WO2015113796A1 - Überspannungsschutz mit einer funkenstrecke - Google Patents

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WO2015113796A1
WO2015113796A1 PCT/EP2015/050307 EP2015050307W WO2015113796A1 WO 2015113796 A1 WO2015113796 A1 WO 2015113796A1 EP 2015050307 W EP2015050307 W EP 2015050307W WO 2015113796 A1 WO2015113796 A1 WO 2015113796A1
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WO
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laser
spark gap
overvoltage protection
compressor element
laser pulses
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PCT/EP2015/050307
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Hofstetter
Dennie Lange
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/20—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means

Definitions

  • Overvoltage protection with a spark gap The invention relates to overvoltage protection with a spark gap and with a laser for igniting the spark gap.
  • the invention is based on the object, overvoltage protection of the type mentioned and a method for
  • An overvoltage protection with a spark gap (which has electrodes opposite one another) and with a laser for igniting the spark gap is disclosed, wherein the laser is provided with an input of an optical stretch element. is connected, which serves for the temporal stretching of the laser pulses generated by the laser, the output of the stretching element is connected to one end of an optical transmission fiber, in particular to one end of an optical waveguide, a second end of the transmission fiber is connected to an input of an optical compressor element, which serves for temporal compression of the laser pulses, and the output of the compressor element (optically) is connected to the spark gap.
  • the optical transmission fiber only needs to transmit the time-stretched laser pulses.
  • the maximum occurring local energy density in the optical transmission fiber is significantly reduced (compared to a transmission of non-stretched laser pulses).
  • damage to the optical transmission fiber is avoided or the service life of the transmission period is extended.
  • the optical compressor element is arranged, which upsets the laser pulses in time.
  • laser pulses are present at the output of the compressor element, which again have a greater maximum energy density.
  • the spark gap can be reliably ignited with the aid of these laser pulses.
  • the overvoltage protection can be designed such that the (optical) output of the compressor element is directed in the direction of at least one electrode of the spark gap or in the direction of the gap between two electrodes of the spark gap.
  • Compressor element can be advantageously ensured that the spark gap can be ignited safely and reliably by means of the compressed laser pulses.
  • the overvoltage protection can be realized in such a way that the laser is a pulse laser, in particular a femtosecond laser.
  • the pulse laser in particular by means of
  • Femtosecond laser very short laser pulses can be generated, so that the temporal stretching of the laser pulses and the subsequent temporal upsetting of the laser pulses can be effectively applied.
  • the overvoltage protection can also be realized in such a way that the transmission fiber is free from laser-active media. As a result, a simple and inexpensive transmission fiber, in particular a simple and inexpensive optical waveguide, can be used.
  • the overvoltage protection can also be realized so that the spark gap and the compressor element on a
  • the laser is connected to ground potential. It is particularly advantageous that the located at ground potential laser can be easily and inexpensively supplied with electrical energy. For example, this laser can be connected to a conventional AC power supply network and can be supplied with electrical energy in this way.
  • the laser pulses are then transmitted to the platform via the transmission fiber, in particular the optical fiber. Due to the galvanic isolation realized by the transmission fiber / optical waveguides, there is no undesirable influence between the laser connected to earth potential and the platform connected to high voltage potential.
  • the overvoltage protection can also be designed such that the stretching element is arranged outside the platform and the transmission fiber connects the stretching element to the platform, in particular to the compressor element.
  • the overvoltage contactor can also be realized in such a way that optics for focusing the compressed laser pulses are arranged between the compressor element and the spark gap. By means of this optics, the laser pulses / the laser radiation can be focused on the spark gap, so that the spark gap can be ignited even safer and more reliable.
  • the overvoltage protection may also be implemented such that the compressor element is rigidly coupled (i.e., in particular immovable) to the spark gap.
  • This rigid coupling between the compressor element and the spark gap has the advantage that even in harsh everyday operation (in which, for example, vibrations or vibrations can occur) the laser radiation / laser pulses always flow safely into the
  • Spark gap can be coupled.
  • the rigid coupling between the compressor element and the spark gap furthermore ensures that the laser radiation always enters the space between the electrodes of the spark gap or meets the electrodes at the same angle.
  • Such a rigid or immovable coupling between the compressor element and the spark gap can also be referred to as a "quasi-monolithic" coupling
  • the overvoltage protection can also be realized in such a way that the spark gap is part of an ignition circuit for igniting a main spark gap to ignite a spark gap of low power by means of the laser first, whereupon this spark gap is then used to ignite a main spark gap of greater power.
  • a method for igniting a spark gap (which has mutually opposite electrodes) by means of a laser, wherein in the method the laser pulses generated by a laser are stretched in time, the time-stretched laser pulses by means of an optical transmission fiber, in particular by means of an optical
  • Optical fiber transmitted after transmission the time-stretched laser pulses are compressed in time, and the temporally compressed laser pulses are coupled into the spark gap.
  • This method can be designed so that the time-stretched laser pulses are transmitted by means of the optical transmission fiber to an electrically isolated platform which is at a high voltage potential (and which is provided for carrying at least one electrical component seen before overvoltage) protect).
  • the method can also be designed so that the spark gap and the compressor element are arranged on the platform, and the laser is connected to ground potential.
  • FIG. 1 shows a surge protector according to the prior art
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the overvoltage protection according to the invention and method
  • FIG. 3 an exemplary laser pulse
  • FIG. 4 shows an exemplary extended laser pulse
  • FIG. 5 shows an exemplary extended and re-compressed laser pulse.
  • Figure 1 is that of the published patent application
  • This overvoltage protection 1 has a main spark gap 2 with two main electrodes 3.
  • the overvoltage contactor 1 is arranged on an electrically isolated platform 4, which is supported by columnar (not shown figuratively) insulators at a ground potential environment.
  • the lower main electrode 3 is electrically connected to the potential of the platform 4, for example with a high voltage potential of the platform 4.
  • the upper main electrode 3 is at a different electrical potential, for example at a high voltage potential of a high voltage three-phase system. Between the main electrodes 3, a voltage of the order of, for example, a few hundred kV may be applied, for example 160 kV.
  • an ignition circuit 5 is provided with an ignition electrode 6, wherein the ignition circuit 5 has a capacitive voltage divider with a first capacitor 7 and a second capacitor 8 (firing capacitor 8) , The second capacitor 8 can be bridged by a parallel branch.
  • a spark gap 9 tripping spark gap 9
  • an ohmic resistor 10 is arranged in the parallel branch.
  • a fiber laser 17 is provided whose laser pulses are transmitted by means of an optical waveguide 15 to the tripping spark gap 9.
  • a protective device 13 and a pump laser 14 are arranged.
  • the pump laser 14 serves to pump the fiber laser 17.
  • the protection device (protection device) 13 is not shown figuratively with sensors / sensors, such. As voltage meters, so that measured values of the voltage drop across the component to be monitored voltage can be supplied to the protective device 13 and overvoltages can be detected by the protective device 13.
  • the laser pulses of the fiber laser 17 are called Züriumt.
  • the laser pulses are conducted via the optical waveguide 15 to the release spark gap 9. These laser pulses are so intense that an optical breakthrough in the tripping spark gap 9 is generated and thus the tripping spark gap 9 is ignited.
  • the optical waveguide 15 In order to avoid damage to the optical waveguide 15 as a result of these intense and high-energy laser pulses, the optical waveguide 15 must be designed to be correspondingly robust and energy-resistant, as a result of which the optical waveguide 15 is cost-intensive.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the overvoltage protection 200 according to the invention.
  • this overvoltage protection 200 has a main spark gap 2, an upper and a lower main electrode 3, a platform 4 (high-voltage platform 4), an ignition circuit 5, an ignition electrode 6, a first capacitor 7, a second capacitor 8 Spark gap 9 (tripping spark gap 9), an ohmic resistor 10 and a protective device 13.
  • the overvoltage protection 200 has a laser 210, which is arranged at earth potential 260 including the (not individually shown) pump source.
  • the laser 210 is a pulsed laser, in particular a femtosecond laser (this is a laser which emits laser pulses whose duration is in the femtosecond range).
  • the laser 210 is connected to ground potential 260 and is located outside the platform 4.
  • the pump source of the laser 210 may be configured as a conventional pump source, which may be e.g. B. generated by laser diodes pump light.
  • the laser pulses generated by the laser 210 are stretched in time by means of an optical stretching element 218.
  • an output 222 of the laser 210 is optically connected to an input 226 of the stretching element 218.
  • An output 230 of the stretching element 218 is connected to one end of an optical transmission fiber 15 '.
  • a second end of the optical transmission fiber 15 ' is connected to an input 234 of an optical compressor element 238.
  • Compressor element 2348 the stretched laser pulses are compressed in time, so that the laser pulses (ideally) get their original shape.
  • An output 242 of the compressor element 238 is connected to the spark gap 9, in particular the output 242 of the compressor element 238 is optically coupled to the spark gap 9.
  • Compressor element 238 is arranged directly on the spark gap 9, so that the compressed laser pulses leaving the compressor element 238 directly reach the spark gap 9.
  • the compressor element 238 is coupled to the spark gap 9.
  • the compressor element 238 is rigidly coupled (ie immobile) to the spark gap 9, so that the laser radiation always invades the spark gap under the same conditions (same angle of incidence, etc.).
  • the compressor element 238 may even be considered as part of the spark gap 9.
  • the rigid (quasi-monolithic) fastening of the compressor element 238 to the spark gap 9 ensures the greatest possible freedom from influence of external disturbances (such as, for example, vibrations) on the location of the laser focus in the spark gap.
  • the spark gap 9 is an encapsulated spark gap, which is arranged in a housing.
  • the spark gap 9 has a first electrode 246 and a second electrode 248; the electrodes 246 and 248 face each other. An arc is ignitable between the first electrode 246 and the second electrode 248.
  • the Compressor element 238 is rigidly connected to the housing of the spark gap 9.
  • the optical output 242 of the compressor element 238 is directed in the direction of the first electrode 246 and / or in the direction of the second electrode 248; the optical output 242 of the compressor element 238 may also be directed in the direction of the gap between the electrodes 246 and 248 of the spark gap 9.
  • the laser radiation (compressed laser pulses) emitted by the compressor element 238 can reach the electrodes 246 and / or 248 or enter into the gap between the electrodes 246 and 248.
  • the laser 210 and the stretching element 218 are located away from the platform 4, the compressor element 238 and the spark gap 9.
  • the spatial distance is bridged by means of the transmission fiber 15 '.
  • the transmission fiber 15 ' is an optical waveguide 15' in the embodiment. It is particularly advantageous here that the optical waveguide 15 'does not have to transmit the extremely short laser pulses of the laser 210, which have a high energy density. Rather, advantageously only the time-stretched laser pulses are transmitted to the platform with the optical waveguide 15 ', which have a comparatively lower energy density. Therefore, the optical waveguide 15 'is relatively less energetically loaded, so that a cost-effective optical waveguide can be used here.
  • the optical waveguide 15 'as such has no laser-active medium, it is free of laser-active media. Also, therefore, a cost-effective optical fiber can be used here.
  • the local intensity of the laser pulses in the optical waveguide 15 ' is considerably reduced compared to the local intensity in the optical waveguide 15 during the transmission of the laser radiation according to FIG. 1. In this way, a less expensive optical waveguide used and / or extended due to the lower wear the life of the fibers of the optical fiber.
  • the independent of the optical waveguide 15 'laser 210 and the expression of the compressor element 238 as a separate component at the end of the optical waveguide 15' also allows better adjustability and maintenance and facilitates the replacement or repair of the compressor element or the laser.
  • a partially redundant design of the components of the overvoltage protection is easy to implement.
  • two redundant optical waveguide 15 'could be laid from the stretching element 218 to the platform 4, wherein only one compressor element 238 is present on the platform 4.
  • the optical waveguide 15 ' (eg by means of another laser of different wavelengths) can be monitored for the presence of interruptions. This monitoring is particularly simple, since the optical waveguide 15 'is free of laser-active media.
  • an optic 252 (containing, for example, one or more focusing lenses) for focusing the laser pulses / laser radiation may be provided on the compressor element 238, so that this laser radiation can be introduced even more accurately into the spark gap 9. But it can also be on the
  • Optics are waived. Also optionally also known as such so-called self-focusing of the laser can be used.
  • the electrically isolated platform 4, which is at high voltage electrical potential 256, carries the spark gap 9 and the compressor element 238. In addition, this platform 4 carries the electrical or electronic component or components, which protect against overvoltage by means of overvoltage protection are.
  • the overvoltage protection 200 or the method for igniting the spark gap 9 functions as follows: As soon as the protective device 13 detects an overvoltage on the component to be protected, it sends a signal to the laser 210, whereupon the laser 210 generates short laser pulses with high energy density. Such a short laser pulse is shown schematically in FIG. These laser pulses are transmitted to the stretching element 218 and stretched in this time. At the output 230 of the stretching element 218, the time-stretched laser pulses then have a shape that is shown schematically in FIG. These stretched laser pulses are then fed into the optical waveguide 15 'and transmitted to the platform 4. The stretched laser pulses then pass to the compressor element 238.
  • the compressor element 238 upsets the laser pulses in time, so that the laser pulses at the output 242 of the compressor element have a shape that is shown schematically in FIG. Ideally, the laser pulses at the output 242 of the compressor element 238 again have the same shape as at the input 226 of the stretching element 218. Thereafter, the laser pulses can optionally be focused by means of the optics 252. The laser pulses are then fed into the spark gap 9. Due to these laser pulses / laser radiation 255, the spark gap 9 is ignited, i. H. an arc begins to burn between the first electrode 246 and the second electrode 248 of the spark gap. Through this ignited spark gap 9 (that is, through the burning arc), the second capacitor 8 of the ignition circuit 5 is bridged. As a result, the ignition electrode 6 is brought almost to the electrical potential of the platform 4. Since the distance between the ignition electrode 6 and the upper
  • Main electrode 3 is smaller than the distance between the two main electrodes 3, an arc between the upper main electrode 3 and the ignition electrode 6 starts to burn. Due to this arc, the first capacitor 7 bridged, whereby the second capacitor 8 can recharge. As soon as the second capacitor 8 has a sufficiently high capacitor voltage, an arc begins to burn between the ignition electrode 6 and the lower main electrode 3, so that now the main spark gap 2 is completely ignited. As a result, a parallel to the main spark gap 2 switched to be protected component (which is not shown in Figure 2) protected from overvoltage.
  • the laser pulse generated by the laser 210 is thus stretched in time prior to coupling into the transmission fiber 15 '. This reduces the maximum occurring local energy density of the laser pulse in the transmission fiber 15 ⁇ , so that damage to the transmission fiber can be avoided.
  • a method known as such for temporally stretching the laser pulse is the so-called “chirping”:
  • a short laser pulse consists of a broad color spectrum.
  • “Chirping” uses the different transit times of the individual colors when passing through different media.
  • chirp mirrors special multilayer mirrors
  • Such a "negatively chirped" pulse is temporally stretched, compare Figure 4.
  • Such grid arrangements, prism arrangements or multilayer mirrors are thus examples of the stretching element 218.
  • FIG. 2 shows the stretching element 218 as a prism arrangement.
  • a dispersive medium e.g., quartz
  • a thin quartz block is an example of a compressor element 238.
  • a simple optical component which may be e.g. contains a thin quartz block, are arranged at the end of the optical transmission fiber.
  • a focusing lens can be arranged on the quartz block.
  • acoustooptic dispersion filters can also be used as the compressor element and / or stretch element, for example.
  • FIG. 3 shows a basic illustration of an exemplary laser pulse 310 at the output 222 of the laser 210.
  • the intensity I ie the energy per time and area
  • I the energy per time and area
  • FIG. 4 shows an exemplary representation of a time-stretched laser pulse 410, as shown at the output 230 of FIG. 4
  • Stretching element 218 occurs. It can be seen clearly the temporal extension of the laser pulse 410. This temporal extension of the laser pulse 410 results in the maximum intensity I being significantly reduced in comparison to the unstretched laser pulse 310 of FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a representation of the exemplary time-compressed laser pulse 255, as shown at the output 242 of FIG
  • Compressor element 238 occurs. It can clearly be seen the temporal compression of the laser pulse 255 in comparison to the laser pulse 410 of FIG. This temporal compression of the laser pulse 255 causes the maximum intensity I in comparison to the extended laser pulse 410 of FIG. 4 is enlarged again. In this embodiment, this temporally compressed laser pulse 255 again corresponds to the original laser pulse 310.
  • the main spark gap 2 can also be ignited directly by means of the laser 210. In the case of the main spark gap 2, higher energies occur than in the case of the spark gap 9 (in particular, larger currents flow and higher temperatures occur), in which case the compressor element 238 is correspondingly protected from heat.
  • overvoltage protection components / components can be protected, which are arranged parallel to the main spark gap 2.
  • overvoltage protection with spark gaps can be used to protect the capacitor banks and / or arrester banks.
  • the series compensation system and the spark gaps are located on the isolated against the ground potential high-voltage platform 4.
  • a control room with the monitoring electronics is not on the platform 4, but on the ground 258, ie at ground potential 260th
  • the laser 210 is also disposed on the ground 258, that is at ground potential 260.
  • the laser pulse is stretched in time in a controlled manner with the aid of the stretching element 218 before being coupled into the transmission fiber 15 '.
  • the maximum local energy density occurring in the optical waveguide 15 ⁇ due to the laser pulse is reduced, as a result of which irreversible damage to the optical waveguide is avoided or the service life of the optical waveguide 15 'is extended.
  • the laser pulse is again compressed / compressed in the compressor element 238. This is enough occurring by this temporally compressed laser pulse local energy density again to ignite the spark gap 9.
  • the compressor element 238 and optics 252 optionally arranged thereon can be realized at the end of the transmission fiber in the form of an end piece which is arranged rigidly (ie in particular immovably) on the spark gap 9.
  • the local intensity or the local energy density of the laser pulse in the optical waveguide / transmission fiber 15 ' is considerably reduced in the transmission of the elongated laser pulses 410 compared to the transmission of the unstretched laser pulses 310, d. H. to the transmission of the original laser pulses 310 of the laser 210.

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke (9) und mit einem Laser (210) zum Zünden der Funkenstrecke. Der Laser (210) ist mit einem Eingang (226) eines optischen Streckelements (218) verbunden ist, welches zum zeitlichen Strecken der von dem Laser erzeugten Laserpulse (310) dient. Der Ausgang (230) des Streckelements (218) ist mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser (15'), insbesondere mit einem Ende eines Lichtwellenleiters (15'), verbunden. Ein zweites Ende der Übertragungsfaser (15') ist mit einem Eingang (234) eines optischen Kompressorelements (238) verbunden, welches zum zeitlichen Stauchen der Laserpulse (410) dient, und ein Ausgang (242) des Kompressorelements (238) ist mit der Funkenstrecke (9) verbunden.

Description

Beschreibung
Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke und mit einem Laser zum Zünden der Funkenstrecke .
Ein derartiger Überspannungsschutz ist aus der Offenlegungs- schrift DE 10 2004 002 582 AI bekannt. Bei diesem bekannten Überspannungsschutz ist eine Funkenstrecke auf einer
elektrisch isoliert aufgestellten Plattform angeordnet, wobei sich diese Plattform auf einem Hochspannungspotential befindet. Zum Zünden der Funkenstrecke wird ein Laserpuls mittels eines Lichtwellenleiters zu der Funkenstrecke geführt. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass die hochenergetischen Laserpulse (welche zum Zünden der Funkenstrecke notwendig sind) durch die hohe lokale Intensität den Lichtwellenleiter beschädigen können. Um eine derartige Beschädigung des Licht- Wellenleiters zu vermeiden, muss bei dem bekannten Überspannungsschutz ein energetisch hoch belastbarer und damit teurer Lichtwellenleiter eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspan- nungsschutz der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum
Zünden einer Funkenstrecke anzugeben, welche kostengünstig realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Über- spannungsschütz nach dem Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Überspannungsschutzes und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Offenbart wird ein Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke (die einander gegenüberliegende Elektroden aufweist) und mit einem Laser zum Zünden der Funkenstrecke, wobei der Laser mit einem Eingang eines optischen Streckelements ver- bunden ist, welches zum zeitlichen Strecken der von dem Laser erzeugten Laserpulse dient, der Ausgang des Streckelements mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser, insbesondere mit einem Ende eines Lichtwellenleiters, verbunden ist, ein zweites Ende der Übertragungsfaser mit einem Eingang eines optischen Kompressorelements verbunden ist, welches zum zeitlichen Stauchen der Laserpulse dient, und der Ausgang des Kompressorelements (optisch) mit der Funkenstrecke verbunden ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die optische Über- tragungsfaser nur die zeitlich gestreckten Laserpulse zu übertragen braucht. Auf diese Weise verringert sich (gegenüber einer Übertragung von zeitlich nicht gestreckten Laserpulsen) die maximal auftretende lokale Energiedichte in der optischen Übertragungsfaser deutlich. Dadurch werden Schäden der optischen Übertragungsfaser vermieden bzw. die Lebensdauer der Übertragungsdauer wird verlängert. Weiterhin ist vorteilhaft, dass an dem zweiten Ende der Übertragungsfaser das optische Kompressorelement angeordnet ist, welches die Laserpulse zeitlich staucht. Damit liegen am Ausgang des Kompressorelements Laserpulse vor, welche wieder eine größere maximale Energiedichte aufweisen. Dadurch kann mit Hilfe dieser Laserpulse die Funkenstrecke sicher gezündet werden.
Der Überspannungsschutz kann so ausgestaltet sein, dass der (optische) Ausgang des Kompressorelements in Richtung mindestens einer Elektrode der Funkenstrecke oder in Richtung des Zwischenraumes zwischen zwei Elektroden der Funkenstrecke gerichtet ist. Durch eine derartige Ausrichtung des
Kompressorelements kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass mittels der gestauchten Laserpulse die Funkenstrecke sicher und zuverlässig gezündet werden kann.
Der Überspannungsschutz kann so realisiert sein, dass der Laser ein Pulslaser, insbesondere ein Femtosekundenlaser, ist. Mittels des Pulslasers, insbesondere mittels des
Femtosekundenlasers , können sehr kurze Laserpulse erzeugt werden, so dass das zeitliche Strecken der Laserpulse und das darauffolgende zeitliche Stauchen der Laserpulse wirkungsvoll angewendet werden kann.
Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Übertragungsfaser frei von laseraktiven Medien ist. Dadurch kann eine einfache und kostengünstige Übertragungsfaser, insbesondere ein einfacher und kostengünstiger Lichtwellenleiter, verwendet werden. Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Funkenstrecke und das Kompressorelement auf einer
elektrisch isoliert aufgestellten Plattform angeordnet sind, die sich auf einem (elektrischen) Hochspannungspotential befindet (und die zum Tragen von mindestens einem elektrischen Bauteil vorgesehen ist, das vor Überspannung zu schützen ist), und der Laser mit Erdpotential verbunden ist. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass der sich auf Erdpotential befindende Laser einfach und kostengünstig mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Beispielsweise kann dieser La- ser an ein herkömmliches Wechselstrom-Energieversorgungsnetz angeschlossen sein und auf diese Art und Weise mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Laserpulse werden dann über die Übertragungsfaser, insbesondere den Lichtwellenleiter, zu der Plattform übertragen. Aufgrund der durch die Übertragungsfaser/den Lichtwellenleiter realisierten galvanischen Trennung tritt dabei keine unerwünschte Beeinflussung zwischen dem mit Erdpotential verbundenen Laser und der mit Hochspannungspotential verbundenen Plattform auf. Der Überspannungsschutz kann auch so ausgebildet sein, dass das Streckelement außerhalb der Plattform angeordnet ist und die Übertragungsfaser das Streckelement mit der Plattform, insbesondere mit dem Kompressorelement, verbindet. Hier wird mittels der Übertragungsfaser eine galvanische Trennung zwi- sehen dem außerhalb der Plattform angeordneten Streckelement und der Plattform realisiert. Der Überspannungsschütz kann auch so realisiert sein, dass zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke eine Optik zum Fokussieren der gestauchten Laserpulse angeordnet ist. Mittels dieser Optik können die Laserpulse/die Laser- Strahlung auf die Funkenstrecke fokussiert werden, so dass die Funkenstrecke noch sicherer und zuverlässiger gezündet werden kann.
Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass das Kompressorelement starr (d.h. insbesondere unbeweglich) an die Funkenstrecke angekoppelt ist. Diese starre Kopplung zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke hat den Vorteil, dass auch im rauen Alltagsbetrieb (bei dem beispielsweise Vibrationen oder Erschütterungen auftreten kön- nen) die Laserstrahlung/die Laserpulse stets sicher in die
Funkenstrecke eingekoppelt werden. Durch die starre Kopplung zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke wird weiterhin sichergestellt, dass die Laserstrahlung immer im selben Winkel in den Raum zwischen den Elektroden der Funken- strecke eintritt bzw. die Elektroden trifft. Eine derartige starre bzw. unbewegliche Kopplung zwischen Kompressorelement und Funkenstrecke kann auch als eine „quasi-monolithische" Kopplung bezeichnet werden. Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Funkenstrecke Teil eines Zündkreises zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke ist. Dadurch ist es mit Vorteil möglich, mittels des Laser zunächst eine Funkenstrecke kleiner Leistung zu zünden, woraufhin diese Funkenstrecke dann zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke größerer Leistung verwendet wird.
Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke (die einander gegenüberliegende Elektroden aufweist) mittels eines Lasers, wobei bei dem Verfahren die von einem Laser erzeugten Laserpulse zeitlich gestreckt werden, die zeitlich gestreckten Laserpulse mittels einer optischen Übertragungsfaser, insbesondere mittels eines optischen
Lichtwellenleiters, übertragen werden, nach der Übertragung die zeitlich gestreckten Laserpulse zeitlich gestaucht werden, und die zeitlich gestauchten Laserpulse in die Funkenstrecke eingekoppelt werden. Dieses Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass die zeitlich gestreckten Laserpulse mittels der optischen Übertragungsfaser zu einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform übertragen werden, die sich auf einem Hochspannungspotential befindet (und die zum Tragen von mindestens einem elektri- sehen Bauteil vorgesehen ist, das vor Überspannung zu schützen ist) .
Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass die Funkenstrecke und das Kompressorelement auf der Plattform ange- ordnet sind, und der Laser mit Erdpotential verbunden ist.
Diese Verfahrensvarianten weisen gleichartige Vorteile auf, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Überspannungsschutz angegeben sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert: Dazu ist in
Figur 1 ein Überspannungsschutz nach dem Stand der Technik, in
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes und Verfahrens, in Figur 3 ein beispielhafter Laserpuls, in
Figur 4 ein beispielhafter gestreckter Laserpuls und in
Figur 5 ein beispielhafter gestreckter und wieder gestauchter Laserpuls dargestellt . In Figur 1 ist der aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 002 582 AI bekannte Überspannungsschutz 1 dargestellt. Dieser Überspannungsschutz 1 weist eine Hauptfunkenstrecke 2 mit zwei Hauptelektroden 3 auf. Der Überspannungs- schütz 1 ist auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform 4 angeordnet, die über säulenförmige (figürlich nicht dargestellte) Isolatoren an einer sich auf Erdpotential befindenden Umgebung abgestützt ist. Die untere Hauptelektrode 3 ist elektrisch mit dem Potential der Plattform 4 verbunden, beispielsweise mit einem Hochspannungspotential der Plattform 4. Die obere Hauptelektrode 3 befindet sich auf einem anderen elektrischen Potential, beispielsweise auf einem Hochspannungspotential eines Hochspannungsdrehstromnetzes. Zwischen den Hauptelektroden 3 kann eine Spannung in der Größenordnung von beispielsweise einigen Hundert kV anliegen, zum Beispiel 160 kV.
Parallel zu der Hauptfunkenstrecke 2 sind diejenigen elektrischen bzw. elektronischen Bauteile geschaltet, welche mittels der Hauptfunkenstrecke 2 vor Überspannung geschützt werden sollen. Bei diesen Bauteilen kann es sich beispielsweise um Kondensatoren handeln. (Diese zu schützenden Bauteile sind in den Figuren nicht dargestellt.) Zum Zünden der Hauptfunkenstrecke 2 ist ein Zündkreis 5 mit einer Zündelektrode 6 vorgesehen, wobei der Zündkreis 5 einen kapazitiven Spannungsteiler mit einem ersten Kondensator 7 und einem zweiten Kondensator 8 (Zündkondensator 8) aufweist. Der zweite Kondensator 8 ist durch einen Parallelzweig über- brückbar. In dem Parallelzweig ist eine Funkenstrecke 9 (Auslösefunkenstrecke 9) und in Reihenschaltung zu dieser ein ohmscher Widerstand 10 angeordnet. Zum Zünden der Auslösefunkenstrecke 9 ist ein Faserlaser 17 vorgesehen, dessen Laserpulse mittels eines Lichtwellenleiters 15 zu der Auslösefun- kenstrecke 9 übertragen werden.
Auf Erdpotential sind ein Schutzgerät 13 und ein Pumplaser 14 angeordnet . Der Pumplaser 14 dient zum Pumpen des Faserlasers 17. Das Schutzgerät (Schutztechnikgerät) 13 ist mit figürlich nicht dargestellten Messgebern/Sensoren, wie z. B. Spannungsmessern, verbunden, so dass Messwerte der an dem zu überwachenden Bauteil abfallenden Spannung dem Schutzgerät 13 zuführbar sind und Überspannungen von dem Schutzgerät 13 erkannt werden können.
Die Laserpulse des Faserlasers 17 werden Zündlicht genannt. Die Laserpulse werden über den Lichtwellenleiter 15 zur Aus- lösefunkenstrecke 9 geführt. Diese Laserpulse sind so intensiv, dass ein optischer Durchbruch in der Auslösefunkenstrecke 9 erzeugt wird und damit die Auslösefunkenstrecke 9 gezündet wird. Um Beschädigungen des Lichtwellenleiters 15 durch diese intensiven und energiereichen Laserpulse zu ver- meiden, muss der Lichtwellenleiter 15 entsprechend robust und energiebeständig ausgeführt sein, wodurch der Lichtwellenleiter 15 kostenintensiv ist.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes 200 dargestellt. Dieser Überspannungs- schutz 200 weist in Übereinstimmung mit Figur 1 eine Hauptfunkenstrecke 2, eine obere und eine untere Hauptelektrode 3, eine Plattform 4 (Hochspannungsplattform 4), einen Zündkreis 5, eine Zündelektrode 6, einen ersten Kondensator 7, einen zweiten Kondensator 8, eine Funkenstrecke 9 (Auslösefunkenstrecke 9) , einen ohmschen Widerstand 10 und ein Schutzgerät 13 auf. Weiterhin weist der Überspannungsschutz 200 einen Laser 210 auf, der einschließlich der (nicht einzeln dargestellten) Pumpquelle auf Erdpotential 260 angeordnet ist. Der Laser 210 ist im Ausführungsbeispiel ein Pulslaser, insbesondere ein Femtosekundenlaser (das ist ein Laser, der Laserpulse aussendet, deren Dauer im Femtosekunden-Bereich liegen) . Der Laser 210 ist mit Erdpotential 260 verbunden und befindet sich außerhalb der Plattform 4. Die Pumpquelle des Lasers 210 kann als eine herkömmliche Pumpquelle ausgestaltet sein, welche z. B. mittels Laserdioden Pumplicht erzeugt. Im Unterschied zu dem Überspannungsschutz nach der Figur 1 werden die von dem Laser 210 erzeugten Laserpulse mittels eines optischen Streckelements 218 zeitlich gestreckt. Dazu ist ein Ausgang 222 der Lasers 210 mit einem Eingang 226 des Streckelements 218 optisch verbunden. Ein Ausgang 230 des Streckelements 218 ist mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser 15' verbunden. Ein zweites Ende der optischen Übertragungsfaser 15' ist mit einem Eingang 234 eines optischen Kompressorelements 238 verbunden. Mittels dieses
Kompressorelements 238 werden die gestreckten Laserpulse zeitlich gestaucht, so dass die Laserpulse (im Idealfall) wieder ihre ursprüngliche Form erhalten. Ein Ausgang 242 des Kompressorelements 238 ist mit der Funkenstrecke 9 verbunden, insbesondere ist der Ausgang 242 des Kompressorelements 238 an die Funkenstrecke 9 optisch angekoppelt. Das
Kompressorelement 238 ist unmittelbar an der Funkenstrecke 9 angeordnet, so dass die das Kompressorelement 238 verlassenden gestauchten Laserpulse unmittelbar die Funkenstrecke 9 erreichen .
Das Kompressorelement 238 ist an die Funkenstrecke 9 angekoppelt. Vorteilhafterweise ist das Kompressorelement 238 starr (d. h. unbeweglich) an die Funkenstrecke 9 angekoppelt, so dass die Laserstrahlung stets unter gleichen Bedingungen (gleicher Einfallswinkel etc.) in die Funkenstrecke einfällt. Das Kompressorelement 238 kann sogar als ein Teil der Funkenstrecke 9 betrachtet werden. Die starre (quasi-monolithische) Befestigung des Kompressorelements 238 an der Funkenstrecke 9 gewährleistet eine weitestgehende Einflussfreiheit von äuße- ren Störungen (wie z. B. Vibrationen) auf den Ort des Laserfokus in der Funkenstrecke.
Bei der Funkenstrecke 9 handelt es sich um eine gekapselte Funkenstrecke, welche in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Funkenstrecke 9 weist eine erste Elektrode 246 und eine zweite Elektrode 248 auf; die Elektroden 246 und 248 liegen sich gegenüber. Zwischen der ersten Elektrode 246 und der zweiten Elektrode 248 ist ein Lichtbogen zündbar. Das Kompressorelement 238 ist starr mit dem Gehäuse der Funkenstrecke 9 verbunden. Dabei ist der optische Ausgang 242 des Kompressorelements 238 in Richtung der ersten Elektrode 246 und/oder in Richtung der zweiten Elektrode 248 gerichtet; der optische Ausgang 242 des Kompressorelements 238 kann auch in Richtung des Zwischenraumes zwischen den Elektroden 246 und 248 der Funkenstrecke 9 gerichtet sein. Dadurch kann die von dem Kompressorelements 238 ausgestrahlte Laserstrahlung (gestauchte Laserpulse) die Elektroden 246 und/oder 248 errei- chen oder in den Zwischenraum zwischen den Elektroden 246 und 248 eintreten.
Der Laser 210 und das Streckelement 218 sind räumlich entfernt von der Plattform 4, dem Kompressorelement 238 und der Funkenstrecke 9 angeordnet. Die räumliche Entfernung wird mittels der Übertragungsfaser 15' überbrückt. Die Übertragungsfaser 15' ist im Ausführungsbeispiel ein Lichtwellenleiter 15'. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass der Lichtwellenleiter 15' nicht die extrem kurzen Laserpulse des Lasers 210 übertragen muss, welche eine große Energiedichte aufweisen. Vielmehr werden vorteilhafterweise mit dem Lichtwellenleiter 15' lediglich die zeitlich gestreckten Laserpulse zu der Plattform übertragen, welche eine vergleichsweise geringere Energiedichte aufweisen. Daher wird der Lichtwellenleiter 15' energetisch vergleichsweise weniger belastet, so dass hier ein kostengünstiger Lichtwellenleiter zum Einsatz kommen kann. Der Lichtwellenleiter 15' als solcher weist kein laseraktives Medium auf, er ist frei von laseraktiven Medien. Auch deshalb kann hier ein kostengünstiger Lichtwellenleiter eingesetzt werden.
Bei der Übertragung der gestreckten Laserpulse zu der Plattform 4 gemäß der Figur 2 ist also die lokale Intensität der Laserpulse in dem Lichtwellenleiter 15' erheblich reduziert gegenüber der lokalen Intensität im Lichtwellenleiter 15 bei der Übertragung der Laserstrahlung gemäß der Figur 1. Dadurch kann ein kostengünstigerer Lichtwellenleiter verwendet werden und/oder aufgrund des niedrigeren Verschleißes verlängert sich die Lebensdauer der Fasern des Lichtwellenleiters. Der von dem Lichtwellenleiter 15' unabhängige Laser 210 und die Ausprägung des Kompressorelements 238 als ein eigenständiges Bauteil am Ende des Lichtwellenleiters 15' ermöglicht zudem eine bessere Justierbarkeit und Wartung und erleichtert den Austausch oder die Reparatur des Kompressorelements bzw. des Lasers .
Eine teilweise redundante Ausführung der Komponenten des Überspannungsschutzes ist leicht realisierbar. Beispielsweise könnten aus Sicherheitsgründen zwei redundante Lichtwellenleier 15' von dem Streckelement 218 zur Plattform 4 verlegt werden, wobei auf der Plattform 4 nur ein Kompressorelement 238 vorhanden ist. Optional kann der Lichtwellenleiter 15' (z. B. mittels eines weiteren Lasers unterschiedlicher Wellenlänge) auf das Vorliegen von Unterbrechungen überwacht werden. Diese Überwachung gestaltet sich besonders einfach, da der Lichtwellenleiter 15' frei von laseraktiven Medien ist .
Optional kann am Kompressorelement 238 eine Optik 252 (die zum Beispiel eine oder mehrere Fokussierlinsen enthält) zum Fokussieren der Laserpulse / Laserstrahlung vorgesehen sein, so dass diese Laserstrahlung noch zielgenauer in die Funken- strecke 9 eingebracht werden kann. Es kann aber auch auf die
Optik verzichtet werden. Ebenfalls optional kann auch die als solches bekannte sogenannte Selbstfokussierung des Lasers genutzt werden. Die elektrisch isoliert aufgestellte Plattform 4, die sich auf elektrischem Hochspannungspotential 256 befindet, trägt die Funkenstrecke 9 sowie das Kompressorelement 238. Außerdem trägt diese Plattform 4 das elektrische bzw. elektronische Bauteil bzw. die Bauteile, welche mittels des Überspannungs- Schutzes vor Überspannung zu schützen sind. Durch das Anordnen des Lasers 210 auf Erdpotential 260 ist es nicht notwendig, eine (aufwendige und teure) elektrische Energieversorgung des Lasers 210 auf dem Hochspannungspotential 256 der Plattform 4 zu realisieren. Auch dies führt zu erheblichen Kostenvorteilen .
Der Überspannungsschutz 200 bzw. das Verfahren zum Zünden der Funkenstrecke 9 funktioniert wie folgt: Sobald das Schutzgerät 13 eine Überspannung an dem zu schützenden Bauteil erkennt, gibt es ein Signal an den Laser 210 ab, woraufhin der Laser 210 kurze Laserpulse mit hoher Energiedichte erzeugt. Ein derartiger kurzer Laserpuls ist schematisch in Figur 3 dargestellt. Diese Laserpulse werden zu dem Streckelement 218 übertragen und in diesem zeitlich gestreckt. Am Ausgang 230 des Streckelements 218 weisen die zeitlich gestreckten Laserpulse dann eine Form auf, die schematisch in Figur 4 dargestellt ist. Diese gestreckten Laserpulse werden dann in den Lichtwellenleiter 15' eingespeist und zur Plattform 4 übertragen. Die gestreckten Laserpulse gelangen daraufhin zu dem Kompressorelement 238. Das Kompressorelement 238 staucht die Laserpulse zeitlich, so dass die Laserpulse am Ausgang 242 des Kompressorelements eine Form aufweisen, die schematisch in Figur 5 dargestellt ist. Im Idealfall haben die Laserpulse am Ausgang 242 des Kompressorelements 238 wieder die gleiche Form wie am Eingang 226 des Streckelements 218. Daraufhin können die Laserpulse optional mittels der Optik 252 fokus- siert werden. Die Laserpulse werden dann in die Funkenstrecke 9 eingespeist. Aufgrund dieser Laserpulse / Laserstrahlung 255 wird die Funkenstrecke 9 gezündet, d. h. es beginnt ein Lichtbogen zwischen der ersten Elektrode 246 und der zweiten Elektrode 248 der Funkenstrecke zu brennen. Durch diese gezündete Funkenstrecke 9 (d. h. durch den brennenden Lichtbogen) wird der zweite Kondensator 8 des Zündkreises 5 überbrückt. Dadurch wird die Zündelektrode 6 nahezu auf das elektrische Potential der Plattform 4 gebracht. Da der Abstand zwischen der Zündelektrode 6 und der oberen
Hauptelektrode 3 geringer ist als der Abstand zwischen den beiden Hauptelektroden 3, beginnt ein Lichtbogen zwischen der oberen Hauptelektrode 3 und der Zündelektrode 6 zu brennen. Aufgrund dieses Lichtbogens wird der erste Kondensator 7 überbrückt, wodurch sich der zweite Kondensator 8 wieder aufladen kann. Sobald der zweite Kondensator 8 eine ausreichend hohe Kondensatorspannung aufweist, beginnt ein Lichtbogen zwischen der Zündelektrode 6 und der unteren Hauptelektrode 3 zu brennen, so dass jetzt die Hauptfunkenstrecke 2 komplett gezündet ist. Dadurch wird ein parallel zur Hauptfunkenstrecke 2 geschaltetes zu schützendes Bauelement (welches in der Figur 2 nicht dargestellt ist) vor Überspannung geschützt .
Der von dem Laser 210 erzeugte Laserpuls wird also vor der Einkopplung in die Übertragungsfaser 15' zeitlich gestreckt. Dadurch verringert sich die maximal auftretende lokale Energiedichte des Laserpulses in der Übertragungsfaser 15 λ, so dass Schäden an der Übertragungsfaser vermieden werden.
Eine als solches bekannte Methode zum zeitlichen Strecken des Laserpulses ist das sogenannte „Chirpen": Ein kurzer Laserpuls besteht aus einem breiten Farbspektrum. Beim „Chirpen" wird die unterschiedliche Laufzeit der einzelnen Farben beim Durchgang durch verschiedene Medien genutzt. Beim Durchgang des kurzen Laserpulses durch bestimmte Gitteranordnungen oder Prismenanordnungen oder mittels spezieller Multilagenspiegel („Chirpspiegel") entsteht ein sogenannter „negativ
gechirpter" Puls, dessen langwelligen (roten) Frequenzkomponenten den kurzwelligen (blauen) Frequenzkomponenten hinterher laufen. Ein solcher „negativ gechirpter" Puls ist zeitlich gestreckt, vergleiche Figur 4. Solche Gitteranordnungen, Prismenanordnungen oder Multilagenspiegel sind also Beispiele für das Streckelement 218. In der Figur 2 ist das Streckelement 218 als eine Prismenanordnung dargestellt.
Beim Durchgang des Laserpulses durch ein dispersives Medium (z.B. durch Quarz) entsteht ein sogenannter „positiv
gechirpter" Puls, dessen kurzwellige (blaue) Frequenzkomponenten den langwelligen (roten) Frequenzkomponenten hinterher laufen. Ein solcher „positiv gechirpter" Puls ist zeitlich gestaucht, vergleiche Figur 5. Ein dünner Quarzblock ist ein Beispiel für ein Kompressorelement 238.
Wenn man den kurzen Laserpuls 310 des Lasers 210 nacheinander zuerst „negativ chirpt" und dann „positiv chirpt", dann entsteht als Ergebnis im Idealfall wieder der ursprüngliche Laserpuls 210, also ein „chirpfreier" Puls. Die Reihenfolge von Streckelement (Strecker) und Kompressorelement (Kompressor) kann vertauscht werden.
Als Kompressorelement 238 kann also ein einfaches optisches Bauteil, welches z.B. einen dünnen Quarzblock enthält, am Ende der optischen Übertragungsfaser angeordnet werden. Optional kann an dem Quarzblock eine Fokussierlinse angeordnet sein. Bei größeren Pulslängen können aber beispielsweise auch akustooptische Dispersionsfilter als Kompressorelement und/oder Streckelement verwendet werden.
In Figur 3 ist eine prinzipielle Darstellung eines beispiel- haften Laserpulses 310 am Ausgang 222 des Lasers 210 dargestellt. Dabei ist die Intensität I (also die Energie pro Zeit und Fläche) über der Zeit t dargestellt.
Figur 4 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines zeitlich gestreckten Laserpulses 410, wie er am Ausgang 230 des
Streckelements 218 auftritt. Es ist deutlich die zeitliche Streckung des Laserpulses 410 zu erkennen. Diese zeitliche Streckung des Laserpulses 410 führt dazu, dass die maximale Intensität I deutlich reduziert ist im Vergleich zu dem ungestreckten Laserpuls 310 der Figur 3.
Figur 5 zeigt eine Darstellung des beispielhaften zeitlich gestauchten Laserpulses 255, wie er am Ausgang 242 des
Kompressorelements 238 auftritt. Es ist deutlich die zeitli- che Stauchung des Laserpulses 255 im Vergleich zu dem Laserpuls 410 der Figur 4 zu erkennen. Diese zeitliche Stauchung des Laserpulses 255 führt dazu, dass die maximale Intensität I im Vergleich zu dem gestreckten Laserpuls 410 der Figur 4 wieder vergrößert ist. Dieser zeitlich gestauchte Laserpuls 255 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel wieder dem ursprünglichen Laserpuls 310. In einem weiteren (figürlich nicht dargestellten) Ausführungsbeispiel kann mittels des Lasers 210 auch direkt die Hauptfunkenstrecke 2 gezündet werden. Da bei der Hauptfunkenstrecke 2 höhere Energien auftreten als bei der Funkenstrecke 9 (es fließen insbesondere größere Ströme und treten höhere Temperaturen auf) , ist in diesem Fall das Kompressorelement 238 entsprechend vor Hitze zu schützen.
Insbesondere können mit dem beschriebenen Überspannungsschutz Bauteile/Bauelemente (wie zum Beispiel Kondensatoren oder Abieiter) geschützt werden, welche parallel zu der Hauptfunkenstrecke 2 angeordnet sind. Beispielsweise in Serienkompensationsanlagen für Hochspannungswechselstromnetze kann ein derartiger Überspannungsschutz mit Funkenstrecken zum Schutz der Kondensatorbänke und/oder Ableiterbänke eingesetzt wer- den. Die Serienkompensationsanlage sowie die Funkenstrecken befinden sich dabei auf der gegen das Erdpotential isolierten Hochspannungsplattform 4. Eine Leitwarte mit der Überwachungselektronik (z. B. mit Schutzgeräten) befindet sich dabei nicht auf der Plattform 4, sondern auf der Erde 258, also auf Erdpotential 260. Der Laser 210 ist ebenfalls auf der Erde 258, also auf Erdpotential 260, angeordnet.
Bei dem beschriebenen Überspannungsschutz wird der Laserpuls vor der Einkopplung in die Übertragungsfaser 15' kontrolliert mit Hilfe des Streckelements 218 zeitlich gestreckt. Auf diese Weise verringert sich die durch den Laserpuls auftretende maximale lokale Energiedichte in dem Lichtwellenleiter 15 λ, wodurch irreversible Schäden des Lichtwellenleiters vermieden werden bzw. die Lebensdauer des Lichtwellenleiters 15' verlängert wird. Nach dem Durchgang des gestreckten Laserpulses durch die Übertragungsfaser 15' (hier: durch den Lichtwellenleiter) wird der Laserpuls in dem Kompressorelement 238 wieder zeitlich komprimiert/gestaucht. Dadurch reicht die durch diesen zeitlich gestauchten Laserpuls auftretende lokale Energiedichte wieder aus, um die Funkenstrecke 9 zu zünden. Das Kompressorelement 238 und die optional daran angeordnete Optik 252 können am Ende der Übertragungsfaser in Form eines Endstücks realisiert sein, welches starr (d. h. insbesondere unbeweglich) an der Funkenstrecke 9 angeordnet ist .
Die lokale Intensität bzw. die lokale Energiedichte des La- serpulses in dem Lichtwellenleiter/Übertragungsfaser 15' ist bei der Übertragung der gestreckten Laserpulse 410 erheblich reduziert gegenüber der Übertragung der ungestreckten Laserpulse 310, d. h. gegenüber der Übertragung der ursprünglichen Laserpulse 310 des Lasers 210.
Es wurde ein Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke sowie ein Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke beschrieben, mit denen auf kostengünstige Art und Weise eine Funkenstrecke gezündet und damit ein Überspannungsschutz eines Bauteils re- alisiert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke (9) und mit einem Laser (210) zum Zünden der Funkenstrecke,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Laser (210) mit einem Eingang (226) eines optischen Streckelements (218) verbunden ist, welches zum zeitlichen Strecken der von dem Laser erzeugten Laserpulse (310) dient,
- ein Ausgang (230) des Streckelements (218) mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser (15' ) , insbesondere mit einem Ende eines Lichtwellenleiters (15 , verbunden ist,
- ein zweites Ende der Übertragungsfaser (15 mit einem Eingang (234) eines optischen Kompressorelements (238) verbunden ist, welches zum zeitlichen Stauchen der Laserpulse (410) dient, und
- ein Ausgang (242) des Kompressorelements (238) mit der Funkenstrecke (9) verbunden ist.
2. Überspannungsschutz nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Ausgang (242) des Kompressorelements (238) in Richtung mindestens einer Elektrode (246, 248) der Funkenstrecke (9) oder in Richtung des Zwischenraumes zwischen zwei Elektroden (246, 248) der Funkenstrecke (9) gerichtet ist.
3. Überspannungsschutz nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Laser (210) ein Pulslaser, insbesondere ein
Femtosekundenlaser , ist.
4. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Übertragungsfaser (15 frei von laseraktiven Medien ist.
5. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Funkenstrecke (9) und das Kompressorelement (238) auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform (4) angeordnet sind, die sich auf einem Hochspannungspotential (256) befindet, und
- der Laser (210) mit Erdpotential (260) verbunden ist.
6. Überspannungsschutz nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Streckelement (218) außerhalb der Plattform (4) angeordnet ist und
- die Übertragungsfaser (15 das Streckelement (218) mit der Plattform (4), insbesondere mit dem Kompressorelement (238), verbindet .
7. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- zwischen dem Kompressorelement (238) und der Funkenstrecke (9) eine Optik (252) zum Fokussieren der gestauchten Laserpulse (255) angeordnet ist.
8. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Kompressorelement (238) starr an die Funkenstrecke (9) angekoppe1t ist.
9. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü- che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Funkenstrecke (9) Teil eines Zündkreises (5) zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke (2) ist.
10. Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke (9) mittels eines Lasers (210) , wobei bei dem Verfahren
- die von einem Laser (210) erzeugten Laserpulse (310) zeitlich gestreckt werden, - die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) mittels einer optischen Übertragungsfaser (15' ), insbesondere mittels eines Lichtwellenleiters (15' ), übertragen werden,
- nach der Übertragung die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) zeitlich gestaucht werden, und
- die zeitlich gestauchten Laserpulse (255) in die Funkenstrecke (9) eingekoppelt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) mittels der optischen Übertragungsfaser (15 zu einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform (4) übertragen werden, die sich auf einem Hochspannungspotential (256) befindet.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Funkenstrecke (9) und das Kompressorelement (238) auf der Plattform (4) angeordnet sind, und
- der Laser (210) mit Erdpotential (260) verbunden ist.
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