WO2015028436A1 - Funkenstrecke mit alterungsdetektor und verfahren zur messung der alterung einer funkenstrecke - Google Patents

Funkenstrecke mit alterungsdetektor und verfahren zur messung der alterung einer funkenstrecke Download PDF

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WO2015028436A1
WO2015028436A1 PCT/EP2014/068018 EP2014068018W WO2015028436A1 WO 2015028436 A1 WO2015028436 A1 WO 2015028436A1 EP 2014068018 W EP2014068018 W EP 2014068018W WO 2015028436 A1 WO2015028436 A1 WO 2015028436A1
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WO
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electrically conductive
spark gap
discharge
aging
discharge electrode
Prior art date
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PCT/EP2014/068018
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French (fr)
Inventor
Rainer Durth
Thomas Meyer
Jan-Erik Schmutz
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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Publication date
Application filed by Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg filed Critical Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • H01T1/12—Means structurally associated with spark gap for recording operation thereof
    • 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
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs

Definitions

  • the invention relates to a spark gap with aging detector and a method for measuring the aging of a spark gap. background
  • Surge arresters are installed to protect electrical equipment and are intended to dissipate overvoltage events across the equipment to protect the equipment from the overvoltage event.
  • the concept of the overvoltage event is very broad and may, for example, concern lightning events as well as overvoltage spikes due to switch-on operations of electrical devices or the like.
  • overvoltage arresters e.g. Spark gaps, varistors or suppressor diodes used.
  • Surge arresters in particular spark gaps and varistors, are subject to
  • an arc occurs between at least two electrodes in the event of an overvoltage event. This arc leads to a to a
  • Known methods to estimate the degree of aging in the installed state are based on e.g. on a magnetic field sensitive substance, e.g. in card form, which is installed in the immediate vicinity of an electrical conductor. It should be noted that the currents of a lightning current event are far above the operating currents and thus generate correspondingly higher magnetic fields. These higher magnetic fields permanently magnetize the magnetic field-sensitive substance. The stored magnetization is a measure of the highest current surge current. This highest current surge current can then be evaluated by means of a reader.
  • the method based on the storage of the maximum magnetic field strength in the vicinity of a conductor by means of magnetic field-sensitive material has several disadvantages. On the one hand, only the effectively spatially existing field is detected, which can be greatly changed, weakened or amplified by further superimposed fields. On the other hand, only the maximum occurring magnetization is recognizable. That a number of smaller impulses before or after the maximum event are not discernible, although these may have already contributed significantly to the degradation. As a result, the actual effect on the surge arrester remains unknown. Other methods include the number of overvoltage events, e.g. from a relevant size, using an irreversible counter and are then displayed.
  • Still other methods allow a conclusion of aging by heat on an intumescent substance.
  • the invention is based on the object to provide a device that allows a simple and inexpensive way a more precise inference to the state of a surge arrester.
  • 1 is a schematic arrangement of a spark gap
  • FIG. 2a shows a schematic arrangement of a spark gap according to the invention according to a first embodiment in a first state
  • FIG. 2b shows a schematic arrangement of the spark gap according to the invention according to a first embodiment in a second state
  • FIG. 3a shows a schematic arrangement of a spark gap according to the invention according to a second embodiment in a first state
  • FIG. 3b shows a schematic arrangement of the spark gap according to the invention in a second embodiment in a second state
  • Fig. 4a shows a schematic arrangement of a spark gap according to a third embodiment in a first state
  • Fig. 4b shows a schematic arrangement of the spark gap according to a third embodiment in a second state.
  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of a spark gap FS. In its most general form, this has at least one first discharge electrode E1 and a second discharge electrode E2 spaced therefrom. Without limiting the operation of the invention and spark gaps can be used with multiple electrodes or auxiliary electrodes. For the understanding of the invention, however, these are not necessary and are therefore not further mentioned below.
  • the breaking voltage Ubmch an arc discharge.
  • This arc discharge forms a discharge gap ES between the first discharge electrode E1 and the second discharge electrode E2.
  • the discharge path is at least partially surrounded by an electrically insulating material ISO.
  • This insulating material may also be configured to assist in cooling or erasing an arc discharge, eg, by causing the electrically insulating material to fumigate.
  • An exemplary material that provides this property is the hard gas blowing polyoxymethylene (POM). That is, in addition to an undesired degradation can be provided for a rather accepted and therefore rather desired degradation.
  • POM hard gas blowing polyoxymethylene
  • the degradation is to be considered such that the function of the spark gap FS is sufficiently guaranteed until its end of life.
  • this meant that because of the lack of knowledge about the condition inside the spark gap FS, the isolating substances ISO had to be rather generously dimensioned.
  • both the electrodes and the insulation surrounding the arc chamber are subject to degradation under the influence of an arc.
  • the spark gaps according to the invention have an aging detector.
  • exemplary embodiments according to FIGS. 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b have an aging detector.
  • This aging detector is provided by the electrically insulating substance ISO having at at least one point an electrically conductive portion A1 (FIGS. 2a and 2b, FIGS. 3a and 3b) or the portions A1 and A2 (FIGS. 4a and 4b).
  • the electrically conductive section A1 or the electrically conductive sections A1 and A2 are damaged by the action of arc discharges - represented in the figures by way of example by a lying flash between the discharge electrodes E1 and E2. Such a process is shown by way of example in the figures, with FIGS.
  • FIGS. 2a, 3a, 4a each showing a spark gap according to the invention in a functional state
  • FIGS. 2b, 3b and 4b show the spark gap in a degraded state which does not make further use sensible appears.
  • the electrically insulating material ISO is at least partially removed in the region of the discharge gap ES.
  • the aging of the spark gap can now be determined by measurements on the electrically conductive section A1 or on the electrically conductive sections A1 and A2.
  • an electrical conductor is inserted as an electrically conductive portion A1 in the electrically insulating material ISO.
  • Degradation removes the electrically insulating substance ISO. If the removal is so far that the inserted wire A1 is also damaged, the aging can be determined by a simple resistance measurement or a continuity test.
  • the corresponding measuring device can be provided permanently, so that the aging state can be determined at any time, in some circumstances even remotely, or else the corresponding measuring device is connected to the electrically conductive section A1 only when necessary.
  • sections can of course also be provided with inserted wires A1 in order to be able to determine the removal at different locations. These may e.g. be connected in series so as to provide a common statement about the state of aging or individual or all sections A1 can be evaluated exclusively.
  • a plurality of sections are arranged at different distances from the discharge path within the electrically insulating substance ISO in order to be able to better determine the progress of the degradation. If e.g. two wires used, e.g. the interruption of the more electrically conductive portion closer to the spark gap signal the need for early replacement, while the interruption of the remoter to
  • Spark gap lying electrical section can signal the need for immediate replacement.
  • the evaluation can be based on the fact that, for example, the passage through the individual wires is measured separately or else the resistance or the current flow through the two electrically conductive sections is determined in parallel. In this case, the cutting of a wire would lead to a halving of the current or to a doubling of the resistance in the case of similar types of wires connected in parallel.
  • the electrically conductive portion A1 may be formed, for example, from a rather voluminous material portion, as shown in FIGS. 3a and 3b as a black rectangle.
  • the change of the resistance can be detected in various ways, so that a direct statement about the internal state of the insulating material ISO in the spark gap FS can be made.
  • the evaluation can be done for example by means of resistance current or voltage measurement. In this case, the measurement can be carried out in isolation from the discharge electrodes E1, E2 of the spark gap FS. Alternatively, however, it is also possible for the discharge electrodes E1, E2 of the spark gap FS to be contacted and used for external evaluation as described above. Moreover, as shown in FIGS. 3 a and 3 b, this material section can be arranged directly on the surface of the electrically insulating material ISO, or, similarly to FIGS.
  • the corresponding section A 1 can also be embedded in the electrically insulating material ISO.
  • the electrically conductive portion A1 may comprise an electrically conductive polymer or an electrically conductive ceramic.
  • Exemplary electrically conductive polymers are e.g. Poly-3,4-ethylenedioxythiophene, polyacetylene, polyaniline, polyparaphenylene, polypyrrole, polythiophene, or mixtures or co-polymers thereof.
  • sections A1 can of course also be provided in the electrically insulating material ISO in order to be able to determine the removal at different locations. These can be connected in series, for example, so as to provide a common statement about the state of aging, or individual or all sections A1 can be evaluated exclusively.
  • An embedding and shaping of the electrically conductive region A1 in the attack region of the plasma of the arc can be dimensioned so that an optimal display is possible and the necessary replacement of the spark gap FS is detected in good time.
  • the embedding of the electrically conductive region A1 in the insulating material ISO is made possible for example by a two-component injection molding process. This makes it possible to obtain a dimensionally stable housing body of the spark gap FS in a simple and cost-effective manner, in which the electrically conductive region A1 can be optimally arranged. This method of preparation is particularly advantageous because no further measures for subsequent production and fixation are needed.
  • the flow through the electrically conductive section A1 can then be measured in a first step with the previously described embodiments.
  • a flow or a non-flow is sufficient as an aging indicator.
  • At least two electrically conductive sections A1, A2 are provided.
  • the at least two electrically conductive sections A1, A2 are arranged electrically insulated from one another.
  • the first section A1 of the at least two electrically conductive sections A1, A2 and the second section of the at least two electrically conductive sections A1, A2 are arranged such that the discharge path ES is located substantially between the two electrically conductive sections A1, A2.
  • the invention takes advantage of the fact that the electrically insulating substances ISO have a relative electrical permeability ⁇ ⁇ , which is different from 1.
  • the electrically conductive sections A1 and A2 as plates of a capacitor and the electrically insulating material ISO and the corresponding part of the discharge path ES
  • a degradation of the electrically insulating material ISO leads to a change in capacity, which can be evaluated accordingly. That is, the decrease in capacity is now a measure of aging.
  • a removal of the electrically conductive sections A1 and A2 can also lead to a change in the capacitance since the area available for the storage of charge is now reduced.
  • a measurement of the capacitance can be direct or indirect, e.g. on the detuning of a resonant circuit can be determined.
  • the capacitance between the two electrically conductive sections A1 and A2 can be measured in a first step.
  • the measured capacitance can then be compared with a predetermined reference value in order to determine the aging. The lower the capacity, the stronger the degradation.
  • the electrically conductive sections A1, A2 are arranged on the side of the electrically insulating material ISO facing away from the discharge path ES. This is particularly advantageous because even existing spark gaps can be easily retrofitted.
  • the mounting on the outside is advantageous in terms of further protective measures since there is no immediate danger of contact with one of the discharge electrodes E1 or E2.
  • the insulating materials ISO in the spark gap FS usually subject to the highest wear. Therefore, it is advisable to use the removal of the insulating substance as an aging variable.
  • the previously presented measuring principles can also be combined with each other.
  • the presented invention it is now possible to determine the aging process of the spark gap FS from the inside out easily and inexpensively.
  • the proposed invention also allows the realization of particularly small sizes, since the presented invention can be integrated into the conventional manufacturing process of spark gaps.
  • Discharge path ES first discharge electrode E1 second discharge electrode E2 electrically insulating material ISO electrically conductive section A1, A2

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Funkenstrecke (FS) mit Alterungsdetektor, wobei die Funkenstrecke (FS) eine erste Entladungselektrode (E1) und eine hierzu beabstandete zweite Entladungselektrode (E2) aufweist zwischen denen sich bei Erreichen einer bestimmten Spannung (Ubruch) eine Lichtbogenentladung entlang der Entladungsstrecke (ES) zwischen der ersten Entladungselektrode (E1) und der zweiten Entladungselektrode (E2) ausbildet, wobei die Entladungsstrecke zumindest abschnittsweise von einem elektrisch isolierendem Stoff (ISO) umgeben ist, wobei der elektrisch isolierende Stoff (ISO) an zumindest einer Stelle einen elektrisch leitfähigen Abschnitt (A1, A2) aufweist, wobei der elektrisch leitfähige Abschnitt (A1, A2) durch Einwirkung von Lichtbogenentladungen beschädigt wird und mittels einer Messung des Durchflusses oder des Widerstandes oder der Kapazität des elektrisch leitfähige Abschnitts (A1, A2) die Alterung der Funkenstrecke (FS) bestimmt werden kann.

Description

Funkenstrecke mit Alterungsdetektor und Verfahren zur Messung der Alterung
Funkenstrecke
Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke mit Alterungsdetektor und ein Verfahren zur Messung der Alterung einer Funkenstrecke. Hintergrund
Überspannungsabieiter werden zum Schutz von elektrischen Anlagen eingebaut und sollen Überspannungsereignisse an der Anlage vorbei ableiten, um so die Anlage vor dem Überspannungsereignis zu schützen. Dabei ist der Begriff des Überspannungsereignisses sehr weit gefasst und kann beispielsweise Blitzereignisse als auch Überspannungsspitzen durch Einschaltvorgänge von elektrischen Geräten oder dergleichen betreffen. Als Überspannungsabieiter werden z.B. Funkenstrecken, Varistoren oder Supressordioden verwendet. Überspannungsabieiter, insbesondere Funkenstrecken und Varistoren, unterliegen im
Laufe ihres Einsatzes einer fortschreitenden Degradation. Dabei verändern sich die Nennparameter des Überspannungsabieiters. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist der Überspannungsabieiter so weit degradiert, dass der Überspannungsabieiter seinen Zweck nicht mehr erfüllen kann. Dieses Versagen kann sowohl während eines Überspannungsereignisses als auch im laufenden Netzbetrieb auftreten und ist gefährlich für die Sicherheit der eigentlich durch den Überspannungsabieiter zu schützenden Anlage.
Bei Funkenstrecken entsteht im Falle eines Überspannungsereignisses ein Lichtbogen zwischen zumindest zwei Elektroden. Dieser Lichtbogen führt zum einem zu einem
Abtrag der Elektroden als auch zu einer Beschädigung der den Lichtbogenraum umgebenden Isolation. Somit ändert sich die innere Geometrie der Anordnung mit jedem Überspannungsereignis. Da der Zustand der Elektroden als auch der Isolation in der Regel nicht unmittelbar ersichtlich ist, kann versucht werden durch Messung in Prüfzyklen den Zustand ansatzweise zu ermitteln. Hierzu müssen die entsprechenden Funkenstrecken aus den jeweiligen Anlagen entfernt werden, was zeitaufwändig und kostenintensiv ist. Zudem führen auch die Prüfzyklen zu einer Degradation.
Bekannte Verfahren, um den Alterungsgrad im Einbauzustand abzuschätzen, basieren z.B. auf einem magnetfeldsensitiven Stoff, z.B. in Kartenform, welcher in unmittelbarer Umgebung eines elektrischen Leiters installiert wird. Dabei ist anzumerken, dass die Stromstärken eines Blitzstromereignisses weit über den Betriebsströmen liegen und somit entsprechend höhere magnetische Felder erzeugen. Diese höheren magnetischen Felder magnetisieren den magnetfeldsensitiven Stoff dauerhaft. Dabei ist die gespeicherte Magnetisierung ein Maß für den höchsten geflossenen Stoßstrom. Dieser höchste geflossene Stoßstrom kann anschließend mittels eines Lesegerätes ausgewertet werden.
Das Verfahren auf Basis der Speicherung der maximalen magnetischen Feldstärke in der Umgebung eines Leiters mittels magnetfeldsensitivem Stoff hat verschiedene Nachteile. Zum einen wird nur das effektiv räumlich vorhandene Feld erfasst, das durch weitere überlagerte Felder stark verändert, geschwächt oder verstärkt sein kann. Zum anderen ist nur die jeweils maximal aufgetretene Magnetisierung erkennbar. D.h. eine Anzahl von kleineren Impulsen vor oder nach dem maximalen Ereignis ist nicht erkennbar, obwohl diese schon einen wesentlichen Beitrag zur Degradation beigetragen haben können. In der Folge bleibt die tatsächliche Auswirkung auf den Überspannungsabieiter unbekannt. Andere Verfahren zählen die Anzahl von Überspannungsereignissen, z.B. ab einer relevanten Größe, mittels eines irreversiblen Zählers und werden anschließend angezeigt.
Dieses Verfahren lässt zwar einen begrenzten Rückschluss auf die tatsächlich abgeleitete Ladungsmenge zu, jedoch ist die tatsächliche Auswirkung auf den
Überspannungsabieiter nicht bekannt.
Noch andere Verfahren erlauben einen Rückschluss der Alterung durch Wärme- Einwirkung auf einen intumeszenten Stoff.
Allen diesen Verfahren ist gemein, dass sie die Auswirkungen nur sehr indirekt erfassen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die auf einfache und preiswerte Weise einen präziseren Rückschluss auf den Zustand eines Überspannungsabieiters zulässt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematisierte Anordnung einer Funkenstrecke,
Fig. 2a eine schematisierte Anordnung einer erfindungsgemäßen Funkenstrecke gemäß einer ersten Ausführungsform in einem ersten Zustand,
Fig. 2b eine schematisierte Anordnung der erfindungsgemäßen Funkenstrecke gemäß einer ersten Ausführungsform in einem zweiten Zustand,
Fig. 3a eine schematisierte Anordnung einer erfindungsgemäßen Funkenstrecke gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem ersten Zustand,
Fig. 3b eine schematisierte Anordnung der erfindungsgemäßen Funkenstrecke gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem zweiten Zustand, Fig. 4a eine schematisierte Anordnung einer erfindungsgemäßen Funkenstrecke gemäß einer dritten Ausführungsform in einem ersten Zustand, und Fig. 4b eine schematisierte Anordnung der erfindungsgemäßen Funkenstrecke gemäß einer dritten Ausführungsform in einem zweiten Zustand.
Die Figur 1 zeigt eine schematisierte Anordnung einer Funkenstrecke FS. Diese weist in ihrer allgemeinsten Form zumindest eine erste Entladungselektrode E1 und eine hierzu beabstandete zweite Entladungselektrode E2 auf. Ohne Beschränkung der Wirkungsweise der Erfindung können auch Funkenstrecken mit mehreren Elektroden bzw. Hilfselektroden zur Verwendung kommen. Für das Verständnis der Erfindung sind diese jedoch nicht nötig und werden daher im Folgenden nicht weiter erwähnt.
Zwischen der ersten Entladungselektrode E1 und der zweiten Entladungselektrode E2 bildet sich bei Erreichen einer bestimmten Spannung, der sogenannten Bruchspannung Ubmch , eine Lichtbogenentladung aus. Diese Lichtbogenentladung bildet dabei eine Entladungsstrecke ES zwischen der ersten Entladungselektrode E1 und der zweiten Entladungselektrode E2. Zum Schutz der Umgebung ist die Entladungsstrecke zumindest abschnittsweise von einem elektrisch isolierendem Stoff ISO umgeben. Hierdurch bildet sich ein Lichtbogenraum. Dieser isolierende Stoff kann zudem so ausgestaltet sein, dass er das Kühlen oder Löschen einer Lichtbogenentladung unterstützt, z.B. dadurch, dass der elektrisch isolierende Stoff zu einer Begasung führt. Ein beispielhafter Werkstoff, der diese Eigenschaft zur Verfügung stellt, ist das hartgasblasende Polyoxymethylen (POM). D.h. neben einer ungewünschten Degradation kann auch eine in Kauf genommene und daher eher gewünschte Degradation vorgesehen sein. Bei der technischen Auslegung der Isolierteile ist die Degradation derart zu berücksichtigen, dass die Funktion der Funkenstrecke FS bis zu ihrem Lebensdauerende ausreichend gewährleistet ist. In der Vergangenheit führte dies dazu, dass auf Grund fehlender Kenntnisse über den Zustand im Inneren der Funkenstrecke FS, die isolierenden Stoffe ISO eher großzügig dimensioniert werden mussten.
Wie bereits zuvor beschrieben, unterliegen sowohl die Elektroden als auch die den Lichtbogenraum umgebenden Isolation unter Lichtbogeneinfluss einer Degradation.
Um diese Degradation der Funkenstrecke nun erkennen zu können, weisen die erfindungsgemäßen Funkenstrecken einen Alterungsdetektor auf.
Hierzu weisen beispielhafte Ausführungsformen gemäß der Figuren 2a, 2b, 3a, 3b, 4a und 4b einen Alterungsdetektor auf. Dieser Alterungsdetektor wird dadurch bereitgestellt, dass der elektrisch isolierende Stoff ISO an zumindest einer Stelle einen elektrisch leitfähigen Abschnitt A1 (Fig. 2a und 2b, Fig. 3a und 3b) bzw. die Abschnitte A1 und A2 (Fig. 4a und 4b) aufweist. Der elektrisch leitfähige Abschnitt A1 bzw. die elektrisch leitfähigen Abschnitte A1 und A2 werden durch Einwirkung von Lichtbogenentladungen - in den Figuren beispielhaft durch einen liegenden Blitz zwischen den Entladungselektroden E1 und E2 dargestellt - beschädigt. Ein derartiger Vorgang ist beispielhaft in den Figuren gezeigt, wobei die Figuren 2a, 3a, 4a jeweils eine erfindungsgemäße Funkenstrecke in einem funktionsfähigen Zustand zeigen, während die Figuren 2b, 3b und 4b die Funkenstrecke in einem degradierten Zustand zeigen, der eine weitere Verwendung nicht sinnvoll erscheinen lässt. Wie ein einfacher Vergleich zeigt, ist im degradierten Zustand der elektrisch isolierende Stoff ISO im Bereich der Entladungsstrecke ES zumindest abschnittsweise abgetragen. Nun kann aber durch Messungen am elektrisch leitfähigen Abschnitt A1 bzw. an den elektrisch leitfähigen Abschnitten A1 und A2 die Alterung der Funkenstrecke bestimmt werden.
Hierzu können unterschiedliche Messprinzipien verwendet werden, die nachfolgend an Hand der Figuren exemplarische beschrieben werden sollen.
In Figur 2a ist ein elektrischer Leiter als elektrisch leitfähiger Abschnitt A1 in den elektrisch isolierenden Stoff ISO eingelegt. Durch Degradation wird der elektrisch isolierende Stoff ISO abgetragen. Ist der Abtrag soweit, dass der eingelegte Draht A1 mit beschädigt wird, kann durch eine einfache Widerstandsmessung bzw. eines Durchgangstests die Alterung ermittelt werden. Das entsprechende Messgerät kann zum einen dauerhaft vorgesehen sein, sodass zu beliebigen Zeitpunkten, unter Umständen sogar aus der Ferne, der Alterungszustand ermittelt werden kann, oder aber das entsprechende Messgerät wird nur bei Bedarf an den elektrisch leitfähigen Abschnitt A1 angeschlossen.
Ohne weiteres können natürlich auch mehrere Abschnitte mit eingelegten Drähten A1 versehen sein, um an unterschiedlichen Orten den Abtrag bestimmen zu können. Diese können z.B. in Serie geschaltet sein, um so eine gemeinsame Aussage über den Alterungszustand zu liefern oder aber einzelne oder alle Abschnitte A1 können exklusiv ausgewertet werden. Zudem kann vorgesehen sein, dass mehrere Abschnitte in unterschiedlichen Entfernungen von der Entladungsstrecke innerhalb des elektrisch isolierenden Stoffes ISO angeordnet sind, um so den Fortgang der Degradation besser bestimmen zu können. Werden z.B. zwei Drähte verwendet, kann z.B. die Unterbrechung des näher zur Funkenstrecke liegenden elektrisch leitfähigen Abschnitts die Notwendigkeit einer baldigen Auswechselung signalisieren, während die Unterbrechung des entfernter zur
Funkenstrecke liegenden elektrischen Abschnitts die Notwendigkeit einer unmittelbaren Auswechslung signalisieren kann. Dabei kann die Auswertung darauf basieren, dass z.B. der Durchgang durch die einzelnen Drähte getrennt gemessen wird oder aber der Widerstand bzw. der Stromfluss durch die beiden elektrisch leitfähigen Abschnitte parallel ermittelt wird. In diesem Fall würde bei gleichartigen parallel geschalteten Drähten die Durchtrennung eines Drahtes zu einer Halbierung des Stromes bzw. zu einer Verdoppelung des Widerstandes führen. In einer anderen Ausführungsform basierend auf demselben Messprinzip kann der elektrisch leitfähige Abschnitt A1 z.B. aus einem eher voluminösen Materialabschnitt, wie in Figur 3a und 3b als schwarzes Rechteck gezeigt, gebildet sein.
Hierbei bietet es sich an den Alterungsprozess als eine Widerstandsmessung auszuführen, da mit zunehmendem Abtrag der Widerstand des Abschnittes A1 ansteigt. D.h. im Unterschied zur Ausführungsform der Figur 2a und 2b kann die Alterung noch präziser bestimmt werden. Natürlich kann auch eine einfache Durchgangsmessung realisiert sein, falls die hierdurch ermöglichte Aussage ausreichend ist.
Die Änderung des Widerstandes kann auf verschiedene Arten detektiert werden, so dass eine direkte Aussage über den inneren Zustand des isolierenden Stoffes ISO in der Funkenstrecke FS getroffen werden kann. Die Auswertung kann beispielsweise mittels Widerstands- Strom- oder Spannungsmessung erfolgen. Dabei kann die Messung isoliert von den Entladungselektroden E1 , E2 der Funkenstrecke FS erfolgen. Alternativ können aber auch die Entladungselektroden E1 , E2 der Funkenstrecke FS kontaktiert sein und zur äußeren Auswertung wie zuvor beschrieben verwendet werden. Dieser Materialabschnitt kann zudem, wie in den Figuren 3a und 3b gezeigt, unmittelbar an der Oberfläche des elektrisch isolierenden Stoffes ISO angeordnet sein, oder aber ähnlich wie in Figur 2a und 2b kann der entsprechende Abschnitt A1 auch in den elektrisch isolierenden Stoff ISO eingebettet sein. Beispielsweise kann der elektrisch leitfähige Abschnitt A1 , wie zuvor beschrieben, ein elektrisch leitfähiges Polymer oder eine elektrisch leitfähige Keramik aufweisen. Beispielhafte elektrisch leitfähige Polymere sind z.B. Poly-3,4-Ethylendioxythiophen, Polyacetylen, Polyanilin, Polyparaphenylen, Polypyrrol, Polythiophen, oder Mischungen oder Co-Polymere derselben.
Ohne weiteres können natürlich auch mehrere Abschnitte A1 im elektrisch isolierenden Stoff ISO vorgesehen sein, um an unterschiedlichen Orten den Abtrag bestimmen zu können. Diese können z.B. in Serie geschaltet sein, um so eine gemeinsame Aussage über den Alterungszustand zu liefern oder aber einzelne oder alle Abschnitte A1 können exklusiv ausgewertet werden. Eine Einbettung und Ausformung des elektrisch leitfähigen Bereichs A1 im Angriffsbereich des Plasmas des Lichtbogens kann dabei so dimensioniert werden, dass eine optimale Anzeige möglich ist und der notwendige Austausch der Funkenstrecke FS rechtzeitig detektiert wird.
Die Einbettung des elektrisch leitfähigen Bereichs A1 in den isolierenden Stoff ISO wird beispielsweise durch ein Zwei-Komponenten-Spritzgußverfahren ermöglicht. Hierdurch kann man auf einfache und kostengünstige Weise einen formstabilen Gehäusekörper der Funkenstrecke FS erhalten, bei dem der elektrisch leitfähige Bereich A1 optimal angeordnet werden kann. Diese Herstellungsweise ist besonders vorteilhaft, da keine weiteren Maßnahmen zur nachträglichen Fertigung und Fixierung benötigt werden.
In einem geeigneten Detektionsverfahren kann dann mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem ersten Schritt der Durchfluss über den elektrisch leitfähigen Abschnitt A1 gemessen werden. Im einfachsten Fall reicht ein Durchfluss bzw. ein Nichtdurchfluss als Alterungsanzeige aus.
In einem weitergehenden Detektionsverfahren, dass eine präzisere Aussage über die tatsächliche Alterung ermöglicht, wird nicht nur der Durchfluss, sondern der Widerstand des Durchflusses gemessen und der hieraus ermittelte Wert mit einem vorbestimmten
Referenzwert verglichen. Je höher der Widerstand des elektrisch leitfähigen Abschnittes A1 wird, desto stärker ist die Degradation.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, dargestellt in Figur 4a und 4b, werden mindestens zwei elektrisch leitfähige Abschnitte A1 , A2 vorgesehen. Dabei sind die mindestens zwei elektrisch leitfähigen Abschnitte A1 , A2 elektrisch voneinander isoliert angeordnet.
Der erste Abschnitt A1 der zumindest zwei elektrisch leitfähigen Abschnitte A1 , A2 und der zweite Abschnitt der zumindest zwei elektrisch leitfähigen Abschnitte A1 , A2 sind dabei so angeordnet, dass die Entladungsstrecke ES sich im Wesentlichen zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Abschnitten A1 , A2 befindet.
Dabei macht sich die Erfindung zu Nutze, dass die elektrisch isolierenden Stoffe ISO eine relative elektrische Permeabilität εΓ aufweisen, die von 1 verschieden ist. Werden die elektrisch leitfähigen Abschnitte A1 und A2 als Platten eines Kondensators und der elektrisch isolierende Stoff ISO und der entsprechende Teil der Entladungsstrecke ES als Dielektrikum des Kondensators verstanden, so führt eine Degradation des elektrisch isolierenden Stoffs ISO zu einer Änderung der Kapazität, die entsprechend ausgewertet werden kann. D.h. die Abnahme der Kapazität ist nun ein Maß für die Alterung. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Abtrag der elektrisch leitfähigen Abschnitte A1 und A2 zu einer Änderung der Kapazität führen, da nun die zur Speicherung von Ladung zur Verfügung stehende Fläche verringert wird.
Eine Messung der Kapazität kann dabei direkt oder indirekt, z.B. über die Verstimmung eines Schwingkreises, bestimmt werden.
In einem beispielhaften geeigneten Verfahren kann z.B. mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem ersten Schritt die Kapazität zwischen den zwei elektrisch leitfähigen Abschnitten A1 und A2 gemessen werden. In einem weiteren Schritt kann dann wiederum die gemessene Kapazität mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen werden, um die Alterung zu bestimmen. Je geringer die Kapazität ist, desto stärker ist die Degradation.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Abschnitte A1 , A2 auf der von der Entladungstrecke ES abgewandten Seite des elektrisch isolierenden Stoffes ISO angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, da auch bereits vorhandene Funkenstrecken ohne weiteres nachgerüstet werden können. Zudem ist die Anbringung auf der Au ßenseite in Bezug auf weitergehende Schutzmaßahmen vorteilhaft, da nun nicht die unmittelbare Gefahr eines Kontaktes zu einer der Entladungselektroden E1 bzw. E2 besteht.
Dabei ist anzumerken, dass die isolierenden Stoffe ISO in der Funkenstrecke FS in aller Regel dem höchsten Verschleiß unterliegen. Daher bietet es sich an den Abtrag des isolierenden Stoffes als Alterungsgröße heranzuziehen.
Ohne weiteres können die zuvor vorgestellten Messprinzipien auch miteinander kombiniert sein. So ist es z.B. möglich durch geeignete Beschaltung sowohl eine Widerstandsmessung von zwei Abschnitten getrennt oder als Reihenschaltung oder als Parallelschaltung durchzuführen und zeitlich hiervon getrennt und mit anderer Messbeschaltung auch eine Kapazitätsmessung durchzuführen. Mit der vorgestellten Erfindung ist es nun möglich den Alterungsprozess der Funkenstrecke FS von innen heraus einfach und kostengünstig bestimmen zu können. Dabei erlaubt die vorgestellte Erfindung auch die Realsierung besonders kleiner Baugrößen, da die vorgestellte Erfindung in den herkömmlichen Herstellungsprozess von Funkenstrecken integriert werden kann.
Bezugszeichenliste
Funkenstrecke FS
Entladungsstrecke ES erste Entladungselektrode E1 zweite Entladungselektrode E2 elektrisch isolierender Stoff ISO elektrisch leitfähiger Abschnitt A1 , A2

Claims

Patentansprüche
1 . Funkenstrecke mit Alterungsdetektor, wobei die Funkenstrecke (FS) eine erste Entladungselektrode (E1 ) und eine hierzu beabstandete zweite Entladungselektrode (E2) aufweist zwischen denen sich bei Erreichen einer bestimmten Spannung ( Ubruch) eine Lichtbogenentladung entlang der Entladungsstrecke (ES) zwischen der ersten Entladungselektrode (E1 ) und der zweiten Entladungselektrode (E2) ausbildet, wobei die Entladungsstrecke zumindest abschnittsweise von einem elektrisch isolierendem Stoff (ISO) umgeben ist, wobei der elektrisch isolierende Stoff (ISO) an zumindest einer Stelle einen elektrisch leitfähigen Abschnitt (A1 , A2) aufweist, wobei der elektrisch leitfähige Abschnitt (A1 , A2) durch Einwirkung von Lichtbogenentladungen beschädigt wird und mittels einer Messung des Durchflusses oder des Widerstandes oder der Kapazität des elektrisch leitfähige Abschnitts (A1 , A2) die Alterung der Funkenstrecke (FS) bestimmt werden kann.
2. Funkenstrecke nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Abschnitt (A1 , A2) zumindest einen metallischen Leiter aufweist.
3. Funkenstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Abschnitt (A1 , A2) zumindest ein elektrisch leitfähiges Polymer oder eine elektrisch leitfähige Keramik aufweist.
4. Funkenstrecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Polymer ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Poly-3,4- ethylendioxythiophen, Polyacetylen, Polyanilin, Polyparaphenylen, Polypyrrol, Polythiophen, oder Mischungen derselben.
5. Funkenstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Abschnitt (A1 , A2) in den elektrisch isolierende Stoff (ISO) eingebettet ist.
6. Funkenstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Abschnitt (A1 , A2) auf der von der Entladungsstrecke (ES) abgewandten Seite des elektrisch isolierenden Stoffes (ISO) angeordnet ist.
7. Funkenstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei elektrisch leitfähige Abschnitte (A1 , A2) vorgesehen sind, die elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind, wobei der erste Abschnitt der zumindest zwei elektrisch leitfähigen Abschnitte (A1 , A2) und der zweite Abschnitt der zumindest zwei elektrisch leitfähigen Abschnitte (A1 , A2) so angeordnet sind, dass die Entladungsstrecke (ES) sich zwischen den beiden der zumindest elektrisch leitfähigen Abschnitte (A1 , A2) befindet.
8. Verfahren zur Messung der Alterung einer Funkenstrecke, wobei die Funkenstrecke (FS) eine erste Entladungselektrode (E1 ) und eine hierzu beabstandete zweite Entladungselektrode (E2) aufweist zwischen denen sich bei Erreichen einer bestimmten Spannung (Ubruch) eine Lichtbogenentladung entlang der Entladungsstrecke (ES) zwischen der ersten Entladungselektrode (E1 ) und der zweiten Entladungselektrode (E2) ausbildet, wobei die Entladungsstrecke zumindest abschnittsweise von einem elektrisch isolierendem Stoff (ISO) umgeben ist, wobei der elektrisch isolierende Stoff (ISO) an zumindest einer Stelle einen elektrisch leitfähigen Abschnitt (A1 , A2) aufweist, wobei der elektrisch leitfähige Abschnitt (A1 , A2) durch Einwirkung von Lichtbogenentladungen beschädigt wird, aufweisend die Schritte:
• Messen des elektrischen Widerstandes oder des Durchflusses über den elektrisch leitfähige Abschnitt (A1 , A2), um die Alterung zu bestimmen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Durchflusses die Messung eines Widersandes über den elektrisch leitfähigen Abschnitt (A1 , A2) aufweist und der gemessene elektrische Widerstand mit einem vorbestimmten Referenziert verglichen wird, um die Alterung zu bestimmen.
10. Verfahren zur Messung der Alterung einer Funkenstrecke, wobei die Funkenstrecke (FS) eine erste Entladungselektrode (E1 ) und eine hierzu beabstandete zweite Entladungselektrode (E2) aufweist zwischen denen sich bei Erreichen einer bestimmten Spannung (Ubruch) eine Lichtbogenentladung entlang der Entladungsstrecke (ES) zwischen der ersten Entladungselektrode (E1 ) und der zweiten Entladungselektrode (E2) ausbildet, wobei die Entladungsstrecke zumindest abschnittsweise von einem elektrisch isolierendem Stoff (ISO) umgeben ist, wobei der elektrisch isolierende Stoff (ISO) an zumindest zwei Stellen einen elektrisch leitfähigen Abschnitt (A1 , A2) aufweist, die zumindest im Herstellungszustand keinen Kontakt zur Entladungsstrecke aufweisen, wobei die elektrisch leitfähigen Abschnitte (A1 , A2) elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind, wobei der erste Abschnitt der zumindest zwei elektrisch leitfähige Abschnitte (A1 , A2) und der zweite Abschnitt der zumindest zwei elektrisch leitfähige Abschnitte (A1 , A2) so angeordnet sind, dass die Funkenstrecke sich zwischen den beiden der zumindest elektrisch leitfähigen Abschnitte (A1 , A2) befindet, wobei zumindest einer der elektrisch leitfähigen Abschnitt (A1 , A2) durch Einwirkung von Lichtbogenentladungen beschädigt wird, aufweisend die Schritte:
• Messen der Kapazität zwischen den zwei elektrisch leitfähigen Abschnitten (A1 , A2),
• Vergleichen der gemessenen Kapazität mit einem Referenzwert, um die Alterung zu bestimmen.
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