DE2641514A1 - Ueberspannungsableiter - Google Patents

Ueberspannungsableiter

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DE2641514A1
DE2641514A1 DE19762641514 DE2641514A DE2641514A1 DE 2641514 A1 DE2641514 A1 DE 2641514A1 DE 19762641514 DE19762641514 DE 19762641514 DE 2641514 A DE2641514 A DE 2641514A DE 2641514 A1 DE2641514 A1 DE 2641514A1
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DE
Germany
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electrodes
semiconductor material
coating
insulating body
oxide
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Application number
DE19762641514
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English (en)
Inventor
Gerhard Dr Peche
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00Details of spark gaps
    • H01T1/20Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap

Landscapes

  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

  • t)berspannunnsableiter
  • Die Erfindung betrifft einen Uberspannungsableiter mit einem gasgefüllten Gehäuse, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem Elektroden einander gegenüberstehen, die in die Enden eines rohrförmigen Isolierkörpers eingesetzt sind.
  • Überspannungsableiter dieser Art sind bereits bekannt (DT-OS 23 47 210). Zur Herabsetzung der Ansprechstoßspannung ist ein solcher Überspannungsableiter mit mindestens einem Streifen aus Halbleitermaterial versehen, der sich auf der Innenseite des Isolierkörpers in Richtung von der einen Elektrode zur anderen erstreckt.
  • Dieser Streifen wird auch Zündstreifen bzw. Zündstrich genannt, weil mit dessen Hilfe durch Feldelektronenemission die zum Herabsetzen der Ansprechstoßspannung notwendigen freien Elektronen im Entladungsraum geliefert werden.
  • Die Ansprechspannung von Uberspannungsableitern nimmt für Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten größer 100 V//us allmählich und bei noch größeren Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten über 1000 V//us stark zu, wenn keine Vorkehrungen getroffen werden, diese Ansprechstoßspannung zu reduzieren. Bei großen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten ergibt sich die hohe Ansprechstoßspannung aus der ZUndverzögerung, wenn in der Gasentladungsstrecke keine freien Elektronen vorhanden sind. Zur Herabsetzung der Ansprechstoßspannung müssen bei großen Spannungsänder.rgsgeh?indikeiten freie Elektronen vorhanden sein, die durch radioaktive Dotierung (z.B. Tritium) den Entladungsraum zwischen den Elektroden stets vorionisieren oder durch Feldelektronenemission an den eingangs erwähnten ZUndstrichen erzeugt werden, wenn die Ansprechstoßspannung auftritt.
  • Es ist auch bereits bekannt, zur Herabsetzung der Ansprechstoßspannung statt eines Isolierkörpers aus Glas oder Keramik als Gehäuse einen rohrförmigen Körper aus Halbleitermaterial zu verwenden (DT-OS 23 55 426). Das halbleitende Gehäuse besteht dabei aus Zinkoxid oder. anderen Metalloxiden und enthält eine Dotierung aus Wismut- oder Kobaltoxid. Ein derartiges Gehäuse hat den Nachteil, daß es gegenüber den als Isolierkörper beispielsweise verwendeten billigen Metalloxidkeramiken relativ teuer ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Uberspannungsableiter mit reduzierter Ansprechstoßspannung und sehr kurzer Zündverzögerung zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Isolierkörper auf seiner Innen- und/oder Außenfläche mindestens bis in die Bereiche nahe der Übergänge Elektroden-Isolierkörper mit einem Uberzug aus Halbleitermaterial versehen ist.
  • Vorzugsweise enthält der Uberzug aus Halbleitermaterial als Grundsubstanz Zinkoxid, Titanoxid, Kupferoxid, Eisenoxid einzeln oder Mischungen aus diesen und als Beimischung Wismutoxid und/oder Kobaltoxid.
  • Ein erfindungsgemäßer Uberspannungsableiter hat den Vorteil, daß obwohl das Gehäuse (Isolierkörper) nicht durchwegs aus Halbleitermaterial besteht, die Ansprechstoßspannung auf den Ansprechwert des als Überzug verwendeten Halbleitermaterials beschränkt wird, wenn der halbleitende Überzug auf der Innen- oder Außenseite eines üblichen, z.B. keramischen Isolierkörpers aufgetragen wird. Der halbleitende, oberflächliche Überzug der Keramik verbindet dann die beiden Endelektroden, so daß nach Anlegen der Ansprechstoßspannung die Spannung nach der Kennlinie des halbleitenden Materials auf eine Höhe begrenzt ist, bis die parallele Gasentladungsstrecke im allgemeinen nach wenigen /uns die Entladung übernimmt, sofern die Ansprechspannung der Gasentladungsstrecke unterhalb der Spannungsbegrenzung durch das Halbleitermaterial liegt.
  • Der spannungsbegrenzende halbleitende Überzug des aus Keramik oder aufgerauhtem Glas bestehenden Isolierkörpers kann vorzugsweise dadurch erzeugt werden, daß die Mischung der Metalloxide mit ihren Dotierstoffen als feingemahlenes Pulver in einer Suspension aufgeschlemmt wird, die dann feucht auf die Innen- und/oder Außenseite des Isolierkörpers aufgetragen wird und dann bei der Sintertemperatur fest auf die Isolierkörperoberfläche aufgebrannt wird. Bei einem allseitigen Uberzug eines als Isolierkörper bevorzugt verwendeten Keramikröhrchens mit dem halbleitenden Material kann das Keramikröhrchen vorteilhafterweise in die halbleitende Suspension getaucht werden. Für Zinkoxid mit den Dotierungen Wismutoxid und Kobaltoxid beträgt die Sintertemperatur vorzugsweise zwischen 1000 und 1200 °C.
  • Die auf die Innenwand des Isolierkörpers aufgebrachte halbleitende, dotierte, vorzugsweise Zinkoxidschicht kann aber vorteilhafterweise auch vor der Randmetallisierung, an die die Endelektroden angelötet werden, enden, so daß die Zinkoxidschicht keine leitende Verbindung zu beiden Elektroden des Ableiters hat. Die im Zylinder umlaufende Zinkoxidschicht wirkt dann durch Auslösung von Feldelektronen an den Rändern erniedrigend auf die Ansprechstoßspannung. Der Abstand des halbleitenden Überzugs zu den kegelstumpfförmigen Elektroden muß dabei größer sein als der Elektrodenabstand zwischen den Elektroden, um eine Beeinflussung der Ansprechgleichspannung zu vermeiden. Die Herstellung des halbleitenden Überzugs im Innern des rohrförmigen Isolierkörpers kann ebenfalls durch Tauchen erfolgen. Der isolierende Abstand zum metallisierten Rand des Isolierkörpers kann zweckmäßig entweder nach dem Tauchen herausgewischt werden oder während des Tauchprozesses in geeigneter Weise abgedeckt werden.
  • Die Schicht muß dann ebenfalls mit einer Temperatur zwischen 1000 und 1200 bC auf der Innenwand des Isolierkörpers festgesintert werden.
  • Besonders vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßer Uberspannungsableiter ausgebildet werden, wenn auf der Innenseite des Isolierkörpers, d.h. im Brennraum, ein halbleitend dotierter Überzug, vorzugsweise eine dotierte Zinkoxidschicht, aufgebracht und festgesintert wird, die mit beiden Endelektroden nicht in galvanischem Kontakt steht, so daß die Ansprechstoßspannung der Gasentladungsstrecke durch Feldelektronenemission erniedrigt wird, und auf der Außenseite eine Schicht aufgebracht wird, die mit beiden Endelektroden in Kontakt steht, so daß der Schutzpegel des Ableiters durch diesen halbleitenden Überzug bestimmt wird.
  • Im einfachsten Fall ist die Zusammensetzung des auf der Innen- und Außenseite des Überspannungsableiters aufgebrachten halbleitenden Überzugs gleich. Die Ausbildung des niedrigsten Schutzpegels kann Jedoch zur Auslösung der Feldelektronen auf der Innenseite eine andere Zusammensetzung oder Dotierung des aufgebrachten halbleitenden Überzugs als auf der Außenseite des Isolierkörpers erfordern. Die Überzüge auf der Innen- und Außenseite können dementsprechend sowohl in ihren Metalloxiden als auch in ihrer Dotierung den Erfordernissen nach anders zusammengesetzt sein.
  • An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläuter werden. Dabei zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Uberspannungsableiter, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Uberspannungsableiter und Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen ttberspannungsableiter in Form eines Zweistreckenableiters.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen im Schnitt jeweils einen Uberspannungsableiter, der aufgrund seiner Form auch als Knopfableiter bezeichnet wird. Die zwei Elektroden 1, 2 sind in diesen Ausführungsbeispielen jeweils als kegelstumpfförmiger Napf ausgebildet und mit der Außenseite der Deckfläche ihrer Kegelstumpfform einander zugekehrt in die Enden des rohrförmigen Isolierkörpers 3 gasdicht eingesetzt. Die Verbindung der Elektroden 1 und 2 mit dem z.B. aus Keramik bestehenden Isolierkörper 3 ist beispielsweise eine Keramik-Metall-Hartlotverbindung. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der rohrförmige Isolierkörper 3 sowohl auf seiner Innen- als auch auf seiner Außenfläche bis an die Übergänge Elektroden 1, 2-Isolierkörper 3 mit einem Überzug 4 aus Halbleitermaterial versehen. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Aus£Ehrungsbeispiel ist der Isolierkörper 3 nur auf seiner Innenfläche mit einem Überzug 4 aus Halbleitermaterial versehen, der bis in die Bereiche nahe der Übergänge Elektroden 1, 2-Isolierkörper 3 reicht Der Abstand des Überzugs 4 zu den Elektroden 1, 2 ist dabei größer als der Abstand der aktiven Oberflächen der Elektroden 1, 2.
  • Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Uberspannungsableiters in Form eines sogenannten Zweistreckenableiters. Bei diesem Zweistreckenableiter sind die beiden Elektroden 1, 2 wiederum kegelstumpfförmig ausgebildet und mit den einander zugekehrten Auswölbungen in die Enden des Isolierkörpers 3 gasdicht eingesetzt.
  • Der Isolierkörper 3 ist in seiner Mitte durch eine metallische Ringscheibe, welche eine Ringelektrode 5 bildet, und in den Spalt zwischen den Elektroden 1, 2 eingreift, in zwei spiegelbildliche Hälften geteilt. Somit sind durch die Ringelektrode 5 und die beiden kegelstumpfförmigen Elektroden 1, 2 zwei Entladungsstrecken gebildet. Der Isolierkörper 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf seiner Innen- und Außenfläche mit einem Überzug 4 aus Halbleitermaterial versehen, der sich über die gesamte Isolierkörperoberfläche bis an die Übergänge Elektroden 1, 2-Isolierkörper 3-Ringelektrode 5 erstreckt.
  • 6 Patentansprüche, 3 Figuren.
  • Leerseite

Claims (6)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Uberspannungsableiter mit einem gasgefüllten Gehäuse, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem Elektroden einander gegenüberstehen, die in die Enden eines rohrförmigen Isolierkörpers eingesetzt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Isolierkörper (3) auf seiner Innen- und/oder AuBenflQche mindestens bis in die Bereiche nahe der Ubergänge Elektroden (1, 2)-Isolierkörper (3) mit einem Überzug (4) aus Halbleitermaterial versehen ist.
  2. 2. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Elektroden (1, 2) kegelstumpfförmig ausgebildet sind und daß der Abstand des Überzugs (4) aus Halbleiter-- material zu den Elektroden (1, 2) größer ist als der Abstand der aktiven Oberflächen der Elektroden (1, 2).
  3. 3. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der Isolierkörper (3) auf seiner Innen- und/ oder Außenfläche bis an die Übergänge Elektroden (1, 2)-Isolierkörper (3) mit einem Überzug (4) aus Halbleitermaterial versehen ist.
  4. 4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Überzug (4) aus Halbleitermaterial als Grundsubstanz Zinkoxid, Titanoxid, Kupferoxid, Eisenoxid einzeln oder als Mischungen aus diesen und als Beimischung Wismutoxid und/oder Kobaltoxid enthält.
  5. 5. Uberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Überzug (4) aus Halbleitermaterial auf der Innenseite des Isolierkörpers (3) eine andere Materialzusammensetzung als auf der Außenseite hat.
  6. 6. Uberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Form eines Zweistreckenableiters, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß der Isolierkörper (3) in seiner Mitte durch eine Ringelelektrode (5) unterteilt ist, die mit den Elektroden (1, 2) zwei Entladungsstrecken bildet und daß der Isolierkörper (3) auf seiner Innen- und/oder Außenfläche mindestens bis in die Bereiche nahe der Übergänge Elektroden (1, 2)-Isolierkörper (3)-Ringelelektrode (5) mit einem Überzug (4) aus Halbleitermaterial versehen ist.
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