DE2828591A1

DE2828591A1 - Ueberspannungsableiter mit innerem kurzschluss bei ueberlastung

Info

Publication number: DE2828591A1
Application number: DE19782828591
Authority: DE
Inventors: Siegfried Derkow; Gerhard Ing Grad Lange
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1980-01-03
Also published as: FR2430084B3; CH647897A5; FR2430084A1

Description

AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und Minchen VPA 78 P 1 1 O 8 BRfI

Überspannungsableiter mit innerem Kurzschluß

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einem gasgefüllten Gehäuse, in dem in einem rohrförmigen Isolierkörper mit Abstand Elektroden gegenüberstehen, von denen mindestens eine auf ihrer der anderen Elektrode zugewandten Oberfläche mit einem Metallplättchen versehen ist, das bei Überlastung des Überspannungsableiters eine galvanische Verbindung mit der gegenüberliegenden Elektrode herstellt und das einen größeren Durchmesser als seine mit der Elektrode verbundene Fläche hat.

Ein derartiger .Überspannungsableiter ist bekannt (DE-PS 21 01 417). Durch die Maßnahme, das sehr dünne Metallplättchen mit einem größeren Durchmesser als seine Befestigungsfläche auf den Elektroden des Ableiters zu versehen, wird zwangsläufig eine unterschied-

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26.06.1978

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liehe Wärmeleitung des Metallplättchen zur Elektrodenoberfläche bewirkt. Die Randflächen, welche nicht auf der Elektrode aufliegen, schmelzen deshalb im Grenzbelastungsbereich des Überspannungsabieiters auf die Gegenelektrode auf oder verschmelzen, falls die Gegenelektrode zweckmäßig ebenfalls mit einem Metallplättchen belegt ist, mit diesem anderen Metallplättchen. Es wird damit ermöglicht, dem Überspannungsableiter eine Kurzschlußkennlinie zu geben, die stets unter der sogenannten Zerstörungskennlinie des Ableiters verläuft.

Neben diesem Überspannungsableiter mit innerem Kurzschluß bei Überlastung sind auch Überspannungsableiter mit äußeren KurzSchlußmechanismen bekannt (DE-PS 19 22 823). Bei diesen Einrichtungen ist eine Weichlotpille neben einer Elektrode angeordnet. Zusätzlich ist ein Bügel erforderlich, der im Betriebszustand kurz vor der Gegenelektrode endet. Außerdem ist eine Federkraft notwendig. Bei Erwärmung des Ableiters schmilzt die Weichlotpille, das Lot wird durch die Federkraft seitlich herausgedrückt und der Bügel führt den äußeren Kurzschluß herbei. Wirtschaftlicher ist ein Überspannungsableiter mit innerem Kurzschluß, da der mechanische Aufwand wesentlich geringer ist. Außerdem ist kein zusätzlicher äußerer Raumbedarf erforderlich.

Gasentladungs-Überspannungsableiter werden z.B. häufig im Hauptverteiler zum Schutz von Nachrichtenleitungen eingesetzt. Dabei entsteht eine hohe Packungsdichte. Um die Funktion einer solchen Einrichtung langfristig sicherzustellen, muß eine Beschädigung von Isolations-

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teilen und federnden Anschlüssen durch Überhitzung vermieden werden. Starke Erwärmungen treten durch die Verlustleistung im Ableiter auf, wenn z.B. ein Wechselstrom durch Berührung der Nachrichtenleitung mit einer Wechselstromleitung längere Zeit, d.h. in der Größenordnung von ungefähr 30 Sekunden, eingespeist wird. In diesen Fällen soll ein innerer oder äußerer Kurzschluß eintreten, der als galvanischer Schluß so niederohmig die Überspannung ableitet, daß keine schädliehe Erwärmung mehr entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Überspannungsableiter mit sogenanntem "fail safe"-Verhalten (Kurzschlußmechanismus) zu schaffen, bei dem die Wärmeableitung von den Elektroden so steuerbar ist, daß einerseits die geforderten Wechsel- und Stoßstrombelastungen ohne Änderung des Ansprechverhaltens durchführbar sind und andererseits der Kurzschlußmechanismus auch bei langanhaltender niedriger Wechselstrombelastung eintritt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das Metallplättchen als kompakte Scheibe ausgebildet ist, auf deren aktiver Oberfläche eine an sich bekannte Schicht aus einer Masse hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufgebracht und in Vertiefungen in der Oberfläche verankert ist.

Vorzugsweise werden dabei komplette Metallelektroden verwendet, die aus einem Material bestehen, dessen Ausdehnungskoeffizient dem Isolierkörpermaterial angepaßt ist und bei denen das Metallplättchen durch eine Hinterdrehung der Elektrodenoberfläche hergestellt ist.

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Es ist weiterhin besonders wirtschaftlich, als Elektrodenmaterial Eisen zu verwenden und die Elektrode mit einer Ringscheibe zu verlöten, die aus einer Legierung oder einem Metall besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient wiederum dem Ausdehnungskoeffizient des rohrförmigen Isolierkörpers angepaßt ist.

Der komplette Überspannungsableiter besteht aus einem rohrförmigen Isolierkörper aus Glas oder Keramik, der über eine Glasverbindung oder eine Hartlötung mit den Elektroden verbunden ist. Kompakte Metallanschlüsse an den Außenseiten der Elektroden sorgen für eine gute Wärmeableitung der Verlustleistung und erhöhen die Belastbarkeit des Ableiters. Mit der Stärke der Hinterdrehung oder dem überstehenden Scheibenrand kann die Wärmeableitung so gesteuert werden, daß die geforderten Wechsel- und Stoßstrombelastungen ohne Änderung des Ansprechverhaltens des Ableiters durchgeführt werden können und der Kurzschlußmechanismus aber auch bei langanhaltender niedriger Wechselstrombelastung eintritt. Die Kurzschlußkennlinie kann mit dem nötigen Sicherheitsabstand unterhalb der Zerstörungskennlinie angeordnet werden. Auf dem Isolierkörper des Überspannungsableiters sind zur Reduzierung der Ansprechstoßspannung vorzugsweise ein oder mehrere Streifen aus elektrisch leitfähigem Material, sogenannte Zündstreifen aufgetragen. Durch die Elektrodenkonstruktion mit über den Elektrodenrand herausragender Metallscheibe ist ein bedampf ungsarmer Hinterraum gebildet, so daß auch nach Belastung des Überspannungsabieiters die benötigte gute Isolation der Elektroden voneinander erhalten bleibt.

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An Hand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter im Schnitt,

Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Elektrode des Überspannungsabieiters im Schnitt und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrode im Schnitt.

Der in Fig. 1 dargestellte Überspannungsableiter ist ein sogenannter Knopfableiter und besteht im wesentlichen aus zwei abgestuft kegelstumpfförmigen Elektroden 6 und 7, die in die Enden eines rohrförmigen, in diesem Ausführungsbeispiel aus Keramik bestehenden Isolierkörpers 4 gasdicht eingesetzt sind« Die gasdichte Verbindung des Isolierkörpers k mit den Elektroden 6, erfolgt über eine Glasverbindung oder über eine Hartlotschicht. Die kompakten Metallanschlüsse 8 und 9, die mit den Elektrodenaußenwänden im verjüngten Elektrodenteil verlötet sind, sorgen für eine gute Wärmeableitung der unter Umständen auftretenden Verlustleistung und erhöhen somit die Belastbarkeit des Gasentladungs-Überspannungsableiters.

Die Abstufung in den Elektroden 6, 7 dient zur mechanischen Führung der z.B. aus Eisen bestehenden Metallanschlüsse 8 und 9. Als Metallanschlüsse können jedoch auch verkupferte Eisenstifte verwendet werden. Die Elek-

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troden 6, 7 sind auf ihren einander zugewandten Oberflächen jeweils mit einer massiven Metallscheibe 1 versehen, die einen größeren Durchmesser als die mit den Elektroden 6, 7 verbundene Fläche hat, so daß im Ableiterinnenraum ein bedampfungsarmer Hinterraum 10 gebildet ist. Dieser bedampfungsarme Hinterraum 10 ist vor allem dann von besonderer Bedeutung, wenn zur Reduzierung der Ansprechstoßspannung des Überspannungsableiters ein oder mehrere Streifen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Graphit, sogenannte Zündstreifen 5 auf die Innenwand des Isolierkörpers 4 aufgebracht sind. Damit ist auch bei einer möglicherweise auftretenden Verspratzung von den Metallscheiben 1 ein ausreichender Schutz des Hinterraumes 10 des Ableiters gewährleistet, so daß bei einem überspannungsableiter mit Zündstrich 5 stets eine ausreichende Restisolationsstrecke zwischen den Elektroden 6 und 7 bleibt. Die beiden Metallscheiben 1, die in diesem Ausführungsbeispiel in zusammengeschmolzenem Zustand dargestellt sind, weisen auf ihren aktiven Oberflächen eine Waffelung 3 auf, in der eine Schicht 2 hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit verankert ist. Die Schicht 2 besteht beispielsweise aus einer Mischung aus Alkalihalogenid, Titanhydrid und Bariumaluminiumlegierungspulver. Die Schicht 2 dient insbesondere zur Reduzierung der Ansprechspannung des Überspannungsableiters. Überspannungsableiter mit derartigen an sich bekannten Aktivierungsschichten zeichnen sich auch durch einen niedrigen Lichtbogenübergang aus, so daß bei stromstarken Entladungen die Verlustenergie im Gasentladungsüberspannungsableiter klein bleibt.

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Die in Fig. 2 dargestellte Elektrode hat den wesentlichen Vorteil, daß sie aus einem einzigen Metallstück durch Drehen herstellbar ist. Die massive Metallscheibe 1, beispielsweise der Elektrode 6 mit Anschlußbolzen 8, ist dabei durch eine Hinterdrehung der aktiven Elektrodenoberfläche hergestellt. Selbst die Waffelung 3, in der die Elektrodenaktivierungsschicht 2 verankert ist, läßt sich gleichzeitig beim Drehprozeß in Form von konzentrischen Rillen in das Metallstück einbringen. Als Material für das Metallstück muß ein solches gewählt werden, das einen an das Material des Isolierkörpers angepaßten Ausdehnungskoeffizienten hat. Geeignet ist beispielsweise eine Kobalt-Eisen-Nickellegierung.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Elektrode besteht wiederum der Anschlußbolzen 8 und die massive Metallscheibe 1 aus einem Metallstück. Die Metallscheibe ist durch eine Hinterdrehung der aktiven Elektrodenoberfläche hergestellt. Auch die VTaffeiung 3» in der die Aktivierungsschicht 2 verankert ist, läßt sich beim Drehen gleichzeitig herstellen. Der Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Elektrode besteht darin, daß das Elektrodenteil 6 in Form einer Ringscheibe ausgebildet als Einzelteil mit dem Anschlußbolzen 8 verlötet ist. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß als Elektrodenmaterial beispielsweise billiges Eisen verwendet werden kann, während nur für das Elektrodenteil 6 (Ringscheibe) eine relativ teure Metallegierung mit an das Isoliermaterial angepaßtem Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden ist.

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Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Insbesondere ist die Erfindung auch bei anderen Formen von Überspannungsableitern als bei sogenannten Knopfableitern, beispielsweise auch bei Zweistreckenableitern ausführbar.

5 Patentansprüche,
3 Figuren.

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Claims

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1.!überspannungsableiter mit einem gasgefüllten Gehäuse, rra dem in einem rohrförmigen Isolierkörper mit Abstand Elektroden gegenüberstehen, von denen mindestens eine auf ihrer der anderen Elektrode zugewandten Oberfläche mit einem Metallplättchen versehen ist, das bei Überlastung des Überspannungsabieiters eine galvanische Verbindung mit der gegenüberliegenden Elektrode herstellt und das einen größeren Durchmesser als seine mit der Elektrode verbundene Fläche hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallplättchen (1) als kompakte Scheibe ausgebildet ist, auf deren aktiver Oberfläche eine an sich bekannte Schicht (2) aus einer Masse hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufgebracht und in Vertiefungen (3) in der Oberfläche verankert ist.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Isolierkörper (4) mit mindestens einem Streifen aus elektrisch leitfähigem Material als Zündstreifen (5) versehen ist, der sich zumindest über einen Teil der Innenwand des Isolierkörpers (4) er· streckt.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2.

dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6, 7) massivzylindrisch sind und das Metallplättchen (1) an der Oberfläche durch eine Hinterdrehung der Elektroden (6, 7) gebildet ist.

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4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6, 7) jeweils mit einer metallischen Ringscheibe verlötet sind, die zum Verbinden mit dem Isolierkörper (4) einen an dessen Material angepaßten Ausdehnungskoeffizienten hat.

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen Elektroden (6, 7) die Metallanschlüsse (8, 9) umschließen, führen und durch eine Hartlötung miteinander verbunden sind.

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