DE2037921A1

DE2037921A1 - Blitzschutzeinnchtung

Info

Publication number: DE2037921A1
Application number: DE19702037921
Authority: DE
Inventors: Nobuo Tada Shiji Nishmomiya Ujita Katsu Kobe Hyogo Nagai (Japan) P
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1969-08-01
Filing date: 1970-07-30
Publication date: 1971-02-18
Also published as: CH523615A; FR2056942A1; DE2037921C3; FR2056942B1; US3649875A; DE2037921B2

Description

Nr. 19288/9

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan

BLITZSCHUTZEINRICHTUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Blitzschutzeinrichtung bestehend aus einem Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten geerdeten Element.

Es sind bereits Blitzschutzeinrichtungen bekannt, welche ein Unterbrechungselement aufweisen, das innerhalb eines geerdeten Gehäuses angeordnet ist. Dieses geerdete Gehäuse ist mit einem elektrisch negativen Gas - beispielsweise Schwefelhexaflorid (SFg) - gefüllt, so daß in sehr sicherer Weise Wartungsprüfungsarbeiten vorgenommen werden können.

Derartige Blitzschutzeinrichtungen weisen aus Widerständen und Kondensatoren bestehende Spannungsteilerelemente auf, so daß die in den verschiedenen Spalten auftreten-

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den elektrischen Entladungen gleichmäßig verteilt werden. Die Oberfläche der Spannungsteilerelemente ist wegen dem geerdeten Gehäuse einem Potential .ausgesetzt, so daß die äquipotentialen Linien nicht gleichmäßig verlaufen. Dies bewirkt eine Verminderung der Spannung, bei welcher Coronaentladungen auftreten. Ebenfalls ergibt sich eine Verringerung der Durchschlagsspannung zwischen dem Spannungsteilerelement und dem geerdeten Gehäuse.

Es ist zwar möglich, das Spannungselement in Längsrichtung größer zu dimensionieren, um die Durchschlagsspannung zwischen demselben und dem Gehäuse zu erhöhen, jedoch bedingt diese Maßnahme, daß die gesamte Länge der Blitzschutzeinrichtung sich dadurch erhöht.

Demzufolge ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue verbesserte Blitzsehutzeinrichtung zu schaffen, die bei sehr kleiner Baugröße eine sehr hohe Durchschlagsspannung aufweist, wobei eine sehr geringe Anzahl von Spannungsteilerelementen zur Steuerung der elektrischen Entladungscharakteristik notwendig ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Mehrzahl von Abschirmringen vorgesehen ist, welche die Entladungseinheit umgeben.

Die nebeneinander liegenden Abschirmringe weisen vorzugsweise verschiedene Größen auf. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der die Abschirmringe bildenden Rohre und/oder die Außendurchmeeser der Abschirmringe von Seite der Spannungsanlegung in Richtung Erde progressiv abnehmen .

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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und be schrieben werdenι wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Längeschnitt der erfindungsgemäßen Blitzschutzeinrichtung und

Figuren 2 - U Abwandlungen der in Fig. 1 dargestellten Blitzschutzeinrichtung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.

Im folgenden soll auf die Zeichnung» insbesondere Fig. I₁ Bezug genommen werden, in welcher eine Ausführungeform der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung dargestellt ist. Diese besteht aus einem geerdeten Gehäuse 10, das mit einen geeigneten elektrisch negativen Gas - wie z.B. Schwefelhexafluorid (SF_g) - gefüllt ist, das hohe elektrische Isoliereigenschaften aufweist. An dem Boden des Gehäuses 10 ist ein Element 12 angeordnet, oberhalb dessen eine Entladungseinheit IH angeordnet ist. Das Element 12 besteht aus einem nicht linearen Widerstand, bei spieleweise aus Silicium Carbid (SiC). Selbst wenn an dem Element 12 durch Blitzeinschlag bedingte hohe elektrische Entladungen auftreffen - was zu'hohen Strumen innerhalb dieses Elementes 12 führt -, wird die Spannung an der Blitzschutzeinrichtung auf einen niedrigen Wert gebracht. Dabei fließt ein kontinuierlich fließender Strom von der elektrischen Stromquelle in die Schutzeinrichtung, nachdem die Entladung auf einen Wert abgesunken ist, bei welchem die Entladung durch die Entladungs

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einheit 14 unterbrochen wird. Die Entladungseinheit 14 besteht aus einer Mehrzahl von Entladungsräumen, die in Serien hintereinander angeordnet sind. Jeder Entladungsraum wird durch einen Widerstand 16 und einen Kondensator 18 überbrückt, welche Elemente die Entladungseinheit 14 bilden. Die Enden der Entladungseinheit 14 sind auf der einen Seite mit dem Element 12 und auf der anderen Seite mit einem Klemmenleiter 20 verbunden, welcher innerhalb einer elektrischen Isolierung 22 nach oben hin durch das Gehäuse 10 geführt wird.

Das durch die Widerstände und Kondensatoren 16 und 18 gebildete Spannungsteilerelement bewirkt eine gleichmässige Verteilung der elektrischen Entladung, welche beispielsweise durch einen Blitzschlag ausgelöst sein kann. Aufgrund des durch das Gehäuse 10 gebildeten Potentials ergeben sich Verschiebungen der Äquipotentiallinien. Dies führt zu einer Verminderung der Spannung, bei welcher Coronaentladungen entlang der Oberfläche des Spannungsteilerelementes auftreten. Ferner ergeben sich gleichzeitig Verringerungen der Durchschlagsspannung zwischen dem Spannungsteilerelement 16-18 und dem geerdeten Gehäuse 10. Wenn es gewünscht ist, die Durchschlagsspannung zu erhöhen, müßte das Spannungsteilerelement in Längsrichtung größer dimensioniert werden. Dies bedingt eine Zunahme der gesamten Länge der Blitzschutzeinrichtung.

GemSß der- vorliegenden Erfindung kann dies dadurch eliminiert werden, daß an der Außenseite der Spannungsteilerelemente 16-18 um die Entladungseinheit 14 herum eine Mehrzahl von Abschirmringen 24 angeordnet wird. Gemäß Fig. 1 ist eine Mehrzahl von derartigen Abschirmringen

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24 in axialer Übereinstimmung in gewissen Abständen mit geringen Zwischenräumen von dem Spannungsteilerelement 16 angeordnet. Die Abschirmringe 24 weisen alle dieselbe Konstruktion und räumlichen Abmessungen auf. Jeder Abschirmring 24 besteht aus einem kreisförmig elektrisch leitfähigen Rohr, das in einem geschlossenen Kreis gebogen ist, wobei zusätzlich Scheiben 26 vorgesehen sind, die mit ihrer äußeren Peripherie an der inneren Peripherie im Bereich der mittleren Ebene an den Ring ange- M setzt sind. Die Scheiben 26 liegen in ihrem mittleren Bereich zwischen einem Paar von nebeneinander liegenden Elektroden, welche den Entladungsabstand bilden. Die Endscheiben 26 jedoch bilden eine Ausnahme, da sie zwischen dem Klemmenleiter 20 und der Elektrode bzw. dem Element 12 und der entsprechenden Elektrode angeordnet sind. Demzufolge werden die Scheiben 26 und die Abschirmringe 24 auf gleichem Potential wie die Abstandselektroden gehalten..Gemäß Fig. 1 sind vier Entladungsabstände und fünf Abschirmringe 24 vorgesehen, wobei jeder Entladungsabstand mit wenigstens einem Abschirmring 24 verbunden ist.

Der Abschirmring 24 und die Scheibe 26 bewirken, daß die Äquipotentiallinien gleichmäßig im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Spannungsteilerelementes 16-18 auftreffen, so daß im Bereich dieses Elementes eine gewünschte elektrische Feldverteilung erzeugt wird. Demzufolge können Coronaentladungen an der Oberfläche der Spannungsteilerelemente 16-18 nicht so leicht auftreten,·während gleichzeitig die Durchschlagsspannung zwischen dem Spannungsteilerelement und dem geerdeten Gehäuse 10 erhöht ist. Dies bewirkt eine sehr kleine Bauweise der Blitzschutzeinrichtung.

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Bei einer derartigen mit Abschirmringen 21 versehenen Blitzsehutzeinrichtung bildet die Durchschlagsspannung zwischen den Abschirmringen 24 und dem geerdeten Gehäuse 10 einen der wesentlichen Faktoren für die Festlegung der Eigenschaften der Blitzsehutzeinrichtung. Es ist festgestellt worden, daß, je größer der Durchmesser a des kreisförmigen Leiters bzw. des den Abschirmring 24 bildenden metallischen Rohres gemäß Fig. 1 ist, desto größer elektrische Felder angelegt werden können; demzufolge sind größere Durchschlagsspannungen erzielbär.

Bei der Ausführungsform von Fig. 1 kann der Durchmesser a des den Ring bildenden Rohres nicht genügend groß gemacht werden, da die Ringe 24 sehr nah nebeneinander liegen. Demzufolge ist es notwendig, den Abstand b zwischen dem geerdeten Gehäuse 10 und jedem der Abschirmringe 24 zu vergrößern, um die Durchschlagsspannung zu erhöhen. Dies führt notgedrungenermaßen zu einer Zunahme der seitlichen Abmessungen der Blitzsehutzeinrichtung.

Diese Zusnahme der seitlichen Abmessungen der Blitzsehutzeinrichtung kann durch die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform vermieden werden. So wie dies in dieser Figur dargestellt ist, sind eine Mehrzahl von größeren Abschirmringen 24A vorgesehen, die aus einem elektrisch leitenden Rohr mit einem Durchmesser a hergestellt sind. Zwischen diesen Abschirmringen 24A sind kleinere Abschirmringe 24B angeordnet, die aus einem leitenden Rohr kleineren Durchmessers hergestellt sind. Die Ringe 24A und B haben Außendurchmesser d^ und d., während die Innendurchmesser im wesentlichen identisch sind. In anderer Hinsicht ähnelt diese Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform.

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Da die abwechslungsweise angeordneten Ringe 24A einen größeren Durchmesser a aufweisen, kann die Durchschlagsspannung zwischen den Ringen 24 und dem geerdeten Gehäuse 10 genügend hoch gemacht werden, selbst wenn das Gehäuse 10 in seitlicher Hinsicht relativ klein dimensioniert ist. Die an den einzelnen Entladungsabständen angelegte Spannung kann dadurch gesteuert werden, indem der Durchmesser der die Ringe bildenden Rohre verändert wird, wobei die Größe der Spannungsteilerwiderstände - *

und Kondensatoren" unverändert bleibt. Demzufolge ergibt sich eine Spannungsteilereinrichtung mit verbesserten Entladungseigenschaften.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform nur darin, daß gemäß Fig. 3 die Abschirmringe 24A und B in einem geeigneten elektrischen Isoliermaterial 28 - beispielsweise aus Epoxiharz unter Bildung einer einheitlichen Struktur eingebettet sind. Dies bewirkt eine Erhöhung der Durchschlagsspannung zwischen nebeneinanderliegenden Abschirmringen, so A daß dadurch der Durchmesser der Rohre der größeren Abschirmringe 2HA erhöht werden kann, wodurch sich eine weitere Zunahme der Durchschlagsspannung zwischen den Ringen 24 und dem Gehäuse 10 ergibt.

Fig. 4 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung. GemäÄ dieser Figur sind abwechslungsweise Entladungsräume 14 und Elemente 12 angeordnet, wobei jedesmal ein entsprechender Abschirmring 24 für jeden Entladungsraum vorgesehen ist. Die Ringe 24 sind aus elektrisch leitenden Rohren gefertigt, die

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gemäß Fig. 4 progressiv von oben bzw. von der Seite des Anlegungspunktes der Spannung nach unten bzw. der geerdeten Seite hin abnehmen. Man erkennt ferner, daß die Außendurchmesser der Abschirmringe 24 ebenfalls progressiv nach unten hin abnehmen, während der Innendurchmesser dieser Abschirmringe im wesentlichen unverändert bleibt. Die Scheiben 26 sind dabei mit ihrer äusseren Peripherie an der oberen Seite der Abschirmringe 24 befestigt, während sie mit ihrem mittleren Bereich zwischen entsprechenden Elektroden für den Entladungsabstand und dem daneben liegenden Element 12 angeordnet sind.

Die Abschirmringe 24 gemäß Fig. 4 bewirken, daß die Streukapazitäten zwischen denselben und dem geördeten Gehäuse 10 progressiv in Richtung der geerdeten Seite abnehmen, so daß sich eine gleichmäßigere Verteilung in nerhalb der Entladungsspalte 14 beim Auftreten einer Entladung ergibt. Demzufolge ist die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform besonders vorteilhaft, da die elektrischen Eigenschaften genau gesteuert werden könne, ohne daß dadurch die Anzahl der Spannungsteilerelenente erhöht werden muß.

Falls es gewünscht werden sollte, kann nur einer der Durchmesser des Rohres und der Außendurchmesser des Ringes in der obenbeschriobenen Art und Weise verändert wer ;en.

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Claims

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Patentansprüche

( "7«J Blitzschutzeinrichtung bestehend aus einem Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten.geerdeten Element, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Abschirmringen (2¹O vorgesehen ist, welche die EntladungE einheit (IM-) umgeben.
2) Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Abschirmringe (2¹O bzw, die Rohre der nebeneinanderliegenden Abschirmringe (24) verschiedene Durchmesser aufweisen (Fig. 2).
3) Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmringe (24) in einer elektrischen Isolierung (28) eingebettet sind (Fig. 3).
4) Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der die Abschirmringe (24) bildenden Rohre und/oder die Außendurchmesser der Abschirmringe (24) von Seite der Spannungsanlegung in Richtung Erde abnehmen (Fig. 4).

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AO.

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