DE2346175A1 - Ueberspannungsableiter - Google Patents
UeberspannungsableiterInfo
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- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T1/00—Details of spark gaps
- H01T1/20—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap
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Description
Überspannungsableiter
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einem gasdichten Gehäuse, in dem Elektroden einander gegenüberstehen,
die in die Stirnseiten eines rohrförmigen Isolierkörpers eingesetzt sind, auf dessen Innenseite sich
mindestens ein Streifen aus elektrisch leitfähigem Material (Zündstreifen) über einen Teil der Rohrlänge anfangend von
der einen in Richtung zu der anderen Elektrode erstreckt.
Ein derartiger Überspannungsableiter geht aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 032 899, insbesondere Figur 3, als
bekannt hervor. Bevorzugt ist dabei die Ausführungsform, bei der der Zündstreifen mit einer Elektrode verlötet ist. Über
die.Lotverbindung wird das Elektrodenpotential den Streifen
aus elektrisch leitfähigem Material, der auch als Zündstreifen bzw. Zündstrich bezeichnet wird, übertragen. Bei
diesen bekannten Überspannungsableiter, ist die Kontaktierung
der Zündstreifen mit den Elektroden problemlos, da die Elektroden auf den Keramikisolator hart aufgelötet werden.
Der Zündstreifen hat dabei den notwendigen Kontakt von vornherein mit der Metallisierung der Keramik. Da Überspannungsableiter
mit einem geringen Gasdruck arbeiten, muß beim Verschließen der Ableiter durch die Hartlotverbindung darauf
geachtet werden, daß der Isolationswiderstand nicht durch kondensierte Bestandteile des Lotes in unzulässiger Weise
verringert wird. Diesen Nachteil kann man nur durch einen sehr aufwendigen Fabrikati ons Vorgang verhindern, indem ent-
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weder Hartlote mit sehr niecuigem Dampfdruck (z.B. reines
Gold) verwendet werden oder die überspannungsableiter zunächst unter Überdruck in Wasserstoffatmosphäre gelötet
werden, so daß die leicht flüchtigen Bestandteile der
Hartlotverbindungen nicht abdampfen. In einem weiteren Fabrikationsgang kann dann den Ableitern im Hochvakuum bei
niedrigerer Temperatur das überschüssige Wasserstoffgas durch Diffusion durch die Elektrodenwand entzogen werden
und so der vorgeschriebene Arbeitsdruck im Überspannungsableiter eingestellt werden, ohne daß sich die Isolation
des Keramikisolierkörpers verschlechtert.
Zur Beseitigung des Nachteils der Hetallötung zwischen
Isolierkörper und Elektroden ist es bereits Gegenstand eines älteren Vorschlages, die Elektroden in an sich bekannter
Weise an die Enden des rohrförmigen Isolierkörpers anzuglasen und im Bereich der Anglasungsstelle den Streifen aus
elektrisch leitfähigem Material unmittelbar mit der Elektrode in Verbindung zu bringen. Dabei hat sich gezeigt, daß die
Zündstreifen auch ohne Metallötung, d.h. nur unter Verwendung von Glas als Einschmelzmaterial mit den Elektroden ausreichend
kontaktiert werden können.
Bekanntlich nimmt bei normalen überspannungsableitern mit
radioaktiver Vorionisation die Ansprechstoß spannung mit zunehmender Spannungsanstiegsgeschwindigkeit zu. Mit den in
der Praxis üblichen und auch zulässigen Aktivitäten läßt sich durch die Vorionisation die Ansprechstoß spannung im
Bereich dU/dt = 1 - 10 k V//us in nur ungenügender Weise
reduzieren, so daß der Schutzpegel gasgefüllter überspannungsableiter,
z.B. für den Schutz von Halbleiterschaltungen, in diesem Bereich unzulässig hoch ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen überspannungsableiter
hoher Betriebssicherheit zu schaffen, bei
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dem auch im Bereich hoher Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten die Ansprechstoßspannung in genügender Weise reduziert ist.
Die Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anfang
des Streifens aus elektrisch leitfähigem Material an einer Stirnseite des Isolierkörpers derart in isoliertem Abstand
zu der Elektrode angeordnet ist, daß der Streifen aus elektrisch leitfähigem Material kapazitiv an die Elektrode angekoppelt
ist. Der Anfang des Streifens aus elektrisch leitfähigem Material ist dabei an den Stirnseiten des Isolierkörpers
zweckmäßig in ein Dielektrikum eingebettet. Als Dielektrikum ist Glas bevorzugt geeignet.
Es hat sich gezeigt, daß die kapazitive Ankopplung des Zündstreifens
an die Elektrode des Überspannungsabieiters genügt, um im Bereich hoher Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten die Ansprechstoßspannung
zu reduzieren. Der wesentliche Vorteil der kapazitiven Kopplung besteht darin, daß bei einer teilweisen
Bedampfung des Isolierkörpers eine hochohmige innere Verbindung der gegenüberliegenden Zündstreifen zugelassen werden kann,
weil die Isolation der Zündstreifen zu den Elektroden durch das Dielektrikum aufrecht erhalten wird. Die zwischen dem
Zündstreifen und den Elektroden liegende Oberfläche des Dielektrikums liegt im Hinterraum der Entladung und wird
durch Zerstäubungsprodukte im allgemeinen nicht verändert.
Anhand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
Figur 1 einen Längsschnitt eines vereinfacht dargestellten
Überspannungsabieiters gemäß der Erfindung, Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt einer Glaseinbettung
bei II der Figur 1,
Figur 3 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform eines Überspannungsabieiters gemäß der Erfindung.
Figur 3 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform eines Überspannungsabieiters gemäß der Erfindung.
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Der In Figur 1 dargestellte Überspannungsableiter besteht
aus zwei kegelstumpfförmigen Elektroden 1, 2, die mit
ihren einander zugekehrten Vorwölbungen in die Stirnseiten eines rohrförmigen Isolierkörpers 3 gasdicht eingesetzt
sind. Überspannungsableiter dieser Art werden wegen der äußeren Form auch Knopfableiter genannt. Auf der Innenseite
des rohrförmigen Isolierkörpers 3 erstreckt sich anfangend von der Elektrode 1 und anfangend von der Elektrode
2 jeweils ein Streifen 5 aus elektrisch leitfähigem Material, ein sogenannter Zündstreifen, in Richtung auf
die jeweils gegenüberliegende Elektrode 1 bzw. 2. Die Zündstreifen
5 sind in den Figuren 1 und 3 zur besseren Übersicht gestrichelt dargestellt. Der Anfang der Zündstreifen
ist an den Stirnseiten des Isolierkörpers 3 derart in isoliertem Abstand angeordnet, daß die Zündstreifen 5 kapazitiv
an die Elektroden 1 bzw. 2 angekoppelt sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Zündstreifen 5 an den Stirnseiten
des Isolierkörpers 5 in eine bevorzugt geeignete Glasschicht eingebettet. Zur besseren Übersicht ist in Figur 2 ein vergrößerter
Ausschnitt der Glas einbettung bei II der Figur 1 dargestellt. Der isolierte Abstand des auf den Isolierkörper
3 aufgebrachten Zündstreifens 5 zur Elektrode 2, der durch ein Dielektrikum, in diesem Beispiel durch eine Glasschicht
4 realisiert wird, ist deutlich zu erkennen. Der Zündstreifen 5 besteht vorzugsweise aus einer Graphitsuspension
oder aus einer Mischung aus niedrig schmelzendem Glaslot und einer Graphitsuspension. Auch die Verwendung
von Graphit als Material für den Zündstreifen hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen. Ein Graphit streif en läßt sich
exakt und ohne großen Aufwand durch Abrieb von einer Graphitmine auf den Keramikkörper 3 aufbringen.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Überspannungsableiter sind
wiederum zwei kegelstumpfförmige Elektroden 1,2 mit ihren
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einander zugekehrten Aufwölbungen in die Stirnseiten eines. z.B. aus Keramik bestehenden rohrförmigen Isolierkörpers 3
gasdicht eingesetzt. Überspannungsableiter dieser Art werden wegen der äußeren Form auch Knopfableiter genannt. Auf der
Innenseite des rohrförmigen Isolierkörpers 3 erstrecken sich von den gegenüberliegenden Stirnseiten des Isolierkörpers
3 ausgehend je ein Zündstreifen 5 über einen Teil der Rohrlänge in Richtung auf die der jeweiligen Stirnseite
gegenüberliegende Elektrode 1 bzw. 2. Jeder der beiden Zündstreifen 5 ist dabei in isoliertem Abstand zu der ihm
zugeordneten Elektrode 1 bzw. 2 gehalten, und auch in diesem Ausführungsbeispiel zu diesem Zweck in eine als Dielektrikum
bevorzugt verwendete Glasschicht 4 eingebettet. Auf der Außenseite sind die Elektroden 1,2 mit massiven zyiinderförmigen
Zuleitungen 7 versehen, die am Boden des jeweiligen Kegelstumpfes befestigt sind. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit,
d.h. für sogenannte wfail-safeM -Eigenschaften
sind die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden 1,2 jeweils mit einer Metallscheibe 6 versehen, deren
Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Oberflächen der. Elektroden 1,2. Der Vorteil der Verwendung solcher Eissenscheiben
6 besteht auch darin, daß der Abstand der Zündstreifen 5 zu diesen Gegenelektroden bildenden Eisenscheiben
6 wesentlich kleiner sein kann als der eigentliche Elektrodenabstand. Auch bei einem Abstand der Zündstreifen
zu den die Gegenelektroden bildenden Eisenscheiben 6, der kleiner als der Elektrodenabstand ist, müssen die Zündstreifen
5 in ihrer Länge nicht festgelegt sein. Das heißt, es braucht kein definierter Abstand zwischen den Enden der
Zündstreifen 5 und den die Gegenelektroden bildenden Eisenscheiben 6 gefordert werden. Das ist für eine Massenfertigung
von erheblichem Vorteil. Wenn bei kapazitiver Koppelung der Zündstreifen 5 diese wirksam werden, dann ergibt sich im
Bereich hoher Spannungssteilheiten eine Ansprechstoßspannung,
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die unterhalb der Ansprechglied ^spannung liegen kann. Dieser
Effekt wird nur bei hohen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten erreicht, da nur dann -der Zündstreifen 5 mit kleinerem Elektrodenabstand
zur Gegenelektrode zündet, während bei Unwirksamkeit der kapazitiven Kopplung bei niedrigen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten
des Zündstreifens 5 zur Elektrode
die Ansprechspannung durch den vergrößerten Elektrodenabstand gegeben wird. Oberhalb einer Ansprechgleichspannung von 1000 V
nimmt dieser Effekt mit zunehmendem Druck und zunehmender Ansprechgleichspannung
zu. Unterhalb einer Ansprechgleichspannung von 1000 V läßt sich die Ansprechstoßspannung nicht mehr unter
die Ansprechgleichspannung zwingen, Jedoch kann man auch in diesem Bereich durch die vorgeschlagene Elektrodenanordnung
eine weitere Reduzierung der Ansprechstoßspannung gegenüber
den bisher bekannten Werten mit Zündstreifen erhalten. Bei
dieser Ausführungsform eines Überspannungsabieiters arbeiten also in ein und derselben Gasentladungsstrecke zwei galvanische
Elektroden in Form der Elektroden 1 und 2 mit den Metallscheiben 6 und zwei kapazitiv angekoppelten Elektroden in
Form der beiden Zündstreifen 5 wechselseitig miteinander. Die kapazitiv angekoppelten Zündstreifen 5 werden nur zur Zündung
ausgenutzt, anschließend wird der Lichtbogen dann von den galvanischen Elektroden 1,6 und 2,6 übernommen. Die Zündstreifen
5 müssen so hochohmig sein, daß sie sich nicht an der Hauptentladung, auch nicht mit sogenannten Sekundärzündungen,
beteiligen können.
Beim Herstellen der erfindungsgemäßen Überspannungsableiter wird zweckmäßig während der Anglasung der Elektroden 1,2 an
den mit mindestens einem Zündstreifen 5 versehenen rohrförmigen
Isolierkörper 3 die Einschmelztemperatur so gewählt und die Elektroden 1,2 gegen die Stirnseiten des Isolierkörpers
3 so gestaucht, daß die Glasschicht 4 die für die kapazitive Ankopplung des Zündstreifens 5 an die Elektrode 1
bzw. 2 vorgegebene Dicke aufweist.
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Für die Zündung einer Gasentladungsstrecke genügt ein Strom von 10 mA, der bereits durch einen Kondensator von 10 pF
fließen kann, wenn die Spannungsänderungsgeschwindigkeit 1 kV//us beträgt. Bei den in der Praxis üblichen Abmessungen
des überspannungsableiter beträgt die Wandstärke des Isolierkörpers
3 z.B. 0,7 mm. Hat das Dielektrikum, z.B. die Glasschicht 4, eine Dielektrizitätskonstante von ε = 5,
so ergibt sich bei vollkommen leitender Stirnfläche des Isolierkörpers 3 die notwendige Kapazität von 10 pF, wenn
das Dielektrikum, z.B. die Glasschicht 4, höchstens eine Stärke von 6/um hat. Bei den Einschmelzprozessen der Knopfableiter
mit Keramikisolierkörper 3 und einer Glasschicht 4 als Verbindungselement zwischen dem Isolierkörper 3 und der
Elektrode 1 bzw. 2 kann man sehr leicht durch Wahl der richtigen Einschmelztemperatur und Kraft beim Zusammendrücken
der Elektroden 1,2 den vorgegebenen Abstand zwischen Keramikisolierkörper 3 und Elektrode 1 bzw. 2 einstellen. Der notwendige
vakuumdichte Verschluß kommt auf der Außenseite des Isolierkörpers 3 mit der Glasschicht 4 zustande.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Beispielsweise ist es nicht notwendig, die gesamte Stirnfläche des Isolierkörpers 3 leitend mit dem
Zündstrich 5 zu verbinden, da auch kleinere Zündströme als 10 mA den Überspannungsableiter sicher zünden. Man kann mit
zunehmender Kapazität, in-dem z.B. die Glasschicht 4 zwischen Isolierkörper 3 und Elektrode 1 bzw. 2 entsprechend durch
höheren Einschmelzdruck verringert wird, auch im Bereich
niedriger Ansprechstoßspannungssteilheiten mit verringerten Ansprechspannungen rechnen. Da im allgemeinen die Zündstrichwiderstände größer als 100 kß sind, ist die dielektrische
Beanspruchung des Kondensators im Zündaugenblick minimal. Nach der Zündung bricht die Spannung am Überspannungsableiter
im allgemeinen ohnehin auf die Bogenbrennspannung zusammen,
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Patentansprüche
Überspannungsableiter mit einem gasdichten Gehäuse, in dem Elektroden einander gegenüberstehen, die in die
Stirnseiten eines rohrförmigen Isolierkörpers eingesetzt sind, auf dessen Innenseite sich mindestens ein
Streifen aus elektrisch leitfähigem Material (Zündstreifen) über einem Teil der Rohrlänge anfangend von
der einen in Richtung zu der anderen Elektrode erstreckt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anfang des Streifens (5) aus elektrisch leitfähigem Material an einer Stirnseite des Isolierkörpers (3)
derart in isoliertem Abstand zu der Elektrode (1,2) angeordnet ist, daß der Streifen aus elektrisch leitfähigem
Material kapazitiv an die Elektrode angekoppelt ist.
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang des Streifens
(5) aus elektrisch leitfähigem Material an der Stirnseite des Isolierkörpers (3) in eine Glasschicht (4) eingebettet
ist.
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander
gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden (1,2) mit Metallscheiben (6) versehen sind, deren Durchmesser
größer ist als der Durchmesser der Oberfläche der Elektroden (1,2), und daß der Abstand des Streifens (5) aus
elektrisch leitfähigem Material zu den Metallscheiben (6) kleiner ist als der Abstand der beiden Metallscheiben (6)
vone inande r.
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Claims (1)
- so daß sie an den Kondensatoren nahezu vollkommen verschwindet. Neben der vorteilhaften Erhaltung der Elektroden-10isolation von beispielsweise 10 Ω auch bei innerer Bedampfung des Isolierkörpers 3 durch die kapazitive Ankopplung der Zündstreifen 5, die im Hinterraum gegen die Elektroden 1,2 mit der Einschmelzglasschicht 4 isoliert sind, wird im Bereich der Ansprechgleichspannung und der langsamen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten die Zündspannung ausschließlich von der Geometrie und den Eigenschaften der Elektroden 1,2 selbst bestimmt.7 Patentansprüche
3 FigurenVPA 9/170/2018 - 9 -509813/01204. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (5) aus elektrisch leitfähigem Material aus einer Graphitsuspension besteht.5. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (5) aus elektrisch leitfähigem Material aus einer Mischung aus niedrig schmelzendem Glaslot und einer Graphitsuspension besteht.6. überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (5) aus elektrisch leitfähigem Material aus Graphit besteht.7. Verfahren zum Herstellen eines Überspannungsabieiters nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß während der Anglasung der Elektroden (1,2) an den mit mindestens einem Streifen (5) aus elektrisch leitfähigem Material versehenen, rohrförmigen Isolierkörper (3) die Einschmelztemperatur so gewählt wird und die Elektroden (1,2) gegen die Stirnseiten des Isolierkörpers (3) so gestaucht werden, daß die Glasschicht (4) die für die kapazitive Ankopplung des Streifens (5) an die Elektrode (1,2) vorgegebene Dicke aufweist.509813/0120
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732346175 DE2346175B2 (de) | 1973-09-13 | 1973-09-13 | Überspannungsableiter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732346175 DE2346175B2 (de) | 1973-09-13 | 1973-09-13 | Überspannungsableiter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2346175A1 true DE2346175A1 (de) | 1975-03-27 |
DE2346175B2 DE2346175B2 (de) | 1978-08-17 |
Family
ID=5892480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732346175 Ceased DE2346175B2 (de) | 1973-09-13 | 1973-09-13 | Überspannungsableiter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2346175B2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2832470A1 (de) * | 1978-07-24 | 1980-02-07 | Siemens Ag | Gasentladungsroehre, insbesondere ueberspannungsableiter |
-
1973
- 1973-09-13 DE DE19732346175 patent/DE2346175B2/de not_active Ceased
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2832470A1 (de) * | 1978-07-24 | 1980-02-07 | Siemens Ag | Gasentladungsroehre, insbesondere ueberspannungsableiter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2346175B2 (de) | 1978-08-17 |
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Legal Events
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8235 | Patent refused | ||
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