DE2612408A1 - Ueberspannungsableiter - Google Patents

Description

Buckbee-Me&rs Comp-, St. Paul, Minnesota 55107 USA

Überspannungsableiter

Gegenstand der Erfindung ist ein Überspannungsableiter mit im Innern eines "gasgefüllten Gehäuses angeordneten, an die zu überwachenden Leitungsadern sowie an Erdpotential anschließbaren Elektroden. Mit einem solchen Überspannungsableiter sollen dabei gleichzeitig mehrere Leitungen geschützt bzw. überwacht werden können. In dem Aufsatz " New Gas Tube Protector Technique for Circuits" von C. Bruce Barksdale in der Zeitschrift TELEPHONIE, Oktober 17, 1970,werden im einzelnen Schutzvorrichtungen für Leitungen beschrieben, durch die Überspannungen auf diesen Leitungen unschädlich gemacht werden. Dabei werden vornehmlich gasgefüllte Entladungsröhren mit jeweils drei Elektroden beschrieben, wobei eine dieser Elektroden geerdet ist, während die beiden anderen Elektroden mit den beiden Adern einer Signalleitung, beispielsweise einer zweiadrigen Telefonleitung verbunden sind. Verschiedene Arten solcher gasgefüllter Entladungsröhren sind in den US-Patenten 3 522 570 und 3 535 779 im einzelnen beschrieben. Die Wirkungsweise besteht kurz gesagt darin, daß sehr hochgespannte elektrische Impulse, wie sie etwa durch Blitzeinschläge auf oder in der Nähe einer Telefonleitung induziert werden, daß Gas in der betreffenden Bohre ionisiert, wenn eine entsprechend hohe Spannung an den Elektroden anliegt, so daß durch die Ionisierung des Gases ein niederohmiger Ableitwiderstand gebildet

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wird, über den beide Adern der Leitung geerdet werden. Dadurch, kann die schädliche Hochspannung die an der betreffenden Signalleitung angeschlossenen empfindlichen Einrichtungen, wie beispielsweise das Mikrotelefon eines Fernsprechapparates nicht beschädigen. Da alle Elektroden in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, werden beide Adern einer Pernsprechleitung bei einer Ionisierung des in der Röhre befindlichen Gases geerdet und damit gegen Blitzeinschlage geschützt.

Im US-Patent 3 816 802 werden außerdem gesgefüllte Entladungsröhren beschrieben, die zusätzlich noch einen Spannungswandler enthalten, damit eine wirksamere Ableitung der jeweiligen Störspannung gewährleistet ist.

Eine Schwierigkeit der bisher üblichen Spannungsableiter besteht darin, daß sie verhältnismäßig groß sind und nur den Schutz von einer oder zwei Leitungsadern ermöglichen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe liegt somit darin, einen Überspannungsableiter zu entwickeln, der sehr klein ist, absolut sicher arbeitet und es ermöglicht mindestens vier Leitungsadern gleichzeitig zu überwachen, ohne daß dadurch der Platzbedarf größer wird, wie bei den bisherigen Spannungsableitern, so daß der für mindestens vier Leitungsadern bestimmte Spannungsableiter in Geräten oder in Gestellen eingebaut werden kann, bei denen durch eine gedrängte Bauweise nur sehr wenig Platz zur Verfugung steht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gehäuse durch eine auf eine kreisförmige Isolierstoffscheibe gasdicht aufgesetzte, zylinder-

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förmige Haube gebildet wird, die mit ihrem metallisierten Boden die an Erdpotential anzuschließende Elektrode bildet und daß die an die zu überwachenden Leitungsadern anzuschließenden Elektroden die Isolierstoffscheibe in axialer Richtung durchdringen und im Innern des Gehäuses zu ebenen, der gemeinsamen durch den Boden der Haube gebildeten Gegenelektrode in jeweils gleichem Abstand gegenüberliegenden Austrittsflächen ausgeformt sind. Zweckmäßig wird dabei das Innere der Seitenwandung der zylinderförmigen Haube mit einem bei einem langer andauernden Stromfluß zwischen den Elektroden des Überspannungsabieiters schmelzenden Weichmetall ausgekleidet, das bei einer entsprechenden Wärme-entwicklung schmilzt und die im Gehäuseinnern befindlichen Elektroden untereinander kurzschließt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Pig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter und

Fig. 2 eine Ansicht auf den Boden des betreffenden Überspannungsabieiters.

Der Überspannungsableiter ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet und enthält eine haubenförmige,zylinderische Kappe 11, die aus Metall besteht und an ihrer Oberseite mit einer Lötöse oder einer Anschlußklemme 19 versehen ist. Diese Lötöse oder Anschlußklemme 19 dient zur Erdung des Spannungsabieiters. Das Gehäuse 11 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt, wobei die Seitenwände senkrecht zum Boden 22 verlaufen. Sie sind flanschartig

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(23) abgebogen, damit ein gasdichter Sitz auf dem Ring 18 gewährleistet wird. Dieser umgibt die kreisrunde Isolierstoffscheibe 17» die aus Keramik, Glas oder einem anderen nichtleitenden Material gefertigt ist und in die die Elektroden 12, 13 und 14 eingesetzt sind· Der Tragring 18 dient dazu, das Gehäuse gasdicht abzuschließen.

Wie die Fig. 2 zeigt, sind die Enden der Elektroden 12, 13, 14 und 15 außerhalb des zylindrischen Gehäuses 11 angeordnet und können mit jeweils zu überwachenden bzw. zu schützenden Leitungsadern verbunden werden. Die Anordnung dieser Elektroden 12, 13? 14 und 15 erfolgt auf dem in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Teilkreis 20, wobei die Abstände unter den Elektroden jeweils gleich sind.

Der Dichtungsring 18 gewährleistet sowohl eine.gasdichte wie auch feuchtigkeitsdichte Abriegelung des Innern des Gehäuses 11 gegenüber der Außenluft. Oberhalb des Ringes 18 ist an der Innenwandung des Gehäuses 11 eine Schicht eines schmelzbaren elektrischleitenden Materials 16 vorgesehen, das bei einer Temperatur schmilzt, die niedriger ist als die Schmelztemperatur der sonstigen für den Aufbau des Überspannungsabieiters verwendeten Materialien. Wenn der Belag 16 durch Wärmeeinwirkung schmilzt, fließt er rund um die Elektroden 12, 13, 14 und 15» soweit sie sich im Innern des Gehäuses befinden. Dies findet aber nur statt, wenn ein Kurzschluß für einige Sekundendauer besteht. Das schmelzbare Material 16 kann ein bekanntes Lötmittel sein, bestehend aus etwa 63 % Blei und 37 % Zinn oder dergl. Sobald das lötbare Material schmilzt, verursacht es eine Dauer-

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erdung aller Leitungen. In diesem !"all muß der Überspannungsableiter nach Beseitigung der Störung ersetzt werden, jedoch hat er die zu schützenden Ein-. richtungen, die an die zu überwachende Leitung angeschlossen sind, vor ihrer Zerstörung durch allzu hoher Spannungen geschützt. Diese Eigenschaft des erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters ist besonders wichtig, falls ein dauernder Kurzschluß der Leitungen, etwa durch Berührung der zu überwachenden Signalleitung durch eine Starkstromleitung, etwa als .Folge eines Sturmes eintreten sollte. Die betreffende Schadensspannung muß mindestens einige Sekunden andauern, wenn das schmelzbare Material schmelzen soll und eine dauernde Erdung herbeirufen muß.

Bei den bisher üblichen gasgefüllten Röhrenionisiert das Gas bei Erreichen eines bestimmten Potentials und ermöglicht damit einen elektronischen Fluß zwischen der Eingangselektrode und Erde. Bei der vorliegenden Erfindung fließt der Eingangsstrom über eine der Elektroden 12, 13* Ή und 15 und verursacht damit, daß sich das Gas im Gehäuse 11 ionisiert und damit wird ermöglicht, daß ein Stromfluß über den Weg des geringsten Widerstandes nach Erde zustande kommt. Durch Auswahl des ionisierenden Gases und durch die Bemessung des Abstandes zwischen den Elektroden kann der Überspannungsableiter den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden· Wird Argon als Füllgas verwendet, und zwar mit einem Innendruck von etwa 4 Torr , so beträgt der Elektrodenabstand etwa 0,12 mm. Die geeignete Auswahl der drei Parameter, die für die Wirkungs weise des Überspannungsabieiters entscheidend sind, ist eine rein fachmännische Maßnahme, so daß hier nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht.

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Wie Fig. 2 zeigt, sind mehrere Elektroden 12, 13, und 15 in einem bestimmten Abstand von der Innenfläche 22 des metallischen Gehäuses 11 angeordnet. Dabpi wird im Ausführungsbeispiel ein gleichmäßiger Abstand aller Elektroden 12, 13, 14 und 15 gegenüber der Bodenfläche 22 des Gehäuses 11 eingehalten. Auf diese Weise ist eine sehr große Übertritt sflache für die Entladevorgänge unerwünschter elektrischer Energie erzielt worden.

Jede der Elektroden 12, 13, 14 und 15 hat ein Oberteil 21, das einen bedeutend größeren Querschnitt aufweist als der schaftartige Teil der Elektrode, der sich außerhalb des Gehäuses befindet. Der Zweck dieser Maßnahme ist ein zweifacher, da nämlich einmal eine größere Elektronenaustrittsfläche geschaffen wird und zum anderen zwischen den Anschlußenden der Elektroden

12, 13, 14 und 15 ein größerer Abstand besteht, so daß das Anbringen von Leitungsdrähten einfacher wird. Es ist auch vielfach zweckmäßig, die Oberfläche der Elektroden durch Ätzen oder eine mechanische Aufrauhung zu vergrößern, um damit noch eine größere Austrittsfläche für die Entladungsvorgänge zu schaffen.

Die Elektrode 12 kann unmittelbar mit einer Signalleitung verbunden werden, genauso wie die Elektroden

13, 14 und 15, so daß vier Leitungen durch einen Überspannungsableiter geschützt werden. Das Gehäuse 11, das die fünfte Elektrode darstellt, wird über die Anschlußklemme 19 geerdet. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Überspannungsableiter auch in Verbindung mit einem Transformator benutzt werden oder er kann in der bisher üblichen Weise sowohl zum Schutz einer Vierdrahtleitung als auch einer Zweidrahtleitung

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dienen. Bei all diesen Anordnungen ist jeweils der Anschluß 19 zu erden und von den Elektroden werden so viele benutzt,als jeweils aufgrund der zu überwachenden Leitungen anzuschließen sind.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ( 1. !Überspannungsableiter mit im Innern eines gasge- ^—^füllten Gehäuses angeordneten, an die zu überwachenden Leitungsadern sowie an Erdpotential anschließbaren Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) durch eine auf eine kreisförmige Isolierstoffscheibe (17/18) gasdicht aufgesetzte zylinderförmige Haube gebildet wird, die mit ihrem metallisierten Boden (22) die an Erdpotential anzuschließende Elektrode bildet und daß die an die zu überwachenden Leitungsadern anzuschließenden Elektroden (12,13,14,15) die Isolierstoffscheibe (17) in gleichmäßiger Verteilung durchdringen und im Innern des Gehäuses zu ebenen, der gemeinsamen durch den Boden der Haube gebildeten Gegenelektrode (22) gegenüberliegenden Austrittsflächen (21) ausgeformt sind.

   2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere der Seitenwandung der zylinder!örmigen Haube (11) mit einem bei einem langer andauernden Stromfluß abschmelzenden Weichmetall (16) ausgekleidet ist.

   3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffscheibe (17) aus Glas besteht·

   4. Überspannungsableiter nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandung der Haube (11) mit einem Lötmittel ausgekleidet ist.

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   5« Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Isolierstoffscheibe (17) vier Elektroden (12, 13, Ή, 15) eingepreßt bzw. eingeschmolzen sind,

   6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf einem zum Gehäuse konzentrisch liegenden Kreis (20) angeordnet sind.

   7· Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche der Elektroden aufgerauht ist.

   8. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gehäuseinnern befindliche Teil jeder der Einzelelektroden eine größere Querschnittsfläche besitzt als der außerhalb des Gehäuses befindliche Teil der betreffenden Elektrode,

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