DE19622461B4

DE19622461B4 - Gas-filled surge arrester with external short-circuit device

Info

Publication number: DE19622461B4
Application number: DE1996122461
Authority: DE
Inventors: Frank Bothe; Jörg Riedel
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2016-05-25
Also published as: EP0809336A1; DE19622461A1

Abstract

Gasgefüllter Überspannungsableiter mit zwei Elektroden und einem zwischen den beiden Elektroden angeordneten hohlzylindrischen Isolator und mit einer Überlastungssicherung in Form einer äußeren Kurzschlußeinrichtung, bei dem die Kurzschlußeinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen; in Achsrichtung des Überspannungsableiters verlaufenden Federbügel besteht, dessen eines Ende an der einen Elektrode fixiert ist und dessen anderes Ende unter Zwischenschaltung eines isolierenden, schmelzbaren Abstandhalters an der anderen Elektrode anliegt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Außendurchmesser (D) der anderen Elektrode (2) um wenigstens etwa 1 mm größer als der Außendurchmesser (d) des Isolators (3) ist, so daß die andere Elektrode (2) einen radial über den Isolator (3) hinausragenden Rand (22) aufweist,
und daß der Federbügel (4) derart bogenartig gespannt ist, daß sein anderes Ende (6) durch den Abstandhalter (7) vom Rand der anderen Elektrode (2) axial auf Abstand gehalten wird.Gas-filled surge arrester having two electrodes and a hollow cylindrical insulator arranged between the two electrodes and having an overload protection in the form of an external short-circuit device, in which the short-circuiting device consists of an electrically conductive; extending in the axial direction of the surge arrester spring clip, one end of which is fixed to one electrode and the other end abuts with the interposition of an insulating, fusible spacer on the other electrode, characterized
the outer diameter (D) of the other electrode (2) is larger by at least about 1 mm than the outer diameter (d) of the insulator (3), so that the other electrode (2) has a rim (12) projecting radially beyond the insulator (3). 22),
and that the spring clip (4) is stretched arcuately such that its other end (6) is axially spaced by the spacer (7) from the edge of the other electrode (2).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines gasgefüllten Überspannungsableiters anzuwenden, der mit einer äußeren Kurzschlußeinrichtung versehen ist. Derartige Kurzschlußeinrichtungen sind sowohl bei Zwei-Elektroden- als auch bei Drei-Elektroden-Überspannungsableitern üblich. Sie dienen zum Schutz des Überspannungsableiters bei Langzeitbelastungen; eine solche Kurzschlußeinrichtung enthält in aller Regel ein bei höheren Temperaturen schmelzbares Konstruktionselement, mit dessen Hilfe die beiden Elektroden bzw. die Mittelelektrode und eine oder beide Endelektroden kurzgeschlossen werden.The Invention is in the field of electrical components and is in the structural design of a gas-filled surge arrester to apply that with an external short-circuit device is provided. Such short-circuiting devices are both common in two-electrode as well as in three-electrode surge arresters. she serve to protect the surge arrester during long-term stress; Such a short-circuit device contains in all Usually one at higher Temperatures meltable construction element, with the help of the two electrodes or the center electrode and one or both End electrodes are short-circuited.

Bei einem bekannten Zwei-Elektrodenableiter dieser Art sind elektrisch parallel zu den beiden Elektroden ein Federkontakt und ein Ableiterkontakt hintereinander angeordnet, wobei sich zwischen den beiden Kontakten ein bei erhöhter Temperatur erweichender Abstandhalter befindet. Dieser Abstandhalter besteht aus einem bei normaler Betriebstemperatur dimensionsstabilen und bei erhöhter Temperatur erweichenden, glasfaserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat ( EP 0 548 587 A1 ).In a known two-electrode arrester of this type, a spring contact and a drain contact are arranged one behind the other electrically parallel to the two electrodes, wherein there is a spacer softening at an elevated temperature between the two contacts. This spacer consists of a dimensionally stable at normal operating temperature and at elevated temperature softening, glass fiber reinforced plastic, such as polycarbonate ( EP 0 548 587 A1 ).

Aus der Druckschrift FR 2 575 864 A1 ist ein Drei-Elektroden-Ableiter mit einer äußeren Kurzschlußeinrichtung bekannt. Der Ableiter weist einen Isolator mit äußeren Elektroden auf, die einen über den Isolator hinausragenden Rand haben. Zwischen der äußeren Kurzschlußeinrichtung und dem Isolator sind schmelzbare Abstandhalter angeordnet, die für den Abstand zwischen den äußeren Elektroden und der Kurzschlußeinrichtung sorgen. Im Fehlerfall schmelzen die schmelzbaren Abstandhal ter, und die Kurzschlußeinrichtung wird gegen die äußeren Elektroden gedrückt.From the publication FR 2 575 864 A1 For example, a three-electrode arrester with an external short-circuit device is known. The arrester has an insulator with external electrodes having an edge extending beyond the insulator. Between the outer shorting device and the insulator fusible spacers are arranged, which provide the distance between the outer electrodes and the short-circuiting device. In case of failure melt the fusible Abstandhal ter, and the short-circuiting device is pressed against the outer electrodes.

Aus der Druckschrift DE 43 18 366 A1 ist ein weiterer Überspannungsableiter mit einem zweiarmigen Federbügel bekannt, der an seinen beiden Enden jeweils eine Kappe trägt. Zwischen den Kappen und den Endelektroden ist jeweils ein Abstandhalter angeordnet, der aus einer scheibenförmigen Schmelzpille und einem zylindrischen Bauteil mit isolierenden Eigenschaften besteht.From the publication DE 43 18 366 A1 Another surge arrester with a two-armed spring clip is known, which carries a cap at both ends. Between the caps and the end electrodes in each case a spacer is arranged, which consists of a disc-shaped melting pellet and a cylindrical component with insulating properties.

Aus der Druckschrift EP 0 312 729 A1 ist eine Thermoschutzvorrichtung für Überspannungsableiter bekannt, wobei einem in eine Kammer eingesetzten Überspannungsableiter eine Bügelfeder und eine als Schmelzelement ausgebildete Trennwand zugeordnet ist. Im Überspannungsfall wird das Schmelzelement bzw. die Trennwand durch die Arme der Bügelfeder zum Kurzschließen der Kontakte des Überspannungsableiters durchstoßen.From the publication EP 0 312 729 A1 a thermal protection device for surge arresters is known, wherein a surge arrester used in a chamber is assigned a bow spring and a partition formed as a melting element. In the event of overvoltage, the melting element or the dividing wall is pierced by the arms of the bow spring for short-circuiting the contacts of the surge arrester.

Bei einem bekannten Drei-Elektroden-Ableiter mit äußerer Kurzschlußeinrichtung ist ein zweiarmiger Federbügel mittig an der Mittelelektrode befestigt. Die beiden freien Enden der Arme dieses Federbügels liegen isoliert am Umfang der Elektroden auf. Bei diesem Überspannungsableiter dient der Federbügel auch zur Gestaltung von parallel geschalteten Luftfunkenstrecken. Hierbei ist an den Enden der beiden Arme des Fe derbügels jeweils ein etwa 20 bis 40 μm dicke Isolierschicht aus beispielsweise Polyurethanlack aufgebracht ( US 4 912 592 A ).In a known three-electrode arrester with external shorting device, a two-armed spring clip is mounted centrally on the center electrode. The two free ends of the arms of this spring clip are isolated on the circumference of the electrodes. In this surge arrester, the spring clip also serves to design parallel air gaps. Here, an approximately 20 to 40 microns thick insulating layer of polyurethane lacquer, for example, applied at the ends of the two arms of Fe derbügels ( US 4 912 592 A ).

Bei einem weiterhin bekannten Drei-Elektroden-Ableiter der genannten Art besteht die Kurzschlußeinrichtung ebenfalls aus einem sich in Achsrichtung erstreckenden, zweiarmigen Federbügel, der aber dachartig gewölbt ist. Die Arme des Federbügels schließen zwischen sich einen stumpfen Winkel ein und liegen mit ihren freien Enden unter Zwischenschaltung einer schmelzbaren Isolierschicht an den Endelektroden an. Die äußersten Enden der beiden Arme sind leicht abgewinkelt, so daß diese parallel zur Achse des Überspannungsableiters verlaufen und folglich an der äußeren Umfangsfläche der Endelektroden anliegen ( FR-A-2 625 377 ). – Bei einer Weiterentwicklung dieses Typs einer Kurzschlußeinrichtung ist der zweiarmige Federbügel so dimensioniert, daß seine Arme die freien Enden der Endelektroden axial überragen und unter Zwischenschaltung einer Isolierfolie auf der umlaufenden Kante der jeweiligen Endelektrode aufliegen (WO 94/22191).In a further known three-electrode arrester of the type mentioned, the short-circuiting device also consists of a extending in the axial direction, two-armed spring clip, which is roof-like but curved. The arms of the spring clip between them form an obtuse angle and lie with their free ends with the interposition of a fusible insulating layer on the end electrodes. The outermost ends of the two arms are slightly angled, so that they extend parallel to the axis of the surge arrester and thus abut the outer peripheral surface of the end electrodes ( FR-A-2 625 377 ). - In a further development of this type of short-circuiting device of the two-armed spring clip is dimensioned so that its arms axially overhang the free ends of the end electrodes and rest with the interposition of an insulating film on the peripheral edge of the respective end electrode (WO 94/22191).

Ausgehend von einem gasgefüllten Überspannungsableiter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 bzw. des Oberbegriffes des Patentanspruches 2 ( US 4 912 592 A ) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kurzschlußeinrichtung so auszubilden, daß sie den Überspannungsableiter axial nicht überragt und dennoch eine sichere Kontaktgabe gewährleistet.Starting from a gas-filled surge arrester with the features of the preamble of claim 1 and of the preamble of claim 2 ( US 4 912 592 A ), the invention has the object, the short-circuiting device in such a way that it does not protrude the surge arrester axially and yet ensures a secure contact.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Zwei-Elektroden-Überspannungsableiter vorgesehen, daß der Außendurchmesser der anderen Elektrode um wenigstens etwa 1 mm größer als der Außendurchmesser des Isolators ist, so daß die andere Elektrode einen radial über den Isolator hinausragenden Rand aufweist, und daß der Federbügel derart bogenförmig gespannt ist, daß sein anderes Ende durch den Abstandhalter vom Rand der anderen Elektrode axial auf Abstand gehalten wird. – Für einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter ist zur Lösung der genannten Aufgabe entsprechend vorgesehen, daß der Außendurchmesser der beiden Endelektroden um wenigstens etwa 1 mm größer als der Außendurchmesser der beiden Isolatoren ist, so daß die beiden Endelektroden einen radial über den Isolator hinausragenden Rand aufweisen, und daß die beiden Arme des Federbügels derart bogenförmig gespannt sind, daß ihre freien Enden von den Abstandhaltern jeweils vom Rand der jeweiligen Endelektrode axial auf Abstand gehalten werden.To solve this problem is provided in a two-electrode surge, that the outer diameter of the other electrode is greater than the outer diameter of the insulator by at least about 1 mm, so that the other electrode has a radially projecting beyond the insulator edge, and in that Spring clip is stretched arcuately such that its other end is axially held by the spacer from the edge of the other electrode at a distance. For a three-electrode surge arrester, it is accordingly provided for achieving the object mentioned that the outer diameter of the two end electrodes is larger by at least about 1 mm than the outer diameter of the two insulators, so that the two end electrodes have a radially projecting beyond the insulator edge, and that the two arms of the spring clip are stretched arcuately such that their free ends are held axially spaced from the spacers each from the edge of the respective end electrode.

Bei einer derartigen Ausgestaltung des Ableiters wird der Federbügel nicht wie bisher radial sondern axial gespannt, und zwar gegen einen speziellen Rand der jeweiligen Elektrode. Die Höhe dieses Randes ist so zu wählen, daß eine sichere Fixierung des freien Endes des Federbügels und eine sichere Positionierung des Abstandhalters gewährleistet sind. Zum Zwecke der sicheren Positionierung kann das freie Ende des Federbügels abgewinkelt sein; eine solche Abwinkelung erleichtert auch die Anordnung und Fixierung des Abstandhalters, der beispielsweise aus einem zylindrischen, plättchen-, quader- oder würfelförmigen Kunststoffteil besteht. Zweckmäßig ist hierbei zwischen dem freien Ende des Federbügels und dem Rand der jeweiligen Elektrode ein Raum vorgesehen, der im Überlastfall das schmelzende Material des Abstandhalters aufnimmt und dadurch die direkte Kontaktgabe zwischen dem Federbügel und der Elektrode ermöglicht. Dieser Raum kann eine Ausnehmung im Randbereich der Elektrode sein, wobei das Volumen dieser Ausnehmung größer sein sollte als das Volumen des schmelzbaren Abstandhalters. Dieser Raum kann aber auch im Bereich des Federbügels vorgesehen sein, in dem dieser an seinem freien, gegebenenfalls abgewinkelten Ende mit zwei Vorsprüngen – beispielsweise Sicken – versehen ist, zwischen denen der Ab standhalter anzuordnen ist und über die im Überlastfall der Kurzschlußkontakt erfolgt.at such a design of the arrester is not the spring clip as previously radial but axially tensioned, and against a special Edge of the respective electrode. The height of this edge is so too choose, that one secure fixation of the free end of the spring clip and secure positioning of the spacer guaranteed are. For the purpose of secure positioning, the free end of the spring clip be angled; such a bend also facilitates the arrangement and fixing the spacer, which for example consists of a cylindrical, platelet, cuboid or cube-shaped plastic part consists. Is appropriate in this case between the free end of the spring clip and the edge of the respective Electrode provided a space in the overload case, the melting Material of the spacer receives and thus the direct contact between the spring clip and the electrode allows. This space may be a recess in the edge region of the electrode, wherein the volume of this recess should be greater than the volume of the fusible spacer. This room can also be in the area of the spring clip be provided, in which this at its free, possibly angled End with two protrusions - for example Beads - provided is between which the Ab stand is to arrange and on the in case of overload the short-circuit contact he follows.

Ausführungsbeispiele des neuen Überspannungsableiters sind in den 1 bis 5 dargestellt. Dabei zeigtEmbodiments of the new surge arrester are in the 1 to 5 shown. It shows

1 einen Zwei-Elektroden-Ableiter mit einem einarmigen Federbügel als Kurzschlußeinrichtung, 1 a two-electrode arrester with a one-armed spring clip as a short-circuit device,

2 einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter mit zweiarmigem Federbügel, 2 a three-electrode surge arrester with two-armed spring clip,

3 und 4 ein erstes Beispiel für die Ausgestaltung des eigentlichen Kontaktbereiches der Kurzschlußeinrichtung und 3 and 4 a first example of the configuration of the actual contact region of the short-circuiting device and

5 ein zweites Beispiel für die Ausgestaltung des eigentlichen Kontaktbereiches. 5 a second example of the configuration of the actual contact area.

Der Überspannungsableiter gemäß 1 besteht im wesentlichen aus den beiden Elektroden 1 und 2 und dem hohlzylindrischen Isolator 3 sowie einem einarmigen Federbügel 4, der Teil der Kurzschlußeinrichtung ist. Der Federbügel 4 ist mit seinem einen Ende 5 am äußeren Umfang der Elektrode 1 stoffschlüssig fixiert. Das freie Ende 6 liegt unter Zwischenschaltung eines isolierenden, schmelzbaren Abstandhalters 7 axial an einem Rand 21 der Elektrode 2 an. Hierzu ist der Außendurchmesser D der Elektrode 2 um etwa 1,5 mm größer gewählt als der Außendurchmesser d des Isolators 3. – Aus Gründen der vereinfachten Herstellung ist die Elektrode 1 genauso dimensioniert wie die Elektrode 2.The surge arrester according to 1 consists essentially of the two electrodes 1 and 2 and the hollow cylindrical insulator 3 and a one-armed spring clip 4 which is part of the short-circuiting device. The spring clip 4 is with its one end 5 on the outer circumference of the electrode 1 firmly bonded. The free end 6 lies with the interposition of an insulating, fusible spacer 7 axially on one edge 21 the electrode 2 at. For this purpose, the outer diameter D of the electrode 2 chosen to be about 1.5 mm larger than the outer diameter d of the insulator 3 , - For reasons of simplified production is the electrode 1 the same dimensions as the electrode 2 ,

2 zeigt einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter, der im wesentlichen aus der Mittelelektrode 11, den beiden Endelektroden 12 und 13, den beiden Keramikisolatoren 14 und 15 und dem zweiarmigen Federbügel 16 als Teil der Kurzschlußeinrichtung besteht. Der Federbügel 16 ist mit seinem mittleren Teil an der Mittelelektrode 11 stoffschlüssig fixiert, während die beiden freien Enden der Arme 17 und 18 axial gegen den Rand der Elektroden 12 und 13 gespannt sind. Hierzu sind die Elektroden 12 und 13 mit ihrem Außendurchmesser D ebenfalls etwa 1,5 mm größer ausgebildet als der Außendurchmesser d der Isolatoren 14 und 15. 2 shows a three-electrode surge arrester consisting essentially of the center electrode 11 , the two end electrodes 12 and 13 , the two ceramic insulators 14 and 15 and the two-armed spring clip 16 exists as part of the short-circuiting device. The spring clip 16 is with its middle part at the center electrode 11 cohesively fixed while the two free ends of the arms 17 and 18 axially against the edge of the electrodes 12 and 13 are curious. These are the electrodes 12 and 13 with its outer diameter D also formed about 1.5 mm larger than the outer diameter d of the insulators 14 and 15 ,

Die freien Enden der beiden Arme 17 und 18 sind unter Zwischenschaltung eines isolierenden Abstandhalters 19 bzw. 20 bogenartig axial gegen den jeweiligen Rand der Endelektroden 12 und 13 gespannt.The free ends of the two arms 17 and 18 are with the interposition of an insulating spacer 19 respectively. 20 arcuate axially against the respective edge of the end electrodes 12 and 13 curious; excited.

3 und 4 zeigen ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung das Ende des Armes 18 des Federbügels 16 gemäß 2, wobei dieses Ende einen abgewinkelten Abschnitt 181 aufweist, der gemäß 4 mit zwei sickenartigen Vorsprüngen 182 versehen ist. Zwischen diesen Vorsprüngen ist der isolierende Abstandhalter 20 in Form eines quaderförmigen Kunststoffteiles angeordnet. Aufgrund seiner Dimensionierung hält dieses quaderförmige Kunststoffteil die sickenartigen Vorsprünge 182 auf Abstand zum Rand der Elektrode 13. Im Überlastfall schmilzt der Abstandhalter 19, ohne die sich dann ergebenden Kontaktstellen zwischen den Vorsprüngen 182 und dem Rand 13 zu verschmutzen, so daß eine sichere Kontaktgabe gewährleistet ist. 3 and 4 show a fragmentary enlarged view of the end of the arm 18 of the spring clip 16 according to 2 , this end having an angled section 181 according to 4 with two bead-like projections 182 is provided. Between these projections is the insulating spacer 20 arranged in the form of a cuboid plastic part. Due to its dimensions, this cuboid plastic part holds the bead-like projections 182 at a distance to the edge of the electrode 13 , In case of overload, the spacer melts 19 without the resulting contact points between the projections 182 and the edge 13 To pollute, so that a secure contact is guaranteed.

Gemäß 5 ist das abgewinkelte Ende 181' des Armes 18' eines Federbügels glatt ausgebildet. Dagegen ist im Randbereich 131' der Elektrode 13' eine Ausnehmung 132 vorgesehen, in der der quaderförmige, isolierende Abstandhalter 20 angeordnet ist. Im Kurzschlußfall kann sich das schmelzende Material des Abstandhalters 20 in der Ausnehmung 132 verteilen, ohne den sich ergebenden Kontaktbereich zwischen dem abgewinkelten Abschnitt 181' und dem Randbereich der Elektrode 13' zu verschmutzen.According to 5 is the angled end 181 ' of the arm 18 ' a spring clip smooth. In contrast, is in the edge area 131 ' the electrode 13 ' a recess 132 provided in which the cuboid insulating spacer 20 is arranged. In case of short circuit, the melting material of the spacer 20 in the recess 132 distribute without the resulting contact area between the angled section 181 ' and the edge region of the electrode 13 ' to pollute.

Claims

Gas-filled surge arrester having two electrodes and a hollow cylindrical insulator arranged between the two electrodes and having an overload protection in the form of an external short-circuit device, in which the short-circuiting device consists of an electrically conductive; extending in the axial direction of the surge arrester spring clip, one end of which is fixed to one electrode and the other end with the interposition of an insulating, fusible spacer rests on the other electrode, characterized in that the outer diameter (D) of the other electrode ( 2 ) is at least about 1 mm larger than the outer diameter (d) of the insulator ( 3 ), so that the other electrode ( 2 ) a radially over the insulator ( 3 ) protruding edge ( 22 ), and in that the spring clip ( 4 ) is stretched so arch-like that its other end ( 6 ) through the spacer ( 7 ) from the edge of the other electrode ( 2 ) is held axially at a distance.

Gas-filled surge with a central electrode and two end electrodes and two arranged between the electrodes hollow cylindrical insulators and with an overload protection in the form of an external short-circuit device in which the short-circuiting device consists of an electrically conductive, extending in the axial direction of the surge arrester, two-armed spring clip, the middle part of the Center electrode is fixed and abut the free ends of the arms with the interposition of each of an insulating, fusible spacer at each end electrode, characterized in that the outer diameter (D) of the end electrode ( 12 . 13 ) is at least about 1 mm larger than the outer diameter (d) of each insulator ( 14 . 15 ), so that each end electrode ( 12 . 13 ) has a radially beyond the respective insulator edge ( 131 ' ), and that the two arms ( 17 . 18 ) of the spring clip ( 16 ) are stretched arcuately such that their free ends in each case by the spacer ( 19 . 20 ) from the edge ( 131 ' ) of the respective end electrode ( 12 . 13 ) are held axially at a distance.

Surge arrester according to Claim 1 or 2, characterized in that the other end of the spring clip ( 4 ) or the ends of the two arms ( 17 . 18 ) of the spring clip ( 16 ) with beads ( 182 ) for receiving and laterally fixing the respective spacer ( 7 . 19 . 20 ) is provided.

Surge arrester according to Claim 3, characterized in that the volume between the beads ( 182 ) greater than the volume of the fusible spacer ( 7 . 19 . 20 ).

Surge arrester according to Claim 1 or 2, characterized in that the projecting edge ( 21 . 131 ' ) of the other electrode ( 2 ) or the two end electrodes ( 12 . 13 ) with a recess ( 132 ) for receiving and positioning the fusible spacer ( 7 . 19 . 20 ) is provided.

Surge arrester according to Claim 5, characterized in that the volume of the recess ( 132 ) greater than the volume of the fusible spacer ( 7 . 19 . 20 ).