JP4753095B2 - 分岐して広がる２つの電極と、該電極の間で作用するスパークギャップとを備えるサージアレスタ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提項に記載されている、分岐して広がる２つの電極と、該電極の間で作用するスパークギャップと、ハウジングと、電極基点で作用するアークの誘導補助部と、アークに磁気を与える手段とを備えるサージアレスタに関する。

低電圧網では、作動中の２つの導体の間の過電圧に対する防護のために、多くの場合、自己消弧式のスパークギャップを基本とするサージアレスタが利用されている。このようなスパークギャップは、直接的な落雷があったときの防護にも利用され、したがって、高い突入電流抑止能力を備えていなくてはならない。これに加えて、高い設備利用性を求める要請があり、すなわち、過電圧が生じたときや雷の作用が生じたときでさえ、障害のない電圧供給が電力網を通じて行われるのが望ましい。このことは、可能な限り高い続流消去能力をサージアレスタに要求するとともに、さらには、電力網の過電流防止部材が作動するのを回避できるようにするために効率的な続流制限を要求する。サージアレスタの据付環境では設計形態のコンパクト化が進んでいるので、現代の機器類への据付がしやすい設計形態に加えて、応答時にイオン化したガスが周囲へ遊離するのも防ぐことが求められる。

イオン化したガスが周囲へ放出されるのを防止することは、スパークギャップでの出力変換が劇的に高まることにつながる。吐出型のスパークギャップの場合、部分的に、変換されたエネルギーの９０％以上が高温ガスの形態で周囲に放出される。期待される続流制限、およびこれと結びついた高いアーク電圧は、同じく、スパークギャップにおけるいっそう高いエネルギー変換を必要とする。従来のサージアレスタに比べて明らかに高いこのような出力変換には、高いコストのかかる設計と、いっそう高性能ないし耐燃性でコストが集中する材料とが必要である。さらに、エネルギー注入と結びついたあらゆる使用部品の老化のせいで、アレスタの主要課題、すなわち、一方では過電圧が生じたときに再現可能な応答電圧を維持するとともに、他方では正常な電力網条件のときに高絶縁性のギャップを形成するという課題の実現が難しくなる。

分岐して広がる電極をもつスパークギャップの場合、アークはその自己磁界に基づいて、発生場所から離れるように移動する傾向をもつことが従来技術から知られている。このように離れていく移動によって、セラミックまたはポリマー等からなる誘導ギャップをしばしば有する敏感な点弧領域を、少なくともある程度の時間領域にわたり、特に続流による出力変換に対して防護できることが同じく知られている。インパルス電流が生じたときの負荷の低減は、物理学的に規定されるアークの停滞時間が最大で数十μｓであることから、可能にするのが困難である。分岐して広がる電極では、弧領域の負荷を低減する効果のほか、アーク電圧の上昇による続流消去のためにアークの引き延ばしがしばしば利用される。

分岐して広がる電極と、高い雷撃電流と、高い続流消去能力とを備える今日知られているサージアレスタは、吐出型として製作されている。

このような種類のアレスタでは、イオン化した高温ガスの流出によって、隣接する設備への危害が生じる可能性がある。一例として、従来技術に関しては欧州特許出願公開第０７０６２４５Ａ２号明細書、ドイツ特許出願公開第４４０２６１５Ａ１号明細書、ドイツ特許第４４３９７３０Ｃ２号明細書、および米国特許第２，６０８，５９９号明細書を挙げておく。

吐出による周囲への危害を減らすために、ホーンギャップ型式の別の公知のサージアレスタは、アーク室に後置された１つまたは複数の室を有しており、この室内で、アレスタから吐出される前にガスの温度が低下する。このような種類の解決法は、たとえば欧州特許出願公開第０８６０９１８Ａ１号明細書や、国際公開第２００４／０１５８３０号パンフレットに開示されている。しかし、これらのアレスタにおける公知の方策は、吐出型の構成という原理を何ら変えるものではなく、発生する危害を減らすことしかできず、全面的に取り除くことはできない。特にガス圧力波の作用は、公知の方策によっては限定的にしか減らすことができない。

しばしば直列回路で用いられる中電圧領域向けの積層スパークギャップは、絶縁ウェブ室ないし消弧板室を備えている場合があるが、振幅の大きい雷電流向けには設計されておらず、今日普通に行われているトップハットレール取付用にも設計されていない。このような種類のスパークギャップは、一般に、大部分の割合が電流制限を引き受けるバリスタを備える直列回路で用いられている。直列につながれたインダクタンスの高い吹消しコイルを備えている公知の装置では、アークの運動が促進される。こうした吹消しコイルのほか、ハウジングおよび特に電極は、さほどの雷電流を制御することができない材料で製作されている。

スパークギャップにおける効果的な続流制限のためには、電源電圧の範囲内にあるアーク電圧が必要である。分岐して広がる電極を備える、低電圧領域における公知の吐出型のアレスタでは、所要のアーク電圧は、消弧板構造と、複数の部分アークへのアークの分割と、アークの引き延ばしとによって実現される。イオン化したガスの吐出のほか、公知の耐雷電流性のスパークギャップはさらに別の欠点を有している。

たとえば、アークが消弧板室へ侵入するまでに比較的長い距離を進まなくてはならず、それによって続流の開始時にアーク電圧が低くなり、そのために、続流がほぼ影響を受けることなく上昇することができ、この段階での続流制限はわずかな値しか実現されない。そのために電流が高い瞬時値に達し、ひいては、その低減に非常に高いコストがかかる。

多数個の消弧板の中への侵入、および場合により部分アークへの分割は、消弧室へ達するまでのアークの進行時間が比較的長いにもかかわらず、アーク電圧のほとんど飛躍的に近い上昇を引き起す。このことは、熱的に強い負荷を受ける領域で、たとえば以前のインパルス電流をすでに受けているアークの点弧個所で、ないしは、しばしばアークがより長く停滞する設計上のアーク進行経路の方向転換点で、しばしば続流アークの逆弧が生じることにつながる。

しかし、このような逆弧はアーク電圧の再度の崩壊につながり、そのために、いっそう長いアーク時間といっそう高い通過積分につながる。

このような公知のアレスタの吐出型の構成に基づき、アークは何度もの逆弧にかかわらず、再び消弧室まで侵入していくのが一般的である。

このように侵入していく続流消弧の機能原理は、低圧用電力回路遮断器の機能原理に大筋で相当している。同等の設計サイズと電源続流消弧能力をもつ低圧用電力回路遮断器は、今日、ほとんどのものが開いた吐出開口部を有している。こうした遮断器はスパークギャップに比べると、開口部によって、およびアーク室へのアークの即座の引き延ばしによって、アークの運動が促進されるという利点を有している。それに対して、スパークギャップの場合には距離が短いことによってもたらされる短いアークの運動性は、制約されている。

さらにスパークギャップは、高いインパルス電流で点弧が始まる場合があり、そのために、特にカプセル封じされた施工形態の場合、極端に高い圧力負荷が急激に生じて、それがアークの開始や運動にきわめて強い影響を及ぼすという欠点を有している。しかしこうして生じる圧力生成は、開閉装置における限定された電源続流に基づいて生じるものよりも急速なばかりでなく、しばしば明らかに大きい。

要約すると、今日では吐出型の実施態様が主流となっており、それにより、このような装置がカプセル封じされた場合に生じる欠点をあらかじめ回避している。カプセル封じは、基本的に性能と耐用寿命の激的な低下につながり、このような装置の全面的機能停止につながることさえある。

分岐して広がる電極を備えているアレスタあるいは電力回路遮断器がカプセル封じされている場合、特に次のような問題も生じる。

アークが点弧するときに、スパークギャップにおける圧力が上昇する。このことは、アークの停滞時間の延長と、アークの速度の低減とを引き起す。急激な圧力上昇により、カプセル封じされたハウジングの中で圧力波の反射が生じる。アークは自らの圧力波に突き当たり、押し除けられるべきガスの密度が増加する。このことは、アークの自己磁界の力が、電極に沿ってアークを移動させるのに十分でなくなるという結果につながる可能性がある。それに伴って、アークが消弧板室へ侵入するのが非常に遅くなり、もしくは消弧板室へ侵入しなくなり、そのために、迅速な続流制限を保証することができなくなる。

したがって、以上を前提とする本発明の課題は、分岐して広がる２つの電極と、該電極の間で作用するスパークギャップとを備える改良されたサージアレスタを提供することであり、提供されるべきアレスタは、カプセル封じされた状態で製作することができ、雷電流への耐性に加えて、高い続流消去能力および続流制限能力を有していなくてはならない。

本発明の課題の解決は、請求項１に記載の教示内容に基づくサージアレスタによって行われ、各従属請求項は、少なくとも好都合な実施形態および発展例を含んでいる。

それによると、アークの運動性がその点弧直後に、アークに起因する自己磁界を強めるための方策と、カプセル封じされた状態で製作されたアレスタの段階的なガス循環との組み合わせによって高められる。

そのために、電極の少なくとも一方はアーク運動を促進するために強磁性材料で裏打ちされる。さらに、電極を少なくとも部分的に取り囲むハウジングの内部にアーク室が構成されており、その室壁は強磁性材料でできているか、または室壁は強磁性材料で絶縁されるように裏打ちされる。上述した方策により、各電極の間のアークの点弧・進行領域が強磁性材料によって実質的にＵ字型に取り囲まれる。

上記の補足として、分岐して広がる電極に沿った進行挙動が、スパークギャップにおける的確かつ段階的なガス循環によって改善され、このようなガス循環は圧力反射も低減させるとともに、間隙状の室の中でのアークの案内をサポートする。

前述した方策に加えて、電流制限装置へのアークの侵入を、アーク侵入領域の構成によって改善することもできる。

具体的には、電極がアークの進行領域に切欠きを有しており、アーク運動を促進するためのガス流がこの切欠きを通ってアーク室の内部へ到達する。

アーク室壁はさらに別の切欠きを有しており、アーク運動を促進するためのガス流がこの別の切欠きを通ってアーク室の内部へ案内される。

同じく的確なガス案内のために、各電極は基点領域にそれぞれ１つの穴等の開口部を有している。この穴または開口部は各電極の内面にある溝とつながっており、この穴と溝とを介して、消イオンのためのガスをアークの点弧個所へ供給可能である。

本発明によると、アーク室の後には消イオン室が続いており、この消イオン室は、分岐して広がる電極のほうを向いた入口と、側方のスリット状の複数の出口開口部とを有している。

消イオン室の側方のスリット状の出口開口部と、アーク室の切欠きと、電極基点にある穴との間には、ガスを案内する通路が設けられている。

電極基点にある穴へと通じているこの通路にはカスケード冷却器が設けられており、または、この通路はガスを冷却するためにメアンダ状に延びている。

電極基点にある穴に到達したガスを周囲空気と混合し、それによって同じく冷却することができる。

ガス混合のために、電極基点の下側には、周囲に向って圧力補償をするようにも作用する１つまたは複数の断面積の小さい穴を有する混合室が配置されている。

電極基点にある穴は混合室の中まで達しているか、または混合室との相応の接続部を有している。

さらに電極基点の領域には、アークの運動を促進するための磁石を配置することができる。

前述したガスを案内する通路は、点弧領域およびアークの進行領域に向っての的確な流れの帰還と循環を保証するために、それぞれ相互に絶縁されるとともに別々に案内されている。

ガス流の定義された調整をするために、各通路は定まった特定の断面積を有することができる。

本発明のさらに別の実施形態では、続流が生じたときに磁界を促進して強化するために、一方の電極へと至る分路を形成する吹消しコイルが設けられていてよく、アーク進行方向で見てコイルの接続点の手前には、当該電極が高抵抗の区域または絶縁区域を有している。

アークの停滞時間を短くするとともに、アーク基点の形成ならびにアーク運動を加速できるようにするために、本発明では、すでにアークの点弧領域の近傍で自己磁界の作用が高められる。

このことは、電流を通す接点の、点弧個所にまで至るできる限り広い電流ループによって行われる。吹消しコイルまたは磁石により、あるいは電極を鉄その他の強磁性材料で裏打ちし、ないしはＵ字型に外装することにより、追加の磁界を利用することで、所望の効果をさらに強化することが可能である。

アーク運動を促進するために電極を強磁性材料で裏打ちするという提案される方策は、簡単に具体化可能であるばかりでなく、低コストに実施することができる。このとき、この材料は分岐して広がる電極と導電接続されていてよい。しかしながら絶縁された配置のほうが好都合である。このことは特にアークの基点で、すなわち直接電極で、磁界を強める。

本発明のさらに別の実施形態では、アーク進行面のすぐ後方で、またはアーク進行面の横で、耐燃性材料からなる電極に強磁性材料を組み込むことが提案される。主要なアーク進行面のすぐ横に強磁性材料が組み込まれる場合、不都合な磨耗現象を防止するために、この材料を絶縁体によって被覆することができる。一方または両方の電極に永久磁石を裏打ちないし統合することによっても、アーク基点の運動性を補完ないし強化することができる。

実験で示されたところでは、運動をサポートする磁界がアーク柱にも作用することによって、いっそう高いアーク運動性が得られる。このことは、たとえば一方の電極と、分岐して広がる両方の電極の間の放電領域全体との、提案されるＵ字型の外装によって具体化することが可能である。アークによって強磁性材料に生成される磁束線が、アークによって各電極の間で閉じられ、それにより、各電極に対する的確な力作用を生じさせる。この場合、Ｕ字型の外装を有していない一方の電極が、強磁性の裏打ちないし封入物を有していないと好都合である。そうしないと磁束線がこの材料の上方で閉じられて、そのためにアーク柱に対する作用が低減されるからである。電極へのＵ字型の被覆は、強磁性材料による裏打ちによって置き換えることができ、ないしは補完することができる。

同じく発展例として、強磁性材料は設計上の理由から中断されていてよく、または、一方の電極の裏打ちと、分岐して広がる電極と並ぶ２つのプレートとによって、ないし１つのＬ字成形材および１つのプレートとによって構成することができる。

さらに電極材料の選択によって、アークの停滞時間に好都合な影響を及ぼすことができる。たとえば、各電極がそれぞれ異なる材料ないし合金または焼結材料でできていると格別に好ましい。

表面の不均質性はいっそうプラスに作用する。このような不均質性は、材料に基づくものであってもよい。アークの進行方向に対して平行に位置するミクロ構造あるいはマクロ構造が、格別に好ましい。この方策によって惹起されるいっそう高い電界放出は、アーク基点の跳躍的な運動を促進し、それによって移動速度を高めることができる。

また、進行レールに沿った基点移動を断面形状によって促進することができ、この場合、特に進行方向のエッジがプラスに作用する。さらに進行レールは、進行方向に積層された同一材料あるいは異なる材料でできていてよく、それにより、進行方向に対して側方への移動が低減される。進行レール材料は高融点材料および低融点材料を含むことができ、または、この両者を組み合わせることができ、その結果、アーク基点が優先的に飛び移っていくエッジまたは尖端が運動方向に生じ、それにより、アーク速度が上昇して停滞時間が低減される。この場合、繊維金属、積層金属、または相応の積層品が考えられる。

上に説明した方策は、停滞しようとするアークの傾向を弱めて、その初期運動を促進する。開始段階の後、アークはできるだけ迅速に引き延ばされて消弧室に供給されるのが望ましい。しかし連続的な運動のためには、上昇した圧力や、カプセル封じされたアレスタの中で反射される圧力波が妨げになる。

分岐して広がる電極を備えるカプセル封じされたスパークギャップの場合に、効果的な電流制限を実現するために、アークをできる限り短い時間内にアーク室内へと案内し、このアーク室の中で電源電圧の瞬時値に達する程度まで、ないしはこれを上回る程度まで、アーク電圧が高められることが提案される。

アーク室としては、原則として、低圧用電力回路遮断器から知られているどのようなシステムでも利用することが可能である。これには、特に絶縁ウェブ室、消弧板室、消イオン室、メアンダ室、およびこれらの組み合わせが含まれる。このような室の作用形態は、アークの引き延ばし、冷却、および部分的に分割に依拠している。

本発明によると、上述した磁界によるアークの進行挙動の促進に加えて、障害物であるアーク室ないし消イオン室への侵入が強制される。

ただし、効果的な作用のための基本的条件は、アーク室へと向かう、およびアーク室へと入っていく、アークの運動を促進する効率的なガス循環およびガス冷却である。

そのために本発明では、機能の異なる複数の回路内でのガス循環を可能にする、設計上の方策が実施される。

アーク室からのガス流出と、アーク室へのガス帰還とは、いずれも少なくとも２つの通路を介して行われる。

高温ガスの帰還と冷却は、アーク室と並んで側方で行われるのが好ましい。冷却されたガスの帰還は、その少数の割合については、分岐して広がる電極とその基点との間のアーク点弧領域で直接行われ、この領域で消イオンをする役目を果す。

まだ高温のガスによる再点弧の危険を減らすために、この領域で供給される少ないガス量は、集中的な冷却のために追加の領域を通過する。この領域でガスは、特に熱容量の大きい金属からなる狭い通路を通るように案内される。電極ないし当該電極の強磁性の裏打ちが中実に施工されている場合、これらの通路は追加の所要スペースを要することなく、この電極ないし裏打ちに組み込むことができる。カプセル封じされたアレスタのために必要な、断面の小さい圧力補償開口部は、ガスが集中的に冷却される通路と連通するように取り付けることができる。

主循環回路を形成する、上記よりもはるかに多いガス量の帰還は、分岐して広がる電極の横に接して、またはこれと並んで、点弧個所よりも上側で、ただしアーク室ないし消イオン室への侵入領域よりも下側で、別個の通路を通じて行われる。この供給は、進行レールに沿った１つまたは複数の通路を介して行うことができる。インパルス電流が負荷される主領域の実質的に上方に位置している電極領域が、こうした供給にとって格別に好都合である。すなわちアークは、停滞時間が克服され、分岐して広がる電極に沿ってある程度の進行区間を進んだ後で初めて、この領域へ到達する。この初期領域には、自己磁界、電極の強磁性裏打ち、および場合によりガスを放出する誘導補助部によるアーク運動の促進がまだ十分に行われる。

長いあいだ続くインパルス電流があまりに早期に加速運動をするように励起されてしまい、ないしは冷却されてしまい、そのためにスパークギャップの出力変換と負荷が制限されることが、段階的なガス帰還によって回避される。すなわち、ガス循環によって実質的に続流アークだけが、消弧室への侵入前の運動に関して促進される。こうしたガス供給の方式によって、アーク柱が把握されるばかりでなく、アークの運動にとって１つの重要な要因となる両方の電極の基点領域も把握される。

アーク柱に対するガス流の作用を高めるために、消弧室に至るまでのアークの進行領域はほぼ間隙状に構成される。それにより、電流の強さがまだ比較的低いアークでも、間隙幅の規模の断面を有するようになり、それによってガスがアークに沿って隣りを流れるのではなく、できるだけ高い力作用がアークに対して及ぼされるようにすることを実現可能である。

できるだけ狭い間隙幅によって、一方では、電極に沿ったアークの進行挙動が加速される。他方では、このような進行領域の間隙形成は、インパルス電流放電の領域に比べたときに、断面積の極端な減少にはつながらない。そうでないと、すでにこの下側の進行領域で、進行挙動にマイナスの影響を与える強力な圧力反射が起こることになりかねないからである。

点弧領域におけるアーク放電空間の断面積は、実質的に、制御されるべき衝撃の所望の大きさと、電極および壁材料の耐圧性とによって規定される。

本発明の１つの実施形態では、室壁を弾性的に支承するという選択肢がある。それにより、強い圧力負荷が生じたときに室壁が側方へ動くことができる。この方策によって、同時に、側方の室壁を介して各電極が導電接続されるという危険も減少する。

本発明によると、アーク室からのガス流出は消弧室の上側で行われるだけでなく、側方の導出部を備える消弧室を通っている間にすでに段階的に行われる。これらの導出部は、消弧板室ないし消イオン室で絶縁されているので、アークが上方から作用するのを防ぐことができる。同様に、消弧室の金属板の各端部は絶縁区間によって、アークが上方から作用しないように防護される。高温のガスは消弧室から出た後、特に両側でアーク室と平行に延びている通路に入るように案内される。これらの通路でガスが冷却され、次いで減圧室へ供給され、そこから上述したようなやり方でアーク室への供給が行われる。

設けられている通路および中空スペースの表面はできる限り広いのが望ましく、壁材料は高い熱容量と熱伝導性とを備えているのがよい。したがって内壁としては、磁気偏向板ないし存在している場合には消弧室の強磁性のＵ字型の外装を用いることができ、それによってこれが同時に２つの機能を果す。

強磁性材料の有効性のいっそうの促進は、アーク領域全体をそっくりＵ字型に被覆することによって行うことができる。このような閉じた強磁性の被覆部は、アークに対して引き付ける作用を及ぼす。アークの運動を阻害するように作用する渦流を防止するために、被覆部は積層されているのが好都合である。被覆部を介してアークの短絡が起こらないようにするために、被覆部は内側が薄壁であり、耐弧性の材料によって絶縁されていなくてはならない。理想的には、この絶縁は絶縁間隙、メアンダ室、または絶縁室として施工することができる。このような施工形態は、構成に応じて、間隙領域への侵入時にアーク電圧が次第に上昇するか、ないしは急激に上昇することを保証する。さらに、絶縁材料がガス放出物質で構成されていると、追加の圧力上昇およびこれに伴うアーク電圧の即座の上昇を惹起することができる。

アーク室の消弧能力を高めるために、絶縁室へ消イオン板を追加的に取り付けるのが有意義である。しかし理想的には、部分アークの個数が少しずつしか増えないように、すなわち時間的にずれて増えるように、絶縁室は異なる高さを備えているのがよい。別案として、アークが次第に分割されるように強制するために、板の侵入スリットもそれぞれ別様に、ないしは非対称に構成することができる。

消弧室へのアークの侵入は、アークの点弧領域の直後に、ないしはきわめて短い加速区間の後で強制されるのが望ましい。そうでないと、効果的な電流制限が可能にならないからである。

ただし、侵入領域が短ければ短いほど、スパークギャップの点弧領域の領域における逆弧の危険も大きくなる。なぜなら、点弧領域の冷却や消イオンが、短い時間内で限定的にしか可能でないからである。こうした危険を減らすために、アークの加速区間の延長、ないしはアークの方向転換が可能である。この場合、アークの伝搬をアークの発生方向に対して特定の角度だけ傾けて行わせることができ、または、たとえばメアンダ室内でアークをその発生場所に対して側方へずらすこともできる。このような方策により、点弧個所に対するアークの直接的な放射作用を回避することが可能である。

磁界の増幅に関してさらに別の手段が提案される。特に、いわゆる吹消しコイルを本発明に基づいて適用することができる。直流電圧の場合、永久磁石を利用することによっても、電流の強さに依存しない均一な磁界を具体化することができる。さらに、点弧個所に至るまでの接続線の案内部は、追加の力がアークを室内へ引き付けるように構成することができる。この場合、たとえば消弧室の回りで接続線をループ状に敷設することが考えられる。

たとえば磁気偏向板を備える吹消しコイルを採用するときは、雷撃電流や設計サイズが大きいことに基づき、巻回数がかなり少なく設定されていなくてはならず、それにより、強力な磁界は電流が比較的高いときにしか生じない。しかし、こうした高い電流こそ強力に制限されるべきであるので、電流が比較的低いときでも、すでに強力な磁界を利用できるのが好ましい。

上述のような意味において、スパークギャップの点弧の結果として流れる突入電流は、吹消しコイルのない別個の引込回線を介して、ないし巻回数の少ない別個の吹消しコイル巻線を介して点弧個所へと案内され、続流は、電流が低いときにすでに強力な磁界を生起する比較的高い巻回数をもつ吹消しコイルを介して案内されることが提案される。このことは技術的には、少なくとも１つのホーンギャップないし電極への２つの電流供給部によって具体化される。そのために電極は１つの個所で導電的に遮断されるか、または高抵抗に製作される。アークが点弧されて突入電流が生じた後にアークはこの領域を飛び越え、続流は、巻回数の多い吹消しコイルないし吹消しコイルの一部を介して流れる。

電極は、突入電流の点弧領域では、耐燃性の材料で製作されている。点弧領域における電極のこの耐燃性の面の幅と高さは、それぞれ４ｍｍを下回らないのがよい。

次に、図面を援用しながら一実施例を参照して、本発明について詳しく説明する。

図１のサージアレスタは、ほぼ圧密なカプセル封じをなす外側ハウジングを有している。

このハウジングの内部に電極構造１があり、電極１ａおよび１ｂ（図２参照）はホーン形に分岐して広がっている。

電極１は、貫通する穴１４を有するとともに、内面には垂直方向の切欠き１３を有しており、これらの穴と切欠きが全体として通路を形成しており、この通路を介して、スパークギャップの内部空間における点弧個所４の消イオンをするために、ガス８を各電極の間へ供給することが可能である。

貫通する穴１４に代えて、側方ないし端面側の切欠きが電極１に設けられていてもよい。

これに加えて電極１は、アークの進行領域に側方の切欠き２を有しており、アーク運動を促進するためのガス循環７の大部分が、この切欠きを通ってスパークギャップの内部空間へ供給される。

これと同時に、またはこの代替として、側方の切欠き３を通じて、またはアーク室壁１１にある相応の貫通部ないし穴を通じて、この領域でガスの供給を行うこともできる。この室壁は、アーク運動を促進するために強磁性材料１０で裏打ちされていてよい。

ガスは、段階的に取り付けられた複数の側方の開口部を通り、いわばアーク室の構成要素となっている上側に設けられた消イオン室６を完全に通過した後に、スパークギャップの内部空間から外へ出る。

このときガスは、片側ないし両側でアーク室１１と並んで延びる１つの通路へ、ただし有利には複数の別々の通路１２へ流れ込む。

特に消イオン室６の端部領域でこの通路の数が多ければ多いほど、消イオン室６の外部で、いくつかの部分アークが一体化する危険が小さくなる。

ガスは別々の通路に入った後、これらの通路の中で冷却され、開口部２，３および部分的に１４を通ってスパークギャップの内部空間へ再び供給される。

この冷却は、既存の絶縁材料でも金属の構成部品でも行うことができる。

点弧領域の消イオンに用いられるガス８は、電極内部の通路を案内されることによっていっそう冷却される。冷却壁に沿ったメアンダ状のガスの案内部５によって、さらに追加の冷却を具体化することができる。

さらに上記に加えて、圧力補償開口部９を通じてスパークギャップに到達する周囲の空気と、ガス８とを混ぜ合わせるという選択肢もある。そのために、アレスタのほぼ下側領域には混合室がある。さらに、最低限の断面積をもつこの開口部は、スパークギャップの内部で長く持続する圧力生成、ないし累積される圧力生成を防ぐために不可欠である。

本発明の実施形態を示す図２の側面図は、主電極１ａおよび１ｂを再度図示しており、ここでは、一方の主電極（１ｂ）がアーク運動を促進するために強磁性材料１０で裏打ちされている。アーク室壁の内部ないし表面にある強磁性材料１０とともに（図１参照）、アークの点弧領域と進行領域が、両方の主電極１ａおよび１ｂの間でＵ字型に取り囲まれる。

１つの構成として、点弧個所の領域に磁石１５を取り付けることができ、それによってアークの基点運動が促進される。

アーク消弧室６（消イオン室）からのガス流出は、室の側方の開口部１７を通じ行われるだけでなく、室の上側でも行われる。

側面で外へ逃げていくガス、あるいは上面で外へ逃げていくガスは、相互に絶縁された別々の通路で案内することができる。循環を閉じるためのガスの帰還は、点弧領域で電極を通じて行われるだけでなく、アークの進行領域で開口部２を介しても行われる。

図３は、主電極１と点弧領域がすでにアーク消弧室（消イオン室）６で包囲される、本発明によるサージアレスタの端面の図を示している。

この方策により、アークが室へ侵入するまでの時間を短縮することができ、消イオン室の強磁性材料が、すでに点弧のときからアークの運動を加速させる。

これに加えて図３の図面は、Ｕ字型の強磁性の被覆部１８によって、アーク室６の全体を包囲するという可能性を示している。この被覆部およびガス循環のための貫通部は、アーク室６に対して絶縁されて配置されているのが好都合である。

図４の図面では、続流が生じたとき磁界を強めるために吹消しコイル１９が用いられる。

このコイルは、一方の主電極１へと通じる分路を形成している。インパルスが負荷されると、それぞれの主電極１の間の点弧個所４でアークが点弧される。このとき、インパルス電流は主電極１を介して直接流れ、コイル１９を介しては流れない。

インパルス放電の時間は短いので、アークはそれぞれの主電極の間の領域２０にとどまる。長く持続するインパルスの場合、ないし続流が生じた場合、アークは、それぞれの電極の間の符号３０が付されている領域にも到達する。
アークの基点は、吹消しコイル１９が接続されている電極の位置２２に到達する。この個所で電極は高抵抗であり、ないしは絶縁をするように中断されている。電流は、この個所を飛び越えた後に吹消しコイル１９を介して流れ、それによってアーク運動の促進が惹起される。

このとき吹消しコイル１９は、上記に加えて、同じくアークの進行領域をＵ字型に取り囲む、いわゆる偏向板を備えていてよい。

図４の図面では、点弧個所４の消イオンのための開口部２１は、電極の貫通する穴としてではなく、横方向の溝として施工されている。アークの走行挙動を促進するためのガス循環の開口部２は、中断個所２２よりも上側に、ただし部分的にはその下側に取り付けられていてよい。

以上を要約すれば、提案される解決法は、分岐して広がる電極を備えるスパークギャップに基づく、カプセル封じされたサージアレスタを提供することを可能にするものであり、分離された通路の中で高温のガスが段階的に電流制限装置から排出されて冷却されるように特別なガス循環が行われ、少なくともアーク走行方向でずらされて分離された開口部で、これらの通路を介してアーク室に低温ガスが供給される。点弧領域では、圧力補償開口部を通じて、引き続き低温ガスを外部から供給可能である。Ｕ字型に配置された強磁性材料は、少なくとも１つの電極の回りで自己磁界の強化を引き起し、アーク室も強磁性材料で取り囲まれていてよい。

本発明によるサージアレスタを示す端面側の断面図である。 本発明によるアレスタを示す横断面図である。 電極と点弧領域がすでにアーク消弧室によって包囲されている、アレスタの実施形態を示す端面図である。 続流が生じたときに磁界を強めるために吹消しコイルが設けられている、スパークギャップを示す側面図である。

Claims (15)

1. 分岐して広がる２つの電極と、該電極の間で作用するスパークギャップと、ハウジングと、電極基点で作用するアークの誘導補助部と、アークに磁気を与える手段とを備えるサージアレスタにおいて、
   前記電極の少なくとも一方はアーク運動を促進するために強磁性材料で裏打ちされており、前記電極を少なくとも部分的に取り囲むハウジングの内部に、互いに対向する２つの室壁及び互いに対向する前記２つの電極で囲まれることによりアーク室が構成されており、その室壁が強磁性材料でできているか、または、同様の材料で裏打ちされることにより、各電極の間のアークの点弧・走行領域が強磁性材料によって実質的にＵ字型に包囲されており、
   アークの点弧直後に、実質的にＵ字型の前記強磁性材料によってアークに起因する自己磁界を強めるとともに、カプセル封じされた状態で製作された前記アレスタの前記アーク室内に、分離された通路を介して段階的にガスを循環させることによって、アークの運動性が高められることを特徴とするサージアレスタ。
2. 前記電極はアークの進行領域に切欠きを有しており、アーク運動を促進するためのガス流が該切欠きを通って前記アーク室の内部へ到達することを特徴とする、請求項１に記載のサージアレスタ。
3. 前記アーク室壁はさらに別の切欠きを有しており、アーク運動を促進するためのガス流がこの別の切欠きを通って前記アーク室の内部へ到達することを特徴とする、請求項１または２に記載のサージアレスタ。
4. 各電極は基点にそれぞれ１つの穴およびこれと内側でつながった溝または切欠きを有しており、前記穴および前記溝を介して消イオンのためのガスをアークの点弧個所へ供給可能であることを特徴とする、前記請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のサージアレスタ。
5. 前記アーク室の後に消弧室、特に消イオン室が続いており、該消イオン室は、分岐して広がる前記電極のほうを向いた入口と、側方のスリット状の複数の出口開口部とを有していることを特徴とする、前記請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のサージアレスタ。
6. 少なくとも、前記消イオン室の側方のスリット状の出口開口部と、前記アーク室の前記切欠きと、電極基点にある前記穴との間には、ガスの案内とガスの誘導をする完全に空間を隔てる通路が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載のサージアレスタ。
7. 電極基点にある前記穴へと通じる前記通路はメアンダ状に延びていることを特徴とする、請求項６に記載のサージアレスタ。
8. 電極基点にある前記穴に到達したガスは周囲空気と混合されることを特徴とする、請求項７に記載のサージアレスタ。
9. ガス混合のために電極基点の下側には１つまたは複数の圧力補償をする断面積の小さい穴を有する混合室が配置されていることを特徴とする、請求項８に記載のサージアレスタ。
10. 電極基点にある前記穴は前記混合室の中まで達しているか、または、前記混合室との接続部を有していることを特徴とする、請求項９に記載のサージアレスタ。
11. 電極基点の領域にはアークの運動を促進するための磁石が配置されていることを特徴とする、前記請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載のサージアレスタ。
12. 前記通路は、点弧領域とアークの進行領域に向っての的確な流れの帰還を保証するために、それぞれ相互に絶縁されるとともに別々に案内されていることを特徴とする、請求項６に記載のサージアレスタ。
13. 前記通路は定義された所定の断面積を有していることを特徴とする、請求項１２に記載のサージアレスタ。
14. 前記強磁性材料は前記アーク室に対して絶縁されて配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のサージアレスタ。
15. 続流が生じたときに磁界を強めるために、一方の前記電極へと至る分路を形成する吹消しコイルが設けられており、アーク進行方向で見て前記コイルの接続点の手前には当該電極が高抵抗の区域または絶縁区域を有していることを特徴とする、前記請求項１〜１４のうちいずれか１項に記載のサージアレスタ。

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