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Title:
OVERVOLTAGE PROTECTION COMPRISING A SPARK GAP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/113796
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an overvoltage protection comprising a spark gap (9) and a laser (210) to ignite the spark gap. The laser (210) is connected to an input (226) of an optical elongation element (218) which serves to temporally elongate the laser pulses (310) generated by the laser. The output(230) of the elongation element (218) is connected to one end of an optical transmission fiber (15'), in particular to one end of an optical waveguide (15'). A second end of the transmission fiber (15') is connected to an input (234) of an optical compression element (238) which serves to temporally compress the laser pulses (410). An output (242) of the compressor element (238) is connected to the spark gap (9).

Inventors:
HOFSTETTER, Michael (Alramstraße 31, München, 81371, DE)
LANGE, Dennie (Eulerstr. 2a, Erlangen, 91058, DE)
Application Number:
EP2015/050307
Publication Date:
August 06, 2015
Filing Date:
January 09, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
International Classes:
H01T1/20; H01T2/00
Domestic Patent References:
WO2013103992A22013-07-11
Foreign References:
DE102004002582A12005-08-04
US5175664A1992-12-29
DE102004002582A12005-08-04
Other References:
LUTHER B M ET AL: "Femtosecond laser triggering of a sub-100 picosecond jitter high-voltage spark gap", APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, US, vol. 79, no. 20, 12 November 2001 (2001-11-12), pages 3248 - 3250, XP012029407, ISSN: 0003-6951, DOI: 10.1063/1.1419036
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Claims:
Patentansprüche

1. Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke (9) und mit einem Laser (210) zum Zünden der Funkenstrecke,

dadurch gekennzeichnet, dass

- der Laser (210) mit einem Eingang (226) eines optischen Streckelements (218) verbunden ist, welches zum zeitlichen Strecken der von dem Laser erzeugten Laserpulse (310) dient,

- ein Ausgang (230) des Streckelements (218) mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser (15' ) , insbesondere mit einem Ende eines Lichtwellenleiters (15 , verbunden ist,

- ein zweites Ende der Übertragungsfaser (15 mit einem Eingang (234) eines optischen Kompressorelements (238) verbunden ist, welches zum zeitlichen Stauchen der Laserpulse (410) dient, und

- ein Ausgang (242) des Kompressorelements (238) mit der Funkenstrecke (9) verbunden ist.

2. Überspannungsschutz nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- der Ausgang (242) des Kompressorelements (238) in Richtung mindestens einer Elektrode (246, 248) der Funkenstrecke (9) oder in Richtung des Zwischenraumes zwischen zwei Elektroden (246, 248) der Funkenstrecke (9) gerichtet ist.

3. Überspannungsschutz nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- der Laser (210) ein Pulslaser, insbesondere ein

Femtosekundenlaser , ist.

4. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- die Übertragungsfaser (15 frei von laseraktiven Medien ist.

5. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- die Funkenstrecke (9) und das Kompressorelement (238) auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform (4) angeordnet sind, die sich auf einem Hochspannungspotential (256) befindet, und

- der Laser (210) mit Erdpotential (260) verbunden ist.

6. Überspannungsschutz nach Anspruch 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- das Streckelement (218) außerhalb der Plattform (4) angeordnet ist und

- die Übertragungsfaser (15 das Streckelement (218) mit der Plattform (4), insbesondere mit dem Kompressorelement (238), verbindet .

7. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- zwischen dem Kompressorelement (238) und der Funkenstrecke (9) eine Optik (252) zum Fokussieren der gestauchten Laserpulse (255) angeordnet ist.

8. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- das Kompressorelement (238) starr an die Funkenstrecke (9) angekoppe1t ist.

9. Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprü- che,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- die Funkenstrecke (9) Teil eines Zündkreises (5) zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke (2) ist. 10. Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke (9) mittels eines Lasers (210) , wobei bei dem Verfahren

- die von einem Laser (210) erzeugten Laserpulse (310) zeitlich gestreckt werden, - die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) mittels einer optischen Übertragungsfaser (15' ), insbesondere mittels eines Lichtwellenleiters (15' ), übertragen werden,

- nach der Übertragung die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) zeitlich gestaucht werden, und

- die zeitlich gestauchten Laserpulse (255) in die Funkenstrecke (9) eingekoppelt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- die zeitlich gestreckten Laserpulse (410) mittels der optischen Übertragungsfaser (15 zu einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform (4) übertragen werden, die sich auf einem Hochspannungspotential (256) befindet.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Funkenstrecke (9) und das Kompressorelement (238) auf der Plattform (4) angeordnet sind, und

- der Laser (210) mit Erdpotential (260) verbunden ist.

Description:
Beschreibung

Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke und mit einem Laser zum Zünden der Funkenstrecke .

Ein derartiger Überspannungsschutz ist aus der Offenlegungs- schrift DE 10 2004 002 582 AI bekannt. Bei diesem bekannten Überspannungsschutz ist eine Funkenstrecke auf einer

elektrisch isoliert aufgestellten Plattform angeordnet, wobei sich diese Plattform auf einem Hochspannungspotential befindet. Zum Zünden der Funkenstrecke wird ein Laserpuls mittels eines Lichtwellenleiters zu der Funkenstrecke geführt. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass die hochenergetischen Laserpulse (welche zum Zünden der Funkenstrecke notwendig sind) durch die hohe lokale Intensität den Lichtwellenleiter beschädigen können. Um eine derartige Beschädigung des Licht- Wellenleiters zu vermeiden, muss bei dem bekannten Überspannungsschutz ein energetisch hoch belastbarer und damit teurer Lichtwellenleiter eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspan- nungsschutz der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum

Zünden einer Funkenstrecke anzugeben, welche kostengünstig realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Über- spannungsschütz nach dem Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Überspannungsschutzes und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Offenbart wird ein Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke (die einander gegenüberliegende Elektroden aufweist) und mit einem Laser zum Zünden der Funkenstrecke, wobei der Laser mit einem Eingang eines optischen Streckelements ver- bunden ist, welches zum zeitlichen Strecken der von dem Laser erzeugten Laserpulse dient, der Ausgang des Streckelements mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser, insbesondere mit einem Ende eines Lichtwellenleiters, verbunden ist, ein zweites Ende der Übertragungsfaser mit einem Eingang eines optischen Kompressorelements verbunden ist, welches zum zeitlichen Stauchen der Laserpulse dient, und der Ausgang des Kompressorelements (optisch) mit der Funkenstrecke verbunden ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die optische Über- tragungsfaser nur die zeitlich gestreckten Laserpulse zu übertragen braucht. Auf diese Weise verringert sich (gegenüber einer Übertragung von zeitlich nicht gestreckten Laserpulsen) die maximal auftretende lokale Energiedichte in der optischen Übertragungsfaser deutlich. Dadurch werden Schäden der optischen Übertragungsfaser vermieden bzw. die Lebensdauer der Übertragungsdauer wird verlängert. Weiterhin ist vorteilhaft, dass an dem zweiten Ende der Übertragungsfaser das optische Kompressorelement angeordnet ist, welches die Laserpulse zeitlich staucht. Damit liegen am Ausgang des Kompressorelements Laserpulse vor, welche wieder eine größere maximale Energiedichte aufweisen. Dadurch kann mit Hilfe dieser Laserpulse die Funkenstrecke sicher gezündet werden.

Der Überspannungsschutz kann so ausgestaltet sein, dass der (optische) Ausgang des Kompressorelements in Richtung mindestens einer Elektrode der Funkenstrecke oder in Richtung des Zwischenraumes zwischen zwei Elektroden der Funkenstrecke gerichtet ist. Durch eine derartige Ausrichtung des

Kompressorelements kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass mittels der gestauchten Laserpulse die Funkenstrecke sicher und zuverlässig gezündet werden kann.

Der Überspannungsschutz kann so realisiert sein, dass der Laser ein Pulslaser, insbesondere ein Femtosekundenlaser, ist. Mittels des Pulslasers, insbesondere mittels des

Femtosekundenlasers , können sehr kurze Laserpulse erzeugt werden, so dass das zeitliche Strecken der Laserpulse und das darauffolgende zeitliche Stauchen der Laserpulse wirkungsvoll angewendet werden kann.

Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Übertragungsfaser frei von laseraktiven Medien ist. Dadurch kann eine einfache und kostengünstige Übertragungsfaser, insbesondere ein einfacher und kostengünstiger Lichtwellenleiter, verwendet werden. Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Funkenstrecke und das Kompressorelement auf einer

elektrisch isoliert aufgestellten Plattform angeordnet sind, die sich auf einem (elektrischen) Hochspannungspotential befindet (und die zum Tragen von mindestens einem elektrischen Bauteil vorgesehen ist, das vor Überspannung zu schützen ist), und der Laser mit Erdpotential verbunden ist. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass der sich auf Erdpotential befindende Laser einfach und kostengünstig mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Beispielsweise kann dieser La- ser an ein herkömmliches Wechselstrom-Energieversorgungsnetz angeschlossen sein und auf diese Art und Weise mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Laserpulse werden dann über die Übertragungsfaser, insbesondere den Lichtwellenleiter, zu der Plattform übertragen. Aufgrund der durch die Übertragungsfaser/den Lichtwellenleiter realisierten galvanischen Trennung tritt dabei keine unerwünschte Beeinflussung zwischen dem mit Erdpotential verbundenen Laser und der mit Hochspannungspotential verbundenen Plattform auf. Der Überspannungsschutz kann auch so ausgebildet sein, dass das Streckelement außerhalb der Plattform angeordnet ist und die Übertragungsfaser das Streckelement mit der Plattform, insbesondere mit dem Kompressorelement, verbindet. Hier wird mittels der Übertragungsfaser eine galvanische Trennung zwi- sehen dem außerhalb der Plattform angeordneten Streckelement und der Plattform realisiert. Der Überspannungsschütz kann auch so realisiert sein, dass zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke eine Optik zum Fokussieren der gestauchten Laserpulse angeordnet ist. Mittels dieser Optik können die Laserpulse/die Laser- Strahlung auf die Funkenstrecke fokussiert werden, so dass die Funkenstrecke noch sicherer und zuverlässiger gezündet werden kann.

Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass das Kompressorelement starr (d.h. insbesondere unbeweglich) an die Funkenstrecke angekoppelt ist. Diese starre Kopplung zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke hat den Vorteil, dass auch im rauen Alltagsbetrieb (bei dem beispielsweise Vibrationen oder Erschütterungen auftreten kön- nen) die Laserstrahlung/die Laserpulse stets sicher in die

Funkenstrecke eingekoppelt werden. Durch die starre Kopplung zwischen dem Kompressorelement und der Funkenstrecke wird weiterhin sichergestellt, dass die Laserstrahlung immer im selben Winkel in den Raum zwischen den Elektroden der Funken- strecke eintritt bzw. die Elektroden trifft. Eine derartige starre bzw. unbewegliche Kopplung zwischen Kompressorelement und Funkenstrecke kann auch als eine „quasi-monolithische" Kopplung bezeichnet werden. Der Überspannungsschutz kann auch so realisiert sein, dass die Funkenstrecke Teil eines Zündkreises zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke ist. Dadurch ist es mit Vorteil möglich, mittels des Laser zunächst eine Funkenstrecke kleiner Leistung zu zünden, woraufhin diese Funkenstrecke dann zum Zünden einer Hauptfunkenstrecke größerer Leistung verwendet wird.

Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke (die einander gegenüberliegende Elektroden aufweist) mittels eines Lasers, wobei bei dem Verfahren die von einem Laser erzeugten Laserpulse zeitlich gestreckt werden, die zeitlich gestreckten Laserpulse mittels einer optischen Übertragungsfaser, insbesondere mittels eines optischen

Lichtwellenleiters, übertragen werden, nach der Übertragung die zeitlich gestreckten Laserpulse zeitlich gestaucht werden, und die zeitlich gestauchten Laserpulse in die Funkenstrecke eingekoppelt werden. Dieses Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass die zeitlich gestreckten Laserpulse mittels der optischen Übertragungsfaser zu einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform übertragen werden, die sich auf einem Hochspannungspotential befindet (und die zum Tragen von mindestens einem elektri- sehen Bauteil vorgesehen ist, das vor Überspannung zu schützen ist) .

Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass die Funkenstrecke und das Kompressorelement auf der Plattform ange- ordnet sind, und der Laser mit Erdpotential verbunden ist.

Diese Verfahrensvarianten weisen gleichartige Vorteile auf, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Überspannungsschutz angegeben sind.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert: Dazu ist in

Figur 1 ein Überspannungsschutz nach dem Stand der Technik, in

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes und Verfahrens, in Figur 3 ein beispielhafter Laserpuls, in

Figur 4 ein beispielhafter gestreckter Laserpuls und in

Figur 5 ein beispielhafter gestreckter und wieder gestauchter Laserpuls dargestellt . In Figur 1 ist der aus der Offenlegungsschrift

DE 10 2004 002 582 AI bekannte Überspannungsschutz 1 dargestellt. Dieser Überspannungsschutz 1 weist eine Hauptfunkenstrecke 2 mit zwei Hauptelektroden 3 auf. Der Überspannungs- schütz 1 ist auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Plattform 4 angeordnet, die über säulenförmige (figürlich nicht dargestellte) Isolatoren an einer sich auf Erdpotential befindenden Umgebung abgestützt ist. Die untere Hauptelektrode 3 ist elektrisch mit dem Potential der Plattform 4 verbunden, beispielsweise mit einem Hochspannungspotential der Plattform 4. Die obere Hauptelektrode 3 befindet sich auf einem anderen elektrischen Potential, beispielsweise auf einem Hochspannungspotential eines Hochspannungsdrehstromnetzes. Zwischen den Hauptelektroden 3 kann eine Spannung in der Größenordnung von beispielsweise einigen Hundert kV anliegen, zum Beispiel 160 kV.

Parallel zu der Hauptfunkenstrecke 2 sind diejenigen elektrischen bzw. elektronischen Bauteile geschaltet, welche mittels der Hauptfunkenstrecke 2 vor Überspannung geschützt werden sollen. Bei diesen Bauteilen kann es sich beispielsweise um Kondensatoren handeln. (Diese zu schützenden Bauteile sind in den Figuren nicht dargestellt.) Zum Zünden der Hauptfunkenstrecke 2 ist ein Zündkreis 5 mit einer Zündelektrode 6 vorgesehen, wobei der Zündkreis 5 einen kapazitiven Spannungsteiler mit einem ersten Kondensator 7 und einem zweiten Kondensator 8 (Zündkondensator 8) aufweist. Der zweite Kondensator 8 ist durch einen Parallelzweig über- brückbar. In dem Parallelzweig ist eine Funkenstrecke 9 (Auslösefunkenstrecke 9) und in Reihenschaltung zu dieser ein ohmscher Widerstand 10 angeordnet. Zum Zünden der Auslösefunkenstrecke 9 ist ein Faserlaser 17 vorgesehen, dessen Laserpulse mittels eines Lichtwellenleiters 15 zu der Auslösefun- kenstrecke 9 übertragen werden.

Auf Erdpotential sind ein Schutzgerät 13 und ein Pumplaser 14 angeordnet . Der Pumplaser 14 dient zum Pumpen des Faserlasers 17. Das Schutzgerät (Schutztechnikgerät) 13 ist mit figürlich nicht dargestellten Messgebern/Sensoren, wie z. B. Spannungsmessern, verbunden, so dass Messwerte der an dem zu überwachenden Bauteil abfallenden Spannung dem Schutzgerät 13 zuführbar sind und Überspannungen von dem Schutzgerät 13 erkannt werden können.

Die Laserpulse des Faserlasers 17 werden Zündlicht genannt. Die Laserpulse werden über den Lichtwellenleiter 15 zur Aus- lösefunkenstrecke 9 geführt. Diese Laserpulse sind so intensiv, dass ein optischer Durchbruch in der Auslösefunkenstrecke 9 erzeugt wird und damit die Auslösefunkenstrecke 9 gezündet wird. Um Beschädigungen des Lichtwellenleiters 15 durch diese intensiven und energiereichen Laserpulse zu ver- meiden, muss der Lichtwellenleiter 15 entsprechend robust und energiebeständig ausgeführt sein, wodurch der Lichtwellenleiter 15 kostenintensiv ist.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes 200 dargestellt. Dieser Überspannungs- schutz 200 weist in Übereinstimmung mit Figur 1 eine Hauptfunkenstrecke 2, eine obere und eine untere Hauptelektrode 3, eine Plattform 4 (Hochspannungsplattform 4), einen Zündkreis 5, eine Zündelektrode 6, einen ersten Kondensator 7, einen zweiten Kondensator 8, eine Funkenstrecke 9 (Auslösefunkenstrecke 9) , einen ohmschen Widerstand 10 und ein Schutzgerät 13 auf. Weiterhin weist der Überspannungsschutz 200 einen Laser 210 auf, der einschließlich der (nicht einzeln dargestellten) Pumpquelle auf Erdpotential 260 angeordnet ist. Der Laser 210 ist im Ausführungsbeispiel ein Pulslaser, insbesondere ein Femtosekundenlaser (das ist ein Laser, der Laserpulse aussendet, deren Dauer im Femtosekunden-Bereich liegen) . Der Laser 210 ist mit Erdpotential 260 verbunden und befindet sich außerhalb der Plattform 4. Die Pumpquelle des Lasers 210 kann als eine herkömmliche Pumpquelle ausgestaltet sein, welche z. B. mittels Laserdioden Pumplicht erzeugt. Im Unterschied zu dem Überspannungsschutz nach der Figur 1 werden die von dem Laser 210 erzeugten Laserpulse mittels eines optischen Streckelements 218 zeitlich gestreckt. Dazu ist ein Ausgang 222 der Lasers 210 mit einem Eingang 226 des Streckelements 218 optisch verbunden. Ein Ausgang 230 des Streckelements 218 ist mit einem Ende einer optischen Übertragungsfaser 15' verbunden. Ein zweites Ende der optischen Übertragungsfaser 15' ist mit einem Eingang 234 eines optischen Kompressorelements 238 verbunden. Mittels dieses

Kompressorelements 238 werden die gestreckten Laserpulse zeitlich gestaucht, so dass die Laserpulse (im Idealfall) wieder ihre ursprüngliche Form erhalten. Ein Ausgang 242 des Kompressorelements 238 ist mit der Funkenstrecke 9 verbunden, insbesondere ist der Ausgang 242 des Kompressorelements 238 an die Funkenstrecke 9 optisch angekoppelt. Das

Kompressorelement 238 ist unmittelbar an der Funkenstrecke 9 angeordnet, so dass die das Kompressorelement 238 verlassenden gestauchten Laserpulse unmittelbar die Funkenstrecke 9 erreichen .

Das Kompressorelement 238 ist an die Funkenstrecke 9 angekoppelt. Vorteilhafterweise ist das Kompressorelement 238 starr (d. h. unbeweglich) an die Funkenstrecke 9 angekoppelt, so dass die Laserstrahlung stets unter gleichen Bedingungen (gleicher Einfallswinkel etc.) in die Funkenstrecke einfällt. Das Kompressorelement 238 kann sogar als ein Teil der Funkenstrecke 9 betrachtet werden. Die starre (quasi-monolithische) Befestigung des Kompressorelements 238 an der Funkenstrecke 9 gewährleistet eine weitestgehende Einflussfreiheit von äuße- ren Störungen (wie z. B. Vibrationen) auf den Ort des Laserfokus in der Funkenstrecke.

Bei der Funkenstrecke 9 handelt es sich um eine gekapselte Funkenstrecke, welche in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Funkenstrecke 9 weist eine erste Elektrode 246 und eine zweite Elektrode 248 auf; die Elektroden 246 und 248 liegen sich gegenüber. Zwischen der ersten Elektrode 246 und der zweiten Elektrode 248 ist ein Lichtbogen zündbar. Das Kompressorelement 238 ist starr mit dem Gehäuse der Funkenstrecke 9 verbunden. Dabei ist der optische Ausgang 242 des Kompressorelements 238 in Richtung der ersten Elektrode 246 und/oder in Richtung der zweiten Elektrode 248 gerichtet; der optische Ausgang 242 des Kompressorelements 238 kann auch in Richtung des Zwischenraumes zwischen den Elektroden 246 und 248 der Funkenstrecke 9 gerichtet sein. Dadurch kann die von dem Kompressorelements 238 ausgestrahlte Laserstrahlung (gestauchte Laserpulse) die Elektroden 246 und/oder 248 errei- chen oder in den Zwischenraum zwischen den Elektroden 246 und 248 eintreten.

Der Laser 210 und das Streckelement 218 sind räumlich entfernt von der Plattform 4, dem Kompressorelement 238 und der Funkenstrecke 9 angeordnet. Die räumliche Entfernung wird mittels der Übertragungsfaser 15' überbrückt. Die Übertragungsfaser 15' ist im Ausführungsbeispiel ein Lichtwellenleiter 15'. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass der Lichtwellenleiter 15' nicht die extrem kurzen Laserpulse des Lasers 210 übertragen muss, welche eine große Energiedichte aufweisen. Vielmehr werden vorteilhafterweise mit dem Lichtwellenleiter 15' lediglich die zeitlich gestreckten Laserpulse zu der Plattform übertragen, welche eine vergleichsweise geringere Energiedichte aufweisen. Daher wird der Lichtwellenleiter 15' energetisch vergleichsweise weniger belastet, so dass hier ein kostengünstiger Lichtwellenleiter zum Einsatz kommen kann. Der Lichtwellenleiter 15' als solcher weist kein laseraktives Medium auf, er ist frei von laseraktiven Medien. Auch deshalb kann hier ein kostengünstiger Lichtwellenleiter eingesetzt werden.

Bei der Übertragung der gestreckten Laserpulse zu der Plattform 4 gemäß der Figur 2 ist also die lokale Intensität der Laserpulse in dem Lichtwellenleiter 15' erheblich reduziert gegenüber der lokalen Intensität im Lichtwellenleiter 15 bei der Übertragung der Laserstrahlung gemäß der Figur 1. Dadurch kann ein kostengünstigerer Lichtwellenleiter verwendet werden und/oder aufgrund des niedrigeren Verschleißes verlängert sich die Lebensdauer der Fasern des Lichtwellenleiters. Der von dem Lichtwellenleiter 15' unabhängige Laser 210 und die Ausprägung des Kompressorelements 238 als ein eigenständiges Bauteil am Ende des Lichtwellenleiters 15' ermöglicht zudem eine bessere Justierbarkeit und Wartung und erleichtert den Austausch oder die Reparatur des Kompressorelements bzw. des Lasers .

Eine teilweise redundante Ausführung der Komponenten des Überspannungsschutzes ist leicht realisierbar. Beispielsweise könnten aus Sicherheitsgründen zwei redundante Lichtwellenleier 15' von dem Streckelement 218 zur Plattform 4 verlegt werden, wobei auf der Plattform 4 nur ein Kompressorelement 238 vorhanden ist. Optional kann der Lichtwellenleiter 15' (z. B. mittels eines weiteren Lasers unterschiedlicher Wellenlänge) auf das Vorliegen von Unterbrechungen überwacht werden. Diese Überwachung gestaltet sich besonders einfach, da der Lichtwellenleiter 15' frei von laseraktiven Medien ist .

Optional kann am Kompressorelement 238 eine Optik 252 (die zum Beispiel eine oder mehrere Fokussierlinsen enthält) zum Fokussieren der Laserpulse / Laserstrahlung vorgesehen sein, so dass diese Laserstrahlung noch zielgenauer in die Funken- strecke 9 eingebracht werden kann. Es kann aber auch auf die

Optik verzichtet werden. Ebenfalls optional kann auch die als solches bekannte sogenannte Selbstfokussierung des Lasers genutzt werden. Die elektrisch isoliert aufgestellte Plattform 4, die sich auf elektrischem Hochspannungspotential 256 befindet, trägt die Funkenstrecke 9 sowie das Kompressorelement 238. Außerdem trägt diese Plattform 4 das elektrische bzw. elektronische Bauteil bzw. die Bauteile, welche mittels des Überspannungs- Schutzes vor Überspannung zu schützen sind. Durch das Anordnen des Lasers 210 auf Erdpotential 260 ist es nicht notwendig, eine (aufwendige und teure) elektrische Energieversorgung des Lasers 210 auf dem Hochspannungspotential 256 der Plattform 4 zu realisieren. Auch dies führt zu erheblichen Kostenvorteilen .

Der Überspannungsschutz 200 bzw. das Verfahren zum Zünden der Funkenstrecke 9 funktioniert wie folgt: Sobald das Schutzgerät 13 eine Überspannung an dem zu schützenden Bauteil erkennt, gibt es ein Signal an den Laser 210 ab, woraufhin der Laser 210 kurze Laserpulse mit hoher Energiedichte erzeugt. Ein derartiger kurzer Laserpuls ist schematisch in Figur 3 dargestellt. Diese Laserpulse werden zu dem Streckelement 218 übertragen und in diesem zeitlich gestreckt. Am Ausgang 230 des Streckelements 218 weisen die zeitlich gestreckten Laserpulse dann eine Form auf, die schematisch in Figur 4 dargestellt ist. Diese gestreckten Laserpulse werden dann in den Lichtwellenleiter 15' eingespeist und zur Plattform 4 übertragen. Die gestreckten Laserpulse gelangen daraufhin zu dem Kompressorelement 238. Das Kompressorelement 238 staucht die Laserpulse zeitlich, so dass die Laserpulse am Ausgang 242 des Kompressorelements eine Form aufweisen, die schematisch in Figur 5 dargestellt ist. Im Idealfall haben die Laserpulse am Ausgang 242 des Kompressorelements 238 wieder die gleiche Form wie am Eingang 226 des Streckelements 218. Daraufhin können die Laserpulse optional mittels der Optik 252 fokus- siert werden. Die Laserpulse werden dann in die Funkenstrecke 9 eingespeist. Aufgrund dieser Laserpulse / Laserstrahlung 255 wird die Funkenstrecke 9 gezündet, d. h. es beginnt ein Lichtbogen zwischen der ersten Elektrode 246 und der zweiten Elektrode 248 der Funkenstrecke zu brennen. Durch diese gezündete Funkenstrecke 9 (d. h. durch den brennenden Lichtbogen) wird der zweite Kondensator 8 des Zündkreises 5 überbrückt. Dadurch wird die Zündelektrode 6 nahezu auf das elektrische Potential der Plattform 4 gebracht. Da der Abstand zwischen der Zündelektrode 6 und der oberen

Hauptelektrode 3 geringer ist als der Abstand zwischen den beiden Hauptelektroden 3, beginnt ein Lichtbogen zwischen der oberen Hauptelektrode 3 und der Zündelektrode 6 zu brennen. Aufgrund dieses Lichtbogens wird der erste Kondensator 7 überbrückt, wodurch sich der zweite Kondensator 8 wieder aufladen kann. Sobald der zweite Kondensator 8 eine ausreichend hohe Kondensatorspannung aufweist, beginnt ein Lichtbogen zwischen der Zündelektrode 6 und der unteren Hauptelektrode 3 zu brennen, so dass jetzt die Hauptfunkenstrecke 2 komplett gezündet ist. Dadurch wird ein parallel zur Hauptfunkenstrecke 2 geschaltetes zu schützendes Bauelement (welches in der Figur 2 nicht dargestellt ist) vor Überspannung geschützt .

Der von dem Laser 210 erzeugte Laserpuls wird also vor der Einkopplung in die Übertragungsfaser 15' zeitlich gestreckt. Dadurch verringert sich die maximal auftretende lokale Energiedichte des Laserpulses in der Übertragungsfaser 15 λ , so dass Schäden an der Übertragungsfaser vermieden werden.

Eine als solches bekannte Methode zum zeitlichen Strecken des Laserpulses ist das sogenannte „Chirpen": Ein kurzer Laserpuls besteht aus einem breiten Farbspektrum. Beim „Chirpen" wird die unterschiedliche Laufzeit der einzelnen Farben beim Durchgang durch verschiedene Medien genutzt. Beim Durchgang des kurzen Laserpulses durch bestimmte Gitteranordnungen oder Prismenanordnungen oder mittels spezieller Multilagenspiegel („Chirpspiegel") entsteht ein sogenannter „negativ

gechirpter" Puls, dessen langwelligen (roten) Frequenzkomponenten den kurzwelligen (blauen) Frequenzkomponenten hinterher laufen. Ein solcher „negativ gechirpter" Puls ist zeitlich gestreckt, vergleiche Figur 4. Solche Gitteranordnungen, Prismenanordnungen oder Multilagenspiegel sind also Beispiele für das Streckelement 218. In der Figur 2 ist das Streckelement 218 als eine Prismenanordnung dargestellt.

Beim Durchgang des Laserpulses durch ein dispersives Medium (z.B. durch Quarz) entsteht ein sogenannter „positiv

gechirpter" Puls, dessen kurzwellige (blaue) Frequenzkomponenten den langwelligen (roten) Frequenzkomponenten hinterher laufen. Ein solcher „positiv gechirpter" Puls ist zeitlich gestaucht, vergleiche Figur 5. Ein dünner Quarzblock ist ein Beispiel für ein Kompressorelement 238.

Wenn man den kurzen Laserpuls 310 des Lasers 210 nacheinander zuerst „negativ chirpt" und dann „positiv chirpt", dann entsteht als Ergebnis im Idealfall wieder der ursprüngliche Laserpuls 210, also ein „chirpfreier" Puls. Die Reihenfolge von Streckelement (Strecker) und Kompressorelement (Kompressor) kann vertauscht werden.

Als Kompressorelement 238 kann also ein einfaches optisches Bauteil, welches z.B. einen dünnen Quarzblock enthält, am Ende der optischen Übertragungsfaser angeordnet werden. Optional kann an dem Quarzblock eine Fokussierlinse angeordnet sein. Bei größeren Pulslängen können aber beispielsweise auch akustooptische Dispersionsfilter als Kompressorelement und/oder Streckelement verwendet werden.

In Figur 3 ist eine prinzipielle Darstellung eines beispiel- haften Laserpulses 310 am Ausgang 222 des Lasers 210 dargestellt. Dabei ist die Intensität I (also die Energie pro Zeit und Fläche) über der Zeit t dargestellt.

Figur 4 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines zeitlich gestreckten Laserpulses 410, wie er am Ausgang 230 des

Streckelements 218 auftritt. Es ist deutlich die zeitliche Streckung des Laserpulses 410 zu erkennen. Diese zeitliche Streckung des Laserpulses 410 führt dazu, dass die maximale Intensität I deutlich reduziert ist im Vergleich zu dem ungestreckten Laserpuls 310 der Figur 3.

Figur 5 zeigt eine Darstellung des beispielhaften zeitlich gestauchten Laserpulses 255, wie er am Ausgang 242 des

Kompressorelements 238 auftritt. Es ist deutlich die zeitli- che Stauchung des Laserpulses 255 im Vergleich zu dem Laserpuls 410 der Figur 4 zu erkennen. Diese zeitliche Stauchung des Laserpulses 255 führt dazu, dass die maximale Intensität I im Vergleich zu dem gestreckten Laserpuls 410 der Figur 4 wieder vergrößert ist. Dieser zeitlich gestauchte Laserpuls 255 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel wieder dem ursprünglichen Laserpuls 310. In einem weiteren (figürlich nicht dargestellten) Ausführungsbeispiel kann mittels des Lasers 210 auch direkt die Hauptfunkenstrecke 2 gezündet werden. Da bei der Hauptfunkenstrecke 2 höhere Energien auftreten als bei der Funkenstrecke 9 (es fließen insbesondere größere Ströme und treten höhere Temperaturen auf) , ist in diesem Fall das Kompressorelement 238 entsprechend vor Hitze zu schützen.

Insbesondere können mit dem beschriebenen Überspannungsschutz Bauteile/Bauelemente (wie zum Beispiel Kondensatoren oder Abieiter) geschützt werden, welche parallel zu der Hauptfunkenstrecke 2 angeordnet sind. Beispielsweise in Serienkompensationsanlagen für Hochspannungswechselstromnetze kann ein derartiger Überspannungsschutz mit Funkenstrecken zum Schutz der Kondensatorbänke und/oder Ableiterbänke eingesetzt wer- den. Die Serienkompensationsanlage sowie die Funkenstrecken befinden sich dabei auf der gegen das Erdpotential isolierten Hochspannungsplattform 4. Eine Leitwarte mit der Überwachungselektronik (z. B. mit Schutzgeräten) befindet sich dabei nicht auf der Plattform 4, sondern auf der Erde 258, also auf Erdpotential 260. Der Laser 210 ist ebenfalls auf der Erde 258, also auf Erdpotential 260, angeordnet.

Bei dem beschriebenen Überspannungsschutz wird der Laserpuls vor der Einkopplung in die Übertragungsfaser 15' kontrolliert mit Hilfe des Streckelements 218 zeitlich gestreckt. Auf diese Weise verringert sich die durch den Laserpuls auftretende maximale lokale Energiedichte in dem Lichtwellenleiter 15 λ , wodurch irreversible Schäden des Lichtwellenleiters vermieden werden bzw. die Lebensdauer des Lichtwellenleiters 15' verlängert wird. Nach dem Durchgang des gestreckten Laserpulses durch die Übertragungsfaser 15' (hier: durch den Lichtwellenleiter) wird der Laserpuls in dem Kompressorelement 238 wieder zeitlich komprimiert/gestaucht. Dadurch reicht die durch diesen zeitlich gestauchten Laserpuls auftretende lokale Energiedichte wieder aus, um die Funkenstrecke 9 zu zünden. Das Kompressorelement 238 und die optional daran angeordnete Optik 252 können am Ende der Übertragungsfaser in Form eines Endstücks realisiert sein, welches starr (d. h. insbesondere unbeweglich) an der Funkenstrecke 9 angeordnet ist .

Die lokale Intensität bzw. die lokale Energiedichte des La- serpulses in dem Lichtwellenleiter/Übertragungsfaser 15' ist bei der Übertragung der gestreckten Laserpulse 410 erheblich reduziert gegenüber der Übertragung der ungestreckten Laserpulse 310, d. h. gegenüber der Übertragung der ursprünglichen Laserpulse 310 des Lasers 210.

Es wurde ein Überspannungsschutz mit einer Funkenstrecke sowie ein Verfahren zum Zünden einer Funkenstrecke beschrieben, mit denen auf kostengünstige Art und Weise eine Funkenstrecke gezündet und damit ein Überspannungsschutz eines Bauteils re- alisiert werden kann.