DE2537964B2 - Ueberspannungsableiter mit einer gasfuellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einer Gasfüllung in einem gasdichten Gehäuse, in dem einander Elektroden gegenüberstehen, die zumindest auf ihren einander zugekehrten Stirnseiten eine Titan und Alkalimetall enthaltende Schicht hoher ihexmischer Elektronenemissionsfähigkeit aufweisen, wobei die Bestandteile der Schicht als pastenförmige Mischung eines Alkalihalogenids mit Titanhydrid auf die Elektroden aufgebracht sind.

Bekannt ist ein Gasentladungs-Überspannungsableiter mit einem gasdichten Gehäuse, vorzugsweise mit Edeigasfüllung, in dem einander Elektroden gegenüberstehen, von denen zumindest eine Elektrode auf ihrer Stirnseite eine Alkalimetall enthaltende Schicht hoher thermischer Emissionsfähigkeit aufweist, die als zusätzlichen Bestandteil Titan enthält:, wobei die Bestandteile der Schicht als pastenförmige Mischung eines Alkalihalogenids mit Titanhydrid auf die: Elektroden aufgebracht sind (man vergleiche die DT-OSi 19 51 601).

Weiterhin ist ein Gasentladungs-Überspannungsableiter bekannt, bei dem zumindest eine Elektrode auf ihrer Stirnseite eine Schicht mit einer Substanz hoher Elektronenemissionsfähigkeit, vorzugsweise Barium, aulweist, die als zusätzlichen Bestandteil Aluminium enthält, wobei sämtliche Bestandteile der Schicht als Legierung verbunden sind (man vergleiche die DT-OS 19 50 090). Es ist ferner bekannit, für die Elektrodenaktivierungsschicht als Substanz hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit Thorium-Oxid und als zusätzlichen Bestandteil Nickel zu verwenden und sämtliche Bestandteile der Schicht als pmlverförmige Mischung ^h? auf die Elektroden aufzusintern (man vergleiche die DT-OS 19 35 734).

Für Gasentladungsröhren mit niedriger AnsprechsDannung benötigt man Kaltkathoden mit kleiner Elektronenaustrittsarbeit. Die Elektroden sind deshalb mit einer Aktivierungsschicht versehen und zeichnen sich im allgemeinen auch durch einen niedrigen Lichtbogenübergang aus, so daß bei stromstarken Entladungen die Verlustenergie in der Gasentladungsröhre klein bleibt. Die auf die Elektroden aufgebrachten Pastierungen bestehen im allgemeinen aus Alkali- und Erdalkaliverbindungen und müssen thermisch behandelt werden so daß freie Alkali- oder Erdalkalimetalle entstehen, die die gewünschte niedrige Austrittsarbeit und den niedrigen Lichtbogenübergang gewährleisten. Insbesondere bei pumpstengellosen Uberspannungsableitern mit Glas- oder Keramikisolierkörpern kann man bekannte Herstellungsverfahren für Elektroden mit niedrigen Elektronenaustrittsarbeiten nicht verwenden da die Reaktionsprodukte der thermischen Umwandlung nicht über den Pumpstengel aus den Ableitern entfernt werden können. Bei pumpstengellosen Überspannungsableitern wird deshalb aus einer während des Einschmefzpro^esses, d.h. während des vakuumdichten Verbindens der Elektroden mit dem Isolierkörper, thermisch stabilen Alkali- oder Erdalkaliverbindung durch den Formierprozeß mit einem Hydrid freies Alkali- oder Erdalkalimetall erzeugt, wobei nicht störende chemische Verbindungen mit kleinem Dampfdruck entstehen, die die elektrischen Eigenschaften des Überspannungsableiter nicht beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter zu schaffen, der sich durch niedrige Ansprechspannung und hohe Lebensdauer bei gleichbleibenden elektrischen Eigenschaften auszeichnet Die Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht als zusätzlichen Bestandteil Bariumaluminiumlegierungspulver enthält.

Die Bariumaluminiumlegierung ist eine Legierung, die zu je 50 Gewichtsprozenten aus Barium und Aluminium erschmolzen wird und dann als Pulver Bestandteil der Elektrodenaktivierung ist.

Vorzugsweise enthält die Schicht anteilig an Gewichtsprozenten ein Alkalihalogenid zwischen 25% und 95%, insbesondere 62,5% Kaliumbromid, Titanhydrid zwischen 4% und 74%, insbesondere 25%, Bariumaluminiumlegierungspulver zwischen 1% und 70%, insbesondere 12,5%.

Die Bestandteile der Schicht sind zweckmäßig als Pulver mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 50 μ in einer chemisch inaktiven Flüssigkeit pastenförmig vermengt auf die Elektroden aufgebracht. Als Flüssigkeit eignen sich organische Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck, insbesondere Alkohol oder Dibromäthan.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die günstige Materialzusammensetzung der Elektrodenaktivierungsschicht aus den drei Bestandteilen für Überspannungsableiter bei Wechselstrom- und Stoßstrombelastungen eine geringe Veränderung der elektrischen Kenndaten und eine hohe Stromtransportfähigkeit bei wenig veränderten Ansprechdaten garantiert. Die lange Lebensdauer auch im Wechselstrombereich wird dadurch erreicht, daß der Lichtgobenübergang von der Glimm- in die Bogenentladung bei sehr niedrigen Stromstärken unter 0,1 A auftritt.

Die erfindungsgemäße Elektrodenaktivierungsschicht eignet sich besonders gut für Elektroden, die auf ihren einander zugekehrten Stirnseiten mit einem metallischen Ring versehen sind, der die Elektroden zu Hohlelektroden macht. Bei Überspannungsableitern mit

derartigen Hohlelektroden wird die Aktivierungsschicht in der Hohlkehle zwischen Elektrodenoberfläche und vorzugsweise aufgeschweißtem metallischem Ring bevorratet und garantiert so eine besonders lange Lebensdauer des Gasentladungs-Überspannungsableiters. Die Elektrodenaktivierungsschicht kann auch bei Überspannungsableitern mit Kupferetektroden vorteilhaft verwendet werden, wenn die hohle Elektrodenform durch einen Ziehvorgang gebildet ist.

Da die Verlustenergie der Elektrodenaktivierungsschicht auch bei großen Stromstärken sehr gering ist, eignet sich diese Elektrodenaktivierungsschicht vorteilhafterweise auch bei Gasentladungs-Überspannungsableitern, die zur Erniedrigung der Zündspannung mit sogenannten Zündstreifen oder Zündstrichen auf der Innenseite des Isolierkörpers ausgerüstet sind, da die Verdampfungsrate der Elektrodenaktivierungsmasse sehr klein ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden !m folgenden beschrieben. Es zeigt

Fig.l einen Längsschnitt durch einen Gasentladungs-Überspannungsableiter und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen weiteren Gasentladungs-Überspannungsableiter.

In F i g. 1 ist ein Gasentladungs-Überspannungsableiter dargestellt. Dieser Ableiter wird aufgrund seiner Form, die besonders kleine Abmessungen des Ableiters gestattet, auch Knopfabieiter genannt. Dieser Knopfableiter weist zwei kegelstumpfförmige Elektroden 2 und 3 auf, die mit einander zugekehrten Auswölbungen in einen rohrförmigen Isolierkörper 1 gasdicht eingesetzt sind. Als Werkstoff für den Isolierkörper 1 dient vorzugsweise Glas oder Keramik, während die Elektroden 2, 3 beispielsweise aus Kupfer, einer Ni-Fe- bzw. Ni-Fe-Co-Legierung bestehen. Auf die einander gegenüberliegenden Elektroden 2, 3 ist jeweils eine Schicht 4 einer pastenförmigen Mischung bestehend aus einem Alkalihalogenid, Titanhydrid und Bariumaluminiumlegierung aufgetragen. Die Elektrodenaktivierungsschicht 4 wird durch den Einschmelzvorgang in den waffeiförmigen Vertiefungen 7 der Elektroden 2, 3 verankert.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Gasentladungs-Überspannungsableiter sind die Elektroden 2, 3 wiederum kegelstumpfförmig ausgebildet und mit ihren einander zugekehrten Stirnflächen in die Enden eines rohrförmigen Isolierkörpers 1 über eine Glaseinbettung 6 gasdicht eingesetzt. Das von den Elektroden 2, 3 und dem Isolierkörper 1 gebildete Gehäuse ist vorzugsweise mit einem Edelgas gefüllt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden. 2, 3 auf ihren einander zugekehrten Oberflächen mit einem metallischen Ring 5 versehen, der die Elektroden 2, 3 zu Hohlelektroden macht. Auf die Elektroden 2, 3 mit dem vorzugsweise aufgeschweißten und aus Fisen bestehenden Ring 5 ist die Schicht 4 aus einem Material hoher Elektronenemissionsfähigkeit in der Hohlkehle zwischen Elektrodenoberfläche und metallischem Ring aufgebracht. Die Aktivierungsschicht 4 kann aufgrund des innerhalb des metallischen Ringes 5 gebildeten Hohlraumes in großer Menge bei zugleich guter Haftung aufgetragen werden. Man erreicht damit eine Vorratskathodeneigenschaft der beiden mit dem Ring 5 versehenen Elektroden 2,3. Die Haftung der Aktivierungsschicht 4 läßt sich auch hier noch erhöhen, wenn die Elektroden 2, 3 auf ihrer aktiven Oberfläche mit einer nicht dargestellten Waffelung versehen sind, die zur Aufnahme der Schicht 4 dient. Dieses Ausführungsbeispiel hat außerdem den Vorteil, daß sich das Gasvolumen im Arbeitsspalt leichter ausdehnen kann, so daß der Isolierkörper 1 des gasdichten Gehäuses durch innere Druckwellen auch bei hohen Stoßstrombelastungen der Elektroden 2, 3 praktisch nicht gefährdet ist. Gestaltet man den Ring 5 an seiner oberen Außenkante scharfkantig, erhält man eine weitere Zündspannungserniedrigung, weil durch die scharfe Kante die elektrischen Feldlinien verdichtet und damit die elektrische Feldstärke erhöht wird.

Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Die Elektroden müssen nicht unbedingt kegelstumpfförmig sein. Sie können beispielsweise auch kappen- oder zylinderförmig sein. Die erfindungsgemäße Elektrodenaktivierungsschicht läßt sich vorteilhaft, auch bei Zweistreckenüberspannungsableitern verwenden, bei denen in die von den beiden Elektroden begrenzte Entladungsstrecke eine gelochte Ringelektrode hineinragt, so daß dann mit dieser und den beiden Elektroden zwei Entladungsstrecken gebildet sind. Auch hier können sowohl die beiden Elektroden als auch die zusätzliche Ringelektrode mit metallischen Ringen versehen sein, die diese Elektroden zu Hohl- bzw. Vorratskathoden machen, die zur Aufnahme größerer Mengen an Elektrodenaktivierungsmaterial fähig sind. Schließlich ist die Schicht aus Elektrodenaktivierungsmaterial auch bei über eine Steuerelektrode getriggerten Gasentladungsröhren, sogenannten Kaltkathodenthyratrons, mit Vorteil verwendbar. Das Aufbringen und Anordnen der Schicht geschieht in der gleichen Weise wie bei den in den Figuren dargestellten Überspannungsableitern. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß bei diesen Kaltkathodenthyratrons der von den Elektroden begrenzte Entladungsraum zusätzlich von außen über eine in Höhe des Entladungsraumes um den Isolierkörper herum gelegte Steuerelektrode beispielsweise in Form eines Metalldrahtes oder -bandes beeinfluß- bzw. steuerbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überspannungsableiter mit einer Gasfüllung in einem gasdichten Gehäuse, in dem einander Elektroden gegenüberstehen, die zumindest auf S ihren einander zugekehrten Stirnseiten eine Titan und Alkalimetall enthaltende Schicht hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufweisen, wobei die Bestandteile der Schicht als pastenförmige Mischung eines Alkalihalogenide mit Titanhydrid auf die Elektroden aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) als zusätzlichen Bestandteil Bariumaluminiumlegierungspulver enthält.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, '5 dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) anteilig an Gewichtsprozenten ein Alkalihalogtnid zwischen 25% und 95%, Titanhydrid zwischen 4% und 74% und Bariumaluminiumlegierungspulver zwischen 1 % und 70% enthält

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) anteilig an Gewichtsprozenten 62,5% Kaliumbromid, 25% Titanhydrid und 12,5% Bariumaluminiumlegierungspulver enthält.

4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der Schicht (4) als Pulver mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 50 μ in einer chemisch inaktiven Flüssigkeit pastenförmig vermengt sind.