DE2621074B2 - Gasgefüllter Überspannungsableiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Überspannungsableiter ist z. B. aus der DE-OS 20 31 726 bekannt. Dieser bekannte Überspannungsableiter hat zwei in einer dichten Umhüllung angeordnete Elektroden, von denen mindestens eine durch die Umhüllung hindurchgeführt ist, die eine Entladungsstrecke bilden.

Bei Überspannung entsteht zwischen den Elektroden eine Bogenentladung. Zumindest eine Wand einer der Elektroden hat einen derartigen Schmelzpunkt, daß sie bei einer länger andauernden Bogenentladung erweicht und dadurch ein dauerhafter metallischer Kontakt zwischen den beiden Elektroden erzeugt wird.

Bei dem aus der DE-PS 6 68 589 bekannten Überspannungsableiter wird ebenfalls durch die zwischen den Elektroden bei Überspannung entstehende Bogenentladung und die dadurch entstehende Wärme ein Kurzschluß zwischen den Elektroden erzeugt. Dies wird beispielsweise durch ein in der Nähe der Elektroden angeordnetes leicht schmelzbares Metall erreicht.

Aus der DE-PS 8 81 690 ist ein Überspannungsableiter bekannt, bei dem ein Kurzschluß zwischen den Elektroden bei Überspannung dadurch erzielt wird, daß eine Schmelzsicherung eine gespannte Feder freigibt

Der aus der DE-AS 14 87 252 bekannte Überspannungsableiter hat ein Gehäuse aus Hartglas, damit sichergestellt ist, daß vor dem Abschalten keine Zerstörung des Glaskörpers eintreten kann. Um einen dauernden Kurzschluß zwischen den Elektroden bei überspannung zu erzeugen, sind die Elektroden als längliche Platten ausgeführt, parallel zueinander angeordnet und mit einem emissionsfördemden Belag versehen und müssen außerdem eine bestimmte Mindestdicke und eine bestimmte Mindestfläche haben. Dadurch soll erreicht werden, daß der Übergang von der Glimmentladung zur Bogenentladung gewährleistet

ist Bei Unterschreiten der Überspannung wird die

Entladung wieder gelöscht, d. h. es bleibt kein dauernder Kurzschluß bestehen. Aus der DE-AS 10 98 088 ist ein Überspannungsablei-

ter bekannt, bei dem wenigstens eine Elektrode aus Bimetall besteht Die Kontaktteile der beiden Elektroden bestehen aus Eisen oder Nickel. Bei einer Überspannung wird das Bimetall durch Erwärmung verbogen und die Kontaktteile der beiden Elektroden

ι 5 verschweißen miteinander.

Bei den bekannten Überspannungsableitern sind die Elektroden auch beim Auftreten von Überspannung in festem Abstand zueinander angeordnet und zusätzliche Mittel, wie bei der Erwärmung schmelzbare Körper

>o oder Bimetallteile, vorgesehen, um die Elektroden zu überbrücken. Die zusätzlichen Mittel bedingen nicht nur einen komplizierten Aufbau, sondern müssen auch in genauer Lage bezüglich der Elektroden, angeordnet werden, damit der gewünschte Kurzschluß auch erzielt

>-> wird. Sie dürfen die Entstehung eines Lichtbogens bei Überspannung nicht verhindern, dürfen, aber durch den Lichtbogen nicht unwirksam gemacht werden, bevor der Kurzschluß zwischen den Elektroden erzeugt wurde. Deshalb sind die bekannten Überspannungs-

)(i ableiter aufwendig in der Herstellung und im Betrieb nicht genügend zuverlässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach aufgebaut, einfach herstellbar und

ι-, im Betrieb sehr zuverlässig ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.

Bei dem Überspannungsableiter gemäß der Erfindung handelt es sich um eine Entladungsröhre, die eine verdünnte Gasatmosphäre innerhalb einer dichten Umhüllung enthält und mindestens zwei Entladungselektroden, deren Enden durch eine Entladungsstrecke

λ·\ von vorbestimmter Länge voneinander getrennt sind, welche einer bestimmten Zündspannung V₀ entspricht und deren Aufbau so gewählt ist, daß sie eine innere Arbeitstemperatur T aushält, welche zwischen einer oberen Grenze Tf und einer unteren Grenze Tl liegt.

-,,ι Die dichte Durchführung mindestens einer der Entladungselektroden durch die Umhüllungswand besteht aus einem Material, dessen Erweichungstemperatur nahe bei der oberen Grenze 7>liegt.
Durch diesen Aufbau der Röhre wird automatisch ein

-,-, Kurzschluß erzeugt, wenn aus irgendeinem Grunde die Röhre unbrauchbar wird, da in jedem Falle eine innere Erwärmung auftritt, welche die Grenze 7/. überschreitet. Das Elektrodendurchführungsmaterial erreicht seine Erweichungstemperatur, die Elektrode wird nicht mehr

_bn weiter starr gehalten und infolge des Druckunterschiedes zwischen dem äußeren Atmosphärendruck und dem inneren Druck, der viel geringer ist als der äußere Druck, nach innen gezogen, so daß die Elektrode mit ihrem freien Ende mit der gegenüberliegenden Elektrons de in Kontakt kommt. Die Entladungsstrecke ist daher geschlossen und die Sicherheitsvorrichtung kurzgeschlossen.
Der Vorteil der beschriebenen Schutzvorrichtung

besteht einmal darin, daß sie für eine genau definierte Spannungsgrenze ausgelegt werden kann, da der Wert dieser Grenze leicht durch Einstellen der Entladungsstrecke während der Herstellung des Überspannungsabieiters eingestellt werden kann, daß mit mathematischer Genauigkeit eine automatische Selbstzerstörung der Röhre mit einem dauernden Kurzschluß garantiert werden kann, daß starke Oberbelastungen bei sehr kleinen Abmessungen des Bauelementes ausgehalten werden, daß die Röhre leicht reproduzierbar hergestellt ι ο werden kann durch Wahl ihrer Abmessungen, daß sie aus wenigen einfachen Teilen aufgebaut ist und daß nur wenige Verfahrensschritte zu ihrer Herstellung benötigt werden.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher r> erläutert werden.

In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch eine zylindrische Entladungsröhre gemäß der Erfindung dargestellt. Sie besitzt zwei der Entladung dienende Elektroden 1 und 2, welche durch eine Umhüllung 3, 7 ->i> verlaufen. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform enthält die dichte Umhüllung einen Metalkcil, der aus einer Seitenwand 3 und einer Basis 5 besteht, und einen Teil 7, der einen Pfropfen bildet, der aus elektrisch isolierendem Material besteht und eine dichte Verbin- 2> dung mit der Seitenwand 3 ergibt Die Entladungselektrode 1 ist durch die Umhüllung über die Abdichtung aus isolierendem Material (Teil 7) dicht hindurchgeführL Das isolierende Material ist mit dem Metall der Umhüllung am ganzen Rand verbunden und liegt auf so einer inneren Kante 8, 8' der Seitenwand 3 auf. Diese Kante kann abgestuft sein.

Die Elektrode 1 hat einen massiven Ansatz 10, der dicht unterhalb der inneren Oberfläche der Durchführung beginnt. Das innere Ende 11 des Ansatzes 10 der r> Elektrode 1 und das Ende 12 der Elektrode 2, welche einen Teil der Basis 5 bildet, sind durch eine Entladungsstrecke mit der Länge L getrennt. Eine Ausnehmung 6 in der Mitte des massiven Teils der Elektrode 1 kann mit einem gut emittierenden Material κι gefüllt sein.

Die äußeren Teile der Elektroden 1 und 2 haben beispielsweise die Form von Stiften, deren Länge und Form so gewählt ist, daß sie in Schnapphalterungen passen. r>

Die Seitenwand 3 der Umhüllung besteht aus einem Metall mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, z. B. aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, aus Aluminium, aus Kupfer usw. Das Isoliermaterial, welches einerseits mit dar Umhüllung und andererseits -,< > mit der Elektrode 1 eine dichte Verbindung ergibt, besteht beispielsweise aus einem glasartigen Material. Die Elektrode 1 besteht aus einer gut in Glas einschmelzbaren Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt. -,-,

Die Elektrode 2, welche einen Teil der Umhüllung bildet, besteht aus massivem Metall.

Das gut emittierende Material besteht aus einer Mischung aus Barium, Zirkon und Aluminium und wird in die Ausnehmung 6 der Elektrode 2 eingebracht, bevor _w> die Röhre verschlossen wird.

Bevor die Umhüllung verschlossen wird, wird sie zunächst evakuiert und dann mit einer inerten Atmosphäre 4 mit einem Druck gefüllt, der geringer ist als der Atmosphärendruck. Vor diesem Vorgang wurde t>i das emittierende Material eingebracht. Die inerte Atmosphäre besteht aui einer Mischung von Edelgasen, nämlich Argon und Helium. Der innere Druck beträgt 0,3 Atmosphären, Wenn die Gasfüllung diesen Druck erreicht, wird der Pfropfen (Teil 7), der bereits die eingeschmolzene Elektrode enthält, mit der Umhüllung verbunden. Beim Einschmelzen des Pfropfens wird die Lage der ersten Elektrode einjustiert, so daß die Entladungsstrecke der gewünschten Zündspannung Vo der Röhre entspricht Die Entladungsstrecke entspncht der maximalen Spannung, welche die zu schützenden Schaltungen oder Leitungen aushalten können. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Entladungsstrecke L=0,3 mm und die Zündspannung V₀=200 V. Die Röhre ist dann für den Einsatz fertig.

Im Normalbetrieb ist die Entladungsröhre, solange die Spannung an den Anschlüssen geringer ist als die Zündspannung, nichtleitend.

Wenn die Spannung an den Anschlüssen der Entladungsröhre die Zündspannung erreicht, tritt eine Entladung ein.

Da die Röhre sehr massive Elektroden besitzt (vergleiche z. B. den massiven Ansatz IQ der Elektrode 1 und die Basis 5 der Elektrode 2), kann sie sehr große Ströme nach Erde ableiten. Die Röhre kann einen Strom /von mehreren Ampere für eine Zeit T(in Sekunden)

50
aushaken, die kleiner oder gleich -j ist, bevor ihre

Temperatur eine vorbestimmte Grenztemperatur Ti erreicht. Ein sehr kurzzeitiger Strom kann mehrere tausend Mal größer sein, um die gleich? Temperaturbedingung zu erreichen, was von der Impulsform und der Zeit zwischen den einzelnen Impulsen abhängt

Wenn die Röhre unter abnormalen Betriebsbedingungen betrieben wird, erzeugt sie einen Kurzschluß. Die Betriebsbedingungen werden abnormal, wenn eine anfängliche Überlastung die Strombelastungsfähigkeit der Röhre, für die sie bestimmt ist, überschreitet oder wenn die Röhre selbst ausfällt Dieser Ausfall kann durch eine mechanische Einwirkung hervorgerufen sein, durch einen Verbrauch an emittierendem Material, durch eine Verschlechterung der Röhreneigenschaften odf- ; aus irgendeinem anderen Grund erfolgen.

Ein abnormaler Betrieb der Röhre ist immer mit einer abnormalen Erhitzung der Röhre verbunden. Die innere Temperatur der Röhre erreicht und überschreitet die Grenztemperatur 77., die durch die Bauart der Röhre bestimmt ist

In allen Fällen, wenn das isolierende Material (Teil 7) seine Erweichungstemperatur erreicht, verliert das ganze Material, das den Pfropfen in der Umhüllung bildet, seine Festigkeit. Da der Innendruck der Röhre geringer ist als der Umgebungsdruck, wird das erweichte Material nach innen gezogen und nimmt dabei die Elektrode 1 mit, welche durch das Material gehalten war. Durch die Bewegung der Elektrode wird die Entladungsstrecke geschlossen. Dabei bilden die Enden 11 und 12 der Elektroden einen Kurzschluß.

Um den Kontakt zwischen den Elektroden zu verbessern, wenn die Röhre zerstört wird, ist es möglich, auf mindestens einem Elektrodenende oder auf der Basis der Umhüllung gegenüberliegend der anderen Elektrode einen Überzug aus elektrisch leitendem Material vorzusehen, dessen Schmelzpunl· t nahe bei der Grenzbetriebstemperatur liegt Wenn durch eine abnormale Arbeitsweise eine Erhitzung eintritt, wird durch den erweichten Pfropfen die dadurch getragene Elektrode nicht mehr gehalten, so daß sie sich zu der gegenüberliegenden Elektrode hin bewegt. Das Überzugsmaterial schmilzt und benetzt die gegenüberliegen-

de Oberfläche, wodurch ein verbesserter Kontakt zwischen den Elektroden erzielt wird, wenn sie sich berühren.

Die Wahl des Überzugsmaterials hängt von der gewählten Temperaturgrenze ab und von der in Aussicht genommenen praktischen Anwendung der Röhre. Es können beliebige Verfahren dazu verwendet werden, um einen solchen Überzug aufzubringen, beispielsweise auf die innere Oberfläche der Basis S der Umhüllung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit zwei in einer dichten Umhüllung angeordneten, eine Entladungsstrecke bildenden Elektroden, von denen mindestens eine durch die Umhüllung hindurchgeführt ist, bei dem bei Überlastung durch erweichendes Material ein dauernder Kurzschluß zwischen den Elektroden hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (1) an der Durchführungsstelle durch die Umhüllung (3, 7) von dem bei Überlastung erweichenden Material (Teil 7) umgeben ist

2. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Elektrode (1) an der Durchführungsstelle umgebende Material die Form eines Pfropfens (Teil 7) hat

3. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1 -oJer 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Elektrode (1) an der DurchführungssteUe umgebende Material (Teil 7) Glas ist

4. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden (1, 2) zusätzlich mit einem Überzug aus einem metallischen Material versehen ist, das bei Überlastung schmilzt