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Entladungseinrichtung, insbesondere überspannungsableiter Die vorliegende
Erlmdung betrifft eine Entladungseinrichtung, insbesondere einen überspannungsableiter,
mit einem eine Gasfüllung enthaltenden, leitenden Kolben, in den eine langgestreckte,
am Ende, verdickte Innenelektrode mittels eines Einführungsisolators dicht eingeführt
ist und der einen radioaktiven Stoff zur Vorionisation der Gasfüllung enthält.
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Zur Begrenzung von Überspannungen in Kraftnetzen werden häufig überspannungsableiter
verwendet, die eine Funkenstrecke enthalten. Ein Überspannungsableiter soll bei
einer ganz definierten Überspannung zuverlässig zünden und nach Abklingen der überspannung
schnell wieder isolieren und erneut ansprechbereit sein. Weiterhin wird eine hohe
Lebensdauer bei gleichbleibenden Eigenschaften gefordert.
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Ein bekannter Überspannungsableiter besteht aus zwei teHer- oder zylinderförinigen
Elektroden, die mit Randwillsten versehen sind und einander koaxial gegenüberstehen.
Die Elektroden sind mit einer Paste aus dem Salz eines AlkallmetaUs und dem Salz
eines Metalls hoher thennischer Elektronenemissionsfähigkeit, vorzugsweise Thoriumoxyd,
überzogen, damit der Lichtbogen keine Ansatzpunkte bevorzugt.
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Es ist ferner ein überspannungsableiter mit einem zylindrischen Metallgehäuse,
in dessen Achse eine rohrförmige Innenelektrode angeordnet ist, deren Ende eine
ebenfalls zylinderförmige Verdickung aufweist, bekannt.
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Es ist ferner bekannt, im Kolben von Überspannungsableitern radioaktive
Stoffe zu verwenden, um eine Vorionisation der GasfüHung zu erreichen, welche eine
Herabsetzung der Zündspannung und eine Verkürzung der Zündzeit bewirkt.
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Die bekannten überspannungsahleiter lassen je-
doch hinsichtlich
der Betriebssicherheit und Lebensdauer noch zu wünschen übrig. Es wurde gefunden,
daß dieser Nachteil weitgehend auf die schädliche Einwirkung der Metalldämpfe zurückzuführen
ist, die unter der Einwirkung des Funkens oder Lichtbogens an den Elektroden entstehen
und sich auf der Innenwanddes Kolbens niederschlagen, wodurch die Isolationsfähigkeit
von Einführungen und anderen isolierenden Kolbenteilen beeinträchtigt wird.
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Durch die Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt werden.
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Eine Entladungseinrichtung, insbesondere überspannungsableiter, mit
einem eine Gasfüllung enthaltenden leitenden Kolben, in den eine langgestreckte,
am Ende verdickte Innenelektrode mittels eines Einführungsisolators, dicht eingeführt
ist und der einen radioaktiven Stoff zur Vorionisation der Gasfüllung enthält, ist
gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das massive, vorzugsweise kugelförmige
Vorderende der Innenelektrode der dem Einführungsilolator gegenüberliegenden Kolbenwand
am nächsten liegt und mit dieser eine überschlagstrecke bildet, und daß das Vorderende
der Innenelektrode so bemessen ist, daß es den im Kolben befmdlichen Teil des Einführungsisolators
gegen Metalldämpfe, abschirmt, die in der überschlagstrecke entstehen können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die dem Vorderende der
Innenelektrode gegenüberEegende Kolbenwand nach innen gewölbt.
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Die Erfindung soll nun an Hand eines nicht einschränkend auszulegenden
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden, es
zeigt Fig. 1 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Seitenansicht einer
Entladungseinrichtung gemäß der Erlmdung und F i g. 2 eine Schnittansicht
eines Teiles einer gegenüber F i g. 1 etwas abgewandelten Entladungseinrichtung.
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In F i g. 1 ist eine Funkenstrecke im ganzen mit
1
bezeichnet und enthält ein Metallkeramikgehäuse 2,
in welchem
sich in an sich bekannter Weise ein ionisierbares Medium befindet, das in einem
Ionisationszustand gehalten ist, der noch unterhalb des bei einem Durchschlag der
Funkenstrecke auftretenden Ionisationszustandes liegt. Die Art dieses Mediums und
die zu seiner Ionisation dienenden Mittel werden weiter unten im einzelnen beschrieben
werden.
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Das Gehäuse 2 enthält ferner einen gut feuerfesten Isolator
3, der aus an sich bekannter Aluminiumoxydkeramik bestehen kann. Der Isolator
3 ist hohl ausgebildet und ist nicht etwa doppelwandig. Die Außenfläche des
Isolators zeigt ringförinige Vertiefungen 4, welche in an sich bekannter Weise den
Kriechweg zwischen den Isolatorenden verlängern.
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Am oberen Ende des Isolators 3 ist eine Metallkappe
5 befestigt und mittels einer Metallkeramikverbindung 6 an die Außenfläche
des Isolators dicht angesetzt. In der Bodenfläche der Metallkappe 5 befindet
sich eine Lippe 7, die einen Metallstab 8 umschließt. Bei einer derartigen
dichten Verbindung des Stabes 8 mit der Kappe bzw. dem Isolator liegen alle
scharfen Kanten an der Außenfläche, und es können somit innerhalb des Funkenstreckengehäuses
keine Entladungen stattfinden, die einen schädlichen Einfluß auf die Durchschlagsfestigkeit,
auf die Löschung und auf schnelle Wiederherstellung eines betriebsbereiten Zustands
haben könnten. Die Dichtungsstelle liegt also zwischen der Kappe und dem Isolator
und ist sehr zuverlässig.
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Der Stab 8 ragt von der Kappe 5 sowohl nach oben wie
nach unten. Die Leitung 9 kann flexibel ausgebildet werden und an ihrem oberen
Ende einen Kabelschuh 10 tragen. Der Stab 8 durchsetzt den Innenraum
des Isolators 3, ohne dessen Innenwand zu berühren. Am unteren Ende trägt
der Stab 8 eine Elektrode 11,
die kugelförmig ausgebildet sein kann.
Die Elektrode 11 muß nicht unbedingt Kugelgestalt besitzen, sondern es genügt,
wenn sie an der Unterseite abgerundet ist und eine ausreichende Abschirmwirkung
und Wärmekapazität besitzt.
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Die aktive Oberfläche 12 liegt einer ebenfalls abgerundeten Elektrode
13 gegenüber, die durch einen einspringenden Teil 14 in der Mittel des Bodens
eines Metallgehäuses 15 gebildet wird. Das Gehäuse 15 besteht aus
einem etwa zylindrischen Wandteil und einer Bedenplatte mit der Einwölbung 14. Diese
Konstruktion gewährleistet eine schnelle Wärmeableitung von der durch die Einwölbung
14 gebildeten Elektrode.
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Der obere Rand 16 des Gehäuses 15 ist konisch verformt
und mit der Außenfläche des Isolators 3
in an sich bekannterWeise durch eineMetallkeramikdichtung
17 verbunden. Die Ansatzstelle des konischen Flansches 16 bzw. Randes
16 liegt zwischen den beiden Isolatorenden, von denen das untere Ende
18 erheblich in das Gehäuse 15 hineinragt. Der untere Rand der zylinderförmigen
Wand des Gehäuses 15 ist nach außen gebogen und mit einer Metallplatte, welche
die Einwölbung 14 trägt, verschweißt. Auch durch diese Konstruktion werden scharfe
Kanten an der Innenseite des Gehäuses 15
vermieden. Die gewölbte Bodenplatte
ist mit einem metallischen, an sich bekannten Entlüttungsröhrehen 20, das auch zur
Einfällung eines Füllgases dient, versehen. Ferner besitzt die Bodenplatte einen
seitlichen Ansatz oder Arm 22, der zur Montage der Funkenstrecke dient und außerdem
zur Wärmeableitung beiträgt. Das Material des Gehäuses 15 kann vorteilhaft
aus Kupfer, aus mit Kupfer ausgekleidetem Chromeisen oder aus weichem Stahl bestehen.
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Der kürzeste Abstand zwischen den Elektroden 12 und 13 liegt
ungefähr in der Größenordnung von 0,635 mm bis 25,7
mm. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen 12 und 13 sind aus
mehreren Gründen abgerundet. In erster Linie wird durch diese Abrundung, wie bekannt,
der Bereich größter Feldkonzentration bestimmt, und ein betriebsmäßig auftretender
Lichtbogen wird also zwischender Mitte der Elektrode 12 und der Mitte der Fläche
13 übergehen und wird nicht etwa zu einer winzigen scharfen Spitze an der
Innenwand des Zylinders 15 brennen. Die Funkenstrecke wird dadurch zuverlässiger
und stabiler, da der Licht:bogen stets an derselben Stelle brennt. In zweiter Linie
ist zu sagen, daß die Abrundung der Oberflächen 12 und 13 für eine gleichmäßigere
Durchschlagsspannung bei beiden möglichen Polaritäten sorgt. In einem Wechselstromkreis
kann man sich darauf verlassen, daß unabhän-gig von der Stromrichtung der
Durchschlag und die Wiederherstellung eines stromlosen Zustandes stets bei bestimmten
Spannungen stattfindet. Drittens wird durch die Abrundun- der Elektrodenflächen
der Lichtbogen auf eine verhältnismäßig kleine Ansatz-
fläche koaxial zur
Elektrode 12 beschränkt. Zusammen mit verhältnismäßig großen Abmessungen der Elektrode
11 hat dies die Wirkung einer Abschirmung des unteren Endes oder der Stirnfläche
des Isolators 18 gegenüber den bei einem Durchschlag entstehenden Metalldämpfen.
Der Metalldampf wird vielmehr nur an den Innen:flächen des zylinderförmigen Teils
15 niederschlagen, wo er nicht stören kann. Wenn dagegen ein Lichtbogen an
einer anderen Stelle als zwischen den Flächen 12 und 13, also beispielsweise
zwischen der Elektrode 11 und dem zylinderförmigen Teil des Gehäuses
15 entstehen würde, so könnte sich Metalldampf auf dem keramischen Isolator
niederschlagen, auf diesem einen leitenden überzug bilden und zu einem Zerspringen
des Isolators führen.
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Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist der Stab 8
und die Elektrode
11 im Vergleich zu den anderen Metallteilen der Funkenstrecke sehr stark
ausgebildet. Hierdurch wird eine beträchtliche Wärmekapazität geschaffen. Die Größe
der Elektrode 11
gegenüber der Größe des Brennflecks oder der Lichtbogenansatzfläche
ist auch deshalb von Bedeutung, weil, wie oben dargelegt, die Elektrode
11 auch die Funktion hat, Metalldämpfe von der Ansatzfläche des Lichtbogens
von den Innen- und Außenwänden des keramischen Isolators fernzuhalten. Bei der praktisch
verwendeten Größe der Elektrode 11 können sich vielmehr diese Metalldämpfe
nur an der Innenwand des zylindrischen Teils des Gefäßes 15
niederschlagen,
wo sie nicht stören.
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Das in der Funkenstrecke vorhandene ionisierbare Füllgas kann beispielsweise
das an sich bekannte Argon oder Helium bei einem Druck von 0,01 Torr bis
2500 Torr sein. Um die Ansprechverzögerung der Funkenstrecke klein zu halten,
wird in an sich bekannter Weise ein radioaktiver Stoff zur Vorionisierung der Gasfällung
vorgesehen. In der Zeichnung ist z. B. ein ringföriniges Band aus Nickel
63 mit 23
bezeichnet. Dieses Nickelisotop liefert 0,1 bis
10
Mikroeurie.
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Gewünschtenfalls kann an Stelle des Nickels 63
auch ein radioaktives
ionisierbares Agens zur Erzeugung
der gewünschten Vorionisation
verwendet werden. Für diesen Zweck hat sich Krypton 85 bewährt, das etwa
5 Mikrocurie liefert.
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Die beschriebene Funkenstrecke zeichnet sich also durch hervorragende
Betriebseigenschaften, durch hohe Zuverlässigkeit, durch gleich-bleibende Durchschlagsspannung
und durch lange Lebensdauer bei unveränderten Eigenschaften aus, ferner durch einen
einfachen Aufbau und läßt sich in der Fabrikation leicht zusammenbauen.