WO2012016804A1 - Hörnerfunkenstrecken-blitzstromableiter mit deionkammer - Google Patents

Hörnerfunkenstrecken-blitzstromableiter mit deionkammer Download PDF

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deionkammer
current
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Arnd Ehrhardt
Stefanie Schreiter
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Dehn SE and Co KG
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a Hörnerfunkenrangen-Blitzstromableiter with Deionkam mer for arc quenching in a housing, even in Vietnameseausblasender design, and measures to Eins republic a different behavior of the resulting in a pulse current load arc on the one hand and the Netz Riversidestrom-related arc on the other.
  • a splitter plate arrangement having a plurality of extinguishing balls, which is arranged opposite the connection elements of distal ends of the electrodes at a distance from the ends of the electrodes.
  • the distance of the opposite electrode surfaces of the horn spark gap in the ignition is kept very narrow to prevent unwanted migration of the arc at lightning pulse currents. Furthermore, the arrangement of the opposing electrode surfaces in the ignition region is substantially parallel or has only a very small distance widening in the direction of the end of the horn spark gap.
  • the pressure generated by the arc which arises during the lightning pulse current discharge in Zündbereieh the fun ⁇ kenumble, at flow obstacles before, at or behind the Deionhunt for defined reflection, the force effect of the reflected pressure wave or pressure waves is for further reduction or compensation used the current forces, which would cause undesired movement of the lightning current arc in the direction of Delon combing he.
  • the effectiveness of these pressure reflections to maintain the arc is limited in particular to lightning impulse currents which are caused by lightning and is also limited in time.
  • the duration and the energy content of the flash pulse current controls the intensity and the duration of the effective forces of the reflection front in the Nä taken measures such that in particular the critical high-energy lightning pulse pulse currents are very effectively forced to persist at the ignition.
  • the measures described above can also be used in the case of a completely encapsulated horn spark gap with deion chamber for current limiting of the follow current arc, without the internal gas circulation promoting the mobility of the follow current also driving the Biltz pulse current into the deion chamber.
  • the delayed in such a spark gap gas flow, which hirt to trec through the Deionhunt, is at least partially to the arc running range of the Fun ⁇ ke n st reckezur ü c kg ef ured over deflection means.
  • a trigger electrode can be arranged in the ignition region.
  • the trigger electrode comprises a conductive element, which is surrounded by a sliding distance or having adjacent glides from an iso ⁇ lierenden or bisecting material.
  • the trigger electrode is either inserted at one of the two electrodes in the ignition region or between the two electrodes of the horn spark gap, preferably in the lower region of the ignition region angeord ⁇ net.
  • the sliding sections can be arranged or executed asymmetrically.
  • the special configuration of the ignition region and the utilization of the pressure reflection in the interior of the lightning arrester ensure that the forces due to the current amplitude are minimized to the lightning impulse current.
  • the pulse current arc tends to be diffuse at the beginning of its formation. This behavior favors the existence of multiple arc bases and a not yet heavily contracted arc. Too much constriction or cooling of the arc by adjacent elements such as sliding aids, a housing wall, ceramic plates or the like within the initial phase of the arc increases the power conversion in the plasma and the arc is converted more quickly to the state of a thermal plasma. In this state, the arc contraction is much more pronounced and the arc is more exposed to the forces acting on it, which favor an undesirable migration during loading with impressed lightning impulse currents.
  • the above-mentioned effect is counteracted by reducing the distance of the electrodes in the ignition region to a value of less than 1.2 mm, preferably 0.8 mm.
  • the active electrode surfaces are approximately equally spaced within the firing range. This approximate Gieichbeab Perung is especially in the area above the ignition in the arc direction. Due to the low initial expansion, ie. the minimal change in distance between the diverging electrodes prevents or eliminates sagging of the arc. The amount of initial widening of the distance between the divergent electrodes should be at most 50%.
  • the width of the active electrode surface is set in a preferred embodiment with at least 2 mm. For pulse currents up to 50 kA, an active electrode width of 2 mm to 6 mm is preferred and sufficient.
  • the force effect which leads to an undesirable migration of the arc in the Deionhuntn can be reduced, especially in the arc phase before reaching the thermal equilibrium.
  • the thermal time constant of the arc in air can thus be about 10 ps to 100 ps. Since the contraction of the pulsed current-induced arc can not be infinitely delayed by the measures mentioned, the arc will contract at the latest in the back of the lightning impulse after reaching the thermal equilibrium and be exposed to an increased force effect.
  • this can serve to increase the flow resistance in the inlet region of the Deionhunt, but also the resistance of the flow in the venting Deionkam mer.
  • the propagation speed of the pressure wave has to be taken into account in the respective medium.
  • the first reflected pressure wave should not necessarily hit the arc before it reaches its own material-dependent self-persistent time of up to several 10 ⁇ s. Times significantly greater than 100 ⁇ s or times greater than the remindbwertzeit the Biitzstrornimpulses it should be avoided.
  • Fig. 1a is a schematic diagram of the horn spark gap lightning current arrester according to the invention with arrangement of the horns and principal exhibition of the deion chamber;
  • Fig. 1b shows a detailed representation of the ignition range of the electrodes of the horn spark gap
  • Fig. 2 is a side view of the presen- tation of FIG. La with indicated
  • Fig. 3 shows the superimposition of current and voltage curves of a conventional encapsulated Hörner spark gap with Deionhunt at pulse E and net follow current load F;
  • Fig. 4 is a representation similar to that of FIG. 3, but current and
  • Fig. 5 is a representation of the ignition range of the horn spark gap with
  • Trigger electrode which is introduced into one of the electrodes of the spark horn, and a representation of the ignition range of the horn spark gap Blitzstromableiteran extract invention with a trigger electrode between the two slightly diverging main electrodes.
  • the basic embodiment of the invented ⁇ proper Hörnerfunkenrangen- Blitzstromableiteran Aunt is nachvol lziehbar.
  • the spark gap arrangement is in this case integrated into a series installation housing 1 and has two connection terminals 2.
  • the spark gap has two low-divergent electrodes 3 and 4 with recesses 5 for gas circulation and follow-current arc flow.
  • the deion chamber 6 With openings for gas circulation.
  • the running range of the arc between the ignition region (see detail illustration according to FIG. 1b) and the deion chamber 6 is bounded laterally by insulating plates (see FIG. 2, reference number 8).
  • the Deionhunt 6 preferably has ei ne mutual ventilation of the individual Deionkam merabroughe. These openings are placed both laterally and on the front side of the Deionhunt 6.
  • the gases are returned to the running region of the spark gap via the mentioned lateral recesses 5 in the electrodes 3 and 4.
  • These lateral flow openings or recesses 5 lie above the region in which the arc stagnates during a load with a lightning impulse current (see FIG. 1b).
  • the effluent from the Deionhunt 6 amount of gas is divided by a splitter 7 into several individual gas streams ⁇ .
  • This splitter 7 also prevents a direct gas flow from the Deionhunt 6 in the lateral recesses 5, whereby no heated and / or ionized gases are returned to the running area even with very strong arcing loads. In addition, the supply of burnout products or corresponding combustion particles is prevented.
  • the splitter 7 can be executed, for example, as an angled small partition wall and is located in the region for gas relaxation, ie. in the area in which gases from the running area and the arc chamber to flow.
  • the splitter 7 serves in this area as a separating or deflecting wall for the gases which are still supplied from the arc chamber at a high temperature and which are fed back to the arc heating area by bilateral grooves in the electrodes.
  • the relatively direct gas flow from the arc chamber is focused on the splitter and is divided into two flows with longer path among other things for Abkühlu ng and distribution in terms of a diffuse flow, both of which reach the gas supply openings in the electrode area.
  • the still heated gas is divided on both sides into two flows, cooled and additionally prevents the introduction of loose, conductive particles in the electrode area.
  • the existing splitters assist the even distribution of the cooled gases on all return flow openings in the arc opening area. This even division is of great importance for optimal support of the follow-up current of the follow-current arc. When using, for example, only one return opening, the relatively narrow follow-current arc could easily elude the motion-supporting effect of the targeted internal gas circulation.
  • the splitter thus supports the primary fundamental tonality for the encapsulation of the horn spark gap, namely the internal targeted gas circulation for the performance of the flow behavior of the follow-current arc and thus the follow current limiting and deletion.
  • the cross-section of the recesses 5 in the electrodes is selected to be very small compared to the vent openings of the Deionhunt 6 and be ⁇ contributes less than 10% of the opening cross section of the vents at a game at ⁇ adhere real ization.
  • Fig. Lb shows the ignition range of the arc, which forms between the electrodes 3 and 4 below the recesses 5 for the gas circulation, in detail.
  • the ignition of the arc can be active or passive.
  • the arc arises here between the two electrodes 3 and 4 in the area A.
  • the distance of the electrodes in the region A is in the embodiment between 0.8 mm to 1.2 mm.
  • the area in which the arc remains during a load by lightning impulse current extends maximally up to the area B.
  • the widening of the distance of the diverging electrodes is opposite to the area A at the place B maximally 50%.
  • the resulting electrode surface between the regions A and B corresponds to at least the surface which results from the quotient of the maximum amplification ⁇ tude of the injected pulse current and the preferred current density of 1 kA / mm 2.
  • Fig. 2 shows the cross section of the Deionhunt as well as the positioning of preferred reflection areas.
  • the arc running range is limited by insulating cover plates 8.
  • the net follow-current arc 9 runs along the divergent electric ⁇ the 3, 4 to the inlet region C of the Deionkam mer 6 and then divides into the individual chamber sections.
  • the Deionhunt 6 has lateral and frontal Entl ventilation openings (arrow representations) through which the areas between the individual sheets with V-shaped cut of the Deionhunt are alternately vented.
  • the individual sheets with V-shaped incision are dashed lines within the Deionhunt 6 represents.
  • On the front side of the Deionhunt the vent is divided in the axial Rich ⁇ tion of the chamber by an insulating web 10.
  • the flow resistance in the inlet region C of the Deionhunt 6 can be influenced in addition to the choice of the distance of the individual sheets, the design of the V-shaped notch and the distance of the respective first individual plate of the Deionhunt to the respective electrodes or baffles 3, 4 also by further measures ,
  • V-shaped indentations of the Deionhunt can additionally be dammed by means of insulation.
  • the flow resistance in the vent region D of the deion chamber 6 can be influenced and specified by the number, size and shape of the vent openings.
  • the flow resistance can also be changed by the volume and the geometry of the return flow channels next to and above the deion chamber 6.
  • both the reflection of the pressure wave in the inlet region C and in the venting D for promoting the persistence of the pulsed current arc un indirectly in the vicinity of the ignition range (see Fig. Lb) of the electrodes 3, 4.
  • Decisive for the selection of the cheaper Reflection range are according to the design of the Spark gap the requirements regarding the pulse load capacity and the extinguishing capacity at mains follow current.
  • the measures presented invention effect a secure Ver ⁇ wait of lightning pulse currents with Verweilzetten of several ms in the ignition ⁇ area between sections A and B of the radio link.
  • FIG. Figure 3 shows a superposition of current (bottom) and voltage traces (top) of a conventional encapsulated horn gap with deion chamber at impulse (E) and line sequential noise (F).
  • the arc according to the invention When loaded with a pulse current (E), the arc according to the invention remains in the ignition range of the two electrodes, so that the thermal and dynamic loading of the entire spark gap on a fraction of the load of a spark gap corresponding to the curves of FIG. 3 reduced by a significantly lower arc voltage.
  • E pulse current
  • the energy conversion is reduced at a pulse load of 25 kA pulse shape 10/350 [is at least a factor of 10 compared to a spark gap without corresponding radio zone separation with respect to mains follower and lightning impulse.
  • the energy conversion which charges the encapsulation 100% to all parts of the spark gap can be drastically reduced.
  • a reduction of the size is possible and it is the design effort less.
  • simpler and therefore cheaper materials can be used.
  • the design of the ignition region is effected in another embodiment via the use of a trigger electrode.
  • 6 can be used on a version as an air gap according to Fig. 5 and / or Gieitfunkenrange of FIG.
  • the Fig. 5 shows an embodiment with trigger electrode 11 in the ignition region.
  • the trigger electrode 11 and the sliding section 12 are guided into a recess inside or laterally on one of the two main electrodes 3, 4.
  • This variant is suitable in particular for a slide-free design of the spark gap between the two main electrodes 3, 4.
  • the ignition arrangement shown in FIG. 5 is also thermally and by the erosion-resistant electrode material of the corresponding main electrode mechanically very well protected and thus particularly resistant to aging. This is for the presented embodiment of the horn spark gap of particular advantage, since the persistence of the pulsed current arc in the ignition region and the trigger electrode loaded more. With the presented embodiment of the arrangement of the trigger electrode, it is also particularly easy to realize the necessary for the presented embodiments, small distance between the two main electrodes 3, 4 with very good insulation values.
  • a lateral arrangement of the trigger electrode is also conceivable.
  • the trigger electrode 11 is located between the two main electrodes 3 and 4.
  • the trigger electrode 11 is arranged within two sliding sections 13, 14.
  • a vertical elevation and / or thicker design of a sliding section 14 can also be selected. This also results in an improvement of the insulation value.
  • An embodiment of one or both sliding sections as an air gap is also within the meaning of the invention.
  • an increased ignition voltage is provided by using an ignition transformer.
  • electrically conductive material as a rollover aid basically only one voltage switching element is required.
  • the ignition delay time of the total spark gap can be chosen to be very small if required because of the small distances of the two main electrodes 3, 4, as a result of which the energetic load and thus also the size are also selected is very low.
  • the short distance of the main electrodes also ensures, for example in the event of failure of the trigger circuit, the function of a passive Abieiters at a maximum protection level of 4 kV,

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  • Plasma Technology (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit Deionkammer (6) zur Lichtbogenlöschung in einem Gehäuse (1) und Steuerung der internen Gasströmung zur Einstellung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrombelastung entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des Netzfolgestrom-bedingten Lichtbogens andererseits. Hierfür ist der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen der Hörnerfunkenstrecke im Zündbereich sehr eng gehalten und es liegt nur eine geringe Abstandsaufweitung in Richtung des Endes der Hörnerfunkenstrecke vor, um eine unerwünschte Wanderung des Lichtbogens bei Blitzimpulsströmen zu verhindern. Weiterhin ist eine Gaszirkulation derart vorgesehen, dass die durch den Blitzimpulsstrombedingten Lichtbogen erzeugte Druckwelle von der Deionkammer (6) und/oder Strömungshindernissen reflektiert wird und der Lichtbogenbewegung entgegenwirkt. Ein zeitlich verzögerter Gasstrom, welcher durch die Deionkammer (6) hindurch tritt, wird über Umlenkmittel mindestens teilweise zum Zündbereich zurückgeführt und zu in den Elektroden vorhandenen Strömungsöffnungen geführt, um die Lichtbogenbewegung (9) bei Netz - Folgestrom in Richtung Deionkammer (6) zu unterstützen, wobei hierfür die Strömungsöffnungen oberhalb des Zündbereichs in Richtung Deionkammer (6) befindlich sind.

Description

Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit Deionkammer
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit Deionkam mer zur Lichtbogenlöschung in einem Gehäuse, auch in nichtaus- blasender Bauform, und Maßnahmen zur Einsteilung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrombelastung entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des Netzfolgestrom-bedingten Lichtbogens andererseits.
Aus der DE 44 35 968 C2 ist ein Überspannungsschutzelement zur Ableitung von tra nsienten Überspannungen auf der Basis einer Hörnerfunkenstrecke vorbekannt. Dort weist jede Elektrode der Hörnerfunkenstrecke ein Anschlusselement und ein Funkenhorn auf, wobei die Funkenhörner der mit Abstand zueinander angeordneten Elektroden eine Luft-Durchschlag-Funken- strecke bilden. Weiterhin ist innerhalb des Gehäuse des Überspannungs- schutzeiements eine eine Mehrzahl von Löschbfechen aufweisende Löschblech-Anordnung vorgesehen, welche gegenüber den Anschlusselementen fernen Enden der Elektroden mit Abstand zu den Enden der Elektroden angeordnet ist.
Die vorbekannte Funkenstrecke ist ausblasend ausgeführt und erfordert hierdurch aufwendige und raumgreifende Schutzmaßnahmen . Zur Realisierung einer ausreichenden Strombegrenzung sowie Alterungsstabilität hinsichtlich der auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen weist die Funkenstrecke nach DE 44 35 968 C2 eine Aufteilung des Lichtbogens auf, und zwar unter Nutzung von zwei Deionkammern, was ebenfalls zu zusätzlichen Kosten führt. Es besteht die Anforderung an moderne Blitzstromableiter in Reiheneinbaugehäusen für Niederspannungsanwendungen, diese gekapselt auszuführen. Derartige Blitzstromableiter müssen ein hohes Netz- Folgestrom löschvermögen sowie eine hohe Netz-Folgestrom begrenzung besitzen .
In der EP 1 535 378 Bl oder der EP 0 860 918 Bl sind blitzstromtragfähige Funkenstrecke mit Deionkam mern für Reiheneinbaugeräte gezeigt, welche ausblasend ausgeführt si nd, bei denen jedoch die austretenden Gase mindestens teilweise entionisiert werden . Auch besitzen diese Funkenstrecken keine Möglichkeit einer Funktionsaufteiiung zwischen auftretenden Impuls- und Netzfolgeströmen.
Grundsätzlich ist der Einsatz des im Niederspannungsbereich verbreiteten Prinzips zur Netzfolgestrombegrenzung m ittels Deionkammern bei Blitzstromableitern problematisch . Die wirksame Netz-Folgestrombegrenzung bei dem Einsatz von Deionkammern beruht a uf dem raschen Einlaufen des Lichtbogens in die entsprechende Löschkam mer. Die Zeit bis zum Einlaufen in die Löschkammer ist klein, wenn eine geringe Distanz zwischen Zündstelie und Deion- kammer und eine hohe Lichtbogenlaufgeschwindigkeit realisierbar ist. Die Laufgeschwindigkeit des Lichtbogens ist jedoch von zahlreichen Parametern abhä ngig, und zwar unter anderem vom Material der Elektroden, dem Strömungswiderstand, der Anordnung und den entsprechenden Kräften, welche auf den Lichtbogen wirken,
Da bei dem Ziel einer starken Netz-Foigestrombegrenzung die Höhe des Augenblickswerts des Netz-Folgestroms stets kleiner als die Höhe der eingeprägten Impulsströme sein muss, entsteht insofern ein Widerspruch, da die unterstützenden Kräfte der Lichtbogenbewegung mit der Höhe des Stroms entsprechend der Lorentz-Regel ansteigen.
Bei bekannten Hörnerfunkenstrecken führt dies dazu, dass bei einem raschen Einlaufen des Netz-Folgestrom-Lichtbogens in die Löschkammer und einer gu¬ ten Netz-Folgestrombegrenzung auch die länger andauernden Impulsströme und somit auch die energiereichen Bf itzimpulsströme ebenfalls in die Deion- kammer einlaufen . Es muss also die verwendete Deionkammer bezüglich der eingeprägten Impulsströme thermisch und entsprechend dynamisch ausgelegt sein .
Durch die Aufteilung in mehrere Teiilichtbögen wird die Lichtbogenspannung und somit der Leitungsumsatz einer entsprechenden Hörnerfunkenstrecke deutlich erhöht, da es bei den eingeprägten Impulsströmen zu keiner Strombegrenzung kommt. Die Belastung aller Teile des Abieiters ist daher deutlich verstärkt. Selbiges ist bei einer gekapselten Anordnung besonders kritisch, da der Leästungsumsatz vollständig innerhalb des Abieiters erfolgt. Im Gegensatz dazu wird bei ausblasenden Abieitern bis zu 90% des Leistungsumsatzes an die Umgebung abgegeben.
Eine Alternative, dieser starken Belastung innerhalb des Abieiters entgegen zu wirken, ist die zeitliche Verzögerung des Einlaufens des Lichtbogens in die Kammer durch erhöhte Abstände bzw. Distanzen. Hierdurch kann zwar das Einlaufen des Impulsstrom-Lichtbogens in die Lichtbogenkammer verhindert werden, jedoch ist die sich hierbei ergebende Netz-Foigestrombegrenzung nicht akzeptabel. Diesbezüglich sei auf die DE 24 19 731 B2 verwiesen.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromabieiter mit Deionkammer anzugeben, welcher einerseits eine optimale Netz-Folgestrom begrenzung aufweist und der andererseits das Einlaufen von eingeprägten Impulsströmen mit hoher Stromamplitude in die Deionkam mer vermeidet, so dass eine hohe Lebensdauer und Alterungsbeständigkeit gegeben ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darsteilen .
Es werden bei dem erfindungsgemäßen Hörnerfunkenstrecken-Blitzstrom- ableiter, auch in nichtausblasender Bauform, unterschiedliche Lichtbogen¬ verhalten bei Netz-Folge- und Impulsströmen bewirkt. Hierdurch ist eine kostengü nstige und platzsparende Auslegu ng der Deionkammer sowie der Hörnerelektroden, die Reduzierung der thermischen und mechanischen Belastung des Abieiters, eine Verringerung des Aufwands zur Vermeidung von Ausblaserscheinungen sowie der Erhöh ung der Lebensdauer mögl ich . Auch ist eine einfache preiswerte und platzsparende Anordnung einer Zündhilfe in Form einer Triggerelektrode realisierbar.
Es gelingt mit der erfindungsgemäßen Lösung, die Belastung der Deiortkam- mer infolge der eingeprägten Blitzstoßstrome zu reduzieren bis ganz zu vermelden. Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer nicht- ausblasenden, d .h. gekapselten Hörnerfunkenstrecke durch die besondere Gestaltung des Zündbereichs und die bewusste Steuerung der Druckreflexionen Innerhalb der Funkenstrecke der Impulsstrom-Lichtbogen im: Zündbereich der Hörnerelektroden quasi fixiert, wahrend der Netz-Folgestrom-Lichtbogen innerhalb einer deutlich kürzeren Zeitdauer in die üchtbogenkarnmer einlaufen kann und begrenzt wird.
Es wird erfindungsgemäß von einem Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter mit De Ion kämme r zur Lichtbogenlöschung in einem Gehäuse in nichtaus- blasender Bauform und Steuerung der internen Gasström ung zur Einstellung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrornbelastung entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des Netz-Folgestrorn-bedingten Lichtbogens andererseits ausgegangen.
Hierfür ist der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen der Hörnerfunkenstrecke im Zündbereich sehr eng gehalten, um eine unerwünschte Wanderung des Lichtbogens bei Blitzimpulsströmen zu verhindern. Weiterhin verläuft die Anordnung der sich gegenüberliegenden Elektrodenflächen im Zündbereich im Wesentlichen parallel oder besitzt nur eine sehr geringe Abstandsaufweitung in Richtung des Endes der Hörnerfunkenstrecke, Durch diese geometrischn Maßnahmen im Zündbereich wird die Kraftwirkung auf den Impulsstrom-Lichtbögen minimiert. Zusätzlich werden die durch den Lichtbogen, welcher bei der Blitzimpulsstromentladung im Zündbereieh der Fun¬ kenstrecke entsteht, erzeugten Druckweilen an Strömungshindernissen vor, an oder auch hinter der Deionkammer zur definierten Reflexion gebracht, Die Kraftwirkung der reflektierten Druckwelle bzw. Druckwellen wird zur weiteren Reduzierung oder Kompensation der Stromkräfte genutzt, welche eine unerwünschte Bewegung des Blitzimpulsstrom-Lichtbogens in Richtung der Delon- kämm er bewirken würden . Die Wirksamkeit dieser Druckreflexionen zum Verharren des Lichtbogens beschränkt sich insbesondere auf blitzbedingte Im- pulsstroßströme und ist auch zeitlich begrenzt. Durch die Höhe, die Dauer und den Energiegehalt des Blitzimpulsstroms steuert sich die Intensität und die Zeitdauer der wirksamen Kräfte der Reflexionsfront bei den ergriffenen Naßnahmen derart, dass insbesondere die kritischen energiereichen Blitzim- pulsstoßströme sehr effektiv zum Verharren am Zündort gezwungen werden .
Die vorstehend erläuterten Maßnahmen können auch bei einer vollständig gekapselten Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer zur Strombegrenzung des Folgestromlichtbogens eingesetzt werden,, ohne dass die, die Beweglichkeit des Folgestroms fördernde, interne Gaszirkulation auch den Biltzimpulsstoß- strom in die Deionkammer treibt. Der bei einer solchen Funkenstrecke zeitlich verzögerte Gasstrom, welcher durch die Deionkammer hirtdurchtritt, wird über Umlenkmittel mindestens teilweise zum Lichtbogenlaufbereich der Fun¬ ke n st r e c k e z u r ü c kg e f ü h rt .
Wie bereits dargelegt, ist im Zündbereich eine Triggereiektrode anordenbar.
Die Triggerelektrode umfasst ein leitfähiges Element, welches von einer Gleitstrecke umgeben ist oder das benachbarte Gleitstrecken aus einem iso¬ lierenden oder halbierenden Material aufweist.
Die Triggerelektrode ist entweder an einer der beiden Elektroden im Zünd- bereich eingesetzt oder zwischen den beiden Elektroden der Hörnerfunkenstrecke, und zwar bevorzugt im unteren Bereich des Zündbereichs angeord¬ net.
Die Gleitstrecken können asymmetrisch angeordnet bzw. ausgeführt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die spezielle Gestaltung des Zündbereichs und der Ausnutzung der Druckreflexion im Inneren des Blitz- stromableiters erreicht, dass die Kräfte infolge der Stromamplitude auf den Blitzimpulsstrom minimiert sind,
Der Impulsstrom- Lichtbogen neigt zu Beginn seiner Entstehung zu einem diffusen Verhalten . Dieses Verhalten begünstigt die Existenz mehrerer Lichtbogenfußpunkte und einen noch nicht stark kontrahierten Lichtbogen. Durch eine zu starke Einengung bzw. Kühlung des Lichtbogens durch angrenzende Elemente wie Gleithilfen, einer Gehäusewand, Keramikplatten oder dergleichen innerhalb der Anfangsphase des Lichtbogens erhöht sich der Leistungsumsatz im Plasma und der Lichtbogen wird schneller in den Zustand eines thermischen Plasmas überführt. In diesem Zustand ist die Lichtbogen- Kontraktion deutlich stärker ausgeprägt und der Lichtbogen ist den auf ihn wirkenden Kräften stärker ausgesetzt, welche eine unerwünschte Wanderung während der Belastung mit eingeprägten Blitzimpulsströmen begünstigen .
Dem oben genannte Effekt wird durch Reduzierung des Abstands der Elektroden im Zündbereich auf einen Wert kleiner 1,2 mm, vorzugsweise 0,8 mm, entgegengewirkt. Darüber hinaus sind die aktiven Eiektrodenflächen innerhalb des Zündbereichs annähernd gleich beabstandet. Diese annähernde Gieichbeabstandung liegt insbesondere im Bereich oberhalb der Zündstelle in Lichtbogenlaufrichtung vor. Durch die geringe Anfangsaufweitung, d .h. durch die minimale Abstandsveränderung zwischen den divergierenden Elektroden wird das Herauslaufen des Lichtbogens verhindert oder ei ngesch ränkt. Das Maß der Anfangsaufweitung des Abstands zwischen den divergierenden Elektroden soll maximal 50% betragen.
Die Breite der aktiven Elektrodenfiäche ist bei einer bevorzugten Ausführungsform mit mindestens 2 mm angesetzt. Bei Impulsströmen bis zu 50 kA ist eine aktive Elektrodenbreite von 2 mm bis 6 mm bevorzugt und ausreichend.
Es wurde festgestellt, dass eine Stromdichte kleiner als 2 kA/mm2, vorzugsweise 1 kA/mm2 bezogen auf die Amplitude des eingeprägten Impulsstroms bei den Bedingungen einer normalen Luftatmosphäre zu realisieren ist, um eine Einschnürung des Lichtbogens im Entstehungsbereich konstruktiv zu vermeiden.
Durch eine ausreichend große Elektrodenfläche, eine geringe Einschnürung und eine geringe Lichtbogenlänge kann insbesondere in der Lichtbogenphase vor Erreichen des thermischen Gleichgewichts die Kraftwirkung, die zu einem unerwünschten Wandern des Lichtbogens in die Deionkammern führt, reduziert werden. Die thermische Zeitkonstante des Lichtbogens in Luft kann somit ca. 10 ps bis 100 ps betragen . Da die Kontraktion des Impulsstrom-bedingten Lichtbogens durch die genannten Maßnahmen nicht unendlich verzögert werden kann, wird der Lichtbogen spätestens Im Rücken des Blitzimpulses nach dem Erreichen des thermischen Gleichgewichts kontrahieren und einer verstärkten Kraftwirkung ausgesetzt sein. In dieser kritischen Phase wirkt erfindungsgemäß die Reflexion der Druckwelle durch die vorgestellte beschriebene Anordnung von Strörmmgs- hindernissen innerhalb der Gaszirkulation , Neben der Reduzierung der Wirkung der Stromkräfte innerhalb der Hörneranordnung für den impulsstrom-Lichtbogen wird beim vorgestellten Ableiter mit interner Gaszirkulation der Strömungsquerschnitt und der Strömungswiderstand so gestaltet, dass die Reflexion der durch den Impulsstrom selbst erzeugten Druckwelle der Bewegung des Lichtbogens entgegenwirkt.
Als Reflexionsfront kann hierzu die Erhöhung des Strömungswiderstands im Einlaufbereich der Deionkammer, aber auch der Widerstand der Strömung bei der Entlüftung der Deionkam mer dienen.
Um die Wirkung der Druckreflexion optimal zu gestalten ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle Im jeweiligen Medium zu berücksichtigen. Die erste reflektierte Druckwelle sollte den Lichtbogen dabei nicht unbedingt vor dem Erreichen der unter anderem materialabhängigen Eigenverharrzeit von bis zu mehreren 10 μs treffen. Zeiten deutlich größer 100 μs bzw. Zeiten größer als die Rückbaibwertzeit des Biitzstrornimpulses gilt es zu vermeiden .
Durch die geometrische Gestaltung im Zündbereich der Funkenstrecke wirken, wie bereits erläutert, nur noch minimale Kräfte auf den Blitzimpulsstrom- Lichtbogen, welche eine Bewegung des Lichtbogens In Richtung der Deionkammer bewirken würden . Die an dem oder den Strömungshindernissen erzeugten Reflexionen führen zu Druckwellen, welche den Blitzimpulsstrom- Lichtbogen spätestens nach der Eigenverharrzeit erreichen und möglichst auch bis zum Erreichen der Rückenhaibwertszeit des Imspulsstroms wirksam sind, sowie durch ihre entgegengesetzte Kraftwirkung die den Lichtbogen antreibenden Kräfte ausreichend kompensieren können . Um dieses Ziel zu erreichen, können Reflexionswellen an einem oder mehreren entsprechend des Strömungswegs gestaffelten Strömungshindernissen bewusst erzeugt werden. Durch diese Maßnahmen können Drückreflexionen mit unterschiedlichen Laufzeiten oder Frequenzen erzeugt und deren zeitlich gestaffelten Einzel¬ kräfte oder auch eine Überlagerung dieser Kräfte über den kritischen Zeitraum genutzt werden .
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figu ren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen :
Fig . la eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Hörnerfunken- strecken-Blitzstromableiters mit Anordnung der Hörner und prinzipielle Ausstellung der Deionkammer;
Fig . lb eine Detaildarstellung des Zündbereichs der Elektroden der Hörner- funkenstrecke;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Darstel lung gemäß Fig. la mit angedeuteter
Gasström ung zurück zu den Strömungsöffnungen in den Elektroden der Hörnerfunkenstrecke;
Fig. 3 die Überlagerung von Strom- und Spannungsverläufen einer üblichen gekapselten Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer bei Impuls E u nd Netz-Folgestrombelastung F;
Fig. 4 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 3, jedoch Strom- und
Spannungsverläufe der erfindungsgemäßen Hörnerfunkenstrecke;
Fig. 5 eine Darstellung des Zündbereichs der Hörnerfunkenstrecke mit
Triggerelektrode, die in eine der Elektroden des Funkenhorns eingebracht ist, und eine Darstellung des Zündbereichs der erfindungsgemäßen Hörner- funkenstrecken-Blitzstromableiteranordnung mit einer Triggerelektrode zwischen den beiden leicht divergierenden Hauptelektroden.
Anhand der Fig. la ist die prinzipielle Ausführungsform der erfindungs¬ gemäßen Hörnerfunkenstrecken- Blitzstromableiteranordnung nachvol lziehbar. Die Funkenstreckenanordnung ist hierbei in ein Reiheneinbaugehäuse 1 integriert und besitzt zwei Anschlussklemmen 2.
Die Funkenstrecke weist zwei gering divergierende Elektroden 3 und 4 mit Ausnehmungen 5 für die Gaszirkulation und Folgestrom- Lichtbogenbeströmung auf.
Zwischen den stark divergierenden Abschnitten der Elektroden 3 und 4 in deren Endbereich befindet sich die Deionkammer 6 mit Öffnungen zur Gaszirku- lation.
Der Laufbereich des Lichtbogens zwischen dem Zündbereich (siehe Detaildarstellung nach Fig . lb) und der Deionkammer 6 wird seitlich von isolierenden Platten begrenzt (siehe Fig . 2, Bezugszeichen 8).
Die Deionkammer 6 besitzt bevorzugt ei ne wechselseitige Entlüftung der einzelnen Deionkam merabschnitte. Diese Öffnungen sind sowohl seitlich als auch an der Stirnseite der Deionkammer 6 platziert.
Die Gase werden in den Laufbereich der Funkenstrecke über die erwähnten seitlichen Ausnehmungen 5 in den Elektroden 3 und 4 zurückgeführt. Diese seitlichen Strömungsöffnungen oder Ausnehmungen 5 liegen dabei oberhalb des Bereichs, in welchem der Lichtbogen während einer Belastung mit einem Blitzimpulsstrom stagniert (siehe Fig. lb) .
Zur gezielten Aufteilung der rückströmenden Gase auf die einzel nen Ausnehmungen oder Strömungsöffnungen 5 zur besseren Unterstützung der Lichtbogenbewegung bei Netz-Folgestrom wird die aus der Deionkammer 6 ausströmende Gasmenge durch einen Splitter 7 in mehrere einzelne Gasströme auf¬ geteilt.
Dieser Splitter 7 verhindert zudem einen direkten Gasstrom aus der Deionkammer 6 in die seitlichen Ausnehmungen 5, wodurch auch bei sehr starken Lichtbogenbelastungen keine noch erhitzten und/oder ionisierten Gase in den Laufbereich zurückgeführt werden . Außerdem wird die Zuführung von Ab- brandprodukten bzw. entsprechenden Abbrandpartikeln unterbunden . Der Splitter 7 ist beispielsweise als abgewinkelte kleine Trennwand ausführbar und befindet sich im Bereich zur Gasentspannung, d.h . in dem Bereich, in welchen Gase aus dem Laufbereich und der Lichtbogenkammer einströmen . Der Splitter 7 dient in diesem Bereich ais Trenn- bzw. Umlenkwand für die Gase, weiche aus der Lichtbogenkammer noch mit hoher Temperatur zugeführt werden und die dem Lichtbogeniaufbereich durch beidseitige N uten in den Elektroden wieder zugeführt werden . Der relativ direkte Gasstrom aus der Lichtbogenkammer trifft gebündelt auf den Splitter und wird in zwei Strömungen mit längerem Weg unter anderem zur Abkühlu ng und Verteilung im Sinne einer diffusen Strömung unterteilt, welche beide in die Gaszuführungsöffnungen im Elektrodenbereich gelangen. Es wird also das noch erhitzte Gas beidseitig in zwei Strömungen aufgeteilt, gekühlt und zusätzlich das Einbringen von losen, leitenden Partikeln in den Elektrodenbereich verhindert. Die vorhandenen Splitter unterstützen die gleichmäßige Aufteilung der abgekühlten Gase auf al le Rückströmungsöffnungen in dem Lichtbogeniaufbereich . Diese gleichmäßige Aufteilung ist für eine optimale Unterstützung des Laufverhaltens des Folgestrom-Lichtbogens von hoher Bedeutung. Bei der Nutzung von z.B. nur einer Rückführungsöffnung könnte sich der relativ schmale Folgestrom-Lichtbogen leicht der beweg ungsunterstützenden Wirkung der zielgerichteten internen Gaszirkulation entziehen. Dies würde kontraproduktiv zu sehr langen Laufzeiten des Lichtbogens vom Zündort bis zur Lichtbogenkammer oder sogar zum Verharren des Lichtbogens führen, wodurch ein Versagen der Funkenstrecke möglich wäre. Der Splitter unterstützt also die primäre Grundfunkttonalität für die Kapselu ng der Hörnerfunkenstre- cke, nämlich die interne zielgerichtete Gaszirkulation zur Gewäh rleistung des Laufverhaitens des Folgestrom-Lichtbogens und somit der Folgestrombegrenzung und -löschung .
Der Querschnitt der Ausnehmungen 5 in den Elektroden ist im Vergleich zu den Entlüftungsöffnungen der Deionkammer 6 sehr gering gewählt und be¬ trägt kleiner 10 % des Öffnungsquerschnitts der Entlüftungen bei einer bei¬ spielhaften Real isierung.
Die Fig. lb zeigt den Zündbereich des Lichtbogens, der sich zwischen den Elektroden 3 und 4 unterhalb der Ausnehmungen 5 für die Gaszirkulation ausbildet, im Detail . Die Zündung des Lichtbogens kann aktiv oder passiv erfolgen.
Der Lichtbogen entsteht hierbei zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 im Bereich A.
Der Abstand der Elektroden im Bereich A liegt bei dem Ausführungsbeispiel zwischen 0,8 mm bis 1,2 mm .
Die Fläche, in der der Lichtbogen während einer Belastung durch Blitzimpulsstrom verharrt, erstreckt sich maximal bis zum Bereich B. Die Aufweitung des Abstands der divergierenden Elektroden beträgt gegenüber dem Bereich A an der Stelle B maximal 50%.
Die resultierende Elektrodenfläche zwischen den Bereichen A und B entspricht im Minimum der Fläche, welche sich aus dem Quotient der maximalen Ampli¬ tude des eingeprägten Impulsstroms und der vorzugsweisen Stromdichte von 1 kA/m m2 ergibt.
Die Fig. 2 zeigt den Querschnitt der Deionkammer sowie die Positionierung bevorzugter Reflexionsbereiche.
Auch hier wird wiederum von einem Reihenei nbaugehäuse 1 mit einer Funkenstrecke und der sichtbaren Elektrode 4 sowie seitlichen Ausnehmungen 5 für die Gaszirkulation zwischen der Deionkammer 6 und dem Lichtbogenlaufbereich ausgegangen .
Der Lichtbogenlaufbereich wird durch isolierende Abdeckplatten 8 begrenzt.
Der Netz-Folgestrom-Lichtbogen 9 läuft entlang der divergierenden Elektro¬ den 3, 4 bis zum Einlaufbereich C der Deionkam mer 6 und teilt sich dann in die einzelnen Kammerabschnitten auf. Die Deionkammer 6 besitzt seitliche und stirnseitige Entl üftungsöffnungen (Pfeildarstellungen), durch welche die Bereiche zwischen den Einzelblechen mit V-förmigen Einschnitt der Deionkammer wechselseitig entlüftet werden . Die Einzelbleche mit V-förmigem Einschnitt sind gestrichelt innerhalb der Deionkammer 6 darstellt. Auf der Stirnseite der Deionkammer wird die Entlüftung auch in axialer Rich¬ tung der Kammer durch einen Isolationssteg 10 geteilt.
Der Strömungswiderstand im Einlaufbereich C der Deionkammer 6 kann neben der Wahl des Abstands der Einzelbleche, der Gestaltung der V-förmigen Einkerbung und dem Abstand des jeweils ersten Einzelblechs der Deionkammer zu den jeweiligen Elektroden bzw. Leitblechen 3, 4 auch durch weitere Maßnahmen beeinfl usst werden .
Die V-förm igen Einkerbungen der Deionkammer können zusätzlich mittels einer Isolation verdämmt werden.
An den seitlichen Isolationsplatten 8 des Laufbereichs des Lichtbogens können zusätzliche Einengungen unterhalb der Deionkammer 6 als Strömungshindernis angeordnet werden.
Der Strömungswiderstand im Entlüftungsbereich D der Deionkammer 6 kann durch die Anzahl, Größe und Form der Entlüftungsöffnungen beeinflusst und vorgegeben werden .
Die beschriebene Möglichkeit, ein Strömungshindernis unterhalb der Deionkammer anzuordnen, dient zur Erzeugung von Reflexionsfronten nahe dem Verharrbereich des Biitzimpuisstrom-Lichtbogens. Gleichzeitig erfolgt eine Beschleunigung des Einlaufens des Folgestrom-Lichtbogens in die Deionkammer durch diese Maßnahme. Die erläuterte, beidseitig angeordnete keilförmige Einengung im Lichtbogenlaufbereich kann über die Variation der Keilform bis hin zu einem massiven Klotz und der Restkanalbreite sehr variabel zur Steuerung des Strömungswiderstands genutzt werden.
Der Strömungswiderstand kann aber auch durch das Volumen und die Geometrie der Rückströmkanäle neben und oberhalb der Deionkammer 6 verändert werden. Prinzipiell eignen sich sowohl die Reflexion der Druckwelle im Einlaufbereich C als auch im Entlüftungsbereich D für die Begünstigung des Verharrens des Impulsstrom-Lichtbogens un mittelbar in der Nähe des Zündbereichs (siehe Fig . lb) der Elektroden 3, 4. Entscheidend für die Auswahl des günstigeren Reflexionsbereichs sind entsprechend der Gestaltung der Funkenstrecke die Anforderungen bezüglich der Impulsbelastbarkeit und des Löschvermögens bei Netz-Folgestrom .
Die vorgestellten erfindungsgemäßen Maßnahmen bewirken ein sicheres Ver¬ harren von Blitzimpulsströmen mit Verweilzetten von mehreren ms im Zünd¬ bereich zwischen Abschnitt A und Abschnitt B der Funkenstrecke.
Bei einem prospektiven Netz-Folgestrom von z. B. 50 kA hingegen erfolgt das Einlaufen in die Deionkammer 6 und deren Begrenzung innerhalb von maximal 1 ms. Der Augenblickswert der Folgeströme wird dabei auf Werte von wenigen kA begrenzt. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann anhand des Vergleichs der Darstellung nach den Fig . 3 und 4 nachvollzogen werden.
Fig . 3 zeigt eine Überlagerung von Strom- (unten) und Spannungsveriäufen (oben) einer üblichen gekapselten Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer bei Impuls- (E) und Netz-Folgestrombelastung (F) .
Es ist zu erkennen, dass der Lichtbogen bei Impulsstrom aufgrund der hohen Stromsteilheit und Amplitude sehr rasch i n die Deionkammer einläuft. Die energetische Belastung der Deionkammer ist aufgrund des eingeprägten Impulsstroms, welcher in der Praxis bei Einlaufen in die Kam mer nicht begrenzt werden kann, sehr hoch . Die Teile der gesamten Funkenstrecke werden durch die Druckwirkung und die thermische Belastu ng unverhältnismäßig stark beansprucht. Der Energieumsatz in der Deionkammer bei 25 kA 10/350 με liegt im Bereich bis zu 7 kJ.
Durch die realisierte Netz-Folgestrombegrenzung beträgt die spezifische Energie bei einem prospektiven Netz-Folgestrom von 25 kA nur 2 kA2s . Bei einer Impulsstrombelastung von 25 kA 10/350 \JS beträgt dieser Wert hingegen das ca. lOOfache. Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Funkenstrecke ist es hingegen möglich, die Teile der Lichtbogenkammer bzw. der gesamten Funkenstrecke für eine deutlich niedrigere energetische Belastung auszulegen. Energetisch stark belastbares und somit kostenintensives Material ist ausschließlich im Zündbereich der Hörnerfunkenstrecke zwischen den Abschnitten A und B notwendig. Die Fig. 4 zeigt das Verhalten einer erfindungsgemäß gekapselten Hörner- funkenstrecke. Der Verlauf von Lichtbogenspannung und die Strombegrenzung bei Netz-Folgestrombelastung (F) entsprechen den äquivalenten Verläufen (F) gemäß Fig, 3. Bei der Belastung mit einem Impulsstrom (E) verharrt der Lichtbogen gemäß der Erfindung im Zündbereich der beiden Elektroden, so dass sich die thermische und dynamische Belastung der gesa mten Funkenstrecke auf einen Bruchteil der Belastung einer Funkenstrecke entsprechend den Verläufen nach Fig . 3 durch eine deutlich geringere Lichtbogenspannung reduziert.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Funkenstrecke reduziert sich der Energieumsatz bei einer Impulsbelastung mit 25 kA der Impulsform 10/350 [is mindestens um den Faktor 10 gegenüber einer Funkenstrecke ohne entsprechende Funktäonstrennung bezüglich Netz-Folge- und Blitzimpulsstrom .
Durch die Ausführung der möglichen nichtausblasenden Funkenstrecke gemäß der Erfindung kann der Energieumsatz, welcher infoige der Kapselung zu 100 % alle Teile der Funkenstrecke belastet, drastisch reduziert werden . Hierdurch wiederum ist eine Reduzierung der Baugröße möglich und es ist der konstruktive Aufwand geringer. Letztendlich können einfachere und damit preiswertere Materialien Verwendung finden .
Die Gestaltung des Zündbereichs erfolgt bei einer weiteren Ausführungsform über die Nutzung einer Triggere!ektrode.
Hierbei kann auf eine Ausführung als Luftfunkenstrecke nach Fig. 5 und/oder Gieitfunkenstrecke nach Fig. 6 zurückgegriffen werden .
Die Fig . 5 zeigt eine Ausführungsform mit Triggerelektrode 11 im Zündbereich . Die Triggerelektrode 11 und die Gleitstrecke 12 werden du rch eine Ausnehmung innerhalb oder seitlich an einer der beiden Hauptelektroden 3, 4 geführt. Diese Variante eignet sich insbesondere für eine gleitstreckenfreie Ausführung der Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden 3, 4.
Die gezeigte Zündanordnung nach Fig . 5 ist zudem durch das abbrandfeste Elektrodenmaterial der entsprechenden Hauptelektrode thermisch und mechanisch sehr gut geschützt u nd somit besonders alterungsstabil . Dies ist für die vorgestellte Ausführungsform der Hörnerfunkenstrecke von besonderem Vorteil, da das Verharren des Impulsstrom-Lichtbogens im Zündbereich auch die Triggerelektrode stärker belastet. Mit der vorgestellten Ausführung der Anordnung der Triggerelektrode ist es zudem besonders einfach möglich, den für die vorgestellten Ausführungsformen notwendigen geringen Abstand zwischen den beiden Haupteiektroden 3, 4 bei sehr guten Isolationswerten zu realisieren.
Alternativ zu einer Anordnung der Triggerelektrode 11 zwischen den beiden divergierenden Hauptelektroden ist auch eine seitliche Anordnung der Triggerelektrode denkbar.
Gemäß Fig. 6 befindet sich die Triggerelektrode 11 zwischen den beiden Hauptelektroden 3 und 4. Die Triggerelektrode 11 ist dabei innerhalb von zwei Gleitstrecken 13, 14 angeordnet. Bei einer bevorzugten asymmetrischen Gestaltung der Gleitstrecken 13, 14 kann auch eine vertikale Überhöhung und/oder dickere Ausführung einer Gleitstrecke 14 gewählt werden. Hierdurch ergibt sich auch eine Verbesserung des Isolationswertes. Eine Ausführung einer oder auch beider Gleitstrecken als Luftstrecke liegt ebenfalls im Sinne der Erfindung.
Die Gleitstrecken 12, 13, welche bei der Zündung der Funkenstrecke überschlagen werden, können entsprechend dem Stand der Technik als reine Isolationsstrecke oder aber auch als Kombination aus Isolationsstrecke mit vernachlässigbarer Ansprechspannung und einer Verlängerung aus elektrischem Material, welches vom Lichtbogen überschlagen wird, ausgeführt sein.
Im Falle einer reinen Isolationsstrecke wird für eine erhöhte Zündspannung durch Einsatz eines Zündübertragers gesorgt. Bei der Ausführungsform mit elektrisch leitendem Material als Überschlagshilfe ist grundsätzlich nur ein Spannungsschaltelement erforderlich .
Bei den vorgestellten Triggervarianten gilt, dass aufgrund der erfi ndungsgemäß geringen Abstände der beiden Hauptelektroden 3, 4 die Zündverzugs- zeit der Gesamtfunkenstrecke bei Bedarf sehr klein gewählt werden kann, wodurch die energetische Belastung u nd somit auch die Baugröße ebenfalls sehr gering ist. Der geringe Abstand der Hauptelektroden gewährleistet zudem, beispielsweise beim Ausfall der Triggerschaltung, die Funktion eines passiven Abieiters bei einem Schutzpegel von maximal 4 kV,
Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit elektrisch leitendem Material als Überschlagshiife ist grundsätzlich n ur ein Spannungsschaltelement und/oder strombegrenzendes Element wie ein Widerstand, Varistor, Kaltleiter oder dergleichen erforderlich .

Claims

Patentansprüche
1. Hörnerfunkenstrecke-BÜtzstromableiter mit Deionkammer zur Lichtbogenlöschung in einem Gehäuse und Maßnahmen zur Einsteilung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrombelastung entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des Netz-Folgestrom-bedingten Lichtbogens andererseits, wobei hierfür
der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen der Hörnerfunken- strecke im Zündbereich eng gehalten ist und die Anordnung der sich gegenüberliegenden Elektrodenfiächen im Zündbereich eine geringe Abstandsaufweitung in Richtung des Endes der Hörnerfunkenstrecke besitzt.
2. Hörnerfunkenstrecken-Btitzstromableiter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand der sich gegenüberliegenden Elektrodenfiächen im Zündbereich kleiner 1, 5 mm beträgt, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 m m und 0,8 mm liegt.
3. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Divergenz der Aufweitung des Abstands der gegenüberliegenden Elektrodenflächen im Zündbereich bei maximal 50 % liegt.
4. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Breite der Elektrodenflächen im Zündbereich zwischen im Wesentlichen 2 mm bis 6 m m liegt.
5. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung in ein Reiheneinbaugehä use integriert ist, wobei das Gehäuse spalt- oder schlitzförm ige Öffnungen zum Drucka usgleich besitzt.
6. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorange¬ gangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Laufbereich des jeweiligen Lichtbogens durch seitlich die Elektroden abdeckende isolierende Platten beg renzt wird, wobei die Platten vom Zündbereich bis zur Deionkammer reichen .
7. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querschntttsfläche der Strömungsöffnungen in den Elektroden wesent¬ lich kleiner als die Gesamtfläche der Strömungsausgangsöffnungen der Deionkammer ist.
8. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach einem der vorange¬ gangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Deionkammer eine Vielzahl von beabstandeten Einzelblechen aufweist, welche jeweils eine V-förmige Einkerbung aufweisen, deren V-Öffnung zur Hörnerfunkenstrecke gerichtet ist, um über die Wahl des Abstands der Ein- zeibleche und/oder einer zusätzlichen Verda m m ung den Strömungswiderstand im Einlaufbereich der Deionkammer einzustellen oder vorzugeben .
9. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromabieiter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Deionkammer Entlüftungsöffnungen aufweist, über deren Anzahl, Größe und Formgebung der Strömungswiderstand im Einlaufbereich der Deionkammer einstel l- oder vorgebbar ist.
10. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromabfeiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Zündbereich eine Triggerelektrode angeordnet ist.
11. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Triggerelektrode ein leitfähiges Element umfasst, weiches von einer Gleitstrecke umgeben ist oder benachbarte Gleitstrecken aufweist.
12. Hörnerfunkenstrecken-Biitzstromableiter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Triggerelektrode in einer der beiden Elektroden im Zündbereich eingesetzt oder zwischen den beiden Elektroden der Hörnerfunkenstrecke angeordnet ist.
13. Hörnerfunkenstrecken-Blitzstromableiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleitstrecken asymmetrisch angeordnet oder ausgefü hrt sind.
14. Hörnerfunkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Gaszirkulation vorgesehen ist derart, dass die durch den Blitzimpulsstrom-bedingten Lichtbogen erzeugte Druckwelle von der Deionkammer und/oder Strömungshindernissen reflektiert wird und der Lichtbogenbewegung entgegenwirkt sowie der Gasstrom, welcher durch die Deionkammer hindurch tritt, über Umienkmittel mindestens teilweise zum Zündbereich zurückgeieitet und zu in den Elektroden vorhandenen Strömungsöffnungen geführt wird, um die Lichtbogenbewegung bei Netz-Folgeströmen in Richtung Deionkammer zu unterstützen, wobei hierfür die Strömungsöffnungen oberhalb des Zündbereichs in Richtung Deionkam mer befindlich sind .
15. Hörnerfunkenstrecke nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Einlaufbereich der Deionkammer mindestens ein Ström ungshindernis angeordnet ist, welches zur Erzeugung von Reflexionsfronten nahe dem Verharrbereich des Blitzimpulsstrom-Lichtbogens genutzt wird und gleichzeitig eine Beschleunigung des Einlaufens des Folgestrom-Lichtbogens in die Deionkammer bewi rkt, wobei das Strömungshindernis als keilförm ige Einengung im Lichtbogenlaufbereich ausführbar ist.
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