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Funkenstrecke für Uberspannungsableiter.
Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke für Überspannungsableiter. Sie löst die Aufgabe, die Empfindlichkeit dieser Funkenstrecke für hochfrequente Ausgleichsvorgänge zu erhöhen.
Es sind Anordnungen an Funkenstrecken bekannt, welche diese mit Hilfe von Drosseln oder Kondensatoren bei schnellen Spannungsänderungen empfindlicher machen. Diese bekannten Anordnungen haben jedoch den Nachteil, dass besondere Apparate benötigt werden, die den Bau der Funkenstrecke umständlich machen.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine einfache Anordnung. Sie besteht in der Anwendung von zusammengesetzten Elektrodenoberflächen, wobei durch diese Zusammensetzung bewirkt wird, dass die Elektrodenoberfläche bei normaler Frequenz einen gleichförmigen, bei hochfrequenten Ausgleiehs- vorgängen dagegen einen verzerrten Feldverlauf hervorbringt. Infolge der Feldverzerrung wird die Ansprechspannung der Funkenstrecke bei hohen Frequenzen stark herabgesetzt.
Man kann die Elektroden zweckmässig aus Leitern und Halbleitern derart zusammensetzen, dass verschiedene Teile der Elektrodenoberfläche mit der Zuleitung durch Strompfade von sehr verschiedenem Widerstand in Verbindung stehen, wodurch die Wirkung eintritt, dass der vor dem Überschlag vorhandene kapazitive Ladestrom der Funkenstrecke bei hochfrequenten Ausgleichsvorgängen in den halbleitenden Strompfaden bzw. Elektrodenteilen um sehr vieles grössere Spannungsabfälle hervorbringt wie in den leitenden und dadurch starke örtliche Potentialunterschiede auf der Elektrodenoberfläche auftreten. Die gutleitenden Elektrodenteile sollen Formen aufweisen, die Spitzenwirkungen zustande kommen lassen.
Es ist auch möglich, die Elektrode aus zwei oder mehr Teilen aus gutleitendem Metall zusammenzusetzen, von welchen nur einer unmittelbaren Kontakt mit der Zuleitung hat, während die andern durch Halbleiter vollständig voneinander und von der Zuleitung getrennt sind. Hiedurch nehmen die durch die Halbleiter voneinander getrennten gutleitenden Teile bei hochfrequenten Spannungsänderungen verschiedene Potentiale an, wodurch Teilentladungen längs der Elektrodenoberfläche erzeugt werden, die die Überschlagungsspannung herabsetzen.
Die Elektroden können an sich beliebige Formen haben. In der anliegenden Zeichnung sind beispielsweise Anordnungen von Kugel und Platte dargestellt. Die Ansprechspannung ergibt sich bei gegebenem Kugelradius aus der Schlagweite.
Nach Fig. 1 besteht der grössere Teil 10 des Kugelabschnittes, welcher die Elektrode bildet, aus einem Halbleitermaterial, z. B. Kohle, Schiefer, Silit, gepresster Asbestmasse od. dgl. In eine Bohrung der Elektrode ist ein Stift 11 eingesetzt. Dieser besteht aus gutleitendem Metall. 12 ist die plattenförmige Gegenelektrode. Bei Wechselspannung von 50 Perioden in der Sekunde wird das Feld nicht verzerrt.
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Tritt jedoch eine Wanderwelle von sehr hoher Frequenz auf, so verwandelt sich die Anordnung, KugelPlatte in Spitze-Platte, deren Anspreehspannung bei gleichbleibender Schlagweite niedriger liegt.
Die Feldumwandlung hat ihre Ursache darin, dass bei der hohen Frequenz der kapazitive Ladestrom, der
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durch den Halbleiter 10 der Kugel fliesst, einen sehr hohen Spannungsabfall hervorbringt, wodurch das Potential der Oberfläche des Kugelteiles 10 weit unter das Potential der Spitze 11, welche der Platte 12
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Man hat es durch die Wahl des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials in der Hand. bei höheren Frequenzen die Feldverzerrtmg stärker oder weniger stark zu machen. Es ist z. B. möglich, das Feld bei mittelfrequenten Ausgleiehsvorgängen, z. B. bei 1000 Perioden pro Sekunde, nicht, bei Wanderwellen dagegen stark verzerrt zu machen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Hier besteht die Kugel 13 ebenso wie der Stift 14 aus gutleitendem Metall. 13 und 14 sind aber voneinander durch einen Halbleiter 15, z. B. sehlechtleitendes Papier, sehwaehleitenden Kitt od. dgl., getrennt. Derjenige Teil des kapazitiven Ladestromes der Funkenstrecke, der durch den Stift 14 fliesst und aus der der Platte 12 gegenüberliegenden Fläche 16 des Stiftes
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austretende Ladestrom durch das Widerstandsmaterial15. hindurchfliessen. Infolgedessen wird aber bei hochfrequenten Spannungsänderungen das Potential der Kugeloberfläche 17 wesentlich unter das Potential der von ihr umschlossenen Vorderfläche 16 des Stiftes 14 gesenkt, obwohl beide Oberflächen 16 und 17 aus gleich gutleitendem Metall sind.
Die entstehende starke örtliche Potentialdifferenz zwischen den durch 15 getrennten Oberflächenteilen 16 und 17 hat zur Folge, dass zwischen ihnen eine Teilentladung stattfindet, die ihrerseits ionisierend auf den Übersehlagweg nach der Platte 12 einwirkt und den Über-
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Man kann auch alle beide einander gegenüberstehenden Elektroden geteilt ausführen. So kann z. B. die Platte 12 aus Leitern und Halbleitern zusammengesetzt sein oder eine entsprechend zusammen-
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Die zweckmässige Weiterbildung der Ausführung gemäss der Fig. 2 besteht darin, dass je zwei metallisch leitende Oberflächenteile der Elektrode durch einen Mehrfaehspalt voneinander getrennt sind, der durch Einfügen von leitenden Stegen in eine breitere Spaltfläche entsteht.
Diese Ausführung ist besonders geeignet für Funkenstrecken mit grosser Sehlagweite. Es wird hiedurch eine zu grosse Breite eines Einzelspaltes und damit eine unerwünscht starke Feldverzerrung bei normal frequenter Spannung vermieden.
Anderseits setzt eine derartige Anordnung bei hochfrequenter Stossspannung die Stossüberschlagspannuns : sehr viel stärker herab als eine Anordnung mit einfachen schmalem Spalt. Hiedurch ist die Ansprechgenauigkeit und der Sehutzwert der Funkenstrecke wesentlich verbessert.
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über hochohmig Widerstände untereinander und mit den leitenden Teilen der Elektroden verbunden sein, so dass sie ein Zwischenpotential annehmen ; sie können auch isoliert angeordnet sein.
Diese Ausführungsform ist in Fig. 3 beispielsweise veranschaulicht.
Die Elektrode setzt sich aus dem Metallbolzen 21 und dem Abschnitt einer ebenfalls gutleitenden
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der Oberfläche 24 des Stiftes 21 und der Kugelsehale 22 besteht ein Spalt. Der Bolzen 21 ist mit der Kugelschale 22 lediglich durch den hochohmigen Widerstand 25 verbunden, über den der Ladestrom der Elektrode zur Kugelschale 22 fliesst. In dem Ringspalt ist ein ringförmiger Steg 26 aus gutleitendem Metall eingefügt, der mit dem hochohmigen Widerstand 25 verbunden sein kann. Auf diese Weise entstehen zwei Ringspalten 27 und 28. Bei normal frequenter Spannung verläuft das Feld der Elektrode auch in der Nähe der Spalte 27 und 28 nahezu unverzerrt. Bei Beanspruchung der Funkenstreeke mit
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Funkenstreeke für Überspannungsableiter, gekennzeichnet durch eine derartig zusammengesetzte Elektrodenoberfäche, dass sie bei normaler Frequenz einen gleichförmigen, bei hochfrequenten
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