WO2003012945A1 - Encapsulated spark-gap based surge voltage protector - Google Patents

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WO2003012945A1
WO2003012945A1 PCT/EP2002/007391 EP0207391W WO03012945A1 WO 2003012945 A1 WO2003012945 A1 WO 2003012945A1 EP 0207391 W EP0207391 W EP 0207391W WO 03012945 A1 WO03012945 A1 WO 03012945A1
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WO
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surge arrester
electrode
baffle
electrodes
arrester according
Prior art date
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PCT/EP2002/007391
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Hasse
Arnd Ehrhardt
Peter Zahlmann
Original Assignee
Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg
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Publication date
Priority claimed from DE10140950A external-priority patent/DE10140950B4/en
Application filed by Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg filed Critical Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg
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Priority to EP02751106A priority patent/EP1413027B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Definitions

  • the invention relates to an encapsulated surge arrester based on spark gaps with large, opposing, disc-shaped electrodes in a rotationally symmetrical arrangement and an arc discharge gap between the electrodes, which is at least partially enclosed by a baffle, according to the preamble of claim 1.
  • the key here is a high lightning current carrying capacity and high reliability, so that harmful touch voltages can be excluded in any case.
  • This spark gap has coaxial electrodes and these are connected from one side. loading Due to the structure and the principle of the migrating arc there, the performance of this spark gap remains limited in the case of surge currents due to the burn-off, the thermal and dynamic loads. is of no significant importance.
  • the triggerable encapsulated spark gap according to EP 0 305 077 AI is an embodiment without a ventilation opening with flat parallel main electrodes.
  • the disadvantage of the spark gap there is based on the sliding distance between the two main electrodes, the length of which corresponds to the distance between the electrodes themselves. In the event of a high current load, this sliding path is loaded by the deposition of decomposition and erosion products, which can lead to a reduction in the insulation capacity or to a short circuit.
  • an object of the invention to provide an encapsulated surge arrester based on spark gaps, in particular for use as an N / PE spark gap, which, with small dimensions and simple construction, has a high surge current discharge capacity and can be executed in a triggerable manner so that it is already in the factory different overvoltage protection levels from e.g. 1.5, 4 or 6 kV can be set without significant changes to the spark gap being necessary. Furthermore, it should be ensured that deposits due to decomposition products occur in areas which are of secondary importance for the insulation ability and thus the long-term stability of the spark gap.
  • the object of the invention is achieved with an encapsulated surge arrester based on spark gaps with large, opposing, disc-shaped electrodes according to the features of claim 1, the subclaims representing at least useful refinements and developments.
  • the design of the two main electrodes as an air spark gap ensures a high strength of the arrangement with so-called TOV loads and with long-term currents. Due to the possibility of triggering, different response voltages can be preset in the factory via an internal or external circuit.
  • the electrodes have large-area and thus erosion-resistant arc areas, with the meandering baffle walls deflecting the hot gas flow, which is caused by the pressure wave when the spark gap is ignited.
  • the baffle or deflecting walls partially protrude from the main separating section, so that any burning or decomposition products such as soot or the like can accumulate here without contaminating the necessary insulation sections, which are arranged between the baffles away from the direction of flow.
  • Existing ventilation openings of small diameter ensure a slow pressure equalization in the spark gap after loading.
  • a first baffle is arranged directed from one of the electrodes, projecting beyond the main separating section, to the opposite electrode, and a second baffle is provided, radially spaced outward from the first baffle in relation to the rotationally symmetrical structure.
  • the baffle walls form a meander through which the arc discharge pressure wave has to pass. Insulation sections protected from deposits are located away from the direction of flow.
  • the baffle walls can have an interdigitated comb structure, which runs essentially perpendicular to the respective electrode surface.
  • an insulating layer is provided in one of the main electrodes and the first baffle or parts thereof are designed as a conductive auxiliary or trigger electrode.
  • the second baffle can be part of a spacer which fixes the opposite main electrodes and which is preferably oriented in the direction of flow and has the at least one pressure equalization opening mentioned.
  • the spacer itself can be designed so that additional baffle or deflecting walls are formed which form meanders.
  • the insulating layer has a circumferential, rotationally symmetrical extension which extends beyond the surface of the corresponding main electrode that there is a flashover path for an auxiliary discharge between the trigger electrode and the main electrode, which is simultaneously oriented to the opposite main electrode.
  • the ratio between the distance and the diameter of the main electrodes is> 1:10 to excite diffuse arc base points.
  • a so-called vaporization barrier can be provided, which can additionally have an optional offset at its free end.
  • This insulated trigger electrode can be designed as a ring or pin electrode, which is essentially flush with or protrudes from the respective main electrode surface, the insulation additionally surrounding part of the pin electrode in a ring shape in the latter embodiment.
  • the main electrode surfaces can be structured to further optimize the erosion behavior. Furthermore, one of the main electrodes can form part of the arrester housing, so that the structure of the pressure-resistant encapsulation is simplified.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the encapsulated surge arrester
  • Spark gap base with auxiliary or trigger electrode 2a and 2b show an embodiment analogous to that according to FIG. 1, but with additional vaporization barriers running parallel to one of the main electrodes;
  • 3a and 3b different embodiments of auxiliary or trigger electrodes arranged in the center of one of the main electrodes
  • Fig. 5 is an encapsulated surge arrester with meandering baffles, but without an auxiliary or trigger electrode.
  • the main electrodes are identified by the reference numerals 1 and 2. These main electrodes 1, 2 are essentially rotationally symmetrical and lie opposite one another. The main electrodes 1, 2 can have an extension directed towards one another, the parallel course and spacing of which defines the main spark gap 6.
  • a specially designed baffle 3 takes on not only the function of the flow deflection, but also that of an auxiliary electrode, so that an initial flashover 11 occurs between the auxiliary electrode 3 fed with trigger voltage and the main electrode 2 via the insulation path 9.
  • the main discharge 12 takes place exclusively between the electrodes 1 and 2, specifically in the area labeled 6.
  • the (first) baffle starting from part 3 has the effect that the pressure wave which forms when the spark gap is triggered between the two main electrodes is broken and deflected, as a result of which the pressure surge in the downstream areas that serve to ensure insulation can be reduced.
  • An insulating part 4 serves for electrical insulation and at the same time represents the rollover path between the baffle / auxiliary electrode 3 and the main electrode 2.
  • a spacer 5 keeps the two main electrodes 1, 2 at a distance.
  • This spacer 5 comprises a plurality of baffles 10, ventilation openings 8 and insulation sections 7. After the arc has been extinguished, the ventilation openings 8 lead to the reduction of the increased internal pressure within the spark gap.
  • the baffle walls form a meandering or interlocking comb structure, so that the gas flow is deflected several times.
  • the actual insulation sections 7, which are decisive for the relevant electrical properties, are protected outside the flow area. Deposits that cannot be avoided due to electrode erosion do not influence the properties of these insulation sections 7.
  • the auxiliary electrode 3 With passive ignition of the spark gap, the auxiliary electrode 3 can be connected inductively or with high resistance to the main electrode 1 internally or externally. In this way, the auxiliary electrode 3 has the same potential as the main electrode 1. After flashover along the path 9, a small current flows across the auxiliary electrode, whereby the dielectric strength of the isolating path between the main electrodes is reduced, so that the arc between the main electrodes 1 and 2 Ignition is coming. This in turn relieves the auxiliary electrode 3.
  • the auxiliary electrode 3 can be made of electrically conductive or semiconductive material.
  • the parts 3 and 5 can be made or consist of a single part, whereby here semiconducting material is used.
  • the insulation path 9 determines the response voltage and thus essentially the protection level of the entire spark gap.
  • the distance 6 between the opposing main electrode surfaces can be a multiple of the distance 9, but the length of the distance 9 is to be selected as a function of the desired response voltage of the spark gap.
  • the distance 6 between the surfaces of the main electrodes 1 and 2 can thus be designed to be significantly higher than with spark gaps without auxiliary electrodes with a comparable overvoltage protection level.
  • This and the selected version as an air spark gap ensure a high insulation capacity and a constant overvoltage protection level even under the heaviest loads.
  • the dielectric strength of the main section 6 is reduced so much by charge carriers formed that the arc discharge 12 ignites after a delay, whereby the trigger circuit and thus the insulation section 9 are immediately relieved.
  • the insulation part is preferably provided with a protrusion, which increases the length and thus the energy of the ignition spark.
  • the charge carriers that are created are brought closer to the opposite main electrode 1, which improves the ignition of the arc 12.
  • the wiring for passive ignition is possible inside or outside the spark gap.
  • Corresponding high-resistance conductive or semiconducting materials, such as, for example, electrically conductive polymers or ceramics, but also resistance materials, are conceivable as internal circuitry.
  • varistors, gas collectors, capacitors, coils, but also their combinations can be used.
  • the distance between the insulation gap 9 can be selected independently of the desired overvoltage protection level.
  • the central extension on one or both of the main electrodes 1, 2 forms the preferred focal surface of the arc.
  • the main electrodes 1 and 2 consist of tungsten / copper, graphite or similar erosion-resistant materials.
  • the large-area electrodes with a distance / diameter ratio of essentially 1:10 are characterized by diffuse and therefore low-erosion arc base points. As a result, the pressure or current load on the overall arrangement remains very low, which in turn is of decisive advantage for the desired small design.
  • the tendency to form a diffuse arc can be supported by lowering the pressure, by utilizing internal or external magnetic fields and by high-melting electrical materials such as graphite, silicon carbide, tungsten, molybdenum and their connections.
  • the diffuse arc approach reduces the arc voltage and thus reduces the energy consumption within the spark gap.
  • fusible pearls are formed especially with metallic main electrodes. Due to the arc discharge pressure, these fused beads are transported away from the discharge area and settle on or behind the baffle wall, as a result of which the opposite main electrode surfaces in the active area can be kept largely free of erosion material at a distance of 6.
  • the erosion area is in the range of essentially 75 mm 2 to 1000 mm 2 , the distance between the two main electrodes 1 and 2 being essentially between 0.2 mm and 4 mm.
  • the flank of the (first) baffle protrudes at least 0.5 mm to a maximum of 5 mm beyond the discharge gap at a distance of 6, so that the pressure which arises in the discharge gap cannot spread radially directly, but is first deflected.
  • a region 7 is formed in the spacer 5, which remains almost unaffected by the pressure wave and the deposits and thus serves as the main insulation section.
  • vaporization barriers can be provided between the main electrodes 1 and 2, starting from the spacer 5.
  • the purpose of these vaporization barriers is to create a long and thin gap 13 between the spacer 5 and at least one of the main electrodes, which gap lies outside the main direction of the propagation of the pressure and flow wave.
  • This gap can also contain deflections due to a cranked embodiment of the vaporization barrier, as shown in FIG. 2a.
  • the risk of contamination of this gap is therefore extremely low, is created by a further insulation section.
  • the width of the gap should be in the range ⁇ 0.2 mm, the length being at least 2 mm.
  • the spacer 5 only serves to fix the two main electrodes 1, 2 and to vent or to equalize the pressure.
  • spark gap can of course also be vented through openings in or through the electrodes or the auxiliary electrode.
  • auxiliary electrodes In an embodiment with special auxiliary electrodes according to FIGS. 3a and 3b, these are located quasi-centrally in one of the main electrodes, in the example shown the main electrode 2.
  • the e.g. Pin electrode 16 is electrically isolated from the potential of main electrode 2 by insulation 15. According to FIG. 3a, the pin electrode 16 almost closes with the surface of the main electrode 2, the insulating sections 15 projecting.
  • the insulating part 15 is designed to overlap the upper end of the pin electrode 16 in a circular shape.
  • the trigger circuit and the distance 6 can also be ignited instead of the adjacent main electrode 2 and the opposite main electrode 1 if the trigger circuit and the spacing 6 are designed accordingly. This has the advantage that almost the entire length of the separation path between the main electrodes 1 and 2 is flipped over, as a result of which the delay time for igniting the arc 12 is minimized.
  • the sliding path 9 (FIG. 1) can be combined with an air gap in series between the parts 3 and the main electrode 2 to withstand greater loads to be protected.
  • the main electrode 2 can also be surrounded by electrically semiconducting material, for example conductive plastic 14 with or without an air gap, via which the ignition spark then slides from the auxiliary electrode 3 to the main electrode 2.
  • a non-triggerable spark gap as shown in FIG. 5, can also be realized.
  • the extension 2 ′ which is part of the main electrode 2.
  • Appropriate measures e.g. Clearances or insulating covers, to ensure that the response distance is in the gap marked with the distance 6 even with heavy loads.
  • the selected rotationally symmetrical construction of the opposite main electrodes 1 and 2 advantageously allows electrical connections to be made on opposite sides.
  • the trigger electrode can be made accessible for external wiring via an insulated bushing on or in the housing.
  • One of the main electrodes can form part of the arrester housing, which is preferably pressed or screwed in order to achieve the desired mechanical strengths for encapsulated spark gaps.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

The invention relates to an encapsulated spark-gap based surge voltage protector comprising large-surface, opposite lying, disk-shaped electrodes in a rotationally symmetrical arrangement in addition to an arc discharge gap which is disposed between the electrodes and which is at least partially encompassed by an impact wall. According to the invention, a first impact wall is arranged in such a way that it is directed from one of the electrodes, protruding above the spark-gap, towards the opposite electrode. A second parallel impact wall is arranged in such a way that it is radially distanced in an outward direction from the first impact wall in relation to the rotationally symmetrical structure. The existing impact walls form a meander shape through which the arc discharge pressure wave passes. Insulation paths which are protected against deposits are disposed downstream from the direction of flow, whereby the desired long-term properties and required degree of reliability of the spark gap are achieved.

Description

Gekapselter Überspannungsabieiter auf Fuηkenstreckenbasis Encapsulated surge arrester based on foot paths
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen gekapselten Überspannungsabieiter auf Funkenstreckenbasis mit großflächigen, gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden in rotationssymmetrischer Anordnung sowie einem zwischen den Elektroden befindlichen Bogenentladungsspalt, welcher von einer Prallwand mindestens teilweise um- schlössen ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an encapsulated surge arrester based on spark gaps with large, opposing, disc-shaped electrodes in a rotationally symmetrical arrangement and an arc discharge gap between the electrodes, which is at least partially enclosed by a baffle, according to the preamble of claim 1.
Gekapselte, auch triggerbare Funkenstrecken als Überspannungsabieiter, bevorzugt eingesetzt als N/PE-Funkenstrecke, sind seit längerer Zeit Stand der Technik. Die beiden wesentlichsten Anforderungen an derartige Funkenstrecken, nämlich ein ho- hes Isolationsvermögen und sehr hohe Stoßstrom-Ableiteigenschaften, ergeben sich bei N/PE-Funkenstrecken unmittelbar aus ihrem Einsatzort. Entscheidend ist hier eine hohe Blitzstrom-Tragfähigkeit und hohe Zuverlässigkeit, damit in jedem Fall schädliche Berührungsspannungen ausgeschlossen werden können.Encapsulated, also triggerable spark gaps as surge arresters, preferably used as N / PE spark gaps, have been state of the art for a long time. The two most important requirements for such spark gaps, namely a high insulation capacity and very high surge current discharge properties, arise directly from their place of use with N / PE spark gaps. The key here is a high lightning current carrying capacity and high reliability, so that harmful touch voltages can be excluded in any case.
Bekannte derartige Funkenstrecken mit einem Leistungsvermögen zum Schutz bei direktem Blitzeinschlag von bis zu 100 kA 10/350 μs weisen relativ große Abmessungen auf, was nachteilig ist.Known such spark gaps with a capacity for protection against direct lightning strikes of up to 100 kA 10/350 μs have relatively large dimensions, which is disadvantageous.
Die hohe Stoßstrombelastung, der damit verbundene hohe Materialabbrand, die ho- hen dynamischen Belastungen durch Stromkräfte, Druck, Energie und Temperatur der Bogenentladung stellen extrem hohe konstruktive Anforderungen bei gekapselten Ausführungsformen. Bei einer triggerbaren N/PE-Funkenstrecke muß zusätzlich zur Trennstrecke der Hauptfunkenstrecke das Isolationsvermögen und die Ansprechspannungen von zwei weiteren Trennstrecken bei allen Belastungen sichergestellt werden. Bei einer Verkleinerung der äußeren Abmessungen des Abieiters führt dies jedoch zu einer verstärkten Belastung der einzelnen Bauteile oder Baugruppen.The high surge current load, the associated high material burn-up, the high dynamic loads caused by current forces, pressure, energy and temperature of the arc discharge place extremely high structural demands on encapsulated embodiments. In the case of a triggerable N / PE spark gap, in addition to the isolating gap of the main spark gap, the insulation capacity and the response voltages of two further isolating distances must be ensured at all loads. If the external dimensions of the arrester are reduced, however, this leads to an increased load on the individual components or assemblies.
Die DE 100 08 764 AI offenbart eine prinzipiell triggerbare Funkenstrecke geringerDE 100 08 764 AI discloses a spark gap that can in principle be triggered less
Abmessungen, welche als N/PE-Strecke eingesetzt werden kann. Diese Funkenstre- cke besitzt koaxiale Elektroden und der Anschluß dieser erfolgt von einer Seite. Be- dingt durch den Aufbau und das dortige Prinzip des wandernden Lichtbogens bleibt das Leistungsvermögen dieser Funkenstrecke bei Stoßströmen aufgrund des Ab- brands, der thermischen und dynamischen Belastung begrenzt, allerdings kann ein beachtliches Folgestrom-Löschvermögen erreicht werden, was jedoch bei N/PE-Fun- kenstrecken von keiner nennenswerten Bedeutung ist.Dimensions that can be used as an N / PE section. This spark gap has coaxial electrodes and these are connected from one side. loading Due to the structure and the principle of the migrating arc there, the performance of this spark gap remains limited in the case of surge currents due to the burn-off, the thermal and dynamic loads. is of no significant importance.
Die triggerbare gekapselte Funkenstrecke nach EP 0 305 077 AI ist eine Ausführungsform ohne Entlüftungsöffnung mit flachen parallelen Hauptelektroden. Der Nachteil der dortigen Funkenstrecke beruht auf der Gleitstrecke zwischen den bei- den Hauptelektroden, deren Länge dem Abstand zwischen den Elektroden selbst entspricht. Bei stromstarker Belastung wird diese Gleitstrecke durch die Anlagerung von Zersetzungs- und Abbrandprodukten belastet, wodurch es zur Reduzierung des Isolationsvermögens oder aber auch zum Kurzschluß kommen kann.The triggerable encapsulated spark gap according to EP 0 305 077 AI is an embodiment without a ventilation opening with flat parallel main electrodes. The disadvantage of the spark gap there is based on the sliding distance between the two main electrodes, the length of which corresponds to the distance between the electrodes themselves. In the event of a high current load, this sliding path is loaded by the deposition of decomposition and erosion products, which can lead to a reduction in the insulation capacity or to a short circuit.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen gekapselten Überspannungsabieiter auf Funkenstreckenbasis, insbesondere zum Einsatz als N/PE-Funkenstrecke zu schaffen, die bei geringen Abmessungen und einfachem Aufbau ein hohes Stoßstrom-Ableitvermögen besitzt und die triggerbar ausführbar ist, so daß bereits werksseitig unterschiedliche Überspannungs-Schutzpegel von z.B. 1,5, 4 oder 6 kV eingestellt werden können, ohne daß nennenswerte Änderungen an der Funkenstrecke notwendig sind. Weiterhin soll sichergestellt werden, daß Ablagerungen aufgrund von Zersetzungsprodukten in solchen Bereichen erfolgen, die für die Isolationsfähigkeit und damit die Langzeitstabilität der Funkenstrecke von untergeordneter Bedeutung sind.From the foregoing, it is an object of the invention to provide an encapsulated surge arrester based on spark gaps, in particular for use as an N / PE spark gap, which, with small dimensions and simple construction, has a high surge current discharge capacity and can be executed in a triggerable manner so that it is already in the factory different overvoltage protection levels from e.g. 1.5, 4 or 6 kV can be set without significant changes to the spark gap being necessary. Furthermore, it should be ensured that deposits due to decomposition products occur in areas which are of secondary importance for the insulation ability and thus the long-term stability of the spark gap.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem gekapselten Überspannungsabieiter auf Funkenstreckenbasis mit großflächigen, gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The object of the invention is achieved with an encapsulated surge arrester based on spark gaps with large, opposing, disc-shaped electrodes according to the features of claim 1, the subclaims representing at least useful refinements and developments.
Die Ausführung der beiden Hauptelektroden als Luftfunkenstrecke gewährleistet eine hohe Festigkeit der Anordnung bei sogenannten TOV-Belastungen und bei Langzeitströmen. Durch die Möglichkeit der Triggerung können verschiedene Ansprechspan- nungen über eine interne oder externe Beschaltung werksseitig vorgegeben werden. Die Elektroden weisen großflächige und damit abbrandfeste Lichtbogenbereiche auf, wobei mittels der mäanderförmig angeordneten Prallwände eine Umlenkung der Heißgasströmung sich einstellt, welche durch die Druckwelle beim Zünden der Funkenstrecke entsteht. Die Prall- oder Umlenkwände überragen die Haupttrennstrecke teilweise, so daß sich hier gegebenenfalls entstehende Abbrand- oder Zersetzungs- Produkte wie Ruß oder dergleichen anlagern können, ohne daß die notwendigen Isolationsstrecken, die abseits der Strömungsrichtung zwischen den Prallwänden angeordnet sind, verunreinigt werden. Vorhandene Entlüftungsöffnungen kleinen Durchmessers sorgen für einen langsamen Druckausgleich in der Funkenstrecke nach Belastung.The design of the two main electrodes as an air spark gap ensures a high strength of the arrangement with so-called TOV loads and with long-term currents. Due to the possibility of triggering, different response voltages can be preset in the factory via an internal or external circuit. The electrodes have large-area and thus erosion-resistant arc areas, with the meandering baffle walls deflecting the hot gas flow, which is caused by the pressure wave when the spark gap is ignited. The baffle or deflecting walls partially protrude from the main separating section, so that any burning or decomposition products such as soot or the like can accumulate here without contaminating the necessary insulation sections, which are arranged between the baffles away from the direction of flow. Existing ventilation openings of small diameter ensure a slow pressure equalization in the spark gap after loading.
Erfindungsgemäß ist eine erste Prallwand von einer der Elektroden, die Haupttrennstrecke überragend, zur gegenüberliegenden Elektrode gerichtet angeordnet und es ist eine zweite Prallwand, bezogen auf den rotationssymmetrischen Aufbau radial von der ersten Prallwand nach außen beabstandet vorgesehen. Die Prallwände bilden wie bereits erwähnt einen Mäander, welcher von der Bogenentladungs-Druck- welle zu durchlaufen ist. Abseits der Strömungsrichtung sind von Ablagerungen geschützte Isolationsstrecken befindlich.According to the invention, a first baffle is arranged directed from one of the electrodes, projecting beyond the main separating section, to the opposite electrode, and a second baffle is provided, radially spaced outward from the first baffle in relation to the rotationally symmetrical structure. As already mentioned, the baffle walls form a meander through which the arc discharge pressure wave has to pass. Insulation sections protected from deposits are located away from the direction of flow.
Die Prallwände können eine ineinander greifende Kammstruktur aufweisen, wobei diese im wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Elektrodenoberfläche verläuft.The baffle walls can have an interdigitated comb structure, which runs essentially perpendicular to the respective electrode surface.
Innerhalb des von der ersten Prallwand umschlossenen Bereichs ist in einer der Hauptelektroden eine Isolierschicht vorgesehen und hierbei wird die erste Prallwand oder Teile hiervon als leitfähige Hilfs- oder Triggerelektrode ausgeführt.Within the area enclosed by the first baffle, an insulating layer is provided in one of the main electrodes and the first baffle or parts thereof are designed as a conductive auxiliary or trigger electrode.
Die zweite Prallwand kann Teil eines die gegenüberliegenden Hauptelektroden fixierenden Distanzhalters sein, welcher vorzugsweise in Strömungsrichtung orientiert, die genannte, mindestens eine Druckausgleichsöffnung besitzt.The second baffle can be part of a spacer which fixes the opposite main electrodes and which is preferably oriented in the direction of flow and has the at least one pressure equalization opening mentioned.
Der Distanzhalter selbst kann so ausgeführt sein, daß weitere Mäander bildende Prall- oder Umlenkwände entstehen.The spacer itself can be designed so that additional baffle or deflecting walls are formed which form meanders.
Die Isolierschicht weist einen umlaufenden rotationssymmetrischen Fortsatz auf, welcher über die Oberfläche der entsprechenden Hauptelektrode hinaus reicht, so daß ein Überschlagsweg für eine Hilfsentladung zwischen Triggerelektrode und Hauptelektrode entsteht, welcher gleichzeitig zur gegenüberliegenden Hauptelektrode orientiert ist.The insulating layer has a circumferential, rotationally symmetrical extension which extends beyond the surface of the corresponding main electrode that there is a flashover path for an auxiliary discharge between the trigger electrode and the main electrode, which is simultaneously oriented to the opposite main electrode.
Zum Anregen diffuser Lichtbogen-Fußpunkte beträgt das Verhältnis zwischen Abstand und Durchmesser der Hauptelektroden > 1:10.The ratio between the distance and the diameter of the main electrodes is> 1:10 to excite diffuse arc base points.
Ausgehend vom Distanzhalter radial nach innen und parallel sowie spaltbildend zur Hauptelektrodenoberfläche verlaufend kann eine sogenannte Bedampfungssperre vorgesehen sein, welche ergänzend an ihrem freien Ende eine fakultative Kröpfung aufweisen kann.Starting from the spacer, running radially inward and parallel and forming a gap to the main electrode surface, a so-called vaporization barrier can be provided, which can additionally have an optional offset at its free end.
Innerhalb des von der ersten Prallwand umschlossenen Bereichs besteht bei der alternativen Ausführungsform die Möglichkeit, in einer der Hauptelektroden eine iso- lierende Triggerelektrode einzubetten.In the alternative embodiment, within the area enclosed by the first baffle, there is the possibility of embedding an insulating trigger electrode in one of the main electrodes.
Diese isolierte Triggerelektrode kann als Ring- oder Stiftelektrode ausgebildet werden, welche mit der jeweiligen Hauptelektrodenoberfläche im wesentlichen bündig abschließt oder zurücksteht, wobei bei letzterer Ausgestaltung die Isolation zusätzlich einen Teil der Stiftelektrode kreisringförmig umgibt.This insulated trigger electrode can be designed as a ring or pin electrode, which is essentially flush with or protrudes from the respective main electrode surface, the insulation additionally surrounding part of the pin electrode in a ring shape in the latter embodiment.
Zur weiteren Optimierung des Abbrandverhaltens können die Hauptelektrodenoberflächen strukturiert ausgeführt werden. Weiterhin kann eine der Hauptelektroden einen Teil des Ableitergehäuses bilden, so daß sich der Aufbau der druckfesten Kapselung vereinfacht.The main electrode surfaces can be structured to further optimize the erosion behavior. Furthermore, one of the main electrodes can form part of the arrester housing, so that the structure of the pressure-resistant encapsulation is simplified.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments and with the aid of figures.
Hierbei zeigen:Here show:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform des gekapselten Überspannungsabieiters aufFig. 1 shows a first embodiment of the encapsulated surge arrester
Funkenstreckenbasis mit Hilfs- oder Triggerelektrode; Fig. 2a und 2b eine Ausführungsform analog derjenigen nach Fig. 1, jedoch mit zusätzlichen parallel zu einer der Hauptelektroden verlaufenden Bedamp- fungssperren;Spark gap base with auxiliary or trigger electrode; 2a and 2b show an embodiment analogous to that according to FIG. 1, but with additional vaporization barriers running parallel to one of the main electrodes;
Fig. 3a und 3b verschiedene Ausführungsformen von im Zentrum einer der Hauptelektroden angeordneter Hilfs- oder Triggerelektroden;3a and 3b different embodiments of auxiliary or trigger electrodes arranged in the center of one of the main electrodes;
Fig. 4a und 4b eine Ausführungsform einer Funkenstrecke mit besonders hohem4a and 4b an embodiment of a spark gap with a particularly high
Leistungsvermögen durch Kombination einer Gleitstrecke mit einer Luft- Überschlagsstrecke bzw. eine Ausgestaltung einer der Hauptelektroden, welche von elektrisch halbleitendem Material mit oder ohne Luftspalt umgeben ist, so daß sich hier die erwähnte Gleitfunkenstrecke ausbildet; undPerformance by combining a gliding path with an air flashover path or a configuration of one of the main electrodes, which is surrounded by electrically semiconducting material with or without an air gap, so that the above-mentioned sliding spark gap is formed; and
Fig. 5 ein gekapselter Überspannungsabieiter mit Mäanderprallwänden, jedoch ohne Hilfs- oder Triggerelektrode.Fig. 5 is an encapsulated surge arrester with meandering baffles, but without an auxiliary or trigger electrode.
In den Figuren sind die Hauptelektroden mit den Bezugszeichen 1 und 2 gekennzeichnet. Diese Hauptelektroden 1, 2 sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und liegen gegenüber. Die Hauptelektroden 1, 2 können einen zueinander gerichteten Fortsatz aufweisen, deren paralleler Verlauf und Abstand die Hauptfunkenstrecke 6 definiert.In the figures, the main electrodes are identified by the reference numerals 1 and 2. These main electrodes 1, 2 are essentially rotationally symmetrical and lie opposite one another. The main electrodes 1, 2 can have an extension directed towards one another, the parallel course and spacing of which defines the main spark gap 6.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 übernimmt eine speziell ausgebildete Prallwand 3 nicht nur die Funktion der Strömungsumlenkung, sondern auch diejenige einer Hilfselektrode, so daß sich ein Initialüberschlag 11 zwischen der mit Triggerspannung gespeisten Hilfselektrode 3 und der Hauptelektrode 2 über die Isolationsstrecke 9 einstellt.In the embodiment according to FIG. 1, a specially designed baffle 3 takes on not only the function of the flow deflection, but also that of an auxiliary electrode, so that an initial flashover 11 occurs between the auxiliary electrode 3 fed with trigger voltage and the main electrode 2 via the insulation path 9.
Die Hauptentladung 12 findet ausschließlich zwischen den Elektroden 1 und 2, und zwar in dem mit 6 gekennzeichneten Bereich statt.The main discharge 12 takes place exclusively between the electrodes 1 and 2, specifically in the area labeled 6.
Die (erste) Prallwand ausgehend vom Teil 3 bewirkt, daß die Druckwelle, welche sich beim Ansprechen der Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden aus- bildet, gebrochen und umgelenkt wird, wodurch der Druckstoß in den nachgeord- neten Bereichen, welche der Sicherstellung der Isolation dienen, reduziert werden kann.The (first) baffle starting from part 3 has the effect that the pressure wave which forms when the spark gap is triggered between the two main electrodes is broken and deflected, as a result of which the pressure surge in the downstream areas that serve to ensure insulation can be reduced.
Ein Isolierteil 4 dient der elektrischen Isolation und stellt gleichzeitig den Überschlagsweg zwischen der Prallwand/Hilfselektrode 3 und der Hauptelektrode 2 dar. Ein Distanzhalter 5 hält die beiden Hauptelektroden 1, 2 auf Abstand. Dieser Distanzhalter 5 umfaßt mehrere Prallflächen 10, Entlüftungsöffnungen 8 und Isolationsstrecken 7. Die Entlüftungsöffnungen 8 führen nach dem Verlöschen des Lichtbogens zum Abbau des erhöhten Innendrucks innerhalb der Funkenstrecke.An insulating part 4 serves for electrical insulation and at the same time represents the rollover path between the baffle / auxiliary electrode 3 and the main electrode 2. A spacer 5 keeps the two main electrodes 1, 2 at a distance. This spacer 5 comprises a plurality of baffles 10, ventilation openings 8 and insulation sections 7. After the arc has been extinguished, the ventilation openings 8 lead to the reduction of the increased internal pressure within the spark gap.
Aus der Prinzipdarstellung der jeweiligen Figuren ist erkennbar, daß die Prallwände quasi eine Mäander- oder ineinandergreifende Kammstruktur bilden, so daß eine mehrfache Umlenkung der Gasströmung erfolgt. Die eigentlichen Isolationsstrecken 7, welche für die diesbezüglichen elektrischen Eigenschaften maßgeblich sind, liegen außerhalb des Strömungsbereichs geschützt. Nicht zu vermeidende Ablagerungen aufgrund von Elektrodenabbrand beeinflussen die Eigenschaften dieser Isolationsstrecken 7 nicht.From the schematic representation of the respective figures it can be seen that the baffle walls form a meandering or interlocking comb structure, so that the gas flow is deflected several times. The actual insulation sections 7, which are decisive for the relevant electrical properties, are protected outside the flow area. Deposits that cannot be avoided due to electrode erosion do not influence the properties of these insulation sections 7.
Es ist bei der konstruktiven Umsetzung der vorstehenden Lehre dafür Sorge zu tra- gen, daß die Abstände zwischen den Prallwänden und dem jeweils gegenüber liegenden Abschnitt der entsprechenden Hauptelektrode größer sind als der Abstand 6 der aktiven Hauptelektrodenoberflächen.When constructively implementing the above teaching, care must be taken that the distances between the impact walls and the respectively opposite section of the corresponding main electrode are greater than the distance 6 of the active main electrode surfaces.
Bei einer passiven Zündung der Funkenstrecke kann die Hilfselektrode 3 induktiv bzw. hochohmig mit der Hauptelektrode 1 intern oder extern verschaltet werden. Auf diese Weise führt die Hilfselektrode 3 dasselbe Potential wie die Hauptelektrode 1. Nach Überschlag entlang der Strecke 9 fließt ein kleiner Strom über die Hilfselektrode, wodurch die Spannungsfestigkeit der Trennstrecke zwischen den Hauptelektroden herabgesetzt wird, so daß der Lichtbogen zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 zur Zündung kommt. Hierdurch wiederum wird die Hilfselektrode 3 entlastet. Die Hilfselektrode 3 kann aus elektrisch leitendem bzw. halbleitendem Material hergestellt werden.With passive ignition of the spark gap, the auxiliary electrode 3 can be connected inductively or with high resistance to the main electrode 1 internally or externally. In this way, the auxiliary electrode 3 has the same potential as the main electrode 1. After flashover along the path 9, a small current flows across the auxiliary electrode, whereby the dielectric strength of the isolating path between the main electrodes is reduced, so that the arc between the main electrodes 1 and 2 Ignition is coming. This in turn relieves the auxiliary electrode 3. The auxiliary electrode 3 can be made of electrically conductive or semiconductive material.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorerwähnten passiven Zündung können die Teile 3 und 5 aus einem einzigen Teil gefertigt sein oder bestehen, wobei hier auf halbleitendes Material zurückgegriffen wird. Bei der passiven Zündung bestimmt die Isolationsstrecke 9 die Ansprechspannung und somit im wesentlichen den Schutzpegel der gesamten Funkenstrecke.In a further embodiment of the aforementioned passive ignition, the parts 3 and 5 can be made or consist of a single part, whereby here semiconducting material is used. In the case of passive ignition, the insulation path 9 determines the response voltage and thus essentially the protection level of the entire spark gap.
Bei dieser passiven Zündung kann der Abstand 6 zwischen den sich gegenüberliegenden Hauptelektrodenoberflächen ein Vielfaches der Strecke 9 betragen, jedoch ist die Länge der Strecke 9 in Abhängigkeit von der gewünschten Ansprechspannung der Funkenstrecke zu wählen.With this passive ignition, the distance 6 between the opposing main electrode surfaces can be a multiple of the distance 9, but the length of the distance 9 is to be selected as a function of the desired response voltage of the spark gap.
Bei einer aktiven Triggerung besteht die Möglichkeit, die Abstände oder Strecken 9 und 6 nahezu beliebig zu wählen, wobei die maximal mögliche Länge der Strecke 9 durch die Ausgangsspannung der Triggerschaltung begrenzt wird und der maximal mögliche Abstand 6 vom Energieeintrag der Triggerschaltung abhängig ist.With active triggering, there is the possibility to choose the distances or sections 9 and 6 almost arbitrarily, the maximum possible length of the section 9 being limited by the output voltage of the trigger circuit and the maximum possible distance 6 being dependent on the energy input of the trigger circuit.
Bei einer aktiven Triggerung der Funkenstrecke kann somit der Abstand 6 zwischen den Oberflächen der Hauptelektroden 1 und 2 deutlich höher ausgelegt werden als bei Funkenstrecken ohne Hilfselektrode mit vergleichbarem Überspannungsschutzpegel. Dies und die gewählte Ausführung als Luftfunkenstrecke sichern auch bei stärksten Belastungen ein hohes Isolationsvermögen und einen gleichbleibenden Überspannungs-Schutzpegel.With active triggering of the spark gap, the distance 6 between the surfaces of the main electrodes 1 and 2 can thus be designed to be significantly higher than with spark gaps without auxiliary electrodes with a comparable overvoltage protection level. This and the selected version as an air spark gap ensure a high insulation capacity and a constant overvoltage protection level even under the heaviest loads.
Nach dem Zünden der Entladung mit Hilfe der Triggerung über die Isolationsstrecke 9 wird die Spannungsfestigkeit der Hauptstrecke 6 durch gebildete Ladungsträger so stark reduziert, daß nach einer Verzugszeit die Bogenentladung 12 zündet, wodurch die Triggerschaltung und damit die Isolationsstrecke 9 sofort entlastet werden.After the discharge has been ignited with the aid of the triggering via the insulation section 9, the dielectric strength of the main section 6 is reduced so much by charge carriers formed that the arc discharge 12 ignites after a delay, whereby the trigger circuit and thus the insulation section 9 are immediately relieved.
Je kleiner der Abstand 6 und je höher die eingebrachte Triggerenergiemenge ist, desto geringer ist die Verzugszeit bis zum vollständigen Zünden der Hauptstrecke 12 nach dem Überschlagen der Isolationsstrecke 9.The smaller the distance 6 and the higher the amount of trigger energy introduced, the shorter the delay until the main section 12 is fully ignited after the insulation section 9 has overturned.
Im Bereich 9 ist das Isolationsteil bevorzugt mit einem Überstand versehen, wodurch die Länge und damit die Energie des Zündfunkens erhöht wird. Gleichzeitig werden die entstehenden Ladungsträger näher an die gegenüberliegende Hauptelektrode 1 herangeführt, wodurch sich die Zündung des Lichtbogens 12 verbessert. Die Beschaltung für die passive Zündung ist innerhalb oder außerhalb der Funkenstrecke möglich. Als innere Beschaltung sind entsprechende hochohmige leitende oder halbleitende Materialien, wie z.B. elektrisch leitende Polymere oder Keramiken, aber auch Widerstandsmaterialien denkbar.In area 9, the insulation part is preferably provided with a protrusion, which increases the length and thus the energy of the ignition spark. At the same time, the charge carriers that are created are brought closer to the opposite main electrode 1, which improves the ignition of the arc 12. The wiring for passive ignition is possible inside or outside the spark gap. Corresponding high-resistance conductive or semiconducting materials, such as, for example, electrically conductive polymers or ceramics, but also resistance materials, are conceivable as internal circuitry.
Bei einer äußeren Beschaltung können zusätzlich Varistoren, Gasabieiter, Kapazitäten, Spulen, aber auch deren Kombinationen verwendet werden. Bei einer aktiven Triggerschaltung, welche bevorzugt außerhalb der Funkenstrecke angebracht wird, kann der Abstand der Isolationsstrecke 9 unabhängig vom angestrebten Überspannungs-Schutzpegel gewählt werden.In the case of external wiring, varistors, gas collectors, capacitors, coils, but also their combinations can be used. In the case of an active trigger circuit, which is preferably attached outside the spark gap, the distance between the insulation gap 9 can be selected independently of the desired overvoltage protection level.
Der zentrale Fortsatz an einer oder beider der Hauptelektroden 1, 2 bildet die bevorzugte Brennfläche des Lichtbogens. Die Hauptelektroden 1 und 2 bestehen aus Wolfram/ Kupfer, Graphit oder ähnlichen abbrandfesten Materialien.The central extension on one or both of the main electrodes 1, 2 forms the preferred focal surface of the arc. The main electrodes 1 and 2 consist of tungsten / copper, graphite or similar erosion-resistant materials.
Die großflächigen Elektroden mit einem Verhältnis Abstand / Durchmesser von im wesentlichen 1:10 zeichnen sich durch diffuse und damit abbrandarme Lichtbogen- Fußpunkte aus. Hierdurch bleibt die Druck- bzw. Stromkraftbelastung der Gesamtanordnung sehr gering, was wiederum für die gewünschte kleine Bauform von entscheidendem Vorteil ist.The large-area electrodes with a distance / diameter ratio of essentially 1:10 are characterized by diffuse and therefore low-erosion arc base points. As a result, the pressure or current load on the overall arrangement remains very low, which in turn is of decisive advantage for the desired small design.
Die Neigung zur Ausbildung eines diffusen Lichtbogens kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel durch Absenkung des Drucks, durch Ausnutzung von Eigenoder Fremdmagnetfeldern und durch hochschmelzende Elektromaterialien wie Graphit, Siliziumkarbid, Wolfram, Molybdän und deren Verbindungen unterstützt wer- den.In a further exemplary embodiment, the tendency to form a diffuse arc can be supported by lowering the pressure, by utilizing internal or external magnetic fields and by high-melting electrical materials such as graphite, silicon carbide, tungsten, molybdenum and their connections.
Durch die Nutzung von Eigen- oder Fremdmagnetfeldern, die in axialer bzw. radialer Richtung, bezogen auf die Stromflußrichtung im Lichtbogen, orientiert sind, besteht die Möglichkeit, den Lichtbogen zu einer wünschenswerten Rotation zu zwingen. Diese Rotation unterstützt den diffusen Lichtbogenansatz verbessert das Folgestromverhalten und verringert den Elektrodenabbrand. Darüber hinaus reduziert der diffuse Lichtbogenansatz die Bogenspannung und senkt damit den Energieumsatz innerhalb der Funkenstrecke. Bei stärkerer Belastung werden insbesondere bei metallischen Hauptelektroden Schmelzperlen gebildet. Durch den Bogenentladungsdruck werden diese Schmelzperlen aus dem Entladungsbereich wegtransportiert und setzen sich an oder hinter der Prallwand ab, wodurch die gegenüberliegenden Hauptelektrodenoberflächen im aktiven Bereich mit dem Abstand 6 weitestgehend von Abbrandmaterial freigehalten werden können. Die Abbrandfläche liegt im Bereich von im wesentlichen 75 mm2 bis 1000 mm2, wobei der Abstand zwischen den beiden Hauptelektroden 1 und 2 im wesentlichen zwischen 0,2 mm und 4 mm liegt.By using internal or external magnetic fields that are oriented in the axial or radial direction, based on the direction of current flow in the arc, it is possible to force the arc to a desirable rotation. This rotation supports the diffuse arc approach, improves the follow current behavior and reduces electrode burn-up. In addition, the diffuse arc approach reduces the arc voltage and thus reduces the energy consumption within the spark gap. At higher loads, fusible pearls are formed especially with metallic main electrodes. Due to the arc discharge pressure, these fused beads are transported away from the discharge area and settle on or behind the baffle wall, as a result of which the opposite main electrode surfaces in the active area can be kept largely free of erosion material at a distance of 6. The erosion area is in the range of essentially 75 mm 2 to 1000 mm 2 , the distance between the two main electrodes 1 and 2 being essentially between 0.2 mm and 4 mm.
Die (erste) Prallwand ragt mit ihrer Flanke mindestens 0,5 mm bis maximal 5 mm über den Entladungsspalt mit dem Abstand 6 hinaus, so daß sich der Druck, welcher im Entladungsspalt entsteht, nicht direkt radial ausbreiten kann, sondern erst eine Umlenkung erfährt.The flank of the (first) baffle protrudes at least 0.5 mm to a maximum of 5 mm beyond the discharge gap at a distance of 6, so that the pressure which arises in the discharge gap cannot spread radially directly, but is first deflected.
Größere Abbrandpartikel, welche nicht an den Flanken der Hauptelektroden 1, 2 abgleiten, werden so gegen die erste Prallwand am Teil 3 geschleudert. Kleinere Partikel werden wie dargelegt mittransportiert und können sich an den weiteren (zweiten) Prallwänden 10 ablagern.Larger burn-up particles which do not slide off on the flanks of the main electrodes 1, 2 are thus thrown against the first baffle on part 3. Smaller particles are transported as described and can be deposited on the other (second) impact walls 10.
Im Distanzhalter 5 wird ein Bereich 7 gebildet, welcher von der Druckwelle und den Ablagerungen nahezu unbeeinflußt bleibt und somit als Hauptisolationsstrecke dient.A region 7 is formed in the spacer 5, which remains almost unaffected by the pressure wave and the deposits and thus serves as the main insulation section.
Vorhandene Entlüftungsöffnungen 8 gewährleisten nach Belastung einen raschen Abbau des erhöhten Drucks, welcher durch die erhitzten Gase, aber auch durch die Zersetzungsprodukte entsteht, wodurch das Ansprechverhalten der Funkenstrecke konstant gehalten werden kann.Existing ventilation openings 8 ensure, after loading, a rapid reduction in the increased pressure which arises from the heated gases but also from the decomposition products, as a result of which the response behavior of the spark gap can be kept constant.
Wie in den Fig. 2a und 2b gezeigt, können zwischen den Hauptelektroden 1 und 2, ausgehend vom Distanzhalter 5, Bedampfungssperren vorgesehen sein. Der Zweck dieser Bedampfungssperren besteht darin, zwischen dem Distanzhalter 5 und mindestens einer der Hauptelektroden einen möglichst langen und dünnen Spalt 13 zu schaffen, welcher außerhalb der Hauptrichtung der Ausbreitung der Druck- und Strömungswelle liegt. Dieser Spalt kann auch noch Umlenkungen durch eine gekröpfte Ausführungsform der Bedampfungssperre enthalten, wie dies Fig. 2a zeigt. Die Gefahr der Verunreinigung dieses Spaltes ist somit außerordentlich gering, wo- durch eine weitere Isolationsstrecke entsteht. Die Breite des Spaltes soll im Bereich < 0,2 mm liegen, wobei die Länge mindestens 2 mm zu betragen hat.As shown in FIGS. 2a and 2b, vaporization barriers can be provided between the main electrodes 1 and 2, starting from the spacer 5. The purpose of these vaporization barriers is to create a long and thin gap 13 between the spacer 5 and at least one of the main electrodes, which gap lies outside the main direction of the propagation of the pressure and flow wave. This gap can also contain deflections due to a cranked embodiment of the vaporization barrier, as shown in FIG. 2a. The risk of contamination of this gap is therefore extremely low, is created by a further insulation section. The width of the gap should be in the range <0.2 mm, the length being at least 2 mm.
Bei geringeren Anforderungen an das Leistungsvermögen der Funkenstrecke kann bei entsprechend dimensionierter Bedampfungssperre auf eine ausgeprägte Hinterführung oder einen Hinterschnitt im Distanzhalter 5 verzichtet werden. In diesem Fall dient der Distanzhalter nur noch zur Fixierung der beiden Hauptelektroden 1, 2 und der Entlüftung bzw. dem Druckausgleich.In the case of lower demands on the performance of the spark gap, a pronounced backing or an undercut in the spacer 5 can be dispensed with if the vapor barrier is dimensioned accordingly. In this case, the spacer only serves to fix the two main electrodes 1, 2 and to vent or to equalize the pressure.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Entlüftung der Funkenstrecke selbstver- ständlich auch durch Öffnungen an oder durch die Elektroden bzw. die Hilfselektrode erfolgen kann.It should be noted at this point that the spark gap can of course also be vented through openings in or through the electrodes or the auxiliary electrode.
Die vorstehend genannten Funktionen können bei einer entsprechenden Gestaltung des Außengehäuses des Überspannungsabieiters auch von diesem Gehäuse unter Fortfall eines separaten Distanzhalters 5 übernommen werden.With a corresponding design of the outer housing of the surge arrester, the functions mentioned above can also be carried out by this housing, eliminating the need for a separate spacer 5.
Bei einer Ausführungsform mit speziellen Hilfselektroden gemäß den Fig. 3a und 3b befinden sich diese quasi zentrisch in einer der Hauptelektroden, beim gezeigten Beispiel der Hauptelektrode 2. Die z.B. Stiftelektrode 16 ist durch eine Isolation 15 elektrisch vom Potential der Hauptelektrode 2 getrennt. Gemäß Fig. 3a schließt die Stiftelektrode 16 mit der Oberfläche der Hauptelektrode 2 nahezu ab, wobei die Isolierabschnitte 15 überstehen.In an embodiment with special auxiliary electrodes according to FIGS. 3a and 3b, these are located quasi-centrally in one of the main electrodes, in the example shown the main electrode 2. The e.g. Pin electrode 16 is electrically isolated from the potential of main electrode 2 by insulation 15. According to FIG. 3a, the pin electrode 16 almost closes with the surface of the main electrode 2, the insulating sections 15 projecting.
Bei der Ausführungsform mit einer zurückgesetzten Triggerelektrode 16 ist das Iso- lierteil 15, das obere Ende der Stiftelektrode 16 kreisringförmig übergreifend, ausgebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3a kann bei entsprechender Auslegung der Triggerschaltung und des Abstands 6 anstatt zur benachbarten Hauptelektrode 2 auch zur gegenüberliegenden Hauptelektrode 1 gezündet werden. Dies hat den Vorteil, daß nahezu die gesamte Trennstreckenlänge zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 überschlagen wird, wodurch sich die Verzugszeit zum Zünden des Lichtbogens 12 minimiert.In the embodiment with a reset trigger electrode 16, the insulating part 15 is designed to overlap the upper end of the pin electrode 16 in a circular shape. In the embodiment according to FIG. 3a, the trigger circuit and the distance 6 can also be ignited instead of the adjacent main electrode 2 and the opposite main electrode 1 if the trigger circuit and the spacing 6 are designed accordingly. This has the advantage that almost the entire length of the separation path between the main electrodes 1 and 2 is flipped over, as a result of which the delay time for igniting the arc 12 is minimized.
Nach den Fig. 4a und 4b kann bei Funkenstrecken mit besonders hohem Leistungsvermögen die Gleitstrecke 9 (Fig. 1) durch eine Kombination mit einer Luftstrecke in Reihe zwischen den Teilen 3 und der Hauptelektrode 2 vor stärkeren Belastungen geschützt werden. Bei einer weiteren Variante kann die Hauptelektrode 2 auch von elektrisch halbleitendem Material, z.B. leitfähigem Kunststoff 14 mit oder ohne Luftspalt umgeben sein, über welches dann der Zündfunke von der Hilfselektrode 3 zur Hauptelektrode 2 gleitet.According to FIGS. 4a and 4b, in the case of spark gaps with particularly high performance, the sliding path 9 (FIG. 1) can be combined with an air gap in series between the parts 3 and the main electrode 2 to withstand greater loads to be protected. In a further variant, the main electrode 2 can also be surrounded by electrically semiconducting material, for example conductive plastic 14 with or without an air gap, via which the ignition spark then slides from the auxiliary electrode 3 to the main electrode 2.
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß unter Berücksichtigung der Ansprechspannung und des Abstands 6 auch eine nicht triggerbare Funkenstrecke, wie in Fig. 5 gezeigt ist, realisiert werden kann. Dabei besteht die Möglichkeit, insbesondere die Prall- und Umlenkfunktion mit dem Fortsatz 2' zu erfüllen, welcher Teil der Hauptelektrode 2 ist. Hier ist durch geeignete Maßnahmen, z.B. Abstände oder isolierende Abdeckungen, zu gewährleisten, daß auch bei stärkeren Belastungen die Ansprechstrecke sich in dem mit dem Abstand 6 gekennzeichneten Spalt befindet.It is in the sense of the invention that, taking into account the response voltage and the distance 6, a non-triggerable spark gap, as shown in FIG. 5, can also be realized. There is the possibility, in particular, of fulfilling the impact and deflection function with the extension 2 ′, which is part of the main electrode 2. Appropriate measures, e.g. Clearances or insulating covers, to ensure that the response distance is in the gap marked with the distance 6 even with heavy loads.
Die gewählte rotationssymmetrische Konstruktion der gegenüberliegenden Haupt- elektroden 1 und 2 ermöglicht in vorteilhafter Weise das Anbringen elektrischer Anschlüsse auf entgegengesetzten Seiten. Die Triggerelektrode kann über eine isolierte Durchführung am bzw. im Gehäuse für eine externe Beschaltung zugänglich gemacht werden. Eine der Hauptelektroden kann ein Teil des Ableitergehäuses bilden, welches vorzugsweise verpreßt oder verschraubt wird, um die gewünschten mecha- nischen Festigkeiten für gekapselte Funkenstrecken zu erreichen. The selected rotationally symmetrical construction of the opposite main electrodes 1 and 2 advantageously allows electrical connections to be made on opposite sides. The trigger electrode can be made accessible for external wiring via an insulated bushing on or in the housing. One of the main electrodes can form part of the arrester housing, which is preferably pressed or screwed in order to achieve the desired mechanical strengths for encapsulated spark gaps.

Claims

Patentansprüche claims
1. Gekapselter Überspannungsabieiter auf Funkenstreckenbasis mit großflächigen, gegenüberliegenden, scheibenförmigen Elektroden in rotationssymmetrischer Anord- nung sowie einem zwischen den Elektroden befindlichen Bogenentladungsspalt, welcher von einer Prallwand mindestens teilweise umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Prallwand von einer der Elektroden, die Haupttrennstrecke überragend, zur gegenüberliegenden Elektrode gerichtet angeordnet ist, eine zweite Prallwand bezogen auf den rotationssymmetrischen Aufbau radial von der ersten Prallwand nach außen beabstandet vorgesehen ist, wobei die Prallwände einen Mäander bilden, welcher von der Bogenentladungs-Druckwelle durchlaufen wird, und daß abseits der Strömungsrichtung von Ablagerungen geschützte Isolationsstrecken befindlich sind.1. Encapsulated surge arrester based on spark gaps with large, opposing, disc-shaped electrodes in a rotationally symmetrical arrangement and an arc discharge gap between the electrodes, which is at least partially enclosed by a baffle, characterized in that a first baffle from one of the electrodes projects beyond the main separation zone , is arranged directed to the opposite electrode, a second baffle with respect to the rotationally symmetrical structure is provided radially spaced outward from the first baffle, the baffles forming a meander through which the arc discharge pressure wave passes, and that away from the direction of flow of deposits protected insulation sections are located.
2. Gekapselter Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwände eine ineinander greifende Kammstruktur aufweisen und diese im wesentlichen senkrecht zur Elektrodenoberfläche verläuft.2. Encapsulated surge arrester according to claim 1, characterized in that the baffle walls have an interdigitated comb structure and this extends essentially perpendicular to the electrode surface.
3. Gekapselter Überspannungsabieiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des von der ersten Prallwand umschlossenen Bereichs in einer der Hauptelektroden ein Isolierabschnitt vorgesehen und die erste Prallwand oder Teile hier- von als leitfähige Hilfs- oder Triggerelektrode ausgebildet ist.3. Encapsulated surge arrester according to claim 1 or 2, characterized in that an insulating section is provided within the area enclosed by the first baffle in one of the main electrodes and the first baffle or parts thereof are designed as conductive auxiliary or trigger electrodes.
4. Gekapselter Überspannungsabieiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Prallwand Teil eines die Hauptelektroden fixierenden Distanzhalters ist, welcher mindestens eine in Strömungsrichtung orientierte Druckausgleichsöffnung besitzen kann. 4. Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized in that the second baffle is part of a spacer which fixes the main electrodes and which can have at least one pressure compensation opening oriented in the flow direction.
5. Gekapselter Überspannungsabieiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzhalter weitere Mäander bildende Prall- und Umlenkwände umfaßt.5. Encapsulated surge arrester according to claim 4, characterized in that the spacer comprises further meandering baffle and deflecting walls.
6. Gekapselter Überspannungsabieiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht einen umlaufenden rotationssymmetrischen Fortsatz aufweist, welcher über die Oberfläche der entsprechenden Hauptelektrode hinaus reicht, so daß ein Überschlagsweg für eine Hilfsentladung zwischen Triggerelektrode und Haupt- elektrode entsteht, welcher gleichzeitig zur gegenüberliegenden Hauptelektrode orientiert ist.6. Encapsulated surge arrester according to claim 3, characterized in that the insulating layer has a circumferential rotationally symmetrical extension which extends beyond the surface of the corresponding main electrode, so that a flashover path for an auxiliary discharge between the trigger electrode and the main electrode is formed, which at the same time to the opposite main electrode is oriented.
7. Gekapselter Überspannungsabieiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anregen diffuser Lichtbogen-Fußpunkte das Verhältnis zwischen Abstand und Durchmesser der Hauptelektroden > 1:10 beträgt.7. Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio between the distance and the diameter of the main electrodes is> 1:10 for exciting diffuse arc base points.
8. Gekapselter Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend vom Distanzhalter radial nach innen und parallel sowie spaltbildend zur Hauptelektrodenoberfläche verlaufend, eine Bedampfungssperre vorgesehen ist, welche ergänzend an ihrem freien Ende eine Kröpfung oder Abwinklung aufweisen kann.8. Encapsulated surge arrester according to one of claims 4 to 7, characterized in that starting from the spacer radially inward and parallel and gap-forming to the main electrode surface, a vaporization barrier is provided, which can additionally have a crank or angled at its free end.
9. Gekapselter Überspannungsabieiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des von der ersten Prallwand umschlossenen Bereichs in der Hauptelektrode eine isolierte Triggerelektrode angeordnet ist.9. Encapsulated surge arrester according to claim 1 or 2, characterized in that an insulated trigger electrode is arranged within the area enclosed by the first baffle in the main electrode.
10. Gekapselter Überspannungsabieiter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierte Triggerelektrode eine Stiftelektrode ist, welche mit der jeweiligen Hauptelektrodenoberfläche im wesentlichen bündig abschließt oder zurücksteht, wobei bei letzterer Ausführungsform die Isolation zusätzlich einen oberen Teil der Stiftelektrode kreisringförmig umgibt 10. Encapsulated surge arrester according to claim 9, characterized in that the insulated trigger electrode is a pin electrode which is essentially flush with the respective main electrode surface or stands back, the insulation additionally surrounding an upper part of the pin electrode in an annular manner in the latter embodiment
11. Gekapselter Uberspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrodenoberflächen strukturiert sind.11. Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized in that the main electrode surfaces are structured.
12. Gekapselter Uberspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Isolationsteile aus einem gasabgebenden Kunststoffmaterial bestehen.12. Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized in that the or the insulating parts consist of a gas-emitting plastic material.
13. Gekapselter Uberspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Hauptelektroden gleichzeitig einen Teil des Ableitergehäuses bildet.13. Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized in that one of the main electrodes simultaneously forms part of the arrester housing.
14. Gekapselter Uberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs- oder Triggerelektrode aus einem halbleitenden Werkstoff besteht.14. Encapsulated surge arrester according to one of claims 3 to 13, characterized in that the auxiliary or trigger electrode consists of a semiconducting material.
15. Gekapselter Uberspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch dessen Verwendung als N/PE-Funkenstrecke. 15. Encapsulated surge arrester according to one of the preceding claims, characterized by its use as an N / PE spark gap.
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WO (1) WO2003012945A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8526157B2 (en) 2009-01-29 2013-09-03 Epcos Ag Surge arrester and arrangement of a plurality of surge arresters to form an array
CN105552719A (en) * 2014-10-23 2016-05-04 菲尼克斯电气公司 Surge arrester

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2431226A (en) * 1943-02-11 1947-11-18 Westinghouse Electric Corp Low-pressure gap device
GB2203286A (en) * 1987-04-03 1988-10-12 Dubilier International Plc Surge arrester
JPH0498782A (en) * 1990-08-16 1992-03-31 Fuji Electric Co Ltd Lightning protection device for power line
DE10008764A1 (en) * 1999-03-04 2000-09-28 Phoenix Contact Gmbh & Co Overload voltage protection system has electrodes set into diverging horn sections for arc propagation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2431226A (en) * 1943-02-11 1947-11-18 Westinghouse Electric Corp Low-pressure gap device
GB2203286A (en) * 1987-04-03 1988-10-12 Dubilier International Plc Surge arrester
JPH0498782A (en) * 1990-08-16 1992-03-31 Fuji Electric Co Ltd Lightning protection device for power line
DE10008764A1 (en) * 1999-03-04 2000-09-28 Phoenix Contact Gmbh & Co Overload voltage protection system has electrodes set into diverging horn sections for arc propagation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 016, no. 332 (E - 1236) 20 July 1992 (1992-07-20) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8526157B2 (en) 2009-01-29 2013-09-03 Epcos Ag Surge arrester and arrangement of a plurality of surge arresters to form an array
CN105552719A (en) * 2014-10-23 2016-05-04 菲尼克斯电气公司 Surge arrester

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