EP0665619A1 - Trennfunkenstrecke zum Festlegen der Höchstspannung an einem Überspannungsableiter - Google Patents

Trennfunkenstrecke zum Festlegen der Höchstspannung an einem Überspannungsableiter Download PDF

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EP0665619A1
EP0665619A1 EP94118945A EP94118945A EP0665619A1 EP 0665619 A1 EP0665619 A1 EP 0665619A1 EP 94118945 A EP94118945 A EP 94118945A EP 94118945 A EP94118945 A EP 94118945A EP 0665619 A1 EP0665619 A1 EP 0665619A1
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spark gap
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air spark
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
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    • H01R13/6666—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit with built-in overvoltage protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01T4/06—Mounting arrangements for a plurality of overvoltage arresters

Definitions

  • the invention relates to an air spark gap according to the preamble of claim 1.
  • Surge arresters are used in large areas of telecommunications technology to protect against overvoltages and the resulting overcurrents. These usually have an electrode arrangement in a gas-tight capsule made of glass or ceramic filled with an inert gas, for example neon or argon. Such a surge arrester behaves like a voltage-dependent switch, which forms an arc with a high current carrying capacity (approx. 2.5 kA - 20 kA) after the type-dependent ignition voltage has been exceeded. However, depending on the duration of use and the type of stress, these surge arresters may show signs of aging, a typical phenomenon being an escape of the noble gas from the capsule and a gradual replacement by air. This increases the response voltage of the surge arrester such that it can be a multiple (approx. 2500-5000 V) of the normal value. Therefore, there are demands to provide additional protection that ensures a certain maximum response voltage. This is usually in the range of 1000-1500 V.
  • Such protection can be implemented by an isolating spark gap in air. With electrode distances between 0.1 and 0.5 mm, response voltages of 0.1 kV to 0.5 kV can be achieved.
  • these additional isolating spark gaps result in changed geometric dimensions of the surge arrester and thus a deviation from the standard design; furthermore, this not inconsiderably increases the manufacturing costs.
  • a switching or isolating strip for telecommunications technology onto which at least one surge protection plug with a housing in which a surge arrester is arranged can be plugged.
  • the isolating spark gap can be formed in a narrow space between the contact members, and the desired electrode distances of the spark gap can be obtained with high accuracy and in the simplest way.
  • the flat connection between the electrical insulating film and the other of the contact members on the one hand and the resilient flat contact of one of the contact members on the electrical insulating film on the other hand gives an encapsulated isolating spark gap in which external influences such as air pressure, air humidity and contamination on the breakdown voltage can be largely prevented.
  • the surge protection plug has a housing which consists of a lower part 1 made of plastic and a cover 2 made of metal.
  • the cover 2 is electrically connected to a common electrode (not shown), so that it forms the earth contact.
  • two tabs 3 and 4 are led out of the housing, which are connected to an a-wire or b-wire of a telecommunication line when the overvoltage protection plug is plugged on.
  • one surge arrester 5 is connected between the tongue 3 and the cover 2 or the tongue 4 and the lid 2, an electrically conductive melting pill 6 being additionally arranged between the tongue 3 and 4 and the associated surge arrester 5.
  • the cover 2 is provided with two foot-like contact elements 7 which, when the surge protective plug is plugged in (FIG. 2), are pressed resiliently against the respective tongue 3 or 4. In the unplugged state (Fig. 1), the contact elements 7 are lifted from the respective tongue 3 or 4. There is a relatively large contact area between the respective tongue 3 or 4 and the associated contact element 7 when plugged in.
  • an electrical insulating film 8 or 9 is glued to it. This thus prevents direct contact between the tongue 3 or 4 and the associated contact element 7.
  • the two electrical insulating foils 8 and 9 each have a hole 10 or 11 in the region of the contact surface, so that the tongue 3 or 4 and the associated one Contact element 7 here are separated from each other only by an air gap of a length corresponding to the thickness of the electrical insulating film 8 or 9.
  • the breakdown voltage between the tongue 3 or 4 and the associated contact element 7 or the cover 2 (collector) can therefore be chosen accordingly the thickness of the electrical insulating film 8 or 9 can be set. Thickness tolerances of the electrical insulation film of maximum 3 ⁇ m allow a high degree of accuracy when setting different breakdown voltages.
  • a highly inhomogeneous electric field can be formed between the tongue 3 or 4 and the associated contact element 7, so that a breakdown characteristic as in a plate-tip arrangement is achieved can be.
  • the dielectric strength is thus considerably reduced, so that, for example, a larger electrode spacing or a thicker electrical insulating film can be used for a specific dielectric breakdown voltage.
  • a sufficiently large electrode spacing is possible even at a low breakdown voltage, so that welding of the electrodes can be largely ruled out.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennfunkenstrecke zum Festlegen der Höchstspannung an einem gealterten Überspannungsableiter (5), der eine Elektrodenanordnung in einer mit Edelgas gefüllten Kapsel aufweist. Der Überspannungsableiter ist in einem Überspannungsschutzstecker angeordnet. Die Trennfunkenstrecke liegt zwischen zwei Kontaktgliedern (2,3 bzw. 4) parallel zum Überspannungsableiter. Das eine (2) der Kontaktglieder ist elektrisch mit einem Kontaktelement (7) verbunden, das im aufgesteckten Zustand des Überspannungsschutzsteckers federnd an dem anderen (3,4) der Kontaktglieder flächig anliegt. Zur elektrischen Trennung ist eine Elektroisolierfolie (8) mit vorgegebener Dicke zwischen dem Kontaktelement und dem anderen der Kontaktglieder angeordnet, die zur Bildung einer Luftstrecke zwischen diesen mit einem Loch versehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Luftfunkenstrecke nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • In großen Bereichen der Fernmeldetechnik werden Überspannungsableiter zum Schutz gegen Überspannungen und den daraus resultierenden Überströmen eingesetzt. Diese weisen üblicherweise eine Elektrodenanordnung in einer mit einem Edelgas, z.B. Neon oder Argon, gefüllten gasdichten Kapsel aus Glas oder Keramik auf. Ein derartiger Überspannungsableiter verhält sich wie ein spannungsabhängiger Schalter, der nach dem Überschreiten der typenabhängigen Zündspannung einen Lichtbogen mit hoher Stromtragfähigkeit (ca. 2,5 kA - 20 kA) ausbildet. Jedoch können diese Überspannungsableiter je nach Dauer des Einsatzes und Art der Belastungen Alterungserscheinungen aufweisen, wobei eine typische Erscheinung ein Entweichen des Edelgases aus der Kapsel und ein allmähliches Ersetzen durch Luft ist. Hierdurch steigt die Ansprechspannung des Überspannungsableiters derart, daß sie ein Mehrfaches (ca. 2500-5000 V) des normalen Wertes betragen kann. Daher bestehen Forderungen, einen zusätzlichen Schutz vorzusehen, der eine bestimmte maximale Ansprechspannung sicherstellt. Diese liegt üblicherweise im Bereich von 1000-1500 V.
  • Ein derartiger Schutz kann durch eine Trennfunkenstrecke in Luft realisiert werden. Mit Elektrodenabständen zwischen 0,1 und 0,5 mm können dabei Ansprechspannungen von 0,1 kV bis 0,5 kV erzielt werden. Diese zusätzlichen Trennfunkenstrecken bedingen jedoch veränderte geometrische Abmessungen des Überspannungsableiters und somit ein Abweichen von der Standardbauform; weiterhin erhöhen sich hierdurch die Herstellungskosten nicht unbeträchtlich.
  • Aus der DE 38 13 889 C1 ist eine Schalt- oder Trennleiste für die Fernmeldetechnik bekannt, auf die mindestens ein Überspannungsschutzstecker mit einem Gehäuse, in welchem ein Überspannungsableiter angeordnet ist, aufsteckbar ist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Überspannungsableiter mit einer zusätzlichen Luftfunkenstrecke in der Weise zu versehen, daß trotz Einhalten der entsprechenden Prüfvorschriften keine Veränderung der geometrischen Abmessungen, beispielsweise des Gehäuses des Überspannungsableiters, erforderlich ist und die Herstellungskosten nur geringfügig erhöht werden, außerdem soll die Trennfunkenstrecke vor äußeren Einflüssen weitgehend geschützt sein.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Trennfunkenstrecke ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Dadurch, daß das eine der Kontaktglieder elektrisch mit einem Kontaktelement verbunden ist, das federnd an dem anderen der Kontaktglieder flächig anliegt, derart, daß zur elektrischen Trennung eine Elektroisolierfolie mit vorgegebener Dicke zwischen ihnen angeordnet ist, die zur Bildung einer Luftstrecke zwischen dem anderen der Kontaktglieder und dem Kontaktelement mit einem Loch versehen ist, kann die Trennfunkenstrecke auf engem Raum zwischen den Kontaktgliedern ausgebildet werden, und es können die gewünschten Elektrodenabstände der Funkenstrecke mit hoher Genauigkeit und auf einfachste Weise erhalten werden. Durch die flächige Verbindung zwischen der Elektroisolierfolie und dem anderen der Kontaktglieder einerseits und die federnde flächeige Auflage des einen der Kontaktglieder auf der Elektroisolierfolie andererseits erhält man eine gekapselte Trennfunkenstrecke, bei der äußere Einflüsse wie Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Verschmutzungen auf die Durchschlagspannung weitgehend unterbunden werden können.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 -
    eine Schnittansicht eines Überspannungsschutzsteckers im Ausgangszustand,
    Fig. 2 -
    die Schnittansicht des Überspannungsschutzsteckers nach Fig. 1 im aufgesteckten Zustand,
    Fig. 3 -
    das Kontaktglied für die a-Ader in der Seitenansicht (a) und ein Teil von diesem in der Draufsicht (b), und
    Fig. 4 -
    das Kontaktglied für die b-Ader in der Seitenansicht (a) und in der Draufsicht (b).
  • Der Überspannungsschutzstecker weist ein Gehäuse auf, das aus einem Unterteil 1 aus Kunststoff und einem Deckel 2 aus Metall besteht. Der Deckel 2 ist im auf eine Schalt- oder Trennleiste aufgesteckten Zustand des Überspannungsschutzsteckers elektrisch mit einem nicht gezeigten Sammelerder verbunden, so daß er den Erdkontakt bildet. Weiterhin sind zwei Steckzungen 3 und 4 aus dem Gehäuse herausgeführt, die im aufgesteckten Zustand des Überspannungsschutzsteckers mit einer a-Ader bzw. b-Ader einer Fernmeldeleitung verbunden sind. Jeweils ein Überspannungsableiter 5 ist zwischen die Steckzunge 3 und den Deckel 2 bzw. die Steckzunge 4 und den Deckel 2 geschaltet, wobei zusätzlich zwischen der Steckzunge 3 bzw. 4 und dem zugehörigen Überspannungsableiter 5 jeweils eine elektrisch leitende Schmelzpille 6 angeordnet ist.
  • Tritt eine die Ansprechspannung mindestens eines der Überspannungsableiter 5 übersteigende Überspannung in der Fernmeldeanlage und damit zwischen dem den Erdkontakt bildenden Deckel 2 und zumindest einer der Steckzungen 3 oder 4 auf, dann zündet der entsprechende mit Edelgas gefüllte Überspannungsableiter 5, so daß die Überspannung durch die niederohmige Verbindung über diesen Überspannungsableiter 5 abgeleitet wird. Dauert die Zündung des Überspannungsableiters 5 an, dann schmilzt die entsprechende Schmelzpille 6 durch die erzeugte Wärme, so daß die zugehörige, federnd nach oben vorgespannte Steckzunge 3 bzw. 4 in Berührung mit dem Deckel 2 gelangt, wodurch der Überspannungsableiter 5 kurzgeschlossen und damit seine Zerstörung durch Überhitzung verhindert wird.
  • Der Deckel 2 ist mit zwei fußartigen Kontaktelementen 7 versehen, die, wenn der Überspannungsschutzstecker aufgesteckt ist (Fig. 2), federnd gegen die jeweilige Steckzunge 3 bzw. 4 gedrückt werden. Im nicht aufgesteckten Zustand (Fig. 1) sind die Kontaktelemente 7 von der jeweiligen Steckzunge 3 bzw. 4 abgehoben. Zwischen der jeweiligen Steckzunge 3 bzw. 4 und dem zugehörigen Kontaktelement 7 besteht im aufgesteckten Zustand eine relativ große Kontaktfläche.
  • In dem Bereich, in welchem beim Aufstecken des Überspannungsschutzsteckers der flächige Kontakt zwischen den Kontaktelementen 7 und der jeweiligen Steckzunge 3 bzw. 4 hergestellt wird, ist auf diese eine Elektroisolierfolie 8 bzw. 9 aufgeklebt. Diese verhindert somit einen direkten Kontakt zwischen der Steckzunge 3 bzw. 4 und dem zugehörigen Kontaktelement 7. Die beiden Elektroisolierfolien 8 und 9 haben jedoch im Bereich der Kontaktfläche jeweils ein Loch 10 bzw. 11, so daß die Steckzunge 3 bzw. 4 und das zugehörige Kontaktelement 7 hier nur durch eine Luftstrecke von einer der Dicke der Elektroisolierfolie 8 bzw. 9 entsprechenden Länge voneinander getrennt sind. Die Durchschlagspannung zwischen der Steckzunge 3 bzw. 4 und dem Zugehörigen Kontaktelement 7 bzw. dem Deckel 2 (Sammelerder) kann daher durch entsprechende Wahl der Dicke der Elektroisolierfolie 8 bzw. 9 eingestellt werden. Dickentoleranzen der Elektroisolierfolie von maximal 3 µm erlauben auf einfache Weise eine große Genauigkeit bei der Einstellung verschiedener Durchschlagspannungen.
  • Durch eine entsprechende Ausbildung der Löcher 10 und 11 (Größe und Form) kann in diesen ein stark inhomogenes elektrisches Feld zwischen der Steckzunge 3 bzw. 4 und dem zugehörigen Kontaktelement 7 ausgebildet werden, so daß eine Durchschlagcharakteristik wie bei einer Platte-Spitze-Anordnung erreicht werden kann. Die Durchschlagfestigkeit wird somit erheblich herabgesetzt, so daß beispielsweise für eine bestimmte Durchschlagspannung ein größerer Elektrodenabstand bzw. eine dickere Elektroisolierfolie verwendet werden kann. Hierdurch ist auch bei einer niedrigen Durchschlagspannung ein ausreichend großer Elektrodenabstand möglich, so daß ein Verschweißen der Elektroden weitgehend ausgeschlossen werden kann.

Claims (10)

  1. Luftfunkenstrecke zum Festlegen der Höchstspannung an einem Überspannungsableiter, der eine Elektrodenanordnung in einer Edelgas gefüllten Kapsel aufweist, wobei die Luftfunkenstrecke zwischen zwei Kontaktgliedern parallel zum Überspannungsableiter angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das eine (2) der Kontaktglieder elektrisch mit einem Kontaktelement (7) verbunden ist, das federnd an dem anderen (3,4) der Kontaktglieder flächig anliegt, derart, daß zur elektrischen Trennung mindestens eine Elektroisolierfolie (8,9) mit vorgegebener Dicke zwischen ihnen angeordnet ist, die zur Bildung einer Luftstrecke zwischen dem anderen (3,4) der Kontaktglieder und dem Kontaktelement (7) mit einer Öffnung (10,11) versehen ist.
  2. Luftfunkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsableiter (5) in einem Überspannungsschutzstecker angeordnet ist und daß das Kontaktelement (7) im aufgesteckten Zustand des Überspannungsschutzsteckers an dem anderen der Kontaktglieder (3,4) anliegt.
  3. Luftfunkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsschutzstecker auf eine Schalt- oder Trennleiste für die Fernmeldetechnik aufsteckbar ist.
  4. Luftfunkenstrecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine (2) der Kontaktglieder mit einem Sammelerder und das andere (3,4) der Kontaktglieder mit einer a- bzw. b-Ader verbunden ist.
  5. Luftfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktglieder (3,4) in Form von Steckzungen ausgebildet sind.
  6. Luftfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (7) von dem einen (2) der Kontaktglieder federnd gegen das andere (3,4) der Kontaktglieder gedrückt wird.
  7. Luftfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroisolierfolie (8,9) eine Mindestdicke von 100 µm hat.
  8. Luftfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroisolierfolie (8,9) auf das andere (3,4) der Kontaktglieder aufgeklebt ist.
  9. Luftfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Gehäuse (1,2) des Überspannungsschutzsteckers angeordnet ist.
  10. Luftfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (10,11) in der Elektroisolierfolie (8,9) eine solche Größe und/oder Form hat, daß in der Luftstrecke ein stark inhomogenes elektrisches Feld gebildet ist.
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