EP4270688A1 - Mehrfachfunkenstrecke - Google Patents

Mehrfachfunkenstrecke Download PDF

Info

Publication number
EP4270688A1
EP4270688A1 EP23168963.9A EP23168963A EP4270688A1 EP 4270688 A1 EP4270688 A1 EP 4270688A1 EP 23168963 A EP23168963 A EP 23168963A EP 4270688 A1 EP4270688 A1 EP 4270688A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spark gap
individual
electrode
electrodes
voltage
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.)
Pending
Application number
EP23168963.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Meyer
Rainer Durth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP4270688A1 publication Critical patent/EP4270688A1/de
Pending 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
    • 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
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure
    • 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
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/20—Means for starting arc or facilitating ignition of 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
    • H01T15/00—Circuits specially adapted for spark gaps, e.g. ignition circuits
    • 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
    • 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
    • H01T4/02—Details
    • 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
    • H01T4/04—Housings
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a multiple spark gap for a surge protection device, with several electrodes and insulating elements arranged between the electrodes, with two opposing electrodes forming a single spark gap and the individual spark gaps being connected in series.
  • the multiple spark gap has two electrically conductive contact elements, between which the electrodes are arranged, so that the first contact element electrically contacts the first electrode and the second contact element electrically contacts the last electrode of the multiple spark gap.
  • surge protection devices are known from the prior art and are used to protect electrical devices or lines from surges that can be caused, for example, by lightning strikes or defects in technical systems. Spark gap arrangements with multiple electrodes have been used for decades in the area of overvoltage protection in electrical devices and systems.
  • spark gaps are often used, which are often referred to as stacked spark gaps due to their structure.
  • Such stacked spark gaps consist of several electrodes and several insulations, which are arranged between the individual electrodes, so that there is insulation between two electrodes, which has an opening in the middle, so that two electrodes form a single spark gap.
  • the electrodes are often designed as circular or rectangular graphite disks, between which corresponding ring-shaped or frame-like insulation is then arranged.
  • the insulation is often designed as thin insulating disks or insulating films made of plastic, for example PTFE.
  • Capacitances in particular capacitors, are often used as control elements in multiple spark gaps, with one capacitor each contacting an electrode with one connection and all capacitors being electrically conductively connected to one another and to the second connection or the second contact element of the multiple spark gap with their second connection. This results in a capacitive voltage divider that concentrates the applied voltage onto a single spark gap. Once this individual spark gap has ignited, the total voltage, reduced only by the arc voltage of the first individual spark gap, is applied to the next individual spark gap, so that the individual spark gaps switch through successively.
  • the DE 10 2011 102 864 A1 discloses a stacked spark gap with several individual spark gaps connected in series, with the individual electrodes each being arranged in an insulating body.
  • the insulating bodies each have a recess for receiving a disk-shaped electrode and a receptacle for a control element, the receptacle for the control element being connected to the recess for the electrode.
  • a control element is connected to the edge via a contact spring connected to the electrode, so that triggering of the individual electrodes of the stack spark gap can be achieved via the control elements.
  • multiple spark gaps Compared to single spark gaps, multiple spark gaps have the advantage of improved mains follow current extinguishing capacity.
  • the ability to extinguish the mains follow current increases as the number of individual spark gaps increases.
  • the response voltage of the multiple spark gap also increases.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a multiple spark gap that has both a high mains follow current extinguishing capacity and the lowest possible protection level.
  • an ignition aid for igniting the first individual spark gap which has at least one resistive ignition element and a voltage-limiting element, the ignition element being connected to the arc combustion chamber of the first individual spark gap and on one side with the first electrode and on the other side via the voltage-limiting element is electrically connected to the second contact element.
  • the multiple spark gap according to the invention is at least functionally divided into two areas.
  • the first area includes the first individual spark gap and the second area includes the remaining individual spark gaps.
  • the second area thus includes all electrodes except the first electrode, which is electrically conductively connected to the first contact element, while the first area only includes the first two electrodes.
  • the second electrode adjacent to the first electrode, which forms the first individual spark gap with the first electrode, is assigned to both the first area and the second area, since the second electrode is connected to the next electrode also forms another individual spark gap, the second individual spark gap.
  • the distance x 1 between the first electrode and the adjacent second electrode is chosen to be so large that the first individual spark gap has sufficient insulation strength for the respective system voltage. Since a correspondingly large distance x 1 between the first electrode and the adjacent second electrode, which together form the first individual spark gap, leads to a response voltage that is significantly above the standard market requirements, the multiple spark gap according to the invention also has an ignition aid for igniting the first individual spark gap on.
  • the ignition aid consists at least of a resistive ignition element and a voltage-limiting element, for example a varistor.
  • the ignition element is in electrical connection on one side with the first electrode and on the other side via the voltage-limiting element - directly or indirectly - with the second contact element.
  • the ignition element is spatially connected to the arc combustion chamber of the first individual spark gap, ie the ignition element projects into the arc combustion chamber with one end face or is arranged at the edge of the arc combustion chamber.
  • the current flow via the ignition element leads to a discharge on the surface of the ignition element, so that in the area adjacent to the ignition element Ignition area within the arc combustion chamber ionized gas is generated, which spreads in the arc combustion chamber. This leads to a reduction in the breakdown voltage of the first individual spark gaps, so that the first individual spark gap between the first electrode and the adjacent second electrode is ignited.
  • the response voltage of the multiple spark gap according to the invention is therefore determined by the response voltage of the ignition aid and not by the response voltage of the first individual spark gap, so that a sufficiently low response voltage of the multiple spark gap can be achieved despite the increased distance x 1 of the first individual spark gap.
  • a protection level of, for example, 1.5 kV can be achieved.
  • the resistive ignition element is electrically connected to the first electrode on one side and, directly or indirectly, to the second contact element on the other side via the voltage-limiting element. This means that the resistive ignition element does not have to be directly and permanently electrically connected to the second contact element via the voltage-limiting element. It is also possible for further electrical components that are part of the ignition aid to be arranged in the series connection of the ignition element and the voltage-limiting element.
  • the ignition aid also has a voltage switching element which is arranged in a series connection with the resistive ignition element and the voltage-limiting element.
  • the voltage switching element can be arranged both between the resistive ignition element and the voltage-limiting component and between the voltage-limiting element and the second contact element.
  • the response voltage of the ignition aid is then determined by the response voltage of the voltage switching element, since the ignition circuit only becomes conductive when there is an overvoltage that is greater than the response voltage of the voltage switching element.
  • Another advantage of this ignition aid is that the spark gap present on the multiple spark gap external voltage during the ignition process is already limited by the ignition circuit, i.e. the series connection of voltage switching element, voltage-limiting element and resistive ignition element, until the multiple spark gap has completely ignited. Voltage peaks during ignition are limited by the ignition circuit.
  • the voltage switching element which can be, for example, a gas arrester (GDT)
  • GDT gas arrester
  • the control circuit has capacitors as control elements, with one capacitor in each case electrically contacting an electrode of the further individual spark gaps with its first connection and the individual capacitors being electrically connected to one another and to the second contact element with their second connections.
  • these can be connected both directly and indirectly to the second contact element.
  • An indirect connection can be realized according to the aforementioned advantageous embodiments in that a voltage switching element is arranged between the common reference point of the second connections of the control elements or the capacitors and the second contact element.
  • the distance x 1 between the first electrode and the adjacent second electrode is chosen to be so large that the first individual spark gap has sufficient insulation strength for the respective system voltage.
  • the distance x 1 is preferably at least 0.5 mm, in particular between 1 mm and 2 mm.
  • Such a relatively large distance between the two electrodes of the first single spark gap would normally lead to such a high level of protection that the multiple spark gap would not meet the current requirements for surge arresters.
  • the response voltage of the multiple spark gap and thus its protection level can be significantly reduced.
  • the distances x 2 between the adjacent electrodes of the further individual spark gaps are significantly smaller than the distance x 1 .
  • the distances x 2 are a maximum of 0.2 mm, in particular between 0.05 mm and 0.15 mm.
  • the distance x 1 is therefore at least 5 times the distance x 2 .
  • the multiple spark gap according to the invention thus uses the advantage of multiple spark gaps with a plurality of individual spark gaps, namely their high mains follow current extinguishing capacity, while at the same time the disadvantage of a relatively high protection level, which would otherwise be present with such multiple spark gaps, is eliminated.
  • the individual electrodes of the multiple spark gap are preferably designed as rectangular or round thin disks made of carbon.
  • the thickness of the electrode disks is preferably less than 1 mm, in particular less than 0.75 mm, for example only approximately 0.5 mm to 0.6 mm.
  • the insulating elements between the individual electrodes of the multiple spark gap can basically consist of individual insulating disks or insulating foils, each of which is designed in the shape of a ring or frame.
  • the individual insulating elements are advantageously part of a common insulating and holding arrangement in which both the individual electrodes and the two contact elements are arranged. The insulating and holding arrangement then also ensures the secure mechanical fixation of the individual electrodes of the multiple spark gap.
  • the individual insulating elements can also each be part of an insulating and holding frame, in which case the individual insulating and holding frames are connected to one another, in particular screwed or locked together.
  • the individual insulating and holding frames can then each have a receiving opening for receiving a control element.
  • the two figures each show a schematic representation of a multiple spark gap 1 according to the invention, which has a plurality of electrodes 2 and insulating elements 3 arranged between the electrodes 2.
  • Two opposing electrodes 2 each form an individual spark gap 4, with the individual individual spark gaps 4 themselves being connected in series.
  • the first electrode 21 shown in the figures above forms, together with the adjacent second electrode 22, a first individual spark gap 41, which differs in its structure from the other individual spark gaps 4.
  • the first electrode 21 is also electrically connected to the first contact element 5, while the second contact element 6 is electrically conductively connected to the last electrode 23 of the multiple spark gap 1. All electrodes 2, 21, 22, 23 of the multiple spark gap 1 are thus arranged between the two contact elements 5, 6.
  • a control circuit 7 is also provided for controlling the ignition behavior of the multiple spark gap 1, the control circuit 7 having a plurality of control elements 8 designed as capacitors, which all electrodes 2, 22, 23 except the first electrode 21 are connected.
  • the multiple spark gap 1 has an ignition aid 9, which serves to ignite the first individual spark gap 41.
  • the ignition aid 9 has a resistive ignition element 10 and the series connection of a voltage-limiting element 11 and a voltage switching element 13.
  • a varistor in particular can be used as the voltage-limiting element 11 and a gas arrester in particular can be used as the voltage switching element 13.
  • the ignition element 10 is connected to the arc combustion chamber 12 of the first individual spark gap 41.
  • the resistive ignition element 10 is electrically connected to the first electrode 21 on one side and to the second contact element 6 on the other side via the series connection of the voltage-limiting element 11 and voltage switching element 13.
  • the multiple spark gap 1 is divided into two areas, namely a first area which includes the first individual spark gap 41 and a second area which includes the remaining individual spark gaps 4.
  • the first area also includes the ignition aid 9 with the resistive ignition element 10 projecting into the arc combustion chamber 12 of the first individual spark gap 41 and the second area includes the control circuit 7 with the individual control elements 8.
  • the distance x 1 between the first electrode 21 and the adjacent second electrode 22, which together form the first individual spark gap 41, is significantly larger than the respective distance x 2 between the other adjacent electrodes 2, 22, 23 , which form the further individual spark gaps 4.
  • the distance x 1 between the first electrode 21 and the adjacent second electrode 22 is preferably between 1 mm and 2 mm, while the distance x 2 between the other adjacent electrodes 2, 22, 23 of the further individual spark gaps 4 is preferably between 0.05 mm and is 0.15 mm.
  • the distance x 1 is therefore preferably approximately ten times as large as the distance x 2 .
  • the first single spark gap 41 and thus also the multiple spark gap 1 as a whole have a sufficiently high insulation strength.
  • the response voltage in the second area is clear due to the very small distance x 2 between the adjacent electrodes 2, 22, 23 of the further individual spark gaps 4 reduced.
  • the multiple spark gap 1 Due to the additionally designed ignition aid 9, the multiple spark gap 1 has a very low protection level while at the same time having a high mains follow current extinguishing capacity.
  • control circuit 7 has 8 capacitors as control elements. In principle, however, other control elements can also be used.
  • the first connection 14 of the individual control elements 8 is electrically connected to an electrode 2, 22, 23, while the second connections 15 of the control elements 8 are electrically connected to one another.
  • These second connections 15 of the control elements 8 are in the exemplary embodiment Fig. 1 directly electrically conductively connected to the second contact element 6.
  • the voltage switching element 13 of the ignition aid 9 is connected between the second contact element 6 and the common potential 18 of the second connections 15 of the control elements 8.
  • the control circuit 7 is therefore only electrically connected to the second contact element 6 in the case of leakage, whereby the insulation properties of the multiple spark gap 1 in the second area are significantly improved.
  • the voltage switching element 13 is electrically connected with its first connection 16 to the second contact element 6 and with its second connection 17 to both the voltage-limiting element 11 and to the common potential 18 of the second connections 15 of the control elements 8.
  • the individual insulating elements 3 are part of a common insulating and holding arrangement 19, which also serves to mechanically fix the individual electrodes.
  • the two contact elements 5, 6 are also accommodated by the insulating and holding arrangement 19, so that a relatively compact multiple spark gap 1 can be realized is. Due to the very small distances x 2 between the electrodes 2, 22, 23 forming the further individual spark gaps 4, the multiple spark gap 1 can have a plurality of electrodes 2, 22, 23, without thereby changing the dimensions of the multiple spark gap 1 between the two contact elements 5, 6 becomes too big. It is obvious to the expert that the Fig. 1 and 2 The number of electrodes 2 shown is only an example and the multiple spark gap 1 according to the invention is in no way limited to the number of electrodes 2 shown.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Mehrfachfunkenstrecke (1) für ein Überspannungsschutzgerät, mit mehreren Elektroden (2) und zwischen den Elektroden (2) angeordneten Isolierelementen (3), wobei jeweils zwei einander gegenüberliegende Elektroden (2) eine Einzelfunkenstrecke (4, 41) bilden und die Einzelfunkenstrecken (4, 41) in Reihe geschalteten sind, mit zwei elektrisch leitenden Kontaktelementen (5, 6), zwischen denen die Elektroden (2) angeordnet sind, sodass das erste Kontaktelement (5) die erste Elektrode (21) und das zweite Kontaktelement (6) die letzte Elektrode (23) der Mehrfachfunkenstrecke (1) elektrisch kontaktiert, und mit einer Steuerschaltung (7) zur Steuerung des Zündverhaltens der Mehrfachfunkenstrecke (1), wobei die Steuerschaltung (7) mehrere Steuerelemente (8) aufweist, die mit den einzelnen Elektroden (2, 22, 23), außer der ersten Elektrode (21), verbunden sind.Die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke (1) weist dadurch sowohl ein hohes Netzfolgestromlöschvermögen als auch einen relativ niedrigen Schutzpegel auf, der Abstand x<sub>1</sub> zwischen der ersten Elektrode (21) und der benachbarten zweiten Elektrode (22), die zusammen die erste Einzelfunkenstrecke (41) bilden, größer ist als die jeweiligen Abstände x<sub>2</sub> zwischen den anderen benachbarten Elektroden (2, 22, 23), die die weiteren Einzelfunkenstrecken (4) bilden, und dass eine Zündhilfe (9) zur Zündung der ersten Einzelfunkenstrecke (41) vorgesehen ist, die zumindest ein resistives Zündelement (10) und ein spannungsbegrenzendes Element (11) aufweist, wobei das Zündelement (10) mit dem Lichtbogenbrennraum (12) der ersten Einzelfunkenstrecke (41) in Verbindung steht und auf der einen Seite mit der ersten Elektrode (21) und auf der anderen Seite über das spannungsbegrenzende Element (11) mit dem zweiten Kontaktelement (6) elektrisch verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mehrfachfunkenstrecke für ein Überspannungsschutzgerät, mit mehreren Elektroden und zwischen den Elektroden angeordneten Isolierelementen, wobei jeweils zwei einander gegenüberliegende Elektroden eine Einzelfunkenstrecke bilden und die Einzelfunkenstrecken in Reihe geschalteten sind. Zum elektrischen Anschluss weist die Mehrfachfunkenstrecke zwei elektrisch leitenden Kontaktelementen auf, zwischen denen die Elektroden angeordnet sind, sodass das erste Kontaktelement die erste Elektrode und das zweite Kontaktelement die letzte Elektrode der Mehrfachfunkenstrecke elektrisch kontaktiert.
  • Überspannungsschutzgeräte sind in einer Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannt und dienen zum Schutz von elektrischen Geräten oder Leitungen vor Überspannungen, die beispielsweise durch Blitzeinschläge oder Defekte in technischen Anlagen verursacht werden können. Dabei werden Funkenstreckenanordnung mit mehreren Elektroden seit Jahrzehnten im Bereich des Überspannungsschutzes von elektrischen Geräten und Anlagen eingesetzt.
  • Zur Ableitung von hohen Überspannungen bei gleichzeitiger Gewährleistung eines hohen Netzfolgestrom-Löschvermögens werden häufig Mehrfachfunkenstrecken eingesetzt, die aufgrund ihres Aufbaus häufig auch als Stapelfunkenstrecken bezeichnet werden. Derartige Stapelfunkenstrecken bestehen aus mehreren Elektroden und mehreren Isolierungen, die zwischen den einzelnen Elektroden angeordnet sind, sodass sich jeweils zwischen zwei Elektroden eine Isolierung befindet, die in der Mitte eine Öffnung aufweist, sodass zwei Elektroden eine Einzelfunkenstrecke bilden. Die Elektroden sind dabei häufig als kreisförmige oder rechteckförmige Graphitscheiben ausgebildet, zwischen denen dann entsprechend ringförmige oder rahmenartige Isolierungen angeordnet sind. Die Isolierungen sind dabei häufig als dünne Isolierscheiben oder Isolierfolien aus Kunststoff, beispielsweise PTFE ausgebildet.
  • Zur Beeinflussung des Zündverhaltens einer Mehrfachfunkenstrecke ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Steuerschaltungen vorzusehen, die mehrere passive Steuerelemente aufweisen. So offenbart die DE 197 42 302 A1 eine Mehrfachfunkenstrecke, die aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Einzelfunkenstrecken besteht, wobei die Einzelfunkenstrecken, mit Ausnahme der im Ableitfall ersten ansprechenden Einzelfunkenstrecke, durch ein abgestuftes Netz von Widerständen beschaltet sind, sodass die Einzelfunkenstrecken sukzessive durchschalten. Jeder Einzelfunkenstrecke ist dabei ein Widerstand parallel geschaltet und die Widerstände aller Einzelfunkenstrecken sind zueinander in Reihe an Erde geschaltet. Damit die Ansprechspannung der Mehrfachfunkenstrecke einen maximalen Wert von beispielsweise 4 kV nicht überschreitet, soll dabei der Abstand zwischen den beiden Elektroden der ersten Einzelfunkenstrecke entsprechend gering gewählt werden.
  • Häufig werden als Steuerelemente bei Mehrfachfunkenstrecken auch Kapazitäten verwendet, insbesondere Kondensatoren, wobei je ein Kondensator mit einem Anschluss eine Elektrode kontaktiert und alle Kondensatoren mit ihrem zweiten Anschluss elektrisch leitend miteinander und mit dem zweiten Anschluss bzw. dem zweiten Kontaktelement der Mehrfachfunkenstrecke verbunden sind. Dadurch ergibt sich jeweils ein kapazitiver Spannungsteiler, der die anliegende Spannung auf eine Einzelfunkenstrecke konzentriert. Hat diese Einzelfunkenstrecke gezündet, so liegt die Gesamtspannung, lediglich um die Bogenbrennspannung der ersten Einzelfunkenstrecke reduziert, an der nächsten Einzelfunkenstrecke an, sodass die Einzelfunkenstrecken sukzessive durchschalten.
  • Aus der Praxis sind unterschiedliche Varianten bekannt, wie die einzelnen Elektroden und die einzelnen Isolierungen zu einer Mehrfachfunkenstrecke verbunden werden können. Häufig werden dazu großflächige Kontaktplatten als Kontaktelemente verwendet, die die Stirnseiten der Mehrfachfunkenstrecke bilden und über mehrere Führungsstangen in axialer Richtung durch Verschrauben miteinander verspannt sind, sodass die einzelnen Elektroden und die einzelnen Isolierungen in ihrer stapelförmigen Anordnung zwischen den Kontaktplatten geklemmt sind. Wenn die zwischen den Kontaktplatten angeordneten Führungsstangen außen an den einzelnen Elektroden vorbeigeführt sind, führt dies dazu, dass der benötigte Bauraum relativ groß ist.
  • Die DE 10 2011 102 864 A1 offenbart eine Stapelfunkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten Einzelfunkenstrecken, wobei die einzelnen Elektroden jeweils in einem Isolierkörper angeordnet sind. Die Isolierkörper weisen jeweils eine Ausnehmung zur Aufnahme einer scheibenförmigen Elektrode und eine Aufnahme für ein Steuerungselement auf, wobei die Aufnahme für das Steuerungselement mit der Ausnehmung für die Elektrode verbundene ist. Ein Steuerungselement ist dabei über eine Kontaktfeder mit dem Rand der Elektrode verbunden, sodass über die Steuerungselemente eine Triggerung der einzelnen Elektroden der Stapelfunkenstrecke erreicht werden kann.
  • Mehrfachfunkenstrecken weisen gegenüber Einzelfunkenstrecken den Vorteil eines verbesserten Netzfolgestromlöschvermögens auf. Die Fähigkeit, den Netzfolgestrom zu löschen, erhöht sich dabei mit zunehmender Anzahl der Einzelfunkenstrecken. Gleichzeitig erhöht sich mit zunehmender Anzahl an Einzelfunkenstrecken jedoch auch Ansprechspannung der Mehrfachfunkenstrecke. Mehrfachfunkenstrecken, die sich aus vielen Einzelfunkenstrecken zusammensetzten, haben daher zwar ein hohes Netzfolgestromlöschvermögen, weisen aber gleichzeitig auch einen für Niederspannungsanwendungen in der Regel zu hohen Schutzpegel auf.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mehrfachfunkenstrecke anzugeben, die sowohl ein hohes Netzfolgestromlöschvermögen als auch einen möglichst niedrigen Schutzpegel aufweist.
  • Diese Aufgabe ist bei der eingangs beschriebenen Mehrfachfunkenstrecke mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist der Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode und der benachbarten zweiten Elektrode, die zusammen die erste Einzelfunkenstrecke bilden, größer, als die jeweiligen Abstände x2 zwischen den anderen benachbarten Elektroden, die die weiteren Einzelfunkenstrecken bilden. Außerdem ist eine Zündhilfe zur Zündung der ersten Einzelfunkenstrecke vorgesehen, die zumindest ein resistives Zündelement und ein spannungsbegrenzendes Element aufweist, wobei das Zündelement mit dem Lichtbogenbrennraum der ersten Einzelfunkenstrecke in Verbindung steht und auf der einen Seite mit der ersten Elektrode und auf der anderen Seite über das spannungsbegrenzende Element mit dem zweiten Kontaktelement elektrisch verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke ist zumindest funktional in zwei Bereiche aufgeteilt. Der erste Bereich umfasst die erste Einzelfunkenstrecke und der zweite Bereich die übrigen Einzelfunkenstrecken. Damit umfasst der zweite Bereich alle Elektroden außer der ersten Elektrode, die mit dem ersten Kontaktelement elektrisch leitend verbunden ist, während der erste Bereich nur die beiden ersten Elektroden umfasst. Die zur ersten Elektrode benachbarte zweite Elektrode, die mit der ersten Elektrode die erste Einzelfunkenstrecke bildet, ist dabei sowohl dem ersten Bereich als auch dem zweiten Bereich zugeordnet, da die zweite Elektrode mit der nächsten Elektrode auch eine weitere Einzelfunkenstrecke, die zweite Einzelfunkenstrecke, bildet.
  • Die Reduzierung der jeweiligen Abstände x2 zwischen den benachbarten Elektroden, die die weiteren Einzelfunkenstrecken bilden, im Vergleich zu den Abständen üblicher Einzelfunkenstrecken, führt zu einer Reduzierung der Ansprechspannung in diesem Bereich. Dies ist zwar vorteilhaft hinsichtlich des gewollten möglichst niedrigen Schutzpegels der Mehrfachfunkenstrecke, führt jedoch gleichzeitig zu einer ungewollten Reduzierung der Isolationsfestigkeit in diesem Bereich, insbesondere im Laufe des Betriebs, wenn es nach dem Zünden der Mehrfachfunkenstrecke zu Verschmutzungen an den jeweiligen Isolationsstrecken kommt.
  • Um zu gewährleisten, dass die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke dennoch eine ausreichend hohe Isolationsfestigkeit aufweist, wird der Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode und der benachbarten zweiten Elektrode so groß gewählt, dass die erste Einzelfunkenstrecke eine für die jeweilige Systemspannung ausreichende Isolationsfestigkeit aufweist. Da ein entsprechend großer Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode und der benachbarten zweiten Elektrode, die zusammen die erste Einzelfunkenstrecke bilden, zu einer Ansprechspannung führt, die deutlich über den marktüblichen Anforderungen liegt, weist die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke zusätzlich noch eine Zündhilfe zur Zündung der ersten Einzelfunkenstrecke auf.
  • Die Zündhilfe besteht dabei zumindest aus einem resistiven Zündelement und einem spannungsbegrenzenden Element, beispielsweise einem Varistor. Das Zündelement steht auf der einen Seite mit der ersten Elektrode und auf der anderen Seite über das spannungsbegrenzende Element - direkt oder indirekt - mit dem zweiten Kontaktelement in elektrischer Verbindung. Außerdem steht das Zündelement mit dem Lichtbogenbrennraum der ersten Einzelfunkenstrecke räumlich in Verbindung, d. h. das Zündelement ragt mit einer Stirnseite in den Lichtbogenbrennraum hinein oder ist am Rand des Lichtbogenbrennraums angeordnet. Beim Auftreten einer Überspannung, die größer als die Ansprechspannung ist, fließt zunächst ein Strom vom zweiten Kontaktelement über das spannungsbegrenzende Element und das resistive Zündelement zur benachbarten ersten Elektrode und zum ersten Kontaktelement. Der Stromfluss über das Zündelement führt dabei zu einer Entladung an der Oberfläche des Zündelements, sodass in dem an das Zündelement angrenzenden Zündbereich innerhalb des Lichtbogenbrennraums ionisiertes Gas erzeugt wird, das sich im Lichtbogenbrennraum ausbreitet. Dies führt zu einer Reduzierung der Durchbruchspannung der ersten Einzelfunkenstrecken, sodass es zu einem Zünden der ersten Einzelfunkenstrecke zwischen der ersten Elektrode und der benachbarten zweiten Elektrode kommt.
  • Die Ansprechspannung der erfindungsgemäßen Mehrfachfunkenstrecke wird somit durch die Ansprechspannung der Zündhilfe und nicht durch die Ansprechspannung der ersten Einzelfunkenstrecke bestimmt, sodass trotz des vergrößerten Abstands x1 der ersten Einzelfunkenstrecke eine ausreichend geringe Ansprechspannung der Mehrfachfunkenstrecke erreichbar ist. Insbesondere ist es möglich, aufgrund der Ausbildung einer Mehrzahl von Einzelfunkenstrecken mit der erfindungsgemäßen Mehrfachfunkenstrecke ein hohes Netzfolgestrom-Löschvermögen und gleichzeitig einen relativ geringen Schutzpegel zu erreichen. Bei Auslegung der Mehrfachfunkenstrecke für ein 230/400 V System ist so ein Schutzpegel von beispielsweise 1,5 kV erreichbar.
  • Zuvor ist ausgeführt worden, dass das resistive Zündelement auf der einen Seite mit der ersten Elektrode und auf der anderen Seite über das spannungsbegrenzende Element, direkt oder indirekt, mit dem zweiten Kontaktelement elektrisch verbunden ist. Dies bedeutet, dass das resistive Zündelement nicht unmittelbar und dauerhaft über das spannungsbegrenzende Element elektrisch leitend mit dem zweiten Kontaktelement verbunden sein muss. Möglich ist vielmehr auch, dass in der Reihenschaltung aus Zündelement, spannungsbegrenzenden Element noch weitere elektrische Bauelemente angeordnet sind, die zur Zündhilfe gehören.
  • So weist die Zündhilfe gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung noch ein Spannungsschaltelement auf, das mit dem resistiven Zündelement und dem spannungsbegrenzenden Element in einer Reihenschaltung angeordnet ist. Das Spannungsschaltelement kann dabei sowohl zwischen dem resistiven Zündelement und dem spannungsbegrenzenden Bauelement als auch zwischen dem spannungsbegrenzenden Element und dem zweiten Kontaktelement angeordnet sein. Die Ansprechspannung der Zündhilfe wird dann durch die Ansprechspannung des Spannungsschaltelements bestimmt, da der Zündkreis erst bei einer Überspannung, die größer als die Ansprechspannung des Spannungsschaltelements ist, leitend wird. Ein weiterer Vorteil dieser Zündhilfe besteht darin, dass die an der Mehrfachfunkenstrecke anstehende äußere Spannung während des Zündvorgangs durch den Zündkreis, also die Reihenschaltung aus Spannungsschaltelement, spannungsbegrenzendem Element und resistiven Zündelement, bereits begrenzt wird, bis die Mehrfachfunkenstrecke vollständig durchgezündet hat. Dabei werden Spannungsspitzen beim Zünden durch den Zündkreis begrenzt.
  • Besonders bevorzugt ist es außerdem, wenn das Spannungsschaltelement, bei dem es sich beispielsweise um einen Gasableiter (GDT) handeln kann, derart zwischen dem zweiten Kontaktanschluss und dem spannungsbegrenzenden Element angeordnet ist, dass es gleichzeitig auch elektrisch zwischen dem zweiten Kontaktelement und der Steuerschaltung zur Steuerung des Zündverhaltens der weiteren Einzelfunkenstrecken angeordnet ist, sodass die Steuerschaltung nur im Ableitfall, wenn das Spannungsschaltelement angesprochen hat, mit dem zweiten Kontaktelement elektrisch leitend verbunden ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mehrfachfunkenstrecke weist die Steuerschaltung als Steuerelemente Kondensatoren auf, wobei jeweils ein Kondensator eine Elektrode der weiteren Einzelfunkenstrecken mit seinem ersten Anschluss elektrisch kontaktiert und die einzelnen Kondensatoren mit ihren zweiten Anschlüssen elektrisch miteinander und mit dem zweiten Kontaktelement verbunden sind. Auch hierbei gilt bezüglich der Verbindung der zweiten Anschlüsse der Steuerelemente bzw. der Kondensatoren, dass diese sowohl direkt als auch indirekt mit dem zweiten Kontaktelement verbunden sein können. Eine indirekte Verbindung ist kann gemäß den zuvor genannten vorteilhaften Ausgestaltungen dadurch realisiert sein, dass zwischen dem gemeinsamen Bezugspunkt der zweiten Anschlüsse der Steuerelemente bzw. der Kondensatoren und dem zweiten Kontaktelement ein Spannungsschaltelement angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Steuerschaltung nur im Ableitfall elektrisch leitend mit dem zweiten Kontaktelement verbunden ist, also nur dann, wenn an der Mehrfachfunkenstrecke eine Überspannung ansteht, die größer als die Ansprechspannung des Spannungsschaltelements ist. Dies führt zu einer Verbesserung der Isolationseigenschaft der Mehrfachfunkenstrecke.
  • Zuvor ist ausgeführt worden, dass zur Gewährleistung einer ausreichend hohen Isolationsfestigkeit der Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode und der benachbarten zweiten Elektrode so groß gewählt ist, dass die erste Einzelfunkenstrecke eine für die jeweilige Systemspannung ausreichende Isolationsfestigkeit aufweist. Beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Mehrfachfunkenstrecke in der Stromversorgung von Niederspannungsnetzen beträgt der Abstand x1 vorzugsweise mindestens 0,5 mm, insbesondere zwischen 1 mm und 2 mm. Ein solcher relativ großer Abstand zwischen den beiden Elektroden der ersten Einzelfunkenstrecke würde normalerweise zu einem so hohen Schutzpegel führen, dass die Mehrfachfunkenstrecke den heutzutage üblichen Anforderungen an Überspannungsschutzableiter nicht genügen würde. Aufgrund der erfindungsgemäß bei der Mehrfachfunkenstrecke eingesetzten Zündhilfe mit zumindest einem resistiven Zündelement und einem spannungsbegrenzenden Element kann jedoch die Ansprechspannung der Mehrfachfunkenstrecke und damit deren Schutzpegel entscheidend herabgesetzt werden.
  • Die Abstände x2 zwischen den benachbarten Elektroden der weiteren Einzelfunkenstrecken sind dagegen deutlich geringer als der Abstand x1. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung liegen die Abstände x2 maximal bei 0,2 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 0,15 mm. Bei der bevorzugten Dimensionierung der erfindungsgemäßen Mehrfachfunkenstrecke beträgt der Abstand x1 somit mindestens das 5-fache des Abstands x2. Auch wenn grundsätzlich die Abstände x2 zwischen den benachbarten Elektroden der weiteren Einzelfunkenstrecken voneinander abweichen können, so ist es auch aus herstellungstechnischer Sicht vorteilhaft, wenn die Abstände x2 zwischen den benachbarten Elektroden der weiteren Einzelfunkenstrecken gleich bzw. im Rahmen von üblichen Fertigungstoleranzen im Wesentlichen gleich sind.
  • Die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke nutzt somit den Vorteil von Mehrfachfunkenstrecken mit einer Mehrzahl von Einzelfunkenstrecken, nämlich deren hohes Netzfolgestromlöschvermögen, wobei gleichzeitig der ansonsten bei derartigen Mehrfachfunkenstrecken vorhandene Nachteil eines relativ hohen Schutzpegels beseitigt ist. Die einzelnen Elektroden der Mehrfachfunkenstrecke sind vorzugsweise als rechteckige oder runde dünne Scheiben aus Carbon ausgebildet. Die Dicke der Elektrodenscheiben beträgt dabei vorzugsweise weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,75 mm, beispielsweise nur ca. 0,5 mm bis 0,6 mm.
  • Die Isolierelemente zwischen den einzelnen Elektroden der Mehrfachfunkenstrecke können grundsätzlich aus einzelnen Isolierscheiben oder Isolierfolien bestehen, die jeweils ring- oder rahmenförmig ausgebildet sind. Vorteilhafterweise sind die einzelnen Isolierelemente jedoch Teil einer gemeinsamen Isolier- und Halteanordnung, in der sowohl die einzelnen Elektroden als auch die beiden Kontaktelemente angeordnet sind. Die Isolier- und Halteanordnung sorgt dann gleichzeitig auch für die sichere mechanische Fixierung der einzelnen Elektroden der Mehrfachfunkenstrecke.
  • Alternativ dazu können die einzelnen Isolierelemente auch jeweils Teil eines Isolier- und Halterahmens sein, wobei dann die einzelnen Isolier- und Halterahmen miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt oder verrastet sind. Die einzelnen Isolier- und Halterahmen können dann jeweils eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Steuerungselements aufweisen.
  • Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke weiterzubilden und auszugestalten. Dazu wird verwiesen sowohl auf die nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
    • Fig. 1
    eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Mehrfachfunkenstrecke, in Schnittdarstellung und
    Fig. 2
    eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Mehrfachfunkenstrecke, in Schnittdarstellung.
  • Die beiden Figuren zeigen jeweils eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Mehrfachfunkenstrecke 1, die mehrere Elektroden 2 und zwischen den Elektroden 2 angeordnete Isolierelemente 3 aufweist. Jeweils zwei einander gegenüberliegende Elektroden 2 bilden dabei eine Einzelfunkenstrecke 4, wobei die einzelnen Einzelfunkenstrecken 4 ihrerseits in Reihe geschaltet sind. Die in den Figuren oben dargestellte erste Elektrode 21 bildet mit der benachbarten zweiten Elektrode 22 eine erste Einzelfunkenstrecke 41, die sich in ihrem Aufbau von den anderen Einzelfunkenstrecken 4 unterscheidet. Die erste Elektrode 21 ist außerdem elektrisch mit dem ersten Kontaktelement 5 verbunden, während das zweite Kontaktelement 6 elektrisch leitend mit der letzten Elektrode 23 der Mehrfachfunkenstrecke 1 verbunden ist. Alle Elektroden 2, 21, 22, 23 der Mehrfachfunkenstrecke 1 sind somit zwischen den beiden Kontaktelementen 5, 6 angeordnet.
  • Bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen der Mehrfachfunkenstrecke 1 ist außerdem noch eine Steuerschaltung 7 zur Steuerung des Zündverhaltens der Mehrfachfunkenstrecke 1 vorgesehen, wobei die Steuerschaltung 7 mehrere als Kondensatoren ausgebildete Steuerelemente 8 aufweist, die mit allen Elektroden 2, 22, 23 außer der ersten Elektrode 21 verbunden sind. Zusätzlich weist die Mehrfachfunkenstrecke 1 eine Zündhilfe 9 auf, die der Zündung der ersten Einzelfunkenstrecke 41 dient. Die Zündhilfe 9 weist ein resistives Zündelement 10 sowie die Reihenschaltung aus einem spannungsbegrenzenden Element 11 und einen Spannungsschaltelement 13 auf. Als spannungsbegrenzendes Element 11 kann insbesondere ein Varistor und als Spannungsschaltelement 13 insbesondere ein Gasableiter verwendet werden. Das Zündelement 10 steht mit dem Lichtbogenbrennraum 12 der ersten Einzelfunkenstrecke 41 in Verbindung. Außerdem ist das resistive Zündelement 10 auf der einen Seite mit der ersten Elektrode 21 und auf der anderen Seite über die Reihenschaltung aus dem spannungsbegrenzenden Element 11 und Spannungsschaltelement 13 mit dem zweiten Kontaktelement 6 elektrisch verbunden.
  • Die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke 1 ist in zwei Bereiche aufgeteilt, nämlich einen ersten Bereich, der die erste Einzelfunkenstrecke 41 umfasst und einen zweiten Bereich, der die übrigen Einzelfunkenstrecken 4 umfasst. Zum ersten Bereich gehört darüber hinaus noch die Zündhilfe 9 mit dem in den Lichtbogenbrennraum 12 der ersten Einzelfunkenstrecke 41 hineinragenden resistiven Zündelement 10 und zum zweiten Bereich die Steuerschaltung 7 mit den einzelnen Steuerungselementen 8.
  • Wie aus beiden Figuren ersichtlich ist, ist der Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode 21 und der benachbarten zweiten Elektrode 22, die zusammen die erste Einzelfunkenstrecke 41 bilden, wesentlich größer als der jeweilige Abstand x2 zwischen den anderen benachbarten Elektroden 2, 22, 23, die die weiteren Einzelfunkenstrecken 4 bilden. Der Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode 21 und der benachbarten zweiten Elektrode 22 beträgt vorzugsweise zwischen 1 mm und 2 mm, während der Abstand x2 zwischen den anderen benachbarten Elektroden 2, 22, 23 der weiteren Einzelfunkenstrecken 4 vorzugsweise zwischen 0,05 mm und 0,15 mm beträgt. Der Abstand x1 ist somit vorzugsweise etwa zehnmal so groß wie der Abstand x2.
  • Aufgrund des relativ großen Abstands x1 zwischen der ersten Elektrode 21 und der benachbarten zweiten Elektrode 22 weist die erste Einzelfunkenstrecke 41 und damit auch die Mehrfachfunkenstrecke 1 insgesamt eine ausreichend hohe Isolationsfestigkeit auf. Gleichzeitig ist durch den sehr geringen Abstand x2 zwischen den benachbarten Elektroden 2, 22, 23 der weiteren Einzelfunkenstrecken 4 die Ansprechspannung im zweiten Bereich deutlich reduziert. Durch die zusätzlich ausgebildete Zündhilfe 9 weist die Mehrfachfunkenstrecke 1 so einen sehr geringen Schutzpegel bei gleichzeitig hohem Netzfolgestromlöschvermögen auf.
  • Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist die Steuerschaltung 7 als Steuerungselemente 8 Kondensatoren auf. Grundsätzlich können jedoch auch andere Steuerungselemente verwendet werden. Der erste Anschluss 14 der einzelnen Steuerungselemente 8 ist jeweils mit einer Elektrode 2, 22, 23 elektrisch leitend verbunden, während die zweiten Anschlüsse 15 der Steuerungselemente 8 elektrisch miteinander verbunden sind. Diese zweiten Anschlüsse 15 der Steuerungselemente 8 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 direkt elektrisch leitend mit dem zweiten Kontaktelement 6 verbunden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist dagegen zwischen dem zweiten Kontaktelement 6 und dem gemeinsamen Potential 18 der zweiten Anschlüsse 15 der Steuerelemente 8 das Spannungsschaltelement 13 der Zündhilfe 9 geschaltet. Dies führte dazu, dass die Steuerschaltung 7 bzw. die einzelnen Steuerungselemente 8 nur dann elektrisch leitend mit dem zweiten Kontaktelement 6 verbunden sind, wenn das Spannungsschaltelement 13 bereits angesprochen hat. Die Steuerschaltung 7 ist somit nur im Ableitfall elektrisch mit dem zweiten Kontaktelement 6 verbunden, wodurch die Isolationseigenschaft der Mehrfachfunkenstrecke 1 im zweiten Bereich deutlich verbessert wird.
  • Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele der Mehrfachfunkenstrecke 1 unterscheiden sich somit in der konkreten Anordnung der Zündhilfe 9 mit Bezug auf die Steuerschaltung 7. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das Spannungsschaltelement 13 mit seinem ersten Anschluss 16 mit dem zweiten Kontaktelement 6 und mit seinem zweiten Anschluss 17 sowohl mit dem spannungsbegrenzenden Element 11 als auch mit dem gemeinsamen Potenzial 18 der zweiten Anschlüsse 15 der Steuerungselemente 8 elektrisch leitend verbunden.
  • Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die einzelnen Isolierelemente 3 Teil einer gemeinsamen Isolier- und Halteanordnung 19, die gleichzeitig auch zur mechanischen Fixierung der einzelnen Elektroden dient. Zusätzlich sind von der Isolier- und Halteanordnung 19 auch die beiden Kontaktelemente 5, 6 aufgenommen, sodass eine relativ kompakte Mehrfachfunkenstrecke 1 realisierbar ist. Aufgrund der sehr geringen Abstände x2 zwischen den die weiteren Einzelfunkenstrecken 4 bildenden Elektroden 2, 22, 23 kann die Mehrfachfunkenstrecke 1 eine Mehrzahl von Elektroden 2, 22, 23 aufweisen, ohne dass dadurch die Abmessungen der Mehrfachfunkenstrecke 1 zwischen den beiden Kontaktelementen 5, 6 zu groß wird. Für den Fachmann ist dabei offensichtlich, dass die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anzahl an Elektroden 2 nur beispielhaft ist und die erfindungsgemäße Mehrfachfunkenstrecke 1 keineswegs auf die dargestellte Anzahl an Elektroden 2 beschränkt ist.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Mehrfachfunkenstrecke
    2
    Elektroden
    21
    erste Elektrode
    22
    zweite Elektrode
    23
    letzte Elektrode
    3
    Isolierelemente
    4
    Einzelfunkenstrecke
    41
    erste Einzelfunkenstrecke
    5
    Kontaktelement
    6
    Kontaktelement
    7
    Steuerschaltung
    8
    Steuerungselement
    9
    Zündhilfe
    10
    Zündelement
    11
    spannungsbegrenzendes Element
    12
    Lichtbogenbrennraum
    13
    Spannungsschaltelement
    14
    erster Anschluss Steuerungselement
    15
    zweiter Anschluss Steuerungselement
    16
    erster Anschluss Spannungsschaltelement
    17
    zweiter Anschluss Spannungsschaltelement
    18
    gemeinsames Potential der zweiten Anschlüsse der Steuerungselemente
    19
    Isolier- und Halteanordnung
    x1
    Abstand Elektroden erste Einzelfunkenstrecke
    x2
    Abstand Elektroden weitere Einzelfunkenstrecke

Claims (12)

  1. Mehrfachfunkenstrecke (1) für ein Überspannungsschutzgerät, mit mehreren Elektroden (2) und zwischen den Elektroden (2) angeordneten Isolierelementen (3), wobei jeweils zwei einander gegenüberliegende Elektroden (2) eine Einzelfunkenstrecke (4, 41) bilden und die Einzelfunkenstrecken (4, 41) in Reihe geschalteten sind,
    mit zwei elektrisch leitenden Kontaktelementen (5, 6), zwischen denen die Elektroden (2) angeordnet sind, sodass das erste Kontaktelement (5) die erste Elektrode (21) und das zweite Kontaktelement (6) die letzte Elektrode (23) der Mehrfachfunkenstrecke (1) elektrisch kontaktiert, und
    mit einer Steuerschaltung (7) zur Steuerung des Zündverhaltens der Mehrfachfunkenstrecke (1), wobei die Steuerschaltung (7) mehrere Steuerelemente (8) aufweist, die mit den einzelnen Elektroden (2, 22, 23), außer der ersten Elektrode (21), verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode (21) und der benachbarten zweiten Elektrode (22), die zusammen die erste Einzelfunkenstrecke (41) bilden, größer ist als die jeweiligen Abstände x2 zwischen den anderen benachbarten Elektroden (2, 22, 23), die die weiteren Einzelfunkenstrecken (4) bilden, und
    dass eine Zündhilfe (9) zur Zündung der ersten Einzelfunkenstrecke (41) vorgesehen ist, die zumindest ein resistives Zündelement (10) und ein spannungsbegrenzendes Element (11) aufweist,
    wobei das Zündelement (10) mit dem Lichtbogenbrennraum (12) der ersten Einzelfunkenstrecke (41) in Verbindung steht und auf der einen Seite mit der ersten Elektrode (21) und auf der anderen Seite über das spannungsbegrenzende Element (11) mit dem zweiten Kontaktelement (6) elektrisch verbunden ist.
  2. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündhilfe (9) ein Spannungsschaltelement (13) aufweist, das mit dem resistiven Zündelement (10) und dem spannungsbegrenzenden Element (11) in einer Reihenschaltung angeordnet ist.
  3. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Steuerelement (8) eine Elektrode (2, 22, 23) der weiteren Einzelfunkenstrecken (4) mit seinem ersten Anschluss (14) elektrisch kontaktiert und dass die Steuerelemente (8) mit ihren zweiten Anschlüssen (15) elektrisch miteinander und mit dem zweiten Kontaktelement (6) verbunden sind.
  4. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsschaltelement (13) mit seinem ersten Anschluss (16) mit dem zweiten Kontaktelement (6) und mit seinem zweiten Anschluss (17) sowohl mit dem spannungsbegrenzenden Element (11) als auch mit den zweiten Anschlüssen (15) der Steuerelemente (8) elektrisch leitend verbunden ist.
  5. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode (21) und der benachbarten zweiten Elektrode (22) der ersten Einzelfunkenstrecke (41) mindestens 0,5 mm, insbesondere 1 mm bis 2 mm beträgt.
  6. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände x2 zwischen den benachbarten Elektroden (2, 22, 23) der weiteren Einzelfunkenstrecken (4) jeweils höchstens 0,2 mm, vorzugsweise 0,05 mm bis 0,15 mm beträgt.
  7. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände x2 zwischen den benachbarten Elektroden (2, 22, 23) der weiteren Einzelfunkenstrecken (4) im Wesentlichen gleich groß sind.
  8. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand x1 zwischen der ersten Elektrode (21) und der benachbarten zweiten Elektrode (22) der ersten Einzelfunkenstrecke (41) mindestens das 5-fache, vorzugsweise mindestens das 10-fache des Abstands x2 zwischen den benachbarten Elektroden (2, 22, 23) der weiteren Einzelfunkenstrecken (4) beträgt.
  9. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elektroden (2, 21, 22, 23) als dünne Scheiben aus Carbon ausgebildet sind.
  10. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierelemente (3) zwischen den einzelnen Elektroden (2, 21, 22, 23) Teil einer gemeinsamen Isolier- und Halteanordnung (19) sind, in der sowohl die einzelnen Elektroden (2, 21, 22, 23) als auch die beiden Kontaktelemente (5, 6) angeordnet sind.
  11. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Isolierelemente (3) zwischen den einzelnen Elektroden (2, 21, 22, 23) jeweils Teil eines einzelnen Isolier- und Halterahmens sind, und dass die einzelnen Isolier- und Halterahmen miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt oder verrastet sind.
  12. Mehrfachfunkenstrecke (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Isolier- und Halterahmen jeweils eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Steuerungselements (8) aufweisen.
EP23168963.9A 2022-04-28 2023-04-20 Mehrfachfunkenstrecke Pending EP4270688A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022110330.7A DE102022110330A1 (de) 2022-04-28 2022-04-28 Mehrfachfunkenstrecke

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4270688A1 true EP4270688A1 (de) 2023-11-01

Family

ID=88150257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23168963.9A Pending EP4270688A1 (de) 2022-04-28 2023-04-20 Mehrfachfunkenstrecke

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230352916A1 (de)
EP (1) EP4270688A1 (de)
CN (1) CN116979373A (de)
DE (1) DE102022110330A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE940002C (de) * 1939-07-04 1956-03-08 Siemens Ag Funkenstreckenanordnung fuer hohe Spannungen
DE19742302A1 (de) 1997-09-25 1999-04-08 Bettermann Obo Gmbh & Co Kg Blitzstromtragfähige Funkenstrecke
EP1353422A1 (de) * 2002-04-11 2003-10-15 OBO Bettermann GmbH & Co. KG. Funkenstrecke
EP1542323A2 (de) * 2003-11-28 2005-06-15 Dehn + Söhne Gmbh + Co Kg Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden
DE102011102864A1 (de) 2010-10-22 2012-04-26 Dehn + Söhne GmbH Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten, in Stapelanordnung befindlichen Einzelfunkenstrecken
EP2953216A2 (de) * 2014-06-03 2015-12-09 PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG Funkenstrecke mit kühl- und/oder dämpfungseinrichtung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE940002C (de) * 1939-07-04 1956-03-08 Siemens Ag Funkenstreckenanordnung fuer hohe Spannungen
DE19742302A1 (de) 1997-09-25 1999-04-08 Bettermann Obo Gmbh & Co Kg Blitzstromtragfähige Funkenstrecke
EP1353422A1 (de) * 2002-04-11 2003-10-15 OBO Bettermann GmbH & Co. KG. Funkenstrecke
EP1542323A2 (de) * 2003-11-28 2005-06-15 Dehn + Söhne Gmbh + Co Kg Überspannungsschutzeinrichtung auf Funkenstreckenbasis, umfassend mindestens zwei in einem druckdichten Gehäuse befindliche Hauptelektroden
DE102011102864A1 (de) 2010-10-22 2012-04-26 Dehn + Söhne GmbH Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten, in Stapelanordnung befindlichen Einzelfunkenstrecken
EP2953216A2 (de) * 2014-06-03 2015-12-09 PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG Funkenstrecke mit kühl- und/oder dämpfungseinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022110330A1 (de) 2023-11-02
US20230352916A1 (en) 2023-11-02
CN116979373A (zh) 2023-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1566868B1 (de) Überspannungsschutzelement und Zündelement für ein Überspannungsschutzelement
EP3807920A1 (de) Vakuumschaltröhre und hochspannungsschaltanordnung
EP2920855A1 (de) Zündkreis
DE19856939A1 (de) Schaltungsanordnung zum Schutz von elektrischen Installationen gegen Überspannungsereignisse
EP1423894B1 (de) Überspannungsschutzeinrichtung
EP1692751B1 (de) Überspannungsschutzeinrichtung
EP3080881A1 (de) Reihenfunkenstrecke
DE4244051C2 (de) Überspannungsschutzelement
DE102014015611B4 (de) Überspannungsableiter
DE102008038486A1 (de) Überspannungsschutzeinrichtung
DE102008049458A1 (de) Funkenstreckenanordnung für höhere Bemessungsspannungen
EP4270688A1 (de) Mehrfachfunkenstrecke
DE4141682A1 (de) Ueberspannungsschutzelement
DE102014102065B4 (de) Zündelement zur Verwendung bei einem Überspannungsschutzelement, Überspannungsschutzelement und Verfahren zur Herstellung eines Zündelements
DE102019109543B3 (de) Mehrfach-Funkenstrecke in Stapelanordnung mit Hochspannungs-Triggerschaltung
DE102014210516C5 (de) Funkenstrecke
LU501964B1 (de) Mehrfachfunkenstrecke für ein Überspannungsschutzgerät
DE102019102196B4 (de) Überspannungsableiter
DE102019109542A1 (de) Mehrfach-Funkenstrecke in Stapelanordnung mit Multikontaktbauelement zur Kontaktierung und Triggerung
BE1026431B1 (de) Funkenstrecke mit Zündkreis und Funkenstreckenanordnung
DE102023108834A1 (de) Getriggerte Zweifachfunkenstrecke
DE102014015610B4 (de) Überspannungsableiter
DE102014104576A1 (de) Überspannungsableiter
DE102022110331A1 (de) Mehrfachfunkenstrecke für ein Überspannungsschutzgerät
DE102017119288A1 (de) Gekapselter Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis

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

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM 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: 20240430

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

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: 20240626