DE2834088A1

DE2834088A1 - Gasentladungsroehre, insbesondere ueberspannungsableiter

Info

Publication number: DE2834088A1
Application number: DE19782834088
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Chem Dr Hahndorff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1978-08-03
Publication date: 1980-02-14
Also published as: FR2432763A1; FR2432763B1; US4287548A; CA1126329A; SE7906562L; JPS5524396A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und Minchen VPA

78 P 1 137 BRO

Gasentladungsröhre_i_insbesondere_^ersgannungsableiter

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsröhre, insbesondere Überspannungsableiter, mit einem gasgefüllten Gehäuse, in dem Hauptelektroden einander gegenüberstehen, die in die Enden eines rohrförmigen Isolierkörpers gasdicht eingesetzt sind, auf dessen Innenseite sich mindestens ein Streifen aus elektrisch leitfähigem Material als Zündstrich über einen Teil der Rohrlänge erstreckt.

Derartige Gasentladungsröhren, insbesondere Überspan- ■ nungsableiter, sind bekannt (man vergl. z.B. die DE-AS 22 07 009 oder die DE-AS 23 46 174). 15

Die Zündspannung von Überspannungsableitern sollte von der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit dÜ/dt möglichst unabhängig sein. Das ist bis ungefähr 10 V/s auch einigermaßen der Fall. Bei hohen Spannungsan-

Rb 1 Pj
28.07.1978

Ö3ÖÖ07/033A

VPA

₇₈ ρ _n 3 ₇

Stiegsgeschwindigkeiten, d.h. oberhalb von 10 V/s, findet man deutlich höhere Zündspannungen, im folgenden Ansprechstoßspannung genannt.

Die Ansprechstoßspannung kann durch Beimischung von radioaktiven Stoffen, z.B. Tritium, zum Gas oder durch die eingangs erwähnten Zündhilfen, z.B. in Form von Zündstrichen oder elektrisch leitfähigen Belägen auf den Isolierkörperinnenwänden der Überspannungsableiter bedeutend herabgesetzt werden. Natürliche Grenzen sind dadurch gesetzt, daß Restisolationsstrecken von mindestens 1 mm zur Aufrechterhaltung von Isolationswerten über 10 Ohm benötigt werden.

Die Länge der Isolationsstrecke beeinflußt die Ansprech stoßspannung deutlich, und zwar in dem Sinne, daß die Ableiter mit den kürzesten Isolationsstrecken und der höchsten Feldstärke an der Zündstrichspitze die schnell sten mit der niedrigsten Ansprechstoßspannung sind. Allerdings nimmt auch die Wahrscheinlichkeit von Isolationsfehlern zu, und da gerade bei Glas-Metall-Verbindungen die Hauptelektroden bald mehr, bald weniger dicht in das erweichte Glas an die Zündstrichspitze herangeschoben werden, muß man die Mindestlücke von etwa 1 mm einhalten. Die herstellungsbedingten Schwankungen der Isolationswege führen zu einer beträchtlichen Schwankungsbreite der Überspannungsableiterkennwerte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungsröhre, insbesondere Überspannungsableiter, zu schaffen, bei der die Differenz zwisehen Ansprechstoßspannung und Ansprechgleichspannung und insbesondere die Schwankungsbreite der Ansprechstoßspannung

030007/0334

VPA 78 P Π 3 7 BRD

wesentlich verringert ist. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Gasentladungsröhre der eingangs genannten Art vor, daß auf der Außenseite des Isolierkörpers mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht, Schelle oder Elektrode angebracht ist, die den Zündstrich oder einen nachträglich entstandenen leitenden Innenwandbelag von außen her zumindest teilweise überlappt.

Eine erfindungsgemäße Gasentladungsröhre hat den Vorteil, daß die Wirkung von Zündstrichen dadurch erhöht wird,daß auf der Isolierkörperaußenseite die elektrisch leitfähige Schicht so angebracht ist, daß der Zündstrich innen von der leitfähigen Schicht außen überläppt wird, wobei vorzugsweise der negative Pol an der mit dem Zündstrich elektrisch leitend verbundenen Hauptelektrode und der positive an der Hauptelektrode liegt, die mit der elektrisch leitfähigen Schicht elektrisch leitend verbunden ist.

Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähige Schicht und der Zündstrich soweit einander genähert und durch die Wand des Isolierkörpers aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante ε getrennt, daß die kürzeste Verbindung durch den Isolierkörper kleiner als das £ -fache der kürzesten Verbindung der beiden Hauptelektroden durch den Gasraum ist.

Damit wird der Vorteil erzielt, daß gegenüber den bekannten Ableitern mit dem Zündstrich auf der Innenseite des Isolierkörpers die Erhöhung der Feldstärke dadurch eintritt, daß - unabhängig vom isolationsbestimmenden Kriechweg - gleichzeitig ein geringerer Ab-

030007/033

VPA „

7BP 1 1 3 7 BRD stand (Wandstärke des Isolierkörpers) und eine höhere Dielektrizitätskonstante (Glas oder Keramik gegenüber Gas) wirksam werden.

Die größte Wirkung erzielt man, wenn die elektrisch leitfähige Schicht die Zündstrichkante ausreichend weit überlappt, zweckmäßig um wenigstens das Doppelte der Wandstärke, und wenn beim Einsatz der Gasentladungsröhre der Zündstrich negativ gepolt wird.

Es ist an sich bekannt, daß leitende Innenwandbeläge, die sich bei manchen Gasentladungsröhrentypen nach dem Verschließen beim Formieren, beim Probelauf oder erst im Betrieb durch Metallverdampfung oder Kathodenzerstäubung bilden, ebenfalls die Ansprechstoßspannung herabsetzen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, eine Außenelektrode so anzubringen, daß sich später darunter ein leitender Innenwandbelag oder ein dunkler Ring bildet.

Es sind auch triggerbare Gasentladungsröhren an sich bekannt, die gleichfalls eine Außenelektrode haben, aber keinen Zündstrich enthalten, und durch eine hochfrequente Wechselspannung gezündet werden. Das erfindungsgemäße Merkmal ist aber gerade das gleichzeitige Vorhandensein eines Zündstriches und einer Außenelektrode, die denselben überlappt, wobei der wichtigste Anwendungsfall der ist, bei dem die Ansprechstoßspannung mit dem negativen Pol am Zündstrich und mit dem positiven Pol an der Außenelektrode liegt und Zündstrich und Außenelektrode unlösbar mit je einer Hauptelektrode verbunden sind. Die Wirkung der beiden Anordnungen unterscheidet sich folgendermaßen. Die Zünd-

030007/0534

283VQ88

VPA 78 P μ 3 7 8RD

spannung für langsame Spannungsanstiege (Ansprechgleichspannung) wird durch einen Zündstrich oder eine erfindungsgemäße Zündstrichanordnung innerhalb und außerhalb der Gasentladungsröhre nicht verändert. Nur die An-Sprechverzögerung wird kurzer. Dagegen läßt sich die Ansprechgleichspannung bei triggerbaren Ableitern herabsetzen. Die Erfindung wiederum löst das Problem, nur die Ansprechstoßspannung zu verringern und die Ansprechgleichspannung konstant zu halten, also die Differenz zwischen beiden zu verringern, ohne die Zündspannung für langsame Spannungsanstiege zu verändern. Auch in der Anwendung vermögen sich beide Bauelemente nicht zu ersetzen. Einerseits lassen sich die erfindungsgeraäßen Gasentladungsröhren kaum triggern, andererseits versagen triggerbare Gasentladungsröhren bei raschen Spannungsanstiegen, wenn man die Steuerelektrode mit einem Anschluß verbindet und hochfrequente elektrische Wechselfelder fehlen.

Die Außenelektrode kann durch Aufpinseln, Aufdrucken oder Aufspritzen von Hydrokollag, Leitsilber, Rußfarbe oder Glanzplatin erzeugt werden, aber auch durch Aufdampfen, Aufstäuben, Aufreiben oder Aufsintern von Metallen und anderen leitenden Materialien. Auch Klemmringe, leitende Klebestreifen, elastische leitende Kunststoffe, wie Silikonkautschuk, Schellen, Elektrodenschirme und -hüte, galvanisch verstärkte Beschichtungen sowie Ableiterfassungen, die die Isolierkörper eng umgreifen oder deren Luftspalt am Zündstrich mit leitendem oder dielektrischem Material ausgestopft ist, sind geeignet.

030007/0334

VPA 78 P η 37 BRD

Man erreicht auf diese Weise bei 230 V-Ableitern beispielsweise Ansprechstoßspannungen von unter 500 Y für 10 T/s, und zwar bei guter Isolation und vor allem bei einer auffallend geringen Streuung der Ansprech-Stoßspannung sowohl der Einzelexemplare als auch der Fe'rtigungskollektive. Insbesondere bei großen Stückzahlen beobachtet man weniger Ausreißer und damit eine bessere Annäherung der Ansprechstoßspannung an eine Normalverteilung.

Physikalisch läßt sich der der Erfindung zugrundeliegende Effekt so deuten, daß das elektrische PeId zwischen zwei Polen bei konstant gehaltener Spannung in einer quer zur Feldrichtung eingebrachten isolierenden Platte geschwächt und im Luftspalt verstärkt wird, wobei an der Isolat-oroberflache die Feldstärke im Luftspalt das £ -fache der Feldstärke im Isolator beträgt und das Linienintegral der elektrischen Feldstärke von Pol zu Pol gleich der angelegten Spannung ist.

Dadurch kann die elektrischeFeldstärke an einem Zündstrich erhöht werden, ohne die Gasentladungsstrecke zu verkürzen, und zwar umso mehr, je dünner das Dielektrikum und je höher seine Dielektrizitätskonstante B ist.

Anhand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden.
Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen überspannungsableiter im Schnitt,

Fig. 2 eine Abwicklung in Pfeilrichtung II auf den Isolierkörper nach Fig. 1 gesehen,

030007/0334

--?-- VPA ⁷⁸P Π37 BRD

Pig. 3 eine Explosionsdarstellung eines weiteren lib er spannungsableiter s gemäß der Erfindung und die

Pig. 4 Ms 9 weitere Abwicklungen in Pfeilrichtung II auf den Isolierkörper nach Pig. 1 gesehen.

Der in Pig. 1 dargestellte gasgefüllte Überspannungsableiter weist zwei Hauptelektroden 4,5 auf, die in die Enden eines rohrförmigen Isolierkörpers gasdicht eingesetzt sind. Als Gasfüllung für den Überspannungsableiter wird vorzugsweise ein Edelgas verwendet. Auf der Innenseite des Isolierkörpers 1 erstreckt sich mindestens ein Streifen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Graphit, als Zündstrich über einen Teil der Sohrlänge des Isolierkörpers 1 von der einen Hauptelektrode 4 bzw. 5 in Richtung auf die andere Hauptelektrode 5 bzw. 4. Auf der Außenseite des Isolierkörpers 1 ist mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht 2 angebracht, die den Zündstrich 3 teilweise überlappt. In Pig. 2 ist eine derartige Überlappung von zwei auf dem Isolierkörper 1 innen aufgebrachten Zündstrichen 3 und zwei auf den Isolierkörper 1 außen angebrachten 'elektrisch leitfähigen Schichten 2 dargestellt.

Pig. 3 zeigt einen Überspannungsableiter mit einer Außenelektrode bzw. Schelle als elektrisch leitfähige Schicht 2. Die beiden Hauptelektroden 5,V-sind auf ihren aktiven Oberflächen mit einer Waffeiung 6 versehen, in der eine Elektrodenaktivierungsschicht, d.h. eine Schicht hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit, verankerbar ist.

030007/0334

Ar

7BP 1137 BRD

Der Zündstrich 3 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel von der Hauptelektrode 5 ausgehend in Richtung auf die Hauptelektrode 4 und wird im Bereich zwischen den beiden Hauptelektroden 4,5 von der elektrisch leitfähigen Schicht 2, die in diesem Ausführungsbeispiel als Kupferlitze ausgebildet ist, überlappt.

Die Figuren 4 bis 9 zeigen weitere Anordnungen von auf den Isolierkörper 1 innen aufgebrachten Zündstrichen 3 und außen aufgebrachten elektrisch leitfähigen Schichten 2. In Pig. 4 sind die Zündstriche im Überlappungsbereich zugespitzt und die elektrisch leitfähigen Beläge 2 abgerundet. In Pig. 5 haben Zündstrich 3 und Belag 2 im Überlappungsbereich gleiche Breite. In Fig. 6 sind die Zündstriche 3 T-förmig ausgebildet. Pig. 7 zeigt einen Mittelzündstrich 3, der an seinen Außenenden von den mit den ■Hauptelektroden verbundenen elektrisch leitfähigen Belägen 2 überlappt wird. Die Figuren 8 und 9 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Überlappungsbereiche von einem von der einen Hauptelektrode ausgehenden Zündstrich 3 und einer von der anderen Hauptelektrode ausgehenden elektrisch leitfähigen Schicht 2, die auf dem Isolierkörper 1 innen bzw. außen aufgebracht sind.

5 Patentansprüche
9 Figuren

030007/0334

Claims

2934088

VPA

⁷³ P 1 1 3 7 BRD

(1. Gasentladungsröhre, insbesondere Überspannungsableiter, mit einem gasgefüllten Gehäuse, in dem Hauptelektroden einander gegenüberstehen, die in die Enden eines rohrförmigen Isolierkörpers gasdicht eingesetzt sind, auf dessen Innenseite sich mindestens ein Streifen aus elektrisch leitfähigem Material als Zündstrich über einen Teil der Rohrlänge erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des Isolierkörpers (1) mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht, Schelle oder Elektrode

(2) angebracht ist, die den Zündstrich (3) oder einen nachträglich entstandenen leitenden Innenwandbelag von außen her zumindest teilweise überlappt.
2. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zündstrich (3) elektrisch leitend mit einer Hauptelektrode (4, 5) verbunden ist.
3. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht (2) elektrisch leitend mit einer Hauptelektrode (5, 4) verbunden ist.
4. Gasentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht (2) und der Zündstrich

(3) soweit einander genähert und durch die Wand des Isolierkörpers (1) aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante £ getrennt sind, daß die kürzeste

030007/0334

^VPA 7SP π 3 7 BRB

Verbindung durch den Isolierkörper (1) kleiner als das £ -fache der kürzesten Verbindung der beiden Hauptelektroden (4, 5) durch den Gasraum ist.
5. Verfahren zum Betrieb einer Gasentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Spannung an beide Hauptelektroden (4, 5) gelegt wird und daß der Zündstrich (3) negativ gepolt wird.

030007/0334