DE2526037A1

DE2526037A1 - Ueberspannungsabsorber

Info

Publication number: DE2526037A1
Application number: DE19752526037
Authority: DE
Inventors: Kazuo Eda; Mikio Ishida; Harumasa Kajita; Michio Matsuoka; Masanobu Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-06-10
Filing date: 1975-06-09
Publication date: 1976-01-29
Also published as: CA1041599A; DE2526037C3; DE2526037B2; NL185378C; US4015228A; NL7506900A; GB1493455A

Description

252603?

untere elektrische Anschlußklemme ist vorzugsweise so aufgebaut, daß ein Loch in ihr bei Trennung des leitenden Stabes van der unteren elektrischen Anschlußklemme zur Ausgleichung des atmosphärischen Drucks in dem Hohlraum und des Drucks der AuBenatmosphäre erzeugt uiird, um ein Explodieren des Isolators zu verhindern.

Die Erfindung betrifft einen Überspannunqsabsarber, wie er z.B. zur Unterdrückung von Schaltüberspannungen und Geuiitterüberspannungen in einem Hachspannungspfad Anwendung findet, und bezieht sich insbesondere auf einen UbErspannunosabsarber, der einen Metalloxid-Varistor (einen spannungsabhängigen Widerstand) als ein, charakteristisches Element mit einer explosionssicheren Funktion aufweist.

Überspannungsabsorber ader üJellenschlucker werden gefneinhin zur Unterdrückung van Schaltüberspannungen oder Gewitterüberspannungen in einem Hachspannungspfad zum Schütze von Motoren, Transformatoren, Halbleitern und anderen elektrischen Vorrichtungen verwendet. Bei den bekannten Überspannungsabsorbern handelt es sich um Absorber in Art einer Kondensator-Widerstandskombination, einer Funkenstrecke und eines Silikonkarbid-CSiO-Varistors.

Metalloxidvaristoren, bestehend aus einem gesinterten ZinkoxideZnO)-Körper mit zahlreichen Zusätzen wie z.B. Uisnutaxiri (Bi₂G₃), Kobaltaxid (CoQ), Manganoxid (MnO) und Antimonoxid (Sb₂D₃), sind längst entwickelt worden. Solche Metalloxidvaristoren weisen gute Eigenschaften bei Verwendung als ein charakteristisches Element eines Überspannungsabsorbers auf, wie z.B. einen höheren nichtlinearen Exponenten, ein schnelles Ansprechen auf Überspannungen

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- 3 und Eine große Leistungsfähigkeit für eine ÜberspannunnsenErgie,

Die Spannunns(V)-Stram(D-Kennlinien eines Varistors (spannungsabhängigen Widerstandes) werden annähernd durch folgende Gleichung wiedergegeben:

Ljabei I der durch den Varistor fließende Strom, V die an letzterem liegende Spannung, C eine Hanstante entsprechend dem Widerstand des Varistors und ein lichtlinearer Spannunnsexponent (Spannungsabhängigkeit) sind.

Der Wert von χ eines SiC-Varistors ist ungefähr 3 his 7. Demgegenüber kann der °< -Wert eines Metalloxidvaristors ungefähr 3o bis 7g betragen. Aus diesem Grunde sind Reihenfunkenstrecken für den Metalloxidvaristor hei der tatsächlichen Anwendung unnötig, während die Reihenfunkenstrecke bei einem SiC-Varistor unerläßlich ist, um einen von einer normalerweise angelegten Netzspannung hervorgerufenen großen Kriechstrom zu vermeiden.

Der Metalloxidvaristor erweist sich folglich in Bezug auf ein Ansprechen auf eine Überspannung im Vergleich zu einem funkenstreckenartigen Absorber, der für eine StDßspannung mit einer steilen Wellenfront einen Schaltverzug aufweist, als äußerst vorteilhaft. Neben dem Vorteil des schnellen Ansprechens auf eine Überspannung kann die Möglichkeit eines thermischen Instabilwerdens auftreten, weil die Leiterspannuna immer an den Metalloxidvaristor gelegt ist.

Sollte der Metalloxidvaristor einmal thermisch instahil werden, so neigt der sich vergrößernde Strom dazu, sich stufenweise an einem schwachen Teil

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des Varistorkürpers zu konzentrieren. Der konzentrierte Strom läßt den schwachen Teil schmelzen, und mittels eines Spannunnsdurchschlags wird ein Loch in dem Varistorkörper gebildet. Infolge hiervon werden ein Lichtbogen entlang der Fläche der Lochuandunn erzeugt und ein großes Gasvolumen hervorgerufen.

Bei Verwendung in einem Hochspannunnspfad muH ein Hetalloxidvaristor für gewöhnlich hermetisch in einem Isolator abgedichtet werden, um den Varistorkürper vor Staub und Feuchtigkeit zu schützen. Bei einem durch den Lichtbogen hervorgerufenen Ansteigen des Innengasdruckes besteht daher die Gefahr, daß der Isolator explodiert und daß Menschen und Geräte in Nähe des Überspannungsabsorbers den Folgen einer solchen Explosion ausgesetzt werden können.

Ein Ziel der Erfindung ist es somit, einen Überspannungsabsorber zu schaffen, in dem ein elektrischer Strom durch den Varistorkörper zur Erde durch einen extrem großen Strom durch den Varistor unterbrochen werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Überspannungsabsorbers, der z.B. bei Hochspannungsverwendung eine explosionssicher Funktion aufweist, die ein Explodieren dee Isolators des Absorbers durch Freisetzen des von dem Lichtbogen hervorgerufenen hohen Gasdrucks durch ein Druckablaßloch, das durch Joule¹sehe üJärme infolge thermischer Instabilität des Metalloxidvaristors erzeugt wird, verhindert.

Diese Ziele werden erfindungsgemöß gelöst durch einen Überspannungsabsorber, der aich kennzeichnet durch einen Hohlraum aufweisenden Isolator mit einer oberen und einer unteren Öffnung an einem oberen bzw. einem unteren Teil, durch an Deckel- sowie Bodenteilen vorgesehene obere bzw. untere Anschluß-

klemmen, durch für die obere bzw. für die untere öffnung hermetische Abdichtungen, durch einen in dem Hohlraum angeordneten Metalloxidvaristor, der an seiner oberen sauie unteren Fläche eine obere bzw. untere Elektrode aufmeist, die elektrisch mit der oberen bzw. der unteren Anschlußklemme verbunden ist, wobei der Metalloxidvaristor von den oberen und unteren Teilen des Isolators durch die oberen bzuj. unteren elektrischen Anschlußklemmen abnestützt uird, durch einen leitenden, elektrisch neerdeten Stab, dessen unteres Ende frei- ^ liegt und dessen oberes Ende an der unteren elektrischen Anschlußklemme mittels eines Lötmittels angelötet ist, das thermisch mit dem Metalloxidvaristor über die untere Elektrode des letzteren und die untere elektrische Anschlußklemme verbunden ist, ujGbei beim Erhitzen des Metalloxidvaristors durch einen elektrischen Strom und damit beim Erhitzen des Lötmittels auf eine über den Schmelzpunkt des letzteren liegenden Temperatur der leitende Stab von der unteren elektrischen Anschlußklemme trennbar ist und unter Abschaltung des durch den Metalloxidvaristor fließenden Erdungsstroms herabzufallen vermag.

Es kann weiterhin eine auf der oberen elektrischen Anschlußklemme gelagerte Druckfeder vorgesehen werden, die an dem Metalloxidvaristor zwecks nach unten gerichteter Beaufschlagung des letzteren und damit zur Schaffung einer sicheren Laaerung des Metalloxidvaristors in dem hohlen Isolator anliegt.

Die untere elektrische Anschlußklemme kann eine leitende Deckplatte aufweisen, die über die Seiten- und Außenfläche des unteren Teils des Isolators hinausragt, daran gelagert ist und die untere Öffnung des Isolators überdeckt, wobei die leitende Deckplatte den Metallaxidvaristor abstützt und an ihrer Außenfläche mit dEtr. leitenden Stab verlötet ist, so daß der leitende Stab

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allein durch seine Schuerkraft beim Schmelzen des Lötmittels herabzufallen vermag.

Die obere elektrische Anschlußklemme kann eine leitende Deckplatte aufweisen, die sich über die Seiten- und Außenfläche des oberen Teils des Isolators hinausragt, daran gelagert ist und die obere Öffnung des Isolators überdeckt, wobei die leitende Abdeckplatte auf der oberen Fläche des Metalloxidvaristors aufliegt.

Die untere Üffnunn des Isolators kann im wesentlichen koaxial vorgesehen sein und einen kleineren Querschnitt als der Hohlraum aufweisen, wodurch eine ringförmige Stützfläche des Isolators zum Abstützen der unteren leitenden Deckplatte gebildet wird, die als untere elektrische Anschlußklemme dient und in dem Hohlraum zwischen der unteren Elektrode des Hetalloxidvaristors und der ringförmigen Stützfläche des Isolators zum Überdecken der unteren üffnunc des letzteren einnesetzt ist.

In diesem Fall kann die untere leitende Deckplatte ein Loch im wesentlichen in der Mitte des letzteren aufweisen, das von dem oberen Ende des leitenden Stabes und dem Lötmittel überdeckt werden kann, wodurch nach Trennuno des leitenden Stabes von der unteren leitenden Deckplatte infolge des Schmelzens des Lütmittels das Loch in der unteren leitenden Deckplatte den atmosphärischen Druck in dem Hohlraum und den Druck der Außenatmosphäre ausgleicht.

Die untere leitende Deckplatte kann auch einen dünnen Teil aufweisen, der kein Loch besitzt, im wesentlichen in ihrer Mitte angeordnet ist, mit dem leitenden Stab verlötet ist und eine solche Dicke aufweist, daß bei einer Trsnnunr des

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leitenden Stabes von der unteren leitenden Dccknlntte infolne des Schmälzens des Lötmittels der dünne Teil auch durch die Uirkunn eines zwischen sich und dem leitenden Stab erzeugten Lichtbogens neschnolzen wird, wobei ein Lach in der unteren Deckplatte qebildet wird, das zum Ausgleichen des atmosphärischen Drucks in dem Hohlraum und des Drucks der Außenatmosphäre dient.

Der Isolator kann ferner e unter seinem unteren Teil einen zusätzlichen Hohlraum, der im wesentlichen koaxial zu der unteren üffnung des Isnlators liegt und eine größere Querschnittsflache als diese Üffnung aufweist, sowie eine untere leitende Deckkappe mit einem Loch aufweisen, durch die der leitende Stab nach seiner Trennung von der unteren leitenden Deckplatte zu fallen vermag.

In diesem Fall kann die untere leitende Deckplatte ein zusätzliches Lach zur Unterstützung des Druckausgleichs aufweisen. Weiterhin kann eine Druckfeder in dem zusätzlichen Hohlraum vorgesehen sein, um den leitenden Stab mit einer Kraft nach unten zu beaufschlagen, die die untere leitende Deckplatte in ihrer ursprünglichen Farm bis zum Schmelzen des Lötmittels erhält, d.h. mit einer Hraft, die nur so groß ist, daß die untere leitende Deckplatte in ihrem normalen Zuband nicht beschädigt wird, so daß die Trennung des leitenden Stabes von der unteren leitenden Deckplatte erleichtert wird.

Weitere Uarteile der Erfindung ergeben sich au s der Beschreibung der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 die Ansicht eines Querschnitts einer Ausführungsfarrn des erfinoungsgemäßen Überspannungsabsorbers,

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Fin. 2 ein Diagramm, aus den die typischen V-I-Kennlinien eines erfinöunqsqemäBen MetalloxidVaristors hervorgehen,

Fig. 3 die Ansicht eines Querschnitts einer anderen Ausführungsform des erfindunqsqemäßen Überspannungsabsorbers,

Fig. U die Ansicht eines Querschnitts einer ueiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsabsorbers und

Fig. 5 die Ansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführunqsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsabsorbers.

Figur 1 zeigt ein Beispiel eines Oberspannungsabsorbers gemäß der Erfindung mit einem hohlen Isolator 1 z.B. aus Keramik, der an einem oberen und einem unteren Teil eine obere bzu. eine untere Öffnung 25 bzui. 26 aufweist.

Im Beispiel der Figur 1 ist der Hohlraum zylindrisch, die gesamte Länge des Isolators beträgt z.B. 1o cm, und der Außendurchmesser souie der Innendurchmesser des Isolators, d.h. der Durchmesser des Hohlraums, betragen z.B. 45 mm □ζω. 25 mm. Der zentrische Teil 27 des zylindrischen Hohlraums 31 ist im wesentlichen koaxial angeordnet und weist bei einem Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Achse des zylindrischen Hohlraums eine kleinere Querschnittsfläche als der Hohlraum 31 und einen zusätzlichen, später beschriebenen Hohlraum 32 auf, so daß eine ringförmige Stützfläche 28 gebildet wird.

Eine untere leitende Deckplatte 2 dient als untere elektrische Anschlußklemme, uirti von tier ringförmigen StütrFläche 28 ties Isolators 1 getragen und ist elektrisch und thermisch mit einer nichtdargestellten Bodenelektrode an der Bodenfläche eines Metalloxidvaristors 3 verbunden. Die untere leitende Deck-

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platte 2 weist e im wesentlichen in ihrer Mitte ein Lach auf, das als Druckauslaß dient, wenn ein Stab 1d nach unten gefallen ist.

Die Lage des Loches braucht nicht exakt in der Mitte der unteren leitenden Deckplatte 2 zu sein. Vorzugsweise wird ein Teil der leitenden Deckplatte 2 in der Nähe des Loches dünner als der Plattenrest ausgeführt, wie in Figur 1 hervorgeht. Die untere leitende Deckplatte 2 besteht z.B. aus Hupfer und weist eine Dicke von z.B. 5 mm auf, und ihr Loch besitzt z.B. einen Durchmesser von 5 mm. Die Dicke der Deckplatte 2 in Nähe des Loches beträgt z.B. 3 mm. Ein Metalloxidvaristor 3 weist eine obere, nicht dargestellte Elektrode und eine untere Elektrode an einer oberen bzw. an einer unteren Fläche auf.

Der Körper des Varistors 3 wird z.B. aus einem gesinterten Körper gebildet, der z.B. aus 96 Mol-% ZnO, α,5-Μα1-;ά Bi₂D₃, o,5 Mol-% MnG, ο,5 Mol-% CoO, 1,ο MoI-SS Sb₂D₃, o,25 Mol-% SiD₂, 1,o Mol-% NiO und α,25 Mol-% Cr₂D₃ besteht. Der Varistor 3 weist einen Durchmesser νση z.B. 2o mm und eine Dicke von z.B. 2o mm auf. Eine obere leitende Platte U ist mit der oberen Elektrode des Metalloxidvaristors 3 verbunden. Eine Druckfeder 5 z.B. aus rostfreiem Stahl ist auf einer oberen leitenden Deckkappe S und der oberen leitenden Platte

4 gelagert, um den Metalloxidvaristor 3 nach unten zu beaufschlagen.

Die obere Deckkappe 6 dient als obere elektrische Anschlußklemme, erstreckt sich über die Seiten- und Außenfläche 29 des oberen Teils des Isolators 1 und ist daran befestigt, um die obere Öffnung 25 des Isolators 1 abzudecken. Die obere leitende Deckkappe 6 besteht z.B. aus Chrom überzogenen Kupfer. Ein leitender Draht 7 z.B. aus Kupfer verbindet die obere leitende Deckplatte

5 elektrisch mit der oberen leitenden Platte k. Q-förmige Ringe 8 und 9 z.B.

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aus Gummi dichten den Metalloxidvaristor 3 hermetisch in dem Isolator 1 ab, wie in Finur 1 gezeigt ist.

Ein leitender Stab 1o z.B. aus Hupfer, weist in seinem dickeren sowie in seinem dünneren Teil einen Durchmesser van z.B. 5 mm bzw. von z.B. 3 mm auf und wirkt als Störungsanzeiger, wie später erläutert uird. Der leitende Stab 1o ist in das Loch der unteren leitenden Deckplatte 2 eingesetzt. Ein Lötmittel 11, uie z.B. eine Pb-Sn-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 12a C verbindet den leitenden Stab 1o mit der unteren leitenden Deckplatte 2. Das Loch der unteren leitenden Deckplatte 2 ist folglich von dem leitenden Stab 1d und dem Lötmittel 11 bedeckt. Der Metalloxidvaristor 3 ist in dem Isolator 1 mittels der oberen leitenden Deckkappe 6, der unteren leitenden Deckplatte 2, der G-förmigen Ringe 8 und 9, des leitenden Stabes 1o und des Lötmittels 11 abgedichtet.

Ziel der Abdichtung ist es, eine Uerschlechterung des Metalloxidvaristors 3 z.B. durch Staub und Luftfeuchtigkeit auszuschließen. Eine Tragplatte 12 z.B. aus Bakelit stützt eine Druckfeder 13 ab, die den leitenden Stab 1o nach unten mit einer Hraft beaufschlagt, die bewirkt, daß die untere leitende Deckplatte 2 ihre ursprüngliche Form erhält, bis das Lötmittel geschmolzen ist, d.h. mit einer Hraft, die nur maximal so groß ist, daß die Form der unteren leitenden Deckplatte 2 in ihrem Normalzustand nicht beschädigt wird.

Eine untere leitende Abdeckkappe 14 z.B. aus einem Schräm überzogenen Hupfer ist an der Seiten- und Außenwandung 3o des unteren Teils des Isolators 1 gelagert, um die untere öffnung des letzteren zu überdeken. Ein zusätzlicher Hohlraum 32 ist im wesentlichen koaxial zur unteren Dffnuno 26 angeordnet

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und weist einen Größeren Querschnitt als letztere auf. Ein Lach 15 mit einem Durchmesser van z.B. 7 mm ist im wesentlichen in der Mitte der unteren leitenden Abdeckkappe 14 vorgesehen. Ein zusätzliches Loch 16 mit einem Durchmesser van z.B. 5 mm ist, ωίε später dargelegt ist, zur Unterstützung des Druckausgleichs vorgesehen.

Ein leitender Draht 17, z.B. aus Hupfer, verbindet den leitenden Stab 1o mit der unteren leitenden Abdeckkappe 1^ elektrisch. Vorzugsweise uird ein leitender Draht aus einem verhältnismäßig weichen Material verwendet, so daR der leitende Stab 1o leicht herabfallen kann.

Eine obere elektrische Zuleitung 1£ ist an der oberen leitenden Abdeckuncskappe zur Leistungszufuhr für den Varistor 3 vorgesehen, und eine untere Zuleitung 19 ist an der unteren leitenden Abdeckkappe 14 zur Erdung der unteren leitenden Abdeckplatte befestigt.

Die Wirkungsweise des Überspannungsabsorbers nach der Figur 1, erläutert am Beispiel von 3 KV-Uechselstromleitungen, ist wie folgt: In Figur 2 sind typische Spannunqs-(U)-Strom(I)-Hennlinien Eines Metalloxidvaristors 3 dargestellt, wobei die Kurve 1o1 die normale U-I-Hurve ist. Der maximale Scheitelwert der Wechselspannung von 3 HU ist ungefähr 4,9 HU (3 χ 1,15 χ -, 2 <·■ 4,9 Hl/) ist in Figur 2 in Form einer gestrichelten Linie 1o3 dargestellt. Aus Fi^ur 2 ist leicht ablesbar, daß der maximale, durch den t-ietalloxidvaristor fließende Hriechstrom für gewöhnlich weniger als 1 ,uA ' des normalen Zustandes ist.

in dem Fall, in dem die dem [-ietalloxidvaristor zugeführte Enernie geringer als

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5müi ist, kann in Anbetracht des üJärmeinhalts des Ketalloxidvaristors (das Volumen eines typischerueise in einer 3 KV-üJechselstromleitung verwendeten hetalloxidvaristors beträgt ungefähr G crn ) die im Metalloxidvaristor erzeugte Joule'sehe Idärme vernachlässigt werden, und Ldärme wird durch eine leitende Platte und einen leitenden Draht freigesetzt.

[jüenn sich jedoch der MetallDXidvaristor verschlechtert, steigt der durch letzteren fließende Strom an und kann den in Figur 2 dargestellten Hurvenverlauf 1d2 einnehmen. Für den Fall, daß z.B. ein Kriechstrom von ^o oder 5o mA durch einen Varistor von 32 mm Durchmesser und 2o mm Dicke fließt, überschreitet die Oberflächentemperatur des Varistors 2oo C. Die Kurve 1o2 ist eine typische V-I-Kurve nach einer Verschlechterung. Als Folge eines vergrößerten Stroms kann die in dem Metallaxidvaristar erzeugte Jaule'sehe Uärme nicht vernachlässigt werden und die Temperatur des Metalloxidvaristors erhöht sich.

Da der Temperaturkoeffizient negativ ist, bewirkt die Temperaturzunahe des Hetallaxidvaristars ferner eine Vergrößerung des Stroms, so daß schließlich eine thermische Instabilität auftritt. Als Folge der thermischen Instabilität schmilzt ein bestimmter kleiner Teil des Metalloxidvaristors und verursacht einen Spannungsdurchschlag.

Hierauf beginnt der Innengasdruck des Isolators durch den Lichtbogen zu steigen, der entlang der Oberfläche des infolge des Spannungsdurchschlags geschmolzenen Teils des Metalloxidvaristors erzeugt wird.

Die Übertragung der Joule-schen Uärme zum Lötmittel 11 findet vor dem An-

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steinen des Gasdrucks statt, und das Lötmittel 11 schmilzt, um den leitenden Stab 1n van der unteren leitenden Deckplatte 2 zu trennen. Diese Trennung des leitenden Stabes 1a ujird durch die Wirkung der Feder 13 unterstützt. Der leitende Stab 1d fällt, was nicht notwendig beinhaltet, daß die Fallrichtung mit der Richtung der Schuerkraft übereinstimmt.

Vielmehr kann die Fallrichtung auch mit der Längs- ader Achsrichtung des

Hohlraums des Isolators 1 ader der Hraftrichtung der Feder 13 übereinstimmen.

Folglich kann jedes Lötmittel, das die ermähnte Funktion aufweist, verwendet werden.

So können z.3. eine Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt oder andere Lötmittel verwendet werden. Entsprechend wird ein Gasabla31och in der unteren leitenden Deckplatte 2 gebildet, die den Hohlraum 31 des Isolators zuvor abdichtet, so daß das durch den Lichttannen erzeuote Gas durch das in der unteren leitenden Deckplatte 2 gebildete Loch, den zusätzlichen Hohlraum 32, und das Loch 16 in der unteren leitenden Abdeckkappe 14 nach außen ausströmen kann.

Das Loch 15 wirkt also zum Ablassen van Hachdruckgas nach auSen. Zur gleichen Zeit kann der leitende Stab 1o durch das Loch 15 als Störungsanzeiger vorstoßen. Durch diese Wirkung wird eine Explosion des Isolators verhindert und eine entstandene Störung wird durch das Vorstoßen des leitenden Stabes 1o durch das Loch 15 angezeigt.

LJenn der leitende Stab 1α von der unteren leitenden Deckplatte 2 getrennt worden ist, wird der Lichtbogen unterbrochen, falls der Stromkreis elektrisch

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unterbrochen worden ist, und eine Explosion ujird verhindert. Es ist jedoch bei Hochspannunns- und Hochleistungspfaden sehr schwierig, den Stromkreis ohne lange Trennstrecken elektrisch abzuschalten.

Gemäß der Erfindung kann jedoch in vorteilhafter Weise eine Explosion durch Herstellung eines Dnickablaßloches unter Ueruendung Joule'scher Wärme, die in dem Metalloxidvaristor durch htermisches Instabilwerden erzeugt worden ist, verhindert werden, selbst wenn der elektrische Strom nicht abgeschaltet worden ist, d.h. in dem Fall, in dem der leitende Stab 1o nicht ujeit genug von der unteren leitenden Deckplatte entfernt werden kann, um den Lichtbogen dazwischen nach der Stabtrennunp zu unterbrechen. Anstelle einer Druckfeder kann auch eine Zugfeder entsprechend Anwendung finden.

Figur 3 zeigt ein zweites Ausführunnsbeispiel des erfindungsnemäßen Überspannungsabsorbers, dessen Aufbau grundsätzlich mit dem der Finur 1 übereinstimmt, so daß für gleiche Elemente gleiche Bezuoszeichen verwendet werden.

Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen nach den Finuren 1 und 3 liegt im Aufbau der unteren leitenden Platte 2 und der Methode der Bildung eines den Gasdruck freisetzenden Loches. Die leitende Deckplatte 2 weist z.B. eine Dicke von 5 mm und einen dünnen Teil 35 mit einer Dicke von o,5 mm in einem Bereich mit einem Durchmesser von 5 mm im wesentlichen in der Mitte der Deckplatte 2 auf, an welchen Teil der leitende Stab 1o angelötet ist. Die Dicke des dünnen Teils 35 der unteren leitenden Deckplatte 2 ist derart, daß der leitende Stab 1o von letzterer durch Schmelzen des Lötmittels netrennt wird, wobei der dünne Teil auch durch den zwischen dEm leitenden Stab 1o und dem dünnen Teil übt unteren leitenden Deckplatte 2 erzEu-ten Lichtboaen reschmolzen wird, um ein Loch im dünnen Teil der unteren leitenden Deckplatte

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- 15 2 zu bilden.

Das auf diese Weise gebildete Loch dient zum Ablassen des Hochdruckgases im Hohlraum 31 nach außen, d.h. zum Druckausgleich zwischen deui atmosphärischen Druck in dem Hohlraum 31 des Isolators und dem Außenatmosphärendruck.

Ziel des Aufbaus nach Figur 3 ist es, ein den Gasdruck freisetzendes Loch mittels eines Lichtboqens zu bilden, der zwischen dem dünnen Teil der leitenden Deckplatte 2 und dem leitenden Stab 1o erzeugt wird, wenn letzterer von der leitenden Deckplatte 2 durch die Joule'sehe Wärme des Metalloxiävaristors netrennt wird.

Der Stab 1o und der dünne Teil der leitenden Deckplatte 2 sollten so zueinander angeordnet sein, daß die Entfernung Bern dünnen Teil der leitenden Deckplatte 2 und dem oberen Teil des leitendes Stabes 1o kurzer ist als die Entfernung zwischen anderen Teilen der leitenden Deckplatte 2 und dem Oberteil des leitenden Stabes 1o nach seiner Abtrennung, um einen Lichtbogen zwischen dem leitenden Stab und einer im wesentlichen ortsfesten Lage des dünnen Teils der leitenden Deckplatte zu erzeugen.

Figur h zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsnemäßen Überspannungsabsorbers, deren Aufbau grundsätzlich mit dem oberen Halbteil des ÜberspannungsabsDrbers nach Figur 1 übereinstimmt, aus welchem Grunde für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.

Der Unterschied zwischen dem Aufbau des Ausführungsbeispiels nach den Finuren 1 und 2 sowie in der Art des Hechanismus zur Trennunn der unteren lei-

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tenden Deckplatte und des leitenden Stabes !lent darin, daß beim Ausführunqsneispiel nach Fir₍ur '■> allein die üchuerkraft des leitenden Stabes zu seiner Trennunn von der unteren leitenden Deckplatte unter uJeclassunn des Federmechanismus gemäß Figur 1 rausoenutzt uird.

ϋΐε aus Finur k hervorgeht, tränt eine untere leitende Deckplatte 2o, die sich über die Seiten- und Außeuaberflache des Isolators hinauserstreckt und an letzterem pelanert ist, den [-'letallaxidvaristor 3, weist ein Loch 33 im wesentlichen in der Hitte auf und ist mit einer Bodenelektrode am Boden des i-iEtalloxidvaristars 3 elektrisch und thermisch verbunden.

Ein leitender Stab 21 ist teilweise in das Loch 33 der unteren leitenden Deckplatte 2a einnesetzt und mittels eines Lütmitteis 22 angelötet, das zur Befestigung der leitenden Stange 21 und zur Abdichtung des HetallDxidvaristors in dem Hohlraum 31 des Isolators 1 dient.

Ein D-fcrmioer Ring 23 ist zur hermetischen Abdichtunn varnesehen. Der Hetalloxidvaristor uird durch die obere leitende Abdeckkappe G, die untere leitende Deckplatte 2o, den leitenden Stab 21, das Lötmittel 22 und die 0-fürmigen Ringe 9 und 23 abgedichtet. Ein unterer leitender Draht Zh Ist geerdet.

Die Schmelzfunktion des Lötmittels 22 ist dieselbe uüe beim Ausführunqsbeispiel nach Figur 1.

Ein den Gasdruck freisetzendes Loch wird in der leitenden Deckplatte 2o infolne Schmelzens des Lötmittels 22 und des Herabfallens des leitenden Stabes 21 auf Grund seiner Schwerkraft gebildet. Das Loch vermag den atmosphärischen

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Druck in dem Hohlraum 31 des Isolators 1 und den Druck der AuOenatrosphäre auszubleichen.

Eine auftretende Störung des Überspannunnsabsorbers wird durch das Herabfallen (d.h. die Abwesenheit) des leitenden Stabes 21 oder des unteren leitenden Drahtes angezeigt.

Ziel des Ausführunnsbeispieis nach der Figur k ist die Verhinderung einer Explosion dec Isolators durch Herstellung eines Gadruck freisetzenden Loches mittels des Herabfallens des leitenden Stabes 21 auf Grund seiner Schwerkraft sowie die Schaffung einer Störungsanzeige des üherspannunnsabsorbers durch Herabfallen des leitendes Stabes 21 oder leitenden Drahtes 24.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsfarm des erfindunnsqemäi3en überspannungsabsQrbers, die grundsätzlich mit der nach Finur U übereinstimmt, so daß für gleiche Elemente gleiche Bezunszeichen verwendet werden.

Der Unterschied zwischen den Ausführunnsformen nach den Finuren U und 5 besteht öa?4H, im Aufbau der unteren leitenden Deckplatte und den Einrichtungen zur Herstellung eines den Gadruck freisetzenden Loches, um den atmosphärischen Druck in dem Hohlraum des Isolators und den Druck der Außenatmasphäre miteinander auszugleichen.

Ldie aus Figur 5 hervorneht, weist eine untere leitende Deckplatte 2o einen dünnen Teil 35 im wesentlichen in ihrer Mitte auf, an dem der leitende dtab 21 mittels des Lötmittels 22 angelötet ist.

Die Dicke des dünnen Teils 35 der unteren leitenden Deckplatte 2o ist derart,

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daß nach Trennunn des leitenden Stabes 21 van der unteren leitenden Deckplatte 2o infolne des Schmelzens des Lätmittels der dünne Teil auch durch den Lichttönen neschmolzen uird, der zwischen dem leitenden Stab 21 und dem dünnen Teil 35 der unteren leitenden Deckplatte 2d erzeunt udrd, uobsi ein Gasdruck freisetzendes Loch in dem fünnen Teil 35 neschaiTsn uird.

Der untere leitende Draht 2h und der leitende Stab 21 sind se? angeordnet, daC der öonen zwischen dem dünnen Teil 35 und dem leitenden Stab 21 erzeunt werden kann.

Die Funktion des Schmelzens des Lätmittels 22 ist dieselbe,.Laie bei der Ausführunnsfarm nach der Figur h.

Ein den Gasdruck freisetzendes Lach wird durch einen Lichtbogen mebildet, der zwischen dem leitenden Stab 21 und dem dünnen Teil 35 der unteren leitenden Deckplatte 2o mittels desselben Mechanismus wie bei der Ausführunnsfarm nach Fipur 3 nach Trennung, des leitenden Stabes 21 und der unteren leitenden Deckplatte voneinander infolge des Herabfallens des leitenden Stabes 21 auf Grund seiner Schwerkraft von der leitenden Deckplatte 2o erzeurt wird.

Das Loch verman den atmosphärischen Druck in dem Hohlraum 31 des Isolators und den Druck der Außenatmosphäre auszugleichen. Die aufnetretene Störunn des überspannunosabsarbers wird durch das Herabfallen des unteren leitenden Drahtes 2h oder des leitenden Stabes 21 angezeigt.

Ziel der Ausführuncsform nach der Finur 5 ist es somit, eine Explosion des Isolators durch Bildung eines den Gasdruck freisetzenden Loches unter Aus-

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nutzunn εϊπεξ Lichtbcnenc, der zwischen dem leitenden Stab ?A und der unteren leitenden Dec!:nlnttE 2a -ebildet wird, und des Herabfaliens des leitende; π Jtnbcs ci.if Grund cEincr Schuierkraft zu vermeiden und für Eine ütörunrsan-eirG des LbersnannunnsabsGrbErs durch Herabfsllen des leitenden Drahtes PM ölet des leitenden dtabes 2Ί zu

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Claims

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Patentansprüche

1. J ÜbErspannungsabsorber gekennzeichnet durch einen Kühlraum aufweisenden Isolator mit einer oberen und einer unteren Öffnunn in einem oberen bzw. Einem unteren Teil, durch an Deckel- sowie Bodenteilen vorgesehene obere bzw. untere Anschlußklemmen, durch für die obere bzuj. für die untere Öffnung hermetische Abdichtungen, durch einen in dem Hohlraum angeordneten Metalloxidvaristor, der an seiner oberen wie unteren Fläche eine obere bzw. untere Elektrode aufweist, die elektrisch mit der oberen bzw. der unteren Anschlußklemme verbunden ist, wobei der Metalloxidvaristor von den oberen und unteren Teilen des Isolators durch die oberen bzw. unteren elektrischen Anschlußklemmen abgestützt wird, durch einen leitenden, elektrisch geerdeten Stab, dessen unteres Ende freiliegt und dessen oberes Ende an der unteren elektrischen Anschlußklemme mittels eines Lötmittels angelötet ist, das thermisch mit dem Metalloxidvaristor über die untere Elektrode des letzteren und die untere elektrische Anschlußklemme verbunden ist, wobei beim Erhitzen des Metalloxidvaristors durch einen elektrischen Strom und damit beim Erhitzen des Lötmittels auf eine über dem Schmelzpunkt des letzteren liegende Temperatur der leitende Stab von der unteren elektrischen Anschlußklemme trennbar ist und unter Abschaltung des durch den Metalloxidvaristors fließenden Stroms herabzufallen vermag.

2. Überspannungsabsorber nach Anspruch 1, dadurch ge-

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kennzeichnet, da^!- Eine auf der aperen elektrischen /-insel'lußklenne :^-elar_;srte Druckfeder vorgesehen ist, die an den Hetallaxidvaristar zwecks nach unten gerichteter Beaufschlagung des letzteren anliegt.

3. überspannungsabsarber nach Hnspruch 1, dadurch rekennzeichnet, daß die untere elektrische Anschlußklemme eine leitende Deckplatte aufweist, die über die Seiten- und Außenfläche des unteren Teils dss Isolators hinausragt, daran gelanert ist und die Lffnunnen des Isolators überdeckt, ucbei die leitende Deckplatte den Metailoxidvaristar abstützt und an ihrer Außenfläche mit dem leitenden Stab verlütet wird, so daß der leitende Stab allein durch seine Schwerkraft beim Schmelzen des Lütmittels herabzufallen vermag.

if. Überspannungsabsorber nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die obere elektrische Anschlußklemme eine leitende Deckplatte aufweist, die sich über die Seiten- und Außenfläche desoberen Teils des Isolators erstreckt, daran gelagert ist und die obere Öffnung des Isolators überdeckt, wobei die leitende Abdeckkappe auf der oberen Fläche des Metalloxiduaristors aufliegt.

5. überspannungsabsorber nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß die untere üffnunn des Isolators im wesentlichen koaxial vorgesehen ist und einen kleineren Querschnitt als der Hohlraum aufweist, wodurch eine ringförmige Stützfläche des Isolators zum Abstützen der unteren leitenden Deckplatte gebildet wird, die als untere elektrische Anschlußklemme dient und in den Hohlraum zwischen der unteren Elektrode des Metall-

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bCrG und der rinqfürminen Stützflüche des Isolators zum LMerdekken der unteren i t'fnunn des letzteren eingesetzt ist.

G. Ünerspannunqsabsorber nach Anspruch 5, dadurch

nEkannzcichnet, daB die untere leitende Deckplatte ein Loch im wesentlichen in der [-litte den letzteren aufweist, das von dem Dberen Ende des leitenden Stabes und dem Lötmittel überdeckt werden kann, wodurch nach Trennung des leitenden Stabes van der unteren leitenden Deckplatte infolge ties Schmelzens des Lötmittels das Loch in der unteren leitenden DeckplattE den atmosphärischen Druck in dem Hohlraum und den Druck der Außenatmosphcire ausgleicht.

7. überspannunnaansorber nach Anspruch 5, dadurch

Gekennzeichnet, daß die untere leitende Deckplatte auch einen dünnen Teil aufmeist, der kein Loch besitzt, im wesentlichen in ihrer Mitte angeordnet ist, mit dem leitenden Stab verlötet ist und eine solche Dicke aufseist, daß bei einer Trennunn des leitenden Stabes von der unteren leitenden Deckplatte infolqe des Schmelzens des Lötmittels der dünne Teil auch durch die Wirkung eines zwischen sich und dem leitenden Stab erzeugten Lichtboqens qeschmolzen wird, wobei ein Loch in der unteren Deckplatte Debildet wird, das zum Ausgleichen des atmosphärischen Druckes in dem Hohlraum und des Druckes der Außenatmosphäre dient.

B. ÜberspannunqsabsDrber nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß der Isolator unter seinem unteren Ttil einen zusätzlichen Hohlraum, der im wesentlichen koaxial zu der unteren üffnunc des

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Isolators liest und eine nröBere QuerschnittsflächE als diesE üffnunq auflüEist, sduüe είπε an einem unteren Teü des zusätzlichEn Hohlraums celanerte, elektrisch mit dsm leitenden Stab verbundene untere leitende Deckkappe mit uinern Loch aufweist, durch die der lEitEnds Stob nach ξεϊπεγ Trennunn von der unteren leitEnden DEckplatte zu fallen verman.

v^]. LjbErspannunqsabsDrber nach Anspruch G, dadurch gekennzeichnet, daB die untere leitende Decknlatte ein zusätzliches Loch zur Unter5tützum des Druckausgleichs aufweist.

10. ÜbErspannunnsabsDrbEr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daR Eine Druckfeder in dem zusätzlichen Hohlraum varoesehen ist, um den leitenden Stab mit εϊπεγ Hraft nach unten zu beaufschlanen, die die untere leitende Decknlatte in ihrer ursnrünnlichen Forn bis zum Schmelzen des Lütmittels erhält.

11. Überspannungsabsarber nach Anspruch 3, dadurch cekennzeichnet, daß die untere leitende Deckplatte ein Loch im uiEsentlichen in ihrer Mitte aufweist, das wan dem nberen Ende des leitenden Stabes und dem Lötmittel überdEckt uird, ujobei nach Trennunn des leitenden Stabes van der unteren leitenden DEcliplatte Infolne Schmelzens des Lätmittels das Lach in der unteren leitenden Deckplatte den atmosphärischen Druck in dem Hohlraum und den Druck der Außenatmosphäre ausbleicht.

12. Überspannunnsabsorber nach Anspruch 3, dadurch pekennzeichnct, daß die untere leitende Platte einen dünnen Teil im wesentlichen in in-

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τετ Mitte aufweist, an dem der leitende Stab annelätet ist, daO die Dicke dec dünnen Teils der unteren leitenden Deckplatte derart ist, daß nach Trennunn des leitenden Stabes von letzterer infolne Schmelzens des Lätmittels, dEr dünne Teü ebenfalls durch einen Lichtbonen, der zwischen dem leitenden Stab und dem dünnen Teil der unteren leitenden Deckplatte erzeunt utird, neschmalzen wird, um ein Lach in der unteren leitenden Deckplatte herzustEllen, das zur Ausreichung des Drucks zwischen dem atmosphärischen Druck in derr, Hohlraum und dem Druck der Außenatmosphäre dient.

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