DE19635526A1

DE19635526A1 - Three-electrode gas-filled over-voltage diverter e.g. for communications engineering, fax equipment

Info

Publication number: DE19635526A1
Application number: DE1996135526
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Lange; Juergen Dipl Ing Boy
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 1998-02-26

Abstract

The over-voltage diverter has a pair of electrodes (2,3) with respective annular flanges soldered to respective metallised end faces of a hollow cylindrical isolator at axially opposing ends of the gas space and a third hollow cylindrical electrode (4) forming a discharge path with each of the former electrodes. The third electrode fits around a single hollow cylindrical isolator (5) inserted between the first electrodes with the metallised end faces soldered to the flanges of the latter having a greater outer dia.than the electrode flanges.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauele mente und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines gas gefüllten Überspannungsableiters anzuwenden, der mit drei Elektroden versehen ist, wobei durch die gegenseitige Zuord nung dieser Elektroden drei Entladungsstrecken gebildet sind.The invention is in the field of electrical components ment and is in the design of a gas filled surge arrester with three Electrodes is provided, whereby by mutual assignment voltage of these electrodes, three discharge paths are formed.

Bekannte gasgefüllte Überspannungsableiter mit drei Entla dungsstrecken sind in aller Regel so aufgebaut, daß zwei stiftartig ausgebildete, einander axial gegenüberstehende Elektroden von einer dritten, hohlzylindrisch ausgebildeten Elektrode umgeben sind, so daß eine erste Entladungsstrecke zwischen den beiden stiftartig ausgebildeten Elektroden und zwei weitere Entladungsstrecken zwischen jeweils einer stift artigen Elektrode und der hohlzylindrischen Elektrode gebil det sind. Die hohlzylindrische Elektrode wird dabei mittels zweier hohlzylindrischer Isolatoren gegenüber den beiden Stiftelektroden axial fixiert, wobei die beiden Isolatoren an ihren Stirnflächen mit entsprechenden Ringflanschen der Elek troden verlötet sind. Der durch die drei Elektroden und die beiden Isolatoren gebildete, nach außen abgeschlossene Raum ist mit einem Edelgas gefüllt (US 3,780,350 A, US 4,433,354 A).Known gas-filled surge arrester with three discharges Extension lines are usually constructed so that two pin-shaped, axially opposed to each other Electrodes from a third, hollow cylindrical Are surrounded electrode, so that a first discharge path between the two pin-shaped electrodes and two further discharge paths between one pin each like electrode and the hollow cylindrical electrode gebil det. The hollow cylindrical electrode is thereby two hollow cylindrical insulators from the two Pin electrodes fixed axially, with the two insulators on their end faces with corresponding ring flanges of the Elek toden are soldered. The one through the three electrodes and the one two isolators formed, closed off from the outside is filled with a noble gas (US 3,780,350 A, US 4,433,354 A).

Bei diesen bekannten Drei-Elektroden-Ableitern wird die Entladungsstrecke zwischen den beiden stiftartigen Elektroden als line-line-Entladungsstrecke und die beiden anderen Entla dungsstrecken zwischen jeweils einer Stiftelektrode und der hohlzylindrischen Elektrode als line-ground-Entladungsstrecke bezeichnet. Die Ansprechspannungen dieser drei verschiedenen Entladungsstrecken sind etwa gleich groß. In these known three-electrode arresters, the Discharge path between the two pin-like electrodes as a line-line discharge line and the other two discharge lines distance between each a pin electrode and the hollow cylindrical electrode as a line-ground discharge path designated. The response voltages of these three different ones Discharge distances are approximately the same size.

Bei bestimmten Einsatzbereichen für gasgefüllte Überspan nungsableiter auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik, bei spielsweise für Fax-Geräte, werden unterschiedliche Ansprech spannungen für die Entladungsstrecken line-line einerseits und line-ground andererseits verlangt. Beispielsweise soll die line-line-Ansprechspannung bei 330 V und die line-ground- Ansprechspannung bei 1 200 bis 2 000 V liegen. Derartige Un terschiede in der Ansprechspannung lassen sich mit den be kannten Drei-Elektroden-Ableitern nicht wirtschaftlich reali sieren. Es ist daher üblich, für die drei Entladungsstrecken drei verschiedene gasgefüllte Zwei-Elektroden- Überspannungsableiter zu verwenden, deren Stoßstromtragfähig keit allerdings relativ klein ist (US 4,658,324 A).In certain areas of application for gas-filled span in the field of communication technology, at for example for fax machines, will be different response tensions for the discharge lines line-line on the one hand and line-ground on the other hand. For example, should the line-line response voltage at 330 V and the line-ground Response voltage is 1 200 to 2 000 V. Such Un Differences in the response voltage can be with the be knew three-electrode arresters not economically feasible sieren. It is therefore common for the three discharge routes three different gas-filled two-electrode Use surge arresters whose surge current capacity is acceptable speed is however relatively small (US 4,658,324 A).

Ausgehend von einem gasgefüllten Überspannungsableiter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Überspannungsableiter so auszugestalten, daß sich die Ansprechspannungen der line ground-Entladungsstrecken von der Ansprechspannung der line line-Entladungsstrecke signifikant unterscheiden.Starting with a gas-filled surge arrester the features of the preamble of claim 1 the invention has for its object the surge arrester to design so that the response voltages of the line ground discharge distances from the response voltage of the line Distinguish line discharge distance significantly.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ein einzi ger hohlzylindrischer Isolator angeordnet ist und daß die dritte Elektrode rohrförmig ausgebildet und den Isolator um fassend sowie die Lötverbindungsstellen zwischen dem Isolator und der ersten und der zweiten Elektrode mit Abstand umgebend außerhalb des Gasraumes angeordnet ist; dabei ist weiterhin wesentlich, daß die Ringflansche der ersten und der zweiten Elektrode einen etwas kleineren Außendurchmesser als die me tallisierten Stirnflächen des Isolators aufweisen.To achieve this object, the invention provides that a single between the first and the second electrode ger hollow cylindrical insulator is arranged and that the third electrode is tubular and the insulator around as well as the solder joints between the insulator and spacing the first and second electrodes is arranged outside the gas space; is still there essential that the ring flanges of the first and the second Electrode a little smaller outside diameter than me have tallized end faces of the insulator.

Bei einer derartigen Ausgestaltung des Überspannungsableiters liegen die Entladungsstrecken zwischen der dritten Elektrode einerseits und der ersten und der zweiten Elektrode anderer seits nicht innerhalb sondern außerhalb des Gasraumes; es handelt sich hierbei also um sogenannte Luftfunkenstrecken. Der eigentliche Entladungsspalt dieser Luftfunkenstrecken be findet sich dabei zwischen dem Rand der metallisierten Stirn flächen des Isolators und der konzentrisch dazu angeordneten dritten Elektrode, wobei die Metallisierung der Stirnflächen das Potential der mit den Stirnflächen verlöteten ersten bzw. zweiten Elektrode aufweist.With such a configuration of the surge arrester the discharge paths lie between the third electrode on the one hand and the first and second electrodes of the other partly not inside but outside the gas space; it So these are so-called air spark gaps. The actual discharge gap of these air spark gaps be is found between the edge of the metallized forehead surfaces of the insulator and the concentrically arranged third electrode, the metallization of the end faces the potential of the first or second electrode.

Die Verwendung von Luftfunkenstrecken in Form eines ringför migen Entladungsspaltes bei gasgefüllten Überspannungsablei tern ist an sich bekannt. In den bekannten Fällen bilden je doch diese Luftfunkenstrecken keine eigenständige sondern le diglich eine Hilfs-Entladungsstrecke und sind daher jeweils elektrisch parallel zu einer im Gasraum des Überspannungsab leiters befindlichen Entladungsstrecke angeordnet. Dies gilt sowohl für Zwei-Elektroden- als auch für Drei-Elektroden- Überspannungsableiter (US 4,241,374 A, US 4,321,649 A). Die äußere Elektrode der jeweiligen Luftfunkenstrecke besteht da bei entweder aus einer Kappe, die über die jeweilige Endelek trode, den anschließenden hohlzylindrischen Isolator und ei nen Teil der anschließenden Gegenelektrode aufgesetzt ist, oder auch aus einem mit der innerhalb des Gasraumes angeord neten Mittelelektrode verbundenen rohrförmigen Teil. Dabei kann der Isolator mit einer ringförmigen Erhebung versehen sein, um den erforderlichen Abstand zwischen dem Ringflansch der inneren Elektrode und der konzentrisch dazu angeordneten äußeren Elektrode sicherzustellen (DE 23 46 173 C). - Für den Gegenstand der Erfindung ist dem gegenüber wesentlich, daß innerhalb des Gasraumes nur zwei Elektroden angeordnet sind, daß die dritte Elektrode vollständig außerhalb des Gasraumes liegt, den Isolator des gasgefüllten Überspannungsableiters umfaßt und im Bereich der Lötstellen der beiden in den Gas raum hineinragenden Elektroden mit den Stirnflächen des Iso lators zwei getrennte Luftfunkenstrecken bildet, deren innere Elektrode von der Metallisierung der Stirnflächen des Isola tors gebildet wird. Dabei kann der Abstand der rohrförmigen dritten Elektrode von dem metallisierten Bereich des Isola tors so gewählt werden, daß die Ansprechspannung bei etwa 1 500 V liegt. Dieser Ansprechspannungswert wird bei einem Abstand von etwa 0,22 mm erreicht.The use of air gaps in the form of a ringför moderate discharge gap with gas-filled surge arrester tern is known per se. In the known cases each form but these air spark gaps are not independent but le diglich an auxiliary discharge path and are therefore each electrically parallel to one in the gas space of the surge arrester conductor located discharge path arranged. this applies for both two-electrode and three-electrode Surge arrester (US 4,241,374 A, US 4,321,649 A). The there is the outer electrode of the respective air spark gap at either from a cap that over the respective end elek trode, the subsequent hollow cylindrical insulator and egg part of the subsequent counter electrode is attached, or from one with the arranged within the gas space Neten center electrode connected tubular part. Here the insulator can be provided with an annular elevation be the required distance between the ring flange the inner electrode and the concentrically arranged ensure outer electrode (DE 23 46 173 C). - For the The object of the invention is essential that only two electrodes are arranged within the gas space, that the third electrode is completely outside the gas space lies, the insulator of the gas-filled surge arrester includes and in the area of the solder joints of the two in the gas electrodes protruding into the space with the end faces of the iso lators forms two separate air gaps, the inner one Electrode from the metallization of the end faces of the Isola tors is formed. The distance between the tubular third electrode from the metallized area of the isola tors are chosen so that the response voltage at about 1,500 V. This response voltage value is at a Distance of about 0.22 mm reached.

Der erforderliche Abstand zwischen der hohlzylindrischen dritten Elektrode und den metallisierten Randbereichen des Isolators kann beispielsweise mit Hilfe eines isolierenden oder leitenden Abstandhalters erreicht werden, der zwischen dem Isolator und der dritten Elektrode angeordnet ist. Dieser Abstandhalter kann beispielsweise aus einem Schrumpfschlauch bestehen. Man kann aber auch den Isolator mit einer ringför migen Erhebung versehen, auf der die rohrförmige dritte Elek trode aufsitzt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die dritte Elektrode mit einer ringförmigen Einschnürung zu ver sehen, mit der die Elektrode dann auf dem Isolator aufsitzt. Um eine einfache Montage der dritten Elektrode zu gewährlei sten, ist es dabei von Vorteil, für die dritte Elektrode ein Bleichteil aus Federbronze zu verwenden, das zu einem offenen Ring gebogen ist. Der Durchmesser des offenen Ringes ist da bei so zu bemessen, daß die Elektrode durch eine leichte Öff nung federnd auf dem Isolator aufsitzt.The required distance between the hollow cylindrical third electrode and the metallized edge areas of the Isolators can, for example, with the help of an insulating or conductive spacer can be reached between the insulator and the third electrode is arranged. This Spacers can for example be made from a shrink tube consist. But you can also insulator with a ringför provided elevation on which the tubular third elec trode sits on. Another option is to use the third electrode with an annular constriction see with which the electrode then sits on the insulator. To ensure easy assembly of the third electrode Most, it is advantageous to use one for the third electrode Feather bronze bleaching part to use, which leads to an open Ring is bent. The diameter of the open ring is there to be dimensioned in such a way that the electrode can be spring rests on the insulator.

Um die im Außenbereich des Überspannungsableiters angeordne ten Luftfunkenstrecken gegen Verunreinigung durch Staub zu schützen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, auf die dritte Elektrode beidendig eine Kappe aus isolierendem Material aufzusetzen.Arranged around the outside of the surge arrester air gaps to prevent contamination by dust protect, is provided in development of the invention the third electrode has an insulating cap on both ends Put on material.

Ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebilde ten Überspannungsableiters ist in den Fig. 1 bis 3 darge stellt, drei weitere Ausführungsbeispiele für die Zuordnung von Isolator und dritter Elektrode in den Fig. 4 bis 6. An embodiment of a surge arrester formed in accordance with the invention is shown in FIGS . 1 to 3, three further embodiments for the assignment of insulator and third electrode in FIGS. 4 to 6.

Fig. 1 zeigt den Überspannungsableiter 1, bei dem es sich um die Kombination eines gasgefüllten Einstrecken-Überspannungs ableiters mit zwei luftgefüllten Entladungsstrecken handelt. Fig. 1 shows the surge arrester 1 , which is a combination of a gas-filled single-path surge arrester with two air-filled discharge paths.

Der mit einem Edelgas gefüllte Teil des Ableiters besteht aus einer ersten Elektrode 2 und einer zweiten Elektrode 3, die sich axial gegenüberstehend in den rohrförmigen Isolator 5 eingelötet sind. Die Elektroden 2 und 3 sind hierzu mit Ring flanschen 21 bzw. 31 versehen, mit denen der Isolator 5 stirnseitig verlötet ist. Isolator 5 und die Elektroden 2 und 3 bilden einen Gasraum 9 mit der ersten Entladungsstrecke 6. - An die beiden Elektroden 2 und 3 ist jeweils ein Anschluß draht 11 bzw. 12 angelötet bzw. angeschweißt.The part of the arrester filled with a noble gas consists of a first electrode 2 and a second electrode 3 , which are soldered axially opposite one another into the tubular insulator 5 . The electrodes 2 and 3 are provided with ring flanges 21 and 31 , with which the insulator 5 is soldered on the end face. Insulator 5 and electrodes 2 and 3 form a gas space 9 with the first discharge path 6 . - To the two electrodes 2 and 3 , a connection wire 11 or 12 is soldered or welded.

Konzentrisch zum hohlzylindrischen Isolator 5 ist die dritte Elektrode 4 angeordnet, die als Hohlzylinder ausgebildet ist, über einen isolierenden Abstandhalter 41 auf dem Isolator 5 aufsitzt und mit ihren Enden die jeweilige Lötverbindungs stelle zwischen dem Isolator 5 und den Ringflanschen 21 bzw. 31 überragt. Dadurch ist zwischen den Ringflanschen 21 und 31 der Elektroden 2 und 3 einerseits und der dritten Elektrode 4 andererseits ein gewisser Abstand gegeben, wodurch eine zwei te und eine dritte, in Luft vorliegende Entladungsstrecke 7 bzw. 8 gebildet ist. - Zum Schutz gegen Verschmutzung der Entladungsstrecken 7 und 8 sind auf die Enden der dritten Elektrode 4 die beiden Schutzkappen 10 aus isolierendem Mate rial aufgesetzt. Die Anschlußdrähte 11 und 12 sind erst nach dem Aufsetzen der Schutzkappen 10 abgebogen.Concentric to the hollow cylindrical insulator 5 , the third electrode 4 is arranged, which is designed as a hollow cylinder, sits on the insulator 5 via an insulating spacer 41 and with its ends projects beyond the respective soldered connection point between the insulator 5 and the ring flanges 21 and 31 . As a result, there is a certain distance between the ring flanges 21 and 31 of the electrodes 2 and 3 on the one hand and the third electrode 4 on the other hand, as a result of which a second and a third discharge path 7 and 8 which are present in air are formed. - To protect against contamination of the discharge paths 7 and 8 , the two protective caps 10 made of insulating mate rial are placed on the ends of the third electrode 4 . The connecting wires 11 and 12 are bent only after the protective caps 10 have been put on .

Gemäß Fig. 2, die einen Querschnitt durch den Ableiter 1 in der Mitte des Ableiters zeigt, besteht die dritte Elektrode 4 aus einem Blech, das zu einem offenen Ring mit der Öffnung 43 gebogen ist. Das hierfür verwendete Blech besteht aus Feder bronze, so daß der offene Ring bei entsprechender Dimensio nierung federelastisch auf dem Abstandhalter 41 und damit auf dem Isolator 5 aufsitzt. Als Abstandhalter 41 ist im vorlie genden Fall ein Schrumpfschlauch gewählt. - Der Anschlußdraht 44 der dritten Elektrode 4 ist einstückig mit der Elektrode ausgebildet.Referring to FIG. 2, which shows a cross section through the arrester 1 in the center of the arrester, the third electrode 4 made of a metal sheet which is bent into an open ring with the opening 43. The sheet used for this purpose is made of bronze spring, so that the open ring with appropriate dimensio tion resiliently rests on the spacer 41 and thus on the insulator 5 . As a spacer 41 , a shrink tube is selected in the vorlie case. - The connecting wire 44 of the third electrode 4 is integrally formed with the electrode.

Fig. 3 zeigt in vergrößert er Darstellung den Bereich einer Entladungsstrecke 7 bwz. 8. Hier ist erkennbar, daß der Au ßendurchmesser d des Ringflansches 21 bzw. 31 der Elektrode 2 bzw. 3 etwas kleiner als der Außendurchmesser D des Isolators 5 gewählt ist. Weiterhin ist erkennbar, daß der Isolator 5 an seinen Stirnseiten mit einer Metallisierung 51 versehen ist, die beim Lötvorgang zwischen Isolator und Elektrode 2 bzw. 3 ebenfalls mit Lotmaterial benetzt wird. Bezüglich der Entla dungsstrecke 7 bzw. 8 bildet die metallisierte, außenliegende Kante der jeweiligen Stirnfläche des Isolators 5 die Gegene lektrode zur hohlzylindrischen dritten Elektrode 4. Fig. 3 shows in an enlarged representation the area of a discharge path 7 or. 8 . It can be seen here that the outer diameter d of the ring flange 21 or 31 of the electrode 2 or 3 is selected to be somewhat smaller than the outer diameter D of the insulator 5 . Furthermore, it can be seen that the insulator 5 is provided on its end faces with a metallization 51 , which is also wetted with solder material during the soldering process between the insulator and the electrode 2 or 3 . Regarding the discharge path 7 or 8 , the metallized, outer edge of the respective end face of the insulator 5 forms the counter electrode to the hollow cylindrical third electrode 4 .

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die hohlzylindri sche dritte Elektrode 46 mit einer ringförmigen Einschnürung 47 versehen ist, mit der der gewünschte Abstand zwischen Iso lator 5 und dritter Elektrode 46 eingestellt wird. Fig. 4 shows an embodiment in which the hohlzylindri cal third electrode 46 is provided with an annular constriction 47 with which the desired distance between the isolator 5 and the third electrode 46 is set.

Gemäß Fig. 5 wird der gewünschte Abstand durch eine ringför mige Erhebung 55 am Isolator 54 erzielt, gemäß Fig. 6 durch eine ballige Ausgestaltung 57 des Isolators 56.According to Fig. 5 the desired distance is achieved by a ringför-shaped elevation 55 on the insulator 54, as shown in FIG. 6 by a spherical configuration 57 of the insulator 56th

Zur verbesserten Funktion der Entladungsstrecken 7 und 8 kann die innere Oberfläche der dritten Elektrode 4 aufgerauht und in Achsrichtung mit Zündstrichen 42 versehen sein, wie es für Luftfunkenstrecken an sich bekannt ist (US 4,321,649, Fig. 5, Teile 40 und 43).To improve the function of the discharge paths 7 and 8 , the inner surface of the third electrode 4 can be roughened and provided with ignition lines 42 in the axial direction, as is known per se for air spark gaps (US 4,321,649, FIG. 5, parts 40 and 43 ).

Claims

1.Gas-filled surge arrester with a first and a second electrode, which are each soldered to a metallized end face of a hollow cylindrical insulator by means of an annular flange and face each other axially in the gas space and form a first discharge gap, and with a third hollow cylindrical electrode, both with the first and also forms a further discharge path with the second electrode, characterized in that
that a single hollow cylindrical insulator ( 5 ) is arranged between the first and the second electrode ( 2, 3 ) and that the third electrode ( 4 ) is tubular and includes the insulator ( 5 ) and the solder connection points ( 52 ) between the insulator ( 5 ) and the first and the second electrode ( 2 , 3 ) are arranged at a distance outside the gas space ( 9 ),
wherein the ring flanges ( 21 , 31 ) of the first and second electrodes ( 2 , 3 ) have a slightly smaller outer diameter (d) than the metallized ( 51 ) end faces of the insulator ( 5 ).

2. Surge arrester according to claim 1, characterized in that the third electrode ( 4 ) comprises the hollow cylindrical insulator ( 5 ) with the interposition of a hollow cylindrical spacer ( 41 ).

3. Surge arrester according to claim 2, characterized in that the spacer consists of a shrink tube ( 41 ).

4. Surge arrester according to claim 1, characterized in that the third electrode ( 4 ) is seated on an annular elevation ( 55 ) of the insulator ( 54 ).

5. Surge arrester according to claim 1, characterized in that the third electrode ( 46 ) is provided with an annular constriction ( 47 ) and sits on the insulator ( 5 ) by means of this constriction.

6. Surge arrester according to one of claims 1 to 5, characterized in that the third electrode ( 4 ) consists of a sheet metal part made of spring bronze, which is bent into an open ring ( 43 ).

7. Surge arrester according to one of claims 1 to 6, characterized in that a cap ( 9 , 10 ) made of insulating material is placed on both ends of the third electrode ( 4 ).