DE1951601C3

DE1951601C3 - Gas discharge surge arrester

Info

Publication number: DE1951601C3
Application number: DE19691951601
Authority: DE
Inventors: Alex Bahr; Gerhard Dr.-Ing. Peche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-10-13
Filing date: 1969-10-13
Publication date: 1975-07-31
Also published as: GB1280938A; AT297126B; CH519805A; FR2065348A5; DE1951601A1; DE1951601B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasentladungs-(jberspannungsableiter mit einem gasdichten Gehäuse, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem einander Elektroden gegenüberstehen, von denen zumindest eine Elektrode auf ihrer Stirnseite eine Alkalimetall enthaltende Schicht hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufweist, die als zusätzlichen Bestandteil Titan enthält.The invention relates to a gas discharge (surge arrester with a gas-tight housing, preferably with a noble gas filling, in which electrodes are attached to each other oppose, of which at least one electrode containing an alkali metal on its end face Layer of high thermal electron emissivity, which has titanium as an additional component contains.

Aus der DT-AS I 196 796 ist eine entladungsgeheizte Sinterkathode für gasgefüllte Entladungsröhren bekannt, die aus einer Metall-Oxyd-Komponente besteht, die Metalloxyde zweier Oxydtypen (A, B) enthält von denen das Metall bzw. die Metalle des Oxydtyps A eine Austrittsarbeit kleiner als 3,3 eV und das Metall bzw. die Metalle des Oxydtyps B eine Austrittsarbeit größer «Is 3,5 eV haben, und der ein hochschmelzendes Metall in gleichmäßiger Verteilung in solcher Menge züge-Setzt ist, daß die thermische Leitfähigkeit des Sinterkörpers gegenüber der thermischen Leitfähigkeit des zugesetzten Metalls allein so stark herabgesetzt ist, daß auf der Kathode bereits bei Entladungsstromstärken in £ Größenordnung von 10 mA ein begrenzter, thermisch emittierender Brennfleck sich ausbilde« und die Entladung den Charakter einer Bogenentladung aufFrom DT-AS I 196 796 there is a discharge-heated one Sintered cathode for gas-filled discharge tubes known, which consists of a metal-oxide component, the metal oxides of two types of oxides (A, B) contain von where the metal or metals of oxide type A have a work function of less than 3.3 eV and the metal or metals the metals of oxide type B have a work function greater than «Is 3.5 eV, and that is a high-melting metal in a uniform distribution in such an amount is tensile that the thermal conductivity of the sintered body compared to the thermal conductivity of the added metal alone is so greatly reduced that on the cathode already at discharge currents in the order of magnitude of 10 mA a limited, thermal emitting focal spot is formed «and the Discharge takes on the character of an arc discharge

^Weiterhin ist aus der DT-PS 615 506 bereits ein ub^annungsaWeiter bekannt bei dem die Oberfläche der Elektroden mit einer zusätzlichen Sch.cht versehen ist die die Austrittsarbeit der Elektronen an der at-Kathode wirkenden Elektrode und dadurch den Spannungsabfall und die Verlustleistung im Überspannungsableiter bei einem gegebenen Entladungsstrom herabsetzt Dieser bekannte Uberspannungsabieuer wird nach dem Einbnngen der mit der Emiss.onsschicht versehenen Elektroden wie üblich evaku.ert ausgehest und anschließend mit Edelgas gefüllt^ Furthermore, from the DT-PS 615 506 an ub ^ approximation is already known in which the surface The electrodes are provided with an additional layer that controls the work function of the electrons at cathode acting electrode and thereby the Voltage drop and power loss in the surge arrester This known surge arrester decreases for a given discharge current is after the embedding of the emissive layer equipped electrodes evacuated as usual and then filled with inert gas

Üblicherweise wird bei Uberspannungsableitern zumindest auf die als kalte Bogenkathode wirkende Elektrode eine zusätzliche Schicht aufgebracht d.e Verbindungen enthält, weiche thermisch leicht zerfallen. Die Hne zusätzliche Schicht aufweisenden Elektroden vver den dann beispielsweise nach Einsetzen in den Isol.erköraer zur Formierung durch Hochfrequenz erwärmt. Dabei treten aus der Schicht gasförmige Reaktionsprodukte aus die über einen Pumpstengel des Überspannungsableiter entfernt werden müssen. Das sich b.ldende M-tall kondensiert auf den Elektrodenoberflächen und gewährleistet dann die gewünschte niedrige Ausirittsarbeit. Zum Abschluß der Herstellung wird der Ableiter mit einem Edelgas gefüllt und am Pumpstengel abgeschmolzen.Usually with surge arresters at least an additional layer is applied to the electrode, which acts as a cold arc cathode, i.e. the connections contains, soft thermally disintegrate easily. The electrodes, which have no additional layer, are vver then, for example, after insertion into the Isol.erköraer heated for formation by high frequency. In the process, gaseous reaction products emerge from the layer via an exhaust tube of the surge arrester must be removed. The developing Metal condenses on the electrode surfaces and then ensures the desired low work force. At the end of the production the The arrester is filled with an inert gas and melted off at the exhaust tube.

Thermisch leicht zerfallende Metallverbindungen, deren gasförmige Reaktionsprodukte aus dem Ableiter entfernt werden müssen, sind für die Elektroden eines pumpstengellosen Ableiters ungeeignet.Thermally easily disintegrating metal compounds, whose gaseous reaction products have to be removed from the arrester are one thing for the electrodes Pump stem-less arrester unsuitable.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Gasent ladungsüberspannungsableiter mit einer zusätzlichen, zur Herabsetzung der Austrittsarbeit dienenden Schicht auf seinen Elektroden zu schaffen, die aus einer Mischung von Metallverbindungen besteht, welche weder bei der Herstellung noch im Betrieb gasförmige Reaktionsprodukte in einem die Eigenschaften des Überspannungsabieiters störenden Maß abgeben. Zu diesem Zweck wird bei einem Gasentladungs-Uberspannungsableiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Bestandteile der Schicht als pastenförmige Mischung eines Alkalihalogenids mit Titanhydrid auf die Elektroden aufgebrachtThe object of the invention is therefore to provide a gas discharge surge arrester with an additional, to reduce the work function serving layer to create on its electrodes, which consists of a There is a mixture of metal compounds which are neither gaseous during manufacture nor in operation Release reaction products to an extent that interferes with the properties of the surge arrester. to this is the purpose of a gas discharge surge arrester proposed according to the invention of the type mentioned that the components of the Layer applied to the electrodes as a paste-like mixture of an alkali halide with titanium hydride

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei der Herstellung ein Ausheizen des Ableiters und ein Abpumpen schädlicher Gase nicht erforderlich ist. Die Verbindungen der vorgeschlagenen Mischungen reagieren während des Herstellungsprozesses des Überspannungsabieiters noch nicht miteinander. Erst bei einer Lichtbogenentladung erfolgt eine Formierung und dann auch nur innerhalb des Kathodenflecks; das bedeutet, daß nur ein vernachlässigbar kleiner Teil der zusätzlichen Schicht bei der Entladung sich oberflächlich chemisch verändert.A major advantage of the invention is that the arrester is baked out during manufacture and pumping out harmful gases is not required. The compounds of the proposed mixtures do not yet react with one another during the surge arrester's manufacturing process. First in the case of an arc discharge, formation takes place and then only within the cathode spot; the means that only a negligibly small part of the additional layer becomes superficial during discharge chemically modified.

Bei einem erfindungsgemäßen Gasentladungs-Uberspannungsableiter zeigt die kalte Bogenkathode vorteilhafterweise eine besonders hohe Feldelektronenemissionsfähigkeit bei sehr geringer Dissoziation der Verbindungen, wenn die Schicht als weiteren Bestandteil Magnesiumoxyd enthält.In a gas discharge surge arrester according to the invention The cold arc cathode advantageously exhibits a particularly high field electron emission capability with very little dissociation of the compounds if the layer is a further component Contains magnesium oxide.

Die Bestandteile einer pastenförmigen Mischung haben dabei zweckmäßig Gewichtsanteile in folgendenHave the ingredients of a pasty mixture appropriately weight proportions in the following

Bereichen: Zwischen 25 und 95% eines Alkalihalogenide mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 20 μπι, zwischen 5 und 75% Titanhydrid mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 20 μπι und zwischen 0 und 50% Magnesiumoxyd mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 1 μπι.Ranges: Between 25 and 95% of an alkali halide with a grain size between 0.2 and 20 μπι, between 5 and 75% titanium hydride with a grain size between 0.2 and 20 μm and between 0 and 50% magnesium oxide with a grain size between 0.2 and 1 μπι.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Überspannungsableiters besteht das Alkalihalogenid aus Kaliumchlorid und die Schicht weist anteilig an Gewichtsprozenten 75% Kaliumchlorid und 25% Titanhydrid auf. ίοIn a preferred embodiment of the surge arrester, the alkali halide consists of potassium chloride and the layer comprises, by weight percentages, 75% potassium chloride and 25% titanium hydride on. ίο

Bei einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des erfini'iingsgemäßen Gasentladungs-Überspannungsableiters ist das Alkalihalogenid Kaliumbromid, wobei die Schicht anteilig an Gewichtsprozenten 45% Kaliumbromid, 5% Titanhydrid und 50% Magnesiumoxyd aufweist. Bei einigen Anwendungsfällen kann mit besonderem Vorteil dabei das Alkalihalogenid an Stelle von Kaliumbromid Kaliumiodid sein.In a further preferred embodiment of the gas discharge surge arrester according to the invention the alkali halide is potassium bromide, whereby the layer is proportionate to weight percent 45% Potassium bromide, 5% titanium hydride and 50% magnesium oxide. For some use cases, the alkali halide may be potassium iodide instead of potassium bromide.

Obwohl der Reaktionsablauf im Kathodenfleck bei Lichtbogenentladungen nicht sicher bekannt ist, kann er beispielsweise bei einer aus Kaliumchlorid und Titanhydrid gebildeten Schicht auf folgende Weise erklärt werden: Bei der Formierung reagiert im Kathodenfleck unter Einwirkung des Lichtbogens T1H4 mit KCl, indem KCl aufgespalten und das Cl vom H des T1H4 gebunden wird, so daß freies K entsteht; dabei stellt sich dann die endgültige Brennspannung des Lichtbogens ein.Although the course of the reaction in the cathode spot in the case of arc discharges is not known with certainty, it can He explains, for example, a layer formed from potassium chloride and titanium hydride in the following way are: During the formation reacts in the cathode spot under the effect of the arc T1H4 KCl, by splitting KCl and binding the Cl from the H of T1H4, so that free K is formed; included the final operating voltage of the arc is then established.

Mit den Mischungen der zusätzlichen Schicht trreicht man vorteilhafterweise auf einfache An niedrige Aiistrittsarbeiten für die Elektroden pumpstengelloser Ableiter. Weiterhin weisen Kathoden mit einer z'isätzliihen Schicht vorteilhafterweise einen niedrigen Lichtbogenübergang auf.With the mixes the additional layer will trickle down it is advantageous to use simple steps for the electrodes without pumping rods Arrester. Furthermore, cathodes with a z'isätzliihen Layer advantageously on a low arc transition.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutertThe invention will be described in greater detail below using an exemplary embodiment shown in the drawing explained

Die Zeichnung zeigt einen Knoplableiter mit kegelstunipfförmigen Elektroden 2 und 3, die mit einander zugekehrten Auswölbungen in einen rohrförmigen Isolierkörper 1 gasdicht eingesetzt sind. Als Werkstoff für den Isolierkörper 1 dient vorzugsweise Glas oder Keramik, während die Elektroden 2 und 3 aus einer Ni-Fe- bzw. Ni-Fe-Co-Legierung bestehen. Auf die einander gegenüberliegenden Elektroden 2 und 3 ist jeweils eine Schicht 4 in einer pastenförmigen Mischung, bestehend aus einem Alkalihalogenid, Titanhydrid und Magnesiumoxyd, aufgetragen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Schicht 4 ist das Alkalihalogenid Kaliumbromid und die Korngröße beträgt für Kaliumbromid 1 bis 10 μπι, für Titanhydrid I bis 10 μπι und für Magnesiumoxyd < 1 μπι.The drawing shows a button conductor with a tapered cone Electrodes 2 and 3, the bulges facing each other in a tubular insulating body 1 are inserted gas-tight. The material used for the insulating body 1 is preferably glass or ceramic, while the electrodes 2 and 3 consist of a Ni-Fe or Ni-Fe-Co alloy. To each other opposing electrodes 2 and 3 is each a layer 4 consisting of a paste-like mixture made of an alkali halide, titanium hydride and magnesium oxide. In a practical embodiment of layer 4, the alkali halide is potassium bromide and the grain size for potassium bromide 1 to 10 μπι, for titanium hydride I to 10 μπι and for Magnesium oxide <1 μm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Gas discharge surge arrester with a gas-tight housing, preferably with Ede! - gas filling, in which electrodes face each other, of which at least one electrode is on their Front side an alkali metal-containing layer of high thermal electron emissivity which contains titanium as an additional component, characterized in that the components of the layer (4) as a paste-like mixture an alkali halide with titanium hydride are applied to the electrodes (2,3)

2. gas charge surge arrester according to claim 1, characterized in that the Layer (4) contains magnesium oxide as a further component.

3. Gas discharge surge arrester according to claim 2, characterized in that the Layer (4) in percent by weight an alkali halide between 25 and 95%, titanium hydride between 5 and contains 75% and magnesium oxide between 0 and 50%.

4. Gas discharge surge arrester according to claim 3, characterized in that the alkali halide as a powder a grain size between 0.2 and 20 μm, the titanium hydride as a powder a grain size between 0.2 and 20 μπι and the magnesium oxide as a powder has a grain size between 0.2 and I μπι.

5. Gas discharge surge arrester according to claim 4, characterized in that the alkali halide Is potassium chloride and that the layer is proportionate to weight percent 75% potassium chloride and 25% titanium hydride

6. Gas discharge surge arrester according to claim 4, characterized in that the alkali halide Is potassium bromide and that the layer is proportionate to weight percent 45% potassium bromide, Has 5% titanium hydride and 50% magnesium oxide.

7. Gas discharge surge arrester according to Claim 4, characterized in that the alkali halide is potassium iodide.

45