DE19632417C1 - Gasgefüllter Überspannungsableiter mit Elektroden-Aktivierungsmasse - Google Patents
Gasgefüllter Überspannungsableiter mit Elektroden-AktivierungsmasseInfo
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Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Bauele
mente und ist bei der Gestaltung von gasgefüllten Überspan
nungsableitern mit wenigstens 2 Elektroden anzuwenden, bei
denen zur Sicherstellung der Zündeigenschaften auf wenigstens
eine der Elektroden eine aus mehreren Komponenten bestehende
Elektroden-Aktivierungsmasse aufgebracht ist.
Bei mit Edelgas gefüllten Überspannungsableitern kann das je
weils gewünschte Betriebsverhalten wie Zündspannung, An
sprechzeit, statische Ansprechspannung und dynamische An
sprechspannung, Löschspannung und Glimmbrennspannung durch
unterschiedliche Maßnahmen wie konstruktive Gestaltung der
Elektroden, Art und Druck der Gasfüllung, Anordnung eines
oder mehrerer Zündstriche auf der Innenwand des Glas- oder
Keramikisolators und Auswahl der auf den aktiven Oberflächen
der Elektroden angeordneten Aktivierungsmasse beeinflußt wer
den. So ist beispielsweise ein Überspannungsableiter bekannt,
der zwei stirnseitig in einen hohlzylindrischen Keramikisola
tor eingesetzte Elektroden aufweist, deren einander zugewand
te Elektrodenflächen mit einer Aktivierungsmasse aus Alumini
um und Magnesiumoxid beschichtet sind. Die Aktvierungsmasse
ist dabei in Vertiefungen der Elektrodenoberfläche angeord
net. Auf der Innenwand des Isolators sind im übrigen mehrere
Achsrichtung verlaufende Zündstriche angeordnet, die als
sogenannte Mittelzündstriche ohne direkte Anbindung an die
Elektroden ausgestaltet sind (US 4 266 260). Bei Überspan
nungsableitern mit ringförmiger Mittelelektrode ist es ebenso
bekannt, die Aktivierungsmasse (hier: Natriumsilikat) auch in
Vertiefungen der Mittelelektrode anzuordnen (US 4 769 736).
Die für gasgefüllten Überspannungsableiter verwendeten Akti
vierungsmassen bestehen häufig aus mehreren Komponenten. Für
eine aus drei Komponenten bestehende Aktivierungsmasse ist
eine Zusammensetzung bekannt, die überwiegend ein Alkalihalo
genid wie Kaliumchlorid, sodann eine Legierung in Form von
Barium-Aluminium und ein reines Metall in Form von Wolfram
und/oder Molybden enthält. Als vierte, ebenfalls rein metal
lische Komponente kann noch Nickel zugefügt sein
(EP 0 138 082 B1). Eine ähnliche Masse besteht aus den Kompo
nenten Barium-Aluminium, Titan und einem Alkalihalogenid wie
Kalium-Bromid, -Chlorid oder -Jodid (DE 29 14 836 C2). - Für
eine andere aus drei Komponenten zusammengesetzte Aktivie
rungsmasse sind als Komponenten Titan, Barium-Titanat und
Glas verwendet, wobei die Glas-Komponente aus einer Mischung
mehrerer Oxide besteht (US 5 336 970). Andere bekannte Ak
tivierungsmassen enthalten z. B. reines Aluminium und eine Ba
rium-Aluminium-Legierung (US 4 831 485) oder Kalium- und/oder
Natriumbromid (DE 25 08 183 A1) oder reines Silber
oder eine eutektische Aluminium-Silber- oder Aluminium-
Kupfer-Legierung (EP 0 242 688 A1/US 4 739 439) oder Bari
um, Titan und Titanoxid, wobei durch eine Temperaturbehand
lung Barium-Titanat in diese Komponenten zersetzt wurde; die
se letzt genannte Aktivierungsmasse ist für Überspannungsab
leiter vorgesehen, deren Gasfüllung aus Argon mit einem Was
serstoffzusatz besteht (DE 31 06 763 A1).
Ausgehend von einer gasgefüllten Entladungsstrecke mit den
Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1
(EP 0 138 082 B1) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die
Komponenten der Elektroden-Aktivierungsmasse so zusammenzu
stellen, daß sich die Aktivierungsmasse durch eine hohe Haft
festigkeit auf den Elektroden auszeichnet, um bei geforderter
niedriger Ansprechspannung (≦ 500 V bei 100 V/µs) eine für
spezielle hochbelastbare Entladungsstrecken vorgesehene Le
bensdauerprüfung zu bestehen, die aus einer unipolaren Im
pulsbelastung mit 1000 × 500 Amp, Welle 10/1000 µs besteht.
Eine derartige Lebensdauerprüfung müssen beispielsweise Drei-
Elektroden-Ableiter der höchsten Leistungsklasse (Maximum
Duty) bestehen, die für Ableitströme von etwa 200 Amp (11 Zy
klen bei 60 Hz) gleichzeitig über jede der beiden Ableiter
strecken vorgesehen sind (DE 44 44 515 A1).
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
daß bei Verwendung einer wasserstoffhaltigen Gasfüllung die
erste Komponente aus Aluminium besteht und in einer Menge von
50 bis 70 Mol% vorliegt, daß die zweite Komponente aus einem
Alkali- oder Erdalkali-Halogenid oder einer Mischung von Al
kali- oder Erdalkali-Halogeniden besteht und in einer Menge
von 20 bis 40 Mol% vorliegt und daß die dritte Komponente aus
einem Metalloxid mit dielektrischen oder ferroelektrischen
Eigenschaften besteht und in einer Menge von 3 bis 10 Mol%
vorliegt.
Bei einer derartigen Kombination der Komponenten der Aktivie
rungsmasse werden die eigentlichen Zünd- und Löscheigenschaf
ten des Überspannungsableiters im wesentlichen durch die
zweite und dritte Komponente gewährleistet, während die erste
Komponente verhindert, daß die Aktivierungsmasse bei hohen
Strombelastungen des Ableiters Schmelzperlen bildet, die zu
einer Veränderung des Elektrodenabstandes und damit zu verän
dertem Zündverhalten führen würden. Der Wasserstoffanteil der
Gasfüllung gewährleistet dagegen die geforderte niedrige An
sprechspannung.
Die Auswahl von speziellen Halogeniden der zweiten Komponente
hängt von den jeweiligen Löschanforderungen ab. Neben Kalium- oder
Natrium-Bromid als bevorzugter Komponente kommen auch
-Chloride, -Jodide oder -Fluoride in Betracht.
Die im Rahmen der Erfindung verwendete dritte Komponente ge
währleistet eine höhere Ergiebigkeit auf der Kathodenseite,
d. h. sie verhindert auf der Kathodenseite eine-vorzeitige
Verarmung an Aktivierungsmasse und damit vorzeitige Zündaus
fälle. Außer dem bevorzugt eingesetztem Barium-Titanat
(BaTiO3) kommen auch Titan-Oxid (TiO2) oder Litiumniobat
(LiNbO3) in Betracht.
Die neue Elektroden-Aktivierungsmasse ist besonders zum Auf
bringen auf die hohlzylindrische Mittelelektrode von Drei-
Elektroden-Ableitern der höchsten Leistungsklasse geeignet.
Da derartige Elektroden nicht mit einer - wie bei zylin
drischen Endelektroden üblichen - Waffelung zur Aufnahme der
Aktivierungsmasse versehen werden können, empfiehlt es sich,
die Elektroden-Aktivierungsmasse in eine auf der inneren zy
lindrischen Oberfläche umlaufende Nut einzubringen.
Ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebilde
ten Entladungsstrecke in Form eines Drei-Elektroden-Über
spannungsableiters ist in der Figur dargestellt.
Die Figur zeigt in Anlehnung an die Darstellung gemäß Fig. 3
der DE 44 44 515 A1 ausschnittsweise den ei
gentlichen Entladungsbereich, der sich zwischen den beiden
sich axial gegenüberstehenden Endelektroden 1 und 2 einer
seits und der dazu konzentrisch angeordneten hohlzylindri
schen Mittelelektrode 3 andererseits befindet. Die Stirnsei
ten der Endelektroden 1 und 2 sind mit einer an sich üblichen
Waffelung versehen, in die eine erste Elektroden-
Aktivierungsmasse 4 eingebracht ist. Eine zweite Elektroden-
Aktivierungsmasse 6 ist in die umlaufende Nut 5 eingebracht,
die in die innere Oberfläche der Mittelelektrode 3 eingelas
sen ist. Die zweite Elektroden-Aktivierungsmasse 6 besteht
hierbei aus 60 Mol% Aluminium, 30 Mol% Natrium-Bromid und 7
Mol% Barium-Titanat. Die ersten beiden Komponenten können um
+/- 10 Mol% schwanken, die dritte Komponente um +/- 3 Mol%. -
Umgerechnet in Gew.-% besteht die Aktivierungsmasse aus etwa
25 Gew.-% Aluminium, etwa 50 Gew.-% Natrium-Bromid und etwa 25
Gew.-% Barium-Titanat.
Die erste Aktivierungsmasse 4 kann identisch mit der zweiten
Aktivierungsmasse 6 sein. Zweckmäßig kommen jedoch Aktivie
rungsmassen ohne die Komponente Aluminium zum Einsatz, bei
spielsweise eine Masse mit den Komponenten Alkali- oder Erd
alkalisilikat, Alkali- oder Erdalkali-Halogenid und Nickel. -
Beide Aktivierungsmassen müssen wasserstoffverträglich sein,
da die Gasfüllung des Überspannungsableiters - um eine nie
drige Ansprechspannung zu gewährleisten - neben einem Edelgas
wie Argon auch Wasserstoff in einer Menge von 5-20 Vol.%
enthält.
Claims (4)
1. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit wenigstens zwei
Elektroden und mit einer drei Komponenten aufweisenden, auf
wenigstens eine der Elektroden aufgebrachten
Elektrodenaktivierungsmasse,
wobei die erste Komponente in metallischer Form und die
zweite Komponente als Halogenid vorliegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer wasserstoffhaltigen Gasfüllung die erste Komponente aus Aluminium besteht und in einer Menge von 50 bis 70 Mol% vorliegt,
daß die zweite Komponente aus einem Alkali- oder Erdalkali- Halogenid oder einer Mischung von Alkali- oder Erdalkali- Halogeniden besteht und in einer Menge von 20 bis 40 Mol% vorliegt
und daß die dritte Komponente aus einem Metalloxid mit di- oder ferro-elektrischen Eigenschaften besteht und in einer Menge von 3 bis 10 Mol% vorliegt.
daß bei einer wasserstoffhaltigen Gasfüllung die erste Komponente aus Aluminium besteht und in einer Menge von 50 bis 70 Mol% vorliegt,
daß die zweite Komponente aus einem Alkali- oder Erdalkali- Halogenid oder einer Mischung von Alkali- oder Erdalkali- Halogeniden besteht und in einer Menge von 20 bis 40 Mol% vorliegt
und daß die dritte Komponente aus einem Metalloxid mit di- oder ferro-elektrischen Eigenschaften besteht und in einer Menge von 3 bis 10 Mol% vorliegt.
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Komponente aus einem Kalium- oder Natrium-
Bromid (KBr, NaBr) besteht.
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dritte Komponente aus Bariumtitanat
(BaTiO3),Titanoxid (TiO2) oder Litiumniobat (LiNbO3) besteht.
4. Überspannungsableiter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenaktivierungsmasse aus 60 +/- 10 Mol%
Aluminium, 30 +/- 10 Mol% Natrium-Bromid und 7 +/- 3 Mol%
Bariumtitanat besteht.
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