(57)【要約】  本発明は、雷撃電流負荷容量の増大のための、ガス放電避雷器、点弧補助式スパークギャップ等の並列接続された電圧スイッチング式過電圧避雷器におけるパルス電流均等分割のための方法に関する。本発明により、並列回路に使用される過電圧避雷器が主電極間の点弧までの遅延時間を有し、前記遅延時間以内に、使用した過電圧避雷器または既存の点弧補助の静的応答電圧よりも少なくとも１０％および２０％高いパルス電流の流れによる電圧が、第１過電圧避雷器の応答後に並列回路の他の全ての避雷器が各応答電圧の到達によって作動されるように構成される。さらに本発明は、パルス電流均等分割のための方法を実施するための配列に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
雷撃電流負荷容量の増大のための、ガス放電避雷器、点弧補助式スパークギャップ等々の並列接続された電圧スイッチング式過電圧避雷器におけるパルス電流均等分割のための方法であって、
並列回路で使用される過電圧避雷器が主電極間の点弧までの遅延時間を有し、前記遅延時間以内に、使用した過電圧避雷器または既存の点弧補助の静的応答電圧よりも少なくとも１０％および２０％高いパルス電流の流れによる電圧が、第１過電圧避雷器の応答後に並列回路の他の全ての避雷器が各応答電圧に達することによって作動されるように構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
定格サージ電流負荷ならびに相当するスティープネスにおける主電極の間で点弧するまで増大した電圧を供給する遅延時間が本質的に１００ｎｓ〜２００ｎｓ以上の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
定格サージ電流負荷を下回る主電極間で点弧するまで増大した電圧を供給するための遅延時間が最大数μｓになることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
主電極間のギャップの点弧遅延が、各避雷器に組み込まれた少なくとも１つのインピーダンスまたは組み込まれた抵抗によって発生されることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
点弧遅延のために使用した素子が非線形電流電圧特性を有することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
全避雷器の安全な点弧のための遅延時間および電圧発生が組み込まれたインピーダンス付着補助電極によって実現され、前記補助電極が主電極間の第２分離ギャップ（Ｌ２）よりも小さい主電極間の第１分離ギャップ（Ｌ１）を形成し、その結果、補助電極に沿った電流の流れにより第１分離ギャップ（Ｌ１）を介して電流の流れの増大と共に線形または非線形に電圧降下の上昇が発生することを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
並列接続された避雷器が２本の主電極（１；２）間にそれぞれ少なくとも１つの主分離ギャップ（Ｌ２）を有し、前記主電極（１；２）間に、補助分離ギャップ（Ｌ１）が発生し、その長さが過電圧時の応答をまず補助電極（３）および補助分離ギャップ（Ｌ１）を介して達成するために主分離ギャップ（Ｌ２）の長さよりも小さく、補助電極（３）を通したまたは沿った電流の流れによって主分離ギャップ（Ｌ２）の遅延した点弧の内部で並列接続された避雷器の応答を可能にする電圧降下を生じるようにインピーダンス付着補助電極（３）が配置されていることを特徴とする上記請求項の少なくともいずれか１項に記載の方法を実施するための配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１もしくは７のプリアンブルによる雷撃電流負荷容量を増大するための、ガス放電避雷器、点弧補助式スパークギャップ等の、並列接続された電圧スイッチング式過電圧避雷器におけるパルス電流均等分割のための方法および配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電圧避雷器のサージ電流負荷容量を増大するために前記避雷器を作動することが知られている。
【０００３】
しかしながら、たとえばガス放電避雷器またはスパークギャップのような電圧スイッチング式過電圧避雷器の並列回路は非常に問題がある。それ自体構成が同じ電圧スイッチング式過電圧避雷器の静的および動的引上値は、１０％および２０％の間の範囲で変動する。この種の装置が並列接続されるとき、一般にいわば偶然に最低応答電圧を有する装置のみが応答し、それによってパルス電流の正確な分割が達成されず、これが最終的に応答した避雷器の過負荷をもたらす。ここで国際公開第０６／００８０００  Ａ１号パンフレットを参照されたい。
【０００４】
従って、複数の並列の避雷器の可能な限り同時の点弧のために別の措置が必要になる。
【０００５】
スイス特許第５９２９７３号において、並列の避雷器と直列にそれぞれ１つの線形または非線形の抵抗が接続された切換配列が提案されている。最低応答電圧による避雷器の応答後、応答した避雷器の各直列抵抗を介した高い電流で、隣接する避雷器が点弧するような大きさの電圧が発生する。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許第６９８  １４  ２５７  Ｔ２号公報の教示内容に従って、抵抗に代わり避雷器の点弧を並列回路により生ぜしめるために、それぞれインダクタンスが並列の過電圧避雷器と直列に使用される。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３９  ０５  ７９９  Ａ１号明細書から、それぞれ並列のスパークギャップと複雑な抵抗の直列接続が公知である。そこで提案されている前記原理は、本質的にスイス特許第５９２９７３号のそれに相当する。
【０００８】
上記解決策における欠点は、避雷器および回路変形態様に合わせる必要がある付加的な外部素子を直列に接続しなければならないことである。この余剰費用および付加的な所要スペースのほかに、前記外部素子自体は、電流負荷を過負荷なしに導くことができなければならない。これは、特に並列路あたりの高い負荷で非常に大きい取付スペース費用のかかる直列素子をもたらす。
【０００９】
さらに、保護レベルおよび残留電圧が全避雷過程中に前記素子によっても影響され、かつ全配列の独立の設計ができないことが欠点である。最終的に、調整されたサージ保護の原理の枠組みの中で後続の過電圧避雷器との組合せが困難になる。
【００１０】
国際公開第２００５／０７４０８３  Ａ１号パンフレットから、電流分布が対応するトリガ電極の共通のトリガによって行われるようなスパークギャップの並列回路が知られている。この場合、共通のトリガ回路が必要とされており、かつ特にトリガ回路から両方のスパークギャップへの接続を実現する必要があることが欠点である。避雷器の後からの並列回路は不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、上記のことから本発明の課題は、ガス放電避雷器、点弧補助式スパークギャップのような並列接続された電圧スイッチング式過電圧避雷器におけるパルス電流均等分割のための継続開発された方法および配列において、常時かつ付加的な直列素子なしにサージ電流負荷における最適の電流分布によって達成することを可能にする方法および配列を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の課題の解決策は、方法側で請求項１による教示内容によってならびに請求項７記載の教示内容による配列によって生じ、従属請求項は少なくとも目的に適した態様および継続形成を示す。
【００１３】
雷撃電流の安全な分割のために、過電圧避雷器が時間的に制限された残留電圧を有する遅延時間、すなわち、過電圧避雷器もしくは避雷器の部分ギャップまたは点弧補助の静的応答電圧よりも一定量だけ高い電流の流れにおける電圧を有する点弧遅延時間、しかも好ましくは全てのサージ電流負荷において、しかし少なくとも定格サージ電流負荷のスティープネスを有する電流における電圧の点弧遅延時間を有することが提案されている。
【００１４】
遅延時間、すなわち定格サージ電流負荷における主分離ギャップもしくは主スパークギャップの点弧まで増大した残留電圧の時間は、１００ｎｓ〜２００ｎｓの範囲になければならず、より小さい負荷の場合、数μｓまでの遅延時間が所望のスパークの制限なしに可能である。
【００１５】
提案した措置によって、避雷器または第１過電圧避雷器の応答後の並列回路の電圧は、全ての他の過電圧避雷器が同様に応答するまで長く上昇することを生ぜしめる。これは、好ましくは全てのサージ電流負荷、しかし少なくとも定格サージ電流負荷のスティープネスを有する電流に当てはまる。
【００１６】
主ギャップの点弧だけではなく、すでに部分ギャップの応答、つまりスパークギャップ内部の電流の流れがその他の避雷器の応答と見なされる。
【００１７】
それによって、雷撃電流負荷容量の増大のために、並列接続された電圧スイッチング式過電圧避雷器におけるパルス電流均等分割のための方法において、並列回路に使用された過電圧避雷器は、主電極もしくは主分離ギャップ間の点弧までの遅延時間を有し、前記遅延時間以内で、使用した過電圧避雷器または既存の点弧補助の静的応答電圧よりも高い少なくとも１０％および２０％の間にあるパルス電流の流れが発生される。それによって、第１過電圧避雷器の応答後に、並列回路の全ての他の避雷器が各応答電圧の到達によって作動されることが保証される。
【００１８】
主電極間のギャップの点弧遅延は、少なくとも各避雷器に組み込まれたインピーダンスまたは組み込まれた抵抗によって発生される。
【００１９】
スパークギャップの主ギャップの点弧後、組み込まれたインピーダンスはもはや電流回路の構成要素と見なされない、すなわち、電流回路への電圧降下の意味での逆作用は生じない。これは、外部のインピーダンスとの、しかしまた、たとえば銅線に代わり鋼−または黒鉛素子を介した接続における避雷器ハウジング内部のスパークギャップのインピーダンス付着接続との本質的な違いである。
【００２０】
点弧遅延のために使用した素子は、特に非線形電流電圧特性を有する。
【００２１】
並列回路の全避雷器の安全な点弧のための遅延時間および電圧発生は、組み込まれたインピーダンス付着補助電極によって実現され、前記補助電極は、主電極間の第２分離ギャップＬ２よりも小さい主電極間の第１分離ギャップＬ１を形成し、その結果、電流の流れにより補助電極に沿って第１分離ギャップＬ１を介して電流の流れの増大と共に線形または非線形に上昇する電圧降下が発生する。
【００２２】
並列接続された電圧スイッチング式過電圧避雷器におけるパルス電流均等分割のための本発明に係る方法の実施のための配列は、並列接続された避雷器が主電極間にそれぞれ少なくとも１つの主分離ギャップＬ２を有するように形成されており、主電極間にインピーダンス付着補助電極が種々の幾何学的構成でも配置されており、その結果、補助分離ギャップＬ１が発生し、その長さは、過電圧による応答をまず補助電極および補助分離ギャップＬ１を介して達成するために主分離ギャップＬ２の長さよりも小さく、補助電極を通したまたは沿った電流の流れによって主分離ギャップＬ２の遅延した点弧の内部の並列接続された避雷器の応答を可能にする電圧降下を生じる。
【００２３】
すでに説明したように、電圧スイッチング式過電圧避雷器におけるパルス電流均等分割に対する前提は各避雷器のほぼ同時の応答である。
【００２４】
冒頭に述べたように、避雷器の応答電圧は非常に強いバラツキがあるので、最低応答電圧による第１避雷器の応答後に別の並列の避雷器を点弧するために好適な措置を講じる必要がある。
【００２５】
つまり、他の並列の避雷器の点弧を生ぜしめるために、その応答電圧が同様に達成されなければならない。通常、電圧は電圧スイッチング式過電圧避雷器において明らかに低い電圧値への応答直後に崩壊する。その際に、この値の高さは各避雷器のアーク電圧によって決定される。それにもかかわらず、並列の避雷器の応答を生ぜしめるために、従来の技術に従って避雷器へのインピーダンスの直列切換えが行われている。
【００２６】
それに対して、本発明に係る方法による過電圧避雷器において並列の避雷器の点弧に必要な電圧降下は、避雷器に組み込まれる主分離ギャップ自体の点弧遅延によって発生される。これは、一方で点弧ギャップおよび放電空間の幾何学的形状によって、ならびに他方では第１点弧路における材料の表示特性によって、すなわち補助電極を基準にして行うことができる。
【００２７】
点弧遅延は複数の課題を満たす。主分離ギャップの点弧の遅延によって、本発明により定格サージ電流の電流スティープネスで１０％〜２０％、好ましくは並列の避雷器の静的引上値を１５％上回る電圧降下が発生される。
【００２８】
発生した電圧降下が高くなるほど、かつ点弧遅延が長くなるほど、さらに並列接続された避雷器がより確実に点弧する。
【００２９】
電圧降下の高さの指定により、避雷器の保護レベルが考え得る全ての電流スティープネスおよび電流値で超過されないことを考慮している。発生する電圧降下の持続時間は、目指している保護レベルの高さでの電圧降下において電圧スイッチング式過電圧避雷器の通常の点弧時間よりさらに大きく選択されている。主ギャップの点弧遅延時間は、好ましくは並列避雷器の確実な点弧を保証するために、好ましくは１００ｎｓ以上の範囲にある。
【００３０】
例えば、１μｓ以上の範囲での遅延時間の持続時間の増加により、並列の避雷器がその静的特性曲線に応じて応答することができるので、電圧降下の高さは最小値に低下させることができる。特に避雷器の低い保護レベルの場合、点弧遅延中にすでに比較的大きいパルス電流の成分が主分離ギャップまたは主スパークギャップの点弧前に導くことができ、それによって電圧上昇が顕著なパルス電流によって制限可能であることが必要である。高い点弧遅延時間の達成のために、遅延素子の非線形電流電圧特性が有利である。外部の点弧補助を備える過電圧避雷器において、主スパークギャップの点弧遅延および電圧降下の制御の課題は、部分的にこれによって引き受けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明は、以下、一実施例を利用して、ならびに図の援用下により詳しく説明する。
【００３２】
【図１】時空間ｔにわたる過電圧避雷器の例示Ｕ／Ｉ特性である。
【図２】本発明に係る継続形成されたスパークギャップの可能な構成変形の原理図である。
【図３】第１放電ギャップＬ１の形成によって主ギャップＬ２の電離が困難になる本発明に係る配列に使用するためのスパークギャップの形態の過電圧避雷器のもう１つの実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１による表示に従って、２つの並列接続された、本発明に係る過電圧避雷器の原理的特性を説明する。
【００３４】
曲線推移は過電圧の上昇を示し、点線の推移２および３は避雷器のサージ特性曲線を表す。
【００３５】
点４での第１避雷器のサージ特性曲線の到達時に第１避雷器が応答、このパルス電流は前記第１避雷器の部分ギャップを介して流れ始める。
【００３６】
全配列にわたる電圧降下は、保護レベルＵｐ以下の値に制限されるが、この電圧降下は相当するスパークギャップの主分離ギャップの遅延した点弧に基づき高いレベルにとどまる。
【００３７】
点５での第２避雷器のサージ特性曲線もしくは静的引上値の到達後、これが部分ギャップを点弧し、かつ時点ｔ２で部分電流が避雷器を介して流れる。
【００３８】
別の時間後に、両方のスパークギャップの一方が時点ｔ３で点弧し、かつ電圧が対応する避雷器の主ギャップのアーク電圧に低減する。
【００３９】
生じた充電損失、それに関連する第２避雷器の電離および制限された電流の整流時間によって第２避雷器が同様に点弧する。構造同一の避雷器の場合、サージ電流負荷時の類似のアーク電圧によって本発明に係る原理に留意してほぼ等しい電流分割が生じる。
【００４０】
高いアーク電圧は１００Ｖ以上の範囲で電流分割に特に好ましく作用する。このアーク電圧は自体長い逆半値時間を有するパルスで可能になる。
【００４１】
この配列の原理的機能方式のために、点４での電圧が点５での電圧よりも大きくなるか低くなるかはどちらでもよい。第１の前記避雷器の点弧遅延中に並列の避雷器または避雷器群の瞬間応答電圧の高さがいずれの場合にも達成されることが決定的と見なされる。
【００４２】
点６もしくはスパークギャップのｔ３で図１による主ギャップの点弧後に、電圧は全配列にわって低下し、かつそれ以上上昇しない。時点ｔ３での電圧の低下によって、並列接続されたスパークギャップの電流は部分ギャップもしくはインピーダンスで少し下がるが、アークは消弧しない。残存するエネルギー損失によって、別の並列のスパークギャップの主ギャップが同様に点弧する。
【００４３】
図２および図３は、本発明に係る継続形成された過電圧避雷器の可能な実施変形態様を示す。
【００４４】
図２記載の実施形態において、対向する主電極１および２は中間にある主分離ギャップＬ２を備えている。
【００４５】
主電極１および２の間に補助電極３がある。補助電極３は、主電極１または２の一方と電気的に接続でき、または両方の主電極から部分ギャップによって絶縁することもできる。
【００４６】
図２に示したように、補助電極３は主電極２と導電接続されており、かつ対向主電極１から分離ギャップＬ１によって分離されている。補助分離ギャップＬ１は、その際に分離ギャップＬ２よりも小さくまたは短く、かつ間隔および／または材料選択によって全スティープネスにおいて主電極１と補助電極３の間の避雷器の応答を保証する。
【００４７】
従って、過電圧の場合、避雷器は主電極２、補助電極３および主電極１を介して応答する。補助電極の材料はインピーダンスを有しており、その結果、電流の流れにより材料を通してまたは沿って増加する電流の流れまたは電流変化で線形または非線形に上昇する電圧降下が生じる。
【００４８】
それぞれ目指している保護レベルおよび避雷器の型式に応じて、電流は補助電極３を介して数ｋＡまでの瞬間値に到達し得る。主分離ギャップＬ２の点弧までの持続時間は、間隔、材料、圧力、電場の強さ等の所定の避雷器型式因子のほかに全避雷器を介した主分離ギャップＬ２と電圧降下の高さとの間の電離に依存する。
【００４９】
図３は、第１放電ギャップＬ１の配列によって主放電ギャップＬ２の電離が困難になり、それによって主ギャップＬ２の点弧までの時間遅延が補助電極３の性質に関係なく増加させることができる過電圧避雷器の一実施形態を示す。
【００５０】
図３記載の前記実施形態において、第１の主電極１は、主電極２に対向するキノコ形または針形の頭を有している。主電極１のテーパ部分に、いわば本来の頭を後部把持しながら、第１分離ギャップＬ１を形成する主電極１との距離を有する補助電極３の指状の突出部が設けられている。この場合も、補助分離ギャップＬ１の長さは、主分離ギャップＬ２を形成する主電極１および２の間の間隔よりも小さい。
【００５１】
外部の点弧補助を有する避雷器の場合、避雷器の内部に組み込まれたインピーダンスを有する図示した変形のほかに、避雷器の外部にもインピーダンスを取り付け、かつ導電性の補助電極を介して電位を供給することができる。
【００５２】
要約すると、本発明は、ガス放電避雷器、スパークギャップおよび雷撃電流負荷容量の増大のための点弧補助を有する過電圧避雷器の並列回路を可能にし、避雷器への雷撃電流の確実な分割が行われ、その結果、並列回路内部の個々の避雷器の過負荷を除外することができる。並列回路は常時、後からでもおよび付加的な直列素子なしにサージ電流負荷時の所望の好適な電流分布で実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2010532912.tif 000007
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