DE2048361B2 - Ueberspannungsableiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen i'b-jrspaniHingsahleiler mit einem Steck- oder Schraubgehäuse, einem Paar auf Abstand voneinander stehender Kohle-Elekirodcn. einem isolierenden Abstandsteil zui" Trennung der Elektroden, das in bezug auf das Elekirodenpaar so angeordnet ist. daß einander gegenüberstehende ["lachen der Elektroden aufeinander ausgerichtet sind und ein bestimmter Luftspalt zwischen diesen !lachen eingehalten ist. und mit Vorrichtungselementen am Gehäuse zur Halterung tier Elektroden und des isolierenden Abstandteils im Gehäuse insbesondere zum Schutz von Telefonanlagen.

Überspannungsableiter der Gattung auf die sich die Erfindiin» bezieht, sind beispielsweise in der LSA. -Palentschrift 3 31^31 Λ in Einzelheiten beschrieben. Sie weisen ein Steck- oder Schraubengehäuse, in dem ein Paar auf Abstand voneinanderstcheiider Kohle-Elektroden eingebaut ist und ein isolierendes Abstandsteil zur Trennung tier Elektroden auf. das in bezuü auf das Elekirodenpaar so angeordnet ist. daß einander gegenüberstehende Flächen der Elektroden aufeinander ausgerichtet sind und ein bestimmter Luftspalt zwischen diesen Flächen eingehalten ist. Weiterhin sind im Gehäuse Vorrichumgselemente zur Halterung der Elektroden und des isolierenden Abstandsteils sorgesehen. Solche Iberspannungsableiter weiden in erster Linie im großen Umfang /.um Schutz VtMi Telefonanlagcn eingesetzt. Normalerweise weisen solche Überspannungs- oder Funkenüberschlagableiter eine bestimmte Art von Röhreneigenschaften auf, d. h., sie arbeiten unter normalen Spannlingsbedingungen als Nichtleiter und als Leiter, sobald Überspannunuen oder Hochspannungen auftreten. Triti ein hoher Spannungsstoß, etwa ein Blitzeinschlag, auf einer Übertragungsleitung auf, so ermöglicht ein Fimkenüberschlag ein Abfließen der Stoßströme nach Masse. Nach Abklingen des Stoßes und Wiedcrcinpegeln der normalen Leitungsspannung bewirkt der Elektrodenabstand wiederum, daß die Leitung gegen Masse isoliert ist. so daß kein Leckstrom durch .Ableiter nach Masse fließen kann.

Als typische Eigenschaften für gut wirkende Fun-

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kcnühcrschlagsableiter mit Kohleelektroden sind zu daß die Probleme der Belüftung, die Eruption der

leiiiien: hohe Stromhelasibarkeit, eng tolerierbare Elektrodenfläche und die Kraicrbüdung vermieden

/und- oder Durclibruchsspannungen. Unabhängig- und die Lebensdauer beträchtlich erhöht werden

keil der Durclibruchsspannungen von dem Umwelt- konnten, wenn auf den Flächen einer oder beider au!

bedingungen, wie etwa Temperatur. Feuchtigkeit und 5 Abstand stehender Elektroden ein bestimraes Mu-

geogruphischer I lohe, rasche Zündung und wieder- ster von Nuten oder Furchen vorgesehen wurde. Die

holte Stoßbelastbarkeil, d. h. lange Lehensdauer. Oft ei wünschte starke Verminderung der Flächeneiup-

iedoch führen Oberflächenfehler oder -besehädigun- tion und Kraterbildung wurde jedoch nur festgestellt,

gen in den Kohleelektrodenelementen solcher Fun- wenn die angegebene ganz bestimmte Anordnung

keiiüberschlagsableiter nach wiederholtem Span- io von Nuten und Mesa-Bereichen auf den Elektroden-

r.ungsdurchbruch dazu, daß nur kurze Standzeiten flächen vorgesehen wurde. Als signifikante Größe

erreicht werden, d. h.. es muß eine durchschnittliche zur Erreichung einer erhöhten Durchschlagszah!

I ebensdauer von 30 bis 40 Durchbrüchen zugrunde- wurde in weiteren umfangreichen Versuchen das

gelegt werden, bevor Ausfälle oder Fehler an den Verhältnis aus der Fläche jedes Mesa-Bereichs des

\bleitern zu erwarten sind. Diese Werte wurden in 15 Musters der gesamten Fläche eines Furchen- und

'■■ hereinstimmimg mit der R.F.A.-Norm ermittelt Mesa-Bereichs ermittelt, wobei sich herausstellte.

-.τ,ιΙ einsprechen leider nicht den gewünschten daß ein Verhältnisbereich 0.35 bis 0.65 eine ent-

j erlässigkeiten. die insbesondere als Sehutzmaß- sei.-»'ende Verbesserung hinsichtlich de'r gestellten

r .-_;'!ie tür Tcieionnetzc erwünscht sind. Außerdem Aufgabe erbrachte.

i :■_■ Art. wie viele Funkenüherschlagsablci'er aus- m Gemäß einer weiteren vorzuhalten Ausltihrungs-

i ■■ nicht sicher . in dem Sinn, daß die Ableiter lorin der Erfindung ist auch die Flüche del KoIiIe-

C auslallen, daß sie stets geöifnci bleiben, im elektrode, die in dem isolierenden Absiandsteil au-ge-

< Ί. ■■■/ zu eiern erwünschten Versagen, bei dem paart ist und die einen Spallahstand zur gegeiiüber-

<u 1 \i\-itcr dadurch ausfällt, daß die Elektroden lii._enden Llektrodeiioberfläche autweisi. mit einer

fliien Kurzschluß bilden, eier immerhin sicherstellt. ?.$ Mehrzahl von Nuten versehen. Auch diese Nuten bil-

«!.il'i die zu schützende Übertragungsleitung auch den ein Muster von Mesa-Bereichen und Furchen.

1 je'i Ausfall des .Ableiters geschützt bleibt. und das Verhältnis jedes Mesa-Bereichs im Muster

' ibgleich solche Ableiter in vielfältiger Weise aus- zur betreuenden vereinigten Fläche aus Ftirchcn-

I '.en können, ließen sich doch zwei wesentliche und Mesa-Bereichen hat sich auch hier eben,all· als

<niinde für solche .Ausfallerscheinungen feststellen. 30 wichtige Größe zur Erhöhung der i'berschlagsstand-

1 »-esc sind einmal Feuchtigkeiiseinflüsse auf die festigkeit erwiesen. Als typischer Wert für dieses

kohleelektrode!! oder ein Abbrechen oder Abbrök- Verhältnis wurde hier ein Bereich von 0.5 bis 0.7 er-

I ■.■';■. an den Elektrodenl'Iüchen. das nach wiederhol- tniUeli.

t-.'ii Zündungen auftritt. Der schädliche Einfluß der Es zeigte sich, daß die wie angegeben gefurchten } dichtigkeit au! die Elektroden zeigt sich, wenn eine 35 Oberflächen der zweiten Kohleelektrode allem oder ungenügende Belüftung zwischen den Elektrodenflü- an beiden Kohleelektroden die Fahigb-it eines solchen zum Ansatz, von Wassertröptclien führt, die ins- chen i'berspannungsableiters. wiederholten Span-K-sondere während Perioden schwankenden atmo- nungsstößen standzuhalten ganz beträchtlich erhösphärischen Drucks und veränderlicher Temperatur hen. d. h.. die nutzbare Lebensdauer eines mit sol-.mitteten. Zum anderen wurden an der Oberfläche 40 chen Elektroden versehenen Überspannungsableiiers »las Herausbrechen von Teilchen und Kraierbildung wird unter den gleichen die R.FI.A-Norm lestgelegiii den Kohleelektroden beobachten was zu Uneben- ten Bedingungen auf I ^c|0 bis 2< >u i'herschläge erheiten und Sprüngen in den E'.ektrodenflächen führt höht. Ein Grund für diese ungewöhnlich hohe Ziiver- und seine Ursache häufig durch wiederholte Zünd- lässiükeit und wiederholte Durchschlagsfestigkeit det vorgänge während einer längeren Zeitperioile Ik;;. 45 erfindungsgemäßen Überspannungsableiter wird ir

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde. der zusätzlichen Belültung gesehen, die zwischen der

einen in hohem Maße zuverlässigen Funkenüber- einander gegenüberstehenden Elektroden!lachen al·

schlag- oder Überspannungsableiter der eingangs ge- Folge der darin vorgesehenen gefurchten Flacher

nannten Gattung derart zu verbessern, daß er über- auftritt. Durch diese zusätzliche Belüftung könuer

höhte Spannungsstöße insbesondere Spannungs- 5" ^U'ci der elektrischen Entladung über den Spalt auftre-

durchbrüche und Funkenüberschläge zu wiederhol- tende expandierende Gase und aus den Elektroden-

ten Malen während längerer Zeitperioden sicher zu flächen herausgerissene KohleparVikel leicht aus den

überstehen vermag, d.h. der eine wesentlich höhere Spalt entfernt werden. Darübei hinaus gewährleiste

zulässige Betriebslebensdauer erwarten läßt als bis- die Anwendung bestimmter Nutliefen im Verhältnis

her erwartet werden durfte. 55 zum Spaltabsland zwischen den Elektroden eine aus

Diese Aufgabe wurde bei einem wie oben be- reichende Belüftung zwischen den Elektroden, si

scliriebenen i ^spannungsableiter eriindungsgeniiil.i daß die Ausbildung von Feuchtigkeit im Spalt wäh

dadurch gelöst, daß wenigstens die eine Elektroden rend Perioden wechselnden atmosphärischen Druck

auf der der anderen Elektroden gegenüberstehenden und wechselnder Temperatur weitgehend verbinder

Fläche mit einer Mehrzahl von Nuten versehen ist. 60 ist.

um ein Furchmuster und Tal'clflächen- oder Mesa- Schließlich zeigte es sieh, daß bei Elektroden mi

Bereiche auszubilden, unter das das Verhältnis jedes gemäß der Erfindung gefurchten Oberflächen cii>

einzelnen Mesa-Bcideh im Muster zu einem einzel- Oberflächeneruption und Kraterbildung an den Elek

neu. aus Nut- und Mesa-Bereieh gebildeten Flächen- troden auch nach wiederholten Zündungen beträcht

stück etwa 0.35 bis 0.65 beträgt. 65 lieh vermindert war. Damit dienen solche spezielle!

Die Erfindung entstand unter anderen aus der Nutmuster an den Elektroden sowohl zur Erhöhun

Beobachtung einer Reihe von Zündversuchen mit be- der zulässigen Zahl der Überschläge, der ZuverliN

kannten Überspannungsableiter!!, und es ergab sich. sigkeit und der Lebensdauer solcher Überspannt::,:^

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ablcitcreinheiten als auch clem Interesse bei der Aus- der Scheibenelektrode 18 und das ringförmige isolie

legung insbesondere von Telefonnetzen und deren rende ,Abstandsteil 20 gegen die gegenüberliegend'

Schutzeinrichtungen. Fläche der Scheibenelektrode anliegt, ist ersichtlich

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten sind daß der Spaltabstand 21 /wischen den Illektrodei

an einem Ausführungsbeispiel an Hand von Zeich- 5 bestimmt ist durch den Abstand der für die Zylinder

iningen näher beispielsweise erläutert. Es zeigt elektrode 19 im Innerendes isolierenden Abstands

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform teils 20 ausgespart ist. Die Stellung oder Lage de

eines elektrischen Überspannungsableiter gemäß der Zylinderelektrode in dem isolierenden Abstandstci

Erfindung, wird wahrend der Herstellung eingestellt und wiic

Fig. 2 eine Draufsicht von unten auf einen erfin- io durch eine Klebemasse od. dgl. am Abstandsteil 2i

dungsgemäßen Überspannungsableiter. festgelegt und fest verbunden. Ein Ende der Zylinder

F i j». 3 einen Längsschnitt durch einen Überspan- elektrode 10 ragt über die Unterkante des isolieren

nungsableiter gemäß der Erfindung, wobei das Paar den Abstandsteils 20 hinaus und wird zweckmäßiger-

der Kohleelektroden und das isolierende Abstands- weise mit einem Vorrichtungselement verschen, übci

teil mit einem Feder- und Korbaufbau gezeigt sind, 15 das auf einfache Weise ein elektrischer Anschluß ar

der die Elektroden und das Abstandsteil in dem die zu schützende Leitung oder an Masse oder Erde

Außengehäuse halten, und möglich ist.

Fig.4 eine auseinandergezogenc Perspcktivdar- In die obere und untere Fläche der Scheibenclek-

stellung eines erfindungsgemäßen Überspannungs- trodc 18 ist eine Mehrzahl von Nuten 23 eingeschnit-

ableiters, wobei die gefurchten Flächenmuster einer 20 ten. die ein furchenartiges Muster 23 und Tafeln-,

der Elektroden gezeigt sind und außerdem die zweite Tisch- oder Flächenbercichc 24 bilden oder ausspa-

Elcktrodc verdeutlicht ist, die in dem ringförmigen ren. die im folgenden als »Mesa-Bcrciche« bezeich-

isolierenden Abstandsteil ausgespart ist. net sind. Her Zweck der Furchen oder Nuten besteht

Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der darin, einen Belüftungszwischenraum zwischen der

erfindungsgemäße Überspannungsableiter aus einem 25 Scheibenelektrode 18 und der Stabclektrode 19 zu

Außengehäuse 10, das in den Fig. 1 und 3 gut er- schaffen, um so das Ausmaß der Elektrodenflä-

kennbar ist und als Körper- oder Halterungsteil zur cheneruption. d. h. die Ausbildung von Unebenheiten

Halterung der übrigen Elemente des Ableiierauf- und Sprunges ^n der Fläche der scheibenförmigen

baues dient. Das Gehäuse 10 besteht aus einem zy- Elektrode zu vermindern, so daß mit dem so be-

linderförmigen Körper aus Metall und ist an einem 30 schaffencn Überspannungsableiter wesentlich mehr

Ende durch eine Kappe oder einen Verschluß 11 ver- Stoßspannungsvorgänge "ableitbar sind. d.h.. die

schlossen. Das entgegengesetzte Ende des zylin- Standzeit oder Lebensdauer ist erhöht. Wie Fia. 4

drischen Gehäuses ist offen, so daß die für die Funk- zeigt, sind im allgemeinen rcchtcckförmigc Muster

tion wichtigen Elemente eingesetzt werden können. von Mesa-Bereichen 24 und Furchen 23 bei der

Das durch die Kappe II verschlossene Ende des Ge- 35 scheibenförmigen Elektrode 18 vorgesehen. Es kön-

häuses 10 weist einen mit Gewinde versehenen Ab- nen jedoch auch andere Anordnungen und Ausbil-

schnitt 12 auf. so daß der Überspannungsableiter je- düngen von Nuten und Mesa-Bereichen vorecsehen

weils zweckentsprechend in große elektrische Schutz- sein, die als im Rahmen der Erfindung liegend zu be-

einrichtungen eingebaut werden kann. trachten sind. Die vier kleineren Mcsa-Bereiche 24.

Die Elektroden und Abstandselemente des Ablei- 40 im Gegensatz zu den größeren Mesa-Bereichen 25. ters werden im Gehäuse 10 durch eine Feder 14 ge- sind so angeordnet, daß sie mit dem entsprechenden halten, die auf einen Messingkorb 15 einen leichten Flächenbereich der Zylinderelektrode 19 koinzidie-Vorspannungsdruck ausübt, wenn dieser in das Ge- ren. wobei zwischen den Elektroden der Funkcnhäuse eingesetzt ist. In den Korb 15 sind eine Metall- Überschlagsspalt ausgebildet ist.
scheibe 17. Elektroden 18 und 19 und ein isolieren- 45 Wiederholte Versuche haben ergeben, daß die Andes Abstandsteil 20 innerhalb einer Mehrzahl von wendung bestimmter Nutmuster auf der Scheiben-Zungen 16 eingesetzt, die umlaufend den unteren elektrode das Maß der Flächeneruption vermindern. Abschnitt des Korbs bilden. Ist der Korb in das Ge- und demzufolge treten Ausfälle solcher überspanhäuse 10 eingesetzt, so ist die Mehrzahl von Zungen nungsableiter erst nach wiederholtem Zündvorsang 16 leicht vorgespannt, so daß die Elektroden, die 50 über die Elektroden auf. Eine Erklämne für diese cr-Metallscheibe und das isolierende Abstandsteil fest höhte Nutzungsmöglichkeit des erfindunsseemäßen im Gehäuse gehaltert sind. Soll der Korb 15 aus dem Lberspannungsabieiters ist wohl darin zu sehen, daß Gehäuse herausgenommen werden, so werden die das Muster aus Nuten und Mesa-Bereichen in der Zungen 16 zusammengedrückt bzw. gelöst, und der Scheibenelektrode die Flächenemption vermindert. Korb wird aus dem Gehäuse herausgezogen. Damit 55 die als Folge hoher unter der Oberfläche auftretenlassen sich die Teile des Überspannungsabieiters der Drüeke auf Grund lokaler Überhitzunssvorsänse rasch dadurch auswechseln, daß lediglich der Korb im Bereich des Er.tladungsbogens zwischen^ den 15 aus dem Gehäuse herausgenommen wird. Elektroden auftreten. Weiterhin" besteht durch das Das in dem Überspannungsableiter verwendete Furchenmuster ein Bereich, der ein besseres Entwei-Elektrodenpaar besteht vorzugsweise aus einer schei- 60 chen der expandierenden Gase ermöglicht, die bei benförmigen Kohleelektrode 18 und einer zylin- der elektrischen Entladung über den Spalt auftreten, drischen stab- oder stangenförmigen Kohleelektrode und schließlich sind durch diese Nuten öffnungen 19. die im Inneren des ringförmigen isolierenden Ab- oder Ausnehmungen für irgendwelche durch den standsteils 20 ausgespart ist, und zwar so, daß zwi- Entladevorgang zers-lörte oder herausgerissene Kohichen den Elektroden ein Spalt 21 frei bleibt Eine 65 lepartikel geschaffen. Damit ermöglichen die Nuten Metallscheibe 17 dient lediglich als elektrischer An- die Belüftung und die Verschiebung oder Beseitigung Schluß zwischen der Scheibenelektrode 18 und dem von Entladungsrückständen, die beim Betrieb des Korb 15. Da die Metallscheibe 17 gegen eine Fläche Überspannungsabieiters auftreten können.

Die Größe und der Zwischenraum von Nuten 23 und Mcsa-Bereichen 24 ergeben sich aus der Auswertung von Versuchsergebnissen solcher Ableiter durch :· ..ehrfache Zündung und auf Grund der baulichen Begrenzungen für die Scheibenelektrode. Ein geeigneter Parameter zur Delinierung der Größe und Tiefe der Nuten 23 und der Größe der Mesa-Bereiche 24 ist das Verhältnis jedes einzelnen Mesa-Bereichs (Am) im Muster zum gemeinsamen Nutbereich (Ag) und Mesa-Bereich (Am), wobei der Nutbereich definiert ist als der Bereich von der Mittellinie jeder an den Mesa-Bereich angrenzenden Nut bis zur Kante jedes Mesa-Bereich. Beträgt beispielsweise die Breite der Nuten 23 in F i g. 4 0,75 mm (30 mils) und die Abmessungen jedes quadratischen Mesa-Bereichs 24 1,25 χ 1,25 mm (50 χ 50 mils), so ist die Fläche jedes Mesa-Bereichs etwa 1,54 mnV-(0,0025 inch-, und der zusammengefaßte Bereich von Nut- und Mesa-Bereich beträgt etwa 4,13 mm (0,0064 inch-). Damit ergibt sich das Verhältnis jedes einzelnen Mesa-Bereichs zum zusammengefaßten Nut- und Mesa-Bereich

Am \ _ 0,0025 Am + Ag j ~ 0,0064

zu etwa 0,39. Das erwünschte und bevorzugte Verhältnis des Mesa-Bereichs zum zusammengefaßten Bereich aus Nut- und Mesa-Bereich liegt etwa bei 0,35 bis 0,65. Es wurde beispielsweise ermittelt, daß sich eine fast fünffache Lebensdauer des Überspannungsableiter erzielen läßt, wenn eine gemusterte Scheibenelektrode verwendet wird, bei der das Verhältnis eines Mesa-Bereichs zum Nut- und Mesa-Bereich etwa 0,35 bis 0,65 beträgt und die Zylinderclektrode eine Hache geglättete Oberfläche aufweist. Obgleich das Verhältnis der einzelnen Mesa-Bereiche zum zusammengefaßten Nut- und Mesa-Bereich

Am

Am -t- Ag

eine Bestimmung der relativen Größe und des Abstands oder Zwischenraums der Nuten 23 und der Mesa-Bereiche 24 in der Scheibenelektrode 18 ermöglicht, gestattet es nicht die Bestimmung der genauen Größe und Anzahl der einzelnen, auf der Elektrodenflächc erwünschten Mesa-Bereiche. Diese letztgenannten Größe läßt sich aus empirischen Untersuchungen von Durchschlagsversuchen ermitteln, die an dem Überspannungsablei'er durchzuführen sind. Es wurde beispielsweise beobachtet, daß sich Krater an der zylindrischen stabförmigen Elektrode erst nach wiederholten Zündungen anfangen auszubilden. Da dieser Kratereffekt eine Folge der Elektrodenpolarität zu sein scheint, tritt deren Ausbildung unvermeidlich mehr an der positiven Elektrode auCdie bei diesem Beispiel die Stabelektrode 19 war. Weiterhin wurde ermittelt, daß der jeweilige Krater-Durchmesser für irgendeine Umgebungsbedingung als Funktion der Stärke des Entladestroms des Eleiürodenspaltabstandes und der Elektrodenzusammensetzung ausgedrückt werden kann.

Durchschlagsversuche an Scheibenelektroden und Stabelektroden mit Oberflächen ohne derartige Muster zeigten eine regelmäßige Kratcrausbildung, wobei die Krater Durchmesser von etwa 1 mm (40 mils) aufwiesen. Weitere Versuche mit scheibenförmigen Elektroden, die mit Nutmuslern versehen waren, ergaben, daß die Lebensdauer des Überspannungsabieiters beträchtlich erhöht werden konnte, wenn die Größe der Mesa-Bereiche 24 auf der scheibenförmigen Elektrode dem Durchmesser der in der Stabelektrode ausgebildeten Krater etwa entsprach. Insbesondere läßt sich aus den Durchschlags\ersuchen die Erkenntnis gewinnen, daß die Größe der Tafel- oder Mesa-Bcreichc so zu bestimmen ist, daß die Verhältnisse der Breiten der Mesa-Bereiche zu den Kraterdurchmessern etwa bei 0,50 bis 1.50 liegt. So beträgt beispielsweise die Breite der Mesa-Bereiche für die Scheibenelektrode, wie sie gemäß der Erfindung verwendet wird, vorzugsweise etwa 0,5 bis 1.5 mm (20 bis 60 mils). Dies entspricht einem Verhältnis von Mesa-Brcitc zum Kralerdurchmesser von etwa 0,50 bis 1,50 (20/40 bis 60,40), da die beobachteten Kralerdurchmesser etwa 1 mm (40 mils) betrugen. Es sei jedoch betont, daß die Breite des Mesa-Bereichs 24 auch dessen Länge festlegt, da dieser Mcsa-Bcreich quadratisch ausgebildet ist.

Werden diese Faktoren in Betracht gezogen, so können zunächst die Kratergrößen auf der Oberfläche der Stabelektrode bestimmt werden, und dann kann der Bereich der Mesa-Breiten auf Grund der dann ermittelbaren bevorzugten Mcsa-Breite im Verhältnis zum Kralerdurchmesser zu 0,50 bis 1,50 fest- £clc£t werden. Schließlich kann der Abstand der Nuten und der Mesa-Bereiche im Rahmen des bevorzugtcn Bereichs von 0,^5 bis 0,65 für das Verhältnis des einzelnen Mesa-Bereichs zum zusammengefaßten Nut- und Mesa-Bereich bestimmt werden. Damit läßt sich mittels Durchschlagsversuchen empirisch das Muster der Nuten und Mesa-Bereiche aut der Scheibcnelektrode für irgendeinen Überspannungsableiter gewinnen.

Die gewünschte Tiefe der Nuten 23 in der Scheibenelektrode 18 ist relativ einfach dadurch bestimmt, daß ein Gleichgewicht zwischen der minimalen Tiefe, die notwendig ist, um eine ausreichende Belüftung zwischen den einander gegenüberstehenden Elektrodcnflächen und der zulässigen Maxiinaltiefe eingehalten wird, die noch zulässig ist, um eine ausreichende Festigkeit und bauliche Einheit dieser Schcibenelcklrodc zu gewährleisten. Daraus ergibt sich daß zur Zeit die gewünschte Nuttiefe mindesten: dreimal größer sein kann als der Spaltabstand 21 zwischen den einander gegenüberstehenden Elektro denflächen. um ausreichende Belüftung zu gewährtet sten, jedoch aus baulichen Gründen nicht größer seil sollte als die Breite der Nuten. Beträgt die Nutbreiti beispielsweise 0,75 mm (30 mils) und der Spaltab stand zwischen den Elektroden etwa 0,16 mn (6,6 mils), so beträgt die Nuttiefe mindestens 0,5 mn (20 mils), jedoch nicht mehr als etwa 1,08 mn (45 mils).

Die Bedeutung der Anwendung eines bestimmtet Nutmusters und von Mesa-Bercichen auf den flache Oberflächen der Scheibenelektrode läßt sich durc Zündvergleichsversuche ermitteln, bei denen genu tete mit nicht-genuteten Scheibenelektroden hinsieht Hch der Lebensdauer solcher Überspannungsablcite verglichen werden. Als Vergleich wird eine Scheiben elektrode mit einem Verhältnis (Am/Am+ Ag) vo 65 1,0, d.h. eine Elektrode ohne Nuten, verwendet. B< der mit Nutenmuster versehenen Scheibenelektrod beträgt dieses Verhältnis 0,8, so daß nur eine relati bescheidene Verbesserung gegenüber Ableitern ohr

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derartige Nuten in der Elektrode zu erwarten ist. da fluche der Zylindcrelektrodc ergaben, sollte die

die Nuten keine ausreichende Belüftung zwischen Breite der Mesa-Bcreichc auf der Elektrodcnobcr-

den Elektrodenflachcn gewährleisten. "Außerdem fläche zu etwa 0.5 bis 1.25 mm (20 bis 50 mils) ge-

sind so gemusterte Elektroden relativ schwierig her- wählt werden, d. h., das Verhältnis der Mcsa-Brcitc

zustellen. Bei :inem Verhältnis (Am/Am -·- Ag) von 5 zum Kraterdurchmesser sollte etwa 0.50 bis 1.2> be-

0.65 zciuen sich bereits merkliche Verbesserungen tragen.

iieuenübcr nicht Genuteten Elektroden, jedoch sind Wird eine ungemuslcrte, glatte zylindrische Stabauch diese Elektroden vergleichsweise schwierig her- elektrode in dem Überspannungsableiter gemäß der zustellen. Eine genutete Scheibenelektrode jedoch, Erfindung in Verbindung mit einer mit Furchcnmubei der das Verhältnis (Am/Am+ Ag) einem Wert io ster versehenen Scheibenelektrode verwendet, so sei von 0.39 entspricht, ergibt ganz wesentliche Verbes- darauf hingewiesen, daß ein ganz leichtes Nutmuster serunccn hinsichtlich der Lebensdauer des Überspan- entsprechend dem Muster auf der Scheibenelektrode nungsablciters im Vergleich zu ungenuteten Elektro- auf der Zylindcrclcktrode nach wiederholten Durchilcn, und es ist sehr einfach, diese Nuten in die Elek- schlagen über den Überschlagsspalt auftriH. Die Vortrodcn einzubringen, ohne daß die bauliche Festig- 15 teile, die sich daher durch eine zuvor schon mit Nukeit der Elektrode irgendwie beeinträchtigt wird. ten versehene Zylindcrclcktrode ergeben, sind also Wird eine gemusterte Elektrode mit einem Verhältnis relativ gering, da der natürliche Effekt zur Ausbil-(Am/Am+ Ag) von 0,1 in einem Uberspannungs- dung eines Musters nach wiederholten Überschlagen Bbleitcr verwendet, so wird die Lebensdauer gegen- am Ableiter diese Vorteile von selbst entstehen läßt, über einer ungenuteten Vergleichsclektrode verkürzt. 20 Tatsächlich entspricht der beobachtbare Krater-Außerdcm ist eine Elektrode, bei der das Verhältnis und Erosionseffekt auf der Stabelektrode etwa dem (Am/Am +Ag) nur 0.1 beträgt, sehr leicht zerbrech- Muster auf der Scheibenelektrode, wobei auf der Halich und praktisch nicht herstellbar. chcn. nicht gemusterten Oberfläche der Stabelck-Somit ergibt sich, daß die relative Größe und Breite trode bei Verwendung in Verbindung mit einer geder Nuten" und Mesa-Bcrciche, die auf der Ober- 25 musterten Scheibenelektrode sozusagen von selbst fläche der Scheibenelektrode 18 ausgebildet sind, die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enteinen beträchtlichen Einfluß auf die praktisch nutz- steht. Die Ausbildung von Kratern auf der Stabclekbarc Zahl der möglichen Stoßspannungsüberschläge trode entsprechend den Mcsa-Bereichen 24 auf der solcher I berspannungsableiter hat. Außerdem ver- Scheibenelektrode ist natürlich verständlich, wenn mindert die Anwendung spezieller Nutmuster die 30 berücksichtigt wird, daß Entladungen nur in den Beauftrctende Flächeneruption und damit die Zcrstö- reichen der Stabelektroden auftreten, die Mesa-Berung der Scheibenelektrode, d. h. die Wahrscheinlich- reichen der Scheibenelektrode entsprechen. Eine hökeit von Leckströmen, die von einer Leitung über here Lebensdauer solcher Überspannungsableiter den Ableiter nach Masse fließen können. läßt sich daher erreichen, wenn eine in der bcschrie-Obglcich es nicht notwendig ist, die ausgesparte 35 bcnen Weise gemusterte Scheibenelektrode und eine Fläche der zylinderförmigen Stabelektrode 19 eben- nicht gemusterte Stabelektrode verwendet werden, falls zu ritzen, kann es manchmal wünschenswert Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Frsein. auf der Stabelcktrode und auf der Scheibenelek- findung wird ein Paar auf Abstand stehender Elektrode derartige Nutmuster und Mesa-Bcreiche vorzu- boden verwendet, von denen die Scheibenelektrode sehen, um die zulässige Nutzungszahl der Span- 40 einen Durchmesser von etwa 8 mm (0,315 inch) und nungsüberschläge weiter zu verbessern. In einigen die Zylinderelcktrodc einen Durchmesser von etwa Fällen jedoch erhöht die Verwendung einer Zylinder- 4.4 mm (0.73 inch) aufweist. Weiterhin ist die Schcielcktrode mit derart gemusterter Oberfläche die benelektrodc mit einem Rechteckmustcr von Nutcr Zahl der Ausfälle bei Überspannungsableitern in der und Mesa-Bereichen auf der flachen oberen und un-Weisc, daß der betreffende Überspannungsableiter 45 teren Oberfläche verschen und entsprechend der ir offen bleibt, d. h. Überspannung nicht durchschaltet. F i g. 4 gezeigten Ausführungsform aufgebaut, wälv was natürlich unerwünscht ist. Ist die Oberfläche der rend die Oberflächen der ZyUnderclcktrodc ungcmu Zylinderelektrode 19 so genutet, daß ein Furchen- stern belassen sind. Eine Nutbreite von 0,75 mn muster und Mesa-Bcreiche ausgebildet sind, so sollte (0.03 inch) und eine Nuttiefe von 0.5 mm (0.02 inch das Verhältnis jedes Mesa-Bereichs zum zusammen- 50 sind als rechteckförmiges Muster vorgesehen. Dii gefaßten Nut- und Mesa-Bereich etwa 0,55 bis 0,70 Abmessungen der vier rechteckigen Mesa-Bercichi betragen. Aus baulichen und Herstellungsgründen betragen etwa 1.25 χ 1,25 mm (0.05x0.05 inch), sollte die Nuttiefe in der Oberfläche der Zylinder- Durchschlagsversuche mit derartigen Überspan elektrode den l,5fachen Wert der Nutbreite nicht nungsableitern ergaben, daß die durchschnittlich überschreiten. So sollte beispielsweise bei einer Elek- 55 Lebensdauer ctwiT bei 1QO bis 200 Durchschlägci trode mit einer Nutbreite von 0,15 mm (6 mils) die liegt und damit beträchtlich höher ist als die ZaY Tiefe dieser Nuten maximal etwa 0,23 mm (9 mils) von etwa 30 Durchschlägen bei Verwendung vo erreichen. Die Verwendung genuteter Oberflächen Überspannungsableitern mit ungemusterten Scheiben auf der Zylinderelektrode trägt zur Verminderung elektroden. Durchschlagsversuche mit ähnlich aul der Kraterausbildung auf der Elektrodpnoberfläche 60 gebauten Überspannungsableitern ergaben, daß de bei. Bei der Festlegung der Größe und des Abstanden zu bevorzugende Bereich für die Nutbreiten in de der Nuten auf der Elektrodenoberfläclie ist es er- Scheibenelektrode bei etwa 0.25 bis 0,75 mm (10 b wünscht, daß die Größe der Mesa-Bereiche etwa der 30 mils) liegt und daß die vorzugsweise Nuttiefe, g« Größe der sich auf der Elektrodenfläche ausbilden- messen als die Summe der Nuttiefen auf beide den Krater angenähert ist. Da sich als Ergebnisse 65 Oberflächen der Elektrode 30 ⁰O der Gesamtdick von Durchschlagsversuchen bei bestimmten Über- der Elektrode nicht überschreiten sollte. Währen spannungsäblcttern immer wieder Kratergrößen. von der Durchschlagsversuchc wurde bei Überspannung; etwa 1 mm (40 mils) in Durchmesser auf der Ober- ableitern mit gemusterten Oberflächen sowohl an d<

Scheiben- als an der Zylinderelektrode festgestellt, daß bei Nuttiefen an der Zylinderelcktrode von mehr als 0,25 mm (10 mils) ein relativ hoher Prozentsatz an Ausfällen durch Offenbleiben der Überspan-

bei Nuttiefen zwischen 0,15 und 0,23 mm (6 9 mils) Verbesserungen hinsichtlich der Wiedc barkeit der Spannungsüberseliläge mit einer ve derten Anzahl an Ausfällen durch Offenbleibe]

nungsableiterstrecke beobachtet wird, während sich 5 uberspannungsableiterstrecke ergaben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. überspannungsableiter mit einem Steckoder Schraubgehäuse, einem Paar auf Abstand \oneinander stehender Kühle-Elektroden, einem isolierenden Abstandsteil zur Trennung der Elektroden, das in bezug auf das Elektrodenpaar so angeordnet ist. daß einander gegenüberstellende [-lachen der Elektroden aufeinander ausgerichtet iu sind und ein bestimmter Luftspalt zwischen diesen Flachen eingehalten ist. und mit Vorrichtungselemcnten am Gehäuse zur Halterung der Elektroden und des isolierenden Abstandsleik im Gehäuse, insbesondere zum Schutz von Telefonanlasen, dadurch gekennzeichnet, daß »eni'Mens die -ine tier Elektroden (18) aul <Li anderen Elektrode (19) gegenüberstehenden Mäche mit einer Mehrzahl von Nuten (23) versehen ist. um ein Furehenmuster und Tafelflüchen- » oder Mesa-Hereiche (24) aus/ubilden. und daß (las Verhältnis jedes einzeln, η Mesa-Bereichs (24) im Musier zu einem einzelnen, aus Nut- und Kiesa-Bereich nehildeien Fläclienstück etwa o.."i5 liis D.(ό beträgt.

2. ί berspannungsableiter nach Anspruch'!, tladurch gekennzeichnet, daß die liefe der Nuten (23) in der eine.i Elektrode (18) mindestens gleich dem dreilachen Spa'iabsta: .1 zwischen den gegenüberstehenden EliAtiii-'cnflachen ist.

3. Überspannungsableiter iiac! Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Mesa-Hereiche (24) durch den Durchmesser der Krater bestimmt ist. die in der Fläche der anderen Elektrode (19) des Eleklrodenpaai> ausge- as bildet sind oder sich ausbilden, und daß die Breite des Mcsa-Bereichs (24) zum Kraterdurehmesser etwa 0.50 bis 1.5(1 beträgt.

4. i berspannungsabieiter nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die -\o Fläche der anderen Elektrode (19) ebenfalls mit einer Mehrzahl von Nuten versehen ist. die ein Furchcnniuster und Tafelllächen- oder Mesa-Hereiche bilden, und daß das Verhältnis jedes einzelnen Mesa-Hereichs im Muster dieser Elektrode (19) zu einem einzelnen, aus Nut- und Mesa-Bereieh gebildeten Fläclienstück etwa 0.55 bis 0.70 beträgt.

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nuten in der Fläche der anderen Elektrode (19) nicht mehr als das 1.51'ache der Nutbreite beträgt.

6. Überspannungsableiter nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode (19) eine im ausgesparten Innenraum des isolierenden Abstandsteils (20) angeordnete, zylinderlormige Kohlei Icktrode ist. deren Nuten in der der ersten Elektrode (18) gegenüberstehenden Fläche eine Tiefe \on etwa 0.15 bis 0.25 :11m aufweisen.

7. Überspannungsableiter nach den Ansprüchen 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (18) scheibenförmig ausgebildet ist lind die Tiele der Nuten in der der anderen Elektrode (19) gegenüberstehenden Fläche etwa 0.25 bis 0.75 mm beträgt.

8. Überspannungsableiter nach den Ansprüchen I bis 7. dadurch »ekennzeichnet. daß das Elektrodenpaur (18. 19) zusammen mit dem isolierenden Abstandsteil (20) eine Kammer unter Einschluß des Luftspalts (21) bilden und daß die erste der Elektroden (18) und das isolierende AbstandMeil (20) so aufeinander angepaßt sind, daß wenigsten:, eine Verbindungsöffnung zwischen dem Luftspalt (21) und dem Gehäuse (IC¹, freibleibt.

4. überspannungsableiter nach Anspruch 8. dadurch gckennzeich.net. daß zu den die Verbindunüsöffnung(en) bildenden Bereichen mindestens eine der über dem Abstandsteil (20) vorhandenen Nuten in der ersten Elektrode (18) gehört.

10. Überspannungsableiter nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt über die in tier ersten Elektrode (18) vorhandenen Nuten an räumlich getrennten Stellen mit dem Gehäuse (10) in Verbindung steht.