EP2615703A2

EP2615703A2 - Spark gap with multiple individual spark gaps connected in series in a in stack arrangement

Info

Publication number: EP2615703A2
Application number: EP12194155.3A
Authority: EP
Inventors: Arnd Ehrhardt; Stefanie Schreiter
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: EP2615703A3; EP2615703B1; DE102012007102A1

Abstract

The spark gap has ring or disk shaped electrodes (5) inserted and centrally held in an isolation body (7), and controlling elements (11) influencing voltage distribution over a stack arrangement. The controlling elements are arranged on an external periphery of envelop ends of the stack arrangement, and radial angular offset is connected to group and/or individual spark gap. The controlling elements run in parallel to a longitudinal axis of the stack arrangement, and are arranged on a supporting part (12) that includes electrical contact units (1, 2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten, in Stapelanordnung befindlichen Einzelfunkenstrecken, welche durch ringförmige Trennstrecken voneinander beabstandet und mit einer Kontaktierung versehen sind, wobei die jeweiligen Einzelfunkenstrecken ring- oder scheibenförmige Elektroden aufweisen, sowie weiterhin mit Steuerelementen zur Beeinflussung der Spannungsverteilung über der Stapelanordnung, wobei die zur Bildung einer der jeweiligen Einzelfunkenstrecken erforderlichen ring- oder scheibenförmigen Elektroden in jeweils einen Isolationskörper eingesetzt und von diesem zentriert gehalten sind, gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a spark gap having a plurality of series-connected, stacked individual spark gaps, which are spaced apart by annular separation sections and provided with a contact, wherein the respective individual spark gaps annular or disc-shaped electrodes, and further with controls for influencing the voltage distribution over the Stack arrangement, wherein the necessary for the formation of one of the respective individual spark gaps annular or disc-shaped electrodes are used in each case an insulating body and kept centered by this, according to claim 1.

Überspannungsableiter, ausgebildet als Stapelfunkenstrecken, sind beispielsweise aus der DE 395 286 vorbekannt. Gemäß dieser Lösung sind mehrere einander berührende, scheibenförmige Widerstandskörper vorgesehen, wobei jeder Widerstandskörper eine oder mehrere Rippen bzw. Erhöhungen von erheblich höherem spezifischen Widerstand als die übrige Masse der Scheibe aufweist. Bei dieser Lösung des Standes der Technik ergibt sich eine Reihenschaltung mehrerer Teillichtbögen und somit eine Aufsummierung der Anoden-Kathodenfallspannungen. Zwischen den Scheiben nach DE 395 286 sind nur wenige Berührungsstellen vorhanden, die den Funkenübergang einleiten und eine Funkenentladung gestatten, die sich dann rasch über die gesamte Scheibenfläche ausbreitet.Surge arresters, designed as stacked spark gaps, are for example from the DE 395 286 previously known. According to this solution, a plurality of mutually contacting, disc-shaped resistor bodies are provided, wherein each resistor body has one or more ribs or elevations of considerably higher specific resistance than the remaining mass of the disk. In this solution of the prior art results in a series connection of several partial arcs and thus an accumulation of the anode-cathode drop voltages. Between the discs after DE 395 286 There are only a few points of contact that exist initiate the spark transition and allow a spark discharge, which then spreads rapidly over the entire disk surface.

Um Ausfallerscheinungen bei Funkenstrecken-Stapelanordnungen in Folge einer Spannungsüberlastung vorzubeugen, gehört es ergänzend zum Stand der Technik, Zusatzelemente parallel zu schalten, die eine Homogenisierung der Spannungsverteilung über den einzelnen Teilfunkenstrecken ermöglichen und damit den Ableiter hinsichtlich des Ansprechverhaltens optimieren. Eine bekannte Anordnung von Steuerelementen ist beispielsweise in der WO 82/00926 A1 erläutert. Dieser Stand der Technik nimmt Bezug auf die Parallelschaltung von linearen, nichtlinearen und/oder kapazitiven Widerständen mit dem Zweck der gewünschten gleichmäßigeren Spannungsverteilung über den Teilfunkenstrecken, wobei letztere untereinander in Reihe geschaltet sind.To prevent failure in spark gap stacking arrangements as a result of voltage overload, it is complementary to the state of the art to connect additional elements in parallel, which allow homogenization of the voltage distribution over the individual partial spark gaps and thus optimize the arrester with regard to the response. A known arrangement of controls is for example in the WO 82/00926 A1 explained. This prior art makes reference to the parallel connection of linear, non-linear and / or capacitive resistors for the purpose of the desired uniform distribution of the voltage over the partial spark gaps, the latter being connected in series with one another.

Bezüglich weiterer technischer Lösungen zur Steuerung von Einzelfunkenstrecken bei Stapelanordnungen sei auf die CH 252 433 A , die CH 210 132 A , die DE 23 64 034 C3 oder die CH 215 001 A verwiesen.Regarding further technical solutions for the control of single spark gaps in stack arrangements is on the CH 252 433 A , the CH 210 132 A , the DE 23 64 034 C3 or the CH 215 001 A directed.

Bei der Nutzung des bekannten Stapelprinzips unter Zuhilfenahme von Steuerelementen für den Einsatz von Ableitern in Niederspannungsanlagen müssen ergänzende Anforderungen u.a. hinsichtlich der Blitzstoßstromtragfähigkeit, des Schutzpegels und der maximalen Baugröße beachtet werden.When using the known stacking principle with the aid of controls for the use of arresters in low-voltage systems, additional requirements u.a. with regard to the lightning current carrying capacity, the protection level and the maximum size.

Bei Anwendungen in Niederspannungsanlagen muss die Isolationskoordination der Einzelelemente untereinander berücksichtigt werden, so dass hierbei ein deutlich kleinerer Schutzpegel als bei Mittel- oder Hochspannungsanlagen erforderlich ist. Durch die bei Niederspannungsanlagen ebenfalls geforderte Blitzstoßstromtragfähigkeit müssen entsprechende Ableiter derart dimensioniert werden, dass die auftretende große spezifische Energie sicher abgeleitet werden kann. Diesbezüglich ist es bekannt, bei Stapelanordnungen aus scheibenförmigen Elektroden auf isolierende Distanzstücke zurückzugreifen, wie z.B. in der DE 1 256 306 B offenbart.For applications in low-voltage systems, the insulation coordination of the individual elements must be taken into account, so that in this case a much lower level of protection than in medium or high voltage systems is required. Due to the lightning impulse current carrying capacity also required for low-voltage systems, corresponding arresters must be dimensioned in such a way that the large specific energy occurring can be safely dissipated. In this regard, it is known in stack arrangements of disc-shaped electrodes on insulating spacers resort, such as in the DE 1 256 306 B disclosed.

Derartige Stapelanordnungen bestehen aus einer Abfolge von scheibenförmigen Elektroden mit Isolationsringen, welche jeweils einen radialen Überstand zu den häufig aus Graphit hergestellten Elektroden besitzen. Der gesamte Stapel wird durch Führungsstangen in axialer Richtung z.B. mittels Verschrauben verspannt. Die Führungsstangen oder Halterungen dienen der radialen Positionierung der Graphitscheiben sowie der Isolationsringe untereinander, so dass sich reproduzierbare Überstände für die äußeren Überschlagsstrecken ergeben. Die Führungselemente sind hierbei so auszulegen, dass die radialen Toleranzen aller Scheibenelektroden bzw. Ringe beachtet werden und dass die Führungen der Einzelteile durch das axiale Verspannen des Stapels nicht zu Unterbrechungen der Druckkette, also zur Spaltbildung führt oder einzelne Teile durch das Verschrauben beschädigt werden. Eine fehlerhafte Verspannung könnte neben der Spaltbildung mit der Folge einer Erhöhung des Schutzpegels durch die zusätzlichen Überschlagsstrecken auch zum Bruch der Elektroden oder zur Verkürzung der Isolationsüberstände führen. Die vorstehend geschilderte Art der Positionierung führt aufgrund der unvermeidbaren radialen und axialen Toleranzen, insbesondere bei zunehmender Anzahl der Einzelteile, zu erheblichen Problemen bei der gewünschten exakten Positionierung der Elemente untereinander. Dies betrifft ebenso die genaue Einhaltung der notwendigen Überstände zwischen den Isolationselementen und Elektroden. Verschiebungen entlang der radialen Achse sind allerdings kaum vermeidbar, da die Druckachse über die Verschraubung nur über die Summe des gesamten Stapels wirken kann. Die Anzahl der realisierbaren Teilfunkenstrecken ist daher bei den bisher bekannten Ausführungsformen begrenzt.Such stack arrangements consist of a sequence of disk-shaped electrodes with insulation rings, which each have a radial projection to the electrodes often made of graphite. The entire stack is closed by guide rods in the axial direction, e.g. clamped by screwing. The guide rods or brackets are used for the radial positioning of the graphite disks and the insulation rings with each other, so that reproducible projections for the outer flashover results. The guide elements are in this case designed so that the radial tolerances of all disc electrodes or rings are observed and that the guides of the items by the axial distortion of the stack does not lead to interruptions of the print chain, so gap formation or individual parts are damaged by screwing. In addition to the formation of gaps with the consequence of an increase in the protection level due to the additional flashover distances, a faulty tensioning could also lead to breakage of the electrodes or shorten the insulation overhangs. The above-described type of positioning leads due to the unavoidable radial and axial tolerances, especially with increasing number of items to significant problems in the desired exact positioning of the elements with each other. This also applies to the exact compliance with the necessary projections between the insulation elements and electrodes. Displacements along the radial axis, however, are hardly avoidable, since the pressure axis can act on the screw only over the sum of the entire stack. The number of feasible partial spark gaps is therefore limited in the previously known embodiments.

Beachtet man zudem, dass entsprechend ihrer Grundfunktion, d.h. dem Ableiten von Impulsströmen, alle Teile des Ableiters erhöhten mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind, ist eine im Allgemeinen zuerst reversible und später irreversible Lockerung des Stapels und damit eine Verschiebung der einzelnen Elemente infolge von Druckwellen, die von der Höhe und der Anzahl der Belastungen abhängig sind, unvermeidbar.Note also that according to their basic function, ie the discharge of pulse currents, all parts of the arrester are exposed to increased mechanical and thermal loads, is generally a first reversible and later irreversible loosening of the stack and thus unavoidable displacement of the individual elements due to pressure waves, which are dependent on the height and the number of loads.

Diese Nachteile werden durch die bisher bekannten folgestrombehafteten Ausführungen, wodurch es zu weiteren thermischen und mechanischen Belastungen der Anordnung kommt, noch verstärkt.These disadvantages are exacerbated by the hitherto known subsequent spark plug embodiments, which leads to further thermal and mechanical loads on the arrangement.

Wenn bekannte Funkenstrecken-Stapelanordnungen in Reiheneinbaugehäusen unterzubringen sind, ist der Raum für vertikale und horizontale Überstände ohnehin begrenzt. Bei sehr steilen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten, wie sie z.B. bei Folgeblitzen oder Schaltvorgängen auftreten, kann es bereits zum Außenüberschlag vorbekannter Anordnungen mit geringen Überständen kommen. Diese teilweisen oder vollständigen Außenüberschläge der Isolationsstrecken des Stapels können infolge der bereits erläuterten unkontrollierbaren Verschiebungs- und/oder Verunreinigungseffekte bekannter Lösungen auch bei geringeren Spannungssteilheiten auftreten.When known spark gap stacking arrangements are to be accommodated in row mounting housings, the space for vertical and horizontal projections is limited anyway. At very steep voltage ramp rates, e.g. occur in follow-on strands or switching operations, it may already come to outside arcing prior art arrangements with small projections. These partial or complete external flashovers of the insulation stretches of the stack can occur as a result of the already explained uncontrollable displacement and / or contamination effects of known solutions even at lower voltage gradients.

Wenn eine Integration der Steuerelemente bei Funkenstrecken in Stapelanordnung erfolgt, ist zu berücksichtigen, dass die Menge der Steuerelemente, die in unmittelbarer Nähe der Elektroden anzubringen sind, ebenfalls einen Raumbedarf erfordert. Ist es z.B. erforderlich, die Abmessungen der Elektroden zu reduzieren oder höhere Kapazitäten für die Steuerelemente bereitzustellen, ergeben sich erhebliche konstruktive Beschränkungen.When integrating the controls into spark gaps in stacked configuration, it should be noted that the amount of controls to be mounted in close proximity to the electrodes also requires space. Is it e.g. As a result, reducing the dimensions of the electrodes or providing higher capacities for the controls results in considerable design limitations.

Bei der Erhöhung der Kapazität ist unter Umständen noch eine Parallelschaltung von Steuerelementen möglich, jedoch ist es problematisch, Bauteile mit höherer Einzeldicke, z.B. für eine höhere benötigte Spannungsfestigkeit zu integrieren. Eine Nutzung vorbekannter Anordnungen bei deutlich höheren Spannungen ist daher nicht möglich. Bei höheren Nennspannungen, z.B. im Bereich der Mittelspannung, wird zur Realisierung der Folgestromfreiheit eine erhebliche Anzahl von Einzelfunkenstrecken benötigt. Im Mittelspannungsbereich sind aufgrund der geforderten niedrigen Schutzpegel in Bezug auf die Höhe der Netzspannung nahezu ausschließlich Varistorableiter auf der Basis von ZnO im Einsatz. Die Verwendung von Funkenstrecken beschränkt sich größtenteils auf den Überschlagsschutz von Anlagen. Varistorableiter neigen jedoch zu einer schnellen Alterung, wodurch der Leckstrom steigt und es letztendlich zur thermischen Überlastung der Ableiter kommt. Darüber hinaus besitzen sie ebenfalls den Nachteil einer begrenzten Blitzstromtragfähigkeit.When increasing the capacity, a parallel connection of control elements may possibly still be possible, but it is problematic to integrate components with a higher individual thickness, eg for a higher required dielectric strength. A use of prior art arrangements at significantly higher voltages is therefore not possible. At higher rated voltages, for example in the range of medium voltage, is the realization the Folgestromfreiheit requires a significant number of Einzelfunkenstrecken. In the medium-voltage range, due to the required low protection levels in relation to the level of the mains voltage, almost exclusively varistor arresters based on ZnO are used. The use of spark gaps is largely limited to the rollover protection of equipment. However, varistor dischargers tend to age rapidly, which increases the leakage current and ultimately leads to thermal overloading of the arresters. In addition, they also have the disadvantage of a limited lightning current carrying capacity.

Das aus dem Niederspannungsbereich bekannte Prinzip zur Realisierung einer folgestromfreien Stapelfunkenstrecke mit Elementen zur Realisierung einer nichtlinearen Spannungsverteilung kann prinzipiell auf den Mittelspannungsbereich übertragen werden.The principle known from the low-voltage field for realizing a sequence-current-free stacked spark gap with elements for implementing a non-linear voltage distribution can in principle be transferred to the medium-voltage range.

Die Ansprechspannung der Teilstrecken liegt im Mittelspannungsbereich im Unterschied zur Niederspannung unterhalb der Nennspannung. Im Mittelspannungsbereich werden bei Stapelfunkenstrecken Steuerelemente zur Gleichverteilung der Spannung eingesetzt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Ansprechspannung derartiger Funkenstrecken sehr hoch ist und ein Überspannungsschutz nur begrenzt möglich wird. Im Niederspannungsbereich ist die Anzahl der Teilfunkenstrecken relativ begrenzt. Das Prinzip der Umladung der einzelnen Kapazitäten der Teilfunkenstrecken nach dem Ansprechen der ersten ungesteuerten Funkenstrecke funktioniert mit relativ geringen Energieverlusten bei wenigen bis zu einigen dutzend Teilstrecken. Bei einer höheren Streckenanzahl sinkt die Effizienz des erläuterten Prinzips, wodurch die Zündung aller Teilstrecken insbesondere dann gefährdet ist, wenn eine Koordination zu einem parallelen Ableiter, z.B. einem Varistor notwendig wird. Aber auch ohne den Einsatz eines weiteren parallelen Ableiters verzögert sich durch energetische Verluste die Zündung der Teilstrecken, wodurch nicht nur die Zündung insgesamt gefährdet ist, sondern die Spannungsbelastung der Steuerelemente und auch die Restspannung und somit der Schutzpegel des Ableiters unkontrolliert steigt.The response voltage of the sections is in the medium voltage range in contrast to the low voltage below the rated voltage. In the medium-voltage range, control elements are used for equal distribution of voltage in the case of stacked spark gaps. However, this has the disadvantage that the operating voltage of such spark gaps is very high and overvoltage protection is limited possible. In the low voltage range, the number of partial spark gaps is relatively limited. The principle of transhipment of the individual capacities of the partial spark gaps after the response of the first uncontrolled spark gap works with relatively low energy losses in the case of a few to several dozens of sections. With a higher number of tracks, the efficiency of the described principle decreases, whereby the ignition of all sections is particularly at risk when coordination to a parallel arrester, such as a varistor is necessary. But even without the use of another parallel arrester delayed by energetic losses, the ignition of the sections, which not only the ignition is at risk, but the voltage load of the controls and the Residual voltage and thus the protection level of the arrester increases uncontrollably.

Bei Stapelfunkenstrecken mit externen Steuerelementen besteht zusammenfassend die Notwendigkeit, die einzelnen Elektroden der Stapelfunkenstrecke mit einem Steuerelement zu verbinden. Neben den elektrischen Kontaktierungsproblemen und der Einhaltung von Überschlagsstrecken resultiert auch ein geometrisches Problem, da bei vorteilhaft sehr dünnen Elektroden und geringen Trennstrecken die Dicke der Steuerelemente, d.h. deren Bauraum höher sein kann. Werden solche Steuerelemente beispielsweise in einem Block und unabhängig von der Dicke der Einzelfunkenstrecke vergossen, muss die Kontaktierung der Steuerelemente an den Elektroden sehr genau ausgeführt werden. Dies ist bei Stapelanordnungen aufgrund der Einzeltoleranzen schwierig und aus Gründen der Funkenbildung und damit der Gerätefunktion kritisch. Notwendig ist daher eine toleranzunabhängige Zuordnung von entsprechenden Steuerelementen zu der jeweiligen Teilfunkenstrecke. Hier tritt jedoch bei einer Minimierung der Abmessungen der Elektroden und der Trennstrecken das Problem auf, dass die Dicke des zugeordneten Steuerelements dann nur begrenzt sein kann. Bei zunehmender Anzahl der Teilfunkenstrecken, zunehmender Betriebsspannung und zunehmender Anforderung an die Spannungsfestigkeit der Steuerelemente verschärft sich das vorerwähnte Problem noch.In the case of stacked spark gaps with external controls, there is a general need to connect the individual electrodes of the stacked spark gap to a control element. In addition to the electrical contacting problems and the fulfillment of flashover distances, a geometric problem also results, since with advantageously very thin electrodes and small separation distances, the thickness of the control elements, i. whose space can be higher. If such controls are cast, for example, in a block and regardless of the thickness of the single spark gap, the contacting of the controls on the electrodes must be carried out very accurately. This is difficult in stack arrangements due to the individual tolerances and for reasons of sparking and thus the device function critical. Therefore, a tolerance-independent assignment of corresponding control elements to the respective partial spark gap is necessary. Here, however, a problem with minimizing the dimensions of the electrodes and the partitions is that the thickness of the associated control element may then be limited. With increasing number of partial spark gaps, increasing operating voltage and increasing demands on the dielectric strength of the controls, the above-mentioned problem is exacerbated.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Funkenstrecke mit mehreren, in Reihe geschalteten, in Stapelanordnung befindlichen Einzelfunkenstrecken, welche durch ringförmige Trennstrecken voneinander beabstandet und mit einer Kontaktierung versehen sind, anzugeben, welche es ermöglicht, folgestromfreie Stapelanordnungen in kompakter Ausführung mit der Möglichkeit der flexiblen Anpassung an verschiedene Netzspannungen zu schaffen, wobei eine platzsparende und geometrisch unabhängige Dimensionierung von Steuerelementen und Stapelelektroden bei optimaler Überschlagssicherheit gegeben ist.It is therefore an object of the invention to provide a further developed spark gap with a plurality of series-connected, stacked individual spark gaps, which are spaced apart by annular separation sections and provided with a contact, which allows Folgestromfreie stacking arrangements in a compact design with the possibility of flexible adaptation to different network voltages to create, with a space-saving and geometrically independent dimensioning of controls and stacking electrodes is given optimal rollover security.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved by the combination of features according to claim 1, wherein the dependent claims comprise at least expedient refinements and developments.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Konstruktion vorzuschlagen, bei welcher die notwendigen Funktionselemente der Teilfunkenstrecken als Einzelmodule konzipiert und von funktionsbedingten Belastungen wie Druck, Berußung und so weiter nicht beeinträchtigt werden und damit alterungsstabil sind. Weiterhin soll eine Entkopplung der Höhe der Einzelmodule von dem geometrischen Bauraum bzw. der geometrischen Baugröße der Steuerelemente erfolgen, so dass die Höhe der Funkenstrecken-Stapelanordnung ausschließlich durch die notwendige Dicke der Elektroden und der isolierenden Trennstrecken bestimmt ist.A basic idea of the invention is accordingly to propose a construction in which the necessary functional elements of the partial spark gaps are designed as individual modules and are not impaired by functional loads such as pressure, contraction and so on and are thus resistant to aging. Furthermore, a decoupling of the height of the individual modules of the geometric space or the geometric size of the controls is carried out so that the height of the spark gap stack assembly is determined solely by the necessary thickness of the electrodes and the insulating separation sections.

Neben einer kompakteren Größe einer derartigen Funkenstrecken-Ableiteranordnung kann hierdurch auch eine bessere Abstimmung der Längs-, Quer- und Eigenkapazitäten sowie der Steuerkapazitäten und der Impedanzen erfolgen, welche die Umladung zwischen den Kapazitäten beeinflussen, wodurch neben einer niedrigeren Restspannung auch die Umladungsverluste reduziert sind. Dies ermöglicht wiederum eine höhere Anpassung an Teilfunkenstrecken bei geringerer Ansprech- und Restspannung sowie mit rascher Zündzeit der gesamten Stapelanordnung zu realisieren.In addition to a more compact size of such a spark gap arrester arrangement, a better coordination of the longitudinal, transverse and inherent capacities and the control capacities and the impedances can take place, which influence the transhipment between the capacitances, which in addition to a lower residual voltage and the Umladungsverluste are reduced. This in turn allows a higher adaptation to partial spark gaps with a lower response and residual voltage and to realize faster ignition of the entire stacking arrangement.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Steuerelemente, z.B. Kapazitäten, radial umfangsseitig verteilt um die bevorzugten Scheibenelektroden angeordnet werden. Dabei können Mittel vorgesehen sein, die die Steuerelemente aufnehmen und welche z.B. achssymmetrische Verdickungen zur Aufnahme der Steuerelemente größerer Dicke besitzen.In a preferred embodiment of the invention, the controls, e.g. Capacities, radially circumferentially distributed around the preferred disc electrodes are arranged. In this case, means may be provided which receive the controls and which e.g. have axisymmetric thickening to accommodate the controls of greater thickness.

Die Verdickungen der einzelnen Module werden radial versetzt über den Umfang des Stapels verteilt, so dass die Stapelhöhe nur der Höhe der Menge aus Trennstrecken und Elektroden entspricht.The thickenings of the individual modules are distributed radially offset over the circumference of the stack, so that the stack height corresponds only to the height of the amount of separation lines and electrodes.

Bei einer alternativen Ausführungsform wird vorgeschlagen, mehrere Module radial um den Stapel aus Trennstrecken und Scheibenelektroden anzuordnen, welche die Steuerelemente enthalten und die Kontaktstellen der Steuerelemente zu den Scheibenelektroden überschlagssicher, d.h. ohne Gleitstrecken oder Luftstrecken, welche einen Funkenüberschlag erlauben, zwischen zwei Kontaktierungen der Steuerelemente auszuführen. Eine radiale Anordnung der Steuerelemente kann dabei in Gruppen oder auch einzeln versetzt, d.h. gestuft um den Elektrodenstapel realisiert werden. Eine derartig ausgeführte Stapelanordnung kann bei nur einer Trennstrecke ohne Steuerelemente für Nennspannungen bis 1 kV folgestromfrei ausgeführt werden. Die Anzahl der Teilfunkenstrecken mit stark nichtlinearer Spannungsverteilung kann durch diese Variante der Erfindung auf ein Vielfaches erhöht werden. Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt eine geringe Ansprechverzugszeit, eine geringe Restspannung und gewährleistet zudem eine gute Koordinierbarkeit bei kompakter Baugröße. Die Bauteile und die Anordnung sind so gewählt bzw. ausgeführt, dass auch bei hohen Strom- und Spannungssteilheiten sowie bei Alterung kein Außenüberschlag, selbst bei Funkenbildung im Kontaktbereich der Steuerelemente zu den Scheibenelektroden über den gesamten Ableiter auftreten kann.In an alternative embodiment, it is proposed to arrange a plurality of modules radially around the stack of separators and disk electrodes which contain the controls and the contact pads of the controls to the disk electrodes are rollover proof, i. without sliding or air gaps, which allow a sparkover to perform between two contacts of the controls. A radial arrangement of the controls can be set in groups or individually, i. stepped to be realized around the electrode stack. Such a stack arrangement executed can be carried out folgestromfrei in only one separation distance without controls for rated voltages up to 1 kV. The number of partial spark gaps with a highly non-linear stress distribution can be increased to a multiple by this variant of the invention. The inventive arrangement has a low Ansprechverzugszeit, a low residual stress and also ensures good coordination in a compact size. The components and the arrangement are chosen or designed so that even at high current and voltage gradients and aging no external flashover, even with sparking in the contact region of the control elements to the disk electrodes over the entire arrester can occur.

Im Falle des Überschlagens oder der Überlastung eines Steuerelements ist bei der kompakten Bauweise die Gefahr des vollständigen Überschlagens des Ableiters nicht gegeben. Die Trennstrecke ohne Steuerelement kann als passive oder triggerbare Gleitstrecke bzw. Durchschlagstrecke ausgeführt werden. Die vorgestellten Ausführungsformen von Stapelfunkenstrecken sind für den gesamten Niederspannungsbereich für Gleich- und Wechselspannungsanwendungen geeignet.In the case of the rollover or overload of a control is the risk of complete rollover of the arrester is not given in the compact design. The separation distance without control can be performed as a passive or triggerable sliding or breakdown. The presented embodiments of stacked spark gaps are suitable for the entire low voltage range for DC and AC applications.

Ausgehend von gleichen Einzelteilen der jeweiligen Teilfunkenstrecke, also Steuerelement, Trennstrecke und Scheibenelektroden sowie Kontaktelementen und Gehäuseteilen ist über die Anzahl der identisch aufgebauten Teilfunkenstrecken eine leichte Anpassung an die Nennspannung und eine Variation über einen sehr breiten Spannungsbereich möglich.Starting from the same individual parts of the respective partial spark gap, so control element, separating line and disc electrodes and contact elements and housing parts is constructed on the number of identical Partial spark gaps a slight adjustment to the nominal voltage and a variation over a very wide voltage range possible.

Bei Funkenstreckenanordnungen in Stapelanordnung für den Mittelspannungsbereich mit stark nichtlinearer Spannungsverteilung zwischen den Teilfunkenstrecken wird zur Gewährleistung eines niedrigen Schutzpegels bei Folgestromfreiheit auf eine Reihenschaltung von mehreren Niederspannungsableitern des oben beschriebenen Typs orientiert.In spark gap arrangements in the stack arrangement for the medium voltage range with highly non-linear voltage distribution between the partial spark gaps, a series connection of a plurality of low voltage conductors of the type described above is oriented to ensure a low protection level with subsequent flow freedom.

Um den notwendigen Sicherheitsanspruch für den Mittelspannungsbereich zu gewährleisten, werden die Einzelmodule bei der Montage in einem Gehäuse als getrennte Einheiten angeordnet und mit zusätzlichen Maßnahmen, z.B. Trennplatten oder Trennstrecken gegen Überschläge untereinander geschützt.In order to ensure the necessary safety requirements for the medium voltage range, the individual modules are arranged as separate units during assembly in a housing and with additional measures, e.g. Partition plates or separation lines protected against flashovers.

Bei einer Stapelanordnung ist zwischen den einzelnen Modulen und dem Außenbereich ein Druck- und Feuchtigkeitsausgleich vorgesehen. Bei einer geringen Anzahl von Modulen kann aufgrund der Folgestromfreiheit des Ableiters, der geringen Belastung und Alterung der Trennstrecken sowie dem sehr homogenen Aufbau von einer gleichmäßigen Spannungsverteilung über den Modulen während der gesamten Lebensdauer ausgegangen werden.In a stacking arrangement, a pressure and moisture compensation is provided between the individual modules and the outdoor area. With a small number of modules, it is possible to assume an even distribution of voltage across the modules during the entire service life, due to the consequential freedom of the arrester, the low load and aging of the separating sections and the very homogeneous structure.

Die Ansprechspannung der Anordnung ergibt sich dabei aus der Summe der in Reihe geschalteten Trennstrecken der Einzelmodule mit geringer Spannungsfestigkeit. Alternativ hierzu bzw. bei einer höheren Modulanzahl der Reihenschaltung ist es sinnvoll, die Spannungsverteilung zwischen den Modulen bzw. über den Trennstrecken zusätzlich extern zu steuern. Bei ausreichender Spannungsfestigkeit für die Nennspannung des Ableiters, z.B. bei einer triggerbaren Trennstrecke ist es möglich, nur ein Modul mit einer Trennstrecke ohne Steuerung zu versehen. Zur Gewährleistung einer niedrigen Restspannung des gesamten Ableiters kann eine Steuerung der Spannungsverteilung zwischen den Modulen bei einer solchen Anordnung insbesondere bei einer höheren Modulanzahl bzw. bei einer hohen Impedanz zwischen den Modulen vorteilhaft sein.The response voltage of the arrangement results from the sum of the series-connected separation sections of the individual modules with low dielectric strength. Alternatively, or in the case of a higher number of modules of the series connection, it makes sense to additionally control the voltage distribution between the modules or via the separating sections externally. With sufficient dielectric strength for the nominal voltage of the arrester, for example in the case of a triggerable isolating distance, it is possible to provide only one module with an isolating distance without control. To ensure a low residual voltage of the entire arrester can be a control of the voltage distribution between the modules in such an arrangement be advantageous especially at a higher number of modules or at a high impedance between the modules.

Die Steuerung zwischen den Modulen ist bei einer einzelnen Trennstrecke in nur einem Modul vorzugsweise ebenfalls stark nichtlinear ausgeführt, während bei Trennstrecken in jedem Modul mit einer Spannungsfestigkeit geringer als die Nennspannung des gesamten Ableiters auch eine symmetrische Spannungserteilung zwischen den Modulen insbesondere bei einer erhöhten Anzahl möglich ist.The control between the modules is also preferably designed to be highly nonlinear in a single separation distance in only one module, while at separation distances in each module with a dielectric strength lower than the rated voltage of the entire arrester and a symmetrical voltage distribution between the modules, especially at an increased number is possible ,

Der modulare Aufbau eines Mittelspannungsableiters aus einer Menge der hier vorgestellten Niederspannungsableiter besitzt den Vorteil, dass neben den Trennstrecken zwischen den Modulen auch zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung der einzelnen Module eingebracht werden können, was insbesondere für den Energieumsatz bei Blitzimpulsen von Vorteil ist.The modular design of a medium-voltage arrester from a set of low-voltage arresters presented here has the advantage that in addition to the separation distances between the modules, additional measures for cooling the individual modules can be introduced, which is particularly advantageous for the energy conversion in lightning pulses.

Die Wärmeabgabe kann zwischen den Modulen durch eingebrachte Materialien zur Erhöhung der Wärmekapazität, durch passive Kühlkörper oder aber auch durch Wärmeableitung zum Gehäuse des gesamten Ableiters optimiert werden. Bei einer Reihenschaltung von Modulen ist es möglich, die Anzeige des Zustands der einzelnen Module für die Anzeige des gesamten Ableiters zu nutzen, wobei z.B. eine Einzelanzeige eine Gesamtanzeige auslöst. Alternativ ist auch eine Anzeige für die Funktionsweise des gesamten Ableiters ausführbar.The heat output can be optimized between the modules by introducing materials to increase the heat capacity, by passive heat sinks or by heat dissipation to the housing of the entire arrester. In a series connection of modules, it is possible to use the indication of the state of the individual modules for the display of the entire arrester, e.g. a single display triggers an overall display. Alternatively, an indicator for the operation of the entire arrester can be executed.

Die Erfindung geht, wie vorstehend bereits umrissen, von einer Funkenstrecke mit mehreren, in Reihe geschalteten, in Stapelanordnung befindlichen Einzelfunkenstrecken aus, welche durch ringförmige Trennstrecken voneinander beabstandet und mit einer Kontaktierung versehen sind. Die jeweiligen Einzelfunkenstrecken weisen ring- oder scheibenförmige Elektroden, insbesondere geringer Dicke auf und stehen mit Steuerelementen zur Beeinflussung der Spannungsverteilung über der Stapelanordnung in Verbindung, wobei die zur Bildung einer der jeweiligen Einzelfunkenstrecken erforderlichen ring- oder scheibenförmigen Elektroden in jeweils einen Isolationskörper oder Zentrierkörper eingesetzt und von diesem gehalten sind.The invention is, as already outlined above, of a spark gap with a plurality of series-connected, arranged in a stack arrangement of individual spark gaps, which are spaced apart by annular separation sections and provided with a contact. The respective individual spark gaps have ring-shaped or disk-shaped electrodes, in particular a small thickness, and are connected to control elements for influencing the distribution of stress over the stack arrangement, with the formation of one of the individual individual spark gaps required annular or disc-shaped electrodes are used in each case an insulating body or centering and held by this.

Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung sind die Steuerelemente außenumfangsseitig der Umhüllenden der Stapelanordnung, jeweils einzeln oder in Gruppen zusammengefasst, radial winkelversetzt angeordnet.According to the embodiments of the invention, the control elements are arranged on the outer peripheral side of the envelope of the stack arrangement, in each case individually or in groups, arranged radially angularly offset.

Der Winkelversatz kann hierbei spiralförmig verlaufen.The angular offset can be spiral.

Bei einer Variante der Erfindung verlaufen die Gruppen von Steuerelementen parallel zur Längsachse der Stapelanordnung und besitzen untereinander den radialen Winkelversatz. So ist es z.B. möglich, die Gruppen jeweils um 90° versetzt parallel zur Längsachse außenumfangsseitig der Stapelanordnung auszubilden, so dass vier beabstandete Gruppen von Steuerelementen vorliegen.In a variant of the invention, the groups of control elements extend parallel to the longitudinal axis of the stack arrangement and have the radial angular offset with one another. So it is e.g. possible to form the groups each offset by 90 ° parallel to the longitudinal axis outer peripheral side of the stack arrangement, so that there are four spaced groups of control elements.

Der Raum zwischen den Gruppen von Steuerelementen kann dann für zusätzliche Bauelemente, z.B. Varistoren genutzt werden. Die vorstehend erläuterte Anordnung aus einer Menge von Stapelfunkenstrecken mit in Gruppen außenumfangsseitig befindlichen Steuerelementen kann von einem, bevorzugt zylindrischen, Gehäuse umgeben und als kompakte Baugruppe ausgeführt werden.The space between the groups of controls may then be used for additional components, e.g. Varistors are used. The above-described arrangement of a set of stacked spark gaps with controls located in groups on the outer peripheral side can be surrounded by a preferably cylindrical housing and designed as a compact assembly.

Bei einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung sind die Steuerelemente auf einem Tragteil befindlich, welches Mittel zur elektrischen Kontaktierung aufweist, wobei das oder die Tragteile von einem Modulsegment aufgenommen werden, welches Bestandteil des Gehäuses der Stapelanordnung ist.In a first embodiment of the invention, the controls are located on a support member having means for electrical contacting, wherein the or the support members are received by a module segment, which is part of the housing of the stack assembly.

Das Tragteil für die Steuerelemente kann z.B. eine Leiterplatte sein und die Mittel zur elektrischen Kontaktierung können Kontaktstifte, auch in Form von Federkontaktstiften umfassen.The support member for the controls may be, for example, a printed circuit board and the means for electrical contacting may comprise contact pins, also in the form of spring contact pins.

Wenn das Tragteil als Leiterplatte ausgebildet ist, trägt die Leiterplatte die vorerwähnten Kontaktstifte, die über Öffnungen im jeweiligen Isolationskörper in der Lage sind, die betreffende ring- oder scheibenförmige Elektrode zu kontaktieren.If the support member is formed as a printed circuit board, the circuit board carries the aforementioned contact pins, which are through openings in the respective insulating body in a position to contact the respective annular or disc-shaped electrode.

Das jeweilige Modulsegment kann einen Aufnahmeraum für mindestens einen Abschnitt des jeweiligen Tragteils bzw. der Leiterplatte mit den dort befindlichen Steuerelementen zur Separierung dieser aufweisen. Dies erhöht die Überschlagsfestigkeit der Anordnung und bewirkt eine sichere mechanische Fixierung aller Bauteile.The respective module segment may have a receiving space for at least a portion of the respective supporting part or the printed circuit board with the controls located there for the separation of these. This increases the rollover resistance of the arrangement and causes a secure mechanical fixation of all components.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an ausgewählten Isolationskörpern ein seitlicher Fortsatz vorhanden bzw. dort befindlich und/oder angeformt, welcher mindestens ein Steuerelement mit Abmessungen aufnimmt, die nicht von der Dicke des jeweiligen Isolationskörpers bzw. der Dicke der scheibenförmigen Elektroden begrenzt sind.In a further embodiment of the invention, a lateral extension is provided or located and / or formed on selected insulation bodies, which accommodates at least one control element with dimensions which are not limited by the thickness of the respective insulation body or the thickness of the disc-shaped electrodes.

Im seitlichen Fortsatz können elektrische Kontaktmittel zum Anschluss des jeweiligen Steuerelements und dessen Verbindung zur jeweiligen Elektrode angeordnet werden.In the lateral extension, electrical contact means for connecting the respective control element and its connection to the respective electrode can be arranged.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform befindet sich die jeweilige ringförmige Trennstrecke zwischen den jeweiligen benachbarten Isolationskörpern und wird von diesen fixiert. Weiterhin ist im jeweiligen Isolationskörper eine Ausnehmung zur Aufnahme und Zentrierung der betreffenden scheibenförmigen Elektrode vorhanden, deren Form der Kontur der jeweiligen Elektrode komplementär ist, wobei die Ausnehmung innenumfangsseitig Zentriervorsprünge oder Zentriernasen besitzt.In the embodiment described above, the respective annular separation distance between the respective adjacent insulating bodies and is fixed by them. Furthermore, in the respective insulating body a recess for receiving and centering of the respective disc-shaped electrode is present, the shape of the contour of the respective electrode is complementary, wherein the recess has inner peripheral side centering or centering.

Für höhere Betriebsspannungen können mehrere der vorbeschriebenen Stapelanordnungen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, wobei zwischen den einzelnen Stapelanordnungen Trennplatten oder Trennscheiben vorgesehen sind, welche sowohl der mechanischen Fixierung als auch der elektrischen Abschottung dienen.For higher operating voltages more of the above-described stacking arrangements can be accommodated in a common housing, wherein between the individual stacking arrangements separating plates or Cutting discs are provided which serve both the mechanical fixation and the electrical foreclosure.

Weiterhin können zwischen den einzelnen Stapelanordnungen im gemeinsamen Gehäuse Wärmesenken oder Kühlkörper vorgesehen sein.Furthermore, heat sinks or heat sinks can be provided between the individual stack arrangements in the common housing.

Zwischen allen oder ausgewählten Stapelanordnungen können innerhalb des gemeinsamen Gehäuses auch zusätzliche Steuerelemente ausgebildet werden.Between all or selected stacking arrangements, additional control elements can also be formed within the common housing.

Die Trennplatten oder Trennscheiben besitzen bei einer Ausgestaltung der Erfindung Öffnungen zum Temperatur- und/oder Druckausgleich zwischen den einzelnen Stapelanordnungen.In one embodiment of the invention, the separating plates or separating discs have openings for temperature and / or pressure equalization between the individual stacking arrangements.

Weiterhin kann das gemeinsame Gehäuse eine Druckausgleichsöffnung besitzen.Furthermore, the common housing may have a pressure equalization opening.

Ebenfalls ist es möglich, eine Anordnung mehrerer Stapel auf einer Ebene mit planarer Verdrahtung entsprechend der gewünschten Betriebsspannung vorzusehen, was dann vorteilhaft ist, wenn sich das äußere Gehäuse als Reiheneinbaugehäuse darstellt.It is also possible to provide an arrangement of a plurality of stacks on a plane with planar wiring corresponding to the desired operating voltage, which is advantageous when the outer housing is a series housing housing.

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

Hierbei zeigen:

Fig. 1: eine Explosivdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Steuerelementen auf einem Tragteil, wobei die entsprechenden Tragteile von einem Modulsegment aufgenommen werden, welches Bestandteil eines Gehäuses der gesamten Stapelanordnung ist;
Fig. 2: eine Zusammenstellungszeichnung sowie eine Detaildarstellung einer Stapelanordnung mit vier in Gruppen zusammengefassten Steuerelementen, wobei die Steuerelemente sich in einem seitlichen Fortsatz ausgewählter Isolationskörper befinden und der seitliche Fortsatz bzw. das Steuerelement Abmessungen besitzt, die nicht von der Dicke des jeweiligen Isolationskörpers bzw. der von diesem aufgenommenen Scheibenelektrode begrenzt sind;
Fig. 3: eine Anordnung einer Reihenschaltung mehrerer Funkenstrecken in Stapelanordnungen in einem gemeinsamen Gehäuse mit Trennplatten oder Trennscheiben;
Fig. 4: eine Reihenschaltung ähnlich derjenigen wie in Fig. 3 gezeigt, jedoch mit zusätzlichen Wärmesenken;
Fig. 5a: eine Prinzipdarstellung der Steuerung über ein Modulgebilde durch eine Vielzahl von Einzelfunkenstrecken in Stapelanordnung;
Fig. 5b: eine prinzipielle Darstellung der Reihenschaltung mehrerer Module mit übergeordneter Steuerung innerhalb des gemeinsamen Gehäuses analog des in den Fig. 3 und 4 gezeigten Prinzips und
Fig. 6: ein Ausführungsbeispiel einer planaren Anordnung von fünf Funkenstrecken in Stapelanordnung mit Verdrahtungsbrücken, wobei die gezeigte Art der Anordnung und Verdrahtung z.B. für ein nicht zylindrisches Gehäuse gedacht ist.

Hereby show:

Fig. 1: an exploded view of a first embodiment of the invention with controls on a support member, wherein the respective support members are received by a module segment which is part of a housing of the entire stack assembly;
Fig. 2: an assembly drawing and a detailed representation of a stack assembly with four combined in groups controls, the controls are located in a lateral extension of selected insulation body and the lateral extension or the control has dimensions that are not on the thickness of the respective insulation body and the recorded by this Disk electrode are limited;
Fig. 3: an arrangement of a series connection of multiple spark gaps in stack arrangements in a common housing with partition plates or cutting discs;
Fig. 4: a series circuit similar to that in FIG Fig. 3 shown but with additional heat sinks;
Fig. 5a: a schematic representation of the control of a modular structure by a plurality of individual spark gaps in a stacked arrangement;
Fig. 5b: a schematic representation of the series connection of several modules with higher-level control within the common housing analogous to that in the Fig. 3 and 4 shown principles and
Fig. 6: an embodiment of a planar arrangement of five spark gaps in a stacked arrangement with wiring bridges, wherein the type of arrangement and wiring shown, for example, is intended for a non-cylindrical housing.

Bei der Darstellung nach Fig. 1 wird von einer Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten, in Stapelanordnung befindlichen Einzelfunkenstrecken ausgegangen, welche durch ringförmige Trennstrecken voneinander beabstandet und mit einer Kontaktierung versehen sind. Jede Einzelfunkenstrecke weist zwei scheibenförmige Elektroden auf und es sind Steuerelemente zur Beeinflussung der Spannungsverteilung über der Stapelanordnung vorgesehen.In the presentation after Fig. 1 is assumed by a spark gap with a plurality of series-connected, in stacked individual spark gaps, which are spaced apart by annular separation sections and provided with a contact. Each Einzelfunkenstrecke has two disc-shaped electrodes and there are Control elements for influencing the voltage distribution over the stack arrangement provided.

Die Anordnung weist zwei äußere elektrische Kontakte 1 und 2 auf, die beispielsweise als Gewindebolzen oder Gewindebuchse ausführbar sind.The arrangement has two external electrical contacts 1 and 2, which can be executed, for example, as a threaded bolt or threaded bushing.

Die Gewindebolzen bzw. Gewindebuchsen werden jeweils mit einer Grundplatte 3, 4 führend verbunden, welche zur Befestigung von Modulseitenwänden, zur Druckkontaktierung und Kühlung des Elektrodenstapels dienen.The threaded bolts or threaded bushes are each connected to a base plate 3, 4 leading, which serve for the attachment of module side walls, for pressure contact and cooling of the electrode stack.

Der im Inneren der Anordnung befindliche Stapel besteht aus einer wechselnden Abfolge von scheibenförmigen Elektroden 5, bevorzugt aus Graphitmaterial, und ringförmigen Distanzscheiben (Trennstrecken) 6, z.B. aus Vulkanfibermaterial.The stack inside the assembly consists of an alternating sequence of disk-shaped electrodes 5, preferably of graphite material, and annular spacers (separation lines) 6, e.g. made of vulcanized fiber material.

Die Elektroden 5 werden jeweils durch einen Ring aus Isolierstoff 7, der den Isolationskörper darstellt, geführt.The electrodes 5 are each guided by a ring of insulating material 7, which represents the insulating body.

Die Zentrierringe 7 besitzen mindestens eine Öffnung, welche zur Durchführung von Kontaktstiften der Steuerelemente 11 hin zur jeweiligen Elektrode 5 dient.The centering rings 7 have at least one opening which serves for the passage of contact pins of the control elements 11 toward the respective electrode 5.

Weiterhin weist der Zentrierring 7 bzw. der Isolationskörper 7 äußere Noppen auf, durch welche die Position des Schlitzes hinsichtlich der äußeren Steuerelemente bzw. der Modulseitenwände definiert ist.Furthermore, the centering ring 7 and the insulating body 7 on outer knobs, by which the position of the slot with respect to the outer controls and the module side walls is defined.

Der Zentrierring 7 kann auch zur Kühlung der Teilfunkenstrecken genutzt werden.The centering ring 7 can also be used for cooling the partial spark gaps.

In Reihe zu den Einzelfunkenstrecken, jeweils gebildet aus zwei Scheibenelektroden mit externen Steuerelementen und einer Distanzstrecke, kann eine ungesteuerte Trennstrecke bzw. Funkenstrecke geschaltet werden.In series with the individual spark gaps, each formed from two disk electrodes with external controls and a distance distance, an uncontrolled separation distance or spark gap can be switched.

Die Ansprechspannung kann durch die Art des Materials bzw. der Dicke der ringförmigen Distanzscheibe, die Gestaltung der Scheibenelektroden oder durch die Art der Funkenstrecke selbst beeinflusst werden.The response voltage can be influenced by the nature of the material or the thickness of the annular spacer, the design of the disc electrodes or by the nature of the spark gap itself.

Es kann die Funkenstrecke aktiv triggerbar oder passiv, z.B. als Gasableiter 8 ausgeführt sein.The spark gap may be actively triggerable or passive, e.g. be executed as a gas discharge 8.

Zur Steuerung des Spannungsabfalls der Anordnung während des Zündens aller Teilfunkenstrecken kann unterhalb des Gasentladungsableiters 8, elektrisch in Reihe ein zusätzlicher Anschlussbügel 10 zur Kontaktierung eines parallelen Steuerelements, z.B. eines Varistors vorgesehen sein.To control the voltage drop of the device during the firing of all the partial spark gaps, underneath the gas discharge tube 8, electrically in series, an additional terminal bracket 10 for contacting a parallel control element, e.g. a varistor may be provided.

Der weitere Anschluss des nicht gezeigten Varistors erfolgt dann an der metallischen Grundplatte 4.The further connection of the varistor, not shown, then takes place on the metallic base plate 4.

In der Darstellung nach Fig. 1 erfolgt die Anordnung der passiven Steuerelemente 11, z.B. in Form von Kapazitäten, in vier einzelnen Gruppen auf vier Tragteilen 12, z.B. ausgebildet als Leiterplatten.In the illustration after Fig. 1 the arrangement of the passive control elements 11, for example in the form of capacitances, takes place in four individual groups on four supporting parts 12, for example formed as printed circuit boards.

Die Kontaktierung der Steuerelemente 11 wird über federnde Kontaktstifte durch die Öffnung im Zentrierring 7 bewirkt. Durch die Ausführung von federnden Kontaktstiften ist jederzeit eine sichere Kontaktierung möglich.The contacting of the controls 11 is effected via resilient contact pins through the opening in the centering ring 7. Due to the design of resilient contact pins, a secure contact is possible at any time.

Der Überstand der ringförmigen Distanzscheiben 6, die Führung durch den Zentrierring 7 und der radiale Versatz der Steuerelemente 11 gewährleisten jedoch selbst bei Funkenbildung an einzelnen Kontaktstellen ein sicheres Verhalten ohne Überschlag der Teilfunkenstrecken.The projection of the annular spacers 6, the guide through the centering ring 7 and the radial offset of the controls 11, however, ensure a safe behavior without flashover of the partial spark gaps even when sparking at individual contact points.

Wie bereits erwähnt, werden die Steuerelemente 11 durch Tragteile in Form von Leiterplatten 12 fixiert und auf der gegenüberliegenden Seite mit der metallischen Grundplatte 4 und somit einem Bezugspotential kontaktiert.As already mentioned, the control elements 11 are fixed by supporting parts in the form of printed circuit boards 12 and contacted on the opposite side with the metallic base plate 4 and thus a reference potential.

Die gezeigte Stapelanordnung sowie die Leiterplatten werden in einzelnen Modulsegmenten 13 (im gezeigten Beispiel vier derartige Segmente) aufgenommen, so dass ein geschlossenes Gehäuse entsteht.The stack arrangement shown and the printed circuit boards are accommodated in individual module segments 13 (in the example shown four such segments), so that a closed housing is formed.

Ein separierter Bereich 14 in den Modulsegmenten 13, in welchem jeweils die Leiterplatte mit den Steuerelementen aufgenommen wird, kann durch eine Abdeckplatte 15 verschlossen und somit gegen Umwelteinflüsse geschützt werden.A separated region 14 in the module segments 13, in each of which the printed circuit board is received with the controls, can be closed by a cover plate 15 and thus protected against environmental influences.

In der Fig. 1 ist darüber hinaus ein Verbindungsadapter 9 und eine isolierende Platte 16 mit Ausnehmungen am Rand erkennbar. Mittels des Verbindungsadapters 9 kann eine Reihenschaltung mehrerer Stapelanordnungs-Module erfolgen und gleichzeitig entstehende Wärme abgeführt werden.In the Fig. 1 In addition, a connection adapter 9 and an insulating plate 16 with recesses on the edge can be seen. By means of the connection adapter 9, a series connection of several stack assembly modules can take place and at the same time dissipated heat can be dissipated.

Die isolierende Platte 16 dient bei einer Reihenschaltung mehrerer Stapelanordnungs-Module und deren Einbringen in ein gemeinsames rohrförmiges Gehäuse (in der Fig. 1 nicht gezeigt) zur mechanischen Führung und dem Druck- und Feuchtigkeitsausgleich zwischen den einzelnen Stapelanordnungs-Modulen.The insulating plate 16 is used in a series connection of several stack assembly modules and their introduction into a common tubular housing (in the Fig. 1 not shown) for mechanical guidance and pressure and moisture balance between the individual stack assembly modules.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich wird, sind die Steuerelemente außenumfangsseitig der gedachten Umhüllenden der Stapelanordnung aus Elektroden, isolierenden Distanzscheiben und Zentrierringen jeweils in Gruppen zusammengefasst und radial winkelversetzt angeordnet. Dabei sind die Gruppen von Steuerelementen parallel zur Längsachse der Stapelanordnung verlaufend orientiert und weisen untereinander den vorerwähnten radialen Winkelversatz, beim gezeigten Beispiel von ca. 90° auf.Like from the Fig. 1 it can be seen, the controls are on the outer circumference of the imaginary envelope of the stack assembly of electrodes, insulating spacers and centering combined in groups and arranged radially angularly offset. In this case, the groups of control elements are oriented parallel to the longitudinal axis of the stacking arrangement and have the above-mentioned radial angular offset with one another, in the example shown of approximately 90 °.

Die Modulsegmente 13 können gemeinsam mit den Teilen 3 und 4 verschraubt werden und ein Gehäuse bilden, so dass sich die gewünschte mechanische Fixierung der Stapelanordnung ergibt.The module segments 13 can be screwed together with the parts 3 and 4 and form a housing, so that there is the desired mechanical fixation of the stack assembly.

Bei der Ausführungsform gemäß den Darstellungen nach Fig. 2 (Gesamtaufbau und Detaildarstellung) ist eine Alternative im Sinne der technischen Umsetzung der außenumfangsseitigen Anordnung von Steuerelementen dargestellt.In the embodiment according to the illustrations according to Fig. 2 (Overall structure and detail) is an alternative in the sense of technical implementation of the outer peripheral arrangement of controls shown.

Für gleiche Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, so dass für das Verständnis der Fig. 2 auf die Erläuterungen zur Fig. 1 zurückgegriffen werden kann.The same reference numerals are used for the same components, so that for the understanding of the Fig. 2 to the explanatory notes to the Fig. 1 can be used.

Bei der Lösung nach Fig. 2 werden Steuerelemente 11 einschließlich deren Kontaktierung sowie die Führung jeweils einer der Scheibenelektroden 5 von einem Isolationskörper bzw. Führungselementen 17 übernommen. Die einzelnen Isolationskörper bzw. Führungselemente 17 können gestapelt und zur Kühlung der Teilfunkenstrecken durch entsprechende Material- und Geometriewahl bzw. über einen Sandwichaufbau genutzt werden.At the solution after Fig. 2 Controls 11 including their contacting and the leadership each one of the disc electrodes 5 are taken from an insulating body or guide elements 17. The individual insulation bodies or guide elements 17 can be stacked and used for cooling the partial spark gaps by appropriate choice of material and geometry or via a sandwich construction.

Der betreffende Isolationskörper 17 weist einen seitlichen Fortsatz in Form einer Verdickung 18 auf.The insulation body 17 in question has a lateral extension in the form of a thickening 18.

Damit die Verdickung 18 nicht die Gesamthöhe des Stapels definiert bzw. begrenzt, werden die einzelnen Isolationskörper 17 im Umfang der Stapelanordnung versetzt angeordnet, wodurch die Höhe der Anordnung durch die Dicke der Scheibenelektroden 5 und der ringförmigen Distanzscheiben bzw. Trennstrecken 6 bestimmt ist.So that the thickening 18 does not define or limit the overall height of the stack, the individual insulation bodies 17 are arranged offset in the periphery of the stack arrangement, whereby the height of the arrangement is determined by the thickness of the disk electrodes 5 and the annular spacers or separation sections 6.

Die Fig. 2 zeigt auch beispielhaft das bereits beschriebene parallel zu schaltende Steuerelement, z.B. in Form eines Varistors 19. Mit Hilfe des Varistors 19 wird die Spannung der gesteuerten Teilfunkenstrecken zwischen dem Verbindungsanschluss 10 und dem Bezugspotential der Grundplatte 4 bis zur Zündung des Einzelmoduls begrenzt.The Fig. 2 also shows by way of example the already described parallel to be switched control element, for example in the form of a varistor 19. With the help of the varistor 19, the voltage of the controlled partial spark gaps between the connection terminal 10 and the reference potential of the base plate 4 is limited to the ignition of the single module.

Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt Isolationskörper 17, die in vier Gruppen zusammengefasst sind.The arrangement after Fig. 2 shows insulating body 17, which are summarized in four groups.

Selbstverständlich sind auch Alternativen bezogen auf die Darstellungen nach Fig. 1 und 2 solcher Anordnungen denkbar, bei denen sich eine spiralförmige Ausführung der Isolationskörper 17 mit Steuerelementen 11 um den Funkenstreckenstapel ergibt. All die erwähnten Ausführungsformen ergeben eine kompakte Bauweise für Einzelmodule mit bis zu ca. 1 kV Betriebsspannung.Of course, alternatives based on the illustrations after Fig. 1 and 2 Such arrangements are conceivable in which there is a helical design of the insulating body 17 with controls 11 around the spark gap stack. All the mentioned embodiments result in a compact design for individual modules with up to about 1 kV operating voltage.

Für höhere Spannungen und/oder spezielle Überspannungsschutzschaltungen, z.B. sogenannte Y-Schaltungen, können mehrere der Stapelanordnungs-Einzelmodule separat verschaltet und angeordnet werden.For higher voltages and / or special overvoltage protection circuits, e.g. so-called Y-circuits, several of the stack assembly individual modules can be connected and arranged separately.

Eine prinzipielle Ausführungsform einer Reihenschaltung von mehreren Einzelmodulen entsprechend den Darstellungen nach den Fig. 1 und 2 ist in der Fig. 3 gezeigt.A basic embodiment of a series circuit of several individual modules according to the representations of the Fig. 1 and 2 is in the Fig. 3 shown.

In einem rohrförmigen oder zylindrischen Gehäuse 21 können z.B. vier Einzelmodule 20 in Reihe geschaltet angeordnet werden.In a tubular or cylindrical housing 21, e.g. four individual modules 20 are arranged in series.

Die Führung der gesamten Anordnung im Gehäuse 21 erfolgt durch Trennplatten oder Trennscheiben 16.The leadership of the entire arrangement in the housing 21 is effected by partition plates or cutting discs 16th

Diese isolierenden Trennscheiben oder Trennplatten dienen der mechanischen Führung, der Abschottung gegenüber Entladungen und einem Feuchte- und Druckausgleich zwischen den abgetrennten Bereichen.These insulating cutting discs or separating plates are used for mechanical guidance, foreclosure against discharges and a moisture and pressure balance between the separated areas.

Weiterhin kann im Gehäuse 21 eine Einrichtung 22 zum Feuchte- und Druckausgleich bezüglich Außenumgebung vorgesehen sein.Furthermore, in the housing 21, a device 22 may be provided for moisture and pressure equalization with respect to the outside environment.

Bei Stapelanordnungen, bei denen mit einem höheren Leistungsumsatz zu rechnen ist, können innerhalb oder zwischen den Modulen noch Wärmesenken oder Kühlkörper integriert werden.In stack arrangements where higher power conversion is anticipated, heat sinks or heat sinks can be integrated within or between the modules.

Diese Wärmesenken oder Kühlkörper können dem Funkenstreckenstapel Wärme nach dessen Ansprechen entziehen, wodurch die thermische Belastung reduzierbar ist.These heat sinks or heat sinks can extract heat from the spark gap stack after it has been triggered, as a result of which the thermal load can be reduced.

Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Reihenschaltung von Modulen ähnlich derjenigen, wie in der Fig. 3 dargestellt, wobei hier neben den Trennscheiben 16, z.B. in Sandwichaufbau, auch das äußere Gehäuse 21 zur Abführung von Wärme genutzt wird. Fig. 4 shows an exemplary construction of a series connection of modules similar to those as in Fig. 3 represented here, in addition to the cutting discs 16, for example in sandwich construction, and the outer housing 21 is used to dissipate heat.

Die Kontaktfläche 23 zwischen Trennscheibe 16 und der Innenwand des Gehäuses 21 kann vergrößert werden, um den Wärmeübergangswiderstand zu reduzieren.The contact surface 23 between the cutting disk 16 and the inner wall of the housing 21 can be increased in order to reduce the heat transfer resistance.

Das Gehäuse 21 selbst kann von der Geometrie- und von der Materialwahl für eine optimale Wärmeaufnahme und deren Abgabe ausgelegt sein.The housing 21 itself may be designed for geometry and material choice for optimum heat absorption and delivery.

Ebenfalls kann der Einsatz von Kühlelementen an der Grundplatte bzw. den Verbindungsteilen der Einzelmodule 20 vorgesehen sein. Zusätzliche Kühlflächen 23 können auch eine spannungssteuernde Funktion zwischen den Einzelmodulen übernehmen.Also, the use of cooling elements on the base plate or the connecting parts of the individual modules 20 may be provided. Additional cooling surfaces 23 can also take over a voltage-controlling function between the individual modules.

Die Fig. 5a zeigt eine prinzipielle Anordnung einer passiven Steuerung 24 der Teilfunkenstrecken innerhalb eines Einzelmoduls 20.The Fig. 5a shows a basic arrangement of a passive control 24 of the partial spark gaps within a single module 20.

Diese passive Steuerung ist bevorzugt stark nichtlinear, z.B. mit Hilfe von Kapazitäten als Steuerelemente 11 entsprechend Fig. 1 oder 2 aufgebaut.This passive control is preferably highly non-linear, for example, with the aid of capacitors as controls 11 accordingly Fig. 1 or 2 built up.

Für die Reihenschaltung von Einzelmodulen 20 in einem gemeinsamen Gehäuse 21 kann insbesondere bei einer höheren Anzahl von Modulen und bei einer hohen Betriebsspannung eine zusätzliche Steuerung 25 zwischen den Einzelmodulen vorteilhaft sein, wie dies in der Fig. 5b dargestellt ist.For the series connection of individual modules 20 in a common housing 21, in particular with a higher number of modules and at a high operating voltage, an additional control 25 between the individual modules be advantageous, as shown in the Fig. 5b is shown.

Je nach Applikationsfall kann diese Steuerung 25 ebenfalls stark nichtlinear zur Erzielung eines niedrigen Schutzpegels oder linear zur Vergleichmäßigung der Spannungsaufteilung zwischen den Einzelmodulen ausgelegt werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Ansprechspannung der ungesteuerten Teilfunkenstrecke der Einzelmodule kleiner ist als die Betriebsspannung. Bei einer Reihenschaltung von Einzelmodulen können die genutzten Einzelmodule ebenfalls unterschiedlich aufgebaut sein, so dass z.B. nur ein einzelnes Modul eine ungesteuerte Einzelfunkenstrecke und die restlichen Module rein passiv gesteuerte Teilfunkenstrecken besitzen.Depending on the application, this control 25 can also be designed to be highly non-linear to achieve a low level of protection or linearly to even out the voltage distribution between the individual modules. This is particularly useful if the response voltage of the uncontrolled partial spark gap of the individual modules is smaller than the operating voltage. In the case of a series connection of individual modules, the individual modules used can also be constructed differently, so that e.g. only one single module has an uncontrolled single spark gap and the remaining modules have purely passive controlled partial spark gaps.

Bei der Darstellung nach Fig. 6 wird eine alternative Anordnung von Einzelmodulen 20 auf einer gemeinsamen Grundplatte 27 gezeigt. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn ein Außengehäuse (nicht dargestellt) eine Quaderform besitzt. Eine solche Ausführungsform ermöglicht in einfacher Weise mittels Brücken 26 oberhalb und unterhalb oder auf der Grundplatte eine Reihenverdrahtung oder aber auch eine Parallelverdrahtung für höhere Betriebsspannungen bzw. höhere Impulsstrombelastungen.In the presentation after Fig. 6 an alternative arrangement of individual modules 20 on a common base plate 27 is shown. This is for example advantageous if an outer housing (not shown) has a cuboid shape. Such an embodiment allows in a simple manner by means of bridges 26 above and below or on the base plate a series wiring or even a parallel wiring for higher operating voltages and higher pulse current loads.

Claims

A spark gap having a plurality of series-connected, stacked individual spark gaps, which are spaced apart by annular separation sections and provided with a contact, wherein the respective individual spark gaps annular or disc-shaped electrodes, and further with controls for influencing the voltage distribution over the stack assembly, wherein the used to form one of the respective individual spark gaps required ring or disc-shaped electrodes in each case an insulating body and kept centered by this,
characterized in that
the controls on the outer peripheral side of the envelope of the stack assembly, each individually or in groups, radially angularly offset, are arranged.

Spark gap according to claim 1,
characterized in that
the angular offset is spiral.

Spark gap according to claim 1,
characterized in that
the groups of control elements run parallel to the longitudinal axis of the stack arrangement and there is a radial angular offset between them from group to group.

Spark gap according to one of the preceding claims,
characterized in that
the controls are located on a support member having means for electrical contacting, wherein the or the support members are received by a module segment, which is part of a housing of the stack assembly.

Spark gap according to claim 4,
characterized in that
the supporting part is a printed circuit board which receives contact pins which make contact with the relevant electrode via openings in the respective insulating body.

Spark gap according to claim 4 or 5,
characterized in that
the respective module segment has a receiving space for at least a portion of the respective supporting part with the controls located there for the separation of these.

Spark gap according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
on selected insulating bodies, a lateral extension is located, which receives at least one control with dimensions that are not limited by the thickness of the respective insulating body or the electrodes.

Spark gap according to claim 7,
characterized in that
in the lateral extension electrical contact means for connection of the respective control element and its connection to the respective electrode are located.

Spark gap according to one of the preceding claims,
characterized in that
In the case of a series connection of individual modules, the voltage distribution between the modules or via the separating sections is additionally controlled externally and the series connection has a module with separating sections without external control.

Spark gap according to one of the preceding claims,
characterized in that
for higher operating voltages, a plurality of stacking arrangements are accommodated in a common housing, separating plates or separating disks being provided between the individual stacking arrangements which serve both the mechanical guidance and the electrical partitioning.

Spark gap according to claim 10,
characterized in that
Heat sinks, heat sinks or additional cooling surfaces are provided between the individual stack arrangements, which also assume a voltage-controlling function.

Spark gap according to claim 10 or 11,
characterized in that
between all or selected stacking arrangements within the common housing further controls are arranged.

Spark gap according to one of claims 10 to 12,
characterized in that
the separating plates or cutting discs have openings for temperature and / or pressure compensation.

Spark gap according to one of claims 10 to 13,
characterized in that
a pressure equalization opening is provided in the common housing.

Spark gap according to one of claims 1 to 9 or 10 to 14, characterized by
an arrangement of multiple stacks on a plane and planar wiring according to the desired operating voltage.