DE3101354C2

DE3101354C2 - Funkenstrecke für die Begrenzung von Überspannungen

Info

Publication number: DE3101354C2
Application number: DE3101354A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 8430 Neumarkt/Opf. Hasse; Johannes Prof. Dr.-Ing. 8031 Puchheim Wiesinger
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 1981-01-17
Filing date: 1981-01-17
Publication date: 1984-11-29
Also published as: IT8219145A0; AT390528B; IT1150106B; DE3101354A1; CH658552A5; ATA13382A; SE8200212L; IL64784A0; NL8200103A

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Funkenstrecke für die Begrenzung von Überspannungen. Dabei sind zwei Elektroden durch eine Isolierung aus festem Material voneinander galvanisch distanziert. Zwischen den Außenseiten oder -flächen dieser Elektroden und auch außerhalb der Isolierung findet im Fall einer entsprechenden Überspannung ein Luft-Gleitüberschlag statt. Eine Elektrode ist als Innenelektrode ausgebildet und die andere Elektrode als diese umgebende Außenelektrode. Die Innenelektrode, die Isolierschicht und zumindest der zur Gleitüberschlagstelle gehörende Teil der Außenelektrode sind zueinander konzentrisch. Somit läuft auch die Luft-Gleitüberschlagstelle ebenfalls entsprechend konzentrisch um.

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke für die Begrenzung von Überspannungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Funkenstrecke dieser Art ist aus der DE-AS 23 37 743 bekannt. Dabei sind die Elektroden als sich gegenüberliegende, bevorzugt plane, scheibenförmige und in einem Ausführungsbeispiel auch kreisringförmige Elektroden ausgebildet die durch die Isolationsschicht voneinander im Abstand gehalten sind.

Gemäß dem vorgenannten Stand der Technik hat man immer nur scheibenförmige Elektroden in Richtung der Mittelachse der Scheiben übereinander mit Zwischenschaltung der Isolierschicht angeordnet. Die Fachwelt hatte sich bisher auf diese axiale Stapelung von Scheibcnelektroden zu Funkenstrecken beschränkt.

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Wenn auch diese Funkenstrecken sich in der Praxis für bestimmte Aufgaben bewährt haben (vergl. DE-OS 26 27 648), so ist es demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, bei Beibehaltung der Blitzstromtragfähigkeit weitere Ausgestaltungen und Anwendungsbereiche einer Funkenstrecke mit Gleitentladung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, insbesondere bei einem minimalen Raumbedarf sie dabei in einem Leitungszug anordnen zu können.

Der Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Hierdurch ergibt sich eine Vielzahl von Ausgestaltungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung. Diesbezüglich wird ferner auf die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 10 und auch auf die entsprechenden Ausführungsbeispiele der Figurenbeschreibung verwiesen. Aufgrund des außen gelegenen Luft-Überschlages in Form einer Gleitentladung ist die Blitzstromtragfähigkeit einer solchen Funkenstrecke gewährleistet Insbesondere ist der Raumbedarf einer solchen Funkenstrecke gering. Sie kann koaxial in einem Leitungszug oder in einer koaxialen Anordnung vorgesehen sein. Die vorgenannte Blitzstromtragfähigkeit ist im verstärkten Maße bei Verwendung eines isolierenden Materials gemäß Anspruch 17 gegeben. Ein solches Material wird in der Fachwelt auch »Hartgas« genannt Mit dem Vorteil der sehr raumsparenden koaxialen Anordnung der beiden Elektroden wird zugleich vorteilhafterweise die elektrische Kapazität verringert Bei entsprechender Ausbildung der Elektroden und Vorsorge dafür, daß der Überschlag nur an einer Elektrodenseite stattfindet, kann die Funkenstrekke zugleich auch als Abschottung des Brennraumes von einem anderen Raum dienen (Ansprüche 9 und 10). Die Elektroden bzw. die Funkenstrecke nach der Erfindung sind trotz ihrer relativen Kleinheit sehr stabil und halten die auftretenden Stromkräfte sehr gut aus. Sie können sich nahtlos und symmetrisch in koaxiale Anordnungen einfügen, die ihrerseits weiter der Stabilität und zur Aufnahme von Kräften dienen. Aufgrund der konzentrischen Formgebung und Anordnung der Elektroden ergibt sich der weitere Vorteil, daß der Lichtbogen auf einem Kreis umlaufen kann, so daß trot? der vorteilhaften relativ kompakten Anordnung für den Lichtbogen genügend Platz und Elektrodenfläche zur Verfügung steht Der Elektrodenabbrand ist damit relativ gering. Durch eine Änderung des Durchmessers der aneinander grenzenden Kreisflächen beider Elektroden läßt sich die vorgenannte Brennfläche problemlos ändern. Mit einer größer werdenden Brennfläche erhält man weniger Materialabbrand und eine bessere Kühlung, ohne daß der Gesamtabieiter deswegen größer sein müßte. Mit der Erfindung kann auch der Forderung nach einer stromtragfähigen Kontaktierung der Ableiteranschlüsse Rechnung getragen werden, da z. B. die Elektroden selber die Anschlüsse bilden, oder über eine große Kontaktfläche mit einem der Ableiteranschlüsse in Berührung stehen können.

Eine Funkenstrecke nach der Erfindung kann für sich, gegebenenfalls an den Verwendungszweck adaptiert, hergestellt und dann eingebaut oder angeschlossen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können ferner zur Lösung der Aufgabenstellung auch die Merkmale des Anspruches 11 vorgesehen sein. Die Verwendung schon vorhandener Bauteile und die damit verbundene Integration der Funkenstrecke nach der Erfindung in eine vorhandene Anordnung, Gerät oder dergleichen reduziert zum einen die Herstellungskosten und ergibt ferner eine weitere Verringerung des Raumbedarfes, indem der vom vorhandenen Bauteil sowieso belegte Raum mit verwendet wird.

Weitere Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung und insbesondere des Anspruches J1 ergeben sich aus s den Merkmalen der Ansprüche 12 bis 18, sowie der dazugehörigen Ausführungsbeispiele.

Der Erfindung liegt u. a.die Erkenntnis zugrunde, daß bei Anordnung einer Innenelektrode und einer Außenelektrode die äußere Gleitentladung nicht auf Elektroden begrenzt ist, die über einen vollen Kreisumfang umlaufen (1. Hälfte des Anspruches 2). Auch ist eine Anordnung denkbar, bei der gemäß der zweiten Hälfte des Anspruches 2 sich die Elektroden und die Isolierschicht nur über einen Teilumfang (Segment) eines is Kreises erstrecken.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen. Hieraus sind weitere Vorteile und Merkmale ersichtlich. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 bis 5 zum Teil im Schnitt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung mit Innen- und Außenelektroden,

F i g. 6 und 7 nach der Erfindung mögliche Ausführungsformen für die Anschlüsse solcher Funkenstrekken,

Fig.8 im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Innenelektrode 1 mit einem kreisförmigen Bund 2 und dem Anschluß in Art einer Durchführung dienenden zentrischen Ansätzen 3, deren Längsachse L (Durchführungsachse) senkrecht zum Bund 2 verläuft Der Außenrand des Bundes 2 wird von der kreisförmigen Isolierschicht 4 umgeben, die wiederum von der kreisringförmigen Außenelektrode 5 umschlossen ist Die beiden Elektroden 1,5 und die Isolierschicht sind also zueinander konzentrisch. Der Außenüberschlag (Gleitentladung) kann an beiden Seiten erfolgen, wie es z. B. an Hand der Ziffer 6 im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 dargestellt ist. Um im Ausfuhrungsbeispiel der F i g. 1 den Überschlag auf die in F i g. 1 recht dargestellte Seite zu begrenzen, sind die entsprechenden Flächen der anderen Elektrodenseiten durch eine Isolierschicht 7 abgedeckt. Der Außenüberschlag 6, d. h. die Luft-Gleitüberschlagstelle läuft mit der Isolierschicht konzentrisch um und ist damit konzentrisch zur Innenelektrode 1 sowie zur Außenelektrode S.

Eine Funkenstrecke nach F i g. 1 eignet sich besonders in Form einer sogenannten Durchführung, wobei die Außenelektrode 5 mit ihrer Außenfläche 8 in ein hohles Bauteil, z. B. ein Rohr 9 passend eingesetzt ist. Zum Beispiel kann in solchen Fällen die Funkenstrecke zugleich der Abschottung des in Fig. 1 rechts von ihr befindlichen Brennraumes gegenüber dem links von ihr vorgesehenen Raumes dienen, da sich der Lichtbogen 6 nur auf der rechten Brennraumseite bilden kann. Damit wird der links von der Funkenstrecke befindliche Raum frei von kleinen Partikeln, d. h. sauber gehalten, die sich im rechts von der Funkenstrecke befindlichen Brennraum durch Verdampfung des Elektrodenmaterials bilden können. Der Außenumfang der Außenelektrode S gibt eine gute Kontaktierung zum Rohr 9. Fails die Brennfläche vergrößert werden soll genügt es, die Durchmesser des Bundes 2 und der Isolierschicht 4, sowie den Innendurchmesser der Außenelektrode 5 etwas b5 zu vergrößern. Die Außenelektrode 5 kann in Radialrichtung,d.h.nach außen wirkende Kräftegutaufnehmen. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 sind ebenfalls zwei rohrzylindrischc Elektroden konzentrisch zueinander

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angeordnet, wobei ihre Längsachsen L zusammenfallen. Die Innenelektrode 10 und die Außenelektrode 11 sind jeweils als zylindrische Rohrstücke ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Zwischen ihnen befindet sich — ebenfalls im Form eines zylindrischen Rohrstückes — die Isolierschicht 12.

Wie strichpunktiert angedeutet besteht die Möglichkeit, eine oder mehrere weiterer Außenelektroden W vorzusehen und durch entsprechende, ebenfalls konzentrische Isolierschichten 12' von der nächstinneren Elektrode galvanisch zu trennen. Es findet dann eine Mehrzahl von Gleitentladungen gemäß Ziffer 6 statt. Mit dieser Reihenschaltung wird eine sehr kompakte und wenig Raum benötigende Mehrfach-Funkenstrecke erreicht, deren Löschungsvermögen entsprechend größer ist als die einer Einfach-Funkenstrecke.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 ist eine tellerförmige Scheibe 13 aus Isolierstoff mit mehreren umlaufenden Bunden 14„ 15 vorgesehen, zwischen denen sich die Innenelektrode 16 und die Außenelektrode 17 befinden. Auch hier sind die Bunde 14,15 und die Elektroden 16, 17 konzentrisch, d. h. in der hier nicht dargestellten Draufsicht kreisrund. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist mit strichpunktierten Linien angedeutet, daß mehrere Außenelektroden 17' und weitere Bunde 15',

18 zur Schaffung einer Mehrfach-Funkenstrecke vorgesehen sein können.

Der Isolierstoff kann Glimmer oder dergleichen sein. Bevorzugt besteht er aus dem bereits erläuterten sogenannten Hartgas, z. B. in Form eines thermoplastischen. Wasserstoffgas abgebenden Kunststoffes wie Polyoxymethylen, dessen Blasrichtung in F i g. 3 mit den Pfeilen

19 angedeutet ist Die jeweiligen Isolierschichten (hier die Bunde 14, 15') können über die benachbarten Flächen der Elektroden etwas überstehen. Hierdurch wird die zwischen diesen Flächen entstehende Gleitentladung rascher weggeblasen. Der Abbrand der Flächen ist geringer und der Netzfolgestrom wird besser gelöscht.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.4 und 5 bildet ein langgestreckter Leiter 20, bzw. 20' die Innenelektrode. Er wird kreisringförmig von der Isolierschicht 21 bzw. 21 umgeben, in der sich die Außenelektrode 22 bzw. 22' befindet. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 4 ist die Iso- !ierschicht 21 im Querschnitt etwa U-förmig und in dem Beispiel der F i g. 5 gemäß Ziffer 21' etwa L-förmig. Die konzentrische Isolierschicht 21, bzw. 21' kann mit ihrem jeweiligen Innenschenkel 24 bzw. 24' auf ein Gewinde des Leiters 20, bzw. 20' aufgeschraubt sein. Zur Definition der Lage der Funkenstrecke, bzw. zum Begrenzen des Aufschraubvorganges der Isolierschicht kann der Leiter 20, bzw. 20' am Ende des Gewindes einen schulunsymmetrisch auszugestalten. Dies kann z. B. in der Form geschehen, daß im Ausfuhrungsbeispiel der F i g. 3 sich die Außen- und die Innenelektrode nur über einen Teilumfang des Kreises oder dergleichen erstrecken (nicht dargestellt).

Die Ausführungsbeispiele der Fig.6 und 7 zeigen schematisch die Anschlußmöglichkeiten bei Funkenstrecken nach der Erfindung, wobei die Funkenstrecken jeweils nur als Kasten gezeichnet sind. Im Beispiel der

ίο Fig.6 werden die netzspannungsführenden Zuleitungen 26 durch die Funkenstrecke hindurchgeführt, wobei die Platte 27 die gemeinsame Erdelektrode oder Erdsammeischiene ist, so daß die Ableitungen sich an der den Zuleitungen 26 entgegengesetzten Seite der Platte 27 befinden. Fig.7 schließlich zeigt eine koaxiale Durchführung, wobei der Eingang mit 28 und der Ausgang mit 29 beziffert ist.

Das Ausführungsbeispiel der Fig.8 zeigt eine koaxiale Funkenstrecke für die Einführung eines Koax-Kabels in ein Gerät mit metallenem geerdeten Gehäuse 35, wobei die eine Elektrode mit 30 und die andere Elektrode mit 31 beziffert ist. Zwischen ihnen befindet sich die Isolierschicht 32, hier aus dem sogenannten »Hartgas«. Der Lichtbogen ist wieder mit 6 beziffert und wird in die Kammer 33 hineingeblasen. Diese z. B. für die Blitzschutzsicherung eines Koax-Kabeleinganges vorgesehene Anordnung zeigt besonders deutlich den vollfiächigen Kontakt zwischen der inneren Elektrode 30 und der Koax-Buchsc 34 einerseits, und den

jo ebenfalls vollflächigen elektrischen Kontakt der Außenelektrode 31 mit dem geerdeten Gehäuse 35 und damit elektrisch mit dem Mantel des Koax-Kabels andererseits.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

also eine der Elektroden von einem elektrischen Bauteil selber gebildet das ein Teil der zu schützenden Anlage oder des zu schützenden Gerätes ist Der Leiter 20. bzw. 20' könnte z. R der Innenleiter eines Koax-Kabels sein und dergleichen mehr, wie überhaupt die koaxiale Anordnung in einem koaxialen Leitungszug eine der bevorzugten Ausführungs- oder Anwendungsformen der Erfindung ist Dies ist nicht auf das Ausführungsbeispiel nach diesen F i g. 4 und 5 beschränkt

Wie die Zeichnungen zeigen, bilden die Flächen der beiden Elektroden, zwischen denen die Gieitentladung stattfindet, bevorzugt miteinander einen Winkel von etwa 180°. In Sonderfällen (siehe z. B. F i g. 4 und 5) könnte der Winkel aber auch anders, z. B. wie dort 90° sein.

Es liegt im Bereich der Erfindung, die Elektroden oder die an der Gleitentladung beteiligten Elektrodenteile

Claims

31 Ol Patentansprüche:

1. Funkenstrecke für die Begrenzung von Oberspannungen, wobei zwei Elektroden durch eine ho- s lierung aus festem Material voneinander galvanisch distanziert sind und zwischen ihren Außenseiten oder -flächen außerhalb der Isolierung eine Luftgleitüberschlagstelle bilden, wobei die Elektroden und die Isolierschicht zueinander konzentrisch sind und die Luftgleitüberschlagstelle ebenfalls entsprechend konzentrisch verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode als Innenelektrode (1,10; 16; 20, 20'; 30) und die andere Elektrode als diese umgebende Außenelektrode (5; 11; 17,17'; 22, 22'; 31) ausgebildet ist, wobei der Durchmesser der Innenelektrode kleiner als der Durchmesser der wirksamen Isolierschicht (4; 12, 14, IS; 21, 21'; 32) und der Durchmesser dieser Isolierschicht kleiner als der Durchmesser der Außenelektrode ist

2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Glcitüberschlag beteiligten Teile der Außenelektrode, Innenelektrode und isolierschicht entweder Ober den gesamten Kreisumfang umlaufen, oder sich nur über einen Teilumfang (Segment) eines Kreises erstrecken.

3. Funkenstrecke nach Anspruch t oder 2, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Funkenstrecke für den Einbau zwischen Seele und Mantel eines Koax-Kabels.

4. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine tellerförmige Scheibe (13) aus Isolierstoff mit mindestens einem an einer Seitenfläche umlaufenden Bund (14) und einer innerhalb (16) und einer außerhalb (17) des Bundes gelegenen Elektrode (F i g. 3).

5. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit einem dazwischen befindlichen Luftspalt ineinander steckbare Elektrodenrohre (10,11) und einem im Luftspalt vorgesehenen Rohr (12) aus Isolierstoff vorgesehen sind (F ig. 2).

6. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenelektrode (5) ein Kreisring ist und die Innenelektrode (1) aus in der Längsachse (L) verlaufenden zentrischen Ansätzen (9) und einem sich dazu senkrecht erstreckenden, von der Isolierschicht (4) umgebenen kreisförmigen Bund (2) besteht (F i g. 1).

7. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis so

6, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Elektroden vorgesehen und jeweils durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind (F i g. 2 und 3).

8. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht auf zwei einander entgegengesetzten Stirnflächen der Elektroden (10, 11) mit diesen jeweils eine Luft-Gleitüberschlagstelle (6) bildet (Fig. 2).

9. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Anordnung in μ einem hohlen Bauteil als Abschottung eines auf der einen Funkenstreckenseite befindlichen Brennraumes von einem auf der anderen Funkenstreckenseite befindlichen Raumes dient, wobei nur an den Stirnflächen der Elektroden (1,5) auf der Brennraumseite h5 eine Überschlagstelle vorgesehen ist (F ig. 1).

10. Funkenstrecke nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der von der Außen- und Innenelektrode (5,1,2) gebildeten Stirnflächen von einer Scheibe (7) aus Isoliermaterial gegen Überschläge abgedeckt ist (Fig. 1).

11. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden von einem elektrischen Bauteil der, bzw. des zu schützenden Anlage, bzw. Gerätes gebildet ist

12. Funkenstrecke nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß ein Leiter, z. B. einer Durchführung als Innenelektrode (1; 20, 20') ausgebildet ist (Fig. 1.4,5).

13. Funkenstrecke nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß ein die Elektrode (1; 20,20') bildender Leiter von einer ringförmigen Isolierung (4, 21,21') umgeben ist und diese die ebenfalls ringförmige äußere Elektrode (5,22,2T) prägt (F ig. 1,4,5).

14. Funkenstrecke nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (21,21') eine Innenbohrung mit Innengewinde (24) besitzt, die Ober ein Außengewinde des als Innenelektrode ausgebildeten Leiters (20,20') geschraubt ist (F i g. 4,5).

15. Funkenstrecke nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmige Isolierung (21) im Querschnitt etwa U-förmig oder L-förmig ist, wobei innerhalb des »U« oder in dem nach außen gerichteten Winkel des »L« die äußere Elektrode (22) befestigt ist (Fig. 4,5).

16. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung über die die Überschlagstelle bildenden Außenflächen der Elektroden nach außen hin etwas vorsteht

17. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (4; 12; 14,15; 21,21', 32) aus einem Material besteht, daß bei Erhitzung durch einen Lichtbogen ein diesen nach außen drückendes oder blasendes und damit löschendes Gas abgibt, so daß hierdurch der Netzfolgestrom unterbrochen wird.

18. Verwendung der Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Funkenstrecken mit ihren Endanschlüssen an einer gemeinsamen Sammelschiene oder Platte (27) zusammengefaßt sind, wobei die Zuleitungen (26) durch die als gemeinsame Erdelektrode fungierende Platte oder entsprechende Sammelschiene (27) hindurchgeführt sind (F i g. 6), so daß die Zuleitungen einerseits und die Ableitungen andererseits an einander entgegengesetzten Seiten der Funkenstrecke vorgesehen sind.