting arc a Schoimpedante connection between the two electrodes.
  • the lightning current to be diverted flows intentionally via this low-impedance connection.
  • an undesirable Netzwoostrom When the power supply voltage but then follows this low-impedance connection of the overvoltage protection device an undesirable Netzriolstrom, so that it is anxious to extinguish the arc as quickly as possible after completion of the discharge process.
  • One way to achieve this goal is to increase the arc length and thus the arc voltage.
  • the overvoltage protection device has two narrow electrodes, which are each formed angularly and each having a sparking horn and a bent therefrom terminal leg.
  • the spark headers of the electrodes are provided in their adjacent to the terminal legs areas with a bore.
  • the electrodes holes ensure that at the moment of the response of the overvoltage protection element, ie the ignition, the resulting arc by a thermal pressure effect "is set in motion", ie migrates away from its point of origin. Since the spark horns of the electrodes are arranged in a V-shape relative to one another, the distance to be bridged by the arc as the arc travels out is thus increased, as a result of which the arc voltage also increases.
  • the disadvantage here however, that in order to achieve the desired increase in the arc length, the geometric dimensions of the electrodes must be correspondingly large, so that the overall overvoltage protection device is bound to certain geometry specifications.
  • the low-impedance connection between the two electrodes is first interrupted, the space between the two electrodes, ie. H. the discharge space, however, is still almost completely filled with a conductive plasma. Due to the existing plasma, the response voltage between the two electrodes is reduced so that it can come even with voltage applied to the renewed ignition of the breakdown spark gap. This problem occurs especially when the over-flow protection device has an enclosed or semi-open housing, because then cooling or volatilization of the plasma is prevented by the substantially closed housing.
  • the invention is an object of the invention to provide an overvoltage protection device of the type described above, which is characterized by a high Netzschstromlöschstal, but nevertheless can be easily realized constructively.
  • the overvoltage protection device in which the above-mentioned object is achieved, is now initially and essentially characterized in that the discharge space is designed such that it extends at least partially transversely and / or opposite to the direction of the electric field of an applied mains voltage, so that the distance to be overcome by the arc between the two electrodes has a transverse component to the electric field E.
  • the electric field or the voltage applied to the two electrodes can not accelerate continuously from one electrode to the other electrode in the free carrier contained in the plasma, whereby a Netz Steinstrom is prevented.
  • overvoltage protection devices In known overvoltage protection devices, the unwanted conductive plasma or the free charge carriers contained therein after the actual discharge process is thereby "removed” in that the plasma is driven away from the electrodes.
  • Such overvoltage protection devices which are also referred to as “Ausblasende” spark gap arrangements, first have the disadvantage that for "blowing out” of the plasma, a relatively strong flow inside the surge protection device must be generated, including gas-emitting insulating materials are used in the rule. The hot plasma is then discharged through exhaust openings in the housing of the overvoltage protection device to the outside into the environment. This has the disadvantage that at the installation of the surge protection certain minimum distances to other live or combustible parts or devices must be complied with, which allows the use of such Ausblasenden overvoltage protection devices only in certain installation conditions.
  • overvoltage protection device in contrast, in the overvoltage protection device according to the invention can be dispensed with the "blowing out" of the hot plasma.
  • inventive arrangement and geometric design of the discharge space the undesirable consequence of the presence of the plasma - formation of a Netz Steinstrom after the actual discharge - prevented without the plasma must be expelled from the electrodes or cooled.
  • the discharge space can be designed such that it has at least three regions, wherein the first region is connected to the first electrode, the second region to the second electrode and the third region on the one hand to the first region and on the other hand to the second region.
  • the third region thus establishes the connection between the first region and the second region and thus also between the first electrode and the second electrode.
  • the third region is now structurally designed so that the free charge carriers contained in the plasma are not accelerated by the electric field of the applied mains voltage or are accelerated only slightly from the first region to the second region or vice versa.
  • the third region has at least one transverse component to the electric field.
  • the third region can be aligned obliquely, substantially perpendicularly or even partially opposite to the direction of the electric field of an applied mains voltage.
  • the discharge space is structurally realized in that the second electrode facing side of the first electrode and the first electrode facing side of the second electrode are each partially covered with an insulating or high-resistance material, which is not with the insulating or high-resistance material covered region of the first electrode and the second electrode are arranged offset from one another. Due to the design and arrangement of the insulating or high-resistance material on the first and the second electrode, the shape of the discharge space can be determined in a simple manner.
  • an active ignition aid for reducing the response voltage is provided.
  • active ignition aids can be used for this purpose.
  • the active ignition aid is realized in that the series connection of a Spammngsschaltelements and an ignition element is connected to the two electrodes, wherein the response voltage of the voltage switching element is below the response voltage of the breakdown spark gap and wherein the response of the voltage switching element initially a leakage over the ignition element flows.
  • the voltage switching element is chosen so that it becomes conductive at the response voltage of the overvoltage protection device, ie "switches".
  • a voltage switching element a varistor, a suppressor diode or a gas-filled arrester can be provided.
  • the ignition element is preferably made of a conductive plastic, a metallic material or a conductive ceramic and is in mechanical contact with the second electrode.
  • each include a first electrode 1, a second electrode 2 and the electrodes 1, 2 receiving housing 3. Between the two electrodes 1 and 2 there is a breakdown spark gap, wherein the Igniting the breakdown spark gap between the two electrodes 1 and 2, an arc 4 is formed.
  • a discharge space 5 is provided between the two electrodes 1 and 2, wherein the discharge space 5 is inclined at least partially (FIG. Fig. 2 ), partly across ( Fig. 1 . 5 and 6 ), partly opposite ( Fig. 3 ) or partly transversely and oppositely ( Fig. 4 ) to the direction of the electric field of an applied mains voltage shown by arrows 6 runs.
  • the discharge space 5 thus has at least one transverse component to the electric field.
  • the entire space between the electrodes 1, 2 functions as the discharge space 5.
  • the discharge space 5 can be divided into three areas 7, 8 and 9.
  • the first region 7 is connected to the first electrode 1, the second region 8 to the second electrode 2 and the first region 7 to the second region 8 via the third region 9.
  • the first region 7 and the second region 8 extend substantially parallel to the direction of the electric field.
  • the third region 9 extends in the embodiment according to the Fig. 1 . 5 and 6 substantially perpendicular or transverse to the direction of the electric field.
  • the third region 9 of the discharge space 5 extends obliquely and according to the exemplary embodiment Fig.
  • the third region 9 of the discharge space 5 has both regions which are perpendicular to the direction of the electric field and a region which is opposite to the direction of the electric field.
  • an insulating or high-resistance material 12 is applied to the second electrode 2 side 10 of the first electrode 1 and an insulating or high-resistance material 13 is applied to the side 11 of the second electrode 2 facing the first electrode 1.
  • the insulating or high-resistance material 12 and 13 is not applied over the entire area on the first electrode 1 and the second electrode 2, respectively, but there is a region 14 or 15 on the first electrode 1 and the second electrode, respectively 2 recessed, which is not covered with the insulating or high-resistance material 12 and 13 respectively.
  • the two regions 14 and 15 of the first electrode 1 and the second electrode 2 not covered by the insulating or high-resistance material 12 and 13, respectively, are offset relative to one another.
  • any gradients of the discharge space 9 can be realized.
  • the optimal for the particular application of the discharge space 5 depends on the one hand, after the required Netzippostromlöschumble on the other hand according to the level of the desired operating voltage of the overvoltage protection device. However, the latter can also be determined by providing a suitable starting aid, in particular an active starting aid.
  • the overvoltage protection devices according to Fig. 1 and 5 differ from each other in that in the overvoltage protection device according to Fig. 1 an insulating material 12, 13 is applied to the electrodes 1, 2, while in the overvoltage protection device according to Fig. 5 a high-resistance but conductive material 12, 13 is used.
  • the arrangement of a high-resistance, yet conductive material 12, 13 directly on the one side 10 of the first electrode 1 and the one side 11 of the second electrode 2 causes the present in the discharge space 5 free charge carrier after the actual discharge adjacent mains voltage and - depending on the polarity - "sucked" by the material 12 or the material 13.
  • Fig. 6 a further variant of an overvoltage protection devices is shown.
  • this embodiment is first - comparable to the filling according to Fig. 1 -
  • the discharge space 5 is not only by the shape of the insulating material 12, 13, but primarily by additionally on the insulating material 12, 13 applied high-resistance material 17, 18 - comparable to the embodiment according to FIG Fig. 5 - certainly.
  • the high-resistance material 17 is at a distance from the region 14 with the first electrode 1 and the high-resistance material 18 spaced from the region 15 to the second electrode 2 electrically connected.
  • the two regions 19, 20, in which the first electrode 1 is connected to the high-resistance material 17 and the second electrode 2 is connected to the high-resistance material 18, are likewise arranged offset from one another.
  • the high-resistance material 17, 18 is first achieved that after the breakdown in the discharge space 5 located free charge carriers are "sucked". In this case, flows through the high-resistance material 17, 18, a current, resulting in a voltage drop along the high-resistance material 17, 18 leads.
  • This voltage drop along the high-resistance material 17, 18 produces an electric field whose field lines 6 'have a component opposite to the direction of the arc 4.
  • the housing 3 which is preferably designed as a metallic pressure housing, has an inner insulating housing 16, wherein in the exemplary embodiments according to FIGS Fig. 1 to 4 the insulating material 12, 13 is connected to the insulating housing 16 or to parts of the insulating housing 16.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

An overvoltage protection means having a first electrode (1), a second electrode (2), a breakdown spark gap between the two electrodes (1, 2), and a housing (3) which holds the electrodes (1, 2). When the breakdown spark gap is ignited, an arc (4) is formed between the two electrodes (1, 2) within the discharge space (5) which connects the two electrodes (1, 2). The overvoltage protection arrangement has an especially high line follow current extinguishing capacity, but can nevertheless be easily built, and the discharge space (5) is made such that it runs at least partially transversely and/or opposite the direction of the electrical field of the prevailing line voltage so that the distance to be overcome by the arc (4) between the two electrodes (1, 2) has a transverse component relative to the electrical field.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzeinrichtung, mit einer ersten Elektrode, mit einer zweiten Elektrode, mit einer zwischen den beiden Elektroden ausgebildeten Durchschlag-Funkenstrecke und mit einem die Elektroden aufnehmenden Gehäuse, wobei beim Zünden der Durchschlag-Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden ein Lichtbogen innerhalb eines die beiden Elektroden verbindenden Entladungsraums entsteht.The invention relates to an overvoltage protection device, comprising a first electrode, with a second electrode, with a formed between the two electrodes breakdown spark gap and with a housing receiving the electrodes, wherein when igniting the breakdown spark gap between the two electrodes an arc within a the arises two connecting discharge space.

Elektrische, insbesondere aber elektronische Meß-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise, vor allem auch Telekommunikationseinrichtungen und -anlagen, sind empfindlich gegen transiente Überspannungen, wie sie insbesondere durch atmosphärische Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können. Diese Empfindlichkeit hat in dem Maße zugenommen, in dem elektronische Bauelemente, insbesondere Transistoren und Thyristoren, verwendet werden; vor allem sind zunehmend eingesetzte integrierte Schaltkreise in starkem Maße durch transiente Überspannungen gefährdet.Electrical, but especially electronic measuring, control, regulating and switching circuits, especially telecommunications equipment and systems, are sensitive to transient overvoltages, as may occur in particular by atmospheric discharges, but also by switching operations or short circuits in power grids. This sensitivity has increased as electronic components, in particular transistors and thyristors, are used; above all, increasingly used integrated circuits are to a great extent endangered by transient overvoltages.

Elektrische Stromkreise arbeiten mit der für sie spezifizierten Spannung, der Nennspannung (in der Regel ≅ Netzspannung), normalerweise störungsfrei. Das gilt dann nicht, wenn Überspannungen auftreten. Als Überspannungen gelten alle Spannungen, die oberhalb der oberen Toleranzgrenze der Nennspannung liegen. Hierzu zählen vor allem auch die transienten Überspannungen, die aufgrund von atmosphärischen Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können und galvanisch, induktiv oder kapazitiv in elektrische Stromkreise eingekoppelt werden können. Um nun elektrische oder elektronische Stromkreise, insbesondere elektronische Meß-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise, vor allem auch Telekommunikationseinrichtungen und -anlagen, wo auch immer sie eingesetzt sind, gegen transiente Überspannungen zu schützen, sind Überspannungsschutzeinrichtungen entwickelt worden und seit mehr als zwanzig Jahren bekannt.Electrical circuits work with the voltage specified for them, the rated voltage (usually ≅ mains voltage), normally without interference. This does not apply if surges occur. Overvoltages are all voltages that are above the upper tolerance limit of the rated voltage. These include, above all, the transient overvoltages that can occur due to atmospheric discharges, but also through switching operations or short circuits in power supply networks and can be galvanically, inductively or capacitively coupled into electrical circuits. In order to protect electrical or electronic circuits, especially electronic measuring, control, and circuits, especially telecommunications equipment and systems, wherever they are used against transient overvoltages, overvoltage protection devices have been developed and for more than twenty Known years ago.

Wesentlicher Bestandteil von Überspannungsschutzeinrichtung der hier in Rede stehenden Art ist mindestens eine Funkenstrecke, die bei einer bestimmten Überspannung, der Ansprechspannung, anspricht und damit verhindert, daß in dem durch eine Überspannungsschutzeinrichtung geschützten Stromkreis Überspannungen auftreten, die größer als die Ansprechspannung der Funkenstrecke sind.An essential part of overvoltage protection device of the type in question here is at least one spark gap that responds at a certain overvoltage, the Ansprechspannung, and thus prevents that occur in the protected by an overvoltage protection circuit surges that are greater than the operating voltage of the spark gap.

Eingangs ist ausgeführt worden, daß die erfindungsgemäße Überspännungsschutzeinrichtung zwei Elektroden und eine zwischen den beiden Elektroden ausgebildete Durchschlag-Funkenstrecke aufweist. In der Praxis werden derartige Durchschlag-Funkenstrecken häufig auch als Luft-Durchschlag-Funkenstrecken bezeichnet, wobei in Rahmen der Erfindung mit Durchschlag-Funkenstrecke auch eine Luft-Durchschlag-Funkenstrecke gemeint sein soll. Dabei kann jedoch zwischen den Elektroden außer Luft auch ein anderes Gas vorhanden sein. Der Bereich der Überspannungsschutzeinrichtung, in dem sich beim Zünden der Durchschlag-Funkenstrecke der Lichtbogen ausbildet, wird nachfolgend als Entladungsraum bezeichnet. Es ist dies in der Regel der Raum zwischen den beiden Elektroden.Initially, it has been stated that the overvoltage protection device according to the invention has two electrodes and a breakdown spark gap formed between the two electrodes. In practice, such breakdown spark gaps are often referred to as air breakdown spark gaps, which in the context of the invention with breakdown spark gap should also be meant an air breakdown spark gap. However, it may be present between the electrodes other than air and another gas. The region of the overvoltage protection device in which the arc is formed when the breakdown spark gap is ignited is referred to below as the discharge space. This is usually the space between the two electrodes.

Neben Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer Durchschlag-Funkenstrecke gibt es auch Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer Überschlag-Funkenstrecke, bei denen beim Ansprechen eine Gleitentladung auftritt.In addition to overvoltage protection devices with a breakdown spark gap, there are also overvoltage protection devices with a rollover spark gap, which occurs when responding a sliding discharge.

Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer Durchschlag-Funkenstrecke haben gegenüber Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer Überschlag-Funkenstrecke den Vorteil einer höheren Stoßstromtragfähigkeit, jedoch den Nachteil einer höheren - und auch nicht sonderlich konstanten - Ansprechspannung. Deshalb sind bereits verschiedene Überspannungsschutzeinrichtungen mit einer Durchschlag-Funkenstrecke vorgeschlagen worden, die in bezug auf die Ansprechspannung verbessert worden sind. Dabei sind im Bereich der Elektroden bzw. der zwischen den Elektroden wirksamen Durchschlag-Funkenstrecke in verschiedener Weise Zündhilfen realisiert worden, z. B. dergestalt, daß zwischen den Elektroden mindestens eine Gleitentladung auslösende Zündhilfe vorgesehen worden ist, die zumindest teilweise in die Durchschlag-Funkenstrecke hineinragt, stegartig ausgeführt ist und aus Kunststoff besteht (vgl. z. B. die DE 41 41 681 A1 oder die DE 44 02 615 A1 ).Overvoltage protection devices with a breakdown spark gap have the advantage over surge protection devices with a flashover spark gap the advantage of a higher surge current carrying capacity, but the disadvantage of a higher - and not very constant - Ansprechspannung. Therefore, various overvoltage protection devices have been proposed with a breakdown spark gap, which have been improved in terms of the response voltage. In this case, ignition aids have been realized in various ways in the region of the electrodes or the effective between the electrodes breakdown spark gap, z. B. such that between the electrodes at least one sliding discharge triggering ignition aid has been provided, which at least partially protrudes into the breakdown spark gap, is web-like and made of plastic (see, for DE 41 41 681 A1 or the DE 44 02 615 A1 ).

Die bei den bekannten Überspannungsschutzeinrichtungen vorgesehenen, zuvor angesprochenen Zündhilfen können gleichsam als "passive Zündhilfen" bezeichnet werden, "passive Zündhilfen" deshalb, weil sie nicht selbst "aktiv" ansprechen, sondern nur durch eine Überspannung ansprechen, die an den Hauptelektroden auftritt.The above-mentioned in the known overvoltage protection devices, previously mentioned Zündhilfen can be called as "passive Zündhilfen", so called "passive Zündhilfen" because they do not respond "active", but respond only by an overvoltage that occurs at the main electrodes.

" EP 0251 010 A1 " offenbart eine Überspannungsschutzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1." EP 0251 010 A1 discloses an overvoltage protection device according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 198 03 636 A1 ist ebenfalls eine Überspannungsschutzeinrichtung mit zwei Elektroden, mit einer zwischen den beiden Elektroden wirksamen Durchschlag-Funkenstrecke und einer Zündhilfe bekannt. Bei dieser bekannten Überspannungsschutzeinrichtung ist die Zündhilfe, im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen, eine Gleitentladung auslösenden Zündhilfen, als "aktive Zündhilfe" ausgebildet, nämlich dadurch, daß neben den beiden Elektroden - dort als Hauptelektroden bezeichnet - noch zwei Zündelektroden vorgesehen sind. Diese beiden Zündelektroden bilden eine zweite, als Zündfunkenstrecke dienende Durchschlag-Funkenstrecke. Bei dieser bekannten Überspannungsschutzeinrichtung gehört zu der Zündhilfe außer der Zündfunkenstrecke noch ein Zündkreis mit einem Zündschaltelement. Bei Anliegen einer Überspannung an der bekannten Überspannungsschutzeinrichtung sorgt der Zündkreis mit dem Zündschaltelement für ein Ansprechen der Zündfunkenstrecke. Die Zündfunkenstrecke bzw. die beiden Zündelektroden sind in bezug auf die beiden Hauptelektroden derart angeordnet, daß dadurch, daß die Zündfunkenstrecke angesprochen hat, die Durchschlag-Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden, Hauptfunkenstrecke genannt, anspricht. Das Ansprechen der Zündfunkenstrecke führt zu einer Ionisierung der in der Durchschlag-Funkenstrecke vorhandenen Luft, so daß - schlagartig - nach Ansprechen der Zündfunkenstrecke dann auch die Durchschlag-Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden, also die Hauptfunkenstrecke, anspricht.From the DE 198 03 636 A1 is also an overvoltage protection device with two electrodes, with an effective between the two electrodes breakdown spark gap and a starting aid known. In this known overvoltage protection device, the ignition aid, in contrast to the previously described, a sliding discharge triggering ignition aids, as "active ignition aid" formed, namely the fact that in addition to the two electrodes - there referred to as main electrodes - two ignition electrodes are provided. These two ignition electrodes form a second, serving as a spark gap breakdown spark gap. In this known overvoltage protection device belongs to the ignition aid except the spark gap nor a firing circuit with an ignition switch. When applying an overvoltage to the known overvoltage protection device, the ignition circuit with the ignition switching element ensures a response of the spark gap. The spark gap or the two ignition electrodes are arranged with respect to the two main electrodes such that the fact that the spark gap has addressed, the breakdown spark gap between the two main electrodes, called main spark gap responds. The response of the spark gap leads to an ionization of existing in the breakdown spark gap air, so that - abruptly - after response of the spark gap then the breakdown spark gap between the two main electrodes, so the main spark gap responds.

Bei den bekannten, zuvor beschriebenen Ausführungsformen von Überspannungsschutzeinrichtungen mit Zündhilfen führen die Zündhilfen zu einer verbesserten, nämlich niedrigeren und konstanteren Ansprechspannung.In the known, previously described embodiments of overvoltage protection devices with ignition aids, the starting aids lead to an improved, namely lower and more constant response voltage.

Bei Überspannungsschutzeinrichtungen der in Rede stehenden Art - mit oder ohne Verwendung einer Zündhilfe - entsteht beim Zünden der Durchschlag-Funkenstrecke durch den entstehenden Lichtbogen eine niederimpedante Verbindung zwischen den beiden Elektroden. Über diese niederimpedante Verbindung fließt zunächst - gewollt - der abzuleitende Blitzstrom. Bei anliegender Netzspannung folgt dann jedoch über diese niederimpedante Verbindung der Überspannungsschutzeinrichtung ein unerwünschter Netzfolgestrom, so daß man bestrebt ist, den Lichtbogen möglichst schnell nach abgeschlossenem Ableitvorgang zu löschen. Eine Möglichkeit zur Erreichung dieses Ziels besteht darin, die Lichtbogenlänge und damit die Lichtbogenspannung zu vergrößern.In overvoltage protection devices of the type in question - with or without the use of a starting aid - arises when igniting the breakdown spark gap by the resulting arc a niederimpedante connection between the two electrodes. Initially, the lightning current to be diverted flows intentionally via this low-impedance connection. When the power supply voltage but then follows this low-impedance connection of the overvoltage protection device an undesirable Netzfolgestrom, so that it is anxious to extinguish the arc as quickly as possible after completion of the discharge process. One way to achieve this goal is to increase the arc length and thus the arc voltage.

Eine Möglichkeit, den Lichtbogen nach dem Ableitvorgang zu löschen, nämlich die Lichtbogenlänge und damit die Lichtbogenspannung zu vergrößern, ist bei der Überspannungsschutzeinrichtung, wie sie aus der DE 44 02 615 A1 bekannt ist, realisiert. Die aus der DE 44 02 615 A1 bekannte Überspannungsschutzeinrichtung weist zwei schmale Elektroden auf, die jeweils winkelförmig ausgebildet sind und jeweils ein Funkenhorn und einen davon abgewinkelten Anschlußschenkel aufweisen. Darüber hinaus sind die Funkenhömer der Elektroden in ihren an die Anschlußschenkel angrenzenden Bereichen mit einer Bohrung versehen. Die in den Funkenhörnem der Elektroden vorgesehenen Bohrungen sorgen dafür, daß im Augenblick des Ansprechens des Überspannungsschutzelements, also des Zündens, der entstandene Lichtbogen durch eine thermische Druckwirkung "in Fahrt gesetzt wird", also von seiner Entstehungsstelle wegwandert. Da die Funkenhörner der Elektroden V-förmig zueinander angeordnet sind, wird somit die von dem Lichtbogen zu überbrückende Strecke beim Herauswandern des Lichtbogens vergrößert, wodurch auch die Lichtbogenspannung ansteigt. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß zur Erreichung der gewünschten Vergrößerung der Lichtbogenlänge die geometrischen Abmessungen der Elektroden entsprechend groß sein müssen, so daß auch die Überspannungsschutzeinrichtung insgesamt an bestimmte Geometrievorgaben gebunden ist.One way to erase the arc after the dissipation process, namely to increase the arc length and thus the arc voltage is in the overvoltage protection device, as it is known from DE 44 02 615 A1 is known, realized. The from the DE 44 02 615 A1 known overvoltage protection device has two narrow electrodes, which are each formed angularly and each having a sparking horn and a bent therefrom terminal leg. In addition, the spark headers of the electrodes are provided in their adjacent to the terminal legs areas with a bore. The provided in the Funkenhörnem the electrodes holes ensure that at the moment of the response of the overvoltage protection element, ie the ignition, the resulting arc by a thermal pressure effect "is set in motion", ie migrates away from its point of origin. Since the spark horns of the electrodes are arranged in a V-shape relative to one another, the distance to be bridged by the arc as the arc travels out is thus increased, as a result of which the arc voltage also increases. The disadvantage here, however, that in order to achieve the desired increase in the arc length, the geometric dimensions of the electrodes must be correspondingly large, so that the overall overvoltage protection device is bound to certain geometry specifications.

Eine weitere Möglichkeit, den Lichtbogen nach dem Ableitvorgang zu löschen, besteht in der Kühlung des Lichtbogens durch die Kühlwirkung von Isolierstoffwänden sowie die Verwendung von Gas abgebenden Isolierstoffen. Dabei ist eine starke Strömung des Löschgases notwendig, was einen hohen konstruktiven Aufwand erfordert.Another way to extinguish the arc after the discharge, consists in the cooling of the arc by the cooling effect of Isolierstoffwänden and the use of gas-releasing insulating materials. In this case, a strong flow of the quenching gas is necessary, which requires a high design effort.

Darüber hinaus besteht noch die Möglichkeit, eine Vergrößerung der Lichtbogenspannung durch Druckerhöhung zu erzielen. Hierzu wird in der DE 196 04 947 C1 vorgeschlagen, das Volumen im Innenraum des Gehäuses so zu wählen, daß durch den Lichtbogen eine Druckerhöhung auf ein Vielfaches des atmosphärischen Druckes erreicht wird. Dabei wird die Steigerung des Folgestromlöschvermögens durch eine druckabhängig Beeinflussung der Bogenfeldstärke erreicht. Damit diese Überspannungsschutzeinrichtung zuverlässig funktioniert ist jedoch zum einen ein sehr druckbeständiges Gehäuse erforderlich, muß zum anderen die Höhe der Netzspannung sehr genau bekannt sein, um das Volumen im Innenraum des Gehäuses entsprechend auslegen zu können.In addition, there is still the possibility to achieve an increase in the arc voltage by increasing the pressure. This is in the DE 196 04 947 C1 proposed to choose the volume in the interior of the housing so that a pressure increase to a multiple of the atmospheric pressure is achieved by the arc. The increase in the follow current extinguishing capacity is achieved by a pressure-dependent influencing of the arc field strength. For this overvoltage protection device to function reliably, however, a very pressure-resistant housing is required, on the other hand, the height of the mains voltage must be known very precisely in order to be able to design the volume in the interior of the housing accordingly.

Ist bei Überspannungsschutzeinrichtungen der in Rede stehenden Art der Lichtbogen gelöscht, so ist zwar zunächst die niederimpedante Verbindung zwischen den beiden Elektroden unterbrochen, der Raum zwischen den beiden Elektroden, d. h. der Entladungsraum, ist jedoch noch fast vollständig mit einem leitfähigen Plasma gefüllt. Durch das vorhandene Plasma ist die Ansprechspannung zwischen den beiden Elektroden derart herabgesetzt, daß es bereits bei anliegender Netzspannung zu einem erneuten Zünden der Durchschlag-Funkenstrecke kommen kann. Dieses Problem tritt besonders dann auf, wenn die Überspmnungsschutzeinrichtung ein gekapseltes oder halboffenes Gehäuse aufweist, da dann ein Abkühlen oder Verflüchtigen des Plasmas durch das im wesentlichen geschlossene Gehäuse verhindert wird.If the arc in question is extinguished in the case of overvoltage protection devices, the low-impedance connection between the two electrodes is first interrupted, the space between the two electrodes, ie. H. the discharge space, however, is still almost completely filled with a conductive plasma. Due to the existing plasma, the response voltage between the two electrodes is reduced so that it can come even with voltage applied to the renewed ignition of the breakdown spark gap. This problem occurs especially when the over-flow protection device has an enclosed or semi-open housing, because then cooling or volatilization of the plasma is prevented by the substantially closed housing.

Um ein erneutes Zünden der Überspannungsschutzeinrichtung, d. h. der Durchschlag-Funkenstrecke, zu verhindern, sind bisher verschiedene Maßnahmen getroffen worden, um die ionisierte Gaswolke von den Zündelektroden wegzutreiben oder abzukühlen. Hierzu werden konstruktiv aufwendige Labyrinthe und Kühlkörper verwendet, wodurch sich die Herstellung der Überspannungsschutzeinrichtung verteuert.To restart the overvoltage protection device, i. H. In order to prevent the breakdown spark gap, various measures have been taken so far to drive away or cool the ionized gas cloud of the ignition electrodes. For this purpose, structurally complex labyrinths and heat sinks are used, which makes the production of the overvoltage protection device more expensive.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Überspannungsschutzeinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die sich durch ein hohes Netzfolgestromlöschvermögen auszeichnet, trotzdem jedoch konstruktiv einfach realisiert werden kann.The invention is an object of the invention to provide an overvoltage protection device of the type described above, which is characterized by a high Netzfolgestromlöschvermögen, but nevertheless can be easily realized constructively.

Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung, bei der die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum derart ausgebildet ist, daß er zumindest teilweise quer und/oder entgegengesetzt zur Richtung des elektrischen Feldes einer anliegenden Netzspannung verläuft, so daß die vom Lichtbogen zu überwindende Strecke zwischen den beiden Elektroden eine Querkomponente zum elektrischen Feld E aufweist. Dies hat zur Folge, daß das elektrische Feld bzw. die elektrische Spannung, die an den beiden Elektroden anliegt, die in dem Plasma enthaltenen freien Ladungsträger nicht mehr durchgängig von einer Elektrode zur anderen Elektrode beschleunigen kann, wodurch ein Netzfolgestrom verhindert wird.The overvoltage protection device according to the invention, in which the above-mentioned object is achieved, is now initially and essentially characterized in that the discharge space is designed such that it extends at least partially transversely and / or opposite to the direction of the electric field of an applied mains voltage, so that the distance to be overcome by the arc between the two electrodes has a transverse component to the electric field E. This has the consequence that the electric field or the voltage applied to the two electrodes can not accelerate continuously from one electrode to the other electrode in the free carrier contained in the plasma, whereby a Netzfolgestrom is prevented.

Bei bekannten Überspannungsschutzeinrichtungen wird das nach dem eigentlichen Ableitvorgang vorhandene aber unerwünschte leitfähige Plasma bzw. die darin enthaltenen freien Ladungsträger dadurch "entfernt", daß das Plasma von den Elektroden weggetrieben wird. Derartige Überspannungsschutzeinrichtungen, die auch als "ausblasende" Funkenstreckenanordnungen bezeichnet werden, haben zunächst den Nachteil, daß zum "Ausblasen" des Plasmas eine relativ starke Strömung im Inneren der Überspannungsschutzeinrichtung erzeugt werden muß, wozu in der Regel gasabgebende Isolierstoffe verwendet werden. Das heiße Plasma wird dann durch Ausblasöffnungen im Gehäuse der Überspannungsschutzeinrichtung nach Außen in die Umgebung abgeführt. Dies hat den Nachteil, daß am Einbauort der Überspannungsschutzeinrichtung bestimmte Mindestabstände zu anderen spannungsführenden oder brennbaren Teilen bzw. Geräten einzuhalten sind, was den Einsatz derartiger ausblasender Überspannungsschutzeinrichtungen nur bei bestimmten Einbaubedingungen ermöglicht.In known overvoltage protection devices, the unwanted conductive plasma or the free charge carriers contained therein after the actual discharge process is thereby "removed" in that the plasma is driven away from the electrodes. Such overvoltage protection devices, which are also referred to as "Ausblasende" spark gap arrangements, first have the disadvantage that for "blowing out" of the plasma, a relatively strong flow inside the surge protection device must be generated, including gas-emitting insulating materials are used in the rule. The hot plasma is then discharged through exhaust openings in the housing of the overvoltage protection device to the outside into the environment. This has the disadvantage that at the installation of the surge protection certain minimum distances to other live or combustible parts or devices must be complied with, which allows the use of such Ausblasenden overvoltage protection devices only in certain installation conditions.

Im Unterschied dazu kann bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung auf das "Ausblasen" des heißen Plasmas verzichtet werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und geometrische Ausgestaltung des Entladungsraums wird die unerwünschte Folge des Vorhandenseins des Plasmas - Ausbildung eines Netzfolgestroms nach dem eigentlichen Ableitvorgang - verhindert, ohne daß das Plasma von den Elektroden weggetrieben oder abgekühlt werden muß.In contrast, in the overvoltage protection device according to the invention can be dispensed with the "blowing out" of the hot plasma. The inventive arrangement and geometric design of the discharge space, the undesirable consequence of the presence of the plasma - formation of a Netzfolgestrom after the actual discharge - prevented without the plasma must be expelled from the electrodes or cooled.

Konstruktiv kann der Entladungsraum derart ausgestaltet sein, daß er mindestens drei Bereiche aufweist, wobei der erste Bereich mit der ersten Elektrode, der zweite Bereich mit der zweiten Elektrode und der dritte Bereich einerseits mit dem ersten Bereich und andererseits mit dem zweiten Bereich verbunden ist. Der dritte Bereich stellt somit die Verbindung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich und damit auch zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode her. Der dritte Bereich ist nun konstruktiv so ausgestaltet, daß in ihm die in dem Plasma enthaltenen freien Ladungsträger durch das elektrische Feld der anliegenden Netzspannung nicht bzw. nur gering vom ersten Bereich zum zweiten Bereich bzw. umgekehrt beschleunigt werden. Hierzu weist der dritte Bereich zumindest eine Querkomponente zu elektrischen Feld auf. Im einzelnen kann der dritte Bereich schräg, im wesentlichen senkrecht oder sogar teilweise entgegengesetzt zur Richtung des elektrischen Feldes einer anliegenden Netzspannung ausgerichtet sein.Constructively, the discharge space can be designed such that it has at least three regions, wherein the first region is connected to the first electrode, the second region to the second electrode and the third region on the one hand to the first region and on the other hand to the second region. The third region thus establishes the connection between the first region and the second region and thus also between the first electrode and the second electrode. The third region is now structurally designed so that the free charge carriers contained in the plasma are not accelerated by the electric field of the applied mains voltage or are accelerated only slightly from the first region to the second region or vice versa. For this purpose, the third region has at least one transverse component to the electric field. In particular, the third region can be aligned obliquely, substantially perpendicularly or even partially opposite to the direction of the electric field of an applied mains voltage.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Entladungsraum konstruktiv dadurch realisiert, daß die der zweiten Elektrode zugewandte Seite der ersten Elektrode und die der ersten Elektrode zugewandte Seite der zweiten Elektrode jeweils teilweise mit einem isolierenden oder hochohmigen Material bedeckt sind, wobei der nicht mit dem isolierenden oder hochohmigen Material bedeckte Bereich der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode versetzt zueinander angeordnet sind. Durch die Ausbildung und Anordnung des isolierenden oder hochohmigen Materials auf der ersten bzw. der zweiten Elektrode kann die Form des Entladungsraums auf einfache Art und Weise bestimmt werden. Wird auf den beiden Elektroden ein hochohmiges aber dennoch leitfähiges Material aufgebracht, dessen Widerstand so groß ist, daß sich auf dessen Oberfläche aufgrund der Strombeschränkung kein Lichtbogen bilden kann, so führt dies nach dem eigentlichen Ableitvorgang dazu, daß die in dem Entladungsraum zwischen den beiden Elektroden vorhandenen freien Ladungsträger durch das elektrische Feld einer anliegenden Netzspannung getrennt und je nach Polarität von dem hochohmigen Material auf der ersten oder der zweiten Elektrode "abgesaugt" werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the discharge space is structurally realized in that the second electrode facing side of the first electrode and the first electrode facing side of the second electrode are each partially covered with an insulating or high-resistance material, which is not with the insulating or high-resistance material covered region of the first electrode and the second electrode are arranged offset from one another. Due to the design and arrangement of the insulating or high-resistance material on the first and the second electrode, the shape of the discharge space can be determined in a simple manner. If a high-resistance but nevertheless conductive material is applied to the two electrodes, the resistance of which is so great that no arc can form on its surface due to the current limitation, this leads, after the actual discharge process, to the effect in the discharge space between the two electrodes existing free charge carriers separated by the electric field of an applied mains voltage and "sucked" depending on the polarity of the high-resistance material on the first or the second electrode.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Entladungsraüms zwischen den beiden Elektroden, wobei der Entladungsraum zumindest eine Querkomponente zum elektrischen Feldes aufweist, wird - wie zuvor beschrieben - die Ausbildung eines unerwünschten Netzfolgestroms verhindert. Gleichzeitig wird jedoch auch die Ansprechspannung der Durchschlag-Funkenstrecke erhöht, was in der Regel ebenfalls unerwünscht ist. Daher ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung eine aktive Zündhilfe zur Verringerung der Ansprechspannung vorgesehen. Prinzipiell können hierzu verschiedene, aus dem Stand der Technik bekannte, aktive Zündhilfen verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die aktive Zündhilfe jedoch dadurch realisiert, daß an die beiden Elektroden die Reihenschaltung eines Spammngsschaltelements und eines Zündelements angeschlossen ist, wobei die Ansprechspannung des Spannungsschaltelements unterhalb der Ansprechspannung der Durchschlag-Funkenstrecke liegt und wobei beim Ansprechen des Spannungsschaltelements zunächst ein Ableitstrom über das Zündelement fließt.Due to the inventive design of the discharge chamber between the two electrodes, wherein the discharge space has at least one transverse component to the electric field is - as described above - the Forming an unwanted network follower prevents. At the same time, however, the response voltage of the breakdown spark gap is increased, which is also undesirable in the rule. Therefore, in a preferred embodiment of the overvoltage protection device according to the invention an active ignition aid for reducing the response voltage is provided. In principle, different, known from the prior art, active ignition aids can be used for this purpose. According to a preferred embodiment, however, the active ignition aid is realized in that the series connection of a Spammngsschaltelements and an ignition element is connected to the two electrodes, wherein the response voltage of the voltage switching element is below the response voltage of the breakdown spark gap and wherein the response of the voltage switching element initially a leakage over the ignition element flows.

Das Spannungsschaltelement ist dabei so gewählt, daß es bei der Ansprechspannung der Überspannungsschutzeinrichtung leitend wird, also "schaltet". Als Spannungsschaltelement kann ein Varistor, eine Suppressordiode oder ein gasgefüllter Spannungsableiter vorgesehen sein. Das Zündelement besteht vorzugsweise aus einem leitfähigen Kunststoff, einem metallischen Material oder einer leitfähigen Keramik und steht mit der zweiten Elektrode in mechanischem Kontakt.The voltage switching element is chosen so that it becomes conductive at the response voltage of the overvoltage protection device, ie "switches". As a voltage switching element, a varistor, a suppressor diode or a gas-filled arrester can be provided. The ignition element is preferably made of a conductive plastic, a metallic material or a conductive ceramic and is in mechanical contact with the second electrode.

Tritt bei der Überspannungsschutzeinrichtung mit der zuvor beschriebenen aktiven Zündhilfe eine Überspannung auf, die gleich oder größer als die durch das Spannungsschaltelement vorgegebene Ansprechspannung ist, so spricht das Spannungsschaltelement an, so daß über die Reihenschaltung erster Elektrode - Spannungsschaltelement - Zündelement - zweite Elektrode ein Ableitstrom zu fließen beginnt. Der Strom erzeugt dabei durch eine Initialzündung leitfähiges Plasma, das in den Entladungsraum eingebracht werden kann, wodurch es zu einer Zündung der Durchschlag-Funkenstrecke zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode und damit zur Ausbildung eines Lichtbogens in dem Entladungsraum kommt. Bezüglich weiterer Einzelheiten einer derartigen aktiven Zündhilfe, die auch als "Stromzündung" bezeichnet werden kann, wird auf die DE 101 46 728 A1 verwiesen.Occurs in the overvoltage protection device with the above-described active ignition aid on an overvoltage which is equal to or greater than the predetermined by the voltage switching element operating voltage, so the voltage switching element, so that via the series connection of the first electrode - voltage switching element - ignition element - second electrode to a leakage current begins to flow. The current generated by an initial ignition conductive plasma that can be introduced into the discharge space, resulting in an ignition of the breakdown spark gap between the first electrode and the second electrode and thus to form an arc in the discharge space. For further details of such an active ignition aid, which may also be referred to as "current ignition" is on the DE 101 46 728 A1 directed.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird erwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1
eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfin- dungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung,
Fig. 2
eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels einer er- findungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung,
Fig. 3
eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels einer er- findungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung,
Fig. 4
eine Prinzipskizze eines vieiten Ausführungsbeispiels einer er- findungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung,
Fig. 5
eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels einer er- findungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung, und
Fig. 6
eine Prinzipskizze eines letzten Ausführungsbeispiels einer er- findungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung,
In particular, there are a variety of ways to design and develop the overvoltage protection device according to the invention. For this purpose, it is proven on the one hand to the claims subordinate to claim 1, on the other hand, to the following description of preferred embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show
Fig. 1
a schematic diagram of a first embodiment of an inventive overvoltage protection device,
Fig. 2
a schematic diagram of a second embodiment of an inventive overvoltage protection device,
Fig. 3
1 is a schematic diagram of a further exemplary embodiment of an overvoltage protection device according to the invention,
Fig. 4
1 is a schematic diagram of a preferred embodiment of an overvoltage protection device according to the invention;
Fig. 5
a schematic diagram of another embodiment of an inventive overvoltage protection device, and
Fig. 6
1 is a schematic diagram of a last embodiment of an inventive overvoltage protection device,

In den Figuren sind verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung dargestellt. Zu der Überspannungsschutzeinrichtung - die nur hinsichtlich ihres prinzipiellen Aufbaus dargestellt ist - gehören jeweils eine erste Elektrode 1, eine zweite Elektrode 2 und ein die Elektroden 1, 2 aufnehmendes Gehäuse 3. Zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 existiert eine Durchschlag-Funkenstrecke, wobei beim Zünden der Durchschlag-Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 ein Lichtbogen 4 entsteht.In the figures, various embodiments of an overvoltage protection device according to the invention are shown. To the overvoltage protection device - which is shown only in terms of their basic structure - each include a first electrode 1, a second electrode 2 and the electrodes 1, 2 receiving housing 3. Between the two electrodes 1 and 2 there is a breakdown spark gap, wherein the Igniting the breakdown spark gap between the two electrodes 1 and 2, an arc 4 is formed.

Erfindungsgemäß ist zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 ein Entladungsraum 5 vorgesehen, wobei der Entladungsraum 5 zumindest teilweise schräg (Fig. 2), teilweise quer (Fig. 1, 5 und 6), teilweise entgegengesetzt (Fig. 3) oder teilweise quer und entgegengesetzt (Fig. 4) zur Richtung des durch Pfeile 6 dargestellten elektrischen Feldes einer anliegenden Netzspannung verläuft. Bei allen Ausführungsbeispielen weist der Entladungsraum 5 somit zumindest eine Querkomponente zum elektrischen Feld auf. Im Unterschied zu den bekannen Überspannungsschutzeinrichtung fungiert somit nicht der gesamte Raum zwischen den Elektroden 1, 2 als Entladungsraum 5.According to the invention, a discharge space 5 is provided between the two electrodes 1 and 2, wherein the discharge space 5 is inclined at least partially (FIG. Fig. 2 ), partly across ( Fig. 1 . 5 and 6 ), partly opposite ( Fig. 3 ) or partly transversely and oppositely ( Fig. 4 ) to the direction of the electric field of an applied mains voltage shown by arrows 6 runs. In all embodiments, the discharge space 5 thus has at least one transverse component to the electric field. In contrast to the known overvoltage protection device, therefore, not the entire space between the electrodes 1, 2 functions as the discharge space 5.

Wie aus den Figuren erkennbar ist, kann der Entladungsraum 5 in drei Bereiche 7, 8 und 9 unterteilt werden. Dabei ist der erste Bereich 7 mit der ersten Elektrode 1, der zweite Bereich 8 mit der zweiten Elektrode 2 und der erste Bereich 7 über den dritten Bereich 9 mit dem zweiten Bereich 8 verbunden. Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen verlaufen der erste Bereich 7 und der zweite Bereich 8 im wesentlichen parallel zur Richtung des elektrischen Feldes. Dagegen verläuft der dritte Bereich 9 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1, 5 und 6 im wesentlichen senkrecht bzw. quer zur Richtung des elektrischen Feldes. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verläuft der dritte Bereich 9 des Entladungsraums 5 schräg und im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 schräg entgegengesetzt zur Richtung des elektrischen Feldes, d. h. die Längsrichtung des dritten Bereichs 9 des Entladungsraums 5 hat eine Querkomponente zur Richtung des elektrischen Feldes. Bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung gemäß Fig. 4 weist der dritte Bereich 9 des Entladungsraums 5 sowohl Bereiche auf, die senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes verlaufen als auch einen Bereich, der entgegengesetzt zur Richtung des elektrischen Feldes verläuft.As can be seen from the figures, the discharge space 5 can be divided into three areas 7, 8 and 9. In this case, the first region 7 is connected to the first electrode 1, the second region 8 to the second electrode 2 and the first region 7 to the second region 8 via the third region 9. In the embodiments illustrated in the figures, the first region 7 and the second region 8 extend substantially parallel to the direction of the electric field. In contrast, the third region 9 extends in the embodiment according to the Fig. 1 . 5 and 6 substantially perpendicular or transverse to the direction of the electric field. In the embodiment according to Fig. 2 the third region 9 of the discharge space 5 extends obliquely and according to the exemplary embodiment Fig. 3 obliquely opposite to the direction of the electric field, ie the longitudinal direction of the third region 9 of the discharge space 5 has a transverse component to the direction of the electric field. According to the overvoltage protection device according to the invention Fig. 4 For example, the third region 9 of the discharge space 5 has both regions which are perpendicular to the direction of the electric field and a region which is opposite to the direction of the electric field.

Durch die Ausrichtung des dritten Bereichs 9 des Entladungsraums 5 schräg, quer oder entgegengesetzt zur Richtung des elektrischen Feldes einer anliegenden Netzspannung wird erreicht, daß die in dem Plasma enthaltenen freien Ladungsträger nicht mehr durchgängig von der ersten Elektrode 1 zur zweiten Elektrode 2 - oder umgekehrt - beschleunigt werden, wodurch die Ausbildung eines Netzfolgestroms verhindert wird.By aligning the third region 9 of the discharge space 5 obliquely, transversely or opposite to the direction of the electric field of an applied mains voltage is achieved that the free charge carriers contained in the plasma no longer consistently from the first electrode 1 to the second electrode 2 - or vice versa - be accelerated, whereby the formation of a network follow current is prevented.

Zur Realisierung des Entladungsraums 5 ist auf der der zweiten Elektrode 2 zugewandten Seite 10 der ersten Elektrode 1 ein isolierendes oder hochohmiges Material 12 und auf der der ersten Elektrode 1 zugewandten Seite 11 der zweiten Elektrode 2 ein isolierendes oder hochohmiges Material 13 aufgebracht. Wie aus den Figuren ersichtlich, ist dabei das isolierende oder hochohmige Material 12 und 13 nicht vollflächig auf der ersten Elektrode 1 bzw. der zweiten Elektrode 2 aufgebracht sondern es ist jeweils ein Bereich 14 bzw. 15 auf der ersten Elektrode 1 bzw. der zweiten Elektrode 2 ausgespart, der nicht mit dem isolierenden oder hochohmigen Material 12 bzw. 13 bedeckt ist. Dabei sind, wie aus den Figuren unmittelbar erkennbar ist, die beiden nicht mit dem isolierenden oder hochohmigen Material 12 bzw. 13 bedeckten Bereiche 14 bzw. 15 der ersten Elektrode 1 bzw. der zweiten Elektrode 2 versetzt zueinander angeordnet.To realize the discharge space 5, an insulating or high-resistance material 12 is applied to the second electrode 2 side 10 of the first electrode 1 and an insulating or high-resistance material 13 is applied to the side 11 of the second electrode 2 facing the first electrode 1. As can be seen from the figures, the insulating or high-resistance material 12 and 13 is not applied over the entire area on the first electrode 1 and the second electrode 2, respectively, but there is a region 14 or 15 on the first electrode 1 and the second electrode, respectively 2 recessed, which is not covered with the insulating or high-resistance material 12 and 13 respectively. In this case, as can be seen directly from the figures, the two regions 14 and 15 of the first electrode 1 and the second electrode 2 not covered by the insulating or high-resistance material 12 and 13, respectively, are offset relative to one another.

Aus einem Vergleich der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung ist dabei erkennbar, daß durch eine entsprechende Wahl der Abmessungen des Materials 12, 13 der Verlauf des Entladungsraums 5 auf einfache Art und Weise festgelegt werden kann. Weißt das Material 12, 13 über seine Länge eine konstante Dicke auf, wie dies bei dem Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 der Fell ist, so führt dies zu einem Bereich 9 des Entladungsraums 5, der quer bzw. senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes verläuft. Verändert sich die Dicke des Materials 12, 13 über seine Länge (Fig. 2 und 3), so führt dies zu einem schräg (Fig. 2) oder teilweise entgegengesetzt (Fig. 3) zur Richtung des elektrischen Feldes verlaufenden Entladungsraum 5.From a comparison of the in the Fig. 1, 2 and 3 illustrated embodiments of an overvoltage protection device according to the invention is thereby seen that by a corresponding choice of the dimensions of the material 12, 13, the course of the discharge chamber 5 can be set in a simple manner. Has the material 12, 13 over its length a constant thickness, as in the embodiment according to Fig. 1 the fur is, this leads to a region 9 of the discharge space 5, which is transverse or perpendicular to the direction of the electric field. If the thickness of the material 12, 13 changes over its length ( Fig. 2 and 3 ), this leads to an oblique ( Fig. 2 ) or partially opposite ( Fig. 3 ) extending to the direction of the electric field discharge space. 5

Wie aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 erkennbar ist, sind durch eine entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der Materialien 12, 13 auf den Elektroden 1, 2 nahezu beliebige Verläufe des Entladungsraums 9 realisierbar. Der für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Verlauf des Entladungsraums 5 richtet sich dabei einerseits nach dem erforderlichen Netzfolgestromlöschvermögen andererseits nach der Höhe der gewünschten Ansprechspannung der Überspannungsschutzeinrichtung. Letztere kann jedoch auch dadurch bestimmt werden, daß eine geeignete Zündhilfe, insbesondere eine aktive Zündhilfe, vorgesehen ist.As in the embodiment according to Fig. 4 can be seen, by an appropriate design and arrangement of the materials 12, 13 on the electrodes 1, 2 almost any gradients of the discharge space 9 can be realized. The optimal for the particular application of the discharge space 5 depends on the one hand, after the required Netzfolgestromlöschvermögen on the other hand according to the level of the desired operating voltage of the overvoltage protection device. However, the latter can also be determined by providing a suitable starting aid, in particular an active starting aid.

Die Überspannungsschutzeinrichtungen gemäß den Fig. 1 und 5 unterscheiden sich dadurch voneinander, daß bei der Überspannungsschutzeinrichtung gemäß Fig. 1 ein isolierendes Material 12, 13 auf den Elektroden 1, 2 aufgebracht ist, während bei der Überspannungsschutzeinrichtung gemäß Fig. 5 ein hochohmiges aber dennoch leitfähiges Material 12, 13 verwendet wird. Die Anordnung eines hochohmigen, aber dennoch leitfähigen Materials 12, 13 direkt auf der einen Seite 10 der ersten Elektrode 1 bzw. der einen Seite 11 der zweiten Elektrode 2 führt dazu, daß nach dem eigentlichen Ableitvorgang die in dem Entladungsraum 5 vorhandenen freien Ladungsträger durch die anliegende Netzspannung getrennt und - je nach Polarität - von dem Material 12 oder dem Material 13 "abgesaugt" werden. Durch die Verringerung der Anzahl der freien Ladungsträger in dem Entladungsraum 5 erhöht sich die Impedanz des Entladungsraums 5, wodurch auch bei anliegender Netzspannung das Auftreten eines Netzfolgestroms verhindert wird. Anstelle eines - im Stand der Technik bekannten - mechanischen "Ausblasens" des Plasmas bzw. der freien Ladungsträger erfolgt hier ein elektrisches "Absaugen" der freien Ladungsträger, wodurch jedoch ebenfalls der unerwünschte Netzfolgestrom verhindert und gleichzeitig die Nachteile des bekannten "Ausblasens" vermieden werden.The overvoltage protection devices according to Fig. 1 and 5 differ from each other in that in the overvoltage protection device according to Fig. 1 an insulating material 12, 13 is applied to the electrodes 1, 2, while in the overvoltage protection device according to Fig. 5 a high-resistance but conductive material 12, 13 is used. The arrangement of a high-resistance, yet conductive material 12, 13 directly on the one side 10 of the first electrode 1 and the one side 11 of the second electrode 2 causes the present in the discharge space 5 free charge carrier after the actual discharge adjacent mains voltage and - depending on the polarity - "sucked" by the material 12 or the material 13. By reducing the number of free charge carriers in the discharge space 5, the impedance of the discharge space 5 increases, whereby the occurrence of a follow-on current is prevented even when mains voltage is applied. Instead of a - known in the art - mechanical "blow-out" of the plasma or the free charge is carried out here an electrical "suction" of the free charge carriers, which, however, also prevents the unwanted Netzfolgestrom while avoiding the disadvantages of the known "blow-out".

In Fig. 6 ist eine weitere Variante einer Überspannungsschutzeinrichtungen dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist zunächst - vergleichbar mit der Ausfüllung gemäß Fig. 1 - ein isolierendes Material 12, 13 auf den Elektroden 1, 2 aufgebracht. Der Entladungsraum 5 wird jedoch nicht nur durch die Form des isolierenden Materials 12, 13, sondern in erster Linie durch zusätzlich auf dem isolierenden Material 12, 13 aufgebrachtes hochohmiges Material 17, 18 - vergleichbar mit der Ausführung gemäß Fig. 5 - bestimmt. Das hochohmige Material 17 ist dabei beabstandet vom Bereich 14 mit der ersten Elektrode 1 und das hochohmige Material 18 beabstandet vom Bereich 15 mit der zweite Elektrode 2 elektrisch leitend verbunden. Die beiden Bereiche 19, 20, in denen die erste Elektrode 1 mit dem hochohmigen Material 17 und die zweite Elektrode 2 mit dem hochohmigen Material 18 verbunden ist, sind ebenfalls versetzt zueinander angeordnet. Durch das hochohmige Material 17, 18 wird zunächst erreicht, daß nach dem Durchschlag im Entladungsraum 5 sich befindende freie Ladungsträger "abgesaugt" werden. Dabei fließt durch das hochohmige Material 17, 18 ein Strom, was zu einem Spannungsabfall entlang des hochohmigen Materials 17, 18 führt. Durch diesen Spannungsabfall entlang des hochohmigen Materials 17, 18 entsteht ein elektrisches Feld, dessen Feldlinien 6' eine Komponente entgegengesetzt zur Richtung des Lichtbogens 4 aufweisen. Es entsteht somit eine Verzerrung des elektrischen Feldes im Entladungsraum 5, wodurch der "Quercharakter" des Entladungsraums 5 verstärkt wird. Diese Verstärkung des "Quercharakters" erfolgt hier jedoch - im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 - nicht geometrisch sondern elektrisch.In Fig. 6 a further variant of an overvoltage protection devices is shown. In this embodiment is first - comparable to the filling according to Fig. 1 - An insulating material 12, 13 applied to the electrodes 1, 2. However, the discharge space 5 is not only by the shape of the insulating material 12, 13, but primarily by additionally on the insulating material 12, 13 applied high-resistance material 17, 18 - comparable to the embodiment according to FIG Fig. 5 - certainly. The high-resistance material 17 is at a distance from the region 14 with the first electrode 1 and the high-resistance material 18 spaced from the region 15 to the second electrode 2 electrically connected. The two regions 19, 20, in which the first electrode 1 is connected to the high-resistance material 17 and the second electrode 2 is connected to the high-resistance material 18, are likewise arranged offset from one another. By the high-resistance material 17, 18 is first achieved that after the breakdown in the discharge space 5 located free charge carriers are "sucked". In this case, flows through the high-resistance material 17, 18, a current, resulting in a voltage drop along the high-resistance material 17, 18 leads. This voltage drop along the high-resistance material 17, 18 produces an electric field whose field lines 6 'have a component opposite to the direction of the arc 4. This results in a distortion of the electric field in the discharge space 5, whereby the "transverse character" of the discharge space 5 is amplified. However, this amplification of the "cross character" takes place here - in contrast to the exemplary embodiment according to FIG Fig. 3 - not geometric but electric.

Aus den Figuren ist schließlich noch erkennbar, daß das Gehäuse 3, welches vorzugsweise als metallisches Druckgehäuse ausgebildet ist, ein inneres Isoliergehäuse 16 aufweist, wobei bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 4 das isolierende Material 12, 13 mit dem Isoliergehäuse 16 oder mit Teilen des Isoliergehäuses 16 verbunden ist.Finally, it can be seen from the figures that the housing 3, which is preferably designed as a metallic pressure housing, has an inner insulating housing 16, wherein in the exemplary embodiments according to FIGS Fig. 1 to 4 the insulating material 12, 13 is connected to the insulating housing 16 or to parts of the insulating housing 16.

Claims (12)

  1. Overvoltage protection means, having a first electrode (1), having a second electrode (2), having a breakdown spark gap which has been formed between the two electrodes (1, 2), and a housing (3) which holds the electrodes (1, 2), wherein when the breakdown spark gap is ignited, an arc (4) being formed between the two electrodes (1, 2) within a discharge space (5) that connects the two electrodes (1, 2),
    characterized in
    that the discharge space (5) is made such that it runs at least partially transversely and/or opposite the direction of an electrical field of a prevailing line voltage so that the distance to be overcome by the arc (4) between the two electrodes (1, 2) when the breakdown spark gap is ignited, has a transverse component to the electrical field E.
  2. Overvoltage protection means according to claim 1, characterized in that the discharge space (5) has at least three regions (7, 8, 9), the first region (7) being connected to the first electrode (1), the second region (8) being connected to the second electrode (2) and the third region (9) being connected, on the one hand, to the first region (7) and, on the other hand, to the second region (8).
  3. Overvoltage protection means according to claim 2, characterized in that the third region (9) runs essentially perpendicularly to the direction of the electrical field of a prevailing line voltage.
  4. Overvoltage protection means according to claim 2, characterized in that the third region (9) runs obliquely to the direction of the electric field of a prevailing line voltage.
  5. Overvoltage protection means according to claim 2, characterized in that the third region (9) runs partially opposite to the direction of the electric field of a prevailing line voltage.
  6. Overvoltage protection means according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the side (10) of the first electrode (1) facing the second electrode (2) and the side (11) of the second electrode (2) facing the first electrode (1) are partially covered with an insulating or high-resistance material (12, 13), the region (14) of the first electrode (1) not covered with the insulating or high-resistance material (12) and the region (15) of the second electrode (2) not covered with the insulating or high-resistance material (13) being arranged offset to one another.
  7. Overvoltage protection means according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the side (10) of the first electrode (1) facing the second electrode (2) and the side (11) of the second electrode (2) facing the first electrode (1) are partially covered with an insulating material (12, 13) the region (14) of the first electrode (1) not covered with the insulating material (12) and the region (15) of the second electrode (2) not covered with the insulating material (13) being arranged offset to one another, wherein the side of the insulating material (12) facing the second electrode (2) and the side of the insulating material (12) facing the first electrode (1) are at least partially covered with a high-resistance material (17, 18), the first electrode (1) spaced away from the region (14) being electrically conductively connected to the high-resistance material (17) and the second electrode (2) spaced away from the region (15) being electrically conductively connected to the high-resistance material (18).
  8. Overvoltage protection means according to any one of claims 1 to 7, characterized in that there is an active ignition aid.
  9. Overvoltage protection means according to claim 8, characterized in that a series connection of a voltage switching device and an ignition element is connected to the two electrodes (1, 2), the sparkover voltage of the voltage switching device being below the sparkover voltage of the breakdown spark gap, and at first a diversion current flowing via the ignition element when the voltage switching device responds.
  10. Overvoltage protection means according to claim 9, characterized in that there is a varistor, a suppressor diode or a gas-filled voltage arrester as the voltage switching device.
  11. Overvoltage protection means according to claim 9 or 10, characterized in that the ignition element consists of a conductive plastic, a metal material or a conductive ceramic and is in mechanical contact with the second electrode (2).
  12. Overvoltage protection means according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the housing (3) is made as a metal pressure housing and has an inner insulation housing (16).
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