DE19522652C1 - Überspannungsschutz für leistungsführende HF-Koaxialleitungen - Google Patents
Überspannungsschutz für leistungsführende HF-KoaxialleitungenInfo
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- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
- H01T4/08—Overvoltage arresters using spark gaps structurally associated with protected apparatus
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Description
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz für lei
stungsführende HF-Koaxialleitungen, mit einer zwischen dem
Innenleiter und dem Außenleiter angeordneten, selbstlöschen
den Funkenstrecke (DE-Hauptkatalog der Firma DEHN
Überspannungsschutz, 1994, S. 11, 73).
Ein Überspannungsschutz dient bekanntlich dazu, nachgeord
nete Geräte sowie deren Benutzer vor Überspannungen zu
schützen, die durch atmosphärische Entladungen, in der Nähe
der HF-Leitung verlaufende Hochspannungsleitungen oder
andere Ursachen hervorgerufen werden und eine beträchtliche
Gefahr für die Geräte und deren Benutzer darstellen können.
Stand der Technik für diesen Zweck sind offene Funkenstrek
ken, gasgefüllte Entladungsröhren mit definierter Zündspan
nung (z. B. jeweils gemäß DE-Hauptkatalog der Firma DEHN:
Überspannungsschutz 1994, S. 11, 73) sowie λ/4 Kurzschluß
leitungen.
Offene Funkenstrecken und gasgefüllte Entladungsröhren,
sogenannte Pillen, eignen sich jedoch nur bedingt als Über
spannungsschutz für HF-Leitungen, über die HF-Nutzleistungen
von einigen Watt bis zu einigen 100 Kilowatt übertragen
werden, weil dann die Signalspannung Werte erreicht, bei
denen die Funkenstrecke bzw. die Gasfüllung der Entladungs
röhre ionisiert wird. Die Folge davon ist, daß die
Zündspannung mehr oder weniger stark sinkt, so daß die
bzw. die Gasentladung durch die übertragene HF-Leistung
weitergespeist, erlöschen also nicht mehr.
λ/4-Kurzschlußleitungen weisen diesen Nachteil nicht auf und
können deshalb auch für leistungsführende HF-Leitungen als
Überspannungsschutz verwendet werden, dies jedoch nur, wenn
die Nutzfrequenz oberhalb von ca. 300 MHz liegt, weil bei
niedrigeren Frequenzen die mechanische Länge der λ/4-Kurz
schlußleitung unhandlich groß wird und weil dann auch für
Überspannungen mit im Verhältnis zu der Resonanzfrequenz der
λ/4-Kurzschlußleitung niedriger Frequenz der in diesem Fall
induktive Blindwiderstand der Kurzschlußleitung und der
dadurch hervorgerufene Spannungsabfall über der Kurzschluß
leitung zu hohe Werte annehmen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Über
spannungsschutz der einleitend angegebenen Gattung zu schaf
fen, dessen Betriebsfrequenz im Bereich zwischen etwa 1 bis
500 MHz liegt und der ein verbessertes Betriebsverhalten
hat.
Eine erste Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Funkenstrecke aus einer mit dem Innenleiter ver
bundenen, ringförmigen Elektrode und einer in der gleichen
Radialebene angeordneten, mit dem Außenleiter verbundenen,
ringförmigen Elektrode besteht. Bei dieser Lösung kann der
den Überspannungsschutz enthaltende Teil der HF-Koaxiallei
tung in beliebiger Richtung zur Horizontalen verlaufen und
erfordert auch keine vorgegebene Orientierung in Umfangs
richtung, wenn für die ringförmigen Elektroden Querschnitte
gewählt werden, die dafür sorgen, daß der Lichtbogen nach
dem Zünden in eine Richtung auswandert, in der sich der Ab
stand der Elektroden und damit die Länge des Lichtbogens
stetig vergrößert.
Dies ist insbesondere dann sichergestellt, wenn die ringför
migen Elektroden einen parabelförmigen Querschnitt haben und
die Parabelscheitel sich gegenüberliegen (Anspruch 2).
Eine zweite Lösung der vorgenannten Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke aus einer mit dem Innenleiter
verbundenen Elektrode in Form einer Kuppe und einer mit dem
Außenleiter verbundenen Elektrode in Form einer Kuppe be
steht (Anspruch 3). Auch bei dieser zweiten Lösung spricht
der Überspannungsschutz unabhängig von dem Verlauf der
Längsachse des betreffenden Abschnitts der HF-Koaxialleitung
an, da die Kuppenform der sich gegenüberstehenden Elektroden
dafür sorgt, daß der Lichtbogen nach dem Zünden jeweils in
Richtung sich vergrößernder Elektrodenabstände auswandern
kann, bis er abreißt. Der Vorteil dieser zweite Lösung
liegt vor allem darin, daß die mit dem Außenleiter verbun
dene Elektrode als von außen in den Außenleiter einschraub
barer Stift ausgebildet sein kann, was es auf einfache Weise
ermöglicht, den kürzesten Abstand zwischen den Elektroden
und damit die Höhe der Zündspannung einzustellen sowie im
Bedarfsfall den Zustand der Elektrodenoberflächen durch
Ausbau der mit dem Außenleiter verbundenen Elektrode zu
kontrollieren.
Fertigungstechnisch besonders einfach ist einer Weiterbil
dung dieser Ausführungsform, bei der die Scheitel der kup
penförmigen Elektroden sich in der selben Radialebene gegen
überliegen (Anspruch 4). Allerdings sollte eine Einbaulage
vermieden werden, bei der die kürzeste Verbindungsstrecke
zwischen den beiden Elektroden genau in der Vertikalen
liegt, damit kein an dieser Stelle stabil brennender Licht
bogen entsteht.
Dieses Problem wird bei einer Weiterbildung vermieden, bei
der die mit dem Außenleiter verbundene, kuppenförmige Elek
trode gegenüber der mit dem Innenleiter verbundenen kuppen
förmigen Elektrode derart axial versetzt ist, daß sich der
kürzeste Abstand zwischen den Mantelflächen der Elektroden
mit zunehmendem radialen Abstand von dem Innenleiter stetig
vergrößert (Anspruch 5). Allerdings ist diese Ausführungs
form weniger geeignet, wenn der betreffende Abschnitt der
HF-Koaxialleitung im wesentlichen lotrecht verläuft.
Bevorzugt haben die die Elektroden der Funkenstrecke bil
denden Kuppen zumindest näherungsweise die Form von Rota
tionsparaboloiden (Anspruch 6).
Gewünschtenfalls kann die mit dem Außenleiter verbundene
Elektrode der Funkenstrecke in Wirkverbindung mit einer
durch das Zünden eines Lichtbogens aktivierten, aus der
Koaxialleitung herausgeführten Anzeigevorrichtung stehen.
(Anspruch 7). Der Begriff Anzeigevorrichtung ist im weite
sten Sinn zu verstehen und schließt deshalb ein - gegebenen
falls selbstrückstellendes - Schaltelement zur Fernanzeige
einer Überspannungsauslösung ein.
Abhängig von der Querschnittsgeometrie der Koaxialleitung
und der Ausführungsform der Funkenstrecke kann es notwendig
sein, den Querschnitt des Innenleiters der Koaxialleitung in
Höhe der Funkenstrecke zu vermindern, um genügend Raum zur
Anbringung der Elektroden zu schaffen (Anspruch 8).
Vor allem wenn die Betriebsfrequenz der Koaxialleitung
verhältnismäßig hoch ist, kann die durch die Funkenstrecke
verursachte, zusätzliche Kapazität zu einer meßbaren Ver
schlechterung des Reflexionskoeffizienten führen. Dies kann
vermieden werden, wenn die Querschnittsverminderung des In
nenleiters so bemessen ist, daß der Wellenwiderstand der
Leitung am Ort der Funkenstrecke zumindest annähernd kon
stant bleibt (Anspruch 9).
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Überspan
nungsschutzes nach der Erfindung schematisch vereinfacht im
Längsschnitt dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform und
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform.
In allen drei Ausführungsformen ist ein kurzer, beidseits
mit koaxialen Verbindungsmitteln hier nicht näher inter
essierender Konstruktion versehener Koaxialleitungsabschnitt
mit einem Innenleiter 1 und einem Außenleiter 2 dargestellt.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat der Innenlei
ter 1 einen Abschnitt verringerten Durchmessers 1a, auf dem
eine ringförmige Elektrode 3 mit parabelförmigen Querschnitt
sitzt. In der gleichen Radialebene ist der Außenleiter 2 mit
einer entsprechenden, ringförmigen Elektrode 4 von ebenfalls
parabelförmigem Querschnitt versehen. Beim Auftreten einer
unzulässig hohen Überspannung kommt es an irgendeiner Stelle
des Umfanges der Elektroden 3, 4 zu einem Überschlag zwi
schen deren sich gegenüberliegenden Scheiteln. Sofern der
Lichtbogen nach dem Abklingen der Überspannung noch weiter
brennt, weil er von der von der Leitung übertragenen HF-Leistung
gespeist wird, wandert er in Richtung sich ver
größernder Abstände zwischen den Elektroden 3 und 4 aus, bis
der Abstand so groß geworden ist, daß der Lichtbogen von
selbst erlischt.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform hat der
Innenleiter 1 eine Abflachung 1b mit einer radialen Bohrung
1c, in die der Gewindeschaft 23a einer Elektrode 23 einge
dreht ist, die die Form eines Rotationsparaboloids hat.
Gegenüber steht eine gleichartige Elektrode 24 am Ende eines
in den Außenleiter 2 eingedrehten Gewindeschaftes 24a. Auf
diese Weise kann der Abstand zwischen den Scheiteln der
Elektroden 23 und 24 eingestellt und die Elektrode dann
durch Anziehen einer Kontermutter 24b festgelegt werden. In
dem Gewindeschaft 24a befindet sich eine Anzeigevorrichtung,
die durch einen Stift 6a symbolisiert wird, den eine Schrau
bendruckfeder 6b aus dem Gewindeschaft 24a heraustreten
läßt, sobald die durch den Lichtbogen verursachte Erwärmung
des Gewindeschaftes 24a einen gewissen Wert überschreitet.
Im übrigen entspricht die Funktionsweise dieser zweiten
Ausführungsform derjenigen der ersten Ausführungsform.
Am schnellsten erlischt der Lichtbogen bei der zweiten Aus
führungsform jedoch bei einer Einbauorientierung des Ko
axialleitungsabschnittes, bei der die gemeinsame Längs
achse der Elektroden 23 und 24 näherungsweise horizontal
verläuft, da die von dem Lichtbogen selbst verursachte Gas
strömung dann im wesentlichen rechtwinklig zur dem Licht
bogen gerichtet ist. Sofern die Längsachse des Koaxiallei
tungsabschnittes im wesentlichen vertikal verläuft, kommt es
dagegen auf eine bestimmte umfangsmäßige Orientierung der
gemeinsamen Längsachse der Elektroden 23, 24 nicht an.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht im Prinzip
derjenigen nach Fig. 2, jedoch ist die Elektrode 34 axial
versetzt gegenüber der Elektrode 33 am Ende eines Gewinde
schaftes 34a angeordnet, dessen Längsachse mit der Läng
sachse des Koaxialleitungsabschnittes einen von 90° ver
schiedenen Winkel (hier etwa 45°) einschließt. Die Mantel
flächen der Elektroden 33, 34 begrenzen somit einen sich in
Richtung vom Innenleiter 1 zum Außenleiter 2 stetig erwei
ternden Spalt, so daß ein gezündeter Lichtbogen auswandert,
sofern der Koaxialleitungsabschnitt mit im wesentlichen
waagerechter Längsachse und einer Umfangsorientierung einge
baut wird, bei der die Elektrode 34 sich wenigstens oberhalb
der die Längsachse des Koaxialleitungsabschnittes enthal
tenden Horizontalebene befindet. Der Innenleiter 1 ist in
Höhe der Elektrode 34 mit einer Querschnittsverminderung in
Form einer Abflachung 1c versehen, die so ausgelegt ist, daß
der Wellenwiderstand der Leitung am Ort der Elektroden 33
und 34 zumindest annähernd konstant bleibt.
Claims (9)
1. Überspannungsschutz für leistungsführende HF-Koaxial
leitungen, mit einer zwischen dem Innenleiter (1) und
dem Außenleiter (2) angeordneten, selbstlöschenden
Funkenstrecke (3, 4), dadurch gekennzeichnet, daß die
Funkenstrecke aus einer mit dem Innenleiter (1) ver
bundenen, ringförmigen Elektrode (3) und einer in der
gleichen Radialebene angeordneten, mit dem Außenleiter
(2) verbundenen, ringförmigen Elektrode (4) besteht.
2. Überspannungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die ringförmigen Elektroden (3, 4) einen
Parabelförmigen Querschnitt haben und die Parabelscheitel
sich gegenüberliegen.
3. Überspannungsschutz für leistungsführende HF-Koaxial
leitungen, mit einer zwischen dem Innenleiter (1) und
dem Außenleiter (2) angeordneten, selbstlöschenden
Funkenstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke
aus einer mit dem Innenleiter (1) verbundenen
Elektrode in Form einer Kuppe (23; 33) und einer mit
dem Außenleiter (2) verbundenen Elektrode in Form ei
ner Kuppe (24; 34) besteht.
4. Überspannungsschutz nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Scheitel der kuppenförmigen Elektro
den (23, 24) sich in der selben Radialebene gegenüber
liegen.
5. Überspannungsschutz nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mit dem Außenleiter (2) verbundene,
kuppenförmige Elektrode (34) gegenüber der mit dem In
nenleiter (1) verbundenen, kuppenförmigen Elektrode
(33) derart axial versetzt ist, daß sich der kürzeste
Abstand zwischen den Mantelflächen der Elektroden (33,
34) mit zunehmendem radialem Abstand von dem Innenlei
ter (1) stetig vergrößert.
6. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 3 bis 5
dadurch gekennzeichnet, daß die die Elektroden der
Funkenstrecke bildenden Kuppen (23, 33, 24, 34) zumin
dest näherungsweise die Form von Rotationsparaboloiden
haben.
7. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Außenleiter
(2) verbundene Elektrode der Funkenstrecke in Wirkver
bindung mit einer durch das Zünden eines Lichtbogens
aktivierten, aus der Koaxialleitung herausgeführten
Anzeigevorrichtung (6a, 6b) steht.
8. Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (1) der
Koaxialleitung in Höhe der Funkenstrecke einen vermin
derten Querschnitt (1a, 1b, 1c) hat.
9. Überspannungsschutz nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Querschnittsverminderung (1a, 1b,
1c) des Innenleiters (1) so bemessen ist, daß der Wel
lenwiderstand der Leitung am Ort der Funkenstrecke
Zumindest annähernd konstant bleibt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995122652 DE19522652C1 (de) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | Überspannungsschutz für leistungsführende HF-Koaxialleitungen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1995122652 DE19522652C1 (de) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | Überspannungsschutz für leistungsführende HF-Koaxialleitungen |
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---|---|
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DE1995122652 Expired - Fee Related DE19522652C1 (de) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | Überspannungsschutz für leistungsführende HF-Koaxialleitungen |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19522652C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10301982A1 (de) * | 2003-01-15 | 2004-07-29 | Infineon Technologies Ag | Wellenleiter |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD99064A1 (de) * | 1972-10-13 | 1973-07-12 | ||
DE4141682A1 (de) * | 1991-12-17 | 1993-07-29 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Ueberspannungsschutzelement |
-
1995
- 1995-06-22 DE DE1995122652 patent/DE19522652C1/de not_active Expired - Fee Related
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