EP3331111B1 - Überspannungsschutzeinrichtung auf funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten gehäuse befindliche hauptelektroden - Google Patents

Überspannungsschutzeinrichtung auf funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten gehäuse befindliche hauptelektroden Download PDF

Info

Publication number
EP3331111B1
EP3331111B1 EP18150578.5A EP18150578A EP3331111B1 EP 3331111 B1 EP3331111 B1 EP 3331111B1 EP 18150578 A EP18150578 A EP 18150578A EP 3331111 B1 EP3331111 B1 EP 3331111B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
protection device
overvoltage protection
spark gap
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP18150578.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3331111A1 (de
Inventor
Peter Zahlmann
Arnd Ehrhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=34625344&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3331111(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Publication of EP3331111A1 publication Critical patent/EP3331111A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3331111B1 publication Critical patent/EP3331111B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series
    • H01T4/20—Arrangements for improving potential distribution
    • 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
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • 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
    • H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Definitions

  • the invention relates to an overvoltage protection device based on spark gaps, comprising at least two main electrodes located in a pressure-tight housing and at least one auxiliary ignition electrode, a functional assembly for reducing the response voltage of the spark gap being connected in the housing volume, which is connected to one of the main electrodes and the auxiliary ignition electrode, according to the preamble of claim 1.
  • lightning arresters for coarse protection and surge arresters for fine protection without the previous decoupling via cable routes or through specially dimensioned inductors.
  • the ignition aids are designed as active ignition aids for powerful surge arresters for use in low-voltage networks between L and N and also N and PE. With the help of a pulse transformer, these ignition aids generate a high ignition voltage, by means of which one of the sections is flashed over in a typical three-electrode spark gap arrangement.
  • a disadvantage of such a solution is on the one hand the sometimes considerable space requirement of the ignition aid, which generally consists of a large number of components, and on the other hand the resulting interference factors.
  • This limitation does not only affect the generally available volume, but also the need for the additional contacting of a third electrode.
  • the electrodes are designed in accordance with DE 101 57 817 A1 would also have to be relatively large so that on the one hand the ignition aid can be accommodated and on the other hand the ignition aid is protected from the temperature effect of the thermally highly stressed electrodes. There is also a need the frictional connection to produce reproducible distances between the partial spark gaps between the electrodes, whereby the ignition aid is not only loaded thermally but also by mechanical forces. Strong dynamic loads also occur between the electrodes when the spark gap responds. There are further restrictions with this arrangement when used in a spark gap for network applications.
  • network spark gaps In contrast to the isolating spark gap, network spark gaps must master and solve follow-up currents in the kA range, which means that not only further and, in particular, longer-lasting thermal loads occur, but corresponding follow-current quenching or even follow-current limiting measures must be implemented.
  • follow-up currents in the kA range which means that not only further and, in particular, longer-lasting thermal loads occur, but corresponding follow-current quenching or even follow-current limiting measures must be implemented.
  • follow-current quenching or even follow-current limiting measures must be implemented.
  • an arrangement as in the DE 101 57 817 A1 presented to extreme restrictions when choosing a suitable method for current limitation.
  • the second spark gap In contrast to the first spark gap, the second spark gap has a high surge current carrying capacity and good follow-current extinguishing capacity.
  • a disadvantage of this solution is that the first spark gap is exposed to the thermal loads due to the arc and also to the contaminants due to the loads. This makes it difficult or impossible to maintain low and almost constant response voltages.
  • compliance with a low response value can be ensured, but it is disadvantageous that the pre-ionization of the second spark gap to lower the response voltage is dispensed with got to. As a result, the voltage drop across the impedance must be increased until the undiminished response voltage of the second spark gap is reached. If lower response values of the entire spark gap are to be achieved, the choice and the performance of the second spark gap are considered DE 195 10 181 C1 limited.
  • the type of pre-ionization is based there on partial discharges that spread over both sides of the surface of an existing insulation part.
  • a spark discharge as is usually used in modern low-voltage arresters, since the auxiliary electrodes of the ignition aid are located on opposite sides of the insulator.
  • This form of ignition aid is sufficient for rapid ignition at high potential differences of several kV.
  • the response voltage is to be ⁇ 1 kV, such an embodiment of an ignition aid is not efficient. Incidentally, the entire ignition aid is exposed to the effects of the arc without protection, which can lead to malfunctions in its function as well as complete destruction.
  • auxiliary spark gaps Versions with auxiliary spark gaps are known in which a spark discharge is possible.
  • the discharge from the auxiliary spark gap in which the current flow is limited by various measures, is transferred to the main electrodes.
  • the auxiliary spark gap with a suitable one would have to be independent of the delay time until the main spark gap is ignited Ignition aid must be equipped to reliably maintain a response voltage of, for example, ⁇ 1kV.
  • the WO 03/021735 A1 shows a simplified ignition aid for surge arresters, which can be located at least partially in the interior of the spark gap.
  • This ignition aid is based on a series connection of a voltage switching element and a so-called ignition element.
  • the response voltage of the arrester is advantageously determined by the voltage switching element.
  • the main spark gap is ignited in that a current flows over the ignition element after the ignition of the voltage-switching element, as a result of which a voltage is built up across the main spark gap.
  • sparking should then occur.
  • the spark travels along the ignition element and extends until the main spark gap flips over.
  • This solution has major disadvantages due to its function.
  • the crucial component for safe functioning is the so-called ignition element. Depending on the mode of operation, this is located directly in the combustion chamber of the arc. It is therefore not only subjected to an electrical load when it is ignited, but throughout the entire discharge process. Likewise, there is a load with possible subsequent currents. With all known materials, this leads to considerable melting. This particularly affects metals, but also polymers. Because of the strong dynamic loads, ceramics tend to break quickly or change their surface or total resistance as a result of metallic or other conductive deposits. In this way, however, the start of spark formation, the electrical load on the ignition element and the start, but also the speed of the arc migration along the ignition element, are determined to a large extent.
  • the ignition element in this solution is subjected to a current flow during the entire arc duration, consisting of pulse and follow current, due to the direct parallel arrangement to the main electrodes and thus to the entire arc voltage, as a result of which the electrical and thermal stress of the ignition element and u. U. of the voltage switching element is large.
  • Another requirement for the basic function according to WO 03/021735 A1 is the necessary spark formation between parts in electrically conductive contact, namely the electrode there and the ignition element. It should be obvious that the one described there Embodiment the contact point from load to load even with a spring contact always changes due to melting phenomena or unavoidable contamination. A reproducible spark at such a contact point is therefore very difficult to set.
  • the spring used for making contact and tracking the ignition element can possibly track the ignition element when it burns off or breaks off. However, the spring can neither avoid a complete breakage of the ignition element after changes in the contact point as a result of the formation of melt on the electrode or on the ignition element or the deposits of impurities in the contact area. Of course, the spring must also be protected against erosion products and the thermal and dynamic loads caused by the arc. If the spark formation is small or delayed, the ignition delay time of the main spark gap increases.
  • this can significantly increase the electrical load on the voltage-switching element and also on the ignition element; on the other hand, the voltage across the ignition element and thus over the entire spark gap rises sharply. This also endangers the elements to be protected and the desired low residual voltage values of the lightning arrester.
  • Another disadvantage of the solution cited is that the distance between the main electrodes is directly connected to the length of the ignition element.
  • a relatively large main electrode spacing is often advantageous, in particular for network spark gaps.
  • the response voltage between the electrodes also increases. This means that at higher distances, a stronger pre-ionization must take place between the main electrodes so that the desired low voltages can flash over.
  • the distance along which the spark has to travel from the poor contact point until it reaches the other main electrode is also extended. As already mentioned, this also restricts the choice of the usual means for deleting or limiting follow current.
  • the spark gap arrangement according to DE 199 52 004 A1 can be operated with an active as well as with a greatly simplified passive ignition aid. These ignition aids are all outside the spark gap. For the rest, the ignition aids consist of a large number of components which are to take on the task of fine protection. However, this requires relatively large and powerful components, which complicates integration into the spark gap. However, the task of fine protection also requires a relatively high power consumption and an additional thermal load. In the case of the passive ignition aid, which advantageously consists of only a few components, the space requirement would be reduced, but the problem of the power conversion remains when the fine protection is implemented.
  • the disadvantage of the DE 199 52 004 A1 furthermore, that the response behavior of the overall arrangement is determined by the geometric design of the spark gap. In this case, the response voltage of the shorter isolating section defines the response voltage of the entire arrester. Experience has shown that the response voltages that can be achieved in this way are not stable to aging and strongly dependent on the load condition of the spark gap.
  • PTC element heat up due to their mode of operation by up to several 100 K.
  • Such heating places very high demands on the load capacity of the insulation elements.
  • PTC element is made more difficult by the fact that, in order to ensure the functioning of the spark gap again, it has to be cooled relatively quickly after loading. Such cooling would be made more difficult by encapsulation.
  • an overvoltage protection device based on spark gaps, in particular for low-voltage applications, comprising at least two main electrodes located in a pressure-tight housing and with at least one auxiliary ignition electrode, which avoids possible sources of interference between the ignition aid and the spark gap, and in principle all of them
  • Known methods for extinguishing follow current, limiting follow current or also avoiding follow current in spark gaps can be used.
  • the solution to be provided should therefore allow universal applications, regardless of the specific electrode geometry.
  • a simplified ignition aid which consists at least of a voltage-switching element, an impedance and a isolating section.
  • the simplified ignition aid is preferably between two main electrodes and completely in the pressure-resistant housing of the overvoltage protection device, i.e. integrated into the spark gap itself and becomes part of it. If an overvoltage occurs in such an arrangement, which exceeds the sum of the response voltages of the switching element and the isolating distance of the series connection, the ignition aid responds, whereby a current via the voltage-switching element, the impedance and the associated isolating distance from the first main electrode to the second main electrode flows.
  • the arc which bridges the above-mentioned isolating gap, immediately introduces charge carriers into the spark gap when the ignition aid responds, which causes the isolating gap between the two main electrodes to ionize immediately, reducing the dielectric strength of this isolating gap and resulting from the voltage drop increasing with the current intensity
  • the impedance finally leads to the now reduced dielectric strength of the isolating gap between the two main electrodes and thus to the ignition of the spark gap.
  • the flameproof enclosure is designed for the control of pressures up to several 10 bar due to the loads on the spark gap in the case of lightning and line follow currents. If the ignition aid is overloaded, the damage potential is thus limited considerably by the pressure-resistant encapsulation of the spark gap. This also eliminates additional protective measures for the ignition aid itself, such as fuses or the like. Any desired evaluation of the state of the arrester is also greatly facilitated, since only the overall function, measurable at the outer terminals of the spark gap, and not individual components, connections and components need to be monitored.
  • the ignition auxiliary function module for targeted reduction of the response voltage of the spark gap from a series connection of a voltage-switching element, an impedance and a separation gap that is completely integrated in the pressure-tight housing and is located outside the arc combustion chamber, the separation gap being defined by the distance of the ignition aid electrode from nearest main electrode is defined.
  • the voltage switching element can be a gas arrester, for example.
  • the voltage-switching element can be a suppressor diode, thyristor, varistor and / or as a defined, fire-resistant air or sliding spark gap.
  • the auxiliary ignition electrode can itself be designed with impedance and have a complex resistance.
  • the auxiliary ignition electrode preferably extends partially into or is located in the arc combustion chamber.
  • the auxiliary ignition electrode can be made of a conductive plastic or a plastic with conductive additives, such as. B. consist of conductive fibers.
  • the impedance in turn consists of a material with a non-linear or linear resistance curve.
  • the impedance can also consist of a conductive plastic or a conductive ceramic.
  • the auxiliary ignition electrode is insulated from the main electrode, the response voltages of the partial sections resulting in each case from the main electrodes being selected differently.
  • the response voltage e 1 of the first main electrode to the auxiliary ignition electrode is selected to be much greater than the response voltage of the further isolating path e 2 .
  • the overvoltage protection device has means for flowing hard gas onto the arc.
  • hard gas-emitting material surrounds at least sections of the arc combustion chamber, the hard gas-emitting material additionally having conductive properties in order to bring the potential of one of the main electrodes as far as the separation path of the auxiliary ignition electrode.
  • a pressure equalization opening prevents an undesirable pressure increase from accumulating over time.
  • the pressure compensation opening can be formed by the housing or by electrode materials which are at least partially gas-permeable.
  • sections of the housing can consist of a porous polymer material, porous ceramic or correspondingly porous metal.
  • the overvoltage protection device can have means for limiting the residual voltage.
  • the conductive, hard gas-emitting material which is electrically connected to one of the main electrodes, in a defined geometry and with defined electrical properties, so that it is possible to influence the course and the level of the residual voltage in a targeted manner.
  • the resistance of the hard gas-emitting material to the impedance of the series connection of the functional element is preferably lower.
  • the conductive, hard gas-emitting material carries part of the total flowing current during the load with surge current as well as with follow currents, so that the reliability of the device according to the invention and its long-term stability are increased.
  • the proportion of current which is taken over by the conductive, hard gas-emitting material can be adjusted via the ratio of the resistance of this material to the resistance value of the arc.
  • the average value of the resistance of the conductive, hard gas-emitting material is preferably chosen to be greater than the average, average resistance value of the arc.
  • the voltage-switching element and / or the discrete impedance can be integrated into one of the main electrodes in one embodiment of the invention.
  • one of the main electrodes can have a cavity that is accessible from the outside, which also ensures that the voltage-switching element can be exchanged if necessary.
  • the voltage-switching element is inserted into the cavity in a single-pole, insulated manner, the cavity having an internal thread for receiving a conductive screw contacting the voltage-switching element used.
  • the end of the auxiliary ignition electrode which extends to the arc combustion chamber is essentially at the same level as the end of the main electrode which extends into the combustion chamber and is associated with the first isolating section.
  • the auxiliary ignition electrode can also be arranged laterally offset and / or set back in relation to the main arc combustion chamber to protect it.
  • the response voltage of the overvoltage protection device can be adjusted or adjusted via an additional voltage-switching element, which is located outside the pressure-tight enclosure.
  • the surge protection device presented can also be implemented as a combination of a triggerable partial spark gap with a high response voltage and at least one downstream partial spark gap with a low response voltage.
  • the partial spark gaps can have means for internal potential control.
  • the partial spark gaps are mechanically fixed and connected via spacers.
  • the spacers can consist of a conductive, field-controlling material.
  • the spacers and the electrodes of the partial spark gaps can have a sheathing, the sheathing comprising a shield that is electrically connected on one side for targeted potential distortion, or is designed as such itself.
  • the distance between the electrodes, which form the partial spark gap with the auxiliary ignition electrode, is preferably chosen to be larger than the distance between the electrodes, which define the following partial spark gap.
  • the spacer can be designed as an integral component in the sense of production rationalization and easier assembly for the partial spark gap that cannot be triggered by the auxiliary ignition electrode.
  • additional insulating sections or insulating materials are provided or arranged there.
  • the spacers have an insulation coating or insulation sheathing on their side remote from the arc combustion chamber, which is a supplementary measure to avoid undesired flashovers.
  • the spark gap according to the invention can be designed as a horn spark gap or as a stacked spark gap.
  • the passive ignition aid 100 accordingly Fig. 1 is integrated in the flameproof enclosure 5 of the spark gap, which has two main electrodes 1 and 2. These main electrodes 1 and 2 are kept insulated with respect to, for example, metallic encapsulation 5.
  • the ignition aid 100 consists of a voltage-switching element 4, preferably a gas arrester, although suppressor diodes, thyristors, varistors, defined, erosion-resistant isolating sections or a combination of these elements are also suitable. Furthermore, the ignition aid 100 has an ignition aid electrode 3 with impedance. There is also the possibility that a discrete impedance 3a is present as a separate element.
  • impedance 3a Elements or materials such as plastics or ceramics with linear but also with non-linear resistances or characteristics are suitable as impedance 3a.
  • impedance 3a this can e.g. as a resistor, as a varistor, as a capacitance or also from materials with the corresponding characteristics of such components.
  • the auxiliary ignition electrode or ignition electrode 3 is insulated from the two main electrodes 1 and 2. However, the response voltages of the resulting spark gaps e 1 and e 2 are designed differently.
  • the response voltage of the path e 1 ie the main electrode 1 to the auxiliary ignition electrode 3, is much greater than the response voltage of the path e 2 , formed by the distance between the main electrode 2 and the auxiliary ignition electrode 3.
  • the response voltage of the path e 1 is at least the same, but generally higher than the response voltage of the voltage-switching element 4 of the ignition aid 100.
  • the response voltage of the path e 2 is at most the same, but generally lower than the response voltage of the voltage-switching element 4 of the ignition aid 100.
  • the response voltage of the entire arrester is essentially determined by the response voltage of the voltage-switching element 4 and can thus be selected independently of the usual geometric conditions of the main spark gap.
  • all parts which are functionally relevant for the response behavior are not exposed to the direct action of the arc.
  • auxiliary ignition electrode 3 is made of a low-resistance material, e.g. As already mentioned, copper or the like is used, a separate impedance 3a is used, which is then completely outside the direct arcing effect.
  • the electrical parameters of the components integrated in the spark gap are predefined on the one hand by the geometric dimensions.
  • the power conversion is also limited in favor of a simple construction of the contact points and also the thermal load on the insulation sections.
  • the performance of the ignition aid in the present embodiment is limited to small pulse powers.
  • the main electrodes 1 and 2 are manufactured in a manner known per se from erosion-resistant, electrically conductive materials such as metals, metallic alloys, sintered metals, graphite, ceramics or composite ceramics.
  • auxiliary ignition electrode 3 it should also be noted that, as explained, it is either made of a material with increased impedance, e.g. Resistance material, electrically conductive plastic, plastic with filler material or is connected to a separate impedance 3a in the form of a resistor.
  • a material with increased impedance e.g. Resistance material, electrically conductive plastic, plastic with filler material or is connected to a separate impedance 3a in the form of a resistor.
  • soot or graphite elements or metal or carbon fibers can be contained in the plastic material of the auxiliary ignition electrode, but it is also possible to incorporate microvaristors or nanotubes.
  • the main electrode 1 is above the voltage-switching element 4, which is a gas discharge arrester, a gas discharge arrester with a microgap; a spark gap, a isolating gap, a suppressor diode, a varistor or a combination of the aforementioned elements can be connected to the impedance 3a or the auxiliary ignition electrode 3 within the outer pressure-resistant encapsulation 5 of the spark gap.
  • the voltage-switching element 4 is a gas discharge arrester, a gas discharge arrester with a microgap; a spark gap, a isolating gap, a suppressor diode, a varistor or a combination of the aforementioned elements can be connected to the impedance 3a or the auxiliary ignition electrode 3 within the outer pressure-resistant encapsulation 5 of the spark gap.
  • the three electrodes form two partial separation sections e 1 and e 2 , e 2 having a significantly lower response voltage than the separation section e 1 .
  • the response voltage of the section e 2 is equal to or less than the response voltage of the voltage-switching element 4. Since the DC response voltage of the entire arrester should be equal to or less than 1 kV, there are special requirements for the design of the isolating section e 2 .
  • This separation distance e 2 can be realized, for example, by means of thin films made of erosion-resistant materials or by means of temperature-resistant coatings, but also by means of special erosion-resistant lacquers.
  • a spark arises between the auxiliary ignition electrode 3 and the main electrode 2.
  • the current flows from the main electrode 1 via the impedance 3a, the auxiliary ignition electrode 3 and the spark to the main electrode 2.
  • This spark brings charge carriers into the interior of the spark gap, whereby the dielectric strength of the separation gap e 1 is reduced very quickly.
  • the main electrode 1 and the auxiliary ignition electrode 3 Fig. 1 there is a voltage difference, which is essentially determined by the level of the current in the ignition circuit and the impedance 3a.
  • Fig. 2 shows a spark gap for network applications, especially between L and N.
  • This spark gap is able to withstand higher arcing voltages to create. In the present case, these are achieved by flowing hard gas on the arc.
  • a hard gas-releasing substance 10 for example POM, polytetrafluoroethylene on a polymer or mineral basis, for example CaCO 3 or BaCO 3 , is used for the flow of hard gas.
  • the effect can also be used to bring the potential of the main electrode 2 to the separation path of the auxiliary ignition electrode 3 by means of electrically conductive additives, such as metal fibers, carbon black, carbon fibers, microvaristors, nanotubes, metal particles, semiconductor particles or even per se conductive polymers.
  • electrically conductive additives such as metal fibers, carbon black, carbon fibers, microvaristors, nanotubes, metal particles, semiconductor particles or even per se conductive polymers.
  • the ignition spark arises between the auxiliary ignition electrode 3 and the conductive hard gas-emitting material 10 and can then extend very quickly to the main electrode 2 already or only after the separation distance e 1 has flipped over. On the one hand, this increases the length of the arc and, on the other hand, the arc is cooled and flowed through by the hard gas.
  • Constructed channels with a small cross-section can be used to equalize the pressure.
  • porous for gases or for certain types of gases permeable housing materials, such as. B. porous polymers, metals or ceramics, alternatively to constructive channels.
  • the response voltage of the spark gap is from a pressure increase z. B. not affected when using gas discharge arresters as voltage-switching element 4.
  • the potential of the main electrode 1 can also be brought to the auxiliary ignition electrode 3 in an analogous manner.
  • the distance between the two main electrodes can be extended without influencing the response voltage by using correspondingly conductive materials 10.
  • the size of the conductive, hard gas-emitting part 10 is preferably chosen to be larger than the dimensions of the separation distance e 1 .
  • the amount of the residual voltage in the spark gap arrangement corresponding to the Fig. 1 and 2nd can be classified into three areas.
  • a first time period begins, so to speak, after the voltage-switching element has responded and the separation distance e 2 has flashed over.
  • a current flows through the voltage-switching element 4, the impedance 3 and the electrically conductive part 3 ( Fig. 2 ).
  • the impedance of all these elements determines the voltage drop across the arrester. If the strength of the distance e 1 , which is reduced by the pre-ionization, is exceeded, the main electrode 1 and the part 10 roll over. This relieves the ignition circuit and reduces the residual voltage by the voltage drop across the ignition circuit. Now the residual stress is essentially determined by the part 10. As the ionization between the two main electrodes 1 and 2 progresses and the arc moves along part 10, the flashover occurs between the main electrodes 1 and 2. At this point in time, the residual voltage is determined by the arc between the main electrodes.
  • the first arcing can also take place over the part 10 and only then can the separation distance e 1 . According to the invention, this can be avoided by a corresponding geometric design. In this way, the load on the ignition circuit is prevented from increasing.
  • the residual voltage rises during this period depending on the currently effective impedance and the pulse current. In the event of high voltage steepness or surge currents, the residual voltage may therefore assume values that are too high, which can result in a hazard or even overload of the downstream elements.
  • the conductive, hard gas-emitting part 10 is additionally given the task of effective residual voltage limitation.
  • a certain dimensioning of the resistance of the part 10 is required for this.
  • a targeted influencing of the course and the level of the residual voltage can also be done by the geometric in addition to the electrical design of the part 10. If the resistance of the part 10 is chosen to be relatively high-impedance in relation to the impedance 3a, the residual voltage continues to increase even after the separation distance e 1 has overturned. There would therefore be a risk of excessive residual voltage with large pulse currents, particularly in the case of large dimensions (length) of part 10 (longer ignition delay time).
  • the resistance of the part 10 to the impedance 3a is chosen to be low, the increase in the residual voltage after the overlap of the isolating distance e 1 can be reduced, as a result of which the risk of excessive residual voltage can be significantly reduced.
  • the effective effective resistance of the part 10 can be influenced by the material, the geometry of the part and the respective contact surface of the part 10 on the electrode 2.
  • the design of the transition region between the part 10 and the auxiliary ignition electrode 10 and the positioning of the main electrode 1 are equally effective. B. executed with a larger inner diameter than the part 10, it is compared to the part quasi reset, there is a practically larger contact area on the part 10 for the spark between the main electrode 1st and the part 10 itself, which results in a lower effective resistance of the part 10. If the auxiliary ignition electrode is practically in the arc combustion chamber, the resistance increases. It is also possible to carry out geometric design measures in the direction of the axes.
  • part 10 When influencing the residual voltage, it should also be borne in mind that the material of part 10 experiences a corresponding electrical and thermal load through the assumption of a significant current component of up to several kA with pulse current loading and must be designed accordingly. A thermal preload of part 10 during the ignition phase is, however, also to be seen positively, since POM materials in particular release the hard gas accelerated at a higher temperature. This leads to an overall better extinguishing behavior with possible follow currents, which of course also flow partially over the material of the part 10 and stress it electrically and thermally.
  • the level of resistance of part 10 e.g. as a hollow cylinder with an outer diameter of 18 mm, an inner diameter of 4 mm and a height of 5 mm, you can practically vary between several hundred k ⁇ and values down to approx. 1 ⁇ without negative effects on the extinguishing capacity of the spark gap and the Material selection result. As explained, the maximum limitation of the residual voltage results from the lowest resistance values.
  • part 10 is basically parallel to the arc or at least to sections of the arc. This applies to all loads at which the spark gap between the main electrodes 1 and 2 is ignited. Part 10 always assumes a portion of the total current both when loaded with surge currents and when loaded with follow-up currents. The level of this portion depends on the level of the resistance of the part 10 and the quasi-resistance of the arc.
  • the current-voltage characteristic curve of an arc is not linear, but of numerous factors, including depending on the composition of the gas, pressure, temperature and so on. These sizes are used in a real spark gap, among other things. determined by the geometry, the materials used and the electrical load. The fact that all of these sizes vary greatly due to aging, even with a fixed spark gap geometry, means that the exact arc characteristic curve cannot be predicted adequately. Looking at the follow current arc with AC voltage, however, it is also known that the resistance of the arc is significantly increased at the time of ignition and at the time of extinguishing. In this time range, the parallel resistance of part 10 thus assumes a correspondingly higher current component or even the total current at low values ⁇ 10 ⁇ . This naturally removes charge carriers from the arc, which greatly reduces ionization. This leads to the premature extinguishing of the arc. Part 10 here leads the follow-up current to the current zero crossing.
  • the low resistance value of the part 10 can also serve to avoid a line follow current arc.
  • the mains voltage is comparatively low in relation to the driving voltage of the pulse current and also depends on the phase position. Among other things, this leads in practice to the fact that the pulse current arc often does not pass directly into the line follow current arc, but rather can only ignite as a result of the reduced dielectric strength of the switching path as a result of the pulse load.
  • the parallel resistance of part 10 however, quasi reduces the voltage load of the switching path due to its electrical conductivity, as a result of which the ignition of the line follow current arc can be prevented.
  • the mains follow current can on the one hand be completely prevented or, on the other hand, only a limited follow current flows via the part 10 to the current zero crossing.
  • This mode of operation the extinguishing tip and the ignition tip of the arc are avoided. This effect is a positive side effect, with the rest, there is still no risk of damage to the part 10 regardless of the selected conductive material.
  • the resistance of part 10 corresponds approximately to the resistance of the follow-current arc, a strong current load on part 10 must be expected over the entire arc phase. For this reason, only materials are used that cannot be damaged by prolonged exposure to electricity and temperature.
  • the arc resistance at follow current has a value essentially between 0.5 and 1 ⁇ . If this value is undershot by part 10, on the one hand this leads to a heavy load on part 10, but on the other hand the arc can be extinguished more quickly or ignition can be prevented.
  • a safe working method and a hardly restricted choice of material for the part 10 is given in particular when the average resistance of part 10 is generally higher than the average resistance of the arc.
  • designs can also be expedient in which an arc with a follow-up current is to be largely avoided by lowering the mean value of the resistance of the part 10 below the mean value of the resistance of the follow-up current arc.
  • Conductive ceramics, composite materials, varistor material or the use of PTC material are conceivable here.
  • the 4 to 7 show further design variants of the integrated ignition aid in combination with a spark gap with follow current extinguishing according to the hard gas principle.
  • the voltage-switching element 4 is integrated directly into a recess of the main electrode 1 for protection against, in particular, thermal and mechanical loads.
  • This recess can be designed, for example, in the form of a hole in the power supply to the main electrode.
  • This bore can have an internal thread.
  • one side of the voltage-switching element 4 is insulated from the main electrode 1 and that there is an insulated conductive connection or such a connection to the auxiliary ignition electrode 3.
  • auxiliary ignition electrode 3 is introduced into the arc combustion chamber at virtually the same height as the end of the main electrode 1 which extends to the arc combustion chamber.
  • Fig. 6 shows a representation in which the auxiliary ignition electrode 3 is arranged laterally offset from the arc combustion chamber, which likewise results in a particularly protected embodiment of the electrode 3.
  • the ignition aid explained and described in the exemplary embodiment can also be used with other extinguishing principles or electrode arrangements.
  • Known follow-current extinguishing methods for low-voltage arresters in addition to the variants explained is e.g. B. the use of horn-shaped electrodes for arc extension, often in combination with quenching plate arrangements, or the generation of high pressures to increase the arc field strength.
  • a series connection of several spark gaps for multiplying the electrode drop voltage is also conceivable.
  • Hard gas-releasing substances can be partially or completely replaced by electrically conductive substances with a linear but also with a non-linear characteristic.
  • This can e.g. B. pressure-resistant conductive ceramics, fiber ceramics or composite materials with conductive components or, for example, materials with a varistor characteristic or a PTC characteristic.
  • the pressure build-up is due to the limited internal volume z. B. realized in a cylinder.
  • a sandwich solution can be used.
  • a porous basic structure e.g. B. from conductive ceramic with gas-releasing substances, for. B. Fill POM.
  • Design variants with active triggering for the introduction of charge carriers into one or more partial spark gaps for use in low-voltage systems show the 8 to 10 .
  • the ignition aid explained above can also be used in an embodiment with several partial spark gaps and does not restrict the use of the generally known methods for potential control of the partial spark gaps.
  • arresters with a series connection of partial spark gaps usually also have externally connected means for potential control. These can be impedances, capacitances, linear and non-linear resistances, their combinations or additional external spark gaps, which are also used for potential control.
  • this can be achieved in that, instead of potential control with external and discrete elements, components which are necessary anyway are modified in such a way that adequate internal potential control is possible.
  • individual electrodes of the partial spark gaps 20 are separated by spacers 21.
  • the material of these spacers 21 can be made of conductive or field-controlling material except for the route or routes which are provided with an ignition aid.
  • an outer sheathing of the actual spark gaps can be connected to an insulated, one-sided screen for potential distortion 22.
  • the partial spark gap with the ignition aid from parts 3, 3a and 4 is designed in such a way that despite possible contamination, in particular due to the ignition of the ignition electrode, it is able to control the load caused by the recurring mains voltage only after the spark gap has responded .
  • the distance between the electrodes 22 and 23 of the partial spark gap triggerable via the ignition aid is increased compared to the distance between the other partial spark paths.
  • a material with high instant hardening can be selected.
  • the material of the other sections should have a low erosion and a high electrode drop voltage.
  • the spacers 21 can consist of electrically conductive polymers or ceramics. Their resistance characteristics can be linear, but also non-linear.
  • the material of the spacers 21 can also be provided with microvaristors in addition to certain dielectric properties, as a result of which capacitive control is possible, which results in a better potential-controlling effect, in particular in the case of steep slopes.
  • the individual electrically conductive contact holders can also be provided or designed on one or both sides with a thin insulation layer or a defined poor contact. Although this requires a minimum response voltage of z. B. some 10 V, but promotes the ionization of the partial spark gap and thus the ignition of the entire spark gap by the faster emergence of the arc from the material and sparking.
  • the described measures for potential control can also be used to reduce the response voltage of the partial spark gaps 20 by measures known from the field of gas discharge arresters, eg. B. the use of special gases or activation measures.
  • the individual spacers 21 of the non-triggerable partial spark gaps can be replaced by a common spacer.
  • Fig. 10 shows a design variant in which jointly or alternatively applicable measures are used to further reduce the likelihood of an undesired external rollover.
  • additional insulation measures are carried out in the outer area of the electrodes.
  • the electrodes of the partial spark gaps can be provided with insulation material 25 in the outer region.
  • the inside diameter of the insulated area is to be chosen larger than the inside diameter of the spacers 21.
  • the spacers 21 can also be surrounded on the outer circumference with a ring made of insulation material 26.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden sowie mindestens eine Zündhilfselektrode, wobei im Gehäusevolumen eine Funktionsbaugruppe zum Reduzieren der Ansprechspannung der Funkenstrecke untergebracht ist, welche mit einer der Hauptelektroden und der Zündhilfselektrode in Verbindung steht, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Der Trend bei der Entwicklung elektrischer und elektronischer Anlagen geht hin zu größerer Kompaktheit und geringeren Außenabmessungen. Gleichzeitig steigt aber die Empfindlichkeit gegenüber inneren und äußeren Überspannungen derartiger Anlagen. Darüber hinaus besteht der Wunsch und auch die Notwendigkeit nach einem möglichst störungsfreien Betrieb von elektrischen und elektronischen Einrichtungen, woraus sich neue Anforderungen an die Überspannungsschutztechnik ergeben.
  • So sind Überspannungsableiter mit reduzierter Ansprechspannung z. B. aus der DE 199 52 004 A1 oder der DE 198 03 636 A1 bekannt geworden. Um die Anlagen noch kompakter zu gestalten, verstärkt sich in den letzten Jahren die Tendenz, Blitzstromableiter zum Grobschutz und Überspannungsableiter zum Feinschutz ohne die früher übliche Entkopplung über Kabelstrecken bzw. durch speziell bemessene Induktivitäten direkt räumlich nebeneinander anzuordnen.
  • Damit das leistungsschwächere Feinschutzelement nicht zwangsweise bei einer solchen kompakten Anordnung überlastet wird, ergeben sich spezielle Anforderungen an den Blitzstromableiter bzw. das Grobschutzelement.
  • Zur Realisierung dieser Aufgabenstellung wurde es bekannt, separate und extern an die Blitzstromableiter auf Funkenstreckenbasis angekoppelte, zum Teil recht komplexe Zündhilfen einzusetzen. Gemäß DE 199 52 004 A1 übernehmen diese Zündhilfen unter bestimmten Bedingungen auch Funktionen oder Teilfunktionen des Feinschutzes.
  • Im Allgemeinen sind die Zündhilfen bei leistungsfähigen Überspannungsableitern für den Einsatz in Niederspannungsnetzen zwischen L und N bzw. auch N und PE als aktive Zündhilfen ausgeführt. Diese Zündhilfen generieren mit Hilfe eines Impulsübertragers eine hohe Zündspannung, durch welche bei einer typischen Dreielektroden-Funkenstreckenanordnung eine der Teilstrecken überschlagen wird.
    Nachteilig bei einer solchen Lösung ist einerseits der zum Teil beachtliche Platzbedarf der Zündhilfe, die in der Regel aus einer Vielzahl von Bauelementen besteht, und andererseits die sich daraus ergebenden Störfaktoren.
  • Der Platzbedarf dieser Zündeinrichtung schränkt bei den relativ geringen Abmessungen der Überspannungsableiter die konstruktiven Möglichkeiten für das Hauptfunktionselement, nämlich die eigentliche Funkenstrecke ein. Diese Einschränkung betrifft nicht nur das allgemein zur Verfügung stehende Volumen, sondern auch die Notwendigkeit der erforderlichen zusätzlichen Kontaktierung einer dritten Elektrode.
  • Gegenüber einer einfachen Funkenstrecke ohne Zündhilfe ergibt sich derzeit eine Vielzahl an zusätzlichen Störquellen.
    In der Funkenstrecke an sich muss nicht mehr nur die Funktion einer Trennstrecke gewährleistet werden, sondern die Funktion von zwei oder sogar drei Trennstrecken zwischen der Dreielektroden-Anordnung. Kommt es zu Schädigungen einer dieser Trennstrecken, besteht die Gefahr des Versagens des Ableiters. Hierbei kann es zu Schäden innerhalb der Funkenstrecke, aber auch der Zündhilfe selbst kommen. Dies kann insbesondere bei Überlastungen der Zündhilfe schnell zu einer Zerstörung des gesamten Ableiters und zu einer Gefährdung benachbarter Elemente führen. Selbiges ist jedoch nicht nur bei Beschädigungen innerhalb der Funkenstrecke, sondern auch bei Störungen wie Erschütterungen, Schwingungen, Abbrand, mangelhafte Installation und so weiter, Beschädigungen oder Korrosion der Kontakte der Zündeinrichtung mit den Hauptanschlüssen bzw. den Verbindern zur Funkenstrecke durchaus möglich.
  • Schlechte oder gealterte Kontaktstellen können außerhalb der Funkenstrecke zur Funkenbildung und letztendlich zum Außenüberschlag der Funkenstrecke führen.
  • Zwar gibt es durchaus Möglichkeiten, die Zündhilfen vor Überlastung zumindest teilweise zu schützen, jedoch bedeuten solche Maßnahmen, wie beispielsweise in der DE 199 14 313 A1 gezeigt, nur weiteren, kostenintensiven Aufwand und Platzbedarf.
  • Bei all den oben erläuterten Schwierigkeiten ist jedoch eine Zündhilfe für gewünschte tiefe Schutzpegel unabdingbar. Die allgemeine Reduktion des Abstands der Hauptelektroden, wie dies bei älteren Geräten des Standes der Technik der Fall war, ist bei modernen Ableitern nicht zielführend, da bei den üblichen geometrischen Bedingungen die erforderlichen Abstände nicht realisierbar sind bzw. diese eine deutliche Verschlechterung der erreichbaren Stoßstromwerte bedeuten.
  • Bei der gattungsbildenden DE 101 57 817 A1 wird eine Anordnung für eine Trennfunkenstrecke vorgestellt, bei welcher eine konventionelle aktive Zündhilfe mit einem Impulsübertrager in einem von den Elektroden kammerförmig umschlossenen Gehäuse integriert ist.
  • Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass eine aktive Zündhilfe notwendig ist, wodurch der Platzbedarf und die Störanfälligkeit steigen. Diese sichere Funktionsweise aktiver Zündhilfen wird z.B. unter anderem durch Veränderung der Ansprechwerte und des Isolationswerts der einzelnen Trennstrecken gestört. Da diese Erscheinungen mit der Anzahl und der Höhe der Belastungen zunehmen, kann dies zur thermischen Überlastung bzw. sogar zum Versagen der Zündhilfe führen. Die Gefahr der thermischen Überlastung erhöht sich bei der oben erwähnten Anordnung zusätzlich durch die mangelnde Kühlung bzw. auch durch die Aufheizung infolge des Leistungsumsatzes in der Funkenstrecke und damit der Zündeinrichtung bei Belastungen.
    Die Ausführung der Elektroden gemäß DE 101 57 817 A1 müsste zudem relativ groß sein, damit einerseits die Zündhilfe aufgenommen werden kann und andererseits die Zündhilfe vor einer Temperatureinwirkung der thermisch stark belasteten Elektroden geschützt ist. Des weiteren besteht die Notwendigkeit des Kraftschlusses zur Herstellung reproduzierbarer Abstände der Teilfunkenstrecken zwischen den Elektroden, wodurch die Zündhilfe nicht nur thermisch, sondern auch durch mechanische Kräfte belastet wird.
    Ebenfalls treten starke dynamische Belastungen zwischen den Elektroden beim Ansprechen der Funkenstrecke auf. Weitere Einschränkungen ergeben sich bei dieser Anordnung bei dem Einsatz in einer Funkenstrecke für Netzanwendungen. Im Gegensatz zur Trennfunkenstrecke müssen Netzfunkenstrecken Folgeströme im kA-Bereich beherrschen und lösen, wodurch nicht nur weitere und insbesondere länger einwirkende thermische Belastungen auftreten, sondern auch entsprechende Folgestrom löschende bzw. sogar Folgestrom begrenzende Maßnahmen realisiert werden müssen. Insbesondere hinsichtlich der Möglichkeiten zur Begrenzung des Netzfolgestroms in konventionellen Abmessungen der Überspannungsableiter für Netzanwendung, welche im Allgemeinen kleiner als Trennfunkenstrecken sind, führt eine Anordnung, wie in der DE 101 57 817 A1 vorgestellt, zu extremen Einschränkungen bei der Wahl einer geeigneten Methode zur Strombegrenzung.
  • In der DE 195 10 181 A1 wird eine Zündhilfe aus einer ersten Funkenstrecke, welche der Zündung eines Überschlags dient, und einer zweiten Funkenstrecke, welche der ersten parallel geschaltet ist und der Löschung des Folgestroms dient, vorgestellt. Weiterhin wird dort auf die Integration einer passiven, einfachen Zündhilfe in einer Funkenstrecke verwiesen. Bei den dargestellten Funkenstrecken dient die erste Funkenstrecke der Einstellung der Ansprechspannung und der entstehende Funke der Vorionisation der zweiten, längeren und stromtragfähigeren Funkenstrecke. Infolge der Vorionisation und des Spannungsabfalls über der mit der Funkenstrecke in Reihe geschalteten Impedanz wird die zweite Funkenstrecke gezündet. Die zweite Funkenstrecke besitzt im Gegensatz zur ersten Funkenstrecke eine hohe Stoßstrom-Tragfähigkeit und ein gutes Folgestrom-Löschvermögen.
    Nachteilig ist bei dieser Lösung jedoch, dass die erste Funkenstrecke den thermischen Belastungen infolge des Lichtbogens und auch den Verunreinigungen infolge der Belastungen ausgesetzt ist. Das Einhalten von niedrigen und nahezu konstanten Ansprechspannungen wird hierdurch erschwert oder unmöglich. Bei einer räumlich getrennten Anordnung von erster und zweiter Funkenstrecke kann zwar die Einhaltung eines niedrigen Ansprechwerts gewährleistet werden, nachteilig ist jedoch, dass auf die Vorionisation der zweiten Funkenstrecke zur Herabsetzung der Ansprechspannung verzichtet werden muss. Dadurch muss der Spannungsabfall über der Impendanz bis zum Erreichen der unverminderten Ansprechspannung der zweiten Funkenstrecke erhöht werden. Sollen niedrigere Ansprechwerte der gesamten Funkenstrecke erreicht werden, wird die Wahl und die Leistungsfähigkeit der zweiten Funkenstrecke nach DE 195 10 181 C1 eingeschränkt.
  • Gemäß der Stapelfunkenstrecke für Mittel- und Hochspannungsanwendungen nach US 3,223,874 weisen einzelne Funkenstrecken eine Zündhilfe zur Vorionisation auf. Diese Anordnung kann zumindest teilgekapselt ausgeführt werden. Eine derartige Art der Funkenstrecken ist jedoch nur für geringe Stoßstrombelastungen 8/20 µs ausgelegt und kann den Drücken und den Krafteinwirkungen von nennenwerten Blitzstoßströmen nicht standhalten. Das bei einer solchen Anordnung teilweise vorhandene Löschvermögen für Folgeströme resultiert zum größten Teil aus der Reihenschaltung einer Vielzahl von Teilfunkenstrecken mit jeweils einer Zündhilfe. Ein solcher Aufwand ist für Niederspannungsanordnungen jedoch nicht gerechtfertigt.
    Die Zündhilfe ist direkt mit den jeweiligen Hauptelektroden der Funkenstrecke verbunden. Sie besitzt keine dritte Hilfselektrode und es erfolgt keine direkte Entladung unmittelbar zwischen den Hauptelektroden. Die Art der Vorionisation beruht dort auf Teilentladungen, welche sich über beide Seite der Oberfläche eines vorhandenen Isolationsteils ausbreiten. Eine Möglichkeit zu einer Funkenentladung, wie sie üblicherweise bei modernen Niederspannungs-Ableitern genutzt wird, besteht nicht, da sich die Hilfselektroden der Zündhilfe auf entgegengesetzten Seiten des Isolators befinden. Diese Form der Zündhilfe ist bei hohen Potentialdifferenzen von mehreren kV für eine rasche Zündung ausreichend. Soll jedoch die Ansprechspannung <1kV betragen, ist eine derartige Ausführungsform einer Zündhilfe nicht effizient. Im Übrigen ist die gesamte Zündhilfe schutzlos der Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt, was sowohl zu Störungen bei deren Funktion als auch zur gänzlichen Zerstörung führen kann.
  • Es sind Ausführungen mit Hilfsfunkenstrecken bekannt geworden, bei denen eine Funkenentladung möglich ist. Bei derartigen Anordnungen wird die Entladung von der Hilfsfunkenstrecke, bei welcher der Stromfluß durch verschiedene Maßnahmen begrenzt wird, auf die Hauptelektroden übergeben. Bei derartigen Lösungen müsste unabhängig von der Verzugszeit bis zum Zünden der Hauptfunkenstrecke jedoch bereits die Hilfsfunkenstrecke mit einer geeigneten Zündhilfe ausgestattet sein, um selbst eine Ansprechspannung von z.B. <1kV zuverlässig zu halten.
  • Die WO 03/021735 A1 zeigt eine vereinfachte Zündhilfe für Überspannungsableiter, welche sich zumindest partiell im Inneren der Funkenstrecke befinden kann. Diese Zündhilfe beruht auf einer Reihenschaltung eines Spannungsschaltelements und eines sogenannten Zündelements. Die Ansprechspannung des Ableiters wird hierbei vorteilhafterweise durch das spannungsschaltende Element bestimmt. Die Hauptfunkenstrecke wird dadurch gezündet, dass nach dem Zünden des spannungsschaltenden Elements ein Strom über das Zündelement fließt, wodurch über der Hauptfunkenstrecke eine Spannung aufgebaut wird. Infolge eines schlechten elektrischen Kontaktes zwischen dem Zündelement und einer Hauptelektrode soll es dann zur Funkenbildung kommen. Der Funke wandert entlang des Zündelements und verlängert sich, bis die Hauptfunkenstrecke überschlägt. Diese Lösung besitzt funktionsbedingt wesentliche Nachteile. Das entscheidende Bauelement für eine sichere Funktionsweise ist das sogenannte Zündelement. Dieses befindet sich entsprechend der Funktionsweise unmittelbar im Brennraum des Lichtbogens. Es wird somit nicht nur bei der Zündung einer elektrischen Belastung ausgesetzt, sondern während des gesamten Ableitvorgangs. Ebenso erfolgt eine Belastung bei möglichen Folgeströmen. Dies führt bei allen bekannten Materialien zu beträchtlichen Abschmelzungen. Hiervon sind insbesondere Metalle, aber auch Polymere betroffen. Keramiken neigen aufgrund der starken dynamischen Belastungen schnell zur Bruchbildung bzw. verändern infolge metallischer oder anderer leitender Ablagerungen ihren Oberflächen- oder Gesamtwiderstand. Hierdurch wird jedoch in starkem Maße der Beginn der Funkenbildung, die elektrische Belastung des Zündelements und der Beginn, aber auch die Geschwindigkeit der Lichtbogenwanderung entlang des Zündelements bestimmt.
    Zusätzlich wird das Zündelement bei dieser Lösung während der gesamten Lichtbogendauer, bestehend aus Impuls- und Folgestrom, infolge der direkt parallelen Anordnung zu den Hauptelektroden und somit zur gesamten Lichtbogenspannung mit einem Stromfluss belastet, wodurch der elektrische und thermische Stress des Zündelements und u. U. auch des spannungsschaltenden Elements groß ist. Eine weitere Voraussetzung für die Grundfunktion gemäß WO 03/021735 A1 ist die notwendige Funkenbildung zwischen in elektrisch leitendem Kontakt stehenden Teilen, nämlich der dortigen Elektrode und dem Zündelement. Es dürfte einleuchtend sein, dass bei der dort beschriebenen Ausführungsform die Kontaktstelle von Belastung zu Belastung selbst bei einem Federkontakt sich stets aufgrund von Schmelzerscheinungen bzw. von nicht vermeidbaren Verschmutzungen verändert. Ein reproduzierbares Funken an einer solchen Kontaktstelle ist somit nur sehr schwer einstellbar. Die vorerwähnten Einschränkungen führen insgesamt zu einer sehr komplizierten Geometrie und Materialauswahl. Des weiteren können die dynamischen und thermischen Belastungen durch den Lichtbogen und den Folgestrom recht schnell zur Funktionsstörung bzw. zum Defekt führen.
    Die eingesetzte Feder zur Kontaktherstellung und Nachführung des Zündelements kann eventuell bei Abbrand bzw. Abbruch der Spitze des Zündelements dieses nachführen. Jedoch kann die Feder weder einen Komplettbruch des Zündelements nach Veränderungen der Kontaktstelle infolge der Bildung von Schmelze an der Elektrode bzw. an dem Zündelement oder die Ablagerungen von Verunreinigungen im Kontaktbereich vermeiden. Selbstverständlich muss auch die Feder vor Abbrandprodukten und den thermischen und dynamischen Belastungen durch den Lichtbogen geschützt werden.
    Bei einer geringen oder auch nur zeitlich verzögerten Funkenbildung erhöht sich jedoch die Zündverzugszeit der Hauptfunkenstrecke. Einerseits kann sich dadurch die elektrische Belastung des spannungsschaltenden Elements und auch des Zündelements deutlich erhöhen, andererseits steigt die Spannung über dem Zündelement und somit über der gesamten Funkenstrecke stark an. Dies gefährdet auch die zu schützenden Elemente und die gewünschten niedrigen Restspannungswerte des Blitzstromableiters.
  • Ein weiterer Nachteil der zitierten Lösung besteht darin, dass der Abstand der Hauptelektroden unmittelbar mit der Länge des Zündelements verbunden ist. Insbesondere für Netzfunkenstrecken ist jedoch häufig ein relativ großer Hauptelektroden-Abstand vorteilhaft. Mit zunehmendem Abstand der Hauptelektroden steigt jedoch auch die Ansprechspannung zwischen den Elektroden. Das heißt, bei höheren Abständen muss eine stärkere Vorionisation zwischen den Hauptelektroden erfolgen, damit es zum Überschlag bei den angestrebten niedrigen Spannungen kommen kann. Ebenso verlängert sich die Strecke, an welcher der Funke von der schlechten Kontaktstelle entlang wandern muss, bis er die andere Hauptelektrode erreicht. Dies schränkt zudem auch, wie bereits erwähnt, die Wahl der üblichen Mittel zur Folgestromlöschung bzw. -begrenzung ein.
  • Die Funkenstreckenanordnung nach DE 199 52 004 A1 kann sowohl mit einer aktiven als auch mit einer stark vereinfachten passiven Zündhilfe betrieben werden. Diese Zündhilfen befinden sich alle außerhalb der Funkenstrecke. Im übrigen bestehen die Zündhilfen aus einer Vielzahl von Bauelementen, welche die Aufgabe des Feinschutzes übernehmen sollen. Dies bedingt jedoch verhältnismäßig große und leistungsfähige Bauelemente, wodurch eine Integration in die Funkenstrecke erschwert wird. Die Aufgabe des Feinschutzes bedingt jedoch auch einen verhältnismäßig hohen Leistungsumsatz und eine zusätzliche thermische Belastung.
    Bei der passiven Zündhilfe, welche vorteilhafterweise nur aus wenigen Bauelementen besteht, würde sich zwar der Platzbedarf reduzieren, jedoch bleibt das Problem des Leistungsumsatzes bei der Realisierung des Feinschutzes bestehen. Nachteilig ist bei der DE 199 52 004 A1 weiterhin, dass das Ansprechverhalten der Gesamtanordnung durch die geometrische Ausführung der Funkenstrecke bestimmt wird. In diesem Falle definiert somit die Ansprechspannung der kürzeren Trennstrecke die Ansprechspannung des gesamten Ableiters. Die auf diese Weise erzielbaren Ansprechspannungen sind erfahrungsgemäß jedoch nicht alterungsstabil und stark vom Belastungszustand der Funkenstrecke abhängig.
  • Auch die Integration eines PTC-Elements in die Funkenstrecke ist problematisch. Derartige PTC-Elemente erwärmen sich aufgrund ihrer Funktionsweise um bis zu mehreren 100 K. Eine derartige Erwärmung stellt jedoch sehr hohe Anforderungen an die Belastbarkeit der Isolationselemente. Zusätzlich ist eine derartige Anwendung eines PTC-Elements dadurch erschwert, dass dieses, um die Funktionsweise der Funkenstrecke wieder sicherzustellen, relativ schnell nach Belastung abzukühlen ist. Eine solche Abkühlung würde jedoch durch eine Kapselung erschwert werden.
  • Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, insbesondere für Niederspannungs-Anwendungen, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden sowie mit mindestens einer Zündhilfselektrode anzugeben, welche mögliche Störquellen zwischen Zündhilfe und Funkenstrecke vermeidet und die prinzipiell bei allen bekannten Verfahren zur Folgestromlöschung, Folgestrombegrenzung oder aber auch der Vermeidung von Folgeströmen bei Funkenstrecken einsetzbar ist. Die anzugebende Lösung soll also universelle Applikationen, und zwar unabhängig von der konkreten Elektrodengeometrie gestatten.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
  • Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird von einer vereinfachten Zündhilfe ausgegangen, welche zumindest aus einem spannungsschaltenden Element, einer Impedanz und einer Trennstrecke besteht. Die vereinfachte Zündhilfe ist bevorzugt zwischen zwei Hauptelektroden sowie vollständig im druckfesten Gehäuse der Überspannungsschutzeinrichtung, d.h. in die Funkenstrecke selbst integriert und wird Bestandteil dieser. Tritt an einer solchen Anordnung eine Überspannung auf, die die Summe der Ansprechspannungen des Schaltelements und der Trennstrecke der Reihenschaltung übersteigt, so spricht die Zündhilfe an, wodurch ein Strom über das spannungsschaltende Element, die Impedanz und die zugehörige Trennstrecke von der ersten Hauptelektrode zur zweiten Hauptelektrode fließt. Durch den Lichtbogen, welcher diese vorerwähnte Trennstrecke überbrückt, werden sofort beim Ansprechen der Zündhilfe Ladungsträger in die Funkenstrecke eingebracht, welche eine sofortige Ionisation der Trennstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden bewirkt, wodurch die Spannungsfestigkeit dieser Trennstrecke reduziert wird und es infolge des mit der Stromstärke ansteigenden Spannungsabfalls über der Impedanz es schließlich zum Überschreiten der nun reduzierten Spannungsfestigkeit der Trennstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden und somit zur Zündung der Funkenstrecke kommt.
  • Durch die Integration in das druckfeste Gehäuse der Funkenstrecke, jedoch außerhalb des Brennraums des Lichtbogens, werden alle externen Anschlussprobleme der Zündeinrichtung an die Funkenstrecke beseitigt.
    Die druckfeste Kapselung ist für das Beherrschen von Drücken bis zu mehreren 10 bar infolge der Belastungen der Funkenstrecke bei Blitzen und Netzfolgeströmen ausgelegt.
    Bei einer möglichen Überlastung der Zündhilfe wird das Schadenspotential somit wesentlich durch die druckfeste Kapselung der Funkenstrecke eingegrenzt. Hierdurch entfallen auch zusätzliche Schutzmaßnahmen der Zündhilfe selbst, wie z.B. Sicherungen oder Ähnliches. Eine eventuell gewünschte Bewertung des Zustands des Ableiters ist ebenfalls stark erleichtert, da nur die Gesamtfunktion, messbar an den äußeren Klemmen der Funkenstrecke, und nicht einzelne Bauelemente, Verbindungen und Komponenten überwacht werden müssen.
  • Es ist also die Zündhilfs-Funktionsbaugruppe zum gezielten Reduzieren der Ansprechspannung der Funkenstrecke aus einer vollständig in das druckdichte Gehäuse integrierten, außerhalb des Lichtbogen-Brennraums befindlichen Reihenschaltung eines spannungsschaltenden Elements, einer Impedanz und einer Trennstrecke gebildet, wobei die Trennstrecke durch den Abstand der Zündhilfselektrode zur nächstliegenden Hauptelektrode definiert ist.
  • Das spannungsschaltende Element kann beispielsweise ein Gasableiter sein. Ebenso besteht die Möglichkeit, das spannungsschaltende Element als Suppressordiode, Thyristor, Varistor und/oder als definiert abbrandfeste Luft- oder Gleitfunkenstrecke auszubilden.
    Die Zündhilfselektrode kann selbst impedanzbehaftet ausgeführt sein und einen komplexen Widerstand besitzen.
  • Bevorzugt reicht die Zündhilfselektrode partiell in den Lichtbogen-Brennraum hinein oder befindet sich in diesem.
    Die Zündhilfselektrode kann aus einem leitfähigen Kunststoff oder einem Kunststoff mit leitfähigen Zusätzen, wie z. B. leitfähigen Fasern bestehen.
  • Die Impedanz wiederum besteht aus einem Material mit nichtlinearem oder linearem Widerstandsverlauf.
  • Ebenso kann die Impedanz aber auch aus einem leitfähigen Kunststoff oder einer leitfähigen Keramik bestehen.
  • Auch ist eine Ausführungsform der Impedanz als diskretes Bauelement, z. B. Widerstand, Varistor oder Kapazität im Sinne der Erfindung liegend.
  • Die Zündhilfselektrode ist gegenüber der Hauptelektrode isoliert, wobei die Ansprechspannungen der sich zu den Hauptelektroden jeweils ergebenden Teilstrecken unterschiedlich gewählt werden.
  • Die Ansprechspannung e1 der ersten Hauptelektrode zur Zündhilfselektrode ist viel größer als die Ansprechspannung der weiteren Trennstrecke e2 gewählt.
  • Zur Reduzierung der Ansprechspannung der Trennstrecke e2 ist diese als dünne, abbrandfeste Isolierfolie, als abbrandfeste Lackbeschichtung oder sonstige dünne Isolierschicht ausgebildet.
    Erfindungsgemäß weist die Überspannungsschutzeinrichtung Mittel zum Beströmen des Lichtbogens mit Hartgas auf.
  • Zum Erzeugen des Hartgases umgibt hartgasabgebendes Material mindestens Abschnitte des Lichtbogen-Brennraums, wobei das hartgasabgebende Material zusätzlich leitfähige Eigenschaften aufweist, um das Potential einer der Hauptelektroden bis an die Trennstrecke der Zündhilfselektrode heranzuführen.
  • Bei der Hartgas-Ausführungsvariante verhindert eine Druckausgleichsöffnung, dass sich über die Zeit ein unerwünschter Druckanstieg akkumuliert.
  • Die Druckausgleichsöffnung kann erfindungsgemäß durch das Gehäuse oder durch Elektrodenmaterialien gebildet werden, welche mindestens teilweise gasdurchlässig sind.
    Hierfür können Abschnitte des Gehäuses aus einem porösen Polymermaterial, poröser Keramik oder entsprechend porösem Metall bestehen.
  • Die Überspannungsschutzeinrichtung kann bei einer weiteren Ausführungsform Mittel zur Restspannungsbegrenzung aufweisen.
  • Hier besteht insbesondere die Möglichkeit, das leitfähige, hartgasabgebende Material, welches elektrisch mit einer der Hauptelektroden in Verbindung steht, in einer definierten Geometrie sowie mit definierten elektrischen Eigenschaften auszuführen, so dass die zielgerichtete Beeinflussung des Verlaufs und der Höhe der Restspannung realisierbar ist.
  • Bevorzugt ist der Widerstand des hartgasabgebenden Materials gegenüber der Impedanz der Reihenschaltung des Funktionselements niedriger.
  • Das leitfähige, hartgasabgebende Material trägt während der Belastung mit Stoßstrom als auch mit Folgeströmen einen Teil des jeweils fließenden Gesamtstroms, so dass sich die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung und deren Langzeitstabilität erhöht.
  • Der Stromanteil, welcher vom leitfähigen, hartgasabgebenden Material übernommen wird, ist über das Verhältnis des Widerstands dieses Materials zum Widerstandswert des Lichtbogens quasi einstellbar.
  • Bevorzugt ist der mittlere Wert des Widerstands des leitfähigen, hartgasabgebenden Materials größer gewählt, als der durchschnittliche, mittlere Widerstandswert des Lichtbogens ist.
  • Zum Schutz vor thermischen und/oder mechanischen Belastungen kann bei einer Ausgestaltung der Erfindung das spannungsschaltende Element und/oder die diskrete Impedanz in eine der Hauptelektroden integriert werden.
    Hierfür kann eine der Hauptelektroden einen von außen zugänglichen Hohlraum aufweisen, wodurch auch, wenn nötig, eine Austauschbarkeit des spannungsschaltenden Elements gewährleistet ist.
  • Das spannungsschaltende Element ist in den Hohlraum einpolig isoliert eingesetzt, wobei der Hohlraum ein Innengewinde zur Aufnahme einer, das eingesetzte spannungsschaltende Element kontaktierenden leitfähigen Schraube aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt das zum Lichtbogen-Brennraum reichende Ende der Zündhilfselektrode im wesentlichen auf gleicher Höhe des in den Brennraum hineinreichenden Endes derjenigen Hauptelektrode, welche der ersten Trennstrecke zugehörig ist.
  • Auch kann die Zündhilfselektrode seitlich versetzt und/oder bezogen auf den Lichtbogen-Hauptbrennraum zurückgesetzt zum Schutz dieser angeordnet werden.
  • Über ein ergänzendes spannungsschaltendes Element, welches außerhalb der druckdichten Kapselung befindlich ist, kann eine Einstellung oder Anpassung der Ansprechspannung der Überspannungsschutzeinrichtung erfolgen.
  • Grundsätzlich ist die vorgestellte Überspannungsschutzeinrichtung auch als Kombination aus einer triggerbaren Teilfunkenstrecke hoher Ansprechspannung und mindestens einer nachgeordneten Teilfunkenstrecke niedriger Ansprechspannung realisierbar.
  • Bei dieser Ausführungsform können die Teilfunkenstrecken Mittel zur internen Potentialsteuerung aufweisen.
    Die Teilfunkenstrecken sind über Distanzhalter mechanisch fixiert und verbunden.
    Die Distanzhalter können aus einem leitfähigen, feldsteuernden Material bestehen.
  • Die Distanzhalter und die Elektroden der Teilfunkenstrecken können bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Ummantelung besitzen, wobei die Ummantelung eine einseitig elektrisch angeschlossene Schirmung zur gezielten Potentialverzerrung umfasst oder als solche selbst ausgebildet ist.
  • Der Abstand der Elektroden, welche die Teilfunkenstrecke mit Zündhilfselektrode bilden, ist bevorzugt größer gewählt als der Abstand der Elektroden, die die jeweils folgenden Teilfunkenstrecken definieren.
  • Der Distanzhalter kann für die nicht durch die Zündhilfselektrode triggerbare Teilfunkenstrecke als ein integrales Bauteil im Sinne der Fertigungsrationalisierung und leichteren Montage ausgeführt werden.
  • Zur Vermeidung eines elektrischen Überschlags außerhalb des Lichtbogen-Brennraums sind zusätzliche Isolierabschnitte oder Isoliermaterialien, bevorzugt im äußeren Bereich der Elektroden der Teilfunkenstrecke vorgesehen oder dort angeordnet.
  • Die Distanzhalter weisen auf ihrer vom Lichtbogen-Brennraum entfernten Seite eine Isolationsbeschichtung oder Isolationsumhüllung auf, was sich als ergänzende Maßnahme zur Vermeidung unerwünschter Überschläge darstellt.
  • Es besteht die Möglichkeit, die erste, triggerbare Teilfunkenstrecke durch einen Gasableiter zu ersetzen, welcher die Ansprechspannung der Gesamtanordnung bestimmt, ohne dass hierdurch der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.
  • Ganz grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Funkenstrecke als Hörnerfunkenstrecke oder aber auch als Stapelfunkenstrecke ausgeführt werden.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
  • Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine Prinzip-Schnittdarstellung durch eine in einer gekapselten Funkenstrecke befindlichen Zündhilfe;
    Fig. 2
    eine Ausführungsform ähnlich Fig. 1, jedoch mit zusätzlichem hartgasabgebenden Material, welches den Lichtbogen-Brennraum umgibt;
    Fig. 3
    eine weitere Ausführungsform der Überspannungsschutzeinrichtung ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt, jedoch mit variierter Heranführung des Potentials der Hauptelektrode an die Zündhilfselektorde;
    Fig. 4
    eine Darstellung einer Überspannungsschutzeinrichtung mit einem spannungsschaltenden Element, integriert in eine der Hauptelektroden;
    Fig. 5
    eine Ausführungsform mit spezieller höhenmäßiger Zuordnung einer der Hauptelektroden zur Zündhilfselektrode;
    Fig. 6
    eine weitere Ausführungsform der Zuordnung von Zündhilfselektode und benachbarter Hauptelektrode;
    Fig. 7
    eine Darstellung mit einem spannungsschaltenden Element außerhalb der druckfesten Kapselung der Funkenstrecke;
    Fig. 8
    eine Funkenstrecke, umfassend mehrere Teilfunkenstrecken;
    Fig. 9
    eine Darstellung ähnlich Fig. 8, jedoch mit einem gemeinsamen Distanzhalter für die nicht triggerbaren Teilfunkenstrecken und
    Fig. 10
    eine Darstellung einer Funkenstrecke ähnlich den Fig. 8 und 9, jedoch mit zusätzlichen Maßnahmen zur Isolation zum Zweck des Vermeidens von unerwünschten äußeren Durchschlägen.
  • Die passive Zündhilfe 100 entsprechend Fig. 1 ist in die druckfeste Kapselung 5 der Funkenstrecke integriert, welche zwei Hauptelektroden 1 und 2 aufweist. Diese Hauptelektroden 1 und 2 sind bei einer z.B. metallischen Kapselung 5 gegenüber dieser isoliert gehalten.
  • Die Zündhilfe 100 besteht aus einem spannungsschaltenden Element 4, bevorzugt einem Gasableiter, wobei jedoch auch Suppressordioden, Thyristoren, Varistoren, definiert abbrandfeste Trennstrecken oder eine Kombination dieser Elemente geeignet sind. Weiterhin weist die Zündhilfe 100 eine impedanzbehaftete Zündhilfselektrode 3 auf. Es besteht auch die Möglichkeit, dass eine diskrete Impedanz 3a als separates Element vorhanden ist.
  • Als Impedanz 3a sind Elemente bzw. Materialien wie Kunststoffe oder Keramiken mit linearen, aber auch mit nichtlinearen Widerständen bzw. Kennlinien geeignet. Beim Einsatz einer diskreten Impedanz 3a kann diese z.B. als Widerstand, als Varistor, als Kapazität oder aber auch aus Materialien mit entsprechender Charakteristik derartiger Bauelemente ausgeführt werden.
  • Die Zündhilfselektrode oder Zündelektrode 3 ist gegenüber den beiden Hauptelektroden 1 und 2 isoliert. Die Ansprechspannungen der sich ergebenden Teilfunkenstrecken e1 und e2 sind jedoch unterschiedlich ausgelegt.
  • Die Ansprechspannung der Strecke e1, d.h. der Hauptelektrode 1 zur Zündhilfselektrode 3 ist viel größer als die Ansprechspannung der Strecke e2, gebildet durch den Abstand der Hauptelektrode 2 zur Zündhilfselektrode 3.
  • Die Ansprechspannung der Strecke e1 ist mindestens gleich, aber im allgemeinen höher als die Ansprechspannung des spannungsschaltenden Elements 4 der Zündhilfe 100.
    Die Ansprechspannung der Strecke e2 ist hingegen höchstens gleich, aber im Allgemeinen niedriger als die Ansprechspannung des spannungsschaltenden Elements 4 der Zündhilfe 100.
  • Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Ansprechspannung des gesamten Ableiters im wesentlichen durch die Ansprechspannung des spannungsschaltenden Elements 4 bestimmt wird und damit unabhängig von den üblichen geometrischen Bedingungen der Hauptfunkenstrecke gewählt werden kann. Vorteilhafterweise sind alle für das Ansprechverhalten funktionsrelevanten Teile nicht der direkten Lichtbogeneinwirkung ausgesetzt. Einzig ein Ende der Zündhilfselektrode 3, welche bevorzugt selbst impedanzbehaftet, z.B. als leitfähigem Kunststoff ausgeführt werden kann, befindet sich partiell im Lichtbogen-Brennraum und wird isoliert gegenüber den beiden Hauptelektroden 1, 2 ausgeführt.
  • Wenn die Zündhilfselektrode 3 nicht aus einem impedanzbehafteten Material, sondern aus einem niederohmigen Material, z.B. Kupfer oder Ähnlichem ausgeführt ist, wird, wie bereits erwähnt, eine separate Impedanz 3a eingesetzt, die dann vollständig außerhalb der direkten Lichtbogeneinwirkung befindlich ist.
  • Der im Lichtbogen-Brennraum unvermeidbare Abbrand aller Teile kann die Zündhilfselektrode 3 nur partiell schädigen. Da der Lichtbogenabbrand im gesamten Brennraum der Funkenstrecke allseitig erfolgt, werden alle den Brennraum begrenzenden Teile, also auch die Zündhilfselektrode 3, mit ihren angrenzenden Isolationsteilen nach und nach abgebrannt.
    Hierdurch ist sichergestellt, das die geometrischen Proportionen aller Bauteile nach jeder Belastung weitestgehend gleich bleiben.
    Infolge eines ungleichmäßigen Abbrands bzw. infolge von Verunreinigungen kann es aber auch bei dieser Geometrie zur Schädigung oder zum Überbrücken der kurzen Isolationsstrecke e2 kommen. Insbesondere bei nahezu allen aktiven externen Zündhilfen würde dies quasi zum Kurzschluss des Impulsübertragers und somit zum Versagen oder zur Überlastung der Zündhilfe führen. Bei der hier vorgeschlagenen Gestaltung gemäß Ausführungsbeispiel ist dies jedoch nicht der Fall. Die entstehenden Verunreinigungen als auch die in der Regel nur partiellen Kontaktbrücken, welche durch Schmelzerscheinungen gebildet werden und aufgrund der Auslegung der Bauteile nur geringfügig sind, besitzen einen vergleichsweise hohen Widerstand und werden durch einen geringen Stromfluss beseitigt.
  • Die elektrischen Parameter der in die Funkenstrecke integrierten Bauelemente sind einerseits durch die geometrischen Abmessungen vorgegeben. Andererseits wird aber der Leistungsumsatz auch zugunsten einer einfachen Konstruktion der Kontaktstellen und auch der thermischen Belastung der Isolationsstrecken begrenzt. Die Leistungsfähigkeit der Zündhilfe bei der vorliegenden Ausführungsform beschränkt sich auf kleine Impulsleistungen.
  • Bei der der allgemeinen Funktionsbeschreibung dienenden Darstellung nach Fig. 1 ist eine prinzipielle, vereinfachte Geometrie einer möglichen Funkenstreckenanordnung gezeigt. In dieser Anordnung, die lediglich den Zündbereich betrifft, sind zur Vereinfachung noch keine Maßnahmen zur Folgestrombegrenzung enthalten.
  • Die Hauptelektroden 1 und 2 werden in an sich bekannter Weise aus abbrandfesten, elektrisch leitenden Materialien wie Metallen, metallischen Legierungen, Sintermetallen, Grafit, Keramiken oder Verbundkeramiken gefertigt.
  • Bezüglich der Zündhilfselektrode 3 ist noch anzumerken, dass diese, wie dargelegt, entweder selbst aus einem Material mit erhöhter Impedanz, z.B. Widerstandsmaterial, elektrisch leitfähigem Kunststoff, Kunststoff mit Füllmaterial besteht oder mit einer separaten Impedanz 3a in Form eines Widerstands verbunden ist.
  • Im Kunststoffmaterial der Zündhilfselektrode können zum Einstellen gewünschter Impedanzeigenschaften nicht nur Ruß- oder Grafitelemente oder Metall bzw. Kohlefasern enthalten sein, sondern es besteht die Möglichkeit, Mikrovaristoren oder Nanotubes einzubringen.
  • Die Hauptelektrode 1 ist über das spannungsschaltende Element 4, welches ein Gasentladungsableiter, ein Gasentladungsableiter mit Microgap; eine Funkenstrecke, eine Trennstrecke, eine Suppressordiode, ein Varistor oder eine Kombination aus den vorgenannten Elementen sein kann, mit der Impedanz 3a bzw. der Zündhilfselektrode 3 innerhalb der äußeren druckfesten Kapselung 5 der Funkenstrecke verbunden.
  • Wie dargelegt, bilden die drei Elektroden zwei Teiltrennstrecken e1 und e2, wobei e2 eine deutlich niedrigere Ansprechspannung als die Trennstrecke e1 besitzt.
    Die Ansprechspannung der Teilstrecke e2 ist gleich oder kleiner als die Ansprechspannung des spannungsschaltenden Elements 4. Da die Gleichansprechspannung des gesamten Ableiters gleich oder kleiner als 1 kV sein soll, ergeben sich besondere Anforderungen an die Ausführung der Trennstrecke e2.
    Diese Trennstrecke e2 kann z.B. durch dünne Folien aus abbrandfesten Materialien oder durch temperaturbeständige Beschichtungen, aber auch mittels spezieller abbrandfester Lacke realisiert werden.
  • Nach dem Ansprechen des spannungsschaltenden Elements 4 und der Trennstrecke e2 entsteht ein Funken zwischen der Zündhilfselektrode 3 sowie der Hauptelektrode 2. Der Strom fließt von der Hauptelektrode 1 über die Impedanz 3a, die Zündhilfselektrode 3 und den Funken zur Hauptelektrode 2. Dieser Funke bringt Ladungsträger in den Innenraum der Funkenstrecke ein, wodurch die Spannungsfestigkeit der Trennstrecke e1 sehr schnell reduziert wird.
    Zwischen der Hauptelektrode 1 und der Zündhilfselektrode 3 gemäß Fig. 1 besteht eine Spannungsdifferenz, welche im wesentlichen von der Höhe des Stromes im Zündkreis und der Impedanz 3a bestimmt wird. Übersteigt diese Spannungsdifferenz die durch den Ladungsträgereintrag reduzierte Spannungsfestigkeit der Trennstrecke e1, so zündet diese, übernimmt den Strom und entlastet den Zündkreis. Die Teillichtbögen über den Trennstrecken e1 und e2 verbinden sich und die Funkenstrecke zündet zwischen den Hauptelektroden 1 und 2.
  • Fig. 2 zeigt eine Funkenstrecke für Netzanwendungen, insbesondere zwischen L und N. Diese Funkenstrecke ist in der Lage, höhere Lichtbogenspannungen zu erzeugen. Diese werden im vorliegenden Fall durch das Beströmen des Lichtbogens mit Hartgas realisiert.
  • Zur Hartgasbeströmung wird ein hartgasabgebender Stoff 10, z.B. POM, Polytetrafluoräthylen auf Polymerbasis bzw. mineralischer Basis, z.B. CaCO3 oder BaCO3, eingesetzt.
  • Auch kann der Effekt genutzt werden, durch elektrisch leitfähige Zusätze, wie Metallfasern, Ruß, Kohlefasern, Mikrovaristoren, Nanotubes, Metallpartikel, Halbleiterpartikel oder auch an sich leitfähige Polymere, das Potential der Hauptelektrode 2 bis an die Trennstrecke der Zündhilfselektrode 3 heranzuführen.
    Durch diese Maßnahme wird die Ansprechspannung der Trennstrecken e1 und e2 nicht verändert; jedoch die wirksame Lichtbogenlänge zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 erhöht.
  • Der Zündfunke entsteht zwischen der Zündhilfselektrode 3 und dem leitfähigen hartgasabgebenden Material 10 und kann sich dann bereits oder erst nach dem Überschlag der Trennstrecke e1 sehr schnell bis zur Hauptelektrode 2 verlängern.
    Hierdurch wird einerseits die Lichtbogenlänge vergrößert und andererseits der Lichtbogen durch das Hartgas gekühlt und beströmt.
  • Beide Maßnahmen erhöhen die Lichtbogenspannung, wodurch bekanntermaßen eine Strombegrenzung bei Netzfolgeströmen erreicht werden kann. Durch die Erzeugung von Hartgas und die Beströmung des Lichtbogens entsteht ein Druckanstieg, der durch die Druckausgleichsöffnung 11 ableitbar ist. Hierdurch wird verhindert, dass in dem druckdicht abgeschlossenen Volumen über das erzeugte Gas ein allmählicher Druckanstieg auftritt, wodurch die Berstfestigkeit der Funkenstrecke nach mehrmaligen Belastungen womöglich überschritten werden könnte.
  • Zum Druckausgleich können konstruktiv verhandene Kanäle kleinen Querschnitts genutzt werden. Ebenso besteht die erfindungsgemäße Möglichkeit, auch poröse, für Gase bzw. für bestimmte Gasarten durchlässige Gehäusematerialien, wie z. B. poröse Polymere, Metalle oder Keramiken, alternativ zu konstruktiven Kanälen einzusetzen.
  • Die Ansprechspannung der Funkenstrecke ist von einer Druckerhöhung z. B. beim Einsatz von Gasentladungsableitern als spannungsschaltendes Element 4 nicht betroffen.
  • Unter Hinweis auf die Darstellung nach Fig. 3 kann in analoger Weise auch das Potential der Hauptelektrode 1 an die Zündhilfselektrode 3 herangeführt werden.
  • Wie bereits erläutert, kann die Distanz der beiden Hauptelektroden ohne Beeinflussung der Ansprechspannung durch den Einsatz entsprechend leitfähiger Materialien 10 verlängert werden. Die Größe des leitfähigen, hartgasabgebenden Teiles 10 wird bevorzugt größer gewählt als die Abmessungen der Trennstrecke e1.
  • Bekanntermaßen belastet auch die Restspannung eines Ableiters, welche erst nach dem Ansprechen des Ableiters und somit bei Stromfluss über den Ableiter auftritt, nachgeschaltete Geräte. Dies ist insbesondere bei der neuen Generation von Überspannungsableitern von Bedeutung, da diese, wie bereits eingangs erläutert, ohne zusätzliche Entkopplung die nachgeordneten Geräte bei einem insgesamt niedrigen Schutzpegel schützen soll.
  • Die Höhe der Restspannung bei der Funkenstreckenanordnung entsprechend den Fig. 1 und 2 kann in drei Bereiche klassifiziert werden. Ein erster Zeitbereich beginnt quasi nach dem Ansprechen des spannungsschaltenden Elements und dem Überschlag der Trennstrecke e2. Es fließt ein Strom über das spannungsschaltende Element 4, die Impedanz 3 und das elektrisch leitende Teil 3 (Fig. 2).
    Die Impedanz all dieser Elemente bestimmt den Spannungsabfall über den Ableiter. Wird die, durch die Vorionisation herabgesetzte Festigkeit der Strecke e1 überschritten, erfolgt ein Überschlag zwischen der Hauptelektrode 1 und dem Teil 10. Hierdurch erfolgt eine Entlastung des Zündkreises und es reduziert sich die Restspannung um den Spannungsabfall über den Zündkreis. Nun wird die Restspannung im wesentlichen durch das Teil 10 bestimmt. Mit fortschreitender Ionisation zwischen den beiden Hauptelektroden 1 und 2 und dem Wandern des Lichtbogens am Teil 10 entlang, erfolgt der Überschlag zwischen den Hauptelektroden 1 und 2. Zu diesem Zeitpunkt wird die Restspannung durch den Lichtbogen zwischen den Hauptelektroden bestimmt.
  • Selbstverständlich kann auch der erste Lichtbogenüberschlag über das Teil 10 erfolgen und anschließend erst der Überschlag der Trennstrecke e1. Dies ist erfindungsgemäß durch eine entsprechende geometrische Gestaltung vermeidbar. Auf diesem Wege ist verhindert, dass die Belastung des Zündkreises steigt.
  • Da der Prozess bis zum Überschlag zwischen den beiden Hauptelektroden eine gewisse Zeitdauer erfordert, steigt die Restspannung während dieses Zeitraums in Abhängigkeit der aktuell wirksamen Impedanz und des Impulsstroms an. Bei hohen Spannungssteilheiten bzw. Stoßströmen kann die Restspannung daher unter Umständen zu hohe Werte annehmen, wodurch eine Gefährdung bzw. sogar eine Überlastung der nachgeschalteten Elemente auftreten kann.
  • Erfindungsgemäß wird dem leitfähigen, hartgasabgebenden Teil 10 zusätzlich die Aufgabe einer effektiven Restspannungsbegrenzung übertragen. Hierfür ist gemäß Ausführungsbeispiel eine bestimmte Bemessung des Widerstands des Teiles 10 erforderlich.
    Eine zielgerichtete Beeinflussung des Verlaufs und der Höhe der Restspannung kann im übrigen durch die geometrische neben der elektrischen Gestaltung des Teiles 10 erfolgen. Wird der Widerstand des Teiles 10 im Verhältnis zur Impedanz 3a relativ hochohmig gewählt, steigt die Restspannung auch nach dem Überschlag der Trennstrecke e1 weiter an. Es würde also insbesondere bei großen Abmessungen (Länge) des Teiles 10 (größere Zündverzugszeit) die Gefahr einer zu hohen Restspannung bei großen Impulsströmen bestehen. Wird der Widerstand des Teiles 10 hingegen gegenüber der Impedanz 3a niedrig gewählt, kann der Anstieg der Restspannung nach dem Überschlag der Trennstrecke e1 reduziert werden, wodurch die Gefahr einer zu hohen Restspannung deutlich reduzierbar ist.
  • Der effektive wirksame Widerstand des Teiles 10 kann durch das Material, die Geometrie des Teiles und die jeweilige Kontaktfläche des Teiles 10 an der Elektrode 2 beeinflusst werden. Ebenso wirksam ist jedoch auch die Gestaltung des Übergangsbereichs zwischen dem Teil 10 und der Zündhilfselektrode 10 sowie die Positionierung der Hauptelektrode 1. Wird die Zündhilfselektrode 3 z. B. mit einem größeren Innendurchmesser als das Teil 10 ausgeführt, ist sie gegenüber diem Teil als quasi zurückgesetzt, ergibt sich eine praktisch größere Kontaktfläche am Teil 10 für den Funken zwischen der Hauptelektrode 1 und dem Teil 10 selbst, wodurch sich ein geringerer wirksamer Widerstand des Teiles 10 einstellt.
    Ist die Zündhilfselektrode praktisch einstehend in den Lichtbogen-Brennraum, erhöht sich der Widerstand. Es können auch in Richtung der Achsen analog wirkende Maßnahmen der geometrischen Gestaltung durchgeführt werden.
  • Zu beachten ist bei der Beeinflussung der Restspannung auch, dass das Material des Teiles 10 durch die Übernahme eines bedeutenden Stromanteils von bis zu mehreren kA bei Impulsstrombelastung eine entsprechende elektrische und thermische Belastung erfährt und dafür entsprechend auszulegen ist. Eine thermische Vorbelastung des Teiles 10 während der Zündphase ist allerdings auch positiv zu sehen, da insbesondere POM-Materialien bei höherer Temperatur das Hartgas beschleunigt freisetzen. Dies führt zu einem insgesamt besseren Löschverhalten bei möglichen Folgeströmen, welche selbstverständlich auch partiell über das Material des Teiles 10 fließen und dieses elektrisch und thermisch belasten.
  • Die Höhe des Widerstands des Teiles 10 z.B. als Hohlzylinder mit einem Au-ßendurchmesser von 18 mm, einem Innendurchmesser von 4 mm bei einer Höhe von 5 mm kann praktisch zwischen mehreren hundert kΩ und Werten bis ca. 1 Ω variiert werden, ohne dass sich negative Auswirkungen hinsichtlich des Löschvermögens der Funkenstrecke und der Materialauswahl ergeben. Die maximale Begrenzung der Restspannung ergibt sich, wie erläutert, bei niedrigsten Widerstandswerten.
  • Ein beliebiges Reduzieren ist jedoch nicht möglich, da ab bestimmten Werten sich die Gesamteigenschaften der Funkenstrecke nicht vorteilhaft verändern. Prinzipiell können drei Dimensionierungsbereiche für den mittleren Wert des Widerstands des leitfähigen, gasabgebenden Teiles 10 festgehalten werden:
    • ZTeil 10 > Mittelwert des Widerstands des Lichtbogens bei Impuls- und Folgeströmen
    • Mittelwert des Widerstands des Lichtbogens bei Impulströmen < ZTeil 10 < Mittelwert des Widerstands des Folgestrom-Lichtbogens
    • ZTeil 10 < Mittelwert des Widerstands des Lichtbogens bei Impuls- und Folgeströmen.
  • Der Widerstandswert des Teiles 10 einer Funkenstrecke gemäß den Fig. 2 oder 3 erlangt jedoch nicht nur bei der Restspannung eine besondere Bedeutung, sondern auch durch seine Wirkung bei der Folgestromlöschung. Das Teil 10 befindet sich bei den beschriebenen Anordnungen grundsätzlich parallel zum Lichtbogen oder zumindest zu Abschnitten des Lichtbogens. Dies gilt für alle Belastungen, bei denen die Funkenstrecke zwischen den Hauptelektrode 1 und 2 gezündet wird. Das Teil 10 übernimmt sowohl während der Belastung mit Stoßströmen als auch bei der Belastung mit Folgeströmen immer einen Anteil des Gesamtstroms. Die Höhe dieses Anteils ist abhängig von der Höhe des Widerstandswerts des Teiles 10 und des Quasi-Widerstands des Lichtbogens.
  • Bekanntermaßen ist die Strom-Spannungs-Kennlinie eines Lichtbogens nicht linear, sondern von zahlreichen Faktoren, u.a. der Zusammensetzung des Gases, Druck, Temperatur und so weiter abhängig. Diese Größen werden in einer realen Funkenstrecke u.a. durch die Geometrie, die eingesetzten Materialien und die elektrische Belastung bestimmt. Dadurch, dass alle diese Größen selbst bei feststehender Funkenstrecken-Geometrie infolge von Alterungen stark variieren, lässt sich die exakte Lichtbogen-Kennlinie nur ungenügend voraussagen. Betrachtet man den Folgestrom-Lichtbogen bei Wechselspannung, ist jedoch ebenso bekannt, dass der Widerstand des Lichtbogens zum Zeitpunkt der Zündung und zum Zeitpunkt des Verlöschens zum Teil deutlich erhöht ist. In diesem Zeitbereich übernimmt somit der parallele Widerstand des Teiles 10 einen entsprechend höheren Stromanteil bzw. sogar den Gesamtstrom bei niedrigen Werten < 10 Ω. Dem Lichtbogen werden hierdurch selbstverständlich Ladungsträger entzogen, wodurch die Ionisation stark zurückgeht. Dies führt zu einem vorzeitigen Verlöschen des Lichtbogens. Teil 10 führt hier den Folgestrom bis zum Stromnulldurchgang.
  • Es kann der niedrige Widerstandswert des Teiles 10 auch zur Vermeidung eines Netzfolgestrom-Lichtbogens dienen. Die Netzspannung ist im Verhältnis zur treibenden Spannung des Impulstroms vergleichsweise niedrig und zudem von der Phasenlage abhängig. Unter anderem führt dies in der Praxis dazu, dass der Impulsstrom-Lichtbogen häufig nicht unmittelbar in den Netzfolgestrom-Lichtbogen übergeht, sondern dieser erst infolge der reduzierten Spannungsfestigkeit der Schaltstrecke infolge der Impulsbelastung zünden kann.
  • Der Parallelwiderstand des Teiles 10 reduziert jedoch aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit quasi die Spannungsbelastung der Schaltstrecke, wodurch die Zündung des Netzfolgestrom-Lichtbogens verhinderbar ist. In einem solchen Fall kann der Netzfolgestrom zum einen komplett verhindert werden oder es fließt zum anderen nur ein begrenzter Folgestrom über das Teil 10 bis zum Stromnulldurchgang. Bei dieser Wirkungsweise wird die Lösch- und die Zündspitze des Lichtbogens vermieden. Diese Wirkung ist ein positiver Nebeneffekt, wobei im übrigen noch keine Gefahr einer Schädigung des Teiles 10 unabhängig vom gewählten leitfähigen Material gegeben ist.
  • Entspricht der Widerstand des Teiles 10 jedoch in etwa dem Widerstand des Folgestrom-Lichtbogens, ist mit einer starken Strombelastung des Teiles 10 über die gesamte Lichtbogenphase zu rechnen. Es werden daher nur solche Materialien verwendet, die durch eine anhaltende Strom- und Temperatureinwirkung nicht geschädigt werden können. Bei Funkenstrecken, bei denen eine sehr effektive Folgestrombegrenzung erreicht werden soll, d.h. bei denen die Höhe der Lichtbogenspannung, die die Netzspannung nach spätestens einer Millisekunde erreicht, besitzt der Lichtbogenwiderstand bei Folgestrom einen Wert im wesentlichen zwischen 0,5 und 1 Ω. Wird dieser Wert vom Teil 10 unterschritten, führt dies einerseits zu einer starken Belastung des Teiles 10, jedoch kann andererseits der Lichtbogen schneller gelöscht werden oder es ist eine Zündung verhinderbar.
  • Bei der Wahl eines sehr niedrigen Widerstandswerts des Teiles 10 ist zu berücksichtigen, dass die Folgestrombegrenzung sinkt, und dass sowohl die Trennstrecke e1 und auch das spannungsschaltende Element 4 die auftretenden Folgeströme und auch den Abbrand mehrfach beherrschen müssen.
    Eine Absenkung des Widerstands des Teiles 10 bei Funkenstrecken gemäß z.B. Fig. 2 unter den im Allgemeinen deutlich geringeren Widerstand des Lichtbogens (ca. < 1/10) bei Impulsströmen, behindert eine gewünschte starke Folgestrombegrenzung unverhältnismäßig stark. Die starke Differenz zwischen dem Widerstand des Lichtbogens bei Impulsströmen und bei Folgeströmen ergibt sich bei Anordnungen entsprechend gemäß Fig. 2 u.a. aus der verzögerten Abgabe von Hartgas aus dem hierfür eingesetzten Teil 10.
  • Eine sichere Arbeitsweise und eine kaum eingeschränkte Materialauswahl für das Teil 10 ist insbesondere dann gegeben, wenn der mittlere Widerstand des Teiles 10 grundsätzlich höher als der mittlere Widerstand des Lichtbogens ist.
    Für spezielle Funkenstreckenanordnungen können jedoch auch Auslegungen sinnvoll sein, bei denen durch Absenkung des Mittelwerts des Widerstands des Teiles 10 unter den Mittelwert des Widerstands des Folgestrom-Lichtbogens ein Lichtbogen bei Folgestrom weitestgehend vermieden werden soll. Eine derartige Anordnung bedarf jedoch aufgrund der hohen elektrischen und thermischen Belastungen einer besonderer Materialauswahl und Auslegung des Teiles 10. Denkbar sind hier leitfähige Keramiken, Verbundmaterialien, Varistormaterial oder die Verwendung von PTC-Material.
  • Die Fig. 4 bis 7 zeigen weitere Ausgestaltungsvarianten der integrierten Zündhilfe in Kombination mit einer Funkenstrecke mit Folgestromlöschung nach dem Hartgasprinzip.
  • Gemäß Fig. 4 wird das spannungsschaltende Element 4 zum Schutz vor insbesondere thermischen und mechanischen Belastungen direkt in eine Ausnehmung der Hauptelektrode 1 integriert. Diese Ausnehmung kann z.B. in Form einer Bohrung in der Stromzuführung der Hauptelektrode ausgeführt sein. Diese Bohrung kann ein Innengewinde aufweisen. Mit Eindrehen einer leitfähigen Schraube kann dann das im Hohlraum befindliche spannungsschaltende Element 4 sicher mechanisch befestigt und kontaktiert werden.
  • Obwohl zeichnerisch nicht dargestellt, besteht auch die Möglichkeit, eine separate Impedanz 3a in eine entsprechende Ausnehmung in der Hauptelektrode 1 aufzunehmen, so dass auch dieses Element besser vor statischen und dynamischen mechanischen Belastungen bei der Fertigung und während des Betriebs geschützt ist.
  • Es sei noch darauf hingewiesen, dass eine Seite des spannungsschaltenden Elements 4 gegenüber der Hauptelektrode 1 isoliert wird und ein isolierter leitfähiger Anschluss- bzw. eine solche Verbindung zur Zündhilfselektrode 3 besteht.
  • Gemäß Fig. 5 wird die Zündhilfselektrode 3 quasi auf gleicher Höhe mit dem zum Lichtbogen-Brennraum reichenden Ende der Hauptelektrode 1 in den Lichtbogen-Brennraum eingebracht.
  • Dies bewirkt nach der Zündung der Hauptfunkenstrecke sehr schnell das Verlöschen des Stromes im Zündkreis, da dieser praktisch nicht mehr einer Potentialdifferenz ausgesetzt wird. Die Zündhilfselektrode 3 wird somit vor einem direkten Lichtbogen-Fußabbrand geschützt.
  • Fig. 6 zeigt eine Darstellung, bei der die Zündhilfselektrode 3 seitlich versetzt vom Lichtbogen-Brennraum angeordnet ist, wodurch sich ebenfalls eine besondere geschützte Ausführungsform der Elektrode 3 einstellt.
  • Nach der Darstellung gemäß Fig. 7 besteht die Möglichkeit, ein, auch ergänzendes, spannungsschaltendes Element 4 außerhalb der druckfesten Kapselung 5 der Funkenstrecke anzuordnen.
    Dies erlaubt es, die Ansprechspannung des Ableiters unabhängig von der Funkenstrecke auch noch nach dem Einbau in die Anwendungsumgebung frei zu wählen oder an das Anwendungsumfeld und die Einsatzbedingungen anzupassen.
  • Grundsätzlich kann die erläuterte und im Ausführungsbeispiel beschriebene Zündhilfe auch bei anderen Löschprinzipien bzw. Elektrodenanordungen angewendet werden. Bekannte Folgestrom-Löschverfahren für Niederspannungs-Ableiter neben den erläuterten Varianten ist z. B. die Nutzung von hörnerförmigen Elektroden zur Lichtbogenverlängerung, häufig in Kombination mit Löschblechanordnungen, bzw. auch die Erzeugung von hohen Drücken zur Erhöhung der Lichtbogen-Feldstärke. Ebenso ist eine Reihenschaltung von mehreren Funkenstrecken zur Vervielfachung der Elektroden-Fallspannung denkbar.
  • Der Einsatz für Anordnungen mit hörnerförmigen Elektroden bedarf keiner näheren Erläuterung, da sowohl eine prinzipielle Lösung entsprechend Fig. 1, aber auch Anordnungen mit einem durch elektrisch leitfähige Stoffe verlängerten Elektrodenabstand, z. B. entsprechend Fig. 2, in einer symmetrischen oder auch unsymmetrischen Anordnung in bekannter Weise mit hörnerartigen Funkenstrecken versehen werden können. Die sich ausbildenden Folgestrom-Lichtbögen können bekanntermaßen nach der Verlängerung an den Hörnern den unterschiedlichsten Löschsystemen zugeführt werden.
  • Die Realisierung einer effektiven Folgestrombegrenzung ist jedoch auch durch einen starken Druckaufbau im Inneren der Funkenstrecke möglich. Hier sei beispielsweise auf die DE 196 04 947 C1 verwiesen. Dies wird zwar auch bei der Erzeugung von Hartgas mit realisiert, kann jedoch auch als Einzelmaßnahme finden. Selbiges ist z. B. bei Funkenstrecken von Vorteil, bei denen der Aufwand, der hinsichtlich der Strömung und der Kühlung des frei werdenden Gases notwendig ist, begrenzt werden soll, bzw. auch bei Funkenstrecken, bei denen eine möglichst geringe Alterung von Interesse ist.
  • Anordnungen entsprechend der DE 196 04 947 C1 sind grundsätzlich mit einer erfindungsgemäßen Zündhilfe realisierbar. Hartgasabgebende Stoffe können teilweise bzw. vollständig durch elektrisch leitfähige Stoffe mit linearer, aber auch mit nichtlinearer Charakteristik ersetzt werden. Dies können z. B. druckfeste leitfähige Keramiken, Faserkeramiken bzw. Verbundmaterialien mit leitfähigen Bestandteilen oder aber auch z.B. Materialien mit Varistorkennlinie oder einer PTC-Kennlinie sein. Der Druckaufbau wird durch das begrenzte Innenvolumen z. B. in einem Zylinder realisiert. Bei einem partiellen Einsatz von Hartgas kann z. B. eine Sandwichlösung eingesetzt werden.
    Es ist jedoch auch möglich, eine poröse Grundstruktur, z. B. aus leitfähiger Keramik mit gasabgebenden Stoffen, z. B. POM zu füllen.
  • Ausführungsvarianten mit aktiver Triggerung zur Einbringung von Ladungsträgern in eine oder mehrere Teilfunkenstrecken für die Anwendung in Anlagen der Niederspannung zeigen die Fig. 8 bis 10.
  • Gemäß Fig. 8 ist die vorstehend erläuterte Zündhilfe auch bei einer Ausführungsform mit mehreren Teilfunkenstrecken einsetzbar und schränkt den Einsatz der allgemein bekannten Methoden zur Potentialsteuerung der Teilfunkenstrecken nicht ein.
  • Es ist jedoch zu beachten, dass Ableiter mit einer Reihenschaltung aus Teilfunkenstrecken üblicherweise auch extern angeschlossene Mittel zur Potentialsteuerung aufweisen. Dies können Impedanzen, Kapazitäten, lineare und nichtlineare Widerstände, deren Kombinationen bzw. auch zusätzliche externe Funkenstrecken, welche ebenfalls zur Potentialsteuerung eingesetzt werden, sein.
  • Unabhängig, welche Art von diskreten Elementen auch zur Potentialsteuerung eingesetzt wird, stellen diese Elemente und deren Kontaktstellen zu den einzelnen Teilfunkenstrecken einen Risikofaktor dar, da infolge sehr hoher Impulssteilheiten oder auch einer schlechten bzw. gealterten Kontaktgabe es zu partiellen oder auch vollständigen Außenüberschlägen und somit zur Zerstörung des Ableiters kommen kann. Gilt es also einen Ableiter der genannten Art sicher mit einer Zündhilfe und einem Ansprechwert < 1 kV zu zünden, so muss nicht nur die eigentliche Zündhilfe, sondern auch die Potentialsteuerung sicherer als üblich ausgeführt werden.
  • Dies kann gemäß Ausführungsbeispiel dadurch realisiert werden, dass anstelle einer Potentialsteuerung mit externen und diskreten Elementen ohnehin notwendige Bauteile so modifiziert werden, dass eine hinreichende, interne Potentialsteuerung möglich ist.
  • Hierfür werden einzelne Elektrode der Teilfunkenstrecken 20 durch Distanzhalter 21 getrennt. Das Material dieser Distanzhalter 21 kann bis auf die Strecke oder Strecken, welche mit einer Zündhilfe versehen ist, aus leitfähigem bzw. feldsteuerndem Material gefertigt werden.
    Alternativ oder zusätzlich kann eine äußere Ummantelung der eigentlichen Funkenstrecken mit einem isolierten, einseitig angeschlossenen Schirm zur Potentialverzerrung 22 verbunden werden.
  • Die Teilfunkenstrecke mit der Zündhilfe aus den Teilen 3, 3a und 4 wird so gestaltet, dass sie trotz eventuell auftretender Verschmutzungen, insbesondere durch den Abbrand der Zündelektrode, in der Lage ist, allein nach dem Ansprechen der Funkenstrecke die Belastung durch die wiederkehrende Netzspannung zu beherrschen.
    Hierzu wird der Abstand der Elektroden 22 und 23 der über die Zündhilfe triggerbaren Teilfunkenstrecke gegenüber dem Abstand der anderen Teilfunkenstrecken erhöht. Zusätzlich kann zur besseren Beherrschung der wiederkehrenden Spannung für das Material der Hauptelektroden der triggerbaren Teilfunkenstrecken ein Material mit hoher Sofortverfestigung gewählt werden. Das Material der übrigen Teilstrecken hingegen sollte über einen geringen Abbrand und eine hohe Elektrodenfallspannung verfügen.
  • Die Distanzhalter 21 können aus elektrisch leitfähigen Polymeren bzw. Keramiken bestehen. Deren Widerstandscharakteristik kann linear, aber auch nichtlinear sein.
  • Bei einer potentialsteuernden Ausführung kann das Material der Distanzhalter 21 neben bestimmten dielektrischen Eigenschaften, wodurch eine kapazitätsbehaftete Steuerung möglich ist, zusätzlich auch mit Mikrovaristoren versehen sein, wodurch sich insbesondere bei hohen Steilheiten eine bessere potentialsteuernde Wirkung ergibt. Alternativ können die einzelnen elektrisch leitfähigen Kontakthalter auch einseitig oder beidseitig mit einer dünnen Isolationsschicht bzw. einer definiert schlechten Kontaktgabe versehen oder ausgeführt sein. Dies bedingt zwar eine minimale Ansprechspannung von z. B. einigen 10 V, fördert aber durch das raschere Austreten des Lichtbogens aus dem Material und die Funkenbildung die Ionisation der Teilfunkenstrecke und somit das Zünden der gesamten Funkenstrecke.
    Selbstverständlich können die beschriebenen Maßnahmen zur Potentialsteuerung auch zur Reduzierung der Ansprechspannung der Teilfunkenstrecken 20 durch aus dem Bereich der Gasentladungsableiter bekannte Maßnahmen, z. B. dem Einsatz spezieller Gase oder Aktivierungsmaßnahmen unterstützt werden.
  • Gemäß Fig. 9 können die einzelnen Distanzhalter 21 der nicht triggerbaren Teilfunkenstrecken durch einen gemeinsamen Distanzhalter ersetzt werden. Bei einer elektrisch leitfähigen Ausführung der Distanzhalter 21 ist darauf zu achten, dass das leitfähige Material durch den fließenden Teilstrom nicht überlastet wird. Dies kann zum einen durch die Materialauswahl und zum anderen aber auch durch die geometrische Gestaltung im Sinne der Dicke und der Kontaktfläche beeinflusst werden.
  • Fig. 10 zeigt eine Gestaltungsvariante, bei der gemeinsam oder auch alternativ anwendbare Maßnahmen eingesetzt werden, um die Wahrscheinlichkeit eines unerwünschten äußeren Überschlags weiter zu verringern.
    Hierzu werden im äußeren Bereich der Elektroden zusätzliche Isolationsmaßnahmen durchgeführt. Die Elektroden der Teilfunkenstrecken können im äußeren Bereich mit Isolationsmaterial 25 versehen sein. Der Innendurchmesser des isolierten Bereichs ist größer zu wählen, als der Innendurchmesser der Distanzhalter 21. Die Distanzhalter 21 können des weiteren ebenfalls am äußeren Umfang mit einem Ring aus Isolationsmaterial 26 umgeben sein.
  • Wird mit einer Anordnung entsprechend der Fig. 8 bis 10 eine Begrenzung der Folgeströme auf Werte von wenigen hundert Ampere oder kleiner realisiert, ist anstelle der triggerbaren Teilfunkenstrecken auch der Einsatz eines leistungsfähigen Gasableiters möglich, welcher dann die Ansprechspannung der Gesamtanordnung bestimmt.

Claims (18)

  1. Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, insbesondere für Niederspannungs-Anwendungen, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden sowie mindestens eine Zündhilfselektrode, wobei im Gehäusevolumen eine Funktionsbaugruppe zum Reduzieren der Ansprechspannung der Funkenstrecke untergebracht ist, welche mit einer der Hauptelektroden und der Zündhilfselektrode in Verbindung steht, wobei die Funktionsbaugruppe zum Reduzieren der Ansprechspannung der Funkenstrecke aus einer vollständig in das druckdichte Gehäuse integrierten, außerhalb des Lichtbogen-Brennraums befindlichen Reihenschaltung eines spannungsschaltenden Elements (4), einer Impedanz (3a) und einer Trennstrecke (e2) besteht, wobei die Trennstrecke (e2) durch den Abstand der Zündhilfselektrode (3) zur nächstliegenden Hauptelektrode (2) gebildet ist, so dass beim Auftreten einer Überspannung, welche die Summe der Ansprechspannungen des Schaltelements (4) und der Trennstrecke (e2) übersteigt, ein Strom von der ersten der Hauptelektroden (1) zur zweiten Hauptelektrode (2) fließt, mit der Folge, dass der die Trennstrecke (e2) überbrückende Lichtbogen Ladungsträger zur sofortigen Ionisation der Trennstrecken zwischen den Hauptelektroden (1, 2) bereitstellt, wodurch die Spannungsfestigkeit dieser Trennstrecke verringert ist und aufgrund des mit der Stromstärke steigenden Spannungsabfalls an der Impedanz (3a) ein Überschreiten der reduzierten Spannungsfestigkeit der Trennstrecke zwischen den Hauptelektroden eintritt, wodurch das gewünschte Zünden der Funkenstrecke erfolgt, weiterhin Mittel zum Beströmen des Lichtbogens mit Hartgas vorgesehen sind und zum Erzeugen des Hartgases ein hartgasabgebendes Material mindestens Abschnitte des Lichtbogen-Brennraums umgibt, wobei das hartgasabgebende Material zusätzlich leitfähige Eigenschaften aufweist, um das Potential einer der Hauptelektroden bis an die Trennstrecke der Zündhilfselektrode heranzuführen,
    mindestens eine Druckausgleichsöffnung zur Verhinderung eines sich über die Zeit akkumulierenden Druckanstiegs vorgesehen ist, wobei
    die Druckausgleichsöffnung durch Gehäuse- oder Elektrodenmaterialien gebildet ist, welche gasdurchlässig sind.
  2. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das spannungsschaltende Element ein Gasableiter ist.
  3. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das spannungsschaltende Element eine Suppressordiode, ein Thyristor, ein Varistor und/oder eine definiert abbrandfeste Luft- oder Gleitfunkenstrecke ist.
  4. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündhilfselektrode selbst impedanzbehaftet ausgeführt ist und einen komplexen Widerstand aufweist.
  5. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich die Zündhilfselektrode partiell im Lichtbogen-Brennraum befindet oder in diesen hineinreicht.
  6. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündhilfselektrode aus einem leitfähigen Kunststoff besteht.
  7. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Impedanz aus einem Material mit nichtlinearem oder linearem Widerstandsverlauf besteht.
  8. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Impedanz aus einem leitfähigen Kunststoff oder einer leitfähigen Keramik besteht.
  9. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Impedanz diskret als Widerstand, Varistor oder Kapazität ausgeführt ist.
  10. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündhilfselektrode gegenüber den Hauptelektroden isoliert ist, wobei die Ansprechspannungen der sich zu den Hauptelektroden jeweils ergebenden Teilstrecken unterschiedlich gewählt sind.
  11. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Ansprechspannung der ersten Hauptelektrode zur Zündhilfselektrode viel größer als die Ansprechspannung der Trennstrecke (e2) ist.
  12. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Reduzierung der Ansprechspannung der Trennstrecke (e2) diese als dünne, abbrandfeste Isolierfolie, abbrandfeste Lackbeschichtung oder sonstige dünne Isolierschicht ausgebildet ist.
  13. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens Abschnitte des Gehäuses aus porösem Polymermaterial, Keramik und/oder Metall bestehen.
  14. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das leitfähige, hartgasabgebende Material während der Belastung mit Stoß- als auch mit Folgeströmen einen Teil des jeweils fließenden Gesamtstroms trägt.
  15. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Stromanteil, welcher vom leitfähigen, hartgasabgebenden Material geführt wird, über das Verhältnis des Widerstands dieses Materials zum Widerstandswert des Lichtbogens einstellbar ist.
  16. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der mittlere Wert des Widerstands des leitfähigen, hartgasabgebenden Materials größer als der durchschnittliche, mittlere Widerstandswert des Lichtbogens ist.
  17. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündhilfselektrode seitlich versetzt und/oder bezogen auf den Lichtbogen-Hauptbrennraum zurückgesetzt angeordnet ist.
  18. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein ergänzendes spannungsschaltendes Element zur nachträglichen Einstellung und/oder Anpassung der Ansprechspannung außerhalb der druckdichten Kapselung befindlich ist.
EP18150578.5A 2003-11-28 2004-09-15 Überspannungsschutzeinrichtung auf funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten gehäuse befindliche hauptelektroden Expired - Lifetime EP3331111B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10355628 2003-11-28
DE102004006988.3A DE102004006988B4 (de) 2003-11-28 2004-02-12 Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden
EP04021959.4A EP1542323B1 (de) 2003-11-28 2004-09-15 Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04021959.4A Division EP1542323B1 (de) 2003-11-28 2004-09-15 Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP3331111A1 EP3331111A1 (de) 2018-06-06
EP3331111B1 true EP3331111B1 (de) 2020-05-27

Family

ID=34625344

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04021959.4A Expired - Lifetime EP1542323B1 (de) 2003-11-28 2004-09-15 Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden
EP15172222.0A Expired - Lifetime EP2937956B1 (de) 2003-11-28 2004-09-15 Überspannungsschutzeinrichtung auf funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten gehäuse befindliche hauptelektroden
EP18150578.5A Expired - Lifetime EP3331111B1 (de) 2003-11-28 2004-09-15 Überspannungsschutzeinrichtung auf funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten gehäuse befindliche hauptelektroden

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04021959.4A Expired - Lifetime EP1542323B1 (de) 2003-11-28 2004-09-15 Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden
EP15172222.0A Expired - Lifetime EP2937956B1 (de) 2003-11-28 2004-09-15 Überspannungsschutzeinrichtung auf funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten gehäuse befindliche hauptelektroden

Country Status (5)

Country Link
EP (3) EP1542323B1 (de)
DE (1) DE102004006988B4 (de)
ES (1) ES2665694T3 (de)
PL (2) PL2937956T3 (de)
SI (1) SI2937956T1 (de)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006020129A1 (de) 2006-03-09 2007-09-13 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Gakapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, grundkonstruktiv rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke
DE102007002429B4 (de) * 2006-11-03 2016-03-24 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Gekapselter, druckfest ausgeführter blitzstromtragfähiger Überspannungsableiter mit Netzfolgestromlöschvermögen
DE102007015364B4 (de) * 2006-12-12 2016-10-20 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Überspannungsschutzeinrichtung
DE102008049471A1 (de) * 2007-10-15 2009-11-12 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Funkenstreckenanordnung für höhere Bemessungsspannungen
DE102008064794B3 (de) * 2007-10-15 2017-03-02 DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG. Funkenstreckenanordnung für höhere Bemessungsspannungen
DE102007056183B4 (de) * 2007-11-21 2020-01-30 Tdk Electronics Ag Überspannungsableiter mit thermischem Überlastschutz, Verwendung eines Überspannungsableiters und Verfahren zum Schutz eines Überspannungsableiters
DE102010017153B4 (de) 2010-05-31 2017-03-30 R.Stahl Schaltgeräte GmbH Leitungsdurchführung für eine druckfeste Kapselung, druckfeste Kapselung und Verfahren zum Herstellen einer Leitungsdurchführung
DE102011102937B4 (de) 2010-08-17 2017-03-02 DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG. Anordnung zur Zündung von Funkenstrecken
DE102011102941B4 (de) * 2011-03-18 2014-12-11 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten, in einer Stapelanordnung befindlichen Einzelfunkenstrecken
DE102012112480B4 (de) 2012-07-04 2018-10-04 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Gekapselte, blitzstromtragfähige und folgestrombegrenzende Überspannungsschutzeinrichtung mit mindestens einer Funkenstrecke
DE102012022399A1 (de) 2012-11-16 2014-05-22 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Zündkreis
DE102013216960B4 (de) 2013-08-26 2023-04-27 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Funkenstrecke mit Alterungsdetektor und Verfahren zur Messung der Alterung einer Funkenstrecke
EP3118951B1 (de) * 2014-06-03 2020-08-19 PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG Funkenstrecke mit kühl- und/oder dämpfungseinrichtung
DE102014215279A1 (de) * 2014-08-04 2016-02-04 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Schmelzsicherung für eine zu schützende Einrichtung
DE102014015612B4 (de) * 2014-10-23 2016-11-24 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Überspannungsableiter
DE102014015609B3 (de) * 2014-10-23 2016-03-10 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Überspannungsableiter
DE102017119288B4 (de) 2017-05-10 2023-03-23 Dehn Se Gekapselter Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis
DE102017126371A1 (de) * 2017-11-10 2019-05-16 Tdk Electronics Ag Triggerbare Funkenstrecke, Schaltkreis mit triggerbarer Funkenstrecke und Verfahren zur Herstellung einer triggerbaren Funkenstrecke
DE102018204027B4 (de) * 2018-03-16 2019-12-19 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Funkenstreckenanordnung mit Zündhilfe
DE102019101448B3 (de) * 2018-10-15 2020-01-23 Dehn Se + Co Kg Anordnung zur Zündung von Funkenstrecken
RU201009U1 (ru) * 2020-07-15 2020-11-23 Акционерное Общество "Центр Прикладной Физики Мгту Им. Н.Э. Баумана" Разрядник с повышенной стабильностью и длиной разряда
CN112435922A (zh) * 2020-11-11 2021-03-02 武汉大学 一种在csoi上刻蚀悬臂梁的方法
RU210126U1 (ru) * 2021-11-22 2022-03-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Управляемый вакуумный искровой разрядник с плёночными электродами
RU210127U1 (ru) * 2021-11-29 2022-03-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Компактный вакуумный искровой разрядник
DE102022110330A1 (de) * 2022-04-28 2023-11-02 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Mehrfachfunkenstrecke
EP4339989A1 (de) * 2022-09-14 2024-03-20 RIPD IP Development Ltd Elektrische schutzanordnungen und überspannungsschutzvorrichtungen

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE174502C (de) 1905-05-25 1906-09-07 Siemens Schuckertwerke Gmbh Schaltungsweise für überspannungssicherungen
US3223874A (en) 1963-12-13 1965-12-14 Gen Electric Preionizer for use in overvoltage protective devices
US3538382A (en) * 1968-01-19 1970-11-03 Gen Electric Triggered vacuum gap overvoltage protective device
GB1540844A (en) * 1977-08-02 1979-02-14 English Electric Valve Co Ltd Triggered gap discharge arrangements
DE4240138C2 (de) 1992-11-28 1995-05-24 Dehn & Soehne Blitzstromtragfähige Anordnung mit zumindest zwei in Reihe geschalteten Funkenstrecken
DE4244051C2 (de) 1992-12-28 1996-03-14 Phoenix Contact Gmbh & Co Überspannungsschutzelement
DE4402625A1 (de) 1994-01-31 1994-06-09 Voith Gmbh J M Strömungsleitvorrichtung für den Stoffauflauf einer Papiermaschine
DE19510181C1 (de) * 1995-03-21 1996-06-05 Dehn & Soehne Anordnung zur Ableitung von Überspannungen und zur Löschung des Netzfolgestromes
DE19604947C1 (de) 1996-02-10 1997-07-10 Dehn & Soehne Verfahren zur Beeinflussung des Folgestromlöschvermögens von Funkenstreckenanordnungen und Funkenstreckenanordnungen hierfür
DE19717802B4 (de) 1997-04-26 2009-09-17 Dehn + Söhne GmbH + Co KG Funkenstrecke
DE19742302A1 (de) 1997-09-25 1999-04-08 Bettermann Obo Gmbh & Co Kg Blitzstromtragfähige Funkenstrecke
DE19803636A1 (de) 1998-02-02 1999-08-05 Phoenix Contact Gmbh & Co Überspannungsschutzsystem
DE19856939A1 (de) 1998-12-10 2000-06-15 Bettermann Obo Gmbh & Co Kg Schaltungsanordnung zum Schutz von elektrischen Installationen gegen Überspannungsereignisse
DE19914313B4 (de) 1999-03-01 2005-08-18 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Überspannungsschutzsystem
DE19952004B4 (de) * 1999-08-17 2004-04-15 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Betreiben einer Überspannungsschutzeinrichtung sowie Überspannungsschutzeinrichtung mit mindestens einem Grobschutz- und einem Feinschutzelement
DE10157817B4 (de) 2000-11-29 2011-12-22 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Modulares System zum Aufbau einer Trennfunkenstrecke zur Anpassung der Trennfunkenstrecke an unterschiedliche elektrische und mechanische Anforderungen
DE10146728B4 (de) 2001-09-02 2007-01-04 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Überspannungsschutzeinrichtung
CN1552117B (zh) * 2001-09-02 2010-06-09 菲尼克斯电气公司 过电压保护装置
DE10212697A1 (de) 2001-12-17 2003-07-10 Phoenix Contact Gmbh & Co Überspannungsschutzeinrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

Also Published As

Publication number Publication date
SI2937956T1 (sl) 2018-09-28
ES2665694T3 (es) 2018-04-26
DE102004006988A1 (de) 2005-06-30
DE102004006988B4 (de) 2014-02-06
EP1542323A2 (de) 2005-06-15
EP1542323A3 (de) 2013-06-19
EP2937956B1 (de) 2018-05-09
PL1542323T3 (pl) 2018-08-31
PL2937956T3 (pl) 2018-10-31
EP3331111A1 (de) 2018-06-06
EP1542323B1 (de) 2018-01-10
EP2937956A1 (de) 2015-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3331111B1 (de) Überspannungsschutzeinrichtung auf funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten gehäuse befindliche hauptelektroden
EP2630707B1 (de) Funkenstrecke mit mehreren in reihe geschaltenen, in stapelanordnung befindlichen einzelfunkenstrecken
EP2025049B1 (de) Überstromschutzeinrichtung für den einsatz in überspannungsschutzgeräten mit zusätzlichem mechanischen auslöser, bevorzugt als schlagbolzen ausgeführt
DE102014016830A1 (de) Überspannungsschutzanordnung mit Kurzschließereinrichtung
DE20020771U1 (de) Druckfest gekapselte Funkenstreckenanordnung zum Ableiten von schädlichen Störgrößen durch Überspannung
DE102008064794B3 (de) Funkenstreckenanordnung für höhere Bemessungsspannungen
EP2212976B1 (de) Überspannungsableiter mit thermischem überlastschutz
EP1692751B1 (de) Überspannungsschutzeinrichtung
DE102007002429B4 (de) Gekapselter, druckfest ausgeführter blitzstromtragfähiger Überspannungsableiter mit Netzfolgestromlöschvermögen
DE10018012A1 (de) Druckfest gekapselte Funkenstreckenanordnung zum Ableiten von schädlichen Störgrößen durch Überspannungen
DE102014215282B3 (de) Kombiniertes Überspannungsschutzgerät mit einer integrierten Funkenstrecke
WO2003052892A1 (de) Überspannungsschutzeinrichtung
EP2188876B1 (de) Schadensbegrenzende schalteinrichtung
DE102008038486A1 (de) Überspannungsschutzeinrichtung
DE102017114383B4 (de) Überspannungsableiter
DE102007015364B4 (de) Überspannungsschutzeinrichtung
DE102014102065B4 (de) Zündelement zur Verwendung bei einem Überspannungsschutzelement, Überspannungsschutzelement und Verfahren zur Herstellung eines Zündelements
EP2074686B1 (de) Funkenstreckenanordnung für höhere bemessungsspannungen
DE102014015609B3 (de) Überspannungsableiter
EP3622595B1 (de) Gekapselter überspannungsableiter auf funkenstreckenbasis
DE102017126419A1 (de) Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen
DE10060426A1 (de) Gekapselter Überspannungsableiter mit mindestens einer Funkenstrecke
DE102014015610B4 (de) Überspannungsableiter
DE10118210A1 (de) Gekapselter Überspannungsableiter mit einer Funkenstreckenanordnung
DE10212697A1 (de) Überspannungsschutzeinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AC Divisional application: reference to earlier application

Ref document number: 1542323

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: P

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20181120

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: DEHN SE + CO KG

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20200102

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AC Divisional application: reference to earlier application

Ref document number: 1542323

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: P

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502004015866

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 1275545

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20200615

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200928

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200828

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20200924

Year of fee payment: 17

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: MP

Effective date: 20200527

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200827

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 502004015866

Country of ref document: DE

Representative=s name: PRINZ & PARTNER MBB PATENTANWAELTE RECHTSANWAE, DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502004015866

Country of ref document: DE

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

26N No opposition filed

Effective date: 20210302

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20200915

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MM

Effective date: 20200930

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200915

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200930

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200930

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200930

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200930

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200915

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200915

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 1275545

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20200915

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20200915

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502004015866

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200527

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20220401