(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重火花間隙避雷器であって、
・第１電位ノード（Ｐ１）と基準電位ノード（０）との間にある複数の火花間隙（ＦＳ１〜ＦＳＮ）の直列回路、および、
・前記複数の火花間隙（ＦＳ１〜ＦＳＮ）のうちの２つの隣接する第１火花間隙および第２火花間隙の間にある第２電位ノード（Ｐ２）に結合されている入力と、前記第２電位ノード（Ｐ２）と前記基準電位ノード（０）との間にある複数の第３火花間隙のうちの少なくとも１つの火花間隙に結合されている出力（Ｐ３）とを備えたトリガ回路（２）
を備えていて、
前記第１電位ノード（Ｐ１）と前記第２電位ノード（Ｐ２）との間にある、少なくとも前記第１火花間隙を含む少なくとも１つの火花間隙の点火時に、前記複数の第３火花間隙（ＦＳ３〜ＦＳＮ）のうちの前記少なくとも１つの火花間隙用にトリガ信号を提供するように、前記トリガ回路（２）が形成されている、多重火花間隙避雷器。
【請求項２】
前記トリガ回路（２）は、前記入力と結合されている一次側（２１）と、前記出力（Ｐ３）と結合されている二次側（２２）とを備えた変圧器（２０）を具備する、請求項１に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項３】
前記一次側（２１）は、並列接続された第１抵抗（Ｒ）と第１コンデンサ（Ｃ）とを備えた第１ＲＣ回路に直列接続されている、請求項２に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項４】
前記一次側（２１）と前記第１ＲＣ回路との直列回路に対して並列に、第１バリスタ（Ｖ２）が結合されている、請求項３に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項５】
前記第２電位ノード（Ｐ２）と前記基準電位ノード（０）との間に、前記第１バリスタ（Ｖ２）を含む分圧器が結合されている、請求項４に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項６】
前記分圧器は、前記第１バリスタ（Ｖ２）の上流に接続されたおよび／または下流に接続された少なくとも１つの第２バリスタ（Ｖ１、Ｖ３）を具備する、請求項５に記載の多
重火花間隙避雷器。
【請求項７】
前記第２電位ノード（Ｐ２）と前記基準電位ノード（０）との間にあり、かつ前記複数の第３火花間隙（ＦＳ３〜ＦＳＮ）のうちの少なくとも１つの火花間隙をそれぞれ備えている複数の避雷器部分を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項８】
前記出力（Ｐ３）は、第２コンデンサ（ＣＦ）を介して前記複数の避雷器部分のうち２つの隣接する避雷器部分（ＦＡ１〜ＦＡ７）間にある第３電位ノード（ＰＦ）に結合されている、請求項７に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項９】
前記出力（Ｐ３）は、前記複数の避雷器部分（ＦＡ１〜ＦＡ４）と容量結合されている、請求項７に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項１０】
並列接続された第２抵抗（Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）と第３コンデンサ（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とを備えた第２ＲＣ回路が、前記複数の避雷器部分のうち２つの隣接する避雷器部分（ＦＡ１〜ＦＡ４）の間にある第３電位ノードと、前記基準電位ノード（０）との間で結合されている、請求項９に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項１１】
前記第２電位ノード（Ｐ２）と前記複数の避雷器部分（ＦＡ１〜ＦＡ４）との間には、前記複数の火花間隙（ＦＳ１〜ＦＳＮ）のうちの少なくとも前記第２火花間隙（ＦＳ２）が結合されていて、かつ、前記第２ＲＣ回路が、前記２つの隣接する避雷器部分のうちの前記第２火花間隙に隣接する避雷器部分（ＦＡ１）と前記第２火花間隙（ＦＳ２）との間にある前記第３電位ノード（Ｐｘ）と、前記基準電位ノード（０）との間に結合されている、請求項１０に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項１２】
前記複数の避雷器部分（ＦＡ１〜ＦＡ４）は絶縁材料体を有し、前記容量結合は、前記絶縁材料体を少なくとも部分的に周回する導体を介して行われる、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項１３】
前記導体は、絶縁されたワイヤとして形成されている、請求項１２に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項１４】
前記導体は管状で形成されていて、前記導体と前記避雷器部分との間に絶縁性のフィルムが設けられている、請求項１２に記載の多重火花間隙避雷器。
【請求項１５】
前記管状の導体は、少なくとも全避雷器部分に沿って伸張している、請求項１４に記載の多重火花間隙避雷器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
明細書
本発明は、過電圧保護のために複数の直列接続された火花間隙を備えた多重火花間隙避雷器に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花間隙は、過電圧ピークを逃がすために採用可能である。火花間隙は、通常絶縁材料製の中空体を具備し、これが２つの電極間での放電空間を形成する。双方の電極間での電圧が点火電圧にまで上昇すると、これらの電極が火花により短絡する。避雷器として機能する火花間隙は過電圧保護装置であり、点火後に、短絡電流が生じた電圧ピークを逃がす。
【０００３】
しかしながら、直流電圧の場合には、電圧が再び過電圧以下に下がるとすぐに、火花およびこれに由来する電流が消えることはない。これは、電圧が火花間隙のアーク電圧以下に降下し、かけられた直流電圧に対抗する場合に初めてそうなる。電圧がアーク電圧以下になると、アークが自動的に消える。
【０００４】
過電圧保護装置中で火花が消える電圧を高めるために、複数の火花間隙を直列接続することができ、その結果、それらのアーク電圧が合計される。しかしながら、これにより、全ての火花間隙を点火するために必要となる点火電圧も高くなる。Ｎ個の火花間隙の直列回路の火花間隙を点火するための点火電圧は、１つの火花間隙の点火電圧の０．７倍したものの約Ｎ倍である。これにより、この種の火花間隙の直列回路の保護レベルが、これに応じて高くなる。しかし、目的は、可能な限り低い点火電圧または可能な限り低い点火値、理想的には唯一の火花間隙の点火電圧を備えた多重火花間隙避雷器である。
【０００５】
点火値を下げるために、従来のアプローチでは、例えば各火花間隙がコンデンサと接続されていて、その結果、上昇するパルス電圧が動的に次第に各間隙にかけられる。別のアプローチでは、補助点火間隙が多重火花間隙に並列に配置されていて、例えば各火花間隙に対して点火変圧器が設けられている。ＤＥ  １０２  ３０  ８２７  Ａ１号では、並列の補助点火間隙を用いて多重火花間隙避雷器にトリガをかけることが記載されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、これに代わる多重火花間隙避雷器を提供する。この多重火花間隙避雷器は、第１電位ノードと基準電位ノードとの間にある複数の火花間隙の直列回路、および、２つの隣接する火花間隙間にある第２電位ノードに結合されている入力と、第２電位ノードと基準電位ノードとの間にある火花間隙のうちの少なくとも１つに結合されている出力とを備えたトリガ回路を具備している。このトリガ回路は、第１電位ノードと第２電位ノードとの間にある火花間隙の点火時に、第２電位ノードと基準電位ノードとの間にある火花間隙のうちの少なくとも１つの火花間隙用にトリガ信号を提供するように、形成されている。この多重火花間隙避雷器は、火花間隙の一部分、すなわち、第１電位ノードと第２電位ノードとの間にある火花間隙を利用し、トリガ信号を生成し、この信号により、別の火花間隙を点火する。このトリガ信号は、有利な場合には、電圧パルスであり、これは、第１電位ノードと第２電位ノードとの間にある火花間隙を、バリスタの直列回路を介して点火するのに適している。
【０００７】
有利な場合には、このトリガ回路は、上述の入力と結合されている一次側と、上述の出力と結合されている二次側とを備えた変圧器を具備する。この変圧器は、点火パルス変圧器として機能し、これは、入力側のパルスから高電圧パルスを生成する。ある実施形態では、一次側と二次側とがそれぞれ巻き線を有し、これを用いて、入力側の信号が誘導的に伝送および増幅される。「結合する」とは、本明細書の関連では、２つの素子の直接導電接続も、間にある１つまたは複数の素子を用いた連結も含む。
【０００８】
有利な場合には、一次側は、並列接続された抵抗とコンデンサとを備えたＲＣ回路に直列接続されている。有利な場合には、一次側とＲＣ回路との直列回路に対して並列に、バリスタが結合されている。さらに有利な場合には、第２電位ノードと基準電位ノードとの間に、バリスタを含む分圧器が結合されていて、この分圧器は、バリスタの上流に接続されたおよび／または下流に接続された少なくとも１つのさらなるバリスタを具備する。第１電位ノードと第２電位ノードとの間にある火花間隙を、ＲＣ回路とバリスタとに直列接続することにより、過電圧が発生した際に、点火パルスを変圧器の一次側に発生させる。これにより、変圧器の二次側には、高電圧パルスが発生させられ、これが、コンデンサ（有利な場合には、高電圧コンデンサである）を介して、多重火花間隙避雷器の第２電位ノードと基準電位ノードとの間にあるいくつかの火花間隙に供給される。
【０００９】
この多重火花間隙避雷器は複数の避雷器部分を有するが、これらの避雷器部分は、第２電位ノードと基準電位ノードとの間にあり、かつそれぞれ複数の火花間隙のうちの少なくとも１つの火花間隙を備えている。有利な場合には、二次側は、コンデンサを介して、避雷器部分間にある電位ノードと連結されている。全多重火花間隙避雷器の電圧絶縁破壊は、避雷器部分が順々に点火されることにより生じる。点火パルスを減結合し、変圧器を用いて高電圧パルスを生成することにより、避雷器部分の安全な点火が可能になる。さらに、避雷器を部分的に点火することにより、必要なコンデンサの数を減らすことができる。避雷器部分は、構築様式によっても、例えば避雷器部分に含まれる火花間隙の統合によっても、多重火花間隙避雷器内で認識可能である点に注意されたい。
【００１０】
代替となる構成では、二次側は、避雷器部分と容量結合されている。避雷器部分は絶縁性材料体を有し、容量結合は、絶縁材料体を少なくとも部分的に周回する導体を介して行われる。導体は、絶縁されたワイヤとして形成可能である。あるいは、導体は管状で形成可能であり、導体と避雷器部分との間に絶縁性のフィルムが設けられうる。
【００１１】
容量結合は避雷器部分で行われることも可能である。有利な場合には、２つの隣接する避雷器部分の間にある電位ノードのいずれかと、基準電位ノードとの間で、並列接続された抵抗とコンデンサとを備えたＲＣ回路が結合されている。このコンデンサにより、点火が難しい避雷器を確実にアーク電圧にして、この配置での点火性を高めることが可能になる。有利な場合には、第２電位ノードと避雷器部分との間に１つの火花間隙が設けられていて、ＲＣ回路が、避雷器部分と火花間隙との間にある電位ノードと、基準ノードとの間に結合されていて、これにより、第２電位ノードの次にある火花間隙部分の点火が容易になる。
【００１２】
さらなる構成は、従属請求項から明らかである。
以下で、本発明を、図面を参照して実施形態に基づいて説明するが、図中、等しいまたは等しく作用する構成部分にはそれぞれ同じ参照符号を付している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】多重火花間隙避雷器の第１実施形態の回路配置を示す。
【図２】多重火花間隙避雷器の第２実施形態の回路配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１中の多重火花間隙避雷器の第１実施形態は、Ｎ個の複数の火花間隙ＦＳ１〜ＦＳＮを具備するが、これらは、直列接続されている。第１電位ノードＰ１と基準電位ノード０とを介して、直流電圧が火花間隙ＦＳ１〜ＦＳＮの直列回路にかけられうる。この実施形態では、一例として、２４個の火花間隙ＦＳ１〜ＦＳＮを提示している。より多いあるいはより少ない火花間隙を有する実施形態もありうる。
【００１５】
さらにトリガ回路２が設けられているが、これは、直列接続された第１、第２および第３のバリスタＶ１、Ｖ２、Ｖ３と、並列接続された抵抗ＲおよびコンデンサＣを備えたＲＣ回路と、一次側および二次側２１、２２を備えた変圧器２０とを備えている。トリガ回路２の入力は、２つの隣接する火花間隙ＦＳ２、ＦＳ３間にある第２電位ノードＰ２である。この実施形態では、トリガ回路２の入力側でのタップは、第２火花間隙ＦＳ２と第３の火花間隙ＦＳ３との間で行われる。第２電位ノードＰ２と基準電位ノード０との間には、バリスタＶ１、Ｖ２、Ｖ３の直列回路が結合されている。第２バリスタＶ２に並列に、ＲＣ回路と変圧器２０の一次側２１との直列回路が結合されている。
【００１６】
トリガ回路２の出力は、第３電位ノードＰ３である。これと基準電位ノード０との間には二次側２２が結合されている。第３電位ノードＰ３は、コンデンサＣ０を介して基準電位ノード０に結合されている。第３電位ノードＰ３は、さらにコンデンサＣＦを介して火花間隙ＦＳ４〜ＦＳＮ間にある電位ノードＰＦに結合されていて、これらの火花間隙自体は、第２電位ノードＰ２と基準電位ノード０との間で直列結合されている。この実施形態では、電位ノードＰＦ間に、それぞれ３つの火花間隙が設けられていて、これらが、避雷器部分ＦＡ１〜ＦＡ７のうちの１つを形成している。別の実施形態では、より多いあるいはより少ない火花間隙を１つの避雷器部分中に設けることができる。第２電位ノードＰ２と基準電位ノード０との間で、異なる数の火花間隙を備えた避雷器部分を設けることも可能である。２つの電位ノードＰＦ間で個別の火花間隙を備えた実施形態も可能である。
【００１７】
上述の回路配置では、第１火花間隙ＦＳ１および第２火花間隙ＦＳ２が、第１電位ノードＰ１と第２電位ノードＰ２との間にあり、これらが、トリガ回路２を用いて、さらなる火花間隙ＦＳ３〜ＦＳＮのためにトリガパルスを発生させるために機能する。さらなる火花間隙ＦＳ３〜ＦＳＮは、避雷器保護路を形成し、これの火花間隙ＦＳ３〜ＦＳＮは、トリガパルスにより点火される。
【００１８】
第１電位ノードＰ１と基準電位ノード０との間で所定の電圧を上回ると、まず、第１電位ノードＰ１と第２電位ノードＰ２との間にある第１火花間隙ＦＳ１と第２火花間隙ＦＳ２とが点火する。点火が行われる電圧は、Ｎ個の火花間隙を直列する際の電圧より小さいが、その理由は、この電圧が第１電位ノードＰ１と第２電位ノードＰ２との間にある火花間隙ＦＳ１、ＦＳ２、および、バリスタＶ１、Ｖ２、Ｖ３のバリスタ制限電圧により決められるからである。バリスタ制限電圧の合計は、これらが並列接続されている火花間隙ＦＳ３〜ＦＳＮのアーク電圧の合計よりも小さい。これにより、バリスタＶ１、Ｖ２、Ｖ３を直列接続して設けることにより、多重火花間隙避雷器の点火電圧を下げることが可能になり、かつ、バリスタ制限電圧の選択および第１電位ノードＰ１と第２電位ノードＰ２との間にある火花間隙の数の選択により、点火電圧の値も設定することが可能になる。この実施形態では、一例として、２つの火花間隙が第１電位ノードＰ１と第２電位ノードＰ２との間にある。
【００１９】
第１電位ノードＰ１と第２電位ノードＰ２との間にある火花間隙ＦＳ１、ＦＳ２を点火することにより、電流が、これらの火花間隙ＦＳ１、ＦＳ２を介しても、バリスタＶ１、Ｖ２、Ｖ３を介しても流れる。この電流が流れる間は、バリスタＶ１、Ｖ２、Ｖ３は、避雷器間隙の点火まで電圧制限器として作用する。変圧器２０の一次側２１を保護するために、バリスタＶ２は、ここで生じる電圧を制限する。さらにＲＣ回路は、１つのパルスを変圧器２０の一次側２１に作用させる。これにより、変圧器２０の二次側２２に高電圧パルスが発生させられ、これが、さらなる火花間隙ＦＳ３〜ＦＳＮにトリガをかけるために機能する。コンデンサＣ０は、高電圧パルスをバッファ格納するために機能する。
【００２０】
この高電圧パルスは、第３電位ノードＰ３より下流に接続されたコンデンサＣＦ（これは、好ましくは高電圧コンデンサとして形成されている）を介して、避雷器部分ＦＡ１〜ＦＡ７間にあるノードＰＦにかけられる。パルス高によって、いくつの火花間隙が、避雷器部分ＦＡ１〜ＦＡ７のうちの１つの中にまとめられるか、また、いくつの火花間隙が、かけられたパルスにより点火されうるかが決められる。この実施形態では、このパルス高により３つの火花間隙をまとめることができる。全多重火花間隙避雷器の絶縁破壊は、ほぼ同時に、しかし避雷器部分における各電圧降下に応じて生じる。したがって、基準電位０に最も近い避雷器部分ＦＡ７の点火がまず第１に行われ、続いて隣接する避雷器部分ＦＡ６から徐々に全ての避雷器部分ＦＡ５〜ＦＡ１へ、第２電位ノードＰ２に至るまで点火され、その結果、多重火花間隙避雷器の全火花間隙ＦＳ１〜ＦＳＮが導通し、第１電位ノードＰ１と基準ノード０との間の過電圧が短絡する。電圧がアーク電圧の合計以下になるとすぐに火花が消え、多重火花間隙避雷器が再びその初期状態に戻る。
【００２１】
図２は、多重火花間隙避雷器の第２実施形態の回路配置を示す。以下では、上述の実施形態との差異のみについて触れる。この多重火花間隙避雷器は、この実施形態では、１４個の火花間隙ＦＳ１〜ＦＳＮを具備し、この数は一例としてのみ選択されている。この実施形態では、トリガ回路２０の入力側でのタップは、第１火花間隙ＦＳ１と第２火花間隙ＦＳ２との間で行われる。分圧器は、２つのバリスタＶ２およびＶ３のみを具備する。
【００２２】
第２火花間隙ＦＳ２と基準電位ノード０との間にある避雷器保護路は、それぞれ３つの火花間隙を備えた４つの避雷器部分ＦＡ１〜ＦＡ４を具備する。避雷器部分ＦＡ１〜ＦＡ４の間にある電位ノードＰＦからは、並列接続された抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とコンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４とを備えたＲＣ回路が、それぞれ基準電位ノード０に結合されている。第２火花間隙ＦＳ２と第１避雷器部分ＦＡ１との間にある電位ノードＰｘとの間では、並列接続された抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とを備えたＲＣ回路が、基準電位ノード０に結合されている。
【００２３】
この多重火花間隙避雷器の点火は、火花間隙と電気的には連結されていない変圧器２０の二次側２２の高電圧パルスの外側での結合を介して容量的に行われる。この結合は、図２で示すように、避雷器部分毎に行われる。この結合は、例えばフラッシュ管で公知であるように、避雷器部分毎に１つの絶縁性のワイヤによって行われる。この場合、各絶縁されたワイヤは、細いホースの中で避雷器セラミックの周りに入れられている。単純化のために、この結合は、以下のように実施することも可能である。多重火花間隙避雷器は、半径方向で絶縁性フィルムが設けられていて、好ましくは管状の金属体中に配置されている。管状体の長さは、多重火花間隙避雷器の高さに相当する。端面における外側へのフラッシュオーバーを防ぐために、このフィルムは両端で張り出していなければならず、または、フラッシュオーバーを防ぐ代替手段を設けなければならない。この金属体は変圧器２０の二次側２２と導電接続されている。点火が難しい多重火花間隙避雷器を確実にアーク電圧にするため、かつ、全避雷器路の点火性を高めるために、４つの避雷器部分ＦＡ１〜ＦＡ４は、ＲＣ回路内のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４にそれぞれ接続されている。金属体の下にある火花間隙の電極の接触を行うことができるように、この金属体は間隙を有する。ある実施形態では、金属体は、電極を把持することができる幅の広いスリットが備えられている管である。フィルム中の間隙も接触のために設けられている。回路を確実に機能させるためには、金属管が多重火花間隙避雷器の周囲を、約３３０度で取り囲めば十分である。金属管がバネ材料から作られる場合には、これは多重火花間隙避雷器上で開き、その際絶縁性のフィルムを固く締め付けることができる。
【００２４】
図２の実施形態では、第１火花間隙ＦＳ１の点火は、二次側２２で高電圧パルスを発生させるために行われる。この過程は、すでに図１に関連して説明した通りである。第１火花間隙ＦＳ１と第２火花間隙ＦＳ２とを通る電流は、さらに第１ＲＣ回路中のコンデンサＣ１を充電する。第２電位ノードＰ２の隣にある避雷器部分の容量点火時には、第１ＲＣ回路のコンデンサＣ１から、この点火された第１避雷器部分ＦＡ１の火花間隙を介して第２ＲＣ回路のコンデンサＣ２へと電荷が流れる。コンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４を介したこの電荷の流れは、第２避雷器部分ＦＡ２の点火と共に、その後段階的に第３の避雷器部分ＦＡ３の点火、最後に第４の避雷器部分ＦＡ４と続く。
【００２５】
これらの実施形態では、共通して、点火パルスが、少ない数の火花間隙の点火の後に減結合され、高電圧変圧器を用いて高電圧パルスを発生させるために利用される。生成された高電圧は、多重火花間隙避雷器の避雷器部分を確実に点火させる。
【００２６】
実施形態の特徴は組み合わせ可能であることに注意すべきである。
【図１】
0006556333.tif 000002
【図２】
0006556333.tif 000003