DE19506057B4 - Löschfunkenstreckenanordnung - Google Patents

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Abstract

Löschfunkenstreckenanordnung mit Mitteln zur Ableitung von elektrischen Überspannungen eines Stromnetzes und Löschung des danach entstandenen Netzfolgestroms, wobei Strömungswege vorgesehen sind, die beim Überschlag der Löschfunkenstrecke vom Lichtbogen erhitztes und expandierendes Gas vom Lichtbogen weg- und wieder zu ihm hinführen, wobei die Löschfunkenstrecke ein nach außen druckdicht abkapselndes Gehäuse aufweist und im Innenraum des Gehäuses zwei Kammern oder Druckbereiche vorgesehen und derart miteinander verbunden sind, daß das in einer ersten Kammer vom Lichtbogen erhitzte Gas in eine demgegenüber kühlere zweite Kammer oder Druckbereich geleitet und von dort wieder zum Lichtbogen in der ersten Kammer zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (A) und die zweite Kammer (B) jeweils als Funkenstreckenkammer mit einer Löschfunkenstrecke (1, 25, 2; 2, 26, 1) ausgebildet ist, wobei beide Löschfunkenstrecken in Reihe angeordnet und geschaltet sind, wobei die Löschfunkenstrecke der ersten Kammer (A) eine dickere Isolierschicht (25) aufweist, als die Löschfunkenstrecke der zweiten Kammer (B), und...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Löschfunkenstreckenanordnung mit Mitteln zur Ableitung von elektrischen Überspannungen eines Stromnetzes und Löschung des danach entstehenden Netzfolgestromes gemäß Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
  • Funkenstrecken stellen u. a. auf Grund ihres großen Energieableitevermögens ein bevorzugtes Bauteil für den Oberspannungsschutz dar. Speziell bei Funkenstrecken, die in einem Niederspannungsversorgungssystem installiert sind, kann es nach der Ableitung einer Überspannung zu einem Netzfolgestrom kommen. Aus diesem Grund ergibt sich für derartige Geräte die Forderung nach einem genügenden Folgestromlöschvermögen. Dies wird bei bekannten Geräten üblicherweise durch die Kühlung des Lichtbogens herbeigeführt. Die Kühlung wird in der Regel durch eine Aufweitung des Lichtbogens sowie die Verwendung gasabgebender Isolierstoffe erreicht. Auch kann man eine Kühlung durch entsprechende, umgebende Materialien erreichen. Zur Verbesserung des Löschvermögens hat man auch eine Aufteilung in Teillichtbögen durch Löschbleche, sowie eine Verlängerung des Lichtbogens, z. B. durch hörnerartige Kontakte vorgesehen. Die entstehenden heißen Gase des Lichtbogens werden durch Ausblasöffnungen (siehe z. B. DE 29 34 237 C2 im Funkenstreckengehäuse nach außen in die Umgebung abgeführt. Dies bedingt, daß am Einbauort der Löschfunkenstrecke (z. B. in der Elektroverteilung) bestimmte Abstände zu anderen spannungsführenden Teilen einzuhalten sind, was den Einsatz nur unter bestimmten Vorgaben ermöglicht. Dieses Ausblasen der heißen ionisierten Gase ist nachteilig. Aus diesen Gründen sind bei der Gestaltung derartiger Löschfunkenstrecken Grenzen dadurch gesetzt, daß der durch die Ausblasöffnungen nach außen tretende Strahl der heißen und ionisierten Gase begrenzt werden muß.
  • Aus der gattungsbildenden DE 38 29 650 A1 ist eine kombinierte Löschfunkenstrecke vorbekannt, bei welcher das Ziel verfolgt wird, den Platzbedarf von Überspannungsableitern bei Mehrleiteranordnungen dadurch zu reduzieren, daß nur eine kombinierte Löschfunkenstrecke eingesetzt wird.
  • Bei dem Überspannungsableiter mit Vielfachfunkenstrecke und spannungsabhängigen Widerständen gemäß DE 1 288 672 A wird ein Ausblasen des Lichtbogens durch das erzeugte Eigenfeld vorgeschlagen, wobei auch eine Gaszirkulation vorgesehen ist.
  • Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Folgestrom-löschfähige Funkenstrecke zu schaffen, deren Folgestrom-Löschfähigkeit gegenüber den bisher bekannten Ausführungen verbessert wird und welche im praktischen Betrieb dementsprechende Vorteile aufweist.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Löschfunkenstreckenanordnung gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2, 3 oder 7.
  • Es ist vorgesehen, daß die Löschfunkenstreckenanordnung ein sie nach außen druckdicht abkapselndes Gehäuse aufweist und daß innerhalb des Gehäuses Strömungswege vorgesehen sind, die das beim Überschlag der Funkenstrecke vom Lichtbogen erhitzte und expandierende Gas vom Lichtbogen wegführen, durch einen kühleren Bereich des Innern des Gehäuses leiten und von dort – entsprechend abgekühlt – wieder zum Lichtbogen zuruckführen. Das die Löschfunkenstreckenanordnung druckdicht nach außen abschließende Gehäuse verhindert das Ausblasen bzw. Austreten der heißen Gase des Lichtbogens nach außen. Diese heißen Gase bleiben somit im Innern des Gehäuses und bewegen sich darin entlang der vorgesehenen Strömungswege. Hiermit werden mehrere, sich ergänzende Effekte zur Löschung des Netzfolgestromes erreicht. Zum einen bewirkt der Überschlag und die Entstehung des Lichtbogens in einem druckdicht nach außen abgeschlossenen Gehäuse in diesem eine starke Erhöhung des Innendrucks und damit eine erhebliche Erhöhung der Längsfeldstarke des Lichtbogens. Die damit verbundene hohe Bogenspannung begünstigt bzw. fördert das Löschvermögen. Außerdem wird die Löschung durch die Kühlung und Strömung des erhitzten Gases innerhalb der abgekapselten Löschfunkenstreckenanordnung gefördert. Der abgekühlte Gasstrom bebläst bei seiner Rückkehr den Lichtbogen, was weiter zur Begünstigung der Löschung beiträgt. Sämtliche vorgenannten Effekte wirken mit dem Ergebnis einer Verbesserung der Folgestrom-Löschfähigkeit einer solchen Anordnung gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik zusammen.
  • Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, daß man zwar nach außen luftdicht abgeschlossene Funkenstrecken kennt, jedoch nicht im Einsatz in Stromnetzen, die nach dem erfolgten Überschlag einen Netzfolgestrom bewirken. Vielmehr wurden solche luftdicht abgeschlossenen Funkenstrecken nur für andere, nicht an ein Niederspannungsversorgungsnetz angeschlossene Einsatzzwecke verwendet, z. B. sogenannte Gasentladungsableiter, deren Elektroden sich in einem hermetisch gekapselten Gehäuse befinden, und die bereits seit vielen Jahren in informationstechnischen Netzen, bei denen nur geringe Folgeströme auftreten, eingesetzt werden. Bei solchen Einsatzfällen besteht damit nicht das Problem, einen aus dem Stromnetz über die gezündete Funkenstrecke fließenden Folgestrom zu löschen, der die Größenordnung des Netzkurzschlußstromes erreichen kann. Auch fehlen bei den vorgenannten Funkenstrecken die im Zusammenhang mit der Erfindung vorgesehenen Strömungswege und die Kühlung für das erhitzte Gas. Auch kommt es beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht auf einen absolut luftdichten bzw. gasdichten Abschluß des Innern des Gehäuses der Funkenstrecke nach außen an. Vielmehr ist die erwahnte Druckdichtheit und natürlich auch Druckfestigkeit erforderlich, damit sich beim Zünden des Lichtbogens im Innern des Gehäuses der angestrebte hohe Druck aufbauen kann und das Gehäuse auch in der Lage ist, diesem Druck standzuhalten.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die die Löschung fördernde Druckerhöhung erst durch den Lichtbogen selbst, d. h. während seines Stromflusses erzeugt wird, während bei normalem Betrieb, d. h. bevor der Überschlag einsetzt, innerhalb des Gehäuses der Löschfunkenstreckenanordnung der Luftdruck der äußeren Umgebung herrscht. Hieraus ergibt sich der Vorteil einer niedrigen Ansprechspannung. Da die erreichte Druckerhöhung proportional dem Energiezuwachs während des Stromflusses des Lichtbogens ist, ergibt sich mit steigendem Netzfolgestrom ein ebenfalls steigendes Löschvermögen der Funkenstrecke. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Löschfunkenstreckenanordnung innerhalb des druckdichten Gehäuses in zwei Kammern unterteilt, wobei während der Bildung des Lichtbogens an einer Löschfunkenstrecke oder der Bildung zweier Lichtbögen an zwei Löschfunkenstrecken der Druck in einer dieser Kammern höher ist als in der anderen Kammer. Diese Druckdifferenz bewirkt in Verbindung mit den Durchtrittsöffnungen der Trennwand das Strömen der erhitzten Gase aus der Kammer höheren Druckes in die Kammer niedrigeren Druckes und von dieser wieder zurück in die Kammer höheren Druckes. Hiermit wird eine besonders intensive Strömung und zugleich auch Kühlung der expandierten, erhitzten Gase erreicht, welche zu einer schnellen Löschung auch größerer Netzfolgeströme führt. Der vorgenannte Druckunterschied der beiden Kammern ergibt sich dadurch, daß in der einen Kammer ein größerer Energieeintrag und damit ein entsprechend höherer Druck gebildet wird, als in der anderen Kammer. Dies kann gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht werden, wobei die Funkenstrecke der ersten Kammer aufgrund der höheren Dicke ihrer Isolationsschicht einen größeren Lichtbogen und damit einen größeren Energieeintrag in diese Kammer bildet als die zweite Kammer, in der sich eine Funkenstrecke mit einer demgegenüber dünneren Isolationsschicht befindet. Die vorgesehene Reihenschaltung zweier Funkenstrecken ergibt dazu den Vorteil, daß sich der gesamte Löschungsvorgang auf zwei Funkenstrecken verteilt, so daß alleine dadurch das Löschvermögen deutlich gegenüber einer Einzelfunkenstrecke erhöht wird.
  • Der zuvor bereits erläuterte unterschiedliche Energieeintrag in die beiden Kammern des Gehäuses kann aber auch in der Weise erreicht werden, daß nur die eine, erste Kammer eine Löschfunkenstrecke aufweist und die andere, zweite Kammer nicht, wobei die zweite Kammer nur der Strömung und insbesondere Kühlung der expandierten und erhitzten Gase sowie deren Rückführung zum Lichtbogen in der ersten Kammer dient. Es bildet sich nämlich in der ersten Kammer an der Löschfunkenstrecke der Überschlag und damit der Lichtbogen sowie der gewünschte Überdruck. Das expandierende Gas gelangt dann in die zweite Kammer, in der es abgekühlt und hieraus der ersten Kammer zwecks Abkühlung und Auseinanderblasens des Lichtbogens wieder zugeführt wird. Auch hierdurch werden die vorstehend erläuterten Löscheffekte erreicht. Die beabsichtigte Strömung des expandierten und erhitzten Gases aus der ersten, die Funkenstrecke aufweisenden Kammer in die zweite Kammer und von dieser zurück in die erste Kammer wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 2 strömungstechnisch vervollkommnet.
  • Es ist sowohl eine kontinuierliche Strömung der heißen ionisierten Gase möglich, als auch eine hin- und herpulsierende Strömung mit Hilfe von Druckbereichen.
  • Es ist also mit der Erfindung möglich, durch die Gestaltung der Strömungswege im Gehäuseinnern und insbesondere beim Vorsehen zweier Kammern eine gezielte Gasströmung zu erreichen, die zusätzlich zu den schon erläuterten Vorteilen für einen schnellen Abtransport der Ladungsträger des Lichtbogens sowie der mit Zersetzungsprodukten verunreinigten Gase aus dem unmittelbaren Funkenstreckenbereich sorgt. Sie setzen sich irgendwo im Strömungsweg an den Wänden der Kammern und damit an Stellen ab, an denen sie nicht stören. Dies verbessert die Spannungsfestigkeit dieser Löschfunkenstreckenanordnung nach dem Verlöschen des Lichtbogens und führt zu einem erhöhten Ausschaltvermögen. Zusatzlich zu der erläuterten Verbesserung des Folgestromlöschvermögens wird auch die dielektrische Festigkeit und damit das Isolationsvermögen verbessert. Dies ist ein für die Anwendung der Trennfunkenstrecke angestrebter bzw. erforderlicher Effekt.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungsmöglichkeiten zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt jeweils im Langsschnitt:
  • 1 eine Löschfunkenstreckenanordnung mit zwei in Reihe geschalteten Funkenstrecken,
  • 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in 1,
  • 3, 4 jeweils Löschfunkenstreckenanordnungen, bestehend aus zwei Kammern, von denen nur eine Kammer eine Funkenstrecke aufweist,
  • 5 im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Löschfunkenstreckenanordnung nach der Erfindung und
  • 6 eine weitere Ausführungsform einer Löschfunkenstreckenanordnung nach der Erfindung, ebenfalls im Langsschnitt.
  • Das Ausführungsbeispiel nach 1 zeigt innerhalb eines druckdichten Gehäuses, das in diesem Beispiel aus einem etwa zylindrischen Isolierstoffgehäuse 3, das vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist und aus daran stirnseitig befestigten, äußeren metallischen Kontaktplatten 4 besteht, eine erste Kammer A und eine zweite Kammer B. In jeder dieser Kammern ist eine Löschfunkenstrecke vorgesehen, bestehend aus zwei Elektroden 1, 2 und einer dazwischen vorgesehene Isolierschicht 25, 26, wobei die Isolierschicht 25 der Löschfunkenstrecke der ersten Kammer A eine größere Dicke hat als die Isolierschicht 26 der Löschfunkenstrecke der oberen Kammer B. Somit entsteht bei Zündung der Lichtbogen die Bogenspannungen UB1 und UB2 dieser beiden Löschfunkenstrecken in der Kammer A ein größerer Energieeintrag als in der Kammer B, da aufgrund der unterschiedlichen Dicken der Isolierschichten die Bogenspannung UB1 der Kammer A größer ist als die Bogenspannung UB2 der Kammer B. Die metallischen Kontaktplatten 3 sind in mechanischem und elektrischem Kontakt mit den ihnen jeweils gegenüberliegenden Elektroden 1. Dazwischen kann noch eine elektrisch leitende Bedampfungssperre vorgesehen sein. Zwischen den beiden Kammern A und B ist eine Mittelelektrode 9 vorgesehen, die Öffnungen 27 zum Druckausgleich zwischen den Kammern A und B und den entsprechenden Durchtritt der Gase aufweist. Die Mittelelektrode 9 besteht ebenfalls aus Metall und ist elektrisch leitend. Sie stellt somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den an ihr anliegenden Elektroden 1 der beiden Löschfunkenstrecken dar. Zugleich bildet die Mittelelektrode 9 hier die Trennwand zwischen den beiden Kammern A und B. Da sich in den Kammern A und B die Lichtbögen nicht völlig gleichmäßig bilden, werden die in ihnen befindlichen Gase vom jeweiligen Lichtbogen auch nicht über den Umfang der Funkenstrecke betrachtet stets gleichmäßig erhitzt werden. Hinzu kommt, daß (siehe oben) der Kammer A mehr Energie zugeführt und dadurch in ihr eine größere Erhitzung erreicht wird. Die vorgenannten Umstände ergeben zusammen eine Strömung der Gase, wie sie mit den Pfeilen in den Öffnungen 27 angedeutet sind. Dies ist nicht auf die angegebenen Pfeilrichtungen, namlich links in 1 nach oben und rechts in 1 nach unten, beschränkt. 2 zeigt in dem Zusammenhang, daß sich eine Anzahl dieser Öffnungen 27 etwa auf einem Kreis angeordnet in der Trennwand bzw. Elektrode 9 befinden kann. Hiermit ist für eine hinreichende Strömung und Abkühlung der Gase zwischen den beiden Kammern A und B gesorgt, wobei die strömenden Gase nach ihrer Abkühlung zu dem betreffenden Lichtbogen gelangen und durch ihre Kühlwirkung zum Löschvorgang beitragen.
  • Es können Innenwandbeschichtungen aus einem Isoliermaterial, z. B. POM, vorgesehen sein, das unter dem Einfluß des Lichtbogens ein Löschgas freisetzt. Das freigesetzte Gas kann ferner zur Erhöhung des Innendruckes in der den Lichtbogen aufweisenden Kammer dienen. Eine solche Innenwandbeschichtung 6 ist beispielsweise in 1 in der Kammer B eingezeichnet. Ferner können auch gemäß Darstellung im Bereich der Kammer A Innenwandbeschichtungen 7' vorgesehen sein, die aus einem kein Gas freisetzenden Material bestehen. Die erläuterten Innenwandbeschichtungen, die entweder aus einem Gas abgebenden Isoliermaterial oder aus einem kein Gas abgebenden Isoliermaterial bestehen, können nicht nur an den vorerwähnten Stellen, sondern auch in anderen Bereichen bzw. Wandflächen der vorliegenden Ausführungsbeispiele angebracht werden. Dies ist jeweils nicht im einzelnen erläutert.
  • Das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt ferner eine Ausführung einer Ausbuchtung des zylindrischen Gehäuseteiles 3 nach innen, die hier in Form eines umlaufenden Steges 7 verwirklicht ist. Derartige Ausbuchtungen dienen der Verminderung des Volumens des Innenraumes der Kammer A und damit einer weiteren Erhöhung des Druckes, der mit dem Zünden des Lichtbogens entsteht. Auch dienen die vorgenannten Ausbuchtungen der Schaffung gewünschter Strömungswege und zugleich einer zusätzlichen Abkühlung der erhitzten Gase.
  • Die im Zusammenhang mit den äußeren Elektroden 1 bereits erwähnten Bedampfungssperren 8 können aus einem ein Löschgas abgebenden Kunststoff oder auch aus einem metallischen, die Gase kühlenden Werkstoff bestehen. Die Bedampfungssperren verhindern eine durchgängige leitfähige Bedampfung der Isolierstrecke zwischen den Elektroden mit leitfähigen Partikeln, die sich dort als Folge des Lichtbogens niederschlagen. Eine zusätzliche Kühlung der Gase kann dadurch erreicht werden, indem man an den Bedampfungssperren Metallschirme befestigt. Auch können die Bedampfungssperren in ihrer Konfiguration so gestaltet sein, daß sie die Strömungsgeschwindigkeit der Gase erhöhen.
  • Das vorstehend erlauterte Ausführungsbeispiel nach 1, 2, aber auch die Ausführungsbeispiele nach den 3, 4 mit Funkenstrecken, die rotationssymmetrische Elektroden und Isolierschichten aufweisen, zeigen, wie man konventionelle Funkenstreckenanordnungen gemäß der Erfindung so anordnen und einsetzen kann, daß die erläuterten Effekte der Erfindung eintreten. Es empfehlen sich, wie die Zeichnungen zeigen, Funkenstrecken mit sich zur jeweiligen Isolierschicht hin kegelförmig verjüngenden Elektroden 1, 2, so daß die Lichtbögen UB1, UB2 sich mit ihrem Wandern von der Isolierschicht her nach außen entsprechend vergrößern. Im Fall der 1 erhält man durch die zwei in Reihe geschalteten Funkenstrecken die doppelte Bogenbrennspannung (UB1 + UB2) gegenüber dem Einsatz einer Einzelfunkenstrecke.
  • Diese auseinanderlaufende Schräge der Elektroden bewirkt nach erfolgter Zündung eine Aufweitung des Lichtbogens und damit eine Erhöhung der Bogenbrennspannung bei gleichzeitiger Kühlung. Dies kommt zu der Erhöhung der Bogenbrennspannung, die aufgrund der Druckerhöhung in der betreffenden Kammer erfolgt, hinzu. Diese Druckerhöhung kann noch durch die o.g. Einbauten 7 verstärkt werden.
  • Das Prinzip der Erfindung ist auch mit einer Anordnung erreichbar, die nur eine Funkenstrecke aufweist. Hierzu zeigt 3 eine Funkenstrecke mit den Elektroden 1, 2 und einem Isolierkorper 25, die zwischen einer in 3 oben gelegenen metallischen Kontaktplatte 4 und einer metallischen Trennwand 9 fest eingespannt ist. Die vorgenannten Bauteile 4, 9 sind entsprechend fest mit einem Gehäuseeinsatz 10 verbunden, der unterseitig an einer weiteren metallischen Kontaktplatte 4 fest anliegt. In analoger Weise erfolgt im übrigen der Zusammenhang der Elektroden der Funkenstrecke der Trennwand 9 und des Isoliergehäuses 3 und der Kontaktplatten 4 im Ausfuhrungsbeispiel der 1.
  • 3 zeigt ferner ein Außengehäuse 13, das in seinen oberen und unteren Bereichen 13' auf der jeweiligen Kontaktplatte 4 aufliegt und ferner mit seiner ringzylindrischen Wand 13'' im Abstand vom Gehäuseeinsatz 10 gelegen ist. Das druckdichte Gehäuse wird von den Teilen 13, 13' in Verbindung mit den Abdeckplatten 4 gebildet. Durch die Öffnungen 43 zwischen den Bereichen 13' des äußeren druckfesten Gehäuses hindurch kann die Kontaktgabe zu den metallischen Kontaktplatten 4 erfolgen. Somit ist zwischen dem Gehäuseeinsatz 10 und dem ringzylindrischen Bereich 13'' ein ringzylindrischer Luftführungsraum/Strömungskanal 11 gegeben. Es ist ersichtlich, daß mit dem Zünden der Funkenstrecke in der ersten Kammer A dort ein höherer Druck entsteht, als er in der zweiten Kammer B vorhanden ist. Die aufgrund des Lichtbogens sich erhitzenden und expandierenden Gase der ersten Kammer A strömen durch die Öffnungen 27 der Trennwand 9 nach unten in den Innenraum 14 der Kammer B und von dort über Öffnungen 12 des Gehäuseeinsatzes 10 in den ringzylindrischen Raum 11. Aus diesem Raum 11 gelangen sie durch weitere Öffnungen 28 des Gehäuseeinsatzes 10 in die erste Kammer A und treffen dort auf den dort befindlichen Lichtbogen. Während der vorstehend erläuterten Strömung haben sich die expandierenden Gase erheblich abgekühlt. Die zweite Kammer B mit ihrem Innenraum 14 hat hier also auch die Funktion einer Kühlkammer bzw. eines Druckreservoirs. Zweckmäßigerweise ist eine Reihe von Öffnungen 12 und 28 im Abstand voneinander und über den Umfang des Gehäuseeinsatzes 10 verteilt vorgesehen. Auch hier sind Innenwandbeschichtungen 15 möglich, die aus einem bei Erhitzung Gas abgebenden Kunststoff bestehen. Die Strömungsrichtung der Gase kann auch entgegengesetzt zu den in 3 eingezeichneten Pfeilrichtungen erfolgen. Dies hängt von der Zahl der Durchtrittsöffnungen 12 bzw. 28 und deren Querschnitten ab. Auf jeden Fall ist aber sowohl hier als auch bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der
  • 4 und 5, 6 dafür gesorgt, daß die Strömungswege fur das aus der Kammer hohen Druckes ausströmende Gas einerseits und die Strömungswege fur das in die Kammer höheren Druckes einströmende Gas andererseits voneinander getrennte Strömungswege sind.
  • Im Ausführungsbeispiel der 4 ist eine Gehäuseanordnung analog 1 vorgesehen, deren erste Kammer A eine Funkenstrecke mit den Elektroden 1, 2 und der Isolierschicht 25 aufweist. Die zweite Kammer B besitzt keine Löschfunkenstrecke. Die nach Zündung des Lichtbogens in der Kammer A entstehenden heißen und expandierenden Gase werden durch die Öffnungen 27 der metallischen Trennwand 9 in die zweite Kammer B und von dieser durch eine zentrale Öffnung 29 der Trennwand 9 und eine damit fluchtende Durchtrittsöffnung 30 der Funkenstrecke in eine weitere, quer zur Öffnung 30 liegende Öffnung 31 der Funkenstrecke und aus dieser heraus in den Bereich des Lichtbogens UB dieser Funkenstrecke geführt. Dabei verläuft die Durchtrittsöffnung 30 etwa in der Längsachse der Funkenstrecke und in Querrichtung hierzu die Durchtrittsöffnung 31 durch die Elektrode 1, welche zur Trennwand 9 entgegengesetzt liegt. Es können mehrere Durchtrittsöffnungen 31 sternförmig zwischen dem Austrittsende der in 4 senkrechten Durchtrittsöffnung 30 und der Außenfläche der oberen Elektrode 1 vorhanden sein. Die heißen Gase kühlen sich bei diesem Strömungsweg ebenfalls in der Kammer B niedrigen Druckes ab, um entsprechend gekühlt dem Lichtbogen zugeführt werden zu können. Im übrigen wird zum Prinzip der Erfindung und dessen Erläuterung auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ebenfalls rotationssymmetrischen Elektroden 1, 2, die sich zu einem Isolierkörper 44 hin konisch verjüngen. Der Isolierkörper ist in seinem in der Zeichnung linken Bereich 44, der in der linken Hälfte 45 der Funkenstreckenkammer liegt, breiter als sein Bereich 44', der sich in der in der Zeichnung rechten Hälfte 45' der Funkenstreckenkammer befindet. Es ist somit eine definierte Schmalstelle 5 gebildet, an der im Überspannungsfall ein Überschlag und damit ein Lichtbogen 46 entsteht. Unterhalb und oberhalb der Funkenstreckenkammer 45, 45' befinden sich jeweils Strömungskammern 47, 48. Die Funkenstreckenkammer 45, 45' sowie die Strömungskammern 47, 48 sind von einer weiteren Strömungskammer 61 sowie 8 umgeben. Bei der erläuterten Formgebung des Isolierkörpers (bzw. Isolierschicht) 44, 44' entsteht der Lichtbogen 46 nur in der rechten Hälfte 45' der Funkenstreckenkammer, so daß von hier aus die heißen ionisierten Gase nach unten strömen und durch die darunter befindliche Durchtrittsöffnung 49 hindurchtreten, die entsprechend der Lage des Lichtbogens 46 außermittig der durch die Anschlüsse 54, 55 gegebenen Mittellängsachse der Gesamtanordnung im Bereich unterhalb des Lichtbogens angeordnet ist. Das im Überschlagsfall ionisierte heiße Gas strömt von der Durchtrittsöffnung 49 der Trennplatte 57 in die untere Strömungskammer 47 und von dort über Durchtrittsöffnungen 50, 50' in die Strömungskammer 61, 8 und hiervon über die Durchtrittsöffnungen 51, 52 in die obere Strömungskammer 48 und von dieser durch eine Durchtrittsöffnung 53 einer oberen Trennplatte 56 in die Funkenstreckenkammer 45, 45'. Das Gas hat sich auf diesem Wege stark abgekühlt und fördert hiermit die Löschung des Lichtbogens 46. Da der Lichtbogen 46 nur im Bereich der Engstelle 44' entsteht, ist hier somit eine richtungsorientierte Gasströmung gemäß den eingezeichneten Pfeilen geschaffen.
  • Die Stromzuführungen 54, 55 sind an die metallischen Trennplatten 56, 57 angeschlossen, die ihrerseits in leitender Berührung mit den Elektroden 1, 2 stehen.
  • Der Isolierkorper 44, 44' sowie eine seitliche Auskleidung 58 der Funkenstreckenkammer können aus einem unter dem Einfluß des oder der Lichtbögen Gas abgebenden Isolierstoff bestehen.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Funkenstreckenkammer 45, 45' ebenso ausgebildet ist wie im Ausführungsbeispiel der 5. Anstelle der Strömungskammern 47, 48 sind Druckbereiche 59, 60 vorgesehen, die – abgesehen von den Durchtrittsöffnungen 49 und 53 zur Funkenstreckenkammer 45, 45' – allseitig abgeschlossen sind. Soweit bei diesem Ausführungsbeispiel die gleichen Teile gezeigt sind wie im Beispiel der 5, tragen sie auch die in 5 verwendeten Bezugsziffern. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine richtungsorientierte Strömung der ionisierten heißen Gase erreicht. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, daß der Gasdruck des Lichtbogens während der verschiedenen Ableitphasen unterschiedlich ist. So ist z. B. der Gasdruck eines durch den Stoßstrom verursachten Lichtbogens größer als der Gasdruck aufgrund des nachfolgenden netzfrequenten Folgestromes. Schließlich erfolgt ein weiterer Druckabfall nach dem Verlöschen des Lichtbogens. Der zunachst große Druck im Innern der Funkenstreckenkammer 45, 45' wird über die Durchtrittsöffnungen 49, 53 in die als Druckreservoir dienenden Druckbereiche 59, 60 geleitet. Sobald der diesen großen Druck erzeugende Stoßstrom abgeklungen ist, kommt direkt im Anschluß hieran der netzfrequente Folgestrom zum Fließen. Damit sinkt der Druck im Innern 45, 45' der Funkenstreckenkammer ab. Dann kann das demgegenüber unter höherem Druck stehende Gas aus den Druckbereichen 59, 60 durch die Durchtrittsöffnungen 49, 53 in umgekehrter Richtung in das Innere der Funkenstreckenkammer zurückströmen. Die Strömung dieses Gases und seine inzwischen erfolgte Abkühlung fördern den Löschvorgang. Hiermit ist im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach 5 keine kontinuierliche, insbesondere keine kontinuierlich umlaufende Strömung, sondern vielmehr ein Hin- und Herströmen des Gases aus der Funkenstreckenkammer in die Druckbereiche und zurück erreicht.

Claims (9)

  1. Löschfunkenstreckenanordnung mit Mitteln zur Ableitung von elektrischen Überspannungen eines Stromnetzes und Löschung des danach entstandenen Netzfolgestroms, wobei Strömungswege vorgesehen sind, die beim Überschlag der Löschfunkenstrecke vom Lichtbogen erhitztes und expandierendes Gas vom Lichtbogen weg- und wieder zu ihm hinführen, wobei die Löschfunkenstrecke ein nach außen druckdicht abkapselndes Gehäuse aufweist und im Innenraum des Gehäuses zwei Kammern oder Druckbereiche vorgesehen und derart miteinander verbunden sind, daß das in einer ersten Kammer vom Lichtbogen erhitzte Gas in eine demgegenüber kühlere zweite Kammer oder Druckbereich geleitet und von dort wieder zum Lichtbogen in der ersten Kammer zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (A) und die zweite Kammer (B) jeweils als Funkenstreckenkammer mit einer Löschfunkenstrecke (1, 25, 2; 2, 26, 1) ausgebildet ist, wobei beide Löschfunkenstrecken in Reihe angeordnet und geschaltet sind, wobei die Löschfunkenstrecke der ersten Kammer (A) eine dickere Isolierschicht (25) aufweist, als die Löschfunkenstrecke der zweiten Kammer (B), und daß eine Trennwand (9) zwischen den beiden Funkenstreckenkammern eine Mittelelektrode bildet, welche die beiden Löschfunkenstrecken elektrisch miteinander verbindet und zugleich Öffnungen (27) zur Hindurchführung des erhitzten Gases aufweist.
  2. Löschfunkenstreckenanordnung mit Mitteln zur Ableitung von elektrischen Überspannungen eines Stromnetzes und Löschung des danach entstandenen Netzfolgestroms, wobei Strömungswege vorgesehen sind, die beim Überschlag der Löschfunkenstrecke vom Lichtbogen erhitztes und expandierendes Gas vom Lichtbogen weg- und wieder zu ihm hinführen, wobei die Löschfunkenstrecke ein nach außen druckdicht abkapselndes Gehäuse aufweist und im Innenraum des Gehäuses zwei Kammern oder Druckbereiche vorgesehen und derart miteinander verbunden sind, daß das in einer ersten Kammer vom Lichtbogen erhitzte Gas in eine demgegenüber kühlere zweite Kammer oder Druckbereich geleitet und von dort wieder zum Lichtbogen in der ersten Kammer zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe angeordneten beiden Kammern (A, B) von einem Gehäuseeinsatz (10) und die Kammern einschließlich der Funkenstreckenanordnung und des Gehäuseeinsatzes von einem druckdichten Außengehäuse (13) umgeben sind, wobei zwischen Außengehäuse und Gehäuseeinsatz Strömungswege (11) für die expandierenden und abzukühlenden Gase vorgesehen sind, weiterhin der Gehäuseeinsatz Gasdurchtrittsöffnungen (12, 28) aufweist, welche die erste Kammer und die zweite Kammer mit den Strömungswegen (11) zwischen Gehäuseeinsatz und Außengehäuse verbinden, und daß ferner innerhalb des Gehäuseeinsatzes zwischen den beiden Kammern (A, B) eine Trennwand (9) mit Gasdurchtrittsöffnungen (27) angeordnet ist.
  3. Löschfunkenstreckenanordnung mit Mitteln zur Ableitung von elektrischen Überspannungen eines Stromnetzes und Löschung des danach entstandenen Netzfolgestroms, wobei Strömungswege vorgesehen sind, die beim Überschlag der Löschfunkenstrecke vom Lichtbogen erhitztes und expandierendes Gas vom Lichtbogen weg- und wieder zu ihm hinführen, wobei die Löschfunkenstrecke ein nach außen druckdicht abkapselndes Gehäuse aufweist und im Innenraum des Gehäuses zwei Kammern oder Druckbereiche vorgesehen und derart miteinander verbunden sind, daß das in einer ersten Kammer vom Lichtbogen erhitzte Gas in eine demgegenüber kühlere zweite Kammer oder Druckbereich geleitet und von dort wieder zum Lichtbogen in der ersten Kammer zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Kammer (A) eine Funkenstrecke (1, 25, 2) mit einer in ihrer Längsachse verlaufenden zentralen Bohrung (30) vorgesehen ist, wobei diese Bohrung (30) über eine Öffnung (29) in einer Trennwand (9) mit der zweiten Kammer (B) in gasführender Verbindung steht, weiterhin das andere Ende der zentralen Bohrung (30) in einer Querbohrung (31) der Funkenstreckenelektrode (1) mündet, welche zur Trennwand (9) entgegengesetzt liegt, wobei diese Querbohrung (31) mit ihren Außenenden in den Innenraum der ersten Kammer (A) mündet, und daß die Trennwand (9) außerhalb ihrer Kontaktfläche mit der Funkenstreckenelektrode (2) weitere Durchtrittsöffnungen (27) für die Gase aufweist.
  4. Löschfunkenstreckenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrung (31) aus mehreren, sternförmig vom Eintritt der Längsbohrung (30) her sich nach außen ertreckenden Bohrungen gebildet ist.
  5. Löschfunkenstreckenanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2) der Löschfunkenstrecken in Richtung zur zwischen ihnen befindlichen Isolierschicht (25, 26) sich jeweils konisch verjüngen.
  6. Löschfunkenstreckenanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecken und die sie umgebenden Gehäuseteile im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
  7. Löschfunkenstreckenanordnung mit Mitteln zur Ableitung von elektrischen Überspannungen eines Stromnetzes und Löschung des danach entstandenen Netzfolgestroms, wobei Strömungswege vorgesehen sind, die beim Überschlag der Löschfunkenstrecke vom Lichtbogen erhitztes und expandierendes Gas vom Lichtbogen weg- und wieder zu ihm hinführen, wobei die Löschfunkenstrecke ein nach außen druckdicht abkapselndes Gehäuse aufweist und im Innenraum des Gehäuses zwei Kammern oder Druckbereiche vorgesehen und derart miteinander verbunden sind, daß das in einer ersten Kammer vom Lichtbogen erhitzte Gas in eine demgegenüber kühlere zweite Kammer oder Druckbereich geleitet und von dort wieder zum Lichtbogen in der ersten Kammer zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Funkenstreckenkammer (45, 45') mit einer Funkenstrecke vorgesehen ist, deren Isolierschicht (44, 44') an einer Seite (45') der Funkenstreckenkammer schmäler (44') ist als an der anderen Seite (45) der Funken streckenkammer, und daß an den von den Elektroden (1, 2) der Funkenstreckenkammer gebildeten Stirnflächen dieser Kammer je eine Strömungskammer (47, 48) vorgesehen ist, die über Durchtrittsöffnungen (49, 53) mit dem Inneren der Funkenstreckenkammer in Verbindung stehen, wobei im Überschlagsfall das an der einen Seite (45') der Funkenstreckenkammer entstehende ionisierte heiße Gase durch eine Durchtrittsöffnung (49) in die erste Strömungskammer (47) strömt, von dort mittels zweier Durchtrittsöffnungen (50, 50') auf zwei getrennte Strömungen aufgeteilt und diese jeweils durch separate Räume (8, 61) geführt werden, welche über Durchtrittsöffnungen (51, 52) mit der zweiten Strömungskammer (48) in Verbindung stehen, und daß der abgekühlte Gasstrom durch eine Durchtrittsöffnung (53) in das Innere der Funkenstreckenkammer (45) gelangt.
  8. Löschfunkenstreckenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchtrittsöffnungen (49, 53) in metallischen Trennplatten (57, 56) befinden, die an den Elektroden (1, 2) leitend anliegen und die Funkenstreckenkammer (45, 45') gegen die beiden Strömungskammern (47, 48) abtrennen.
  9. Löschfunkenstreckenanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich im jeweiligen Strömungsweg der Gase vom Außengehäuseinneren her sich erstreckende Vorsprünge oder Stege (7) befinden.
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