DE1463246C3 - Vielfachfunkenstrecke für Überspannungsableiter - Google Patents

Description

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wegen der dauernden Verluste und der damit abzu- , Eine gleiche Kapazitätengröße wie bei der erfin-

führenden Verlustwärme nicht zu groß werden darf. dungsgemäßen Plattenkröpfung kann auf andere

Auf jedenFallsinddieseSteuerwiderständerelativteu- Weise nur mit ungleich aufwendigeren Mitteln erreicht

re und empfindliche Elemente, in deren Preis sich auch werden: ' ^;

eine sorgfältige Prüfung und Auswahl niederschlägt 5 -_{d h wese}ntlich'e Vergrößerung der Elektro-

Es ist weiter schon eine kapazitive Steuerung durch denflächen = Vergrößerung des Ableiterdurch-

besondere, den Funkenstrecken .parallelgeschaltete messers insgesamt oder -

Kondensatoren bekannt, fur die die gleichen Vorbe- durch Zuschaltung besonderer zusätzlicher Kon-

haUe gelten (deutsche Auslegeschnft 1120 567). densatoren parallel zur den Luftspalten = Platz-

Die Aufgabe der vorhegenden Erfindung ist es die to _{aufwand vielzah}, _{VQn Lötstell deswe}gen er-

Leistungsfahigkeit und Zuverlässigkeit eines Über- höhtes Betriebsrisiko,
spannungsableiters der eingangs genannten Art zu

verbessern, insbesondere eine einfache, zuverlässige Zum zweiten wird trotz der erheblichen Vergröße-

und exakte Potentialsteuerung der hintereinanderge- rung der Reihenkapazitäten der Funkenstrecken nicht

schalteten Funkenstrecken bis zum Erreichen der 15 nur der Durchmesser des Ableiters kleiner, sondern

Ansprechspannung zu gewährleisten, unter Verzicht auch die Gesamthöhe als bei vergleichbaren anderen

auf zusätzliche kapazitive oder anderweitige, vor allem Ausführungen, da durch die Abstufung der Elektro-

Ohmsche Steuerungen. denplatten etwa 1Y₂ Platten in dem Raum unterge-

Des weiteren soll eine gleichmäßige Vorionisierung bracht werden können, den sonst eine ebene Platte aller Zündstellen eintreten, die Lichtbogenzündung ao einnehmen würde, so daß etwa 30% an der Bauhöhe dann zuverlässig an der hierzu vorbestimmten Stelle des Funkenstreckenstapels eingespart wird,
erfolgen, die gezündeten Lichtbogen sollen in dafür Außerdem wird wegen der großen Eigenkapazität vorgesehenen Funkenstreckenkammern wirksam von und der durch die erfindungsgemäße Formgebung der der Zündstelle fortgetrieben, verlängert, gekühlt, un- Funkenstreckenplatten ermöglichte Anordnung der terteilt und schließlich gelöscht werden. Diese letzten 35 Isolierscheiben und -ringe zwischen den Platten eine Wirkungen, die schon bei den oben beschriebenen wesentlich größere innere Sicherheit gegen Außenbekannten Ausführungen von Funkenstrecken. durch Überschläge längstes- Stapels erreicht,
die mäanderfönnige Stromführung durch den Fun- Im folgenden soll an Hand der Zeichnung die Erkenstreckenstapel und damit die eigenmagnetische findung beispielsweise näher erläutert werden.
Lichtbogenbeblasung sowie durch die Bildung von 30 Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Funken-Lichtbogenkammern und die Anordnung von Lösch- Streckenstapel mit zwei kompletten Elektroden im blechen angestrebt werden, werden durch die· Erfin- Schnittbild;

dung ebenfalls erreicht bei insgesamt erheblich ver- Fig. 2 zeigt die perspektivische Ansicht einer

kleinerten Abmessungen. Elektrode;

Diese Aufgabe wird bei einer Vielfachfunkenstrecke 35 Fig. 3a zeigt den schematischen Aufbau einer

der eingangs geannten Art, erfindungsgemäß dadurch Funkenstreckenelektrode und

erfüllt, daß jede Elektrode aus zwei durch einen Steg Fig. 3b den beispielsweisen Zusammenbau der Elekverbundenen halbkreisförmigen Platten besteht, wobei trodenisolierteile, die in Fig. 4 in einer Explosionsdieser Verbindungssteg eine in der Mitte befindliche darstellung perspektivisch gezeichnet sind.
Stufe (Abkröpfung) enthält, welche bewirkt, daß die 40 In der Fig. 1 sind die aus Messing, Kupfer oder beiden halbkreisförmigen Platten in verschiedenen pa- ähnlichem Material bestehenden· Elektrodenplatten rallelen Ebenen liegen und wobei die Elektroden unter mit 2 bezeichnet. Zwischen je zwei solchen Platten Verwendung entsprechend ausgebildeter Isolierzwi- liegen zwei Löschbleche 3, welche durch Distanzschenlagen so übereinandergestapelt sind, daß auf ringe 4 aus einem Isolierstoff, beispielsweise Preßspan, einer Seite zwischen den beiden weiter voneinander 45 gegeneinander festgelegt sind. Der ganze Stapel ist abliegenden Plattenhälften die Zündstelle, der Licht- von einem Isolierzylinder 1 umgeben, der auch zur bogenlaufweg und der Löschraum entstehen, auf der Zentrierung dient.

anderen Seite die beiden enger zusammenstehen- In dieser Anordnung ist der stufenförmige Aufbau

den Plattenhälften unter Zwischenlage von Isolier- der Elektrodenplatten 2 gezeigt, was durch Abkröp-

scheiben mit geeigneter Dielektrizitätskonstante eine pa- 50'fen der ebenen Elektrodenplatte längs des Durch-

rallel zur Funkenstrecke liegendeSteuerkapazität bilden. messers, der senkrecht zur Verbindungslinie zwischen

Durch das enge Zusammenlegen der voneinander den beiden Ansprech-Höckern steht, erreicht wird,

isolierten, nicht zur Begrenzung des Lichtbogenrau- Die so entstandenen beiden Hälften der kreisrunden

mes und zur Lichtbogenführung dienenden Platten- Plattenelektroden liegen damit in zwei verschiedenen

hälften entsteht parallel zu jedem Luftspalt eine große 55 Ebenen. Der Höhenunterschied (= »Stufenhöhe«) ist

Kapazität, die zudem durch die Wahl eines geeigneten etwa gleich der Höhe eines Ansprechhöckers. Es sind

Dielektrikums zusätzlich so beeinflußt werden kann, auch Ausführungen mit abweichender Stufenhöhe

daß die die Funkenstreckeneinheit eines Überspan- möglich bzw. unter Umständen zweckmäßig,

nungsableiters bildende Vielzahl solcher Einzelfunk- Durch diese Ausbildungsform der Elektroden wird

kenstrecken in Reihe geschaltet werden kann, wobei ^6o die Eigenschaft der beiderseitigen Verwendungsfähig-

die Ansprechspannung zuverlässig durch die Kapazi- keit für die Lichtbogenzündpunkte bzw. -lauffläche

tätenkette anteilmäßig unterteilt wird. Dadurch wird nicht berührt. Zum Aufbau einer Vielfachfunken-

eine ausgezeichnete kapazitive Steuerung des Funken- strecke benötigt man daher nur eine einzige Elektrostreckenstapels erreicht, und es kann auf eine zusatz- denform.

liehe gesonderte kapazitive oder Ohmsche Steuerung 65 Durch die beidseitig auf den Höckerverbindungsdurch besondere zusätzliche Steuerlemente bis zu steg zulaufenden Schlitze wird der Strom in einem einer bisher nicht erreichten Höhe der Löschspannung schmalen Bereich konzentriert, so daß ein hohes

verzichtet werden. magnetisches Feld erzeugt wird, daß die Vorwärts-

bewegung des Lichtbogens zum Plattenrand hin zwischen die Löschbleche 3 bewirkt.

Diese magnetische Wirkung wird durch die wechselseitige Schichtung der Elektroden erheblich verstärkt, die im Stapel einen hin-und hergehenden Stromfluß bewirkt.

Während die bekannten Funkenstrecken zur Erzielung eines ausreichend niedrigen Stoßfaktors und zur Steuerung einer längeren Vielfachfunkenstrecke in Form einer einzigen Patrone besonderer Vorionisations- bzw. Steuerungseinrichtungen bedürfen, werden bei der hier beschriebenen Elektroden- und Funkenstreckenbauweise eine ausreichende Vorionisation und Steuerung wie folgt erzielt:

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegen dank der stufenförmigen Ausbildung der Elektroden die jeweils nicht vom Lichtbogen durcheilten Plattenhälften erheblich enger beisammen als jene, zwischen denen der Lichtbogen von den Ansprechhöckern abläuft und löscht.

Durch diese erhebliche Annäherung der beiden jeweils vom Lichtbogen nicht beanspruchten Plattenhälften ergibt sich eine entsprechende Erhöhung der Kapazität jeder Einzelfunkenstrecke, die natürlich noch durch die Höhe der Dielektrizitätskonstanten der Distanzscheiben 4 beeinflußbar ist, ohne daß die Löschfähigkeit hierdurch beeinträchtigt wird.

Diese Kapazität reicht aus, um eine Vielfachfunkenstrecke in Form einer Patrone so ausreichend kapazitiv zu steuern, daß die Ansprechwechselspannung der Gesamtfunkenstrecke einen ausreichend hohen Prozentsatz der Summe der Ansprechspannungen der Einzelfunkenstrecken ergibt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bildet sich an der mit 7 bezeichneten Stelle zwischen der zur Stufe abbiegenden Elektrode und den Distanzscheiben 4 ein keilförmiger Luftspalt, in welchem zufolge der höheren Dielektrizitätskonstanten des Distanzmaterials 4 eine gegenüber dem übrigen Elektrodenraum erhöhte Feldstärke herrscht, so daß an dieser Stelle in an sich bekannter Weise bereits vor Erreichen der Durchbruchfeldstärke zwischen den Ansprechhöckern eine Ionisation einsetzt und so von den an jeder Elektrödenstufe sich bildenden Luftzwickeln aus eine Bestrahlung der Ansprechstelle erfolgt.
Eine optimale magnetische Blaswirkung wird bei der gekröpften Ausführung der Elektrodenplatten dadurch erzielt, daß vier Schlitze 8 so in den Elektrodenplatten angeordnet sind, daß jeder der beiden Ansprechhöcker wieder eine möglichst konzentrierte Stromzuführung 9 erhält. Fig. 2 zeigt hierzu ein

ίο Ausführungsbeispiel (perspektivische Darstellung einer Elektrodenplatte).

Die Elektrodenplatten und die Löschbleche werden durch entsprechende Formgebung (Aussparungen bzw. Auswölbungen) zusammen mit den sie umrahmenden Isolierringen beim Aufschichten vor gegenseitiger Verdrehung gesichert. Fig. 3a und 3b zeigen hierzu ein Ausführungsbeispiel. In Fig. 3a ist die in Fig. 1 unten eingezeichnete Elektrodenplatte in Draufsicht dargestellt. Aus den Elektroden sind parallel zur Verbindungslinie der Höckermittelpunkte beidseitig an den Stellen 10 Kreisabschnitte abgeschnitten. Aus Fig. 3b geht die zugehörige Formgebung der Isolierstücke hervor. Über der in Fig. 3a dargestellten Elektrode folgt zunächst der Isolierring 6 mit den beiden Querstegen H.

Durch den Schlitz 12 des Rings 6 wird die Elektrode 2 gestecktPDie-Stege 11 dienen dazu, die Stromsperrschlitze 8 in den Löschkammern gegen Lichtbogeneinwirkung abzudecken. Am Außenrand trägt der Isolierring 6, wie auch der Ring 5 und die Platte 4, zwei diametral gegenüberliegende Fixierzapfen 13. Auf dem Isolierring 6 liegt der Isolierring 5. Er umgibt die Elektrode 2 auf ihrer rechten Hälfte und besitzt Fixierung des in derselben Ebene liegenden Löschbleches 3 zwei Zapfen 14, die auch zu einem Steg verbunden sein können. Über dem Ring 5 folgt dann die Distanzplatte 4 mit der Aussparung 15 für den Lichtbogenlaufraum. Die weitere Schichtung erfolgt in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise. Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung der Isolierstücke 4, 5 und .6.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 abhängigem Widerstand, bestehend aus unter Zwi- Patentansprüche: schenlage von Isolierscheiben aufeinandergestapelten Elektroden, die mit definierten Zündstellen in Form

1. Vielfachfunkenstrecke für Überspannungsab- von in entgegengesetzten Richtungen weisenden dialeiter mit spannungsabhängigem Widerstand, be- 5 metral versetzten Höckern versehen sind und bei stehend aus unter Zwischenlage von Isolierschei- denen der Stromweg durch beidseitig der Höckerben aufeinandergestapelten Elektroden, die mit Verbindungslinie angebrachte Ausnehmungen eingedefinierten Zündstellen in Form von in entgegen- engt ist, in der Weise, daß sich insgesamt ein mäandergegengesetzten Richtungen weisenden diametral förmiger Stromweg durch den Stapel mit lichtbogenversetzten Höckern versehen sind und bei denen io blasender Wirkung ergibt. Eine solche Vielfachfunder Stromweg durch beidseitig der Höckerverbin- kenstrecke ist aus der deutschen Patentschrift 870 439 dungslinie angebrachte Ausnehmungen einge- bekannt.

engt ist, in der Weise, daß sich ingsesamt ein Bei dieser bekannten Vielfachfunkenstrecke wird mäanderförmiger Stromweg durch den Stapel mit das magnetische Blasfeld von dem Ableitstrom selbst lichtbogenblasender Wirkung ergibt, dadurch 15 erzeugt. Das in den einzelnen Schleifen konzentrierte gekennzeichnet, daß jede Elektrode aus magnetische Feld ist bestrebt, sich auszuweiten, so zwei durch einen Steg verbundenen halbkreis- daß der Lichtbogen die Tendenz hat, nach außen förmigen Platten besteht und daß dieser Verbin- zum Plattenrand hin zu wandern,
dungssteg eine in der Mitte befindliche Stufe Die Stromdichte in den Elektrodenplatten und (Abkröpfung) enthält, welche bewirkt, daß die ao damit auch das wirksame magnetische Feld ist durch beiden halbkreisförmigen Platten in verschiedenen radiale Schlitze oder ähnliche, insbesondere durch parallelen Ebenen liegen und daß die Elektroden kreisförmige Ausnehmungen beiderseits der Einspeise- Q, unter Verwendung entsprechend ausgebildeter stelle, die auch der Fußpunkt eines stromzuführenden Isolierzwischenlagen so übereinandergestapelt sind, Lichtbogens sein kann, und dem Fußpunkt des daß auf einer Seite zwischen den beiden weiter von- 35 stromabführenden Lichtbogens erhöht. Durch Beieinander abliegenden Plattenhälften die Zündstelle, lage von plattenförmigen! ferromagnetischem Mateder Lichtbogenlauf weg und der Löschraum ent- rial" zu den Elektroden wird bei der eingangs bekannstehen, auf der anderen Seite die beiden enger ten Elektrodenanordnung die magnetische Blaswirzusammenstehenden Plattenhälften unter Zwischen- kung weiter verbessert.

lage von Isolierscheiben mit geeigneter Dielektrizi- 30 In Schaltern und auch schon bei Hörnerfunken-

tätskonstante eine parallel zur Funkenstrecke' lie- strecken wird die Lichtbogenlöschung in engem Wir-

gende Steuerkapazität bilden. kungszusammenhang mit der erhöhten Blaswirkung

2. Vielfachfunkenstrecke nach Anspruch 1, da- . durch die Anwendung einer Art Löschkammer mit durch gekennzeichnet, daß die Zündstellen als an der Zündstelle ausgesparten parallelen Löschblelängliche Hocker ausgebildet sind, deren Längs- 35 chen erheblich verbessert. Der zu den Blechen senkachse zu Richtung des Steges läuft und die in rechte Lichtbogen wird beim Einlaufen zwischen die Laufrichtung des Lichtbogens sanft gegen die Bleche zerteilt, stark gekühlt und sehr schnell gelöscht Elektrodenoberfläche auslaufen, in entgegengesetz- (schweizerische Patentschrift 351 324 und USA.-ter Richtung dagegen steil auf die Elektroden- Patentschrift 2 922 914). · . oberfläche abfallen. 40 Obwohl solche Löschbleche bei Ableitern mit

3. Vielfachfunkenstrecke nach Anspruch 2, da- Hörner-, Spitzen- oder Stiftfunkenstrecken schon andurch gekennzeichnet, daß beim Übergang der gewendet wurden, schien ihr Einsatz bei Platteneinen Elektrodenhälfte auf die andere die dort funkenstrecken nicht möglich, da der Lichtbogen bei ( sich bildende Stufe so ausgebildet ist, daß jeweils den bisher üblichen bekannten Löschfunkenstrecken ^ zwischen dem Elektrodenmaterial und der Isolier- 45 Ausführungen nicht oder nur sehr träge und ohne vorscheibe 4 ein etwa keilförmiger Zwischenraum in der gegebene Laufrichtung'wanderte. Infolgedessen war Weise entsteht, daß von dort aus eine ionisierende das Einlaufen des Bogens zwischen die Löschbleche Bestrahlung der Zündstelle erfolgen kann. hier nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit und Stärke

4. Vielfachfunkenstrecke nach Anspruch 3, da- zu erwarten.

durch gekennzeichnet, daß im Laufweg des Licht- 50 Nun lassen sich bei den bekannten Funkenstreckenbogens mehrere mit Abstand und parallel zuein- konstruktionen die durch Toleranzen und örtliche ander und zu den Elektrodenplatten liegende Lage bedingten Einzelkapazitäten der den Funkenisolierte metallische Löschbleche angebracht sind. Streckenstapel bildenden Funkenstrecken nie genü-

5. Vielfachfunkenstrecke nach Anspruch 4, da- gend groß machen und auf den exakt gleichen Wert durch gekennzeichnet, daß die Löschbleche aus 55 einstellen, so daß eine ungleiche Spannungsverteilung ferromagnetischem Material bestehen. und dadurch bedingt eine schlechtere Ausnutzung des

6. Vielfachfunkenstrecke nach einem der An- Ableiters vorliegt, da die von höherer Spannung besprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß so- aufschlagten Funkenstrecken vorzeitig zünden,
wohl die Elektrodenplatten als auch die sie distan- Es ist deshalb bekannt und üblich, die Spannungszierenden isolierscheiben Ausschnitte bzw. Aus- 60 verteilung der in Reihe geschalteten Funkenstrecken Wölbungen erhalten, die einen aufeinanderge- durch die Parallelschaltung einer Widerständskette schichteten Funkenstreckenstapel vor gegenseitiger aus sogenannten Steuerwiderständen zu Vergleich-Verdrehung der Elektroden und Löschbleche mäßigen (deutsche Patentschriften 920 554, 976 717, sichern. ' 1056 716).

65 Diese Steuerwiderstände müssen, um ihren Zweck

zu erfüllen, exakt die gleiche Größe haben, müssen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vielfachfunken- klein genug sein, um einen ausreichenden Steuerstrecke für Überspannungsableiter mit spannungs- strom fließen zu lassen, der andererseits wiederum