DE2828650A1

DE2828650A1 - Ueberspannungsableiter

Info

Publication number: DE2828650A1
Application number: DE19782828650
Authority: DE
Inventors: Juergen Ing Grad Boy; Gerhard Ing Grad Lange
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1980-01-03
Also published as: FR2430082A1; JPH0311065B2; FR2430082B1; DE2828650B2; JPS559399A; CA1126330A; CH648438A5; US4266260A; DE2828650C3

Description

SIEMENS AKTIENGESELUSCHAFT Unser Zeichen Berlin und Minchen 78 P 1 1 0 9 BRO

Ubersgannungsableiter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter mit einem gasgefüllten Gehäuse, in dem durch einen rohrförmigen Isolierkörper einander beabstandet abgestuft kegelstumpfförmig ausgebildete Kupferelektroden gegenüberstehen, die im Bereich der aktiven Oberflächen dickwandiger ausgebildet sind als die kegeligen Seitenwände im Bereich des Überganges auf den Isolierkörper.

Pumpstengellose Überspannungsableiter mit kegelstumpfförmig ausgebildeten Elektroden, die im Bereich der aktiven Oberflächen dickwandiger ausgebildet sind als die kegeligen Seitenwände im Bereich des Überganges auf den rohrförmigen Isolierkörper sind bekannt (DE-OS 1 951 015). Es ist auch an sich bekannt, daß die Elektroden im Bereich ihrer aktiven Oberfläche eine flache

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28.06.1978

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Waffeiung für das Auftragen einer Aktivierungsmasse aufweisen können. Allerdings geht aus dieser Druckschrift nicht hervor, welcher Art die Aktivierungsmasse sein soll. Die Elektroden bestehen dabei aus einer Ni-Fe-Co-Legierung, an deren Außenseiten elektrische Zuleitungen angebracht sind.

Außerdem sind Überspannungsableiter mit Pumpstengel bekannt, deren massive Elektroden aus Kupfer bestehen (US-PS 3 454 811). Allerdings ist bei diesen Überspannungsableitern auf den aktiven Elektrodenoberflächen keine Waffeiung zum Verankern einer Aktivierungsschicht vorgesehen. Eine spezielle Lösung sieht sogar das Aufbringen einer Kohleschicht auf den Elektroden vor, um unter Entladungsbedingungen des Ableiters das Entstehen von Vertiefungen auf den aktiven Oberflächen der Elektroden zu vermeiden.

Gasentladungs-Überspannungsableiter sollen leistungsfähig und langlebig sein. In zunehmenden Maße wird daher neben der Wechsel- und Stoßstrombelastungsfähigkeit auch auf hohe Schaltlebensdauereigenschaften Wert gelegt. Schaltlebensdauerprüfungen werden mit impulsförmigen Stoßströmen durchgeführt, die gegenüber der

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üblichen Stoßstromprüfung, z.BxkA Welle 10/50/us geringere Stromstärken und längere Zeiten aufweisen, z.B. 500 A Welle 10/1000 Ais. Bewertet wird dabei die mittlere erreichbare Anzahl an Schaltungen, bei denen die Überspannungsableiter nicht ihre Funktionsfähigkeit verlieren, d.h. die Ansprechgleichspannung und die Isolation dürfen sich über vorgegebene Werte hinaus nicht verändern.

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Die Summe der geforderten elektrischen Eigenschaften wird hauptsächlich von der Größe der Elektroden, dem Material, der Elektrodenaktivierungsmasse, der Gasart und dem Gasdruck bestimmt. Die verwendeten Elektrodenmaterialien der bekannten Gasentladungs-Überspannungsableiter sind überwiegend Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, die im Ausdehnungskoeffizienten an die Keramik des Isolierkörpers angepaßt sind. An derartige Elektroden können Kupferanschlußdrähte reproduzierbar sicher angeschweißt werden.

Zum Schutz von Nachrichtenleitungen eingesetzte Überspannungsableiter, die als Luftfunkenstrecken mit Kohleelektroden ausgebildet sind, neigen durch ihren geringen Elektrodenabstand von ca. 0,05 mm zu Feinschlüssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, gasgefüllte Überspannungsableiter mit kleinen Abmessungen zu schaffen, die sich durch gute Wechselstrombelastungs-, Stoßstrombelastungs- und Lebensdauereigenschaften kombiniert mit niedriger Ansprechstoßspannung und hoher Löschspannung auszeichnen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß auf den aktiven Oberflächen der Kupferelektroden eine tiefe Waffeiung oder konzentrische Ringe vorgesehen sind, in denen eine Elektrodenaktivierungsmasse aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist.

Das Aluminiumpulver und das Magnesiumoxid der Elektrodenaktivierungsmasse haben dabei vorzugsweise eine Korngröße zwischen 1 und 50/um. Die Tiefe der Waffelung oder der konzentrischen Ringe beträgt vorteilhaft unge-

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fähr 0,25 mm. Derart tiefe Verankerungen der Aktivierungsschicht verleihen der Elektrodenoberfläche eine Vorratskathodeneigenschaft und sind praktisch nur bei Kupfer als Elektrodenmaterial möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kupferelektroden an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Außenflächen elektrische Anschlüsse auf. Für einzelne Anwendungen werden benötigte An-Schlüsse mit der Elektrode zusammen ausgeformt, die als massiver Zylinder gleichzeitig die Belastungsfähigkeit erhöhen. Um die hohe Stoßstromtragfähigkeit des erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters gewährleisten zu können, ist es vorteilhaft, die elektrischen Anschlüsse aus Kupfer zu wählen. Mit einer Widerstandschweißung können jedoch Kupferanschlüsse nicht sicher genug auf Kupferelektroden aufgeschweißt werden. Es kann daher zweckmäßig sein, die Kupferelektroden in einem Fließpreßverfahren herzustellen, wobei die Kupferelektroden als Verbundmaterial in der Schweißzone eine Scheibe aus gut schweißbaren Material, z.B. Fe, Ni oder eine Fe-Ni-Co-Legierung aufweisen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kupferelektroden pulvermetallurgisch als Verbundmaterial hergestellt und enthalten in Höhe der Schweißzone ein gut schweißbares Material, z.B. Fe oder Ni.

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

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Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter im Schnitt,

Fig. 2 einen anderen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter im Schnitt,

Fig. 3 einen weiteren erfindungsgemäßen Überspannungsableiter im Schnitt,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter mit eingequetschten Anschlußdrähten im Schnitt und

Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter in Form eines Zweistreckenableiters im Schnitt.

Der in Fig. 1 dargestellte Überspannungsableiter besteht im wesentlichen aus einem gasgefüllten Gehäuse, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem durch einen rohrförmigen Isolierkörper 9, beispielsweise aus Keramik, einander beabstandet abgestuft kegelstumpfförmig ausgebildete Kupferelektroden 1, 2 gegenüberstehen, die im Bereich der aktiven Oberflächen dickwandiger ausgebildet sind als die kegeligen Seitenwände im Bereich des Übergangs auf den Isolierkörper 9. Auf den aktiven Oberflächen der Kupferelektroden 1, 2 ist eine tiefe Waffelung oder konzentrische RingeSvorgesehen, in denen die Elektrodenaktivierungsmasse 6 aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Überspannungsableiter besteht aus einem rohrförmigen Isolierkörper 9_} in dessen Stirnseiten kegelstumpfförmig ausgebildete Kupferelektroden 1, 2 gasdicht eingesetzt sind. Als Gasfüllung dient

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vorzugsweise Edelgas. Es kann aber beispielsweise auch Stickstoff verwendet werden. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kupferelektroden 1, 2 mit den elektrischen Anschlüssen 3, 4 aus einem Stück geformt. Dabei sind die Seitenwände der Kupferelektroden 1, 2 dünnwandiger ausgebildet als der Boden der Elektroden 1, 2 und weisen außerdem noch eine Abstufung auf, so daß ein elastischer Ubergangsbereich von den Elektroden 1, 2 auf den rohrförmigen Isolierkörper 9 geschaffen ist. Auf den aktiven Oberflächen der Elektroden 1, 2 ist eine tiefe Waffelung oder konzentrische Ringe 5 vorgesehen, in der eine Elektrodenaktivierungsmasse 6 aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist. Durch eine Waffeltiefe von vorzugsweise etwa 0,25 mm werden tiefe Hinterräume geschaffen, die ein besonders gutes Haften der Aktivierungsmasse gewährleisten. Zur weiteren Reduzierung der Ansprechstoßspannung des Überspannungsableiters kann es zweckmäßig sein, auf der Innenwand des Isolierkörpers 9 einen oder mehrere Streifen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Graphit, sogenannte Zündstreifen IO aufzubringen. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Isolierkörper 9 an seinen Stirnseiten außen einen Absatz auf, über den die Außenseiten der Kupferelektroden 1, 2 nicht hinausragen, so daß bei einem möglichen Einbau des Überspannungsableiters in eine Metallrohrfassung zwischen der nicht dargestellten Fassung und den Kupferelektroden 1, 2 eine Isolationsstrecke gebildet ist.

Auch der in Fig. 3 dargestellte überspannungsableiter weist zwei abgestuft kegelstumpfförmige Küpferelektroden 1, 2 auf, die in die Enden eines rohrförmigen, in

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diesem Ausführungsbeispiel aus Keramik bestehenden Isolierkörpers 9 gasdicht eingesetzt sind. Die gasdichte Verbindung wird mit einer Lotschicht oder einer Glaseinschmelzung realisiert. Die aktiven Oberflächen der Elektroden 1, 2 sind mit einer tiefen Waffeiung oder konzentrischen Ringen 5 versehen, in der die Elektrodenaktivierungsmasse 6 verankert ist. Die Kupferelektroden sind dabei vorzugsweise in einem Fließpreß- oder Prägeverfahren hergestellt und am Boden dickwandiger als in den kegeligen Seitenteilen ausgebildet. Auf der Außenseite des Bodens der Elektroden 1, 2 ist als Verbundmaterial in der Schweißzone 7 zwischen den Außenflächen der Kupferelektroden 1, 2 und den aus Kupfer bestehenden elektrischen Anschlüssen 3> 4 eine Scheibe 3 aus gut schweißbarem Material, z.B. aus Eisen, Nickel oder einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung vorgesehen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Überspannungsableiter weisen die in den Isolierkörper 9 gasdicht eingesetzten kegelstumpfförmigen Kupferelektroden 1 und 2, die auf ihren aktiven Oberflächen eine tiefe Waffelung bzw. konzentrische Ringe 5 haben, in denen die Aktivierungsschicht 6 verankert ist, an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Außenseiten einen aufgelöteten Rohrniet 12 auf. Dieser Rohrniet 12 besteht vorzugsweise aus Kupfer. In diesen Rohrniet 12 sind die Anschlußdrähte 13, 14 eingeschoben und eingequetscht.

In Fig. 5 ist ein Überspannungsableiter in Form eines .50 Zweistreckenableiters dargestellt. Der Isolierkörper ist dabei in seiner Mitte durch eine Kupferringelektrode 11 unterteilt, die mit den wiaderum kegeistuinpf-

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^VPA 78 P 1 1 0 9 BRD förmig ausgebildeten Kupferelektroden 1, 2 zwei Entladungsstrecken bildet. Wie die beiden kegelstumpfförmigen Außenelektroden 1,2 ist die mittlere Kupferringelektrode 11 auf ihren aktiven Oberflächen mit einer tiefen Waffelung oder konzentrischen Ringen 5 versehen, in der die Elektrodenaktivierungsmasse aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist. Die Kupferelektroden 1, 2 weisen in diesem Ausführungsbeispiel an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Außenflächen elektrische Anschlüsse 3, 4 in Form eines angepreßten Zylinders auf, dessen Abmessungen dicker sind als die anzuschweißenden Anschlußdrähte 13, 14. Durch diese Formgebung wird die Wärmeableitung während der Schweißung reduziert. Der angepreßte Zylinder ist insbesondere ungefähr 1,5 fach so dick wie die anzuschweißenden Anschlußdrähte 13, 14. Diese Formgebung der Elektroden ist auf Zweistreckenabieiter nicht beschränkt sondern kann mit Vorteil und bei Einstreckenüberspannungsableitern angewendet werden.

Die feste Verbindung der elektrischen Anschlüsse 3, 4 mit den Anschlußdrähten 13» 14 kann zweckmäßig auch dadurch realisiert sein, daß die Kupferelektroden 1, 2 pulvermetallurgisch hergestellt sind und in der Höhe der Schweißzone 7 ein gut schweißbares Material, vorzugsweise Eisen oder Nickel enthalten.

10 Patentansprüche,
5 Figuren.

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Claims

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Patentansprüche

/i.^Überspannungsableiter mit einem gasgefüllten Ge- ^-feiäuse, in dem durch einen rohrförmigen Isolierkörper einander beabstandet abgestuft kegelstumpfförmig ausgebildete Kupferelektroden gegenüberstehen, die im Bereich der aktiven Oberflächen dickwandiger ausgebildet sind als die kegeligen Seitenwände im Bereich des Übergangs auf den Isolierkörper, dadurch gekennzeichnet , daß auf den aktiven Oberflächen der Kupferelektroden (1, 2) eine tiefe Waffelung oder konzentrische Ringe (5) vorgesehen sind, in denen eine Elektrodenaktivierungsmasse (6) aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver und das Magnesiumoxid der Elektrodenaktivierungsmasse (6) eine Korngröße zwischen 1 und 50/um haben.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Waffeiung oder konzentrischen Ringe (5) ungefähr 0,25 mm beträgt.

^.Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferelektroden (1, 2) an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Außenflächen elektrische Anschlüsse (3, 4) aufweisen.

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5. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferelektroden (1, 2) mit den elektrischen Anschlüssen (3> 4) aus einem Stück geformt sind.

6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferelektroden (1, 2) in einem Fließpreßoder Prägeverfahren hergestellt sind und daß als Verbundmaterial in der Schweißzone (7) zwischen den Außenflächen der Kupferelektroden (1, 2) und den elektrischen Anschlüssen (3, 4) eine Scheibe (8) aus gut schweißbarem Material, wie Eisen, Nickel oder einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung, vorgesehen ist.

7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferelektroden (1, 2) pulvermetallurgisch hergestellt sind und in Höhe der Schweißzone (7) ein gut schweißbares Material, vorzugsweise Eisen oder Nikkei enthalten.

8. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferelektroden (1, 2) an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Außenflächen elektrische Anschlüsse (3, 4) in Form eines angepreßten Zylinders aufweisen, dessen Abmessungen dicker sind als der anzuschweißende Anschlußdraht (13» 14).

9.Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Kupferelektroden (1, 2) an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Außenflächen einen aufgelöteten Rohrniet (12), vorzugsweise aus Kupfer, aufweisen, in den die Anschlußdrähte (13, 14) eingequetscht sind. 5

10. überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Form eines ZweiStreckenableiters, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (9) in seiner Mitte durch eine Kupferringelektrode (11) unterteilt ist, die mit den Kupferelektroden (1, 2) zwei Entladungsstrecken bildet und die auf ihren aktiven Oberflächen mit einer tiefen Waffeiung oder konzentrischen Ringen (5) versehen ist, in der die Elektrodenaktivierungsmasse (6) verankert ist.

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