DE2511087A1

DE2511087A1 - Surge voltage arrester contains radioactive preionisation source - distributed in lining layer or pellets to ensure accurate distribution

Info

Publication number: DE2511087A1
Application number: DE19752511087
Authority: DE
Inventors: Margit Beuerle; Alois Bleier; Ernst Haas; Joachim Martin
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1975-03-13
Filing date: 1975-03-13
Publication date: 1976-09-16
Also published as: DE2511087B2

Abstract

A surge voltage arrester consists of two electrodes built-in vacuum-tight inside an insulating container, contg. also a radioactive preionisation source. The preionisation source is of insulating material contg. at least in its inwardly facing surface region, the radioactive material uniformly distributed through it, the shape and amt. of the source is adapted to the activity required. The radioactive material is pref. cpd(s) of 147Pm, 14C or 3H (tritium). By comparison with the process, where radioactive material and glass powder are slurried in neat alcohol, painted on and then fused on, the present arrangement ensures uniform, controlled distribution of the radioactive material.

Description

Überspannungsableiter Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter, der aus zwei innerhalb eines isolierenden Gefäßes vakuumdicht eingebauten, einander gegenüber angeordneten Elektroden sowie einer darin untergebrachten radioaktiven Vorionisationsquelle besteht. Diese Vorionisationsquelle stellt einen Betastrahler dar und hat die Aufgabe, die Ansprechempfind~lnchkeit und Genauigkeit zu erhöhen Die AufbringlIng der Vc:ricnisationsquellen an der isolierenden Gefäßwand des Überspannungsableiters wurde bisher durch Auftupfen enger Aufs@@@emmung von radioaktiver Substanz mit Glaspulver ir unverdünntem Alkohol durchgeführt und diese anschließend niedergeschmolzen. Die Intensität auf diese Weise eingebrachter Vorionisationaquellen schwankt jedoch sehr stark, da eine genaue mengenmäßige Begrenzung des Materials und die Ausbildung einer reproduzierbaren Geometrie praktisch nicht möglich ist.Surge arrester The present invention relates to a surge arrester, that of two vacuum-tight installed inside an insulating vessel, each other oppositely arranged electrodes as well as a radioactive one housed therein Preionization source exists. This pre-ionization source is a beta emitter and has the task of increasing the sensitivity and accuracy The attachment of the Vc: ricnisation sources to the insulating vessel wall of the surge arrester was previously done by dabbing close dab of radioactive substance with glass powder ir undiluted alcohol and then melted it down. the However, the intensity of pre-ionization sources introduced in this way fluctuates greatly strong, since a precise quantitative limitation of the material and the formation of a reproducible geometry is practically impossible.

Es stellte sich daher die Aufgabe, Überspannungsableiter herzustellen, deren Vorionisationsquelle stets die gleiche Intensität aufweist und sich auf einfache Weise herstellen und einbringen läßt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Vorionisationsquelle aus einem Isolierstoffkörper besteht, der das radioaktive Material wenigstens auf seiner dem Innenraum des Gefäßes zugekehrten Wand schicht in gleichmäßiger Verteilung enthält und durch entsprechende Bemessung seiner Form undboder Menge auf die benötigte Aktivität abgestimmt ist. Dies bedeutet, daß zunächst Isolierstoffkörper in Stab-, Rohr- oder Bandform mit homogen verteilten radioaktiven Substanzen wie z.B. Verbindungen des 147 Pm, des Kohlenstoffes C oder Tritium 3H hergestellt werden und die Vorionisationequellen der benötigt;en Aktivität durch entsprechende räumliche Bemessung - durch z.B. Abschneiden,- aus diesem Vormaterial gewonnen werden. Die auf diese Weise hergestellten Vorionisationsquellen können auch von faserartiger Gestalt sein oder durch Gießen in entsprechende Formen linsen- oder kugelartige Ausbildung haben.The task was therefore to manufacture surge arresters, whose pre-ionization source always has the same intensity and is simple Wise can be produced and brought in. This object is achieved according to the invention in that the pre-ionization source consists of an insulating body that the radioactive material at least on the one facing the interior of the vessel Wall layer contains evenly distributed and by appropriate dimensioning its shape and quantity is tailored to the activity required. This means, that initially insulating body in rod, pipe or Band shape with homogeneously distributed radioactive substances such as compounds of 147 μm, des Carbon C or tritium 3H are produced and the pre-ionization sources which needs; s activity through corresponding spatial dimensioning - through e.g. cutting off, can be obtained from this raw material. The pre-ionization sources produced in this way can also be fibrous in shape or by pouring into appropriate molds have lenticular or ball-like training.

In jedem Falle ist dafür gesorgt, daß das Ausgangsmaterial stets die gleiche homogene Verteilung der ionisierenden Substanzen besitzt. Auf diese Weise wird die Dosierung der sehr geringfügigen Aktivitäten zu einem rein mechanischem Problem, das keine besondere Schwierigkeit mehr aufwirft. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die radioaktiven Substanzen nur in einer dem Innenraum des Uberspannungsableiters zugekehrten Wandschicht des Isolierstoffkörpers befinden. Bei dieser Anordnung wird weniger radioaktives Material benötigt, die Selbstabschftrnug imnerhal'b des Isolierstoffkörpers findet kaum mehr sA t, die StrahlenbelaX stung nach außen wird geringer.In any case, it is ensured that the starting material always the has the same homogeneous distribution of the ionizing substances. In this way the dosage of the very minor activities becomes a purely mechanical one Problem that no longer poses any particular difficulty. Particularly beneficial it is when the radioactive substances are only in one of the interior of the surge arrester facing wall layer of the insulating body are located. With this arrangement less radioactive material is required, the self-destruction within the insulating body Hardly any more sA t, the radiation exposure to the outside is lower.

Die gleichmäßige Verteilung der radioaktiven Substanzen erfolgt beispielsweise durch Beimischung derselben zu den Ausgangsstoffen des Isolierstoffkörpers, die ansnhließend in an sich bekannter Weise zu den genannten Formen verarbeitet werden.The radioactive substances are distributed evenly, for example by adding the same to the starting materials of the insulating body, which can then be processed in a manner known per se to the forms mentioned.

Für die Einlagerung derselben in eine Wandschicht des Isolierstoffkörpers seien-rwei Möglichkeiten beispielsweise genannt: Der Isolierstoffkörper besteht aus SiC oder B4C. Durch Erwärmung desselben auf ca. 130000 in einer Atmosphäre, die Verbindungen mit dem radioaktiven Kohlenstoffisotop 14C enthält, findet durch Isotopenaustausch eine Einlagerung des 14C in den Isolierstoffkörper statt.For the storage of the same in a wall layer of the insulating body there are two possibilities, for example: The insulating body is made made of SiC or B4C. By heating it to approx. 130,000 in an atmosphere, which contains compounds with the radioactive carbon isotope 14C takes place through Isotope exchange means that the 14C is stored in the insulating body.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Isolierstoffkörper aus Si zu fertigen, ihn auf ca. 1000 - 14000C zu erhitzen und auf seiner Oberfläche eine 14C enthaltende Verbindung, wie z.B.Another possibility is to make the insulating body To manufacture Si, to heat it to approx. 1000 - 14000C and on its surface a compound containing 14C, e.g.

OH4 oder SiCH3HCl2 thermisch zu zersetzen. Dadurch bildet sich dann die gewünschte radioaktive Wandschicht aus Si 14 Auf ähnliche Weise ist es möglich, einen Isolierkörper aus Bornitrid (BN) mit einer Wandschicht aus B414C zu versehen.Thermally decompose OH4 or SiCH3HCl2. This then forms the desired radioactive wall layer made of Si 14 In a similar way it is possible to to provide an insulating body made of boron nitride (BN) with a wall layer made of B414C.

Die Befestigung der Vorionisationsquellen an der Innenwand des Uberspannungsableiters kann dabei durch Kleben oder Anschmelzen, z.B. mit Hilfe eines Glaslotes erfolgen, jedoch kann auch eine rein mechanische Befestigung vorgesehen werden. Der das radioaktive Material enthaltende Isolierstoff kann dabei z.B. Glas oder Keramik sein, es wäre jedoch auch ein lichtbogenfester Kunststoff, wie z.B. Polytetrafluoräthylen möglich.The attachment of the pre-ionization sources to the inner wall of the surge arrester can be done by gluing or melting, e.g. with the help of a glass solder, however, a purely mechanical fastening can also be provided. The radioactive one Insulating material containing material can be, for example, glass or ceramic, it would be However, an arc-proof plastic such as polytetrafluoroethylene is also possible.

Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung sei auf die Figuren 1 bis 5 verwiesen, in denen mögliche Anbringungsmethoden der Vorionisationsquellen dargestellt sind. Diese Beispiele zeigen in rein schematischer Weise den Aufbau eines uberspannungsableiters, der aus einer von zwei Elektroden 2 gebildeten Funkenstrecke besteht, die in einem Gehäuse untergebracht ist. Letzteres besteht aus einem Isolierstoffrohr 3, beispielsweise aus Glas oder Keramik, das mit Endkappen 1 vakuumdicht verbunden ist.For a further explanation of this invention, reference is made to FIGS 5, in which possible methods of attaching the pre-ionization sources are shown are. These examples show in a purely schematic way the structure of a surge arrester, which consists of a spark gap formed by two electrodes 2, which in one Housing is housed. The latter consists of an insulating tube 3, for example made of glass or ceramic, which is connected to end caps 1 in a vacuum-tight manner.

Im Raum zwischen den Elektroden 2 ist eine Vorionisationsquelle 4 untergebracbt.A pre-ionization source 4 is located in the space between the electrodes 2 undermined.

Nach Fig. 1 besteht diese Ionisationsquelle 4 aus einem stab-oder faserförmigen Körper 4, der in homogener Verteilung eine betastrahlende radioaktive Substanz enthält. Durch die Länge dieser Vorionisationsquelle 4 läßt sich der Ionisationsgrad innerhalb des tberspannungsableiters genau und konstant einstellen. Die Befestigung dieser Quelle an der Wandung 3 kann beispielsweise mit einem Glaslot oder einem hochhitzebeständigen kleber vorgenommen werden. Wenn die oronisationsquelle im wesentlichen aus Glas besteht und auch das Isolierrohr 3 aus diesem Werkstoff hergestellt ist, wäre auch eine direkte Verschmelzung möglich9 zoBs mit Hilfe von entspreehend fokussierten Laserstrahlen.According to Fig. 1, this ionization source 4 consists of a rod or fibrous body 4, the homogeneous distribution of a beta-emitting radioactive Contains substance. The degree of ionization can be determined by the length of this pre-ionization source 4 set precisely and constantly within the surge arrester. The attachment this source on the wall 3 can, for example, with a glass solder or a high heat resistant glue can be made. When the source of oronization consists essentially of glass and also the insulating tube 3 made of this material is established, a direct amalgamation would also be possible9 zoBs with the help of appropriately focused laser beams.

Dieser zusätzliche Arbeitsgang der Befestigung der Vorionisationsquelle kann gemäß den Fig. 3 und 4 umgangen werden, wenn eine mechanische Halterung dieser Quellen vorgenommen wird. Entsprechend Fig. 3 besteht die Vorionisationsquelle aus einem mit der radioaktiven Substanz versehenen Rohr 41, z.B. aus Glas oder Keramik. Dieses wird durch ebenfalls rohrförmige Isolierkörper 5 und 6, die sich gegenüber den Endkappen 1 abstützen, in ihrer Sollage gehalten. Beim Zusammenbau eines derartigen tberspannungsableiters entfällt also der gesonderte Arbeitsgang der Befestigung der Vorionisationsquelle. Figur 3a zeigt dabei einen Ausschnitt "a" von Fig. 3. Hier befindet sich die radioaktive Substanz nur in einer dem Innenraum zugekehrten Wandschicht 41a des Körpers 41.This additional step of fastening the pre-ionization source can be bypassed according to FIGS. 3 and 4 if a mechanical support of this Sources is made. According to FIG. 3, the pre-ionization source consists of a tube 41, for example made of glass or ceramic, provided with the radioactive substance. This is also tubular insulating body 5 and 6, which are opposite support the end caps 1, held in their desired position. When assembling such a With the surge arrester, there is no need for a separate fastening operation the pre-ionization source. FIG. 3a shows a detail "a" from FIG. 3. Here the radioactive substance is only located in one facing the interior Wall layer 41a of body 41.

Im Beispiel gemäß Fig. 4 besteht die Vorionisationsyaelle aus kugel- oder linsenförmigen Körpern 43, die in durchbohrten Ausstülpungen 52 des Isolierrohres 51 gehalten sind. Letzteres stützt sich wiederum gegenüber den Endkappen 1 ab. Wie dargestellt, können mehrere derartige Vorionisationsquellen 43 vorzugsweise symmetrisch im Inneren des Isolierrohres 3 verteilt werden.In the example according to FIG. 4, the pre-ionization cell consists of spherical or lenticular bodies 43, which are in pierced protuberances 52 of the insulating tube 51 are held. The latter is in turn supported against the end caps 1. As shown, a plurality of such pre-ionization sources 43 can preferably be symmetrical be distributed inside the insulating tube 3.

Die Fig. 5 zeigt einen Vorschlag, nach dem die Ionisationsquelle als ringförmiges Plättchen 42 auf der einen Elektrode 2 angebracht ist. Die Halterung kann beispielsweise durch mechanische Mittel, wie Umbördeln des Elektrodenrandes usw., vorgenommen werden. Auch in diesem Palle hängt die Konstanz der Strahlungsintensität bzw. die Einhaltung ihres Sollwertes von der Genauigkeit beim Herstellungsvorgang der ringförmigen Plättchen ab.Fig. 5 shows a proposal, according to which the ionization source as annular plate 42 on which one electrode 2 is attached. The bracket can for example by mechanical means, such as flanging the edge of the electrode etc., can be made. The constancy of the radiation intensity also depends in this palle or the adherence to their target value of the accuracy during the manufacturing process of the annular platelets.

Wie bereits erwähnt, kann die radioaktive Substanz homogen in einem temperaturbeständigen Isolierstoff9 wie z.B. in Glas oder Keramik verteilt sein, es wäre auch möglich, sie in einen lichtbogenbeständigen Kunststoff, wie z.R. Polytetrafluoräthylen e=azubauen. Da das Ausgangsmaterial für die Vorionisationsquellen zunächst aus größeren Einzelmengen hergestellt werden kann, ist eine verhältnismäßig einfache Dosierung dieser Bestandteile möglich. Die aus dem rohr- bzw. stabförmigen oder bandförmigen Ausgangsmaterial durch mechanische Mittel, wie z.B.As already mentioned, the radioactive substance can be homogeneous in one temperature-resistant insulating material9, e.g. distributed in glass or ceramics, it would also be possible to encapsulate them in an arc-resistant plastic, e.g. Polytetrafluoroethylene e = build up. Since the starting material for the pre-ionization sources initially consists of larger Can be made in single quantities, is a relatively simple dosage of these components possible. From the tubular or rod-shaped or band-shaped Starting material by mechanical means, e.g.

Ablängen hergestellten Vorionisationsquellen haben dann untereinander eine Genauigkeit hinsichtlich der Strahlung, die nur von diesen mechanischen Vorgängen abhängt. Letztere können aber ohne besondere Schwierigkeiten mit hinreichender Genauigkeit durchgeführt werden, so daß das Endprodukt hinsichtlich der Schwankungen in der Ansprechempfindlichkeit leicht innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen gehalten werden kann.Preionization sources produced to length then have one another an accuracy in terms of radiation obtained only from these mechanical processes depends. The latter can be done with sufficient accuracy without any particular difficulties be carried out so that the end product in terms of fluctuations in the Sensitivity kept slightly within the given tolerance limits can be.

Neben dieser einfachen und guten Dosier@arkeit der Radioaktivität ergibt die ,inRung des radioaktis-en Materials im Isolierstoff eine ver-intachte Handhabung desselben und damit eine stark verminderte Ko::ftaininationsgefahr in den TIerstellungswerkstätten, insbesondere auch beim Bruch oder einer Zerstörung durch elektrische Lichtbogen.In addition to this simple and good dosage of radioactivity if the radioactic material in the insulating material is contained in the Handling of the same and thus a greatly reduced risk of co: ftainination in the animal production workshops, especially in the event of breakage or destruction by electric arc.

In Anbetracht der praktisch homogenen Verteilung der radioaktiven Substanzen in den Vorionisationequellen ergibt sich eine gleichmäßigere Ionisation des gesamten tberspannungsabl,eitervolumens, so da' gegenüber der bisherigen Praxis verringerte Aktivitätsmengen Verwendung finden können. Dies hängt auch damit zusammen, daß die Möglichkeit der Selbstabsorption durch die homogene Verteilung der radioaktiven Substanzen kleiner geworden ist.In view of the practically homogeneous distribution of the radioactive Substances in the pre-ionization sources result in a more uniform ionization of the entire overvoltage pus volume, so there 'compared to previous practice reduced levels of activity can be used. This is also related to that the possibility of self-absorption due to the homogeneous distribution of the radioactive Substances has become smaller.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich auch andere geometrische Formen derartiger ÜberspannungRableiter vorgesehen sein können, zumal deren Anwendungsbereich außerordentlieh groß ist und z.B. von der Radiotechnik bis zur Höchstspannungstechnik reicht. Da ein Uberspaenungsableiter praktisch eine Funkenstrecke darstellt, lassen sich diese erfindungsgemäßen Vorionisationequellen ganz allgemein auch zur Steuerung von Funkenstrecken vorteilhaft verwenden.Finally, it should be noted that of course others geometric shapes of such surge arresters can be provided, especially since whose area of application is extraordinarily large and e.g. from radio technology to for high voltage technology is enough. As a surge arrester is practically a spark gap represents, these preionization sources according to the invention can be very general can also be used advantageously to control spark gaps.

7 Patentansprüche 5 Figuren7 claims 5 figures

Claims

Claims 1.Jf surge arrester consisting of two within an insulating vessel installed in a vacuum-tight manner, arranged opposite one another Electrodes, as well as a radioactive pre-ionization source housed therein, characterized in that the pre-ionization source consists of an insulating material, which the radioactive material at least on its facing the interior of the vessel Contains wall layer in an even distribution and by appropriate dimensioning its shape and / or quantity is tailored to the activity required.

2. Surge arrester according to claim 1, characterized in that that the preferred radioactive material is compounds of 147 .mu.m (promethium), des 14C (carbon) or 3H (tritium) are used.

3. Surge arrester according to claim 1 or 2, characterized in that that the radioactive material in a glass body with geometrically always exactly reproducible Shape is included.

4. Surge arrester according to claim 1 and 2, characterized in that that the radioactive material in a ceramic body is always geometrically precisely reproducible Shape is included.

5. Surge arrester according to claim 1 and 2, characterized in that that the radioactive material is in an arc-proof plastic body, e.g. Polytetrafluoroethylene is included.

6. Surge arrester according to claim 1 to 5, characterized in that that the Vorionisierungaquelle by enlivening, fusing or mechanical means is firmly connected to the vessel wall.

7. Surge arrester according to claim 1 to 5, characterized in that that the preionization source on at least one electrode while leaving more free Electrode surface areas is applied.