EP2532060B1 - Hörnerfunkenstrecken-blitzstromableiter mit deionkammer - Google Patents

Hörnerfunkenstrecken-blitzstromableiter mit deionkammer Download PDF

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EP2532060B1
EP2532060B1 EP11731376.7A EP11731376A EP2532060B1 EP 2532060 B1 EP2532060 B1 EP 2532060B1 EP 11731376 A EP11731376 A EP 11731376A EP 2532060 B1 EP2532060 B1 EP 2532060B1
Authority
EP
European Patent Office
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spark gap
arc
horn spark
lightning current
electrodes
Prior art date
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Active
Application number
EP11731376.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2532060A1 (de
Inventor
Arnd Ehrhardt
Stefanie Schreiter
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Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority to SI201130935A priority Critical patent/SI2532060T1/sl
Publication of EP2532060A1 publication Critical patent/EP2532060A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2532060B1 publication Critical patent/EP2532060B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/14—Arcing horns

Definitions

  • the invention relates to a Hörnerfunkenrangen-Blitzstromableiter with Deionhunt for arc quenching in a housing in non-blown design, and measures to adjust a different behavior of the resulting in a pulse current load arc on the one hand and the Netz Riversidestrom-related arc on the other.
  • each electrode of the horn spark gap on a connecting element and a spark plug wherein the spark horns of the spaced-apart electrodes form an air breakdown spark gap.
  • a splitter plate arrangement having a plurality of extinguishing plates, which is arranged opposite the connection elements of distal ends of the electrodes at a distance from the ends of the electrodes.
  • the previously known spark gap is carried out blowing and thereby requires complex and expansive protective measures. To realize a sufficient current limitation and aging stability with regard to the occurring thermal and mechanical loads, the spark gap decreases DE 44 35 968 C2 a division of the arc, using two Deionhuntn, which also leads to additional costs.
  • EP 0 920 098 A2 From the EP 0 920 098 A2 is an overvoltage protection element known, with the aid of which the running behavior of an arc can be improved, regardless of the type of current.
  • the arc moves quickly away from the ignition, the lesson after EP 0 920 098 A2 describes a blowout Hörnerfunkenumble in a housing and ignites along an insulating part of the arc between two divergent asymmetric horn electrodes.
  • DE102005015401 discloses a horn gap lightning arrester with deion chamber for arc quenching in a housing.
  • the distance between the opposite electrode surfaces of the horn spark gap in the first ignition region is kept narrow.
  • the arrangement has the opposing electrode surfaces in the second ignition region a small distance widening in the direction of the end of the horn spark gap.
  • Current holes are present in the electrodes.
  • the gas stream, which passes through the deion chamber, is at least partially returned to the ignition area via deflection means and guided to the flow openings present in the electrodes.
  • the distance of the opposite electrode surfaces of the horn spark gap in the ignition is kept very narrow to prevent unwanted migration of the arc at lightning pulse currents.
  • the arrangement of the opposing electrode surfaces in the ignition region is substantially parallel or has only a very small distance widening in the direction of the end of the horn spark gap.
  • the Force action of the reflected pressure wave or pressure waves is used for further reduction or compensation of the current forces, which would cause an undesired movement of the flash pulse current arc in the direction of the Deionhunt.
  • the effectiveness of these pressure reflections to the persistence of the arc is limited in particular to lightning pulse impulse currents and is also limited in time.
  • the intensity and the duration of the effective forces of the reflection front in the action taken controls such that in particular the critical high-energy lightning pulse burst currents are very effectively forced to persist at the ignition.
  • the measures described above can also be used for a completely encapsulated Hörner spark gap with Deionhunt to limit the current of the Folgestromlichtbogens without that, the mobility of the follower stream promoting, internal gas circulation also drives the lightning pulse impulse current in the Deionhunt.
  • the delayed in such a spark gap gas stream which passes through the Deionhunt is at least partially returned to the arc running range of the spark gap via deflection.
  • a trigger electrode can be arranged in the ignition region.
  • the trigger electrode comprises a conductive element which is surrounded by a sliding path or which has adjacent sliding sections of an insulating or semiconducting material.
  • the trigger electrode is either inserted at one of the two electrodes in the ignition region or between the two electrodes of the horn spark gap, and preferably arranged in the lower region of the ignition region.
  • the sliding sections can be arranged or executed asymmetrically.
  • the pulsed current arc tends to be diffuse at the beginning of its formation. This behavior favors the existence of multiple arc bases and a not yet heavily contracted arc. Excessive constriction or cooling of the arc by adjacent elements such as sliding aids, a housing wall, ceramic plates or the like within the initial phase of the arc increases the power conversion in the plasma and the arc is transferred more quickly to the state of a thermal plasma. In this state, the arc contraction is much more pronounced and the arc is more exposed to the forces acting on it, which favor an undesirable migration during the load with impressed lightning impulse currents.
  • the above-mentioned effect is counteracted by reducing the distance of the electrodes in the ignition region to a value of less than 1.2 mm, preferably 0.8 mm.
  • the active electrode areas are approximately equally spaced within the firing range. This approximate equidistant spacing is present in particular in the region above the ignition point in the arc running direction. Due to the low initial expansion, i. the minimal change in the distance between the diverging electrodes prevents or limits the escape of the arc. The amount of initial widening of the distance between the divergent electrodes should be at most 50%.
  • the width of the active electrode surface is set in a preferred embodiment with at least 2 mm. For pulse currents up to 50 kA, an active electrode width of 2 mm to 6 mm is preferred and sufficient.
  • a current density smaller than 2 kA / mm 2, preferably 1 kA / mm 2 based is to be realized on the amplitude of the injected pulse current under conditions of a normal air atmosphere, in order to prevent constriction of the arc in the area of generation constructively.
  • the thermal time constant of the arc in air can thus be about 10 ⁇ s to 100 ⁇ s.
  • the flow cross-section and the flow resistance is designed in the presented arrester with internal gas circulation, that the reflection of the pressure wave generated by the Impulssttom itself counteracts the movement of the arc.
  • this can serve to increase the flow resistance in the inlet region of the Delon chamber, but also the resistance of the flow in the venting of the Delon chamber.
  • the propagation velocity of the pressure wave in the respective medium has to be considered.
  • the first reflected pressure wave should not necessarily hit the arc before it reaches its own material-dependent self-persistent time of up to several 10 ⁇ s. Times significantly greater than 100 ⁇ s or times greater than the back half-life of the lightning current pulse, it is necessary to avoid.
  • Fig. 1a Based on Fig. 1a is the basic embodiment of the horn spark gap lightning arrester arrangement according to the invention traceable.
  • the spark gap arrangement is in this case integrated into a series installation housing 1 and has two connection terminals 2.
  • the spark gap has two low-divergent electrodes 3 and 4 with recesses 5 for gas circulation and follow-current arc flow.
  • the deion chamber 6 With openings for gas circulation.
  • the running range of the arc between the ignition range (see detailed illustration to Fig. 1b ) and the Deionhunt 6 is bounded laterally by insulating plates (see Fig. 2 , Reference numeral 8).
  • the Deionhunt 6 preferably has a mutual venting of the individual Deionhuntabschnltte. These openings are placed both laterally and on the front side of the Deionhunt 6.
  • the gases are returned to the running region of the spark gap via the mentioned lateral recesses 5 in the electrodes 3 and 4.
  • These lateral flow openings or recesses 5 are above the range in which the arc stagnates during a load with a lightning pulse current (see Fig. 1b ).
  • the effluent from the Deionhunt 6 amount of gas is divided by a splitter 7 into several individual gas streams.
  • This splitter 7 also prevents a direct gas flow from the Deionhunt 6 in the lateral recesses 5, whereby no heated and / or ionized gases are returned to the running area even with very strong arcing loads. In addition, the supply of Abbrand excursin or corresponding Abbrandpumblen is prevented.
  • the splitter 7 can be designed as an angled small partition wall and is located in the region for gas relaxation, i. in the area in which gases from the running area and the arc chamber to flow.
  • the splitter 7 serves in this area as a separation or deflection wall for the gases which are still supplied from the arc chamber at a high temperature and which are fed back to the arc running area by bilateral grooves in the electrodes.
  • the relatively direct gas flow from the arc chamber is focused on the splitter and is divided into two flows with longer path among other things for cooling and distribution in terms of a diffuse flow, both of which enter the gas supply openings in the electrode area.
  • the still heated gas is divided on both sides into two flows, cooled and additionally prevents the introduction of loose, conductive particles in the electrode area.
  • the existing splitters assist in evenly distributing the cooled gases to all return flow openings in the arc run area. This even division is of great importance for optimal support of the follow-up current of the follow-current arc.
  • the relatively narrow follow current arc could easily escape the motion assisting effect of the targeted internal gas circulation. This would counterproductively lead to very long arc times from the point of ignition to the arc chamber or even to the continuity of the arc, whereby a failure of the spark gap would be possible.
  • the splitter thus supports the primary basic functionality for the encapsulation of the horn spark gap, namely the internal targeted gas circulation to ensure the running behavior of the follow-current arc and thus the follow current limiting and erasing.
  • the cross section of the recesses 5 in the electrodes is chosen to be very small compared to the vents of the deion chamber 6 and is less than 10% of the opening cross section of the vents in an exemplary implementation.
  • the Fig. 1b shows the ignition range of the arc, which forms between the electrodes 3 and 4 below the recesses 5 for the gas circulation, in detail.
  • the ignition of the arc can be active or passive.
  • the arc arises here between the two electrodes 3 and 4 in the area A.
  • the distance of the electrodes in the region A is in the embodiment between 0.8 mm to 1.2 mm.
  • the area in which the arc remains during a load by lightning impulse current extends maximally up to the area B.
  • the widening of the distance of the diverging electrodes is opposite to the area A at the place B maximally 50%.
  • the resulting electrode area between regions A and B corresponds at least to the area which results from the quotient of the maximum amplitude of the impressed pulse current and the preferred current density of 1 kA / mm 2 .
  • the Fig. 2 shows the cross section of the Deionhunt as well as the positioning of preferred reflection areas.
  • the arc running range is limited by insulating cover plates 8.
  • the net follow-current arc 9 runs along the divergent electrodes 3, 4 to the inlet region C of the deion chamber 6 and then divides into the individual chamber sections.
  • the Deionhunt 6 has lateral and frontal vents (arrow displays) through which the areas between the individual sheets with V-shaped cut of the Deionhunt are alternately vented.
  • the individual sheets with V-shaped incision are dashed lines within the Deionhunt 6 represents.
  • the vent On the front side of the Delonhunt the vent is also divided in the axial direction of the chamber by an insulating web 10.
  • the flow resistance in the inlet region C of the Deionhunt 6 can be influenced by other measures in addition to the choice of the distance of the individual sheets, the design of the V-shaped notch and the distance of the respective first individual plate of the Deionhunt to the respective electrodes or baffles 3, 4.
  • the V-shaped notches of the Deionhunt can additionally be dammed by means of insulation.
  • the flow resistance in the vent region D of the deion chamber 6 can be influenced and specified by the number, size and shape of the vent openings.
  • the flow resistance can also be changed by the volume and the geometry of the return flow channels next to and above the deion chamber 6.
  • both the reflection of the pressure wave in the inlet region C and in the venting region D are suitable for promoting the continuance of the pulsed current arc directly in the vicinity of the ignition region (see Fig. 1b ) of the electrodes 3, 4.
  • Crucial for the selection of the lower reflection range are according to the design of the Spark gap the requirements regarding the pulse load capacity and the extinguishing capacity at mains follow current.
  • the proposed measures according to the invention cause a sure persistence of lightning impulse currents with residence times of several ms in the ignition range between section A and section B of the spark gap.
  • Fig. 3 shows a superimposition of current (bottom) and voltage curves (top) of a conventional encapsulated horn spark gap with deion chamber at impulse (E) and net sequence current load (F).
  • the arc at pulse current due to the high current gradient and amplitude enters very rapidly into the Deionhunt.
  • the energetic load of the Deionhunt is very high due to the impressed pulse current, which can not be limited in practice when entering the chamber.
  • the parts of the entire spark gap are disproportionately stressed by the pressure effect and the thermal load.
  • the energy conversion in the deion chamber at 25 kA 10/350 ⁇ s is in the range up to 7 kJ.
  • the specific energy for a prospective grid follow-up current of 25 kA is only 2 kA 2 s. At a pulse current load of 25 kA 10/350 ⁇ s, however, this value is approximately 100 times.
  • the design of the spark gap according to the invention it is possible to design the parts of the arc chamber or the entire spark gap for a significantly lower energetic load. Energetically strong and thus costly material is necessary only in the ignition range of the horn spark gap between the sections A and B.
  • the Fig. 4 shows the behavior of an encapsulated horn spark gap according to the invention.
  • the course of arc voltage and the current limit at mains sequence current load (F) correspond to the equivalent curves (F) according to FIG Fig. 3 .
  • E pulse current
  • the arc persists according to the invention in the ignition range of the two electrodes, so that the thermal and dynamic loading of the entire spark gap to a fraction of the load of a spark gap according to the courses Fig. 3 reduced by a significantly lower arc voltage.
  • the energy conversion is reduced at a pulse load of 25 kA pulse shape 10/350 microseconds at least by a factor of 10 with respect to a spark gap without corresponding separation of functions with respect to mains follower and lightning impulse.
  • the energy conversion which as a result of encapsulation 100% loads all parts of the spark gap, can be drastically reduced.
  • a reduction of the size is possible and it is the design effort less.
  • simpler and therefore cheaper materials can be used.
  • the design of the ignition region is effected in another embodiment via the use of a trigger electrode.
  • the Fig. 5 shows an embodiment with trigger electrode 11 in the ignition area.
  • the trigger electrode 11 and the sliding section 12 are guided through a recess within or laterally on one of the two main electrodes 3, 4.
  • This variant is suitable in particular for a slide-free design of the spark gap between the two main electrodes 3, 4.
  • the ignition arrangement shown after Fig. 5 is also thermally and by the erosion-resistant electrode material of the corresponding main electrode mechanically very well protected and thus particularly resistant to aging. This is for the presented embodiment of the horn spark gap of particular advantage, since the persistence of the pulsed current arc in the ignition region and the trigger electrode loaded more. With the presented embodiment of the arrangement of the trigger electrode, it is also particularly easy to realize the necessary for the presented embodiments small distance between the two main electrodes 3, 4 with very good insulation values.
  • a lateral arrangement of the trigger electrode is also conceivable.
  • the trigger electrode 11 is located between the two main electrodes 3 and 4.
  • the trigger electrode 11 is arranged within two sliding sections 13, 14.
  • a vertical elevation and / or thicker design of a sliding section 14 can also be selected. This also results in an improvement of the insulation value.
  • An embodiment of one or both sliding sections as an air gap is also within the meaning of the invention.
  • an increased ignition voltage is provided by using an ignition transformer.
  • electrically conductive material as a rollover aid basically only one voltage switching element is required.
  • the ignition delay time of the total spark gap can, if required, be chosen to be very small due to the inventively small distances of the two main electrodes 3, 4, whereby the energetic load and thus also the size also is very low.
  • the small distance between the main electrodes also ensures, for example in the event of failure of the trigger circuit, the function of a passive arrester with a maximum protection level of 4 kV.
  • electrically conductive material as a rollover aid basically only a voltage switching element and / or current-limiting element such as a resistor, varistor, PTC or the like is required.

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit Deionkammer zur Lichtbogenlöschung in einem Gehäuse auch in nichtausblasender Bauform, und Maßnahmen zur Einstellung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrombelastung entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des Netzfolgestrom-bedingten Lichtbogens andererseits.
  • Aus der DE 44 35 968 C2 ist ein Überspannungsschutzelement zur Ableitung von transienten Überspannungen auf der Basis einer Hörnerfunkenstrecke vorbekannt. Dort weist jede Elektrode der Hörnerfunkenstrecke ein Anschlusselement und ein Funkenhorn auf, wobei die Funkenhörner der mit Abstand zueinander angeordneten Elektroden eine Luft-Durchschlag-Funkenstrecke bilden. Weiterhin ist innerhalb des Gehäuse des Überspannungsschutzelements eine eine Mehrzahl von Löschblechen aufweisende Löschblech-Anordnung vorgesehen, welche gegenüber den Anschlusselementen fernen Enden der Elektroden mit Abstand zu den Enden der Elektroden angeordnet ist.
  • Die vorbekannte Funkenstrecke ist ausblasend ausgeführt und erfordert hierdurch aufwendige und raumgreifende Schutzmaßnahmen. Zur Realisierung einer ausreichenden Strombegrenzung sowie Alterungsstabilität hinsichtlich der auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen weist die Funkenstrecke nach DE 44 35 968 C2 eine Aufteilung des Lichtbogens auf, und zwar unter Nutzung von zwei Deionkammern, was ebenfalls zu zusätzlichen Kosten führt.
  • Es besteht die Anforderung an moderne Blitzstromableiter in Reiheneinbaugehäusen für Niederspannungsanwendungen, diese gekapselt auszuführen. Derartige Blitzstromableiter müssen ein hohes Netz-Folgestromlöschvermögen sowie eine hohe Netz-Folgestrombegrenzung besitzen.
  • In der EP 1 535 378 B1 oder der EP 0 860 918 B1 sind blitzstromtragfähige Funkenstrecke mit Deionkammern für Reiheneinbaugeräte gezeigt, welche ausblasend ausgeführt sind, bei denen jedoch die austretenden Gase mindestens teilweise entionisiert werden. Auch besitzen diese Funkenstrecken keine Möglichkeit einer Funktionsaufteilung zwischen auftretenden Impuls- und Netzfolgeströmen.
  • Aus der EP 0 920 098 A2 ist ein Übersspannungsschutzelement bekannt, mit dessen Hilfe das Laufverhalten eines Lichtbogens unabhängig von der Art des Stroms verbessert werden kann. Der Lichtbogen bewegt sich dabei rasch vom Zündort weg, wobei die Lehre nach EP 0 920 098 A2 eine ausblasende Hörnerfunkenstrecke in einem Gehäuse beschreibt und entlang eines Isolationsteils der Lichtbogen zwischen zwei divergierenden asymmetrischen Hörnerelektroden zündet.
  • Grundsätzlich ist der Einsatz des im Niederspannungsbereich verbreiteten Prinzips zur Netzfolgestrombegrenzung mittels Deionkammern bei Blitzstromableitern problematisch. Die wirksame Netz-Folgestrombegrenzung bei dem Einsatz von Deionkammern beruht auf dem raschen Einlaufen des Lichtbogens in die entsprechende Löschkammer. Die Zeit bis zum Einlaufen in die Löschkammer ist klein, wenn eine geringe Distanz zwischen Zündstelle und Deionkammer und eine hohe Lichtbogenlaufgeschwindigkeit realisierbar ist. Die Laufgeschwindigkeit des Lichtbogens ist jedoch von zahlreichen Parametern abhängig, und zwar unter anderem vom Material der Elektroden, dem Strömungswiderstand, der Anordnung und den entsprechenden Kräften, welche auf den Lichtbogen wirken.
  • Da bei dem Ziel einer starken Netz-Folgestrombegrenzung die Höhe des Augenblickswerts des Netz-Folgestroms stets kleiner als die Höhe der eingeprägten Impulsströme sein muss, entsteht insofern ein Widerspruch, da die unterstützenden Kräfte der Lichtbogenbewegung mit der Höhe des Stroms entsprechend der Lorentz-Regel ansteigen.
  • Bei bekannten Hörnerfunkenstrecken führt dies dazu, dass bei einem raschen Einlaufen des Netz-Folgestrom-Lichtbogens in die Löschkammer und einer guten Netz-Folgestrombegrenzung auch die länger andauernden Impulsströme und somit auch die energiereichen Blitzimpulsströme ebenfalls in die Deionkammer einlaufen. Es muss also die verwendete Deionkammer bezüglich der eingeprägten Impulsströme thermisch und entsprechend dynamisch ausgelegt sein.
  • Durch die Aufteilung in mehrere Teillichtbögen wird die Lichtbogenspannung und somit der Leitungsumsatz einer entsprechenden Hörnerfunkenstrecke deutlich erhöht, da es bei den eingeprägten Impulsströmen zu keiner Strombegrenzung kommt. Die Belastung aller Teile des Ableiters ist daher deutlich verstärkt. Selbiges ist bei einer gekapselten Anordnung besonders kritisch, da der Leistungsumsatz vollständig innerhalb des Ableiters erfolgt. Im Gegensatz dazu wird bei ausblasenden Ableitern bis zu 90% des Leistungsumsatzes an die Umgebung abgegeben.
  • Eine Alternative, dieser starken Belastung innerhalb des Ableiters entgegen zu wirken, ist die zeitliche Verzögerung des Einlaufens des Lichtbogens in die Kammer durch erhöhte Abstände bzw. Distanzen. Hierdurch kann zwar das Einlaufen des Impulsstrom-Lichtbogens in die Lichtbogenkammer verhindert werden, jedoch ist die sich hierbei ergebende Netz-Folgestrombegrenzung nicht akzeptabel. Diesbezüglich sei auf die DE 24 19 731 B2 verwiesen.
  • DE102005015401 offenbart einen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit Deionkammer zur Lichtbogenlöschung in einem Gehäuse. Der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen der Hörnerfunkenstrecke im ersten Zündbereich ist eng gehalten. Die Anordnung besitzt der sich gegenüberliegenden Elektrodenflächen im zweiten Zündbereich eine geringe Abstandsaufweitung in Richtung des Endes der Hörnerfunkenstrecke. Stromöffnungen sind in den Elektroden vorhanden. Der Gasstrom, welcher durch die Deionkammer hindurch tritt, wird über Umlenkmittel mindestens teilweise zum Zündbereich zurückgeleitet und zu den in den Elektroden vorhandenen Strömungsöffnungen geführt.
  • Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit Deionkammer anzugeben, welcher einerseits eine optimale Netz-Folgestrombegrenzung aufweist und der andererseits das Einlaufen von eingeprägten Impulsströmen mit hoher Stromamplitude in die Deionkammer vermeidet, so dass eine hohe Lebensdauer und Alterungsbeständigkeit gegeben ist.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
  • Es werden bei dem erfindungsgemäßen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter in nichtausblasender Bauform unterschiedliche Lichtbogenverhalten bei Netz-Folge- und Impulsströmen bewirkt. Hierdurch ist eine kostengünstige und platzsparende Auslegung der Deionkammer sowie der Hörnerelektroden, die Reduzierung der thermischen und mechanischen Belastung des Ableiters, eine Verringerung des Aufwands zur Vermeidung von Ausblaserscheinungen sowie der Erhöhung der Lebensdauer möglich. Auch ist eine einfache preiswerte und platzsparende Anordnung einer Zündhilfe in Form einer Triggerelektrode realisierbar.
  • Es gelingt mit der erfindungsgemäßen Lösung, die Belastung der Deionkammer infolge der eingeprägten Blitzstoßströme zu reduzieren bis ganz zu vermeiden. Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer nichtausblasenden, d.h. gekapselten Hörnerfunkenstrecke durch die besondere Gestaltung des Zündbereichs und die bewusste Steuerung der Druckreflexionen innerhalb der Funkenstrecke der Impulsstrom-Lichtbogen im Zündbereich der Hörnerelektroden quasi fixiert, während der Netz-Folgestrom-Lichtbogen innerhalb einer deutlich kürzeren Zeitdauer in die Lichtbogenkammer einlaufen kann und begrenzt wird.
  • Es wird erfindungsgemäß von einem Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit Deionkammer zur Lichtbogenlöschung in einem Gehäuse in nichtausblasender Bauform und Steuerung der internen Gasströmung zur Einstellung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrombelastung entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des Netz-Folgestrom-bedingten Lichtbogens andererseits ausgegangen.
  • Hierfür ist der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen der Hörnerfunkenstrecke im Zündbereich sehr eng gehalten, um eine unerwünschte Wanderung des Lichtbogens bei Blitzimpulsströmen zu verhindern. Weiterhin verläuft die Anordnung der sich gegenüberliegenden Elektrodenflächen im Zündbereich im Wesentlichen parallel oder besitzt nur eine sehr geringe Abstandsaufweitung in Richtung des Endes der Hörnerfunkenstrecke. Durch diese geometrischn Maßnahmen im Zündbereich wird die Kraftwirkung auf den Impulsstrom-Lichtbogen minimiert. Zusätzlich werden die durch den Lichtbogen, welcher bei der Blitzimpulsstromentladung im Zündbereich der Funkenstrecke entsteht, erzeugten Druckwellen an Strömungshindernissen vor, an oder auch hinter der Deionkammer zur definierten Reflexion gebracht. Die Kraftwirkung der reflektierten Druckwelle bzw. Druckwellen wird zur weiteren Reduzierung oder Kompensation der Stromkräfte genutzt, welche eine unerwünschte Bewegung des Blitzimpulsstrom-Lichtbogens in Richtung der Deionkammer bewirken würden. Die Wirksamkeit dieser Druckreflexionen zum Verharren des Lichtbogens beschränkt sich insbesondere auf blitzbedingte Impulsstroßströme und ist auch zeitlich begrenzt. Durch die Höhe, die Dauer und den Energiegehalt des Blitzimpulsstroms steuert sich die Intensität und die Zeitdauer der wirksamen Kräfte der Reflexionsfront bei den ergriffenen Maßnahmen derart, dass insbesondere die kritischen energiereichen Blitzimpulsstoßströme sehr effektiv zum Verharren am Zündort gezwungen werden.
  • Die vorstehend erläuterten Maßnahmen können auch bei einer vollständig gekapselten Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer zur Strombegrenzung des Folgestromlichtbogens eingesetzt werden, ohne dass die, die Beweglichkeit des Folgestroms fördernde, interne Gaszirkulation auch den Blitzimpulsstoßstrom in die Deionkammer treibt. Der bei einer solchen Funkenstrecke zeitlich verzögerte Gasstrom, welcher durch die Deionkammer hindurchtritt, wird über Umlenkmittel mindestens teilweise zum Lichtbogenlaufbereich der Funkenstrecke zurückgeführt.
  • Wie bereits dargelegt, ist im Zündbereich eine Triggerelektrode anordenbar.
  • Die Triggerelektrode umfasst ein leitfähiges Element, welches von einer Gleitstrecke umgeben ist oder das benachbarte Gleitstrecken aus einem isolierenden oder halbleitenden Material aufweist.
  • Die Triggerelektrode ist entweder an einer der beiden Elektroden im Zündbereich eingesetzt oder zwischen den beiden Elektroden der Hörnerfunkenstrecke, und zwar bevorzugt im unteren Bereich des Zündbereichs angeordnet.
  • Die Gleitstrecken können asymmetrisch angeordnet bzw. ausgeführt werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die spezielle Gestaltung des Zündbereichs und der Ausnutzung der Druckreflexion im Inneren des Blitzstromableiters erreicht, dass die Kräfte infolge der Stromamplitude auf den Blitzimpulsstrom minimiert sind.
  • Der Impulsstrom-Lichtbogen neigt zu Beginn seiner Entstehung zu einem diffusen Verhalten. Dieses Verhalten begünstigt die Existenz mehrerer Lichtbogenfußpunkte und einen noch nicht stark kontrahierten Lichtbogen. Durch eine zu starke Einengung bzw. Kühlung des Lichtbogens durch angrenzende Elemente wie Gleithilfen, einer Gehäusewand, Keramikplatten oder dergleichen innerhalb der Anfangsphase des Lichtbogens erhöht sich der Leistungsumsatz im Plasma und der Lichtbogen wird schneller in den Zustand eines thermischen Plasmas überführt. In diesem Zustand ist die Lichtbogen-Kontraktion deutlich stärker ausgeprägt und der Lichtbogen ist den auf ihn wirkenden Kräften stärker ausgesetzt, welche eine unerwünschte Wanderung während der Belastung mit eingeprägten Blitzimpulsströmen begünstigen.
  • Dem oben genannten Effekt wird durch Reduzierung des Abstands der Elektroden im Zündbereich auf einen Wert kleiner 1,2 mm, vorzugsweise 0,8 mm, entgegengewirkt. Darüber hinaus sind die aktiven Elektrodenflächen innerhalb des Zündbereichs annähernd gleich beabstandet. Diese annähernde Gleichbeabstandung liegt insbesondere im Bereich oberhalb der Zündstelle in Lichtbogenlaufrichtung vor. Durch die geringe Anfangsaufweitung, d.h. durch die minimale Abstandsveränderung zwischen den divergierenden Elektroden wird das Herauslaufen des Lichtbogens verhindert oder eingeschränkt. Das Maß der Anfangsaufweitung des Abstands zwischen den divergierenden Elektroden soll maximal 50% betragen.
  • Die Breite der aktiven Elektrodenfläche ist bei einer bevorzugten Ausführungsform mit mindestens 2 mm angesetzt. Bei Impulsströmen bis zu 50 kA ist eine aktive Elektrodenbreite von 2 mm bis 6 mm bevorzugt und ausreichend.
  • Es wurde festgestellt, dass eine Stromdichte kleiner als 2 kA/mm2, vorzugsweise 1 kA/mm2 bezogen auf die Amplitude des eingeprägten Impulsstroms bei den Bedingungen einer normalen Luftatmosphäre zu realisieren ist, um eine Einschnürung des Lichtbogens im Entstehungsbereich konstruktiv zu vermeiden. Durch eine ausreichend große Elektrodenfläche, eine geringe Einschnürung und eine geringe Lichtbogenlänge kann insbesondere in der Lichtbogenphase vor Erreichen des thermischen Gleichgewichts die Kraftwirkung, die zu einem unerwünschten Wandern des Lichtbogens in die Deionkammern führt, reduziert werden. Die thermische Zeitkonstante des Lichtbogens in Luft kann somit ca. 10 µs bis 100 µs betragen.
  • Da die Kontraktion des Impulsstrom-bedingten Lichtbogens durch die genannten Maßnahmen nicht unendlich verzögert werden kann, wird der Lichtbogen spätestens im Rücken des Blitzimpulses nach dem Erreichen des thermischen Gleichgewichts kontrahieren und einer verstärkten Kraftwirkung ausgesetzt sein. In dieser kritischen Phase wirkt erfindungsgemäß die Reflexion der Druckwelle durch die vorgestellte beschriebene Anordnung von Strömungshindernissen innerhalb der Gaszirkulation.
  • Neben der Reduzierung der Wirkung der Stromkräfte innerhalb der Hörneranordnung für den Impulsstrom-Lichtbogen wird beim vorgestellten Ableiter mit interner Gaszirkulation der Strömungsquerschnitt und der Strömungswiderstand so gestaltet, dass die Reflexion der durch den Impulssttom selbst erzeugten Druckwelle der Bewegung des Lichtbogens entgegenwirkt.
  • Als Reflexionsfront kann hierzu die Erhöhung des Strömungswiderstands im Einlaufbereich der Delonkammer, aber auch der Widerstand der Strömung bei der Entlüftung der Delonkammer dienen.
  • Um die Wirkung der Druckreflexion optimal zu gestalten ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle im jeweiligen Medium zu berücksichtigen. Die erste reflektierte Druckwelle sollte den Lichtbogen dabei nicht unbedingt vor dem Erreichen der unter anderem materialabhängigen Eigenverharrzeit von bis zu mehreren 10 µs treffen. Zeiten deutlich größer 100 µs bzw. Zeiten größer als die Rückhalbwertzeit des Blitzstromimpulses gilt es zu vermeiden.
  • Durch die geometrische Gestaltung im Zundbereich der Funkenstrecke wirken, wie bereits erläutert, nur noch minimale Kräfte auf den BlitzimpulsstromLichtbogen, welche eine Bewegung des Lichtbogens in Richtung der Delonkammer bewirken würden. Die an dem oder den Strömungshindernissen erzeugten Reflexionen führen zu Druckwellen, welche den BlitzimpulsstromLichtbogen spätestens nach der Eigenverharrzeit erreichen und möglichst auch bis zum Erreichen der Rückenhalbwertszeit des Imspulsstroms wirksam sind, sowie durch ihre entgegengesetzte Kraftwirkung die den Lichtbogen antreibenden Kräfte ausreichend kompensieren können, Um dieses Ziel zu erreichen, können Reflexionswellen an einem oder mehreren entsprechend des Strömungswegs gestaffelten Strömungshindernissen bewusst erzeugt werden. Durch diese Maßnahmen können Druckreflexionen mit unterschiedlichen Laufzeiten oder Frequenzen erzeugt und deren zeitlich gestaffelten Einzelkräfte oder auch eine Überlagerung dieser Kräfte über den kritischen Zeitraum genutzt werden.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
  • Hierbei zeigen:
    • Fig. 1a
    eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiters mit Anordnung der Hörner und prinzipielle Ausstellung der Deionkammer;
    Fig. 1b
    eine Detaildarstellung des Zündbereichs der Elektroden der Hörnerfunkenstrecke;
    Fig. 2
    eine Seitenansicht der Darstellung gemäß Fig. 1a mit angedeuteter Gasströmung zurück zu den Strömungsöffnungen in den Elektroden der Hörnerfunkenstrecke;
    Fig. 3
    die Überlagerung von Strom- und Spannungsverläufen einer üblichen gekapselten Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer bei Impuls E und Netz-Folgestrombelastung F;
    Fig. 4
    eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 3, jedoch Strom- und Spannungsverläufe der erfindungsgemäßen Hörnerfunkenstrecke;
    Fig. 5
    eine Darstellung des Zündbereichs der Hörnerfunkenstrecke mit Triggerelektrode, die in eine der Elektroden des Funkenhorns eingebracht ist, und
    Fig. 6
    eine Darstellung des Zündbereichs der erfindungsgemäßen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiteranordnung mit einer Triggerelektrode zwischen den beiden leicht divergierenden Hauptelektroden.
  • Anhand der Fig. 1a ist die prinzipielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiteranordnung nachvollziehbar.
  • Die Funkenstreckenanordnung ist hierbei in ein Reiheneinbaugehäuse 1 integriert und besitzt zwei Anschlussklemmen 2.
  • Die Funkenstrecke weist zwei gering divergierende Elektroden 3 und 4 mit Ausnehmungen 5 für die Gaszirkulation und Folgestrom-Lichtbogenbeströmung auf.
  • Zwischen den stark divergierenden Abschnitten der Elektroden 3 und 4 in deren Endbereich befindet sich die Deionkammer 6 mit Öffnungen zur Gaszirkulation.
  • Der Laufbereich des Lichtbogens zwischen dem Zündbereich (siehe Detaildarstellung nach Fig. 1b) und der Deionkammer 6 wird seitlich von isolierenden Platten begrenzt (siehe Fig. 2, Bezugszeichen 8).
  • Die Deionkammer 6 besitzt bevorzugt eine wechselseitige Entlüftung der einzelnen Deionkammerabschnltte. Diese Öffnungen sind sowohl seitlich als auch an der Stirnseite der Deionkammer 6 platziert.
  • Die Gase werden in den Laufbereich der Funkenstrecke über die erwähnten seitlichen Ausnehmungen 5 in den Elektroden 3 und 4 zurückgeführt. Diese seitlichen Strömungsöffnungen oder Ausnehmungen 5 liegen dabei oberhalb des Bereichs, in welchem der Lichtbogen während einer Belastung mit einem Blitzimpulsstrom stagniert (siehe Fig. 1b).
  • Zur gezielten Aufteilung der rückströmenden Gase auf die einzelnen Ausnehmungen oder Strömungsöffnungen 5 zur besseren Unterstützung der Lichtbogenbewegung bei Netz-Folgestrom wird die aus der Deionkammer 6 ausströmende Gasmenge durch einen Splitter 7 in mehrere einzelne Gasströme aufgeteilt.
  • Dieser Splitter 7 verhindert zudem einen direkten Gasstrom aus der Deionkammer 6 in die seitlichen Ausnehmungen 5, wodurch auch bei sehr starken Lichtbogenbelastungen keine noch erhitzten und/oder ionisierten Gase in den Laufbereich zurückgeführt werden. Außerdem wird die Zuführung von Abbrandprodukten bzw. entsprechenden Abbrandpartikeln unterbunden.
  • Der Splitter 7 ist beispielsweise als abgewinkelte kleine Trennwand ausführbar und befindet sich im Bereich zur Gasentspannung, d.h. in dem Bereich, in welchen Gase aus dem Laufbereich und der Lichtbogenkammer einströmen. Der Splitter 7 dient in diesem Bereich als Trenn- bzw. Umlenkwand für die Gase, welche aus der Lichtbogenkammer noch mit hoher Temperatur zugeführt werden und die dem Lichtbogenlaufbereich durch beidseitige Nuten in den Elektroden wieder zugeführt werden. Der relativ direkte Gasstrom aus der Lichtbogenkammer trifft gebündelt auf den Splitter und wird in zwei Strömungen mit längerem Weg unter anderem zur Abkühlung und Verteilung im Sinne einer diffusen Strömung unterteilt, welche beide in die Gaszuführungsöffnungen im Elektrodenbereich gelangen. Es wird also das noch erhitzte Gas beidseitig in zwei Strömungen aufgeteilt, gekühlt und zusätzlich das Einbringen von losen, leitenden Partikeln in den Elektrodenbereich verhindert. Die vorhandenen Splitter unterstützen die gleichmäßige Aufteilung der abgekühlten Gase auf alle Rückströmungsöffnungen in dem Lichtbogenlaufbereich. Diese gleichmäßige Aufteilung ist für eine optimale Unterstützung des Laufverhaltens des Folgestrom-Lichtbogens von hoher Bedeutung. Bei der Nutzung von z.B. nur einer Rückführungsöffnung könnte sich der relativ schmale Folgestrom-Lichtbogen leicht der bewegungsunterstützenden Wirkung der zielgerichteten internen Gaszirkulation entziehen. Dies würde kontraproduktiv zu sehr langen Laufzeiten des Lichtbogens vom Zündort bis zur Lichtbogenkammer oder sogar zum Verharren des Lichtbogens führen, wodurch ein Versagen der Funkenstrecke möglich wäre. Der Splitter unterstützt also die primäre Grundfunktionalität für die Kapselung der Hörnerfunkenstrecke, nämlich die interne zielgerichtete Gaszirkulation zur Gewährleistung des Laufverhaltens des Folgestrom-Lichtbogens und somit der Folgestrombegrenzung und -löschung.
  • Der Querschnitt der Ausnehmungen 5 in den Elektroden ist im Vergleich zu den Entlüftungsöffnungen der Deionkammer 6 sehr gering gewählt und beträgt kleiner 10 % des Öffnungsquerschnitts der Entlüftungen bei einer beispielhaften Realisierung.
  • Die Fig. 1b zeigt den Zündbereich des Lichtbogens, der sich zwischen den Elektroden 3 und 4 unterhalb der Ausnehmungen 5 für die Gaszirkulation ausbildet, im Detail.
  • Die Zündung des Lichtbogens kann aktiv oder passiv erfolgen.
  • Der Lichtbogen entsteht hierbei zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 im Bereich A.
  • Der Abstand der Elektroden im Bereich A liegt bei dem Ausführungsbeispiel zwischen 0,8 mm bis 1,2 mm.
  • Die Fläche, in der der Lichtbogen während einer Belastung durch Blitzimpulsstrom verharrt, erstreckt sich maximal bis zum Bereich B. Die Aufweitung des Abstands der divergierenden Elektroden beträgt gegenüber dem Bereich A an der Stelle B maximal 50%.
  • Die resultierende Elektrodenfläche zwischen den Bereichen A und B entspricht im Minimum der Fläche, welche sich aus dem Quotient der maximalen Amplitude des eingeprägten Impulsstroms und der vorzugsweisen Stromdichte von 1 kA/mm2 ergibt.
  • Die Fig. 2 zeigt den Querschnitt der Deionkammer sowie die Positionierung bevorzugter Reflexionsbereiche.
  • Auch hier wird wiederum von einem Reiheneinbaugehäuse 1 mit einer Funkenstrecke und der sichtbaren Elektrode 4 sowie seitlichen Ausnehmungen 5 für die Gaszirkulation zwischen der Deionkammer 6 und dem Lichtbogenlaufbereich ausgegangen.
  • Der Lichtbogenlaufbereich wird durch isolierende Abdeckplatten 8 begrenzt.
  • Der Netz-Folgestrom-Lichtbogen 9 läuft entlang der divergierenden Elektroden 3, 4 bis zum Einlaufbereich C der Deionkammer 6 und teilt sich dann in die einzelnen Kammerabschnitten auf. Die Deionkammer 6 besitzt seitliche und stirnseitige Entlüftungsöffnungen (Pfeildarstellungen), durch welche die Bereiche zwischen den Einzelblechen mit V-förmigen Einschnitt der Deionkammer wechselseitig entlüftet werden. Die Einzelbleche mit V-förmigem Einschnitt sind gestrichelt innerhalb der Deionkammer 6 darstellt.
  • Auf der Stirnseite der Delonkammer wird die Entlüftung auch in axialer Richtung der Kammer durch einen Isolationssteg 10 geteilt.
  • Der Strömungswiderstand im Einlaufbereich C der Deionkammer 6 kann neben der Wahl des Abstands der Einzelbleche, der Gestaltung der V-förmigen Einkerbung und dem Abstand des jeweils ersten Einzelblechs der Deionkammer zu den jeweiligen Elektroden bzw. Leitblechen 3, 4 auch durch weitere Maßnahmen beeinflusst werden.
  • Die V-förmigen Einkerbungen der Deionkammer können zusätzlich mittels einer Isolation verdämmt werden.
  • An den seitlichen Isolationsplatten 8 des Laufbereichs des Lichtbogens können zusätzliche Einengungen unterhalb der Deionkammer 6 als Strömungshindernis angeordnet werden.
  • Der Strömungswiderstand im Entlüftungsbereich D der Deionkammer 6 kann durch die Anzahl, Größe und Form der Entlüftungsöffnungen beeinflusst und vorgegeben werden.
  • Die beschriebene Möglichkeit, ein Strömungshindernis unterhalb der Deionkammer anzuordnen, dient zur Erzeugung von Reflexionsfronten nahe dem Verharrbereich des Blitzimpulsstrom-Lichtbogens. Gleichzeitig erfolgt eine Beschleunigung des Einlaufens des Folgestrom-Lichtbogens in die Deionkammer durch diese Maßnahme. Die erläuterte, beidseitig angeordnete keilförmige Einengung im Lichtbogenlaufbereich kann über die Variation der Keilform bis hin zu einem massiven Klotz und der Restkanalbreite sehr variabel zur Steuerung des Strömungswiderstands genutzt werden.
  • Der Strömungswiderstand kann aber auch durch das Volumen und die Geometrie der Rückströmkanäle neben und oberhalb der Deionkammer 6 verändert werden. Prinzipiell eignen sich sowohl die Reflexion der Druckwelle im Einlaufbereich C als auch im Entlüftungsbereich D für die Begünstigung des Verharrens des Impulsstrom-Lichtbogens unmittelbar in der Nähe des Zündbereichs (siehe Fig. 1b) der Elektroden 3, 4. Entscheidend für die Auswahl des günstigeren Reflexionsbereichs sind entsprechend der Gestaltung der Funkenstrecke die Anforderungen bezüglich der Impulsbelastbarkeit und des Löschvermögens bei Netz-Folgestrom.
  • Die vorgestellten erfindungsgemäßen Maßnahmen bewirken ein sicheres Verharren von Blitzimpulsströmen mit Verweilzeiten von mehreren ms im Zündbereich zwischen Abschnitt A und Abschnitt B der Funkenstrecke.
  • Bei einem prospektiven Netz-Folgestrom von z.B. 50 kA hingegen erfolgt das Einlaufen in die Deionkammer 6 und deren Begrenzung innerhalb von maximal 1 ms. Der Augenblickswert der Folgeströme wird dabei auf Werte von wenigen kA begrenzt. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann anhand des Vergleichs der Darstellung nach den Fig. 3 und 4 nachvollzogen werden.
  • Fig. 3 zeigt eine Überlagerung von Strom- (unten) und Spannungsverläufen (oben) einer üblichen gekapselten Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer bei Impuls- (E) und Netz-Folgestrombelastung (F).
  • Es ist zu erkennen, dass der Lichtbogen bei Impulsstrom aufgrund der hohen Stromsteilheit und Amplitude sehr rasch in die Deionkammer einläuft. Die energetische Belastung der Deionkammer ist aufgrund des eingeprägten Impulsstroms, welcher in der Praxis bei Einlaufen in die Kammer nicht begrenzt werden kann, sehr hoch. Die Teile der gesamten Funkenstrecke werden durch die Druckwirkung und die thermische Belastung unverhältnismäßig stark beansprucht. Der Energieumsatz in der Deionkammer bei 25 kA 10/350 µs liegt im Bereich bis zu 7 kJ.
  • Durch die realisierte Netz-Folgestrombegrenzung beträgt die spezifische Energie bei einem prospektiven Netz-Folgestrom von 25 kA nur 2 kA2s. Bei einer Impulsstrombelastung von 25 kA 10/350 µs beträgt dieser Wert hingegen das ca. 100fache. Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Funkenstrecke ist es hingegen möglich, die Teile der Lichtbogenkammer bzw. der gesamten Funkenstrecke für eine deutlich niedrigere energetische Belastung auszulegen. Energetisch stark belastbares und somit kostenintensives Material ist ausschließlich im Zündbereich der Hörnerfunkenstrecke zwischen den Abschnitten A und B notwendig.
  • Die Fig. 4 zeigt das Verhalten einer erfindungsgemäß gekapselten Hörnerfunkenstrecke. Der Verlauf von Lichtbogenspannung und die Strombegrenzung bei Netz-Folgestrombelastung (F) entsprechen den äquivalenten Verläufen (F) gemäß Fig. 3. Bei der Belastung mit einem Impulsstrom (E) verharrt der Lichtbogen gemäß der Erfindung im Zündbereich der beiden Elektroden, so dass sich die thermische und dynamische Belastung der gesamten Funkenstrecke auf einen Bruchteil der Belastung einer Funkenstrecke entsprechend den Verläufen nach Fig. 3 durch eine deutlich geringere Lichtbogenspannung reduziert.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Funkenstrecke reduziert sich der Energieumsatz bei einer Impulsbelastung mit 25 kA der Impulsform 10/350 µs mindestens um den Faktor 10 gegenüber einer Funkenstrecke ohne entsprechende Funktionstrennung bezüglich Netz-Folge- und Blitzimpulsstrom.
  • Durch die Ausführung der möglichen nichtausblasenden Funkenstrecke gemäß der Erfindung kann der Energieumsatz, welcher infolge der Kapselung zu 100 % alle Teile der Funkenstrecke belastet, drastisch reduziert werden. Hierdurch wiederum ist eine Reduzierung der Baugröße möglich und es ist der konstruktive Aufwand geringer. Letztendlich können einfachere und damit preiswertere Materialien Verwendung finden.
  • Die Gestaltung des Zündbereichs erfolgt bei einer weiteren Ausführungsform über die Nutzung einer Triggerelektrode.
  • Hierbei kann auf eine Ausführung als Luftfunkenstrecke nach Fig. 5 und/oder Gleitfunkenstrecke nach Fig. 6 zurückgegriffen werden.
  • Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit Triggerelektrode 11 im Zündbereich. Die Triggerelektrode 11 und die Gleitstrecke 12 werden durch eine Ausnehmung innerhalb oder seitlich an einer der beiden Hauptelektroden 3, 4 geführt. Diese Variante eignet sich insbesondere für eine gleitstreckenfreie Ausführung der Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden 3, 4.
  • Die gezeigte Zündanordnung nach Fig. 5 ist zudem durch das abbrandfeste Elektrodenmaterial der entsprechenden Hauptelektrode thermisch und mechanisch sehr gut geschützt und somit besonders alterungsstabil. Dies ist für die vorgestellte Ausführungsform der Hörnerfunkenstrecke von besonderem Vorteil, da das Verharren des Impulsstrom-Lichtbogens im Zündbereich auch die Triggerelektrode stärker belastet. Mit der vorgestellten Ausführung der Anordnung der Triggerelektrode ist es zudem besonders einfach möglich, den für die vorgestellten Ausführungsformen notwendigen geringen Abstand zwischen den beiden Hauptelektroden 3, 4 bei sehr guten Isolationswerten zu realisieren.
  • Alternativ zu einer Anordnung der Triggerelektrode 11 zwischen den beiden divergierenden Hauptelektroden ist auch eine seitliche Anordnung der Triggerelektrode denkbar.
  • Gemäß Fig. 6 befindet sich die Triggerelektrode 11 zwischen den beiden Hauptelektroden 3 und 4. Die Triggerelektrode 11 ist dabei innerhalb von zwei Gleitstrecken 13, 14 angeordnet. Bei einer bevorzugten asymmetrischen Gestaltung der Gleitstrecken 13, 14 kann auch eine vertikale Überhöhung und/oder dickere Ausführung einer Gleitstrecke 14 gewählt werden. Hierdurch ergibt sich auch eine Verbesserung des Isolationswertes. Eine Ausführung einer oder auch beider Gleitstrecken als Luftstrecke liegt ebenfalls im Sinne der Erfindung.
  • Die Gleitstrecken 12, 13, welche bei der Zündung der Funkenstrecke überschlagen werden, können entsprechend dem Stand der Technik als reine Isolationsstrecke oder aber auch als Kombination aus Isolationsstrecke mit vernachlässigbarer Ansprechspannung und einer Verlängerung aus elektrischem Material, welches vom Lichtbogen überschlagen wird, ausgeführt sein.
  • Im Falle einer reinen Isolationsstrecke wird für eine erhöhte Zündspannung durch Einsatz eines Zündübertragers gesorgt. Bei der Ausführungsform mit elektrisch leitendem Material als Überschlagshilfe ist grundsätzlich nur ein Spannungsschaltelement erforderlich.
  • Bei den vorgestellten Triggervarianten gilt, dass aufgrund der erfindungsgemäß geringen Abstände der beiden Hauptelektroden 3, 4 die Zündverzugszeit der Gesamtfunkenstrecke bei Bedarf sehr klein gewählt werden kann, wodurch die energetische Belastung und somit auch die Baugröße ebenfalls sehr gering ist. Der geringe Abstand der Hauptelektroden gewährleistet zudem, beispielsweise beim Ausfall der Triggerschaltung, die Funktion eines passiven Ableiters bei einem Schutzpegel von maximal 4 kV.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit elektrisch leitendem Material als Überschlagshilfe ist grundsätzlich nur ein Spannungsschaltelement und/oder strombegrenzendes Element wie ein Widerstand, Varistor, Kaltleiter oder dergleichen erforderlich.

Claims (13)

  1. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit Deionkammer (6) zur Lichtbogenlöschung in einem Gehäuse (1) und Maßnahmen zur Einstellung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrombelastung (E) entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des Netz-Folgestrom-bedingten (F) Lichtbogens (9) andererseits, wobei hierfür der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen (3; 4) der Hörnerfunkenstrecke im Zündbereich (A) eng gehalten ist und die Anordnung der sich gegenüberliegenden Elektrodenflächen im Zündbereich (A) eine geringe Abstandsaufweitung in Richtung des Endes der Hörnerfunkenstrecke besitzt, wobei in den Elektroden (3; 4) Strömungsöffnungen (5) vorhanden sind, weiterhin der Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter in nichtausblasender Bauform ausgeführt ist und eine Gaszirkulation vorsieht derart, dass die durch den Blitzimpulsstrombedingten Lichtbogen erzeugte Druckwelle von der Deionkammer (6) und/oder Strömungshindernissen reflektiert wird und der Lichtbogenbewegung entgegenwirkt sowie der Gasstrom, welcher durch die Deionkammer (6) hindurch tritt, über Umlenkmittel mindestens teilweise zum Zündbereich zurückgeleitet und zu den in den Elektroden (3; 4) vorhandenen Strömungsöffnungen (5) nur geführt wird, um die Lichtbogenbewegung bei Netz-Folgeströmen (9) in Richtung Deionkammer (6) zu unterstützen, wobei hierfür die Strömungsöffnungen (5) oberhalb des Zündbereichs (A) und oberhalb des Bereiches (B), in welchem der Lichtbogen während einer Belastung mit einem Blitzimpulsstrom stagniert, in Richtung Deionkammer (6) befindlich sind, und die Umlenkmittel einen Splitter (7) umfassen, der als abgewinkelte kleine Trennwand im Bereich zur Gasentspannung, d.h. in dem Bereich, in welchem Gase aus dem Laufbereich und der Lichtbogenkammer einströmen ausgeführt ist, wobei der Splitter (7) einen direkten Gasstrom aus der Deionkammer (6) in die Strömungsöffnungen (5) verhindert.
  2. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand der sich gegenüberliegenden Elektrodenflächen (3; 4) im Zündbereich (A) kleiner 1,5 mm beträgt, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 0,8 mm liegt.
  3. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Divergenz der Aufweitung des Abstands der gegenüberliegenden Elektrodenflächen (3; 4) im Zündbereich (A) bei maximal 50 % liegt.
  4. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Breite der Elektrodenflächen (3; 4) im Zündbereich (A) zwischen im Wesentlichen 2 mm bis 6 mm liegt.
  5. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Anordnung in ein Reiheneinbaugehäuse (1) integriert ist, wobei das Gehäuse spalt- oder schlitzförmige Öffnungen zum Druckausgleich besitzt.
  6. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Laufbereich des jeweiligen Lichtbogens durch seitlich die Elektroden (3; 4) abdeckende isolierende Platten (8) begrenzt wird, wobei die Platten (8) vom Zündbereich (A) bis zur Deionkammer (6) reichen.
  7. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Querschnittsfläche der Strömungsöffnungen (5) in den Elektroden (3; 4) wesentlich kleiner als die Gesamtfläche der Strömungsausgangsöffnungen der Deionkammer (6) ist.
  8. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Deionkammer (6) eine Vielzahl von beabstandeten Einzelblechen aufweist, welche jeweils eine V-förmige Einkerbung aufweisen, deren V-Öffnung zur Hörnerfunkenstrecke gerichtet ist, um über die Wahl des Abstands der Einzelbleche und/oder einer zusätzlichen Verdämmung den Strömungswiderstand im Einlaufbereich (C) der Deionkammer (6) einzustellen oder vorzugeben.
  9. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Deionkammer (6) Entlüftungsöffnungen aufweist, über deren Anzahl, Größe und Formgebung der Strömungswiderstand im Einlaufbereich (C) der Deionkammer (6) einstell- oder vorgebbar ist.
  10. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Zündbereich (A) eine Triggerelektrode (11) angeordnet ist.
  11. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Triggerelektrode (11) ein leitfähiges Element umfasst, welches von einer Gleitstrecke (12) umgeben ist oder benachbarte Gleitstrecken (13; 14) aufweist.
  12. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Triggerelektrode (11) in einer der beiden Elektroden (3; 4) im Zündbereich (A) eingesetzt oder zwischen den beiden Elektroden (3; 4) der Hörnerfunkenstrecke angeordnet ist.
  13. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gleitstrecken (13; 14) asymmetrisch angeordnet oder ausgeführt sind.
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