DE2060388A1 - UEberspannungsableiter mit mehreren Elektroden - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELIiSCHAPT München 2, "8.DEZ. 1970

Berlin und München Wittelsbacherpl.

™ 70/1208

Überspannungsableiter mit mehreren Elektroden

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit mehreren Elektroden, die in einem gasdichten Entladungsgefäß einander elektrisch isoliert mit, Abstand gegenüberstehen und mindestens zwei Entladungsstrecken begrenzen.

Zum Schutz von elektrischen Anlagen, insbesondere Fernmeldeanlagen, ist es allgemein bekannt, gasgefüllte Überspannungsableiter zu verwenden. SoLcha Überspannungsableiter bestehen gewöhnlich riiu; ;jwe i metallischen Elektroden, die in einem gasdichten Entladungsgefäß einander elektrisch isoliert mit Abstand gegenüberstehen.

Es sind darüberhinaus auch sogenannte Mehrstreckenabieiter bekannt, die mindestens drei Elektroden enthalten, die mehrere Entladungsstrecken begrenzen (man vergleiche beispielsweise die deutschen Patentschriften 729 803 und 930 400). Bei diesen bekannten Mehrstreckenableitern haben alle Entladungsstrecken im wesentlichen die gleiche Ansprechspannung. Der Zweck eines Mehrstreckenableiters besteht dabei darin, daß durch die bei der ersten Entladung entstehende Vorionisation der Gasfüllung des Ableiters die anderen Strecken beschleunigt zünden.

Bei Beschaltung von Fernmeldeleitungen mit Überspannungsableitern wird jeweils ein Ableiter zwischen den einzelnen

VPA 9/170/0042 - 2 -

209827/0132 BAD ORIGINAL

Leitungen, die vor Überspannungen geschützt werden sollen, und Erde angeordnet. Da die Zündspannungen der Ableiter zumindest nicht genau übereinstimmen und deshalb beim Auftreten einer Überspannung nicht gleichzeitig zünden, können zwischen zwei paarweise zusammengehörigen Leitungen, wie der A- und B- Ader von Fernmeldeleitungen, kurzzeitig Querspannungen auftreten. Um solche Querspannungen, die sich besonders schädlich in Fernmeldeleitungen mit Transistorverstärkern auswirken, zu vermeiden, muß man auch für einen Ausgleich der Spannungen zwischen den Leiterpaaren sorgen. Zu diesem Zweck sind Schutzschaltungen bekannt geworden, die alle mindestens drei Ableiter benötigen (deutsche Offenlegungsschrift 1 462 168).

Man hat auch versucht, das Auftreten von Querspannungen durch Verwendung von Mehrstreckenableitern zu vermeiden. Mit den bekannten Mehrstreckenableitern lassen sich jedoch Querspannungen nicht völlig ausschließen, da trotz der Vorionisation nach dem Zünden der ersten Entladungsstrecke die restlichen Entladungsstrecken mit einer gewissen Zündverzögerung ansprechen. Tn der Praxis wird deshalb auch bei der Beschaltung von Fernmeldeleitungen mit Mehrstreckenableitern zwischen die A- und B- Adern ein weiterer Ableiter mit niedriger Ansprechspannung, beispielsweise ein 90 V-Ableiter, eingeschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter zu schaffen, der paarweise zusammengehörige Leitungen sowohl vor Überspannungen als auch Querspannungen ohne das Erfordernis weiterer Ableiter oder Schaltelemente schützt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, einen Überspannungsableiter der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß symmetrisch zu zwei Hauptelektroden mit

VPA 9/170/0042 - 3 -

209827/0132 BAD ORIGINAL

einer dazwischen liegenden Nebenentladungsstrecke eine Erdelektrode angeordnet ist, welche zusammen mit den beiden Hauptelektroden zwei Hauptentladungsstrecken bildet» deren Ansprechspannung höher als die der Nebenentladungsstrecke ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 463 149 ist an sich bereits eine Schutzfunkenstrecke mit zwei stationären Hauptelektroden bekannt, die voneinander in einer unter hohem Vakuum stehenden Kammer isoliert und von stationären Triggerelektroden umgeben sind.

Dabei soll jedoch die eine Hauptelektrode mit einer zu schützenden Leitung und die andere Hauptelektrode mit Erde verbindbar sein, so daß schon deshalb diese bekannte Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter, bei denen die beiden Hauptelektroden elektrisch parallel zu einer Erdelektrode liegen, nicht vergleichbar ist.

Die Erfindung ermöglicht es, paarweise zusammengehörige Leitungen, auf denen Überspannungen zu erwarten sind, mit einem einzigen Überspannungsableiter wirkungsvoll derart zu schützen, daß beim Auftreten der Überspannungen zwischen den Leitungen schädliche Querspannungen vermieden werden. Ein erfindungsgemäßer Überspannungsableiter ist insbesondere dazu bestimmt, in Fernmeldeanlagen eingesetzt zu werden, die mit Transistoren bestückte Eingangs- und Zwischenverstärker aufweisen. Dabei werden die beiden Hauptelektroden des Ableiters jeweils den A- und B-Adern einer Fernmeldeleitung zugeordnet, während die Erdelektrode geerdet ist. Sobald die Fernmeldeleitung eine unzulässig hohe Überspannung erleidet, zündet eine der beiden Hauptentladungsstrecken. Falls nicht zufällig genau gleichzeitig auch die zweite Hauptentladungsstrecke anspricht, werden Querspannungen zwischen der A- und B-Ader des betroffenen Leiterpaares über die Nebenentladungsstrecke mit der niedrigeren

VPA 9/170/0042 - 4 -

209827/0132

Ansprechspannung ausgeglichen, wobei die erfolgte Zündung einer Hauptentladungsstrecke die Nebenentladungsstrecke durch Vorionisation noch schneller zünden läßt.

Die Ansprechspannung eines Gasentladungsüberspannungsableiters hängt bekanntlich im wesentlichen von den Elektrodenabständen, der Beschaffenheit der Elektrodenoberflächen und der Gasfüllung ab. Da die Entladungsstrecken eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters alle im gleichen Entladungsgefäß liegen, erzielt man die gewünschten unterschiedlichen Ansprechspannungen der Hauptentladungsstrecken einerseits und der Nebenentladungsstrecken andererseits durch unterschiedliche Elektrodenabstände und/oder verschiedenartige Elektrodenaktivierungen .

Damit der Zündvorgang einer Hauptentladungsstrecke nicht die Nebenentladungsstrecke beeinflußt, empfiehlt es sich, die Nebenentladungsstrecke von den Hauptentladungastrecken räumlich zu trennen. Ein nachteiliger Einfluß der Hauptentladungsstrecken auf die Nebenentladungsstrecke muß insbesondere bei Hochleistungsableitern beachtet werden, bei denen man zur Ableitung großer Stromstöße räumlich ausgedehnte Hauptelektroden benötigt. Zündet dabei die Hauptentladungsstrecke an einer Stelle, die einen großen Abstand von der Nebenentladungsstrecke hat, so muß aufgrund der Erwärmung des im Ableiter vorhandenen Gases mit einer Druckwelle in Richtung auf die noch nicht gezündete Nebenentladungsstrecke gerechnet werden. Diese Druckwelle könnte ohne räumliche Trennung von Haupt- und Nebenentladungsstrecke zu einer Erhöhung der Ansprechspannung der Nebenentladungsstrecke führen. Eine Trennung der Entladungsstrecken ist ohne weiteres durch geeignete Elektrodenkonstruktion erzielbar. Beispielsweise wird man bei einem Ableiter mit einem

VPA 9/170/0042 - 5 -

209827/0132

konzentrischen Aufbau, bei der die Erdelektrode zwei stiftförmige Hauptelektroden koaxial umgibt, die Enden der die Nebenentladungsstrecke zwischen sich einschließenden Hauptelektroden gegenüber den die Hauptentladungsstrecken begrenzenden Mantelflächen verjüngen.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden. Dabei sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigti

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters mit koaxialer Elektrodenanordnung,
Figur 2 einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter mit zungenförmigen Elektroden und

Figur 3 die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Überspannungsableiter ale sogenannter Knopfableiter.

Der in Figur 1 dargestellte Gasentladungsüberspannungsableiter enthält zwei zylindrische Stiftelektroden 1, die im folgenden Hauptelektroden genannt werden und sich auf einer gemeinsamen Achse mit ebenen Stirnflächen gegenüberstehen. Die Hauptelektroden 1 sind von einer hohlzylindrischen, im folgenden Erdelektrode genannten Elektrode 2 koaxial umgeben. Die Erdelektrode 2 bildet dabei zusammen mit zwei ringförmigen Isolierstoffkörpern 3, die vorzugsweise aus Keramik bestehen, und metallischen Endkappen 4, in die jeweils eine der stiftförmigen Hauptelektroden 1 eingesetzt ist, ein gasdichtes Entladungsgefäß. Das Entladungsgefäß ist mit einem Gas, insbesondere Edelgas gefüllt. Tn Abhängigkeit von der Gasfüllung findet beim Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Hauptelektroden 1 einerseits und

VPA 9/170/0042 - 6 -

209827/0132

der Erdelektrode 2 andererseits beim Übersteigen eines bestimmten Betrages der elektrischen Spannung ein? Entladung in dem Ringspalt statt, der zwischen den Hauptelektroden 1 und der Erdelektrode 2 vorhanden ist. Der Raum, in dem eine solche Entladung stattfindet, wird im folgenden als Hauptentladungsstrecke 5 bezeichnet. Eine weitere Entladungsstrecke, die Nebenentladungsstrecke 6 genannt wird, findet man dort, wo die Hauptelektroden 1 einander genähert sind, also zwischen den einander gegenüberstehenden Enden der stiftförmigen Hauptelektroden 1. Um eine gegenseitige Beeinflussung der Hauptentladungsstrecken 5 einerseits und der Nebenentladungsstrecke 6 andererseits zu vermeiden, sind die einander gegenüberstehenden Enden der stiftförmigen Hauptelektroden 1 von ihren den Ringspalt mit den Hauptentladungsstrecken 5 begrenzenden Mantelflächen, die mit einer die Elektronenemissionsfähigkeit fördernden Substanz (Aktivierungsschicht) beschichtet sein können, abgesetzt.

Erfindungsgemäß sollen nun der die Nebenentladungsstrecke 6 begrenzende Abstand der Hauptelektroden 1 sowie dort angebrachte Elektrodenaktivierungsschichten 7, die aus einer Substanz hoher Elektronenemiesionefähigkeit bestehen, so bemessen sein, daß die Ansprechspannung der Nebenentladungsstrecke 6 niedriger 1st als die Ansprechspannung der beiden Hauptentladungsetrecken 5_t die sich im Raum zwischen den Hauptelektroden 1 und der Erdelektrode 2 befinden. Beispielsweise wird man die Hauptentladungsstrecken 5 für eine Nennansprechspannung von 230 V und die Nebenentladungsstrecke 6 für eine Ansprechspannung von 90 V dimensionieren. Falls ein solcher

VPA 9/170/0042 - 7 -

209827/0132

tiberspannungsableiter mit seinen Hauptelektroden 1 zwischen die A- und B- Adern einer Fernmeldeleitung eingeschaltet und die Erdelektrode 2 geerdet ist, findet über die Nebenentladungsstrecke 6 ein Ausgleich vbn schädlichen Querspannungen statt, sobald beim Auftreten einer die Ansprechspannung der Hauptentladungsstrecken 5 tibersteigenden Überspannung eine der Hauptentladungsstrecken 5 gezündet hat. Auf diese Weise ist es möglich, die üblicherweise zwischen die A- und B- Adern einer Fernmeldeleitung zusätzlich eingeschalteten tiberspannungsableiter mit entsprechend niedriger Ansprechspannung, beispielsweise 90 V- Ableiter, fortzulassen.

Ein erfindungsgemäßer Überspannungsableiter braucht nicht einen koaxialen Aufbau gemäß Figur 1 zu haben. Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters mit zungenförmigen Elektroden (sogenannter Zungenableiter). Die Hauptelektroden 1 bestehen dabei aus zwei Zungen, die in ein Isolierstoffgehäuse 8, das aus Glas oder Keramik besteht, eingesetzt sind und parallel nebeneinander verlaufen. In ihrem mittleren Bereich sind die Zungen einander genähert, um eine Nebenentladungsstrecke 6 auszubilden. Eine Erdelektrode 2 in Form einer weiteren Zunge ragt in den Raum zwischen den zungenförmigen Hauptelektroden 1 hinein und begründet zusammen mit diesen zwei Hauptentladungsstrecken 5. Die Hauptentladungsstrecken 5 sowie die Nebenentladungsstrecke 6 sind analog zur Beschreibung der Figur 1 dimensioniert und wirken deshalb in gleicher Weise wie dort. Vorzugsweise sind die Hauptelektroden einerseits und die Erdelektrode andererseits an entgegengesetzten Enden des Isolierstoffgehäuses 8 aus diesem herausgeführt.

VPA 9/170/0042 - 8 -

209827/0132

Die Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter nach Art eines sogenannten Knopfableiters.
Bei dieser Ausführungsform sind die Hauptelektroden 1 in an sich bekannter Weise kegelstumpfförmige Kappen, die in die Enden eines rohrförmigen Isolierstoffkörpers 9 gasdicht eingesetzt sind. Abweichend von den bekannten Knopfableitern dind die Hauptelektroden 1
in ihrer Mitte nochmals napfartig ausgewölbt und mit
diesen Auswölbungen iO einander zugekehrt, so daß sie dazwischen eine Nobenentladungsstrecke 6 mit geringer Ansprechspannung bilden. Als Erdelektrode 2 dient eine metallische Ringscheibe, die den Isolierstoffkörper 9 in zwei spiegelbildliche Hälften unterteilt und in
den Raum zwischen den Hauptelektroden 1 außerhalb der napfförmigen Auswölbungen 10 eingreift. Dabei sind wieder Hauptehtladungsstrecken 5 vorgesehen, die sich zwischen gegenüberstehenden Flächen der Erdelektrode 2 und den Hauptelektroden 1 ergeben, wobei diese Flächen zweckmäßigerweise, wie auch in den Figuren 1 und 2, mit einer Substanz hoher Elektronenemissionsfähigkeit beschichtet sind. Die Ansprechspannung der Hauptentladungsstrecken soll wieder geringer als die der Nebenentladungsstrecke sein.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Insbesondere kann ein erfindungsgemäßer Überspannungsableiter auch nach dem Prinzip bekannter Mehrstreckenabieiter weitere Elektroden enthalten.

10 Patentansprüche
3 Figuren

VPA 9/170/0042 - 9 -

209827/0132
BAD ORIGINAL

Claims (1)

1. Patentansprüche

   f 1.überspannungsableiter mit mehreren Elektroden, die in einem gasdichten Entladungsgefäß einander elektrisch isoliert mit Abstand gegenüberstehen und mindestens zwei Entladungsstrecken begrenzen, dadurch g e kennz eichne t , daß symmetrisch zu zwei Hauptelektroden (1) mit einer dazwischen liegenden Nebenentladungsstrecke (6) eine Erdelektrode (2) angeordnet ist, welche zusammen mit den beiden Hauptelektroden (1) zwei Hauptentladungsstrecken (5) bildet, deren Ansprechspannung höher als die der Nebenentladungsstrecke (6) ist.

   2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzei ohne t , daß die Hauptelektroden (1) zwei zylindrische Stifte sind, die sich auf einer gemeinsamen Achse mit ebenen Stirnflächen gegenüberstehen, zwischen denen die Nebenentladungsatrecke (6) liegt, während die Erdelektrode (2) in Form eines Hohlzylinders die beiden Hauptelektroden (1) koaxial unter Bildung eines Ringspaltes umgibt, der die Hauptentladungsstrecken (5) enthält.

   3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chne t , daß die einander gegenüberstehenden Enden der stiftförmigen Hauptelektroden (1) von ihren den Ringspalt mit den Hauptentladungsstrecken (5) begrenzenden Mantelflächen abgesetzt sind.

   \. Überspannungsableiter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die hohlzylindrische Erdelektrode (2) zusammen mit ringförmigen Isolierstoffkörpern (3) und metallischen Endkappen (4), die ,jeweils eine der stiftförmigen Hauptelektroden (1) tragen, das gasdichte Entladungsgefäß des Ableiters bildet.

   VPA 9/170/0042 209827/0132 - 10 -

   5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektroden (1) aus zwei in ein gasdichtes Isolierstoffgehäuse (8) eingesetzten, parallel nebeneinander verlaufenden Zungen bestehen, die in ihrem mittleren Bereich zur Ausbildung der Nebenentladungsstrecke (6) einander genähert sind und zwischen welche die Erdelektrode (2) in Form einer weiteren Zunge hineinragt, die vor dem Bereich der Nebenentladungsstrecke (6) endet.

   6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrodtn (1) einerseits und die Erdelektrode (2) andererseits an entgegengesetzten Enden des gasdichten Isolierstoffgehäuses (8) aus diesem herausgeführt sind.

   7. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Hauptelektroden (1) kegelstumpfförmlge Kappen sind, die in ihrer Mitte nochmals napfartig ausgewölbt und mit diesen Auewölbungen (10) einander zugekehrt in die Enden eines rohrförmigen Isolierstoffkörpers (9) gasdicht eingesetzt sind, der in seiner Mitte durch eine metallische Ringscheibe, welche die Erdelektrode (2) bildet und in den Raum awisohen den Hauptelektroden (1) außerhalb der napfförmigen Auswölbungen (10) eingreift, in zwei spiegelbildliche Hälften geteilt ist.

   8. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigere Ansprechspannung der Nebenentladungestreoke mittels eines geringeren Elektrodenabetande· als dem Elektrodenabstand der Hauptentladungsstrecken erzielt let.

   VPA 9/170/0042 - 11 -

   209827/0132

   9. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 "bis 8, dadurch feekennzeichnet , daß die einander genäherten, die Nebenentladungsstrecke (6) bildenden Flächen der Hauptelektroden im Vergleich zu den die Hauptentladungsstrecken (5) begrenzenden Elektrodenteilen mit einer Substanz höherer Elektronenemissionsfähigkeit beschichtet sind.

   10. Schutzschaltung in Fernmeldeanlagen mit einem Überspannungsableiter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Hauptelektroden des Ableiters jeweils den A- und B-Adern einer Fernmeldeleitung zugeordnet sind, während die Erdelektrode auf ein festes Bezugspotential gelegt ist.

   209827/0132

   Leerseite