DE10118210B4

DE10118210B4 - Gekapselter Überspannungsableiter mit einer Funkenstreckenanordnung

Info

Publication number: DE10118210B4
Application number: DE2001118210
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Zahlmann Peter; Dr.-Ing. Ehrhardt Arnd; Bernhard Krauss; Michael Waffler; Stefan Hierl
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: DE10118210A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gekapselten Überspannungsableiter mit einer Funkenstreckenanordnung, umfassend zwei koaxial zueinander liegende, sich mindestens teilweise überlappende metallische Hauptelektroden mit entgegengesetzt gerichteten Anschlüssen, wobei die Hauptelektroden in Verbindung mit mindestens einem Isolationsteil einen Lichtbogenbrennraum bilden. Erfindungsgemäß weist mindestens eine der Hauptelektroden einen inneren Expansionsraum auf und es ist mindestens im Bereich eines äußeren Isolationsteils eine vorzugsweise radial oder axial rotationssymmetrisch verlaufende Triggerelektrode vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen gekapselten Überspannungsableiter mit einer Funkenstreckenanordnung, umfassend zwei koaxial zueinander liegende, sich mindestens teilweise überlappende metallische Hauptelektroden mit entgegengesetzt gerichteten Anschlüssen, wobei die Hauptelektroden in Verbindung mit mindestens einem Isolationsteil einen Lichtbogenbrennraum bilden, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2.
In Niederspannungsnetzen werden zum Schutz vor Überspannungen zwischen dem N- und PE-Leiter sogenannte N-PE-Funkenstrecken eingesetzt.
Diese Funkenstrecken müssen insbesondere zum Schutz bei direktem Blitzeinschlag über ein sehr hohes Stoßstromableitvermögen bis hin zu 100 kA 10/350 μs verfügen.
Gekapselte Funkenstrecken mit einem derartigen Leistungsvermögen sind beispielsweise aus der DE 196 04 947 C1 , DE 198 18 674 A1 oder DE 298 10 937 U1 vorbekannt. Diese Funkenstrecken verfügen über einen Schutzpegel von ≥ 2,5 kV.
In bestimmten Anwendungsfällen sind jedoch Funkenstrecken mit niedrigeren Schutzpegeln erforderlich. Zur Realisierung dieser Anforderungen ist der Einsatz von Triggerschaltungen zweckmäßig. Leistungsfähige N-PE-Funkenstrecken, die auch eine zusätzliche wirksame Triggerelektrode bei gleichbleibend hohem Leistungsvermögen aufweisen, stehen noch nicht zur Verfügung.
Die hohe Strombelastung, der damit verbundene hohe Materialabbrand, die hohen dynamischen Belastungen durch Stromkräfte, Druck, Energie und Temperatur stellen erhebliche konstruktive Anforderungen bei gekapselten Ableitern.
Überspannungsableiter mit koaxialen Elektrodenanordnungen, die aufgrund der gegebenen Rotationssymmetrie fertigungsseitig von Vorteil sind, wurden beispielsweise in der EP 0 840 413 A1 oder EP 0 771 055 A1 offenbart. Dort ist eine Elektrode beidseitig isoliert durch ein Rohr geführt, welches gleichzeitig die äußere Elektrode und den Gehäusemantel darstellt. Das Einbringen einer zusätzlichen Triggerelektrode ist nicht oder nur erschwert möglich. Darüber hinaus würde eine zusätzliche Elektrode unmittelbar in dem Brennbereich des Lichtbogens angeordnet sein und somit das Brennverhalten des Lichtbogens beeinflussen und einem starken Abbrand unterliegen. Gemäß DE 35 28 556 A1 oder EP 0 242 688 B1 werden koaxiale Elektrodenanordnungen durch ein einseitiges Hineinragen einer Stabelektrode in eine Rohrelektrode gebildet. Bei den zitierten Lösungen ist das Einbringen einer dritten Elektrode nicht vorgesehen und auch nur schwer zu realisieren. Des weiteren besteht bei der Zündung von insbesondere stromstarken bzw. lang andauernden Lichtbögen die Gefahr, daß diese aus dem koaxialen Elektrodenbereich austreten und die Kapselung der Funkenstrecke nachhaltig schädigen. Vorhandene Hohlräume außerhalb des bevorzugten Brennraums können nicht zur Druckentlastung oder als Expansionraum genutzt werden, da die Wärmeabgabe an das Isolationsmaterial der Gehäusewand äußerst ineffektiv ist.
Aus der US 3,849,704 , aber auch der DE 198 17 063 A1 sind gekapselte Funkenstrecken mit koaxialer Elektrodenanordnung vorbekannt.
Gemäß DE 198 17 063 A1 nimmt der Elektrodenabstand mit zunehmender Entfernung von der Überschlagsstelle zu. Ziel ist es hier, eine Lichtbogenwanderung mit Lichtbogenverlängerung zur Erhöhung des Löschvermögens bei Netzfolgestrom zu erreichen. Die Verlängerung des Lichtbogens führt jedoch zwangsläufig zu höheren Energieumsätzen und stärkeren Temperatur- und Druckbelastungen, welche insbesondere bei N-PE-Funkenstrecken unnotig und darüber hinaus unerwünscht sind.
Ebenso wenig verfügen die zitierten Überspannungs-Schutzelemente über eine dritte Elektrode zur Triggerung. Der oben zitierte Stand der Technik zeigt auch keine Expansionsräume, in welchen das aufgeheizte Gas nach bzw. auch während der Belastung effektiv abgekühlt werden kann. Eine solche Maßnahme ist jedoch insbesondere bei N-PE-Funkenstrecken in gekapselter Ausführung sehr wesentlich, da so die Druckbelastung, die Bogenspannung und somit der Energieumsatz und die Temperaturbelastung auf ein Mindestmaß begrenzt werden können.
Aus der DE 100 08 764 A1 wiederum ist eine Überspannungs-Schutzeinrichtung bekannt, die koaxiale Hauptelektroden aufweist, welche triggerbar sind. Der Anschluß der Elektroden erfolgt von der gleichen Seite, um innerhalb der Funkenstrecke eine gerichtete Bewegung des Lichtbogens zu einer Prallplatte zu bewirken.
Dies führt jedoch zu einer Verlängerung und Aufteilung des Lichtbogens, wodurch eine Löschung von Netzfolgeströmen unterstützt werden soll. Die Verlängerung des Lichtbogens ist, wie bereits dargelegt, für N-PE-Funkenstrecke nicht zweckmäßig. Weiterhin besitzt die bekannte Funkenstrecke keine geeigneten Expansionsräume, welche eine Abkühlung der heißen Gase ermöglichen. Der entstehende hohe Druck bewirkt so eine unerwünschte Erhöhung der Lichtbogenspannung und beansprucht das Gehäuse der Funkenstrecke in mechanischer Hinsicht unnötig. Ein Reduzieren der Druckbelastung kann nur durch große Auslaßöffnungen erfolgen, welche schon bei der Lichtbogenentstehung wirksam sind, realisiert werden. Dabei jedoch besteht die Gefahr eines unerwünschten Austritts von elektrisch leitenden Gasen.
Die DE-AS 12 82 153 stellt eine Funkenstrecke vor, die über einen sogenannten Expansions- und einen Reflexionsraum verfügt. Der Reflexionsraum soll durch den Druck, der bei der Lichtbogenzündung entsteht, den Lichtbogen gezielt in den Expansionsraum drücken, um einerseits die Zündstelle vor zu starkem Abbrand zu schützen und um andererseits den Lichtbogen zu verlängern, so daß das Löschverhalten der Funkenstrecke verbessert ist.
Aus der WO 98/26480 A1 ist eine Entladungseinrichtung, ausgebildet als Vakuumfunkenstrecke, vorbekannt. Die dortige Vorrichtung ist mit einer Vakuumpumpe verbunden, welche die Aufgabe hat, bei jeder Schalthandlung das Vakuum innerhalb der Schaltkammer wieder herzustellen. Zusätzlich zu der angeschlossenen Vakuumpumpe ist die Schaltkammer noch mit einem Vakuumpuffer verbunden. Hieraus ist ersichtlich, daß die Konstruktion nach WO 98/26480 A1 nur mit externen, netzabhängigen Versorgungsgeräten betrieben werden kann und weder von den Abmessungen noch den Kosten her mit einem Überspannungsableiter auf Funkenstreckenbasis bei üblichen Netzanwendungen vergleichbar ist.
Die GB 2 203 286 A1 weist eine Anordnung mit Löscheinrichtung auf, ohne jedoch über die Möglichkeit einer aktiven Triggerung zu verfügen. Die dortige Hilfsstrecke dient nur zur passiven Triggerung der Hauptstrecke, insbesondere bei hoher Spannungssteilheit, da in diesem Fall die Ansprechspannung der Hilfsstrecke niedriger als diejenige der Hauptstrecke ist. Die Hilfsstrecke besitzt jedoch keine Stromtragfähigkeit und kann daher auch nicht als Reservefunkenstrecke bezeichnet werden. Eine vorhandene Beschichtung eines Isolationsteils dient nur der Potentialsteuerung. Eine Stromtragfähigkeit der Beschichtung ist nicht gegeben. Im Übrigen ist die Beschichtung sogar hochohmig, da ansonsten die Hauptstrecke erst nach vollständigem Abbrennen der Beschichtung zünden würde. Die Hilfsstrecke besitzt auch aufgrund der fehlenden Stromtragfähigkeit kein nennenswertes Stromlöschverhalten.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten gekapselten Überspannungsableiter mit einer Funkenstreckenanordnung anzugeben, welcher insbesondere als N-PE-Ableiter eingesetzt werden kann. Der Überspannungsableiter soll die wesentlichen Anforderungen, nämlich ein hohes Isolationsvermögen und ein sehr hohes Stoßstromableitvermögen erfüllen und es soll die Möglichkeit bestehen, mit Hilfe einer dritten Elektrode den Überspannungsableiter triggerbar auszuführen.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem gekapselten Überspannungsableiter nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter wird von einer koaxialen Konstruktion mindestens teilweise sich überlappender metallischer Hauptelektroden ausgegangen, die entgegengesetzt gerichtete Anschlüsse besitzen. Die Hauptelektroden schließen in Verbindung mit mindestens einem Isolationsteil einen Lichtbogenbrennraum ein. Erfindungsgemäß weist mindestens eine der Hauptelektroden einen inneren Expansionsraum auf und es ist im Bereich des Isolationsteils eine vorzugsweise radial- oder axial-rotationssymmetrisch verlaufende Triggerelektrode vorgesehen.
Bevorzugt ist die ersten Hauptelektrode als Stabelektrode mit einem Hohlraum ausgebildet, wobei dieser über Öffnungen mit dem Lichtbogenbrennraum strömungsseitig in Verbindung steht.
Im Anschlußbereich der zweiten, hohlzylindrisch ausgebildeten äußeren Hauptelektrode ist ein weiterer Expansionsraum vorhanden.
Die Expansionsräume können eine minimierte Druckausgleichsöffnung aufweisen, welche bevorzugt im Bereich der Anschlüsse ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Stabelektrode mit ihrem anschlußfernen Ende über ein weiteres Isolationsteil innerhalb der umgebenden, zweiten Hauptelektrode zentriert und gehalten.
Das zweite Isolationsteil besitzt Rückstromkanäle hin zum Expansionsraum der zweiten Hauptelektrode.
Beide Expansionsräume können durch mindestens einen isolierenden Kanal strömungsseitig in Verbindung stehen.
Über eine Variation des radialen Abstands zwischen den koaxial angeordneten, teilweise überlappenden Elektroden ist eine jeweilige Ansprechspannung gezielt vorgebbar.
Mindestens eine der Elektroden weist einen zum Lichtbogenbrennraum gerichteten Absatz oder eine Stufung für ein gestaffeltes Ansprechverhalten und sicheres Löschvermögen auch bei Ausfall der Triggerung auf.
Erfindungsgemäß ist weiterhin die Möglichkeit gegeben, den Lichtbogenbrennraum durch einen auf die Stabelektrode aufgebrachten umlaufenden Steg teilbar auszuführen.
Die Hauptelektroden können auf ihrer zum Lichtbogenbrennraum gerichteten Oberfläche rillenförmige Konturen, Stege und/oder Nocken zur Abbrandminimierung aufweisen.
Die die erste Hauptelektrode umgebende zweite Hauptelektrode kann einen wesentlichen Teil der Kapselung darstellen.
Das erste und/oder zweite Isolationsteil kann mindestens einen umlaufenden Steg zur Unterstützung von Luftdurchschlägen aufweisen.
Bei einer druckdichten Ausführungsform des Überspannungsableiters ist bevorzugt eine Löschgasfüllung vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung von zwei ineinander ausgeführten Elektroden in koaxialer Lage aus abbrandfestem Material mit entgegengesetzten Anschlüssen, wobei die Hauptelektroden über innere Expansionsräume verfügen, entsteht eine Konfiguration, die das Einbringen einer rotationssymmetrischen dritten sogenannten Triggerelektrode erlaubt. Die Gesamtanordnung besitzt ein hohes Isolationsvermögen bei entsprechend hohem Stoßstromableitvermögen und ist daher insbesondere für den Einsatz als N-PE-Funkenstrecke bestimmt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch einen Überspannungsableiter mit koaxialer Elektrodenstruktur;
2 eine ähnliche Darstellung wie in 1 offenbart, jedoch mit einer Abstufung einer Innenseite der zweiten Hauptelektrode zur Schaffung eines gestaffelten Ansprechverhaltens;
3 eine Schnittdarstellung eines Überspannungsableiters mit gestufter Ausführung der zweiten Hauptelektrode zur Abstandsreduzierung in der gesamten Lichtbogenbrennkammer und mit einer zusätzlichen radialen Isolationsstrecke zur Verringerung des Abbrands insbesondere der Triggerelektrode; und
4 eine Schnittdarstellung eines Überspannungsableiters mit einer Triggerelektrode, welche der zweiten Hauptelektrode in axialer Richtung benachbart angeordnet ist.
Die Figuren gehen von einer ersten Hauptelektrode 1 und einer zweiten Hauptelektrode 2 aus, wobei die Elektroden in den Bereichen 5 über einen elektrischen Anschluß verfügen. Dieser Anschluß kann beispielsweise mittels einer Schraubverbindung realisiert werden.
Die erste Hauptelektrode ist bevorzugt als Stabelektrode ausgebildet, welche im Inneren über einen Hohlraum 7 verfügt. Dieser Hohlraum 7 stellt einen inneren Expansionsraum dar.
Der Hohlraum 7 ist durch mindestens eine Öffnung 9 mit dem Lichtbogenbrennraum 8 verbunden.
Die erste Hauptelektrode 1 ragt partiell in den rohrförmig ausgebildeten Bereich der zweiten Hauptelektrode 2 in koaxialer Anordnung hinein. Konkret stellt dieser Überlappungsbereich die angestrebte koaxiale Struktur dar.
Durch die topfförmige Ausbildung der zweiten Hauptelektrode 2 kann diese unmittelbar einen Teil der Kapselung der gesamten Funkenstrecke bilden, so daß der Aufwand in technologischer, aber auch materialseitiger Hinsicht reduziert wird.
Zur Verbesserung der Führung und Justage besteht die Möglichkeit, zwischen der ersten Hauptelektrode 1 und der zweiten Hauptelektrode 2 ein Isolationsteil 4 anzuordnen. Dieses Isolationsteil 4 begrenzt dann in axialer Richtung gleichzeitig den Lichtbogenbrennraum 8.
Bevorzugt besitzt das Isolationsteil 4 geeignete Öffnungen oder Durchströmkanäle 10, so daß ein zusätzlicher Hohlraum 7 innerhalb der zweiten Hauptelektrode 2 mit dem Lichtbogenbrennraum 8 in Verbindung steht.
Um nun eine vollständige Kapselung der Elektrodenanordnung zu erreichen und um den Brennraum weiterhin zu begrenzen, wird zwischen der ersten Hauptelektrode 1 und dem offenen Ende der Hauptelektrode 2 ein (erstes) Isolationsteil 3 angeordnet.
Eine Lösung, bei der die Kapselung außerhalb der Hauptelektrodenanordnung erfolgt und bei der die Lichtbogenkammer nicht unmittelbar durch Isolationsteile begrenzt ist, liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
Das Isolationsteil 3 weist nun eine zusätzliche dritte Elektrode 6 zur Triggerung der Hauptstrecke zwischen erster und zweiter Hauptelektrode auf. Diese Elektrode oder mehrere Elektroden 6 können stabförmig, stiftförmig, aber auch ringförmig angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Scheibenelektrode eingesetzt, welche koaxial zu der ersten und zweiten Hauptelektrode ausgerichtet ist.
Vorzugsweise wird die beschriebene Funkenstrecke mit einer zusätzlichen Isolierung in einem druckfesten Metallgehäuse verpreßt oder verschraubt.
Die Krafteinwirkung erfolgt dabei in Richtung der Symmetrieachse. Um die möglichen Überschlagswege der Funkenstrecke entlang der Isolationsteile 3 und 4 von der Krafteinwirkung beim Fügeprozeß weitestgehend zu entkoppeln, erstrecken sich diese Teile in radialer Richtung von der Symmetrieachse. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß eine Beeinflussung der Ansprechspannung der Funkenstrecke sowohl durch den Fügeprozeß als auch bei thermischer Belastung der unter Druck stehenden Isolationsteile gering bleibt.
Die Funktionsweise der Anordnung soll nachstehend erläutert werden.
Bei Triggerung der Funkenstrecke werden ein oder mehrere Zündfunken 11 von der Triggerelektrode 6 zu einer oder zu beiden der Hauptelektroden 1 und/oder 2 gezündet.
Darauf zündet der Lichtbogen 100 zwischen den Hauptelektroden 1 und 2. In dem Fall, wenn die Funkenstrecke ohne Triggerelektrode 6 ausgeführt ist, bildet sich der Lichtbogen 10 über eine Gleitentladung entlang der Isolationsstrecken 3 oder 4 oder aber auch durch einen Luftdurchschlag zwischen den Hauptelektroden 1 und 2.
Der Lichtbogen 100 befindet sich nach dem Zünden im Lichtbogenbrennraum 8 und kann entsprechend der koaxialen Anordnung innerhalb dieses Raums um die erste Hauptelektrode 1 rotieren. Zum Zeitpunkt der Lichtbogenzündung entsteht innerhalb des Brennraums 8 ein Überdruck durch die Erwärmung der vorhandenen Gase. Dieser Überdruck würde zu einer erhöhten mechanischen Belastung der Teile führen und zudem die Lichtbogenbrennspannung erhöhen, wodurch es zu einem unnötig hohen Energieumsatz innerhalb der Funkenstrecke und damit auch zu starken thermischen Belastungen kommt.
Auch würde die starke Aufheizung aller Teile im Brennraum das Verlöschen des Lichtbogens erschweren. Zur Vermeidung dieser negativen Erscheinungen wird innerhalb der Funkenstrecke dem expandierenden Gas mindestens ein zusätzlicher Hohlraum 7 als Expansionsraum zur Verfügung gestellt, welcher dem Lichtbogen nicht unmittelbar ausgesetzt ist. Nach Zündung des Lichtbogens kann das erhitzte Gas über die erwähnten Öffnungen oder Kanäle 9 bzw. 10 in die Expansionskammer 7 abströmen. Durch das dortige große Volumen, die große Wärmekapazität und die große Oberfläche der Metallelektroden wird das erhitzte Gas innerhalb dieser Hohlräume sofort abgekühlt und entspannt.
Die Druckerhöhung, die Bogenbrennspannung und der Energieumsatz innerhalb der Brennkammer werden somit auf ein Minimum beschränkt.
1 geht von einer Ausführungsform getrennter Expansionskammern 7 aus, jedoch besteht auch die Möglichkeit, die beiden Kammern entlang der Symmetrieachse durch einen oder mehrere Kanale, welche isoliert sind, miteinander zu verbinden.
Im Bereich der Kontaktierung 5 bzw. an einer Stelle innerhalb der Expansionsräume 7 kann die gezeigte Anordnung zusätzlich über minimale Druckausgleichsöffnungen verfügen, die nach dem Abklingen der druckseitigen Belastung für einen Druckausgleich mit der Umgebung sorgen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es innerhalb der Funkenstrecke durch die Lichtbogeneinwirkung zur Zersetzung der verwendeten Materialien und somit zur eventuellen zusatzlichen Gasbildung kommt. Durch die Lage und die Größe der Druckausgleichsöffnungen kann ein schneller Druckausgleich im Millisekundenbereich oder ein langsamer Durckabbau im Bereich über Minuten erfolgen.
Die Anordnung nach 1 benötigt aufgrund der Positionierung der Elektroden 1, 2 und 6 nach der Entstehung des Zündfunkens zwischen der Elektrode 2 und 6, der nur eine Teilstrecke der Gesamtanordnung überschlägt, noch einen erheblichen Energieeintrag, bis die gesamte Trennstrecke zwischen den Elektroden 1 und 2 ionisiert wird und demnach ein Überschlag zwischen den Hauptelektroden erfolgen kann. Die Möglichkeit der Abstimmung dieses Energiebedarfs erlaubt jedoch in vorteilhafter Weise die einfache Koordination des N-PE-Ableiters mit nachgeordneten Schutzeinrichtungen.
Durch eine entsprechende Gestaltung der Elektrodenanordnung insgesamt können somit triggerbare Ableiter mit einem hohen Bedarf an Triggerenergie geschaffen werden, wodurch ein Ansprechen der Hauptfunkenstrecke des Ableiters erst bei energiereichen Überspannungen erfolgt.
Vorstehendes erhöht die Störunempfindlichkeit des Netzes und gewährleistet die bessere Ausnutzung der Leistungsfähigkeit der nachgeordneten Schutzeinrichtungen. Andererseits kann jedoch auch durch eine Gestaltung der Elektrodenanordnung, wie in 4 gezeigt, ein Ableiter geschaffen werden, der schon bei extrem leistungsarmen Überspannungen anspricht und somit auch als Einzelgerät einsetzbar ist.
Bei einem Ausfall der Triggerelektrode 6 weist die Funkenstrecke aufgrund der mittigen Anordnung der Triggerelektrode 6 und der dadurch bedingten zweifachen Isolationsstrecke recht hohe Ansprechwerte auf.
Um hier eine gewisse Notlaufeigenschaft der Funkenstrecke zu erreichen, wird nach 2 das Isolationsteil 4 durch einen Absatz oder eine Stufung 12 in der Elektrode 2 verkürzt. Dies bewirkt, daß neben der durch die Triggerung ansteuerbaren Funkenstrecke eine weitere unabhängige Funkenstrecke mit von der Triggerung unabhängiger Ansprechspannung, die deutlich kleiner als die Ansprechspannung der Gleit- bzw. Luftstrecke zwischen erster und zweiter Hauptelektrode 1 und 2 im Bereich der Triggerung ist, zur Verfügung steht.
Gleichzeitig ergibt sich bei dieser Konstruktion die Möglichkeit eines gestaffelten Ansprechverhaltens der Funkenstrecke bei unterschiedlichen Spannungssteilheiten. Dies erlaubt eine Entkopplung des Verhaltens der Funkenstrecke eben bei diesen unterschiedlichen Steilheiten der Spannung. Bei kleinen Steilheiten wird die Funkenstrecke durch die Triggerschaltung und die entsprechende Triggerstrecke gesteuert. Dagegen kann insbesondere bei hohen Spannungssteilheiten ein Überkopfzünden der Funkenstrecke erwirkt werden, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Triggereinheit der Funkenstrecke selbst unbeteiligt bleibt. Die Funkenstrecke zündet dann sozusagen selbsttätig im Bereich der Stufung 12, ohne daß die Triggereinheit belastet wird.
Durch das nicht gezeigte Anbringen eines hohen umlaufenden Steges aus Isolationsmaterial auf der ersten Hauptelektrode 1 im Lichtbogenbrennraum kann dieser unterteilt werden, und zwar in einen Bereich mit Triggerelektrode und einen Bereich ohne Triggerelektrode. Bei dieser Anordnung ergibt sich der Vorteil, daß bei normaler Funktionsweise nur die Brennkammer mit der Triggerelektrode belastet wird und die andere Brennkammer unbelastet bleibt, wodurch im Notfall, d. h. bei Ausfall der Triggerung, die angestrebten Notlaufeigenschaften garantiert werden können, da keine Beeinträchtigung dieser Brennkammern durch Abbrand, Temperatur oder Verschmutzung eben bis zum gegebenen Notfall erfolgt ist. Eine solche Funktionsweise läßt sich auch mit zwei vollständig unabhängig und getrennten Brennräumen realisieren.
3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie 2, jedoch ist hier der Absatz oder die Stufung so weit verlängert, daß sich eine deutliche Abstandsreduzierung in der gesamten Lichtbogenbrennkammer 8 zwischen erster und zweiter Hauptelektrode 1/2 ergibt. Durch eine zusätzliche axiale Isolationsstrecke 13 wird zudem der Abbrand an dem Isolationsteil 3 und der Triggerelektrode 6 reduziert, da ein direktes Berühren dieser Teile mit dem Lichtbogen 10 vermieden werden kann. Selbstverständlich kann diese Isolationsstrecke 13 auch unabhängig vom Absatz 12 wie bei einer Ausführungsform nach 1 vorgesehen sein.
Eine Anordnung, bei der die Triggerelektrode 6 der zweiten Hauptelektrode 2 in axialer Richtung nachgeordnet wurde, zeigt 4.
Diese Anordnung gewährleistet sowohl den Schutz der Triggerelektrode vor zu starkem Abbrand als auch eine Reduzierung der Ansprechspannung ohne Triggerung. Des weiteren kann mit dieser Anordnung die benötigte Triggerenergie auf ein Minimum reduziert werden. Der beim Ansprechen der Triggerschaltung zwischen der Triggerelektrode 6 und der zweiten Hauptelektrode 2 entstehende Zündfunke kann insbesondere bei einem minimal in den Brennraum 8 hineinstehenden Isolationsteil 14 und einem geringeren Abstand der Hauptelektroden 1 und 2 bereits bei seiner Entstehung die erste Hauptelektrode 1 berühren. Dadurch wird die Isolationsstrecke zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 schlagartig überbrückt und die Triggerenergie auf ein Minimum beschränkt.
Bei der Anordnung nach 4 kann eine partielle Isolation der Hauptelektrode 1 innerhalb der Brennkammer 8 entlang der Symmetrieachse und angrenzend an die Isolationsteile 3 und 4 zum Schutz vor Abbranderscheinigungen an den jeweiligen Isolationsteilen bzw. auch an der Triggerelektrode sinnvoll sein.
Zur Unterstützung der gewünschten Bogenrotation und zur Vermeidung einer zu starken Anlagerung von Schmelzmaterial können in die Hauptelektroden 1 und 2 innerhalb des Brennraums 8 eine oder mehrere umlaufende Konturen, z. B. als Rillen oder aufgesetzte Stege eingeformt oder eingebracht werden. Ebenfalls sind einzelne aufgesetzte Noppen bzw. sonstige Erhöhungen zur Steuerung der Ansprechspannung bei Luftdurchschlägen bzw. zur Kontrolle des Abbrandverhaltens realisierbar.
Zur Unterstüzung von Luftdurchschlägen können auch die Isolationsteile 3 und 4 zusätzlich mit mindestens einem in den Brennraum 8 hineinragenden umlaufenden Steg (nicht gezeigt) versehen sein.
Bezugszeichenliste

1: erste Hauptelektrode
2: zweite Hauptelektrode
3: äußeres Isolationsteil
4: inneres Isolationsteil
5: Anschlüsse
6: Triggerelektrode
7: Expansionsraum
8: Lichtbogenbrennraum
9: Öffnungen
10: Durchströmkanäle
11: Zündfunken
100: Lichtbogen
12: Absatz oder Stufung
13: sich axial erstreckendes Isolationsteil
14: hineinstehendes Isolationsteil

Claims

Gekapselter Überspannungsableiter mit einer Funkenstreckenanordnung, umfassend zwei koaxial zueinander liegende, sich mindestens teilweise überlappende metallische Hauptelektroden mit entgegengesetzt gerichteten Anschlüssen, wobei die Hauptelektroden in Verbindung mit mindestens einem Isolationsteil einen Lichtbogenbrennraum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Hauptelektroden (1; 2) einen inneren, nicht dem Lichtbogen unmittelbar ausgesetzten Expansionshohlraum (7) aufweist, der derartig dimensioniert ist, dass durch das dortige Volumen sowie die Wärmekapazität und die Oberfläche der Metallelektrode das erhitzte Gas sofort abgegeben und entspannt wird, weiterhin im Bereich eines äußeren Isolationsteils (3) eine rotationssymmetrisch verlaufende Triggerelektrode (6) vorgesehen ist und die eine Hauptelektrode (1) als Stabelektrode mit Hohlraum (7) ausgebildet ist, wobei dieser über Öffnungen (9) mit dem Lichtbogenbrennraum (8) strömungsseitig in Verbindung steht.
Gekapselter Überspannungsableiter mit einer Funkenstreckenanordnung, umfassend zwei koaxial zueinander liegende, sich mindestens teilweise überlappende metallische Hauptelektroden mit entgegengesetzt gerichteten Anschlüssen, wobei die Hauptelektroden in Verbindung mit mindestens einem Isolationsteil einen Lichtbogenbrennraum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptelektroden (1; 2) jeweils ein innerer Expansionsraum (7) vorgesehen ist, welcher jeweils derartig dimensioniert ist, dass durch das dortige Volumen sowie die Wärmekapazität und die Oberfläche der Metallelektrode das erhitzte Gas sofort abgekühlt und entspannt wird, weiterhin im Bereich eines äußeren, ersten Isolationsteils (3) eine Triggerelektrode (6) angeordnet ist, die erste Hauptelektrode (1) als Stabelektrode mit Hohlraum (7) ausgebildet ist, wobei dieser über Öffnungen (9) mit dem Lichtbogenbrennraum (8) strömungsseitig in Verbindung steht, weiterhin im Anschlussbereich der zweiten, hohlzylindrisch ausgebildeten Hauptelektrode (2) deren Expansionsraum (7) vorhanden ist, wobei das zweite, innere Isolationsteil (4) Durchströmkanäle (10) hin zum Expansionsraum (7) der zweiten Hauptelektrode (2) aufweist und die Expansionsräume (7) über die Durchströmkanäle (10) und die Öffnungen (9) in Verbindung stehen.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Expansionsräume eine minimierte Druckausgleichsöffnung aufweisen, welche bevorzugt im Bereich der Anschlüsse ausgebildet ist.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Variation des radialen Abstands zwischen den koaxial angeordneten, teilweise überlappenden Elektroden (1; 2) die jeweilige Ansprechspannung vorgebbar ist.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Hauptelektroden (1; 2) einen zum Lichtbogenbrennraum (8) gerichteten Absatz oder eine Stufung (12) für ein gestaffeltes Ansprechverhalten und sicheres Löschvermögen auch bei Ausfall der Triggerung besitzt.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenbrennraum (8) zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften durch einen auf die Stabelektrode (1) aufgebrachten, umlaufenden Steg geteilt ist.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptelektroden (1; 2) auf ihrer zum Lichtbogenbrennraum (8) gerichteten Oberfläche rillenförmige Konturen, Stege und/oder Noppen aufweisen.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die eine Hauptelektrode (1) umgebende Hauptelektrode (2) einen Teil der Überspannungsableiter-Kapselung bildet.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptelektroden (1; 2) aus abbrandfestem Werkstoff, insbesondere Wolframkupfer oder Graphit und die Isolationsteile (3; 4) aus einem gasabgebenden Kunststoff bestehen.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Isolationsteil (3; 4) mindestens einen umlaufenden Steg zur Unterstützung von Luftdurchschlägen aufweisen.
Gekapselter Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine druckdichte Ausführung mit Löschgasfüllung.
Gekapselter Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabelektrode (1) mit ihrem anschlussfernen Ende über ein weiteres, inneres Isolationsteil (4) innerhalb der umgebenden zweiten Hauptelektrode (2) zentriert und gehalten ist.
Verwendung eines gekapselten Überspannungsableiters nach einem der vorangegangenen Ansprüche als N-PE-Funkenstrecke.