DE2511087B2

DE2511087B2 - Surge arresters

Info

Publication number: DE2511087B2
Application number: DE19752511087
Authority: DE
Inventors: Margit 8551 Kersbach Beuerle; Alois 8520 Erlangen 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: 1978-03-16
Also published as: DE2511087A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf 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 Ansprechempfindlichkeit und Genauigkeit zu erhöhen. Die Aufbringung der Vorionisationsquellen an der isolierenden Gefäßwand des Überspannungsabieiters wurde bisher durch Auftupfen einer Aufschlemmung von radioaktiver Substanz mit Glaspulver in unverdünntem Alkohol durchgeführt und diese anschließend niedergeschmolzen. Die Intensität auf diese Weise eingebrachter Vorionisationsquellen schwankt jedoch sehr stark, da eine genaue mengenmäßige Brenzung des Materials und die Ausbildung einer reproduzierbaren Geometrie praktisch nicht möglich ist. Aus der DT-AS 10 70 733 ist weiterhin ein Gasentladungsableiter bekanntgeworden, bei dem zur Eliminierung der Lichtempfindlichkeit eine kleine Menge Radium der aktivierenden Lösung für die Elektroden beigefügt wird. Auch hier ist eine gleichmä- h^r> ßige Dosierung praktisch nicht möglich, da sich diese Aufbringungstechnik nicht wesentlich von dem vorgenannten Stand der Technik unterscheidet.The invention relates to a surge arrester which consists of two electrodes installed in a vacuum-tight manner inside an insulating vessel and arranged opposite one another, as well as a radioactive pre-ionization source housed therein. This pre-ionization source is a beta emitter and has the task of increasing the sensitivity and accuracy. The application of the pre-ionization sources to the insulating vessel wall of the surge arrester was previously carried out by dabbing a slurry of radioactive substance with glass powder in undiluted alcohol and then melting it down. The intensity of pre-ionization sources introduced in this way fluctuates very strongly, however, since an exact quantitative limitation of the material and the formation of a reproducible geometry is practically not possible. A gas discharge arrester has also become known from DT-AS 10 70 733, in which a small amount of radium is added to the activating solution for the electrodes to eliminate photosensitivity. Again, a gleichmä- h ^r> ssige dosage is practically impossible, since this application technique is not significantly different from the aforementioned prior art.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde. 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 Wandschicht in gleichmäßiger Verteilung enthält und durch entsprechende Bemessung seiner Form und/oder 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 ¹⁴⁷Pm (Promethium) des Kohlenstoffes ¹⁴C oder Tritium Ή hergestellt werden und die Vorionisationsquellen der benötigten 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. 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 Überspannungsableiter zugekehrten Wandschicht des Isolierstoffkörpers befinden. Bei dieser Anordnung wird weniger radioaktives Material benötigt, die Selbstabschirmung innerhalb des Isolierstoffkörpers findet kaum mehr statt, die Strahlenbelastung nach außen wird geringer.The invention is therefore based on the object. Manufacture surge arresters whose pre-ionization source always has the same intensity and can be easily manufactured and introduced. The solution to this problem is according to the invention that the preionization source consists of an insulating body which contains the radioactive material at least on its wall layer facing the interior of the vessel in an even distribution and is matched to the required activity by appropriate dimensioning of its shape and / or quantity. This means that initially insulating material in rod, pipe or tape form with homogeneously distributed radioactive substances such. B. Compounds of ¹⁴⁷ Pm (promethium) of carbon ¹⁴ C or tritium Ή are produced and the pre-ionization sources of the required activity by appropriate spatial dimensioning - by z. B. Cutting - can be obtained from this raw material. The pre-ionization sources produced in this way can also be of a fiber-like shape or, by casting in appropriate molds, they can have a lens-like or spherical design. In any case, it is ensured that the starting material always has the same homogeneous distribution of the ionizing substances. In this way, the dosage of the very minor activities becomes a purely mechanical problem that no longer poses any particular difficulty. It is particularly advantageous if the radioactive substances are only located in a wall layer of the insulating material body facing the interior of the surge arrester. With this arrangement, less radioactive material is required, the self-shielding within the insulating body hardly takes place anymore, the radiation exposure to the outside is lower.

Die gleichmäßige Verteilung der radioaktiven Substanzen erfolgt beispielsweise durch Beimischung derselben zu den Ausgangsstoffen des Isolierstoff körpers, die anschließend in an sich bekannter Weise zu den genannten Formen verarbeitet werden.The radioactive substances are evenly distributed, for example, by admixing them same to the starting materials of the insulating body, which then in a known manner to the named forms are processed.

Für die Einlagerung derselben in eine Wandschicht des Isolierstoffkörpers seien zwei Möglichkeiten beispielsweise genannt: Der Isolierstoffkörper besteht aus SiC oder B4C. Durch Erwärmung desselben auf etwa 1300°C 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, two possibilities are mentioned, for example: The insulating body consists of SiC or B4C. By heating it to around 1300 ° C in an atmosphere containing compounds with the radioactive carbon isotope ¹⁴ C, the ¹⁴ C is stored in the insulating material through isotope exchange.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Isolierstoffkörper aus Si zu fertigen, ihn auf etwa 1000— 1400⁰C zu erhitzen und auf seiner Oberfläche eine ¹⁴C enthaltende Verbindung, wie z. B. CH, oder SiCH₃HCI₂ thermisch zu zersetzen. Dadurch bildet sich dann die gewünschte radioaktive Wandschicht aus Si ¹⁴C.Another possibility is to manufacture the insulating material body consisting of Si, heat it to about 1000- 1400 ⁰ C and a ¹⁴ C-containing compound on its surface, such. B. CH, or SiCH ₃ HCI _{2 to} thermally decompose. This then forms the desired radioactive wall layer made of Si ¹⁴ C.

Auf ähnliche Weise ist es möglich, einen Isolierkörper aus Bornitrid (BN) mit einer Wandschicht aus B 4 ¹⁴C zu versehen.In a similar way, it is possible to provide an insulating body made of boron nitride (BN) with a wall layer made of B 4 ¹⁴ C.

Die Befestigung der Vorionisationsquellen an der Innenwand des Überspannungsabieiters 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 ζ. Β Polytetrafluoräthylen möglich.The attachment of the pre-ionization sources to the inner wall of the surge arrester can be by gluing or melting, e.g. B. be done with the help of a glass solder, but one can also be pure mechanical fastening can be provided. The insulating material containing the radioactive material can thereby z. B. be glass or ceramic, but it would also be an arc-proof plastic, such as ζ. Β polytetrafluoroethylene possible.

Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung sei auf dieTo further explain this invention, refer to

F i g. I bis 5 verwiesen, in denen mögliche Anbringungsmethoden der Vorionisationsquellen dargestellt sind, Diese Beispiele zeigen in rein scherriatischer Weise den Aufbau eines Überspannungsableiter, 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. Im Raum zwischen den Elektroden 2 ist eine Vorionisationsquelle 4 untergebracht.F i g. I to 5 referenced, in which possible attachment methods of the pre-ionization sources are shown, These examples show that in a purely scherriatic way Structure of a surge arrester, which consists of a spark gap formed by two electrodes 2, which is housed in a housing. The latter consists of an insulating tube 3, for example from Glass or ceramic that is connected to end caps 1 in a vacuum-tight manner. In the space between the electrodes 2 is a preionization source 4 housed.

Nach Fig. 1 besteht diese Vorionisationsquelle 4 aus einem stab- oder faserförmigen Körper, der in homogener Verteilung eine betastrahlende radioaktive Substanz enthält. Durch die Länge dieser Vorionisationsquellle 4 läßt sich der lonisationsgrad innerhalb des Überspannungsabieiters genau und konstant einstellen. Die Befestigung dieser Quelle an dem Isolierstoffrohr 3 kann beispielsweise mit einem Glaslot oder einem hochitzebesländigen Kleber vorgenommen werden. Wenn die Vorionisationsquelle 4 im wesentlichen aus Glas besteht, und auch das Isolierstoffrohr 3 aus diesem Werkstoff hergestellt ist, wäre auch eine direkte Verschmelzung möglich, z. B. mit Hilfe von entsprechend fokussierten Laserstrahlen.According to FIG. 1, this pre-ionization source 4 consists of a rod-shaped or fiber-shaped body which, in homogeneous distribution, is a beta-emitting radioactive Contains substance. Due to the length of this Vorionisationsquellle 4, the degree of ionization can be within the Set surge arrester precisely and constantly. The attachment of this source to the insulating tube 3 can be done, for example, with a glass solder or a high-temperature adhesive. If the pre-ionization source 4 consists essentially of glass, and so does the insulating tube 3 from this Material is made, a direct fusion would also be possible, z. B. with the help of accordingly 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 jo 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 Überspannungsabieiters entfällt also der gesonderte Arbeitsgang der Befestigung der Vorionisationsquelle. Fig.3a zeigt dabei einen Ausschnitt »a« von Fig.3. Hier befindet sich die radioaktive Substanz nur in einer dem Innenraum zugekehrten Wandschicht 41a des Rohres 41.This additional operation of fastening the pre-ionization source can be circumvented according to FIGS. 3 and 4 if these sources are mechanically held. According to FIG. 3, the pre-ionization source consists of a tube 41 provided with the radioactive substance, e.g. B. from jo glass or ceramic. This is held in its intended position by likewise tubular insulating bodies 5 and 6, which are supported against the end caps 1. When assembling such a surge arrester, the separate operation of fastening the pre-ionization source is omitted. FIG. 3a shows a section "a" from FIG. Here the radioactive substance is only located in a wall layer 41a of the tube 41 facing the interior.

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

Die Fig. 5 zeigt einen Vorschlag, nach dem die Vorionisationsquelle 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 Falle hängt die Konstanz der Strahlungsintensität bzw. die Einhaltung ihres Sollwertes von der Genauigkeit beim Herstellungsvorgang der ringförmigen Plättchen ab.5 shows a proposal according to which the pre-ionization source has an annular plate 42 one electrode 2 is attached. The holder can for example by mechanical means, such as Flanging the electrode edge, etc., can be made. In this case, too, the constancy depends on the Radiation intensity or compliance with its target value on the accuracy of the manufacturing process annular platelets.

Wie bereits erwähnt, kann die radioaktive Substanz homogen in einem temperaturbeständigen Isolierstoff, wie z. B. in Glas oder Keramik verteilt sein, es wäre auch möglich, sie in einen lichtbogenbeständigen Kunststoff, wie z. B. Polytetrafluorethylen einzubauen. 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. 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.As already mentioned, the radioactive substance can be homogeneously contained in a temperature-resistant insulating material, such as B. be distributed in glass or ceramic, it would also be possible to use an arc-resistant plastic, such as B. to incorporate polytetrafluoroethylene. As the starting material for the pre-ionization sources initially can be made from larger individual quantities, this is a relatively simple dosage Components possible. The one from the tubular, rod-shaped or strip-shaped starting material by mechanical means such as B. pre-ionization sources made to length then have each other an accuracy in terms of radiation that depends only on these mechanical processes. Latter but can be carried out with sufficient accuracy without particular difficulties, so that the final product in terms of fluctuations in responsiveness is slightly within the predetermined Tolerance limits can be kept.

Neben dieser einfachen und guten Dosierbarkeit der Radioaktivität ergibt die Bindung des radioaktiven Materials im Isolierstoff eine vereinfachte Handhabung desselben und damit eine stark verminderte Kontaminationsgefahr in den Herstelliingswerkstätten, insbesondere auch beim Bruch oder einer Zerstörung durch elektrische Lichtbogen.In addition to this simple and easy metering of the radioactivity, the binding of the radioactive results Material in the insulating material a simplified handling of the same and thus a greatly reduced risk of contamination in the manufacturing workshops, especially in the event of breakage or destruction electric arc.

In Anbetracht der praktisch homogenen Verteilung der radioaktiven Substanzen in den Vorionisalionsquellen ergibt sich eine gleichmäßigere Ionisation des gesamten Überspannungsableitervolumens, so daß 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 results in a more uniform ionization of the entire surge arrester volume, so that compared to previous practice, reduced amounts of activity can be used. This also depends together with that the possibility of self-absorption through the homogeneous distribution of the radioactive Substances has become smaller.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich auch andere geometrische Formen derartiger Überspannungsableiter vorgesehen sein können, zumal deren Anwendungsbereich außerordentlich groß ist und z. B. von der Radiotechnik bis zur Höchstspannungstechnik reicht. Da ein Überspannungsableiter praktisch eine Funkenstrecke darstellt, lassen sich diese erfindungsgemäßen Vorionisationsquellen ganz allgemein auch zur Steuerung von Funkenstrecken vorteilhaft verwenden.Finally, it should be pointed out that, of course, other geometric shapes of this type can also be used Surge arresters can be provided, especially since their area of application is extremely large and z. B. ranges from radio technology to high voltage technology. As a surge arrester comes in handy represents a spark gap, these preionization sources according to the invention can be used quite generally can also be used advantageously to control spark gaps.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Surge arrester, consisting of two vacuum-tight inside an insulating vessel built-in electrodes arranged opposite one another and one housed therein radioactive pre-ionization source, characterized in that the pre-ionization source consists of an insulating body, which the radioactive material at least on its Interior of the vessel facing wall layer contains and through evenly distributed appropriate dimensioning of its shape and / or quantity is tailored to the required activity.

2. Surge arrester according to claim 1, characterized in that compounds of ¹⁴ Tm (promethium), ¹⁴ C (carbon) or ¹ H (tritium) are preferably used as radioactive material.

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

4. Surge arrester according to claim 1 or 2, characterized in that the radioactive material a ceramic body always contains precisely the reproducible shape geometrically.

5. Surge arrester according to claim 1 or

2, characterized in that the radioactive material in an arc-proof plastic body, z. B. made of polytetrafluoroethylene is included.

6. Surge arrester according to claim I, characterized in that the pre-ionization source is firmly attached to the vessel wall by gluing, fusing or mechanical means.

7. Surge arrester according to claim 1, characterized in that the pre-ionization source is applied to at least one electrode leaving free electrode surface areas. ίο