DE2644256A1 - Widerstandsanordnung mit spannungsabhaengigen widerstaenden - Google Patents

Widerstandsanordnung mit spannungsabhaengigen widerstaenden

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DE2644256A1
DE2644256A1 DE19762644256 DE2644256A DE2644256A1 DE 2644256 A1 DE2644256 A1 DE 2644256A1 DE 19762644256 DE19762644256 DE 19762644256 DE 2644256 A DE2644256 A DE 2644256A DE 2644256 A1 DE2644256 A1 DE 2644256A1
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DE
Germany
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voltage
dependent resistors
voltage dependent
temperature coefficient
resistance
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DE19762644256
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Johann Schering
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12Overvoltage protection resistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

  • Widerstandsanordnung mit spannungsabhängigen Widerständen
  • Die Erfindung befaßt sich mit einer Widerstands anordnung mit spannungsabhängigen Widerständen für den Schutz gegen Überspannungen.
  • Widerstandsanordnungen dieser Art sind vor allem in Uberspannungs ableitern enthalten, die sowohl zum Schutz elektronischer und nachrichtentechnischer Geräte als auch von Einrichtungen der Energietechnik gegen Überspannungen verwendet werden.
  • Besonders beim Einsatz spannungsabhängiger Widerstandsanordnungen in der Energietechnik erweist es sich als störend, daß die spannungsabhängigen Widerstände zusätzlich auch eine Temperaturabhängigkeit des Widerstandes aufweisen. Diese Temperaturabhängigkeit ist negativ, d. h. der Widerstandswert der spannungsabhängigen Widerstände nimmt mit steigender Temperatur ab, so daß der durch die Widerstandsanordnung fließende Strom steigt und die Erwärmung vergrößert. Dadurch kann es zu einem instabilen Verhalten der Widerstandsanordnung kommen, die zur Zerstörung der Widerstände führen kann. Ein Verhalten dieser Art zeigen die für Uberspannungsableiter verwendeten Widerstände mit unterschiedlich starker Ausprägung, jedoch ist zu beobachten, daß sowohl Widerstände auf der Basis von Siliziumkarbid als auch solche auf der Basis von Zinkoxid betroffen sind.
  • Es sind an s i ch sich Widerstandsmaterialien bekannt, die einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzen, so daß sich ihr Widerstandswert mit steigender Temperatur erhöht (DT-PS 974 395, DT-OS 14 15 751). Ferner ist ein Varistor, d. h. ein Widerstandskörper mit nichtlinearer Abhängigkeit des Widerstandes von der Spannung bekanntgeworden, der mit einer Einrichtung zur Erfassung der Betriebstemperatur des Varistors versehen ist. Diese Einrichtung bildet einen integralen Teil des Varistors und weist eine oder mehrere Hilfselektroden auf. Diese Einrichtung gestattet es zwar, Abhilfe zu schaffen, falls sich der Varistor zu stark erwärmt, beeinflußt jedoch nicht die Temperaturabhängigkeit des Widerstandsmaterials (DT-OS 22 47 643).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstandsanordnung der genannten Art zu schaffen, deren Temperaturkoeffizient des Widerstandes wesentlich geringer als bei bekannten spannungsabhängigen Widerständen ist. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein negativer Temperaturkoeffizient der spannungsabhängigen Widerstände durch ein Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten ganz oder teilweise ausgeglichen ist.
  • Hierzu kann z. B. in Reihe mit den spannungsabhängigen Widerständen wenigstens ein Widerstandskörper mit positivem Temperaturkoeffizienten geschaltet sein.
  • Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Verwirklichung der Erfindung kann darin bestehen, daß die spannungsabhängigen Widerstände aus einer Mischung von Substanzen bestehen, von denen die eine dem üblichen Widerstandsmaterial zur Herstellung spannungsabhängiger Widerstände entspricht und die andere ein Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten ist. Dies hat den Vorteil, daß mehr oder weniger umfangreiche Widerstandsanordnungen aufgebaut werden können, ohne daß hierbei die Anzahl der benötigten Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten besonders berücksichtigt oder errechnet werden muß. Vielmehr vollzieht sich der Ausgleich der Temperaturkoeffizienten in jedem einzelnen Widerstandskörper.
  • Der Ausgleich des negativen Temperaturkoeffizienten des spannungsabhängigen Widerstandsmaterials durch ein Widerstandsmaterial mit positiver Charakteristik kann je nach dem vorgesehenen Anwendungszweck und den Erfordernissen mehr oder weniger vollständig durchgeführt werden. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, die ver- schiedenen Widerstandsmaterialien in solcher Proportionierung zu mischen, daß sich beim Uberschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Temperatur ein starkes Abfallen des Widerstandswertes ergibt. Der dann einsetzende plötzliche Anstieg des durch die Widerstands anordnung fließenden Stromes kann meßtechnisch zur Einleitung von Schutzmaßnahmen, d. h. zum Beispiel zur Abtrennung des Uberspannungsableiters von dem zu schützenden Netz ausgenutzt werden. Auf diese Weise wird eine Zerstörung des Ableiters und eine eventuelle Beschädigung von benachbarten Anlagenteilen vermieden.
  • Zum Ausgleich des Temperaturkoeffizienten bei aus Zinkoxid sowie Dotierungsstoffen bestehenden spannungsabhängigen Widerständen eignen sich im Rahmen der Erfindung besonders Titandioxid bzw.
  • Titanate.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Die Figur 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Uberspannungsableiter, der eine Reihenschaltung von Funkenstrecken und spannungsabhängigen Widerständen enthält.
  • Einen weiteren Uberspannungsableiter, der nur aus spannungsabhängigen Widerständen aufgebaut ist, zeigt die Figur 2.
  • Der in der Figur 1 gezeigte Uberspannungsableiter 1 weist ein rohrförmiges Gehäuse 2 auf, dessen Enden durch Kappen 3 und 4 dicht verschlossen sind. Die Kappen tragen Anschlußvorrichtungen 5 und 6 zur Verbindung des Uberspannungsableiters 1 mit einem Spannung führenden Teil und einem Erdleiter. Im Inneren des Rohres 2 befindet sich eine aus mehreren Funkenstrecken 7 und mehreren spannungsabhängigen Widerstandskörpern 10 bestehende Reihenschaltung. Ein weiterer mit den Widerstandskörpern 10 in Reihe geschalteter Widerstandskörper 11 besitzt einen positiven Temperaturkoeffizienten, um den negativen Temperaturkoeffizienten der Widerstandskörper 10 ganz oder teilweise zu kompensieren. Die Widerstandskörper 10 können z. B. aus Siliziumkarbid bestehen, während der Widerstandskörper 11 aus Metalloxiden hergestellt sein kann.
  • Im Unterschied zu dem in der Figur 1 dargestellten Uberspannungsableiter 1 enthält der in der Figur 2 gezeigte Uberspannungsableiter 12 nur spannungsabhängige Widerstände 13, denen bei ihrer Herstellung ein bestimmter Anteil eines Widerstandsmaterials mit positivem Temperaturkoeffizienten beigegeben ist. Als Ausgangssubstanzen zur Herstellung der Widerstandskörper 13 können dabei Zinkoxid und weitere Metalloxide sowie Titanverbindungen dienen.
  • Es ist natürlich auch möglich, kombinierte Widerstandskörper, d. h. solche, die sowohl spannungsabhängig als auch temperaturkompensiert sind, in Verbindung mit Funkenstrecken zu verwenden, wie dies in der Figur 1 gezeigt ist. Im übrigen können auch teilweise kompensierte Widerstandskörper zum weiteren Abgleich der gewünschten Kennlinie in Reihe mit einem Widerstandskörper geschaltet sein, der nur zum Ausgleich des Temperaturkoeffizienten dient.
  • Zur Verwendung in Uberspannungsableitern eignen sich insbesondere Widerstandskörper, die aus Zinkoxid bestehen, dem Dotierungsstoffe, vor allem Metalloxide, zugemischt sind. Solche Widerstände, die auch als Varistoren bezeichnet werden, besitzen eine derart ausgeprägte Spannungsabhängigkeit, daß in bestimmten Fällen auf eine Reihenschaltung mit Funkenstrecken verzichtet werden kann, weil der Widerstand selbst den Stromfluß vollständig sperrt, wenn die Spannung unterhalb eines Grenzwertes bleibt.
  • Eine Erwärmung des Widerstandes verändert jedoch seine Eigenschaften infolge des negativen Temperaturkoeffizienten derart, daß ein Strom zunehmender Größe fließ, der schl eßlich den Widerstandskörper thermisch zerstört. Dies läßt sich durch die Zugabe von Titandioxid oder einem Titanat zu den Substanzen verhindern, aus denen der Widerstandskörper hergestellt wird. Dabei kommt es darauf an, daß die Körner der Titanverbindung erhalten bleiben, wenn der Widerstandskörper aus der gepreßten und getrockneten Mischung der Ausgangsstoffe gebram?t bzw. gesintert wird. Es ist daher wesentlich, den Sinter- bzw. Brennprozeß in seinem Temperaturverlauf so zu steuern, daß einerseits das Zinkoxid und die Dotierungsstoffe die zur Erzeugung der Spannungsabhängigkeit erforderliche Verbindung eingehen, andererseits aber eine Auflösung der Titandioxid- oder Titanatteilchen unterbleibt.
  • 2 Figuren 5 Ansprüche

Claims (5)

  1. Patentansprüche 9 Widerstandsanordnung mit spannungsabhängigen Widerständen für den Schutz gegen Uberspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein negativer Temperaturkoeffizient der spannungs abhängigen Widerstände (10) durch ein Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten (11) ganz oder teilweise ausgeglichen ist.
  2. 2. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den spannungsabhängigen Widerständen (10) wenigstens ein Widerstandskörper (11) mit positivem Temperaturkoeffizienten geschaltet ist.
  3. 3. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsabhängigen Widerstände aus einer Mischung von Substanzen bestehen, von denen die eine dem üblichen Widerstandsmaterial zur Herstellung spannungsabhängiger Widerstände entspricht und die andere ein Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten ist.
  4. 4. Widerstandsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Widerstandsmaterialien in solcher Proportionierung gemischt sind, daß sich bei Uberschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Temperatur ein starker Abfall des Widerstandswertes ergibt.
  5. 5. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsabhängigen Widerstände aus Zinkoxid und Dotierungsstoffen bestehen und zum Ausgleich des Temperaturkoeffizienten Titandioxid bzw. ein Titanat enthalten.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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