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Funkenstrecke für überspannungsableiter Es sind Anordnungen an Funkenstrecken
von überspannungsableitern bekannt, welche den Zweck haben, die Funkenstrecke bei
schnellen Spannungsänderungen empfindlicher zu machen. Sie verwenden zu diesem Zweck
Drosseln oder Kondensatoren. Diese besonderen Apparate machen die Funkenstrecke
baulich umständlich. Außerdem arbeiten die bekannten Funkenstrecken schon bei Normalspannungen,
die noch keinen Überschlag hervorbringen sollen, mit einem wenig homogenen Feldverlauf,
so daß der Unterschied zwischen dem normalen Feldverlauf und demjenigen bei hochfrequenter
Spannung nicht sehr groß ist.
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Es ist insbesondere auch eine Funkenstrecke bekannt, bei welcher Isolierkörper
hoher Dielektrizitätskonstante unmittelbar unterhalb der Überschlagsstelle der Elektroden
angebracht sind, wodurch das Feld in der Luft an dieser Stelle erhöht wird. Die
Isolierkörper hoher Dielektrizitätskonstante verzerren das elektrische Feld schon
normalerweise, und ,eine derartige Funkenstrecke weist eine Frequenzabhängigkeit
nicht auf.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, eine für hochfrequente Ausgleichsvorgänge
besonders empfindlichi einstellbare Funkenstrecke für Überspannungsableiter dadurch
eine baulich einfache Anordnung zu schaffen. Die Erfindung besteht darin, daß die
Elektrodenoberfläche aus verschiedenen leitenden Teilen derart zusammengesetzt ist
und die verschiedenen Teile der zusammengesetzten Elektrodenoberfläche mit der Zuleitung
durch Strompfade von derart verschiedenem Widerstand in Verbindung stehen, daß bei
normaler Frequenz die ganze Elektrodenoberfläche möglichst gleichförmig von Feldlinien
beaufschlagt ist, bei hochfrequenten Ausgleichsvorgängen dagegen die Feldlinien
sich auf bestimmte Teile der Elektrodenoberfläche konzentrieren und dadurch einen
verzerrten Feldverlauf hervorbringen.
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Die Wirkung der Erfindung beruht darauf, daß der vor dein Überschlag
vorhandene kapazitive Ladestrom der Funkenstrecke bei hochfrequenten Ausgleichsvorgängen
in den halbleitenden Strompfaden um sehr vieles größere Spannungsabfälle hervorbringt,
als in den gut leitenden, und dadurch starke örtliche Potentialunterschiede der
einzelnen Teile der _ Elektrodenoberfläche auftreten. DieAnsprechempfindlichkeit
bei hochfrequenten Spannungen ist bei der Funkenstrecke nach der Erfindung stark
gesteigert, da der Unterschied zwischen dem Gesamtfeldverlauf bei Normalfrequenz
und demjenigen bei Hochfrequenz möglichst groß gemacht ist. Bei normaler Frequenz
ist jede Feldstörung durch Spitzenwirkung o. dgl. durch die Verteilung des Feldes
auf die gesamte Elektrodenoberfläche unterdrückt. Die Strompfade von verschiedenem
Widerstand können durch den Elektrodenkörper selbst gebildet werden, indem dieser
aus Leitern und Halbleitern zusammengesetzt
ist. Die gut leitenden
Elektrodenteile können Formen aufweisen, die Spitzenwirkungen bei Hochfrequenz zustande
kommen lassen. Man kann z. B. eine aus einem Halbleiter bestehende Elektrode mit
einer bis zur Zuleitung hindurchgehenden Bohrung. versehen, in die ein Stift aus
einem guten: Leiter eingesetzt ist.
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Es ist auch möglich, die Elektrode aus mindestens zwei Teilen auf
gut leitendem Metall herzustellen, von denen nur einer in unmittelbarer leitender
Verbindung mit der Zuleitung steht, während zwischen ihn, die Zuleitung und die
anderen Teile Halbleiter eingeschaltet sind. Hierdurch nehmen die voneinander getrennten
gut leitenden Teile der Elektrodenoberfläche bei hochfrequenten Spannungsänderungen
verschiedene Potentiale an, wodurch Teilentladurigen längs; der Elektrodenoberfläche
erzeugt werden, welche die Überschlagsspannung herabsetzen.
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Die Elektroden können an -sich beliebige Formen haben. In der Zeichnung
sind beispielsweise Anordnungen von Kugel und Platte dargestellt. Die Ansprechspannung
ergibt sich bei gegebenem Kugelradius aus der Schlagweite.
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Nach Fig. i besteht der größere Teil io des Kugelabschnittes, welcher
die Elektrode bildet, aufs einem Halbleitermaterial, z. B. Kohle, Schiefer, Silit,
gepreßter Asbestmasse o. dgl. In eine Bohrung der Elektrode ist ein Stift i i eingesetzt.
Dieser besteht aus gut leitendem Metall. 12 ist die plattenförmige Gegenelektrode.
Bei Wechselspannung von fünfzig Perioden in der Sekunde wird das Feld nicht verzerrt.
Das Feld ist ebenso gleichförmig, wie wenn der Elektrodenteil io auch aus gut leitendem
Metall bestünde. Tritt jedoch eine Wanderwelle von sehr hoher Frequenz auf, so verwandelt
sich die Anordnung, Kugelplatte, in Spitzeplatte, deren Ansprechspannung bei gleichbleibender
Schlagweite niedriger liegt. Die Feldumwandlung hat ihre Ursache darin, daß bei
der hohen Frequenz der kapazitive Ladestrom, der durch den Halbleiter io der Kugel
fließt, einen sehr hohen Spannungsabfall hervorbringt, wodurch das Potential der
Oberfläche des Kugelteiles io weit unter das Potential der Spitze ii, welche der
Platte i2 gegenübersteht, gesenkt wird.
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Man hat es durch die Wahl des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials
in der Hand, bei höheren Frequenzen die Feldverzerrung stärker oder weniger stark
zu machen. Es ist z. B. möglich, das Feld bei mittelfrequenten Ausgleichsvorgängen,
z. B. bei tausend 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, an den die Leitung angeschlossen ist, aus gut leitendem
Metall. 13 und 14 sind aber voneinander durch einen Halbleiter 15, z. B. schlecht
leitendes Papier, schwach leitenden Kitt o. dgl. getrennt. Derjenige Teil des kapazitiven
Ladestromes der Funkenstrecke, der durch den Stift 14 fließt und aus der der Platte
z2 gegenüberliegenden Fläche 16 des Stiftes austritt, hat kein Widerstandsmaterial
zu durchfließen, dagegen muß der aus der Oberfläche 17 von 13 austretende
Ladestrom durch das Widerstandsmaterial 15 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 gut leitendem Metall sind. Die entstehende
starke öXtliche Potentialdifferenz zwischen den durch 15 getrennten Oberflächenteilen
16 und i7 hat zur Folge, daß zwischen ihnen eine Teilentladung stattfindet, die
ihrerseits ionisierend auf den Überschlagweg nach der Platte 12 einwirkt und den
Überschlag beschleunigt. .
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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 zusammengesetzte kugelförmige Gegenelektrode angeordnet
werden.