DE2101417C3 - Überspannungsableiter mit innerem Kurzschluß bei Überlastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einem gasdichten Gehäuse, in dem einander mit Abstand Elektroden gegenüberstehen, von denen mindestens eine auf ihrer· der anderen Elektrode zugewandten Oberfläche mit einem Metallblättchen belegt ist, das bei Überlastung des Überspannungsabieiters eine galvanische Verbindung mit der gegenüberliegenden Elektrode herstellt.

Ein derartiger Überspannungsableiter ist bekannt (DT-OS 19 24 781). Dabei ist das MetaKblättchen eine Folie, die formschlüssig auf die Elektrode aufgepreßt und an einem Punkt mit der Elektrodenoberfläche verschweißt ist. Im Überlastfall des Überspannungsabieiters tritt neben dem Verschweißungspunkt der Metallfolie eine Überhitzung auf, so daß sich die Metallfolie zum Kurzschluß mit der Gegenelektrode aufrichtet oder zusammen schmilzt und so einen Kurzschluß bewirkt. Ein Vorteil dieses Schutzes durch Kurzschluß besteht unter anderem darin, daß die auf den Elektroden aufgebrachte Metallfolie unmittelbar dem Entladungsstrom ausgesetzt ist. Eine Erhitzung der Metallfolie bei Beanspruchung des Überspannungsabieiters ist deshalb direkt proportional der über den Ableiter abgeführten elektrischen Energie. Dieser Umstand ermöglicht es, dem Überspannungsableiter eine Kurzschlußkennlinie zu geben, die stets unter der sogenannten Zerstörungskennlinie des Ableiters verläuft.

Weiterhin ist aus der österreichischen Patentschrift 2 74 105 ein Überspannungsableiter mit innerhalb eines gasdichten Gehäuses angeordneten Elektroden bekanntgeworden, die bei Überlastung durch Schmelzen eines Teiles ihres, z. B. aus Nickel bestehenden Materials, in den Dauerkurzschluß überführbar sind. Auf die Elektroden ist ein höher als diese schmelzendes, lichtbogenfestes Metallstück, beispielsweise durch Punktschweißen, aufgebracht. Bei diesem bekannten Überspannungsableiter bildet sich bei Überlastung eine Schmelzperle zwischen den Elektroden aus, da diese 417

den niedrigeren Schmelzpunkt von beiden Materialien aufweisen. Das bedeutet, daß insbesondere bei Überlastung die gesamte Leistungsübertragung über die Elektroden stattfindet. Hinzu kommt, daß bei dem bekannten Überspannungsableiter die hochschinelzenden Metallstücke beim Belasten der Elektroden aus niedriger schmelzendem Materia! aus diesen herausfallen können. Das hat insbesondere bei Grenzbelastung des Überspannungsabieiters eine erhebliche Unsicherheit für einen Dauerkurzschluß zur Folge.

Um die Kurzschlußkennlinie eines Überspannungsabieiters mit innerem Kurzschluß bei Überlastung noch Dünstiger gestalten zu können, wird bei einem Überspannungsableiter der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das Metallblättchen einen größeren Durchmesser als seine mit der Elektrode verbundene Fläche hat.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, das Metallblättchen mit einem größeren Durchmesser als seine Befestigungsfläche auf den Elektroden eines Ableiters zu versehen, bewirkt zwangläufig eine unterschiedliche Wärmeableitung des Metallblättchens zur Elektrodenoberfläche. Die Randflächen, welche nicht auf der Elektrode aufliegen, schmelzen deshalb im Grenzbelastuiigsbereich des Überspannungsabieiters auf die Gegenelektrode auf oder verschmelzen, falls die Gegenelektrode zweckmäßig ebenfalls mit einem Metallblättchen be'egt ist, mit diesem anderen Metallblättchen. Es können sich aber auch, insbesondere bei kleineren Stromstärken im Bereich einer Wechselstrombelastung, die den Überspannungsableiter ebenfalls zerstören könnte, im Fall geringer Dicken des Metallblättchens die genannten Randflächen auf Grund von thermisch bedingten Verspannungen als Folge der unterschiedlichen Wärmeableitung so aufbiegen, daß sie die gegenüberliegende Elektrode galvanisch berühren. Die entstehende Kurzschlußkennlinie (man versteht darunter diejenige Strom-Zeit-Kennlinie, die angibt, welche elektrische Leistung über welche Zeitdauer abgeführt werden kann, bis der Überspannungsableiter in einen Dauerkurzschluß übergeht) kann man durch den Werkstoff und die Dicke des Metallblättchens sowie durch Wahl der Größe der das Metallblättchen mit der Elektrode verbindenden Wärmeleitfläche in gewünschter Weise festlegen. Zur Erzielung einer bestimmten, von der Größe der Elektrodenoberfläche weithin unabhängigen Wärmeleitfläche zwischen dem Metallblättchen und der es tragenden Elektrode eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters ist mit Vorteil das Metallblättchen so ausgebildet und angeordnet, daß es in seinem mittleren Bereich tellerartig vertieft und nur mit der äußeren Stirnfläche der Vertiefung auf der Elektrode galvanisch befestigt ist. Der Durchmesser der tellerartigen Vertiefung bestimmt dann im wesentlichen die Kurzschlußkennlinie des Überspannungsabieiters.

Bei einem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter sind durch den vergrößerten Durchmesser des auf mindestens eine Elektrode aufgeschweißten oder aufgelöteten Metallblättchens weitere wesentliche Vorteile erzielt. Zunächst ist die aktive Elektrodenoberfläche vergrößert und damit die Belastbarkeit des Ableiters erhöht. Weiterhin schatten die überstehenden Randllächen den Isolierkörper des gasdichten Gehäuses gegenüber abspratzenden und verdampfenden Elektrodenmaterial in Hinterräumen ab, welche die Isolation des Ableiters auch nach längerem Betrieb aufrechterhalten. In diesen Hinterräumen liegt auch die gasdichte Verbindung des Isolierkörpers mit den metallischen

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Elektroden geschützt.

An Hand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgcmäßen Überspannungsableiter mit einer hohen Kurzschlußkenniinie im Kurzschlußfall.

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 im Kurzschluß bei einer Bemessung des Überspannungsabieiters für eine verhältnismäßig niedrige Kurzschl'ißkennlinie und

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem der F i g. 2 entsprechendem Ausschnitt.

Der in F i g. 1 dargestellte Überspannungsableiter ist ein sogenannter Knopfabieiter, der im wesentlichen aus zwei kegelstumpfförmigen Elektroden 1 und 2 besteht, die mit einander zugekehrten Stirnflächen in einen rohrförmigen Isolierkörper 3 gasdicht eingesetzt und mit äußeren Anschlüssen 8 in Form von massiven Metallbolzen versehen sind. Der Isolierkörper 3 kann zweckmäßig aus Keramik bestehen; in diesem Fall dient der gasdichten Verbindung des Isolierkörpers 3 mit den Elektroden 1 und 2 vorzugsweise eine Metall-Glas-Keramik-Verbindung unter Verwendung von Glas, welches mit 4 bezeichnet ist; es könnte aber auch eine bekannte Lötverbindung zwischen dem Metall und der Keramik vorgesehen sein. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden I und 2 sind jeweils mit einem lichtbogenfesten, insbesondere aus Eisen bestehenden Metallblältchen 5 belegt, das erfindungsgemäß einen größeren Durchmesser als seine mit den Elektroden 1 und 2 beispielsweise durch eine Kupferlötung fest verbundene Auflagefläche hat. Auf Grund dieser Maßnahme haben die Randbezirke des Metallblättchens eine schlechtere Wärmeableitung als die übrigen Bereiche, wodurch im Überlastfall die Ränder der Metallfolie 5, wie mit 6 angedeutet, miteinander verschmelzen. Zusätzlich entsteht durch den geringen Abstand der Ränder der Metallblättchen 5 vom keramischen Isolierkörper 3 ein Hinterraum, in dem die Metall-Glas-Keramikverbindung gegenüber verdampfenden Elektrodenmaterial abgeschattet liegt, so daß insgesamt der Ableiter höher belastbar ist.

Die Erfindung ermöglicht es, einen Überspannungsableiter mit Sicherheit so auszubilden, daß seine Kurzschlußkennlini-.t stets unterhalb der Zersiörungskennlinie verläuft. Als Zerstörungskennlinie wird analog zur bereits gegebenen Definition der Kurzschlußkennlinie die Strom-Zeit-Kennlinie verstanden, welche die Belastbarkeit des Überspannungsabieiters mit einer elektrischen Leistung in einer bestimmten Zeitdauer bis zu seiner Zerstörung angibt. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch die Wahl von Eisen als Werkstoff für das Metallblättchen 5. seine Dicke mit 0,5 mm und eine Breite seines überstehenden Randes mit 0,6 mm bei einem Elektrodenabstand von 0.5 mm in allen Überlastungsbereichen ein sicherer

ίο Kurzschluß erzielt. Der vor der Zerstörung eintretende Kurzschluß braucht jedoch nicht unbedingt in der in F i g. 1 gezeigten Weise durch Aufschmelzen der Metallblättchen 5 aufeinander entstehen. Vielmehr kann, wie die F i g. 2 als Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter der F i g. 1 zeigt, ein Dauerkurzschluß auch dadurch zustande kommen, daß die Randflächen der Metallblättchen 5 sich aufbiegen und nach ihrer Berührung aneinanderkleben oder miteinander verschweißen. Ein solches Verbiegen der Randflächen des Metallblättchens wird immer dann auftreten, wenn seine Dicke gleich oder kleiner 0,3 mm ist, und bedeutet, daß der Ableiter eine verhältnismäßig niedrige Kurzschlußkennlinie hat. Der in F i g. 1 dargestellte Kurzschluß ergibt sich bei einer entsprechend größeren Dicke des Metallblättchens, falls eine hohe Kurzschlußkennlinie verlangt wird.

Wie bereits erwähnt, ist die Kurzschlußkennlinie eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters weitgehend auch vom Grad der Wärmeleitung zwisehen den Mei.allblättchen 5 und den zugehörigen Elektroden 1 und 2 bestimmt. Um diese Wärmeleitung in noch größeren Grenzen variieren zu können, sind im Ausführungsbeispie! der F ig.3 die Metallblättchen 5, die wieder aufeinander gegenüberstehenden Elektroden 1 und 2 aufgebracht sind, in ihren mittlerem Bereich tellerartig vertieft und nur mit der äußeren Stirnfläche der Vertiefung 7 auf den Elektroden 1 und 2 aufgeschweißt oder aufgelötet. Durch den Durchmesser der tellerförmigen Vertiefung kann man nun die Kurzschlußkennlinie unabhängig von der Größe der Stirnfläche der Elektroden 1 und 2 variieren. Im übrigen soll ein Überspannungsableiter nach F i g. 3 der F i g. 1 gleichen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann es ausreichend sein, nur auf eine der beiden Elektroden ein Metallblättchen in erfindungsgemäßer Bemessung aufzubringen. Weiterhin ist die Erfindung auch bei anderen Formen von Überspannungsableitern als sogenannten Knopfableitern ausführbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 21 Ol

1. Überspannungsableiter mit einem gasdichten Gehäuse, in dem einander mit Abstand Elektroden gegenüberstehen, von denen mindestens eine auf ihrer der anderen Elektrode zugewandten Oberfläche mit einem Metallblättchen belegt ist, das bei Überlastung des Überspannungsabieiters eine galvanische Verbindung mit der gegenüberliegenden Elektrode herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblättchen (5) einen größeren Durchmesser als seine mit der Elektrode (1, 2) verbundene Fläche hat

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblättchen (5)

in seinem mittleren Bereich tellerartig vertieft und nur mit der äußeren Stirnfläche der Vertiefung (7) auf der Elektrode galvanisch befestigt ist.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere nach Art eines Knopfabieiters, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Metallblättchen (5) auf den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden (1. 2) aufgeschweißt oder aufgelötet ist.