RU2380807C2 - Discharger of overvoltage protection with two divergent electrodes and spark gap between them - Google Patents
Discharger of overvoltage protection with two divergent electrodes and spark gap between them Download PDFInfo
- Publication number
- RU2380807C2 RU2380807C2 RU2007124540/09A RU2007124540A RU2380807C2 RU 2380807 C2 RU2380807 C2 RU 2380807C2 RU 2007124540/09 A RU2007124540/09 A RU 2007124540/09A RU 2007124540 A RU2007124540 A RU 2007124540A RU 2380807 C2 RU2380807 C2 RU 2380807C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric arc
- chamber
- electrodes
- arc
- movement
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
- H01T4/14—Arcing horns
-
- 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
- H01T4/04—Housings
Landscapes
- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Elimination Of Static Electricity (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Circuit Breakers (AREA)
- Gas-Insulated Switchgears (AREA)
- Discharge Lamp (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к разряднику защиты от перенапряжений, содержащему два расходящихся электрода, искровой промежуток между ними, корпус, расположенное в основании электрода устройство смещения электрической дуги, а также средства для магнитного дутья электрической дуги согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.The invention relates to an overvoltage protection arrester comprising two diverging electrodes, a spark gap between them, a housing, an electric arc bias device located at the base of the electrode, and means for magnetic blasting of an electric arc according to the preamble of
Уровень техникиState of the art
В сетях низкого напряжения для защиты от перенапряжений между двумя активными проводами часто применяют разрядник защиты от перенапряжений на основе самогасящего искрового промежутка. Эти искровые промежутки служат также для защиты при прямом ударе молнии и поэтому должны обладать высокой возможностью отвода ударного тока. При этом имеется требование к высокой готовности аппаратуры, т.е. и в случае перенапряжения, даже при воздействии молнии, должно осуществляться исправное электропитание через сеть. Это требует от разрядников защиты от перенапряжений по возможности высокой способности гашения сопровождающего тока и к тому же эффективного ограничения сопровождающего тока, чтобы можно было предотвратить срабатывание элементов защиты сети от сверхтока. По причине стремления ко все более компактной конструкции периферийного оборудования разрядников защиты от перенапряжений наряду с корректной в смысле монтажа конструкцией современных приборов требуется предотвращать выделение ионизированных газов в окружающую среду в случае срабатывания устройства.In low voltage networks, a surge arrester based on a self-extinguishing spark gap is often used to protect against overvoltages between two active wires. These spark gaps also serve to protect against direct lightning strikes and therefore must have a high ability to discharge shock current. There is a requirement for high availability of equipment, i.e. and in case of overvoltage, even when exposed to lightning, a good power supply through the network should be provided. This requires surge protectors of the highest possible ability to suppress the accompanying current and, moreover, effectively limit the accompanying current, so that the protection of the network against overcurrent can be prevented. Due to the desire for an increasingly compact design of the peripheral equipment of surge arresters, along with the correct design of modern devices in the sense of installation, it is necessary to prevent the release of ionized gases into the environment in the event of a device operation.
Предотвращение выделения ионизированных газов в окружающую среду приводит к невероятно высокому перетоку мощности в искровом промежутке. При задутом искровом разряднике в окружающую среду выделяется более 90% энергии в форме горячего газа. Стремление ограничить сопровождающий ток и связанное с этим высокое напряжение электрической дуги также требуют более высокого энергообмена в искровом промежутке. Этот переток мощности, который существенно более высокий по сравнению с нынешними разрядниками защиты от перенапряжений, требует как затрат в конструировании, так и более эффективных или более устойчивых к обгоранию и более дорогих материалов. К тому же, по причине связанного с подачей энергии старения всех используемых узлов затруднена реализация главных задач разрядника, а именно, с одной стороны, поддержание напряжения срабатывания, которое должно быть выдано в случае перенапряжения, а с другой стороны, образование высокоизолированного участка при нормальных условиях работы сети.Preventing the release of ionized gases into the environment leads to an incredibly high power flow in the spark gap. With a blown spark gap, more than 90% of the energy in the form of hot gas is released into the environment. The desire to limit the accompanying current and the associated high voltage of the electric arc also require higher energy exchange in the spark gap. This power flow, which is significantly higher compared to current surge protection arresters, requires both design costs and more efficient or more resistant to burning and more expensive materials. Moreover, due to the aging energy of all the nodes used, it is difficult to realize the main tasks of the arrester, namely, on the one hand, maintaining the operating voltage, which should be issued in case of overvoltage, and on the other hand, the formation of a highly insulated area under normal conditions network operation.
Из современного уровня техники известно, что у искровых промежутков с расходящимися электродами электрическая дуга по причине своего собственного магнитного поля обладает свойством перемещаться от места своего возникновения. Также известно, что из-за этого перемещения чувствительная область зажигания, которая часто имеет участок скольжения из керамики или полимеров и подобных материалов, может быть защищена от перетока мощности, по меньшей мере, в течение определенного времени, в особенности за счет сопровождающего тока. По причине физически обусловленных времен устойчивости электрической дуги, которые составляют до нескольких десятков микросекунд, снижение нагрузки при импульсных токах возможно с трудом. Наряду с эффектом снижения нагрузки области зажигания в случае расходящихся электродов часто требуется удлинение электрической дуги с целью гашения сопровождающего тока вследствие увеличения напряжения электрической дуги.It is known from the state of the art that for spark gaps with diverging electrodes, an electric arc, due to its own magnetic field, has the property of moving away from its place of origin. It is also known that due to this displacement, the sensitive ignition region, which often has a sliding portion of ceramics or polymers and similar materials, can be protected from power flow for at least a certain time, especially due to the accompanying current. Due to the physically determined stability times of the electric arc, which are up to several tens of microseconds, it is difficult to reduce the load with pulsed currents. Along with the effect of reducing the load of the ignition region in the case of diverging electrodes, an extension of the electric arc is often required in order to suppress the accompanying current due to an increase in the electric arc voltage.
Известные к настоящему времени разрядники защиты от перенапряжений с расходящимися электродами и высоким ударным током, а также с высокой способностью гашения сопровождающего тока выполнены с функцией задувания.Currently known surge arresters with diverging electrodes and high shock current, as well as with a high ability to suppress the accompanying current, are made with a blowing function.
По причине выхода горячих ионизированных газов в таких разрядниках может случиться повреждение соседних установок. См. например, патенты ЕР 0706245 А2, DE 4402615 A1, DE 4439730 C2 и US-PS 2608599.Due to the release of hot ionized gases in such arresters, damage to neighboring installations can occur. See, for example,
Чтобы снизить опасность для окружающего пространства, вызванную задуванием, другие известные разрядники защиты от перенапряжений роговой конструкции имеют одну или несколько камер, расположенных после дуговой камеры, в которых охлаждается газ перед его выходом из разрядника. Подобные решения представлены, например, в патенте ЕР 0860918 A1 или WO 2004/015830. Тем не менее, известные меры, принятые в таких разрядниках, не изменяют принцип конструкции с задуванием дуги и могут только снизить имеющуюся опасность, но не устранить ее полностью. В особенности, применение известных мер может снизить действие газовой ударной волны только относительно.To reduce the risk to the environment caused by blowing, other known horn surge arresters have one or more chambers located after the arc chamber, in which the gas is cooled before it leaves the arrester. Similar solutions are presented, for example, in patent EP 0860918 A1 or WO 2004/015830. However, the well-known measures taken in such arresters do not change the design principle with blowing the arc and can only reduce the existing danger, but not completely eliminate it. In particular, the application of known measures can reduce the effect of a gas shock wave only relatively.
Искровые промежутки для области среднего напряжения в том виде, как они часто применяются при последовательном включении, имеют в отдельных случаях камеры с изолирующими перемычками или также камеры с дугогасительными пластинами, но не рассчитаны на токи молнии высоких амплитуд и на стандартный на сегодняшний день монтаж на несущей планке. Подобные искровые промежутки используются, в целом, при последовательном включении с варисторами, которые принимают на себя большую часть ограничения тока. В уже известных приборах движение электрической дуги поддерживается с помощью включенных последовательно дугогасительных катушек высокой индуктивности. Наряду с этими дугогасительными катушками корпус и в особенности электроды выполнены из материалов, которые не могут выдерживать номинальные токи молнии.Spark gaps for the medium-voltage region, as they are often used for series switching, have in some cases chambers with insulating jumpers or also chambers with arcing plates, but are not designed for high-amplitude lightning currents and for today's standard mounting on a carrier plank. Such spark gaps are used, in general, when connected in series with varistors, which take on most of the current limit. In already known devices, the movement of the electric arc is supported by sequentially connected high-inductance arc coils. Along with these arcing coils, the housing and in particular the electrodes are made of materials that cannot withstand the rated lightning currents.
Для эффективного ограничения сопровождающего тока в случае искровых промежутков необходимо напряжение электрической дуги в диапазоне напряжения сети. В известных задувающих разрядниках низкого напряжения с расходящимися электродами требуемое напряжение электрической дуги достигается с помощью расположения дугогасительных пластин, деления электрической дуги на несколько частичных электрических дуг и удлинения электрической дуги. Наряду с выдуванием ионизированных газов известные искровые промежутки, обладающие возможностью выдерживать ток молнии, имеют и другие недостатки.To effectively limit the accompanying current in the case of spark gaps, the voltage of the electric arc in the voltage range of the network is necessary. In known low-voltage blowing arresters with diverging electrodes, the required voltage of the electric arc is achieved by arranging the arcing plates, dividing the electric arc into several partial electric arcs and extending the electric arc. In addition to blowing out ionized gases, known spark gaps with the ability to withstand lightning current have other disadvantages.
Так, например, электрическая дуга должна пройти относительно большой путь до вхождения в камеру с дугогасительными пластинами, вследствие чего в момент пуска сопровождающего тока напряжение электрической дуги низкое, и тем самым сопровождающий ток может повышаться почти неограниченно, и ограничение сопровождающего тока в этой фазе достигает только небольших значений. Ток достигает тем самым высоких мгновенных значений, снижение которых опять же является очень сложной задачей.So, for example, the electric arc must go a relatively long way before entering the chamber with arcing plates, as a result of which, at the moment of starting the accompanying current, the voltage of the electric arc is low, and thereby the accompanying current can increase almost unlimited, and the limitation of the accompanying current in this phase reaches only small values. The current thereby reaches high instantaneous values, the reduction of which is again a very difficult task.
Вхождение дуги во множество дугогасительных пластин и, возможно, также разделение на частичные электрические дуги приводит, несмотря на относительно продолжительное время прохождения электрической дуги до достижения дугогасительной камеры, к почти скачкообразному увеличению напряжения электрической дуги. Это часто приводит к обратному зажиганию электрической дуги сопровождающего тока в термически сильно нагруженных участках, например в месте зажигания электрической дуги, которая также была подвержена предшествовавшему импульсному ударному току, или в конструктивно обусловленных точках перегиба, в которых часто возникает длительная устойчивость электрической дуги.The entry of the arc into many arcing plates and, possibly, also the division into partial electric arcs leads, despite the relatively long time of passage of the electric arc to reach the arcing chamber, to an almost abrupt increase in the voltage of the electric arc. This often leads to the re-ignition of the accompanying current electric arc in thermally heavily loaded areas, for example, at the place of ignition of the electric arc, which was also subject to the previous impulse shock current, or at structurally determined inflection points, in which long-term stability of the electric arc occurs.
Однако эти обратные зажигания приводят к повторному провалу напряжения электрической дуги и тем самым к более длительным временам электрической дуги и более высоким интегралам пропускания.However, these reverse ignitions lead to a repeated failure of the voltage of the electric arc and thereby to longer electric arc times and higher transmission integrals.
По причине задувающего исполнения этих известных разрядников электрическая дуга в общем, несмотря на многократные обратные зажигания, снова входит в дугогасительную камеру.Due to the blowing performance of these known arresters, the electric arc in general, despite multiple reverse ignitions, again enters the arcing chamber.
При этом принцип работы такого возникающего гашения сопровождающего тока соответствует, насколько возможно, принципу работы силового выключателя низкого напряжения. Силовые выключатели низкого напряжения сравнимого размера и со способностью гашения сопровождающего тока сети имеют теперь, насколько возможно, открытые отверстия для задувания. По сравнению с искровыми промежутками выключатели обладают тем преимуществом, что движение электрической дуги ускоряется за счет открытия и немедленного удлинения электрической дуги к дуговой камере. Подвижность короткой электрической дуги, как она возникает на искровых разрядниках по причине небольших расстояний, напротив, ограничена.In this case, the principle of operation of such arising suppression of the accompanying current corresponds, as far as possible, to the principle of operation of the low voltage circuit breaker. Low voltage circuit breakers of comparable size and with the ability to suppress the accompanying mains current now have, as far as possible, open openings for blowing. Compared with spark gaps, switches have the advantage that the movement of the electric arc is accelerated by opening and immediately extending the electric arc to the arc chamber. The mobility of a short electric arc, as it occurs on spark gaps due to short distances, in contrast, is limited.
Далее искровые промежутки обладают тем недостатком, что зажигание может начаться с высоким импульсным током; тем самым, особенно в случае капсулированного исполнения, мгновенно возникает необычайно высокое давление, которое очень сильно влияет на начало и движение электрической дуги. Однако это возникновение давления является не только более быстрым, но часто и явно более высоким, чем то, которое возникает вследствие ограничивающих сопровождающих токов сети в коммутационных аппаратах.Further, the spark gaps have the disadvantage that ignition can begin with a high pulse current; thereby, especially in the case of encapsulated execution, an unusually high pressure instantly arises, which greatly affects the beginning and movement of the electric arc. However, this occurrence of pressure is not only faster, but often and clearly higher than that arising from the limiting accompanying network currents in switching devices.
Резюмируя сказанное, в настоящее время преобладают варианты исполнения с задуванием, чтобы изначально обойти недостатки, возникающие при заключении этих приборов в капсулу. Заключение в капсулу принципиально приводит к резкому снижению мощности и продолжительности срока службы вплоть до полного отказа соответствующих приборов.To summarize the foregoing, currently blowing options prevail in order to initially circumvent the disadvantages that arise when these devices are enclosed in a capsule. Enclosure in a capsule fundamentally leads to a sharp decrease in power and durability up to a complete failure of the corresponding devices.
При заключении в капсулу разрядника, а также силового выключателя с расходящимися электродами возникают, среди прочего, следующие проблемы.When a spark gap is enclosed in a capsule, as well as a power switch with diverging electrodes, the following problems arise, inter alia.
При зажигании электрической дуги повышается давление в искровом промежутке. Это способствует увеличению времени устойчивости электрической дуги и снижению ее скорости. Из-за мгновенного увеличения давления в капсулах возникает отражение ударных волн. Дуга бежит навстречу своей собственной ударной волне и плотность вытесняемого газа увеличивается. Это может привести к тому, что сила собственного магнитного поля электрической дуги более не достаточна для движения электрической дуги вдоль электродов. Тем самым вхождение дуги в камеру с дугогасительными пластинами происходит очень поздно или вообще не происходит, из-за чего более не может быть гарантировано быстрое ограничение сопровождающего тока.When igniting an electric arc, the pressure in the spark gap rises. This helps to increase the stability time of the electric arc and reduce its speed. Due to the instant increase in pressure in the capsules, reflection of shock waves occurs. The arc runs towards its own shock wave and the density of the displaced gas increases. This can lead to the fact that the force of the intrinsic magnetic field of the electric arc is no longer sufficient for the movement of the electric arc along the electrodes. Thus, the arc enters the chamber with the arcing plates very late or does not occur at all, due to which the fast limitation of the accompanying current can no longer be guaranteed.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Из вышесказанного следует, что задачей настоящего изобретения являлось создание доработанного разрядника защиты от перенапряжений с двумя расходящимися электродами и искровым промежутком между ними, причем создаваемый разрядник выполняется в капсуле и наряду со способностью выдерживать ток молнии должен обладать высокой способностью гашения и ограничения сопровождающего тока.It follows from the foregoing that the object of the present invention was to provide a modified surge arrester with two diverging electrodes and a spark gap between them, the arrester being created being carried out in a capsule and, along with the ability to withstand lightning current, should have a high quenching ability and limiting the accompanying current.
Задача изобретения решена с помощью разрядника для защиты от перенапряжений согласно п.1 формулы изобретения, причем зависимые пункты содержат по меньшей мере целесообразное развитие признаков изобретения признаками, характеризующими изобретение в частных случаях его выполнения.The objective of the invention is solved using a surge arrester for surge protection according to
Таким образом, повышается подвижность электрической дуги непосредственно после ее зажигания с помощью комбинации мер для усиления собственного магнитного поля, обусловленного электрической дугой, и с помощью ступенчатой циркуляции газа в капсулированном разряднике.Thus, the mobility of the electric arc is increased immediately after its ignition with the help of a combination of measures to enhance the intrinsic magnetic field caused by the electric arc, and with the help of stepwise gas circulation in the encapsulated spark gap.
С этой целью по меньшей мере один из электродов покрыт ферромагнитным материалом для поддержания движения электрической дуги. Далее внутри кожуха расположена дуговая камера, которая окружает электроды по меньшей мере частично, причем стенки камеры выполнены из ферромагнитного материала или покрыты ферромагнитным материалом. За счет вышеуказанных мер область зажигания и перемещения электрической дуги между электродами окружена, преимущественно U-образно, ферромагнитным материалом.To this end, at least one of the electrodes is coated with ferromagnetic material to maintain the movement of the electric arc. Further, an arc chamber is located inside the casing, which surrounds the electrodes at least partially, moreover, the chamber walls are made of ferromagnetic material or coated with ferromagnetic material. Due to the above measures, the region of ignition and movement of the electric arc between the electrodes is surrounded, mainly U-shaped, by a ferromagnetic material.
Дополнительно к этому, характеристика движения электрической дуги на расходящихся электродах улучшается благодаря направленной и ступенчатой циркуляции газа в искровом промежутке, которая также снижает реакцию давления и способствует ведению электрической дуги в щелевидной камере.In addition, the characteristic of the movement of the electric arc on diverging electrodes is improved due to the directional and stepwise circulation of the gas in the spark gap, which also reduces the pressure reaction and contributes to the conduct of the electric arc in the slit-like chamber.
Наряду с упомянутыми мерами улучшению вхождения дуги в устройство ограничения тока может способствовать также вид области вхождения электрической дуги.Along with the mentioned measures, the appearance of the region of occurrence of the electric arc can also contribute to improving the entry of the arc into the current limiting device.
Конкретно, электроды имеют в области электрической дуги выемки, через которые газовый поток для поддержания движения электрической дуги попадает во внутреннее пространство дуговой камеры.Specifically, the electrodes have recesses in the region of the electric arc, through which the gas stream enters the interior of the arc chamber to maintain the movement of the electric arc.
Стенки дуговой камеры могут иметь и другие, дополнительные, выемки, через которые газовый поток для поддержания движения электрической дуги проводится во внутреннее пространство дуговой камеры.The walls of the arc chamber may also have other, additional, recesses through which the gas flow to maintain the movement of the electric arc is conducted into the inner space of the arc chamber.
Для целенаправленного подведения газа электроды в области основания имеют просверленное отверстие или отверстие, выполненное другим образом. Отверстие имеет связь с пазом, который имеется на электродах изнутри, причем через отверстие и паз к месту зажигания электрической дуги может подаваться газ для деионизации.For targeted gas supply, the electrodes in the base area have a drilled hole or a hole made in another way. The hole is connected with a groove that is present on the electrodes from the inside, and gas can be supplied through the hole and groove to the ignition site of the electric arc for deionization.
К дуговой камере примыкает согласно изобретению деионная камера, причем эта деионная камера имеет один вход, направленный к расходящимся электродам, и множество боковых щелевидных выходных отверстий.According to the invention, a deion chamber is adjacent to the arc chamber, moreover, this deion chamber has one entrance directed to diverging electrodes and a plurality of side slit-like outlet openings.
Между боковыми щелевидными выходными отверстиями деионной камеры, выемками в дуговой камере и отверстием в основании электрода предусмотрены газоведущие каналы.Between the lateral slit-like outlet openings of the deion chamber, the recesses in the arc chamber, and the opening at the base of the electrode, gas guide channels are provided.
В канале, который ведет к отверстию в основании электрода, предусмотрены охладительные каскады или же этот канал для охлаждения газа проходит меандрообразно (т.е. изгибающийся под прямым углом).In the channel that leads to the hole in the base of the electrode, cooling stages are provided or this channel for cooling the gas passes meander-like (i.e., bending at right angles).
Газ, который попадает к отверстию в основании электрода, может быть смешан с воздухом из внешней среды и тем самым также может быть охлажден.The gas that enters the hole in the base of the electrode can be mixed with air from the external environment and thereby can also be cooled.
Для смешивания газа имеется расположенная под основанием электрода смесительная камера, которая имеет одно или несколько отверстий малого сечения для выравнивания давления с внешней средой.For gas mixing, there is a mixing chamber located under the base of the electrode, which has one or more small openings for balancing the pressure with the external environment.
Отверстия в основании электрода доходят до смесительной камеры или связаны с ней другим образом.The holes in the base of the electrode reach the mixing chamber or are connected with it in another way.
Далее в области основания электрода может быть расположен магнит для ускорения движения электрической дуги.Further, a magnet can be located in the region of the base of the electrode to accelerate the movement of the electric arc.
Вышеуказанные газопроводящие каналы изолированы друг от друга и выполнены раздельно, чтобы гарантировать направленный обратный поток и циркуляцию к области зажигания и к области движения электрической дуги.The above gas-conducting channels are isolated from each other and are made separately to guarantee directed reverse flow and circulation to the ignition region and to the region of movement of the electric arc.
Для точной настройки газового потока каналы могут иметь определенные заданные площади поперечного сечения.To fine tune the gas flow, the channels can have certain predetermined cross-sectional areas.
В следующем варианте реализации изобретения с целью поддержания и усиления магнитного поля в случае сопровождающих токов может быть предусмотрена дугогасительная катушка, которая образует шунт к одному из электродов, причем перед точкой подключения катушки в направлении движения электрической дуги соответствующий электрод имеет высокоомный участок или изоляционный участок.In a further embodiment of the invention, in order to maintain and strengthen the magnetic field in the case of accompanying currents, an arcing coil can be provided that forms a shunt to one of the electrodes, and the corresponding electrode has a high-resistance section or insulating section in front of the point of connection of the coil in the direction of movement of the electric arc.
Чтобы время устойчивости электрической дуги было небольшим, а также чтобы можно было ускорить образование основания электрической дуги и движение дуги, согласно настоящему изобретению увеличивается действие собственного магнитного поля уже вблизи области зажигания электрической дуги.In order for the stability time of the electric arc to be short, and also to accelerate the formation of the base of the electric arc and the movement of the arc, according to the present invention, the action of the intrinsic magnetic field is increased already near the ignition region of the electric arc.
Это может происходить за счет по возможности длительного шлейфа тока токоведущих контактов до места зажигания. За счет применения дополнительных магнитных полей дугогасительных катушек или магнитов либо за счет покрытия или U-образной облицовки электродов железом или другими ферромагнитными материалами возможно дальнейшее усиление желаемого эффекта.This can occur due to the possible long loop current of current-carrying contacts to the ignition site. Due to the use of additional magnetic fields of arcing coils or magnets, or due to the coating or U-shaped lining of the electrodes with iron or other ferromagnetic materials, further enhancement of the desired effect is possible.
Предложенная мера по покрытию электродов ферромагнитным материалом с целью поддержания движения электрической дуги может быть просто реализована и экономично внедрена. При этом данные материалы могут быть соединены с расходящимися электродами с возможностью прохождения электрического тока. Но целесообразной формой реализации является изолированное расположение. В особенности это увеличивает магнитное поле на основании электрической дуги, т.е. непосредственно на электродах.The proposed measure for coating electrodes with ferromagnetic material in order to maintain the movement of the electric arc can be simply implemented and economically implemented. Moreover, these materials can be connected to diverging electrodes with the possibility of passage of electric current. But an appropriate form of implementation is an isolated location. In particular, this increases the magnetic field on the basis of an electric arc, i.e. directly on the electrodes.
В следующем примере реализации изобретения предлагается интегрировать ферромагнитные материалы в выполненные из жаростойкого материала электроды непосредственно за поверхностью движения электрической дуги или рядом с этой поверхностью. Если ферромагнитный материал интегрируется непосредственно рядом с поверхностью перемещения электрической дуги, то материал может быть закрыт изолятором во избежание отрицательных явлений износа. Подвижность основания электрической дуги может быть дополнена или повышена также за счет покрытия или интегрирования постоянных магнитов в один или в оба электрода.In the following example implementation of the invention, it is proposed to integrate ferromagnetic materials into electrodes made of heat-resistant material directly behind or near the surface of movement of the electric arc. If the ferromagnetic material is integrated directly next to the surface of movement of the electric arc, the material may be covered by an insulator to avoid negative effects of wear. The mobility of the base of the electric arc can be supplemented or increased also by coating or integrating permanent magnets in one or both electrodes.
Исследования показали, что еще более высокая подвижность электрической дуги может быть достигнута, если и столб электрической дуги будет подвержен воздействию магнитного поля, способствующего движению. Это может быть реализовано, например, за счет предложенной U-образной облицовки одного из электродов и всей области разряда между обоими расходящимися электродами. Силовые линии, порожденные электрической дугой в ферромагнитном материале, вследствие дуги замыкаются между электродами и тем самым целенаправленно воздействуют на них. При этом будет целесообразно, если один электрод без U-образной облицовки не будет иметь ферромагнитного покрытия или вкладок, так как иначе силовые линии замыкаются над этим материалом, вследствие чего снижено влияние на столб электрической дуги. Покрытие, содержащее ферромагнитный материал, может быть заменено или дополнено U-образным окружением электродов.Studies have shown that even higher mobility of the electric arc can be achieved if the column of the electric arc is also exposed to a magnetic field that promotes movement. This can be realized, for example, due to the proposed U-shaped lining of one of the electrodes and the entire discharge region between the two diverging electrodes. The lines of force generated by an electric arc in a ferromagnetic material, due to the arc, are closed between the electrodes and thereby purposefully act on them. In this case, it will be advisable if one electrode without a U-shaped lining does not have a ferromagnetic coating or tabs, since otherwise the lines of force are closed over this material, as a result of which the influence on the electric arc column is reduced. The coating containing the ferromagnetic material may be replaced or supplemented by a U-shaped electrode environment.
Выполненный таким же образом ферромагнитный материал по конструктивным причинам может быть прерывистым или может состоять из покрытия на один электрод и две пластины либо может быть L-образной формы с пластиной рядом с расходящимися электродами.The ferromagnetic material made in the same way, for structural reasons, may be intermittent or may consist of a coating on one electrode and two plates or may be L-shaped with a plate next to diverging electrodes.
Кроме того, временем устойчивости электрической дуги можно целесообразно управлять путем выбора материала электрода. Особенно предпочтительным является то, когда электроды состоят из различных материалов или сплавов или металлокерамических материалов.In addition, the stability time of the electric arc can be expediently controlled by selecting the electrode material. Especially preferred is when the electrodes are composed of various materials or alloys or cermet materials.
Далее положительно влияет неоднородность поверхности. Неоднородность может быть обусловлена и материалом. Особенно предпочтительны микроскопические или даже макроскопические структуры, лежащие параллельно направлению перемещения электрической дуги. Вызванная этой мерой более высокая автоэлектронная эмиссия способствует скачкообразному движению основания электрической дуги, вследствие чего может быть увеличена скорость перемещения.Further, the heterogeneity of the surface positively affects. Inhomogeneity may be due to the material. Microscopic or even macroscopic structures lying parallel to the direction of movement of the electric arc are particularly preferred. The higher field emission caused by this measure promotes an abrupt motion of the base of the electric arc, as a result of which the speed of movement can be increased.
Движению основания электрической дуги на шинах перемещения дуги может также способствовать вид профиля шины, причем особенно положительное воздействие оказывают реборды шин в направлении перемещения. Далее шины перемещения могут состоять из шихтованных в направлении перемещения одинаковых или различных материалов, вследствие чего уменьшается распространение дуги в направлении, перпендикулярном к направлению перемещения. Материал шин перемещения дуги может содержать тугоплавкие и низкоплавкие компоненты или может быть составлен только из них, так что в направлении движения возникают кромки или острия, к которым преимущественно переходит основание электрической дуги, вследствие чего возрастает скорость электрической дуги и снижается время устойчивости дуги. Для этого возможно использовать волокнистые металлы, слоистые металлы или соответствующие ламинаты.The movement of the base of the electric arc on the arc displacement tires can also be facilitated by the appearance of the tire profile, with the tire flanges having a particularly positive effect in the displacement direction. Further, the movement tires may consist of the same or different materials laden in the direction of movement, as a result of which the arc propagation in the direction perpendicular to the direction of movement is reduced. The material of the arc displacement tires may contain refractory and low-melting components or can be composed only of them, so that in the direction of movement there are edges or points to which the base of the electric arc mainly passes, as a result of which the speed of the electric arc increases and the arc stability time decreases. For this it is possible to use fibrous metals, layered metals or the corresponding laminates.
Вышеуказанные меры снижают устойчивость электрической дуги и ускоряют ее начальное движение. После фазы старта электрическая дуга должна быть по возможности быстро удлинена и подведена к дугогасительной камере. Но теперь непрерывному движению противодействуют повышенное давление и отраженные ударные волны в разряднике, выполненном капсулировано.The above measures reduce the stability of the electric arc and accelerate its initial movement. After the start phase, the electric arc should be as soon as possible extended and brought to the arcing chamber. But now increased pressure and the reflected shock waves in the spark gap made encapsulated counteract the continuous movement.
Чтобы достичь эффективного ограничения тока в случае капсулированных искровых промежутков с расходящимися электродами, предлагается ввести электрическую дугу в течение как можно более короткого промежутка времени в дуговую камеру, в которой напряжение электрической дуги повышается так сильно, что достигается или превышается мгновенное значение напряжения сети.In order to achieve effective current limitation in the case of encapsulated spark gaps with diverging electrodes, it is proposed to introduce an electric arc into the arc chamber for the shortest possible time, in which the voltage of the electric arc rises so much that the instantaneous value of the mains voltage is reached or exceeded.
В качестве дуговой камеры могут применяться все системы, известные из области силовых выключателей низкого напряжения. Сюда относятся, среди прочего, камеры с изоляционными перемычками, камеры с дугогасительными пластинами, деионные камеры, меандровые камеры и их комбинации. Принцип действия этих камер основывается на удлинении, охлаждении и, частично, на разделении электрической дуги.As an arc chamber, all systems known from the field of low voltage circuit breakers can be used. This includes, but is not limited to, chambers with insulating jumpers, chambers with arcing plates, deion chambers, meander chambers, and combinations thereof. The principle of operation of these chambers is based on elongation, cooling and, in part, on the separation of the electric arc.
Согласно изобретению наряду с поддержанием поведения (характеристики) движения электрической дуги за счет указанных магнитных полей достигается ее вход в препятствие дуговой камеры или деионной камеры.According to the invention, along with maintaining the behavior (characteristics) of the movement of the electric arc due to these magnetic fields, its entry into the obstacle of the arc chamber or deion chamber is achieved.
Основной предпосылкой для эффективного действия являются циркуляция газа и охлаждение газа, которые способствуют движению электрической дуги к дуговой камере и в нее.The main prerequisite for an effective action is gas circulation and gas cooling, which facilitate the movement of the electric arc to and into the arc chamber.
Для этого применяются конструктивные способы по настоящему изобретению, которые позволяют совершать газовую циркуляцию в нескольких контурах с различными функциями.For this, the constructive methods of the present invention are applied, which allow gas circulation in several circuits with different functions.
Как выход газов из дуговой камеры, так и обратная подача газа в дуговую камеру происходят по меньшей мере по двум каналам.Both the exit of gases from the arc chamber and the reverse supply of gas to the arc chamber occur in at least two channels.
Обратная подача и охлаждение горячих газов производятся предпочтительно сбоку от дуговой камеры. Обратная подача охлажденных газов происходит на небольшом участке непосредственно в области зажигания электрической дуги между расходящимися электродами и их основанием и служит для деиоинизации в этой области.The reverse supply and cooling of the hot gases is preferably carried out on the side of the arc chamber. The reverse supply of cooled gases occurs in a small area directly in the ignition region of the electric arc between the diverging electrodes and their base and serves for deioinization in this area.
Чтобы снизить опасность повторного зажигания за счет еще горячих газов, то небольшое количество газа, которое вводится в эту область, проходит для интенсивного охлаждения через дополнительную область. В этой области газ проводится по узким каналам, выполненным предпочтительно из металла с высокой теплоемкостью. В случае массивного исполнения электродов или ферромагнитного покрытия электродов эти каналы могут быть интегрированы в электроды, не требуя дополнительного места. Отверстие с малым поперечным сечением для выравнивания давления, необходимое для капсулированного разрядника, может быть расположено таким образом, что оно имеет связь с каналом, содержащим интенсивно охлажденный газ.To reduce the risk of re-ignition due to still hot gases, a small amount of gas that is introduced into this region passes for intensive cooling through the additional region. In this area, the gas is conducted through narrow channels, preferably made of metal with high heat capacity. In the case of a massive execution of the electrodes or ferromagnetic coating of the electrodes, these channels can be integrated into the electrodes without requiring additional space. A hole with a small cross-section to equalize the pressure required for the encapsulated spark gap can be positioned so that it is connected to a channel containing intensely cooled gas.
Обратная подача существенно большего количества газа, которое образует основной циркуляционный контур, происходит через отдельные каналы сбоку от расходящихся электродов или рядом с ними над местом зажигания, но под участком входа в дуговую или деионную камеру. Эта подача может осуществляться с помощью одного или нескольких каналов вдоль шин перемещения дуги. Особенно выгодной для такой подачи является та область электрода, которая лежит практически над основной областью нагрузки импульсным током. Таким образом, дуга попадает в эту область только после окончания времени устойчивости дуги и после преодоления определенного участка вдоль расходящихся электродов. В этой начальной области для движения электрической дуги еще достаточно поддержки, осуществляемой за счет собственного поля, за счет ферромагнитного покрытия электродов и, возможно, за счет газоотдающего устройства смещения электрической дуги.The reverse supply of a significantly larger amount of gas, which forms the main circulation circuit, occurs through separate channels on the side of the diverging electrodes or near them above the ignition site, but under the site of entry into the arc or deion chamber. This feed can be carried out using one or more channels along the arc travel tires. Particularly advantageous for such a feed is that region of the electrode that lies practically above the main load region by the pulsed current. Thus, the arc enters this region only after the end of the arc stability time and after overcoming a certain section along diverging electrodes. In this initial region, support for the movement of the electric arc is still sufficient due to its own field, due to the ferromagnetic coating of the electrodes and, possibly, due to the gas-releasing device for displacing the electric arc.
Вследствие ступенчатой обратной подачи газа предотвращается то, что продолжительные импульсные токи будут преждевременно возбуждены для ускоренного движения или охлаждены, вследствие чего переток мощности и нагрузка искрового промежутка могут быть ограничены. Тем самым вследствие газовой циркуляции, по существу, поддерживается только электрическая дуга сопровождающего тока в своем движении перед вхождением в дугогасительную камеру. За счет вида подачи газа охватывается не только столб электрической дуги, но и области оснований на обоих электродах, ответственные за движение электрической дуги.Due to the stepwise reverse gas supply, it is prevented that continuous pulsed currents are prematurely excited for accelerated movement or cooled, as a result of which the power flow and the load of the spark gap can be limited. Thus, due to gas circulation, essentially only the electric arc of the accompanying current is maintained in its movement before entering the arcing chamber. Due to the type of gas supply, not only the electric arc column is covered, but also the base areas on both electrodes responsible for the movement of the electric arc.
Чтобы повысить действие газового потока на столб электрической дуги, область перемещения электрической дуги до дугогасительной камеры представлена далее щелевидной. Благодаря этому может быть достигнуто то, что также и электрические дуги с еще относительно небольшой силой тока имеют поперечное сечение в диапазоне ширины щели и тем самым газ не может течь рядом с дугой вдоль по ней, а на дугу оказывается по возможности большое силовое воздействие.In order to increase the effect of the gas flow on the electric arc column, the region of movement of the electric arc to the arcing chamber is further presented as slit-like. Due to this, it can be achieved that also electric arcs with a still relatively small current strength have a cross section in the range of the slit width, and thus gas cannot flow near the arc along it, and as much force as possible is exerted on the arc.
За счет по возможности небольшой ширины щели, с одной стороны, ускоряется движение электрической дуги вдоль электродов. С другой стороны, образование щели в этой области движения не приводит к экстремальному уменьшению поперечного сечения по сравнению с областью разряда импульсного тока, так как в противном случае уже в этой нижней области движения дуги могут возникнуть сильные отражения давления, что отрицательно влияет на характеристику движения.Due to the possible small gap width, on the one hand, the movement of the electric arc along the electrodes is accelerated. On the other hand, the formation of a gap in this region of motion does not lead to an extreme decrease in the cross section compared to the region of discharge of the pulsed current, since otherwise strong pressure reflections may occur already in this lower region of arc motion, which negatively affects the motion characteristic.
Поперечное сечение разрядного пространства электрической дуги в области зажигания определяется, по существу, искомой величиной импульса, а также прочностью при сжатии электродов и материалов стенки.The cross section of the discharge space of the electric arc in the ignition region is determined, in essence, by the desired momentum, as well as the compressive strength of the electrodes and wall materials.
В соответствии с одним из вариантов реализации изобретения стенки камеры могут быть выполнены эластичными. Таким образом, при сильном давлении стенки камеры могут двигаться в сторону. Благодаря этой мере одновременно уменьшается опасность электропроводящего соединения между электродами через боковые стенки камеры.In accordance with one embodiment of the invention, the chamber walls can be made elastic. Thus, under strong pressure, the walls of the chamber can move to the side. Due to this measure, the danger of an electrically conductive connection between the electrodes through the side walls of the chamber is simultaneously reduced.
В соответствии с изобретением выпуск газа из дуговой камеры происходит не только над камерой, но и ступенчато при протекании его через камеру, содержащую боковые конструкции. В случае камер с дугогасистельными пластинами или деионных камер эти конструкции изолированы, поэтому может быть предотвращен перехват дуги. Таким же образом концы металлических пластин дугогасительных камер защищены от перехвата дуги с помощью изоляционных участков. Горячие газы после того, как они покидают дугогасительные камеры, вводятся в каналы, которые проходят предпочтительно по обеим сторонам камеры параллельно ей. В этих каналах газ охлаждается и, в заключение, подводится к расширительному пространству, из которого происходит его подача в дуговую камеру описанным выше способом.In accordance with the invention, the gas is released from the arc chamber not only above the chamber, but also stepwise when it flows through the chamber containing the side structures. In the case of chambers with arcing plates or deion chambers, these structures are insulated, so that arc interception can be prevented. In the same way, the ends of the metal plates of the arcing chambers are protected from interception of the arc by means of insulating sections. Hot gases after they leave the extinguishing chambers are introduced into the channels, which preferably pass on both sides of the chamber parallel to it. In these channels, the gas is cooled and, in conclusion, is supplied to the expansion space from which it is supplied to the arc chamber as described above.
Поверхность предусмотренных каналов и полостей должна быть по возможности большой, а материалы стенок должны обладать высокой теплоемкостью и теплопроводностью. В качестве внутренних стенок могут тем самым служить магнитные направляющие пластины или, если имеется, также ферромагнитная U-образная облицовка дугогасительных камер, вследствие чего она несет одновременно две функции.The surface of the provided channels and cavities should be as large as possible, and the wall materials should have high heat capacity and thermal conductivity. Thus, magnetic guide plates or, if available, also a ferromagnetic U-shaped lining of the arcing chambers can thereby serve as inner walls, as a result of which it carries simultaneously two functions.
Дальнейшее повышение эффективности ферромагнитных веществ может происходить за счет полной U-образной облицовки всей области электрической дуги. Эта закрытая ферромагнитная облицовка оказывает притягивающее воздействие на электрическую дугу. Для прерывания вихревых токов, которые тормозят движение электрической дуги, облицовку целесообразно сделать ламинированной. Для того чтобы через облицовку не возникло короткого замыкания электрической дуги, облицовка должна быть на внутренней стороне тонкостенно изолирована материалом, устойчивым к электрической дуге. В идеальном случае эта изоляция может быть выполнена в виде изолирующей щели, меандровой камеры или камеры с изолирующими перемычками. Этот вариант реализации гарантирует в зависимости от вида постепенное или же, наоборот, скачкообразное увеличение напряжения электрической дуги при вхождении дуги в щелевую область. Если изоляционный материал к тому же выполнен из газовыделяющих веществ, то это может вызвать дополнительное повышение давления и тем самым непосредственное повышение напряжения электрической дуги.A further increase in the efficiency of ferromagnetic substances can occur due to the complete U-shaped lining of the entire region of the electric arc. This closed ferromagnetic cladding has an attractive effect on the electric arc. To interrupt eddy currents that inhibit the movement of the electric arc, the cladding should be laminated. In order to prevent short circuiting of the electric arc through the cladding, the cladding should be thin-walled insulated on the inside with a material resistant to the electric arc. Ideally, this insulation can be in the form of an insulating gap, a meander chamber or a chamber with insulating jumpers. This implementation option guarantees, depending on the type, a gradual or, on the contrary, an abrupt increase in the voltage of the electric arc when the arc enters the gap region. If the insulating material is also made of gas-releasing substances, this can cause an additional increase in pressure and thereby a direct increase in the voltage of the electric arc.
Для повышения гасящей способности дуговой камеры целесообразным будет дополнительное размещение деионных пластин в изоляционной камере. В идеальном случае они должны иметь различную высоту, так что количество частичных электрических дуг будет увеличиваться постепенно, т.е. с задержкой по времени. В качестве альтернативного варианта, входные щели пластин также могут быть выполнены различными или асимметричными, чтобы добиться постепенного разделения электрической дуги.To increase the quenching ability of the arc chamber, it will be advisable to additionally place deion plates in the insulation chamber. In the ideal case, they should have different heights, so that the number of partial electric arcs will increase gradually, i.e. with a time delay. Alternatively, the entrance slots of the plates can also be made different or asymmetric in order to achieve a gradual separation of the electric arc.
Вхождение электрической дуги в дугогасительную камеру должно быть достигнуто непосредственно после области зажигания электрической дуги или после очень короткого участка ускорения, так как в противном случае невозможно эффективное ограничение тока.The entry of the electric arc into the arcing chamber must be achieved directly after the ignition region of the electric arc or after a very short acceleration section, since otherwise an effective current limitation is impossible.
Чем короче область вхождения, тем выше опасность обратного зажигания в области зажигания искрового разрядника, так как охлаждение и деоинизация области зажигания возможны в течение короткого времени и только ограниченно. Для снижения этой опасности возможно удлинение ускоряющего участка или изменение направления электрической дуги. Распространение электрической дуги может при этом происходить с наклоном на определенный угол к направлению возникновения электрической дуги, или, например, электрическая дуга может быть смещена в меандровой камере в сторону от своего места возникновения. С помощью этих способов можно избежать прямого излучающего воздействия электрической дуги на место зажигания.The shorter the entry region, the higher the risk of reverse ignition in the ignition region of the spark gap, since cooling and de-ionization of the ignition region are possible for a short time and only to a limited extent. To reduce this danger, it is possible to lengthen the accelerating section or change the direction of the electric arc. The propagation of the electric arc can occur with an inclination at a certain angle to the direction of occurrence of the electric arc, or, for example, the electric arc can be displaced in the meander chamber away from its origin. Using these methods, the direct radiating effect of an electric arc on the ignition site can be avoided.
Касательно усиления магнитного поля предлагаются и другие возможности. В особенности, в настоящем изобретении могут применяться так называемые дугогасистельные катушки. При постоянном напряжении однородное поле, которое не зависит от силы тока, может быть реализовано также за счет применения постоянных магнитов. Далее, подвод подключений до места зажигания может быть выполнен таким образом, что дополнительная сила затягивает электрическую дугу в камеру. В этом случае, например, подключение может быть выполнено петлеобразно вокруг дугогасительной камеры.Regarding the amplification of the magnetic field, other possibilities are also offered. In particular, the so-called arc suppression coils can be used in the present invention. At constant voltage, a uniform field, which does not depend on the current strength, can also be realized through the use of permanent magnets. Further, the connection to the ignition point can be made in such a way that an additional force draws the electric arc into the chamber. In this case, for example, the connection can be made loop-like around the arcing chamber.
В случае применения дугогасительных катушек, например, с магнитной направляющей пластиной число витков должно быть совсем небольшим по причине высоких ударных токов молнии, а также по причине габаритных размеров, вследствие чего сильное магнитное поле возникает только при относительно высоких токах. Однако, поскольку эти высокие токи как раз должны быть сильно ограничены, то преимущество будет состоять в том, чтобы и при сравнительно малых токах уже иметь сильное магнитное поле.In the case of arcing coils, for example, with a magnetic guide plate, the number of turns should be very small due to high shock currents of lightning, as well as due to overall dimensions, as a result of which a strong magnetic field occurs only at relatively high currents. However, since these high currents just have to be very limited, the advantage will be that, even at relatively low currents, they already have a strong magnetic field.
По смыслу вышесказанного предлагается, чтобы ударный ток, который течет вследствие зажигания искрового промежутка, пропускался к месту зажигания по отдельному питающему проводу без дугогасительной катушки или по отдельной обмотке дугогасительной катушки, содержащей небольшое число витков. А сопровождающий ток должен проводиться через дугогасительную катушку с относительно высоким числом витков, которая и при малых токах производит сильное магнитное поле. Технически это реализуется за счет двух токоподводов, ведущих по меньшей мере к одному искровому рогу или одному электроду. Для этого электрод развивается в одном месте без возможности электропроводности или выполняется высокоомным. После зажигания электрической дуги и после ударного тока электрическая дуга перепрыгивает эту область и сопровождающий ток течет через дугогасительную катушку или через часть дугогасительной катушки, содержащую более высокое число витков.In the sense of the foregoing, it is proposed that the shock current that flows as a result of ignition of the spark gap is passed to the ignition point through a separate supply wire without an arcing coil or through a separate winding of an arcing coil containing a small number of turns. And the accompanying current must be conducted through an arcing coil with a relatively high number of turns, which at low currents produces a strong magnetic field. Technically, this is realized through two current leads leading to at least one spark horn or one electrode. For this, the electrode develops in one place without the possibility of electrical conductivity or is highly resistive. After ignition of the electric arc and after the shock current, the electric arc jumps over this area and the accompanying current flows through the arcing coil or through the part of the arcing coil containing a higher number of turns.
В области зажигания ударных токов электроды изготовлены из жаростойкого материала. Однако ширина и высота этих жаростойких поверхностей на электродах в области зажигания не должна быть менее 4 мм.In the field of ignition of shock currents, the electrodes are made of heat-resistant material. However, the width and height of these heat-resistant surfaces on the electrodes in the ignition area should not be less than 4 mm.
Краткий перечень фигур чертежейBrief List of Drawings
Далее изобретение более подробно поясняется на примере реализации, а также с помощью прилагаемых фигур чертежей.Further, the invention is explained in more detail on the example of implementation, as well as using the attached figures of the drawings.
Фигуры показывают следующее:The figures show the following:
Фиг.1 - вид в разрезе с торца разрядника защиты от перенапряжений по настоящему изобретению;Figure 1 is a sectional view from the end of the surge arrester of the present invention;
Фиг.2 - поперечное сечение одного из разрядников по настоящему изобретению;Figure 2 is a cross section of one of the arresters of the present invention;
Фиг.3 - форма выполнения разрядника (вид с торца), у которого электроды и область зажигания уже окружены дугогасительной камерой;Figure 3 - embodiment of the arrester (end view), in which the electrodes and the ignition region are already surrounded by an arcing chamber;
Фиг.4 - вид сбоку искрового промежутка, у которого для усиления магнитного поля при сопровождающем токе предусмотрена дугогасительная катушка.Figure 4 is a side view of the spark gap, in which an arcing coil is provided for enhancing the magnetic field with an accompanying current.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Разрядник защиты от перенапряжений по фиг.1 имеет внешний корпус, который представляет собой квазигерметичную капсулу.The surge arrester of FIG. 1 has an outer casing, which is a quasi-hermetic capsule.
Внутри этого корпуса имеются электроды 1, причем электроды 1а и 1b (см. фиг.2) расходятся рогообразно.Inside this housing there are
Электроды 1 имеют сквозное отверстие 14, а также расположенную на их внутренней стороне вертикальную выемку 13, которые вместе образуют канал, через который газ 8 может быть подведен между электродами для деионизации места 4 зажигания во внутреннем пространстве искрового промежутка.The
Вместо сквозного отверстия 14 могут быть предусмотрены боковые или торцевые выемки на электродах 1.Instead of the through
Электроды 1 дополнительно имеют в области перемещения электрической дуги боковые выемки 2, через которые ко внутреннему пространству искрового разрядника подводится основная часть циркулирующего газа 7 для поддержания движения электрической дуги.The
Одновременно или в качестве альтернативного варианта подача газа в этой области может происходить также за счет боковых выемок 3 или за счет соответствующих проемов или отверстий в стенках дуговой камеры 11. Эти стенки камеры могут быть покрыты ферромагнитным материалом 10 для поддержания движения электрической дуги.At the same time or as an alternative, the gas supply in this area can also occur due to side recesses 3 or due to corresponding openings or holes in the walls of the
Из внутреннего пространства искрового промежутка газ выходит через множество ступенчато расположенных боковых отверстий, а также полностью проходит предусмотренную над ними деионную камеру 6, которая представляет собой квазисоставную часть дуговой камеры.From the internal space of the spark gap, the gas exits through a plurality of stepwise located side openings, and also completely passes through the
При этом газ течет в один, предпочтительно в несколько отдельных каналов 12, которые проходят с одной стороны или с обеих сторон дуговой камеры 11.When this gas flows into one, preferably several
Чем больше количество этих каналов, особенно в концевой области деионной камеры 6, тем меньше опасность соединения частичных электрических дуг вне деионной камеры 6.The greater the number of these channels, especially in the end region of the
После того как газ попал в отдельные каналы, он охлаждается в них и через отверстия 2, 3 и, частично, через отверстие 14 снова подводится ко внутреннему пространству искрового промежутка.After the gas has entered the individual channels, it is cooled in them and through the
При этом охлаждение может происходить как на имеющихся изоляционных материалах, так и на металлических узлах.In this case, cooling can occur both on existing insulating materials and on metal components.
Газ 8, который служит для деионизации области зажигания, вследствие прохождения в канале внутри электродов охлаждается и далее. Дополнительное охлаждение может быть реализовано за счет прохождения газа между меандрообразными выступами 5 вдоль охлаждающих стен.
Далее имеется возможность дополнительно смешать газ 8 с воздухом из внешней среды, который через отверстие 9 выравнивания давления попадает в искровой промежуток. Получается, что в нижней области разрядника имеется смесительная камера. Кроме того, это отверстие с минимальным поперечным сечением необходимо, чтобы предотвратить продолжительный, то есть кумулятивный рост давления внутри искрового промежутка.Further, it is possible to further mix
Фиг.2 (один из вариантов реализации изобретения, вид сбоку) показывает еще раз основные электроды 1а и 1b, причем один из основных электродов (1b) покрыт ферромагнитным материалом 10, что способствует движению электрической дуги. Вместе с ферромагнитным материалом в стенках дуговой камеры 11 (см. фиг.1) или на этих стенках область зажигания и перемещения электрической дуги охватывается U-образно между обоими основными электродами 1а и 1b.Figure 2 (one of the embodiments of the invention, side view) shows once again the main electrodes 1a and 1b, and one of the main electrodes (1b) is covered with
По одному из вариантов реализации изобретения в области зажигания может быть расположен магнит 15, что способствует движению основания электрической дуги.According to one embodiment of the invention, a magnet 15 can be located in the ignition field, which facilitates the movement of the base of the electric arc.
Выход газа из дугогасительной камеры 6 (деионной камеры) происходит как через боковые отверстия 17 камеры, так и на верхней стороне камеры.The exit of gas from the arcing chamber 6 (deionic chamber) occurs both through the side openings 17 of the chamber and on the upper side of the chamber.
Улетучивающийся газ на боковых сторонах, а также газ на верхней стороне может проводиться по отдельным изолированным по отношению друг к другу каналам. Обратная подача газа для завершения циркуляции происходит как в области зажигания с помощью электродов, так и в области перемещения электрической дуги через отверстия 2.The volatilizing gas on the sides, as well as the gas on the upper side, can be conducted through separate channels insulated with respect to each other. The reverse gas supply to complete the circulation occurs both in the ignition region with the help of electrodes, and in the region of movement of the electric arc through
Фиг.3 показывает вид торцевой стороны разрядника согласно изобретению. На этой фигуре основные электроды 1 и область зажигания уже окружены дугогасительной камерой (деионной камерой) 6.Figure 3 shows a front view of a spark gap according to the invention. In this figure, the
Благодаря этой мере, может быть сокращено время до вхождения электрической дуги в камеру, а ферромагнитный материал деионной камеры уже в момент зажигания ускоряет движение электрической дуги.Due to this measure, the time before the electric arc enters the chamber can be reduced, and the ferromagnetic material of the deion chamber accelerates the movement of the electric arc already at the moment of ignition.
Представленная на фиг.3 схема дополнительно показывает возможность окружения всей дуговой камеры 6 U-образной ферромагнитной облицовкой 18. Эта облицовка, а также отверстия для циркуляции газа целесообразно расположены изолированно к дуговой камере 6.The diagram shown in Fig. 3 additionally shows the possibility of surrounding the
Согласно представленному на фиг.4 чертежу для усиления магнитного поля при сопровождающем токе устанавливается дугогасительная катушка 19.According to the drawing shown in FIG. 4, an arcing
Эта катушка образует шунт к одному из основных электродов 1. Электрическая дуга зажигается при импульсной нагрузке в месте 4 зажигания между основными электродами 1. Импульсный ток течет при этом прямо через основной электрод 1, а не через катушку 19.This coil forms a shunt to one of the
По причине короткой продолжительности импульсного разряда электрическая дуга остается в области 20 между основными электродами. В случае длительных импульсов или в случае сопровождающего тока электрическая дуга достигает также область между электродами, обозначенную номером 30.Due to the short duration of the pulse discharge, the electric arc remains in the
Основание электрической дуги достигает поз.22 на электроде с подключенной дугогасительной катушкой 19. На этом месте электрод разорван высокоомным или изолирующим образом. После перехода этого места ток течет через дугогасительную катушку 19, что способствует движению электрической дуги.The base of the electric arc reaches pos. 22 on the electrode with the connected arcing
Дугогасительная катушка 19 может при этом дополнительно иметь так называемые направляющие пластины, которые охватывают опять же U-образным образом область перемещения электрической дуги.The arcing
На фиг.4 отверстия 21 для деионизации места 4 зажигания выполнены в виде поперечных пазов, а не в виде сквозных отверстий в электродах. Отверстия циркуляции газа для поддержания поведения движения электрической дуги 2 могут быть расположены вверху, а частично и внизу места 22 прерывания.In figure 4, the
Резюмируя сказанное выше, предложенное решение позволяет создать капсулированный разрядник защиты от перенапряжений на основе искрового промежутка с расходящимися электродами, причем специальная циркуляция газа происходит таким образом, что горячий газ ступенчато и по разделенным каналам выводится из устройства токоограничения и охлаждается, а холодный газ снова подводится по каналам дуговой камеры к отверстиям, сдвинутым и разделенным по меньшей мере в направлении перемещения электрической дуги. В области зажигания холодный газ и далее может подводиться извне через отверстие выравнивания давления. Расположенный U-образно ферромагнитный материал способствует усилению собственного магнитного поля вокруг по меньшей мере одного электрода, причем также и дуговая камера может быть окружена ферромагнитным материалом.Summarizing the above, the proposed solution allows you to create a capsular surge protection device based on the spark gap with diverging electrodes, and special gas circulation occurs in such a way that the hot gas is removed stepwise and through separate channels from the current limiting device and cooled, and the cold gas is supplied again through the channels of the arc chamber to the holes shifted and separated at least in the direction of movement of the electric arc. In the ignition region, cold gas can further be supplied externally through a pressure equalization hole. The arranged U-shaped ferromagnetic material enhances the intrinsic magnetic field around at least one electrode, and the arc chamber may also be surrounded by ferromagnetic material.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102005001140 | 2005-01-10 | ||
| DE102005001140.3 | 2005-01-10 | ||
| DE102005015401.8 | 2005-04-04 | ||
| DE102005015401.8A DE102005015401B4 (en) | 2005-01-10 | 2005-04-04 | Surge arrester with two diverging electrodes and a spark gap acting between the electrodes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007124540A RU2007124540A (en) | 2009-02-20 |
| RU2380807C2 true RU2380807C2 (en) | 2010-01-27 |
Family
ID=35482833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007124540/09A RU2380807C2 (en) | 2005-01-10 | 2005-10-24 | Discharger of overvoltage protection with two divergent electrodes and spark gap between them |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP1836752B1 (en) |
| JP (1) | JP4753095B2 (en) |
| CN (1) | CN101107756B (en) |
| AT (1) | ATE498931T1 (en) |
| DE (2) | DE102005015401B4 (en) |
| PL (2) | PL2328245T3 (en) |
| RU (1) | RU2380807C2 (en) |
| SI (1) | SI2328245T1 (en) |
| WO (1) | WO2006074721A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561069C2 (en) * | 2010-08-04 | 2015-08-20 | Ден+Зёне Гмбх+Ко. Кг | Horn-gap arrester with deion chamber |
| RU2677876C2 (en) * | 2013-07-30 | 2019-01-22 | Абб Швайц Аг | Circuit breaker |
| RU198701U1 (en) * | 2019-08-09 | 2020-07-23 | Акционерное общество "Янтарьэнерго" | PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007015931A1 (en) * | 2007-01-04 | 2008-07-10 | Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg | Encapsulated, flameproof, non-hermetically sealed, rotationally symmetric high-performance spark gap |
| DE102010033764A1 (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-01 | Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg | Housing arrangement for multi-pole overvoltage protection devices |
| DE102011051738B4 (en) | 2010-08-04 | 2023-05-04 | Dehn Se | Horn spark gap lightning arrester with deion chamber |
| DE102011102869B4 (en) * | 2010-08-18 | 2020-01-23 | Dehn Se + Co Kg | Spark gap arrangement with two opposing, preferably flat electrodes held in a housing body at a distance |
| DE102013112400A1 (en) | 2012-12-03 | 2014-06-05 | Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg | Arc extinguishing chamber for surge arrester e.g. encapsulated surge arrester, has gas exhaust region guided between metal sheets based on symmetry axis of extinguishing chamber, where gas streams are mixed in common recreation room |
| DE102013224720B4 (en) | 2013-12-03 | 2016-07-07 | J. Pröpster GmbH | Surge discharge device with a surge arrester and a quenching unit |
| DE102014209261A1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Spark gap arrangement with improved cooling |
| US9515464B2 (en) | 2014-12-30 | 2016-12-06 | Schneider Electric USA, Inc. | Bus end arc interrupter |
| LU93206B1 (en) * | 2016-09-13 | 2018-03-16 | Abb Schweiz Ag | Protection of a surge arrester with a better protection against failure from thermal overload in case of a temporary overvoltage in an electrical grid line |
| DE102018117275B3 (en) * | 2018-05-24 | 2019-07-04 | Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg | Non-rotationally symmetric horn spark gap with deion chamber |
| DE102018121138B3 (en) * | 2018-08-29 | 2019-12-05 | Dehn Se + Co Kg | Miniaturized horn spark gap with integrated deion chamber |
| CN112117746B (en) * | 2019-06-20 | 2022-05-24 | 王巨丰 | Method and system for eliminating span central flashover and power frequency insulation strength loss |
| DE102019209477B4 (en) * | 2019-06-28 | 2021-01-21 | Dehn Se + Co Kg | Lightning protection spark gap |
| DE102020214136B3 (en) | 2020-11-10 | 2021-12-09 | Dehn Se + Co Kg | Lightning protection spark gap |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE975911C (en) * | 1949-09-10 | 1963-01-03 | Siemens Ag | Extinguishing spark gap |
| US2608599A (en) | 1949-09-21 | 1952-08-26 | Gen Electric | Arc extinguishing device |
| CH378401A (en) * | 1960-07-15 | 1964-06-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | Extinguishing spark gap for surge arresters |
| GB957359A (en) * | 1962-04-04 | 1964-05-06 | Ass Elect Ind | Improvements relating to surge diverters |
| GB1036875A (en) * | 1962-06-06 | 1966-07-20 | Ass Elect Ind | Improvements relating to surge diverters |
| GB1136101A (en) * | 1966-01-04 | 1968-12-11 | Vsesoiuzny Nii Zheleznodorozhn | Valve type d.c. surge arrester |
| CH590572A5 (en) * | 1975-07-29 | 1977-08-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| JPS5344745U (en) * | 1976-09-22 | 1978-04-17 | ||
| JPS5344745A (en) * | 1976-10-02 | 1978-04-21 | Kazumi Miyawaki | Turbulence generating ignition plug |
| JP2658170B2 (en) * | 1988-05-11 | 1997-09-30 | オムロン株式会社 | Switch |
| JPH02253525A (en) * | 1989-03-27 | 1990-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | Power switch |
| DE9115905U1 (en) * | 1991-12-21 | 1993-04-22 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Circuit breaker with an arc chamber |
| DE4402615C3 (en) * | 1993-05-31 | 2000-01-05 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Surge protection element |
| ES2148390T3 (en) | 1994-10-07 | 2000-10-16 | Phoenix Contact Gmbh & Co | PROTECTION ELEMENT AGAINST OVERVOLTAGE. |
| DE4439730C2 (en) | 1994-10-17 | 1996-09-26 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Surge protection element |
| DE19604947C1 (en) * | 1996-02-10 | 1997-07-10 | Dehn & Soehne | Method for influencing the subsequent current extinguishing capacity of spark gap arrangements and spark gap arrangements therefor |
| EP0793318A1 (en) * | 1996-03-01 | 1997-09-03 | Felten & Guilleaume Austria Ag | Overvoltage arrester device |
| AT405112B (en) * | 1997-02-12 | 1999-05-25 | Felten & Guilleaume Ag Oester | OVERVOLTAGE DEVICE |
| DE10231431B4 (en) * | 2002-07-11 | 2014-03-20 | Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg | Encapsulated, flameproof surge arrester with a spark gap |
| FR2843243B1 (en) | 2002-08-05 | 2004-11-05 | Soule Protection Surtensions | DEVICE FOR PROTECTING AN ELECTRICAL POWER DISTRIBUTION NETWORK |
| CN2667769Y (en) * | 2003-07-16 | 2004-12-29 | 倪学锋 | Controllable damper |
-
2005
- 2005-04-04 DE DE102005015401.8A patent/DE102005015401B4/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-10-24 EP EP05798524A patent/EP1836752B1/en not_active Not-in-force
- 2005-10-24 PL PL11153886T patent/PL2328245T3/en unknown
- 2005-10-24 CN CN200580046296XA patent/CN101107756B/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-10-24 PL PL05798524T patent/PL1836752T3/en unknown
- 2005-10-24 AT AT05798524T patent/ATE498931T1/en active
- 2005-10-24 EP EP11153886.4A patent/EP2328245B1/en not_active Not-in-force
- 2005-10-24 DE DE502005010986T patent/DE502005010986D1/en active Active
- 2005-10-24 WO PCT/EP2005/011398 patent/WO2006074721A1/en active Application Filing
- 2005-10-24 SI SI200531822T patent/SI2328245T1/en unknown
- 2005-10-24 RU RU2007124540/09A patent/RU2380807C2/en not_active IP Right Cessation
- 2005-10-24 JP JP2007549805A patent/JP4753095B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561069C2 (en) * | 2010-08-04 | 2015-08-20 | Ден+Зёне Гмбх+Ко. Кг | Horn-gap arrester with deion chamber |
| RU2677876C2 (en) * | 2013-07-30 | 2019-01-22 | Абб Швайц Аг | Circuit breaker |
| RU198701U1 (en) * | 2019-08-09 | 2020-07-23 | Акционерное общество "Янтарьэнерго" | PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL2328245T3 (en) | 2014-05-30 |
| JP4753095B2 (en) | 2011-08-17 |
| ATE498931T1 (en) | 2011-03-15 |
| EP2328245A2 (en) | 2011-06-01 |
| DE102005015401B4 (en) | 2014-03-20 |
| WO2006074721A1 (en) | 2006-07-20 |
| DE502005010986D1 (en) | 2011-03-31 |
| EP2328245A3 (en) | 2013-03-06 |
| DE102005015401A1 (en) | 2006-07-27 |
| EP2328245B1 (en) | 2013-12-11 |
| EP1836752B1 (en) | 2011-02-16 |
| CN101107756B (en) | 2012-05-23 |
| PL1836752T3 (en) | 2011-07-29 |
| CN101107756A (en) | 2008-01-16 |
| SI2328245T1 (en) | 2014-04-30 |
| EP1836752A1 (en) | 2007-09-26 |
| JP2008527640A (en) | 2008-07-24 |
| RU2007124540A (en) | 2009-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2380807C2 (en) | Discharger of overvoltage protection with two divergent electrodes and spark gap between them | |
| EP2064717B1 (en) | Arc buffle, and arc chute assembly and electrical switching apparatus employing the same | |
| US7034242B1 (en) | Arc chute and circuit interrupter employing the same | |
| CA2663582C (en) | Gassing insulator, and arc chute assembly and electrical switching apparatus employing the same | |
| US9083153B2 (en) | Horn spark gap lightning arrestor with a deion chamber | |
| MX2011007722A (en) | Lighting arrester and a power transmission line provided with such an arrester. | |
| JP4351009B2 (en) | Power breaker | |
| JP4309066B2 (en) | Low-voltage circuit breaker gas damper | |
| CZ38898A3 (en) | Lighting arrester | |
| JPWO2005074084A1 (en) | Spark gap arrestor | |
| RU2306629C1 (en) | Arc-control device | |
| KR20150089729A (en) | Arc Extinguishing Device of Molded Case Circuit Breaker | |
| RU179395U1 (en) | ARCAMENT CAMERA WITH DEION LATTICE | |
| RU56713U1 (en) | FAST AUTOMATIC CIRCUIT BREAKER | |
| RU198701U1 (en) | PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE | |
| US20240204487A1 (en) | Gas-filled spark gap with high follow current extinction capacity | |
| CN111490459B (en) | Surge arrester | |
| WO2012139445A1 (en) | Overvoltage protection device | |
| CA1199955A (en) | Louvered arc chute | |
| CN110999001A (en) | Spark gap based encapsulated surge arrester | |
| SU1557612A2 (en) | Protector tube | |
| JPH10275543A (en) | Gas blast circuit-breaker | |
| SU1117749A1 (en) | Protector tube | |
| SU995142A1 (en) | Arc-extinguishing device | |
| CS228254B1 (en) | Quenching chamber for electric switch instruments with low voltage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171025 |