DE2828409A1

DE2828409A1 - Gasentladungsroehre, insbesondere ueberspannungsableiter

Info

Publication number: DE2828409A1
Application number: DE19782828409
Authority: DE
Inventors: Gerhard Lange
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1980-01-03
Also published as: JPS556792A; FR2430083A1

Description

2828403 'fr-

JLESIM&ESEIiLSCHAS¹! Unser Zeichen

Berlin und München ^^78 PI 10 6 BRO

Gasentladungsröhre, ins"b. Überspannungsableiter

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsröhre, insbesondere Überspannungsableiter, mit mindestens einem rohrförmigen Isoliergehäuse und mindestens zwei auf Abstand einander gegenüberstehenden koaxialen Elektroden.

Bei Gasentladungsröhren muß insbesondere in der 7erwendung als Überspannungsableiter die Ansprechgleichspannung in engen Toleranzgrenzen eingehalten werden. Dazu ist zum einen eine möglichst große aktive Slektrodenoberfläche erforderlich. Zum anderen darf der Elektrodenabstand nur in geringem Umfang schwanken. 15

Bei Überspannungsableitern, bei denen sich im einfachsten Fall zwei Elektroden axial gegenüberstehen,

RH 1 Ode /27.06.78

90988^/0419

2828403

- ^- YPA 78 P Π 06 BRQ

isoliert voneinander durch ein rohrförmiges Isoliergehäuse, beeinflussen die axialen Längenschwankungen des Isolators und der Elektroden direkt den Elektrodenabstand und damit die Ansprechgleichspannung. Außerdem ist bei einer solchen Elektrodenanordnung die aktive Oberfläche verglichen mit dem Volumen des gesamten Überspannungsableiters verhältnismäßig klein, so daß auch dadurch die Ansprechgleichspannung schwer konstant gehalten -werden kann.

Entsprechendes gilt für sog. Zweistreeken-Überspannungsableiter, bei denen zwei Hauptelektroden einander axial gegenüberliegen und miteinander eine Uebenentladungsstrecke bilden. Zwei Hauptentladungsstrecken bestehen jeweils zwischen einer der Hauptelektrode und einer gemeinsamen den Entladungsspalt zwischen den Hauptelektroden ringförmig umgebenden Mittelektrode. Solche Zweistrecken-Überspannungsableiter werden bevorzugt eingesetzt zum Schutz eines Leitungspaares gegen Überspannungen. Die zwei Hauptelektroden sind dann als sog. Aderelektroden jeweils an einer der beiden Leitungen angeschlossen. Die Mittelelektrode liegt auf Erdpotential. Der Vorteil eines für beide Leitungen gemeinsamen Entladungsraumes besteht darin, daß durch die Zündung einer Hauptentladungsstrecke das Gas in dem gesamten Sntladungsraum ionisiert wird und daß dadurch die zweite Hauptentladungsstrecke bei einer kleineren Zündspannung anspricht. Ein weiterer Vorteil besteht in der zwischen den Leitungen bestehenden Siebenentladungsstrecke. Insbesondere hier bestehen aber wieder

9 09S8

-G-

- X- YPA 78 P 1 106 BRO

Toleranzschwierigkeiten durch die Summe der Einzeltoleranzen, vor allem dann, wenn Ansprechgleichspannungen gewünscht sind, die nicht wesentlich Ton der Ansprechgleichspannung der Hauptentladungsstrecken abweichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasentladungsröhre, insbesondere in der Ausführung als Überspannungsableiter Maßnahmen anzugeben, mit denen sich die Forderung nach ausreichender Konstanz der Ansprechgleichspannung erfüllen läßt.

Zur lösung dieser Aufgabe wird bei einer Gasentladungsröhre der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mindestens zwei einander gegenüberstehende aktive Elektrodenoberflächen zur Elektrodenachse rotationssymmetrische und zueinander parallele Flächen sind, die größer sind als eine ebene Schnittfläche senkrecht zur Slektrodenach.se, daß sie insbesondere zumindest Teile jeweils einer Segelmantelfläche sind, wobei der Öffnungswinkel des Segels zwischen 0° und 180° liegt.

Es greifen mit anderen Worten räumlich gestaltete Flächen, insbesondere zwei Kegelmantelflächen, mit Abstand ineinander, beim Kegel die eine konvex, die andere konkav. Zwischen den sich gegenüberstehenden Flächen liegt die Entladungsstrecke. Man erreicht damit zum einen eine Vergrößerung der aktiven Elektrodenoberflache, weil sie nicht als eine zur Elektroden- und Gehäuseachse senkrecht stehende Fläche vom maximal möglichen Blektrodendurchmesser begrenzt wird.

v?a 78 Pi 1 06 BRO

Zum anderen fällt die Richtung der Entladungsstrecken nicht mit der Elektrodenachse und damit mit der Richtung der LängsSchwankungen zusammen. Es schieben sich "bei innerhalb der Toleranzen unterschiedlichen langen die Elektrodenoberflächen aneinander vorbei. Der Elektrodenabstand ändert sich dabei nur um einen Bruchteil der Summe der Einzellängenunterschiede. Bei einem Öffnungs-winkel von beispielsweise 45 der beiden ineinandergreifenden Kegel ergibt sich eine Reduzierung einer axialen Abstandsänderung auf die Längenänderung der Entladungsstrecke um den Faktor YT.

Weiterhin bringt die Vergrößerung der aktiven Elektrodenoberfläche den Vorteil einer höheren Strombelastbarkeit der Gasentladungsröhre.

Eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre in der Form eines Einstrecken-Überspannungsableiters mit zwei axial sich gegenüberstehenden Elektroden sieht vor, daß die erste Elektrode kegelförmig ausgebildet ist und die zweite eine entsprechende kegelförmige Vertiefung hat, in die die erste Elektrode hineinragt, so daß sich zwei Kegelmantelflächen als aktive Elektrodenoberflächen mit überall gleichem Abstand einander gegenüberstehen.

!lach einer vorteilhaften Weiterbildung einer solchen Gasentladungsröhre wird vorgeschlagen, daß die erste Elektrode an Stelle der Kegelspitse eine kegelförmige Vertiefung hat und die zweite Elektrode in der Mitte der kegelförmigen Vertiefung einen entsprechenden Kegel* der in die kegelförmige Vertie- -.,-...-fung der ersten Elektrode hineinragt» ,-= ■ - .-

Sine solche Gestaltung der aktiven Elektrodenoberflachen als Doppelkegel, d.h.. kleiner konvexer Kegel im konkaven Kegel und umgekehrt, erbringt den Torte il, daß das Abdampfen von Eiektrodenaktivierungsbestandteilen auf das Isolatorgehäuse behindert wird. Die Isolationsfehleranfälligkeit wird dadurch reduziert. Allgemein gilt dies für eine mehrfachgekrümmte Elektrodenoberfläche, wenn dadurch ein gleich sam abgeschlossener Entladungsraum entsteht. Ferner ergibt diese Ausgestaltung mit dem Doppelkegel den Vorteil einer geringeren Baulänge gegenüber der Ausführung mit einem einfachen Kegel.

Eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre in der Form eines Zweistrecken-Überspannungsableiters mit zwei axial sich gegenüberstehenden Hauptelektroden, und einer den Entladungsspalt koaxial ringförmig umgebenden Mittelelektrode, die mit den Hauptelektroden jeweils über ein rohrförmiges Isoliergehäuse verbunden ist, sieht vor, daß die beiden Hauptelektroden jeweils einen Kegel bilden und von beiden Seiten in die beidseitig den Kegeln entsprechend kegelstumpfförmig gestaltete Öffnung der Mttelelektrode hineinragen, wobei die sich parallel gegenüberstehenden Kegelmantelflächen die Hauptentladungsstrecken und die einander axial gegenüberstehenden Kegel der Hauptelektroden die !Tebenentladungsstrecke bilden.

Gegenüber einer koaxialen Ausführung, bei der die Mittelelektrode die Hauptelektroden umgibt, und damit zwei zylindermantelförmige Hauptentlsdungsstrecken

909881 /0419

™78 P 1 10 6 BRQ

"bildet, hat die erfindungsgemäße Lösung zwar den Nachteil, daß LängenSchwankungen der Anordnung, allerdings reduziert, die Länge der Hauptentladungsstrecken beeinflussen, aber den Vorteil, daß radiale Schwankungen auch nur reduziert eingehen.

Torteilhaft ist es, wenn nach einer Weiterbildung die Kegel der Hauptelektroden an der Spitze abgeplattet sind und für die ITebenentladungsstrecke senkrecht zur Slektrodenachse planparallele Elektrodenflächen haben. Damit ist auch für die Nebenentladungsstrecke eine ausreichend große Elektrodenoberflache gegeben. Sine weitere Vergrößerung durch awei ineinandergreifende Kegelmantelflächen ist auch hier denkbar.

Uach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Gasentladungsröhre wird vorgeschlagen, daß die aktiven Kegelmantelflachen der Elektroden koaxiale Stufen tragen.

Zur Ausführung in der Form eines Zweistrecken-Überspannungsableiters wird alternativ vorgeschlagen, daß die aktiven Kegelmantelflächen der Elektroden auf den Umfang verteilte Längsrillen entlang der Kegelmantellinien tragen.

Sine solche Aufteilung der Elektrodenoberfläche erbringt ^ nicht nur die Vergrößerung sondern auch den Vorteil, daß Aktivierungsmassen, die üblicherweise auf die aktiven Elektrodenoberflächen aufgebracht werden, besser haften.

909881/04 19

" 10 --^T- YPA 78 P 1 106 BRO

Anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen die Fig. 1 eine erfindungsgeraäße Gasentladungsröhre, -wie sie für einen Eins tr ecken-über spannungsableiter ■verwendet wird, mit einfach kegeligen Elektroden-Oberflächen, die

Fig. 2 eine solche Gasentladungsröhre mit doppelkegeligen Elektrodenoberflächen, die Fig. 3 eine erfindungsgemäße Gasentladungsröhre, wie sie als Zweistrecken-Überspannungsableiter verwendet wird, mit koaxial gerillten Elektrodenflächen, die

Fig. 4 eine solche Gasentladungsröhre mit längsgerillter Mittelelektrodenoberfläche und die Fig. 5 ein Schnittbild T-V durch die Gasentladungsröhre nach Fig. 4.

In Fig. 1 besitzt ein gasgefüllter Überspannungsableiter ein rohrförraiges Isolatorgehäuse 1 aus Glas oder Keramik und zwei hermetische Abschlüsse in Form zweier napfförmiger metallischer Elektroden 2 und 3> die in das Innere des Isolatorrohres 1 hineinragen. Die Ränder der Näpfe 2 und 3 sind mit dem Isolatorrohr 1 durch eine vakuumdichte Metall-Glas- bzw. Metall-Keramik-Verbindung mit Glaslot oder Metallot verbunden. Im Inneren der napfförmigen Vertiefungen sind nach außen Elektrodenzuleitungen 4 und 5 angebracht. Die ITapfboden sind vorteilhaft für die V/ärraeableitung massiv ausgebildet. Ihre ins Innere des Überspannungsabieiters gerichteten einander gegenüberstehenden Oberflächen sind erfindungsgemäß ausge-

909881/0A 19

■ - ΑΛ-

-a - VPA 78 P 1 1 OS BRO

staltet. Danach, läuft die Elektrode 2 in einen Kegel aus, der in einen Hohlicegel der Elektrode 5 hineinragt. Dadurch entstehen zwei kegelmantelförmige aktive Elektrodenoberflächen, die sich überall mit demselben Abstand gegenüberstehen. Der Öffnungswinkel der Kegel ist als bevorzugte Ausführung 90°. Damit ist der elektrisch wirksame Abstand der zwischen den aktiven Elektrodenoberflächen gebildeten Entladungsstrecken um den Faktor Y? kleiner als der axiale Abstand der Elektroden 2 und 3 voneinander. Axiale Längenschwankungen des Isolatorrohrs 1 und der Elektroden 2 und 3 hinsichtlich Exemplarstreuung und Temperaturabhängigkeit gehen damit um den Faktor Γ? vermindert in die Schwankungen der EntladungsStreckenlänge und damit der Ansprechgleichspannung ein.

Die aktive Elektrodenober fläche ist um den Faktor \^r2~^l größer, als sie bei planparallelen Elektrodenoberflächen möglich wäre. Zur weiteren Vergrößerung sind die Kegelmantelflächen durch koaxiale Abstufungen treppenförmig unterteilt. Das erbringt außerdem eine Vergrößerung der Haftfestigkeit für eine Elektrodenaktivierungsmasse, die vorteilhaft auf die Elektroden-Oberflächen aufgebracht wird.

Die Fig. 2 enthält als erweiterte Ausführungsform des Überspannungsabieiters nach Fig. 1 wieder ein Isolatorrohr 1 mit zwei Anschlüssen, die hier aus den Elektroden 6 und 7 mit äußeren Anschlüssen S und 9 bestehen.

Dabei trägt der Oberflächenkegel der Elektrode 6 eine koaxiale hohlkegelförmige Vertiefung, so daß ein koaxiales ringförmiges Elektrodenendteil 10 mit drei-

909881/0419

-jf- YPA 78 P 1 1 0 6 BRD

eckigem Querschnitt entsteht. Die Elektrode 7 trägt dementsprechend eine ringförmige Vertiefung 11 mit dreieckigem Querschnitt. Die aktiven Elektrodenoberflächen, die sich parallel gegenüberstehen, sind wieder durch koaxiale Stufen treppenförmig unterteilt. Bei dieser Anordnung besteht der Torteil, daß abgedampfte Bestandteile der Elektrodenakti "vierungsmasse sich nicht so leicht auf dem Isolatorrohr 1 niederschlagen können.

iiach Pig. 3 enthält ein Zweistrecken-Überspannungsableiter zwei napfförmige metallische Hauptelektroden 12 und 13, die ins Innere eines Isolatorgehäuses hineinragen und mit kegelstumpfförmigen Elektrodenendteilen einander zugekehrt sind. Das Isolatorgehäuse besteht aus zwei Isolatorronren 14 und 15 aus Glas oder Keramik, die über eine koaxiale ringförmige metallische Mittelelektrode 16 in axialer Richtung miteinander verbunden sind. Die Verbindungen sind wieder hermetische Metall-Glas- bzw. Metall-Eeramik-Yerbindungen.

Die ringförmige Mittelelektrode 16 hat in ihrem der Achse zugewandten Teil dreieckförmigen Querschnitt, so daß in axialer Richtung gesehen zwei einander sich verjüngend zugekehrte kegelstumpfförmige öffnungen entstehen. In diese öffnungen ragen die kegelstumpfförmigen Endteile der Hauptelektroden 12 und hinein. Sie bilden mit den Mantelflächen der Mittelelektrode 16 die Hauptentladungsstrecken 17 und 18 und mit ihren planparallelen axialen Oberflächen die ITebenentladungsstrecke 19.

90988 1/04 19

- yg - v?a 78 P 1 1 O 6 BRO

Die Oberflächen der Hauptentladungsstrecken 17 und sind wieder durch, koaxiale Stufen treppenförmig erweitert. Die Elektrodenoberflächen der ±Tebenentladungsstrecke 19 sind durch, konzentrische Rillen erweitert.

Die Eig. 4 zeigt eine Modifikation des Zweistrecken-Überspannungsabieiters nach Pig. 3. Entsprechend sind vorhanden zwei Isolatorrohre 20 und 21, zwei napfförmige Hauptelektroden 22 und 23 und eine ringförmige Mittelelektrode 24. Wie aus der Hg. 5₅ die einen axialen Querschnitt T-T in Höhe der Mitte der Mittelelektrode 24 darstellt, ersichtlich ist, tragen die Elektrodenoherflächen der Hauptentladungsstrecken 25 und 26 Längsrillen entlang der Segelmantellinien rings um den Umfang verteilt. Die Oberflächen der ETebenentladungsstrecke 27 haben über die Fläche verteilte Löcher als alternative Möglichkeit zu konzentrischen Rillen.

5 !figuren

7 Patentansprüche

Claims

2828403

₇₈ ρ _{1 1} Q β _BRD

Patentansprüche

Gasentladungsröhre, insbesondere-^TJ"berspannungsableiter, mit mindestens einem rorförmigen Isoliergehäuse und mindestens zwei auf Abstand einander gegenüberstehenden koaxialen Elektroden, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei einander gegenüberstehende aktive Elektrodenoberflächen zur Elektrodenachse rotationssymmetrisch und zueinander parallele flächen sind, die größer sind als eine ebene Schnittfläche senkrecht zur Elektrodenachse, daß sie insbesondere zumindest Teile jeweils einer Kegelmantelfläche sind, wobei der Öffnungswinkel des Kegels zwischen 0° und 180° liegt.
2. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1, in der Form eines Einstrecken-überspannungsableiters mit zwei axial sich gegenüberstehenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektrode (2) kegelförmig ausgebildet ist und die zweite (3) eine entsprechende kegelförmige Vertiefung hat, in die die erste Elektrode (2) hineinragt, so daß sich zwei Kegelmantelflächen als aktive Elektrodenoberflächen mit überall gleichem Abstand einander gegenüberstehen.
3. Gasentladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektrode (6) an Stelle der Kegelspitze eine kegelförmige Vertiefung hat und die zweite Elektrode (7) in der Mitte der kegelförmigen Vertiefung einen entsprechenden Kegel, der in die kegelförmige Vertiefung der ersten Elektrode (6) hineinragt.

909881/0 419

- 2 - 7PA 78 P 11 0 6 BRD
4-. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1, in der Jona eines Zweistrecken-Überspannungsableiters mit zwei axial sich gegenüberstehenden Hauptelektroden, und einer den Entladungsspalt koaxial ringförmig uragebenden Mittelelektrode-, die mit den Hauptelektroden jeweils über ein rohrförmiges Isoliergehäuse verbunden ist, dadurch gekenn zeichnet , daß die beiden Hauptelektroden (12, 13 bzw. 22,23) jeweils einen Kegel bilden und τοη beiden Seiten in die beidseitig den Kegeln entsprechend kegelstumpfförmig gestaltete Öffnung der Mittel elektrode (16 bzw. 24·) hineinragen, wobei sich die parallel gegenüberstehenden Kegelmantelflächen die Hauptentladungsstrecken (17,18 bzw. 25,26) und die einander axial gegenüberstehenden Kegel der Hauptelektroden (12,13 bzw. 22,23) die iiebenentladungsstrecke (19 bzw. 27) bilden.
5. Gasentladungsröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net , daß die Kegel der

Hauptelektroden (12,13^2,23) an der Spitze abgeplattet sind und für die ITebenentladungsstrecke (19 bzw. 27) senkrecht zur Elektrodenachse planparallele Elektrodenflächen haben. 25
6. Gasentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet ,daß die aktiven Kegelmantelflächen der Elektroden (2,3,6,7, 12,13»16) koaxiale Stufen tragen.

909881/0 419

- 3 - VPA 78 P 1 1 0 6 BRO

7· Gasentladungsrölrre nach. Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn -zeichnet ,

daß die aktiven Kegelmantelflachen der Elektroden (22, 23,24); auf den Umfang verteilte Längsrillen entlang der Kegelmantellinien tragen.

909881/0419