DE3207663A1

DE3207663A1 - Ueberspannungsableiter mit einem gasgefuellten gehaeuse

Info

Publication number: DE3207663A1
Application number: DE19823207663
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ing. grad. 1000 Berlin Boy; Gerhard Ing. Grad. Lange
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1983-09-08
Also published as: US4493004A; EP0087820B1; JPS58163193A; DE3373244D1; BR8301014A; EP0087820A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen " Berlin und München VPA tn ρ * * ς? nc

überspannungsableiter mit einem gasgefüllten Gehäuse.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sin derartiger Überspannungsableiter ist aus der DE-OS 28 28 650 bekannt. Aus der DE-AS 23 10 960 ist es bekannt, in einen Überspannungsableiter zwischen jeder Elektrode und der Innenwand des Isolierkörpers einen zwickelförmigen Spalt vorzusehen, welcher eine Länge von mindestens 1mm und eine Weite von höchstens Q,15mm aufweist und durch diese Dimensionierung einen bedampfungsarmen Hinterraum bildet, da die Druckwelle,

die bei Überschlagen hoher Stromstärke entsteht, das Gasvolumen im Spalt komprimiert und dadurch das Eindringen von abdampfendem Material in den Hinterraum des Spaltes weitgehend verhindert.

Bekannte Überspannungsableiter haben selbst für die Leistungsklasse lightduty einen Mindestdurchmesser von etwa 5mm. Dabei werden die in jüngster Zeit verschärften Lebensdauerbedingungen für derartige Überspannungsableiter nicht erreicht.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, den Außendurchmesser eines Überspannungsableiters auf weniger als 4mm zu verringern, um eine höhere Packungsdichte von Überspannungsableitern zu erreichen, und gleichzeitig die Lebensdauer des Überspannungsableiter zu erhöhen und die übrigen Kenndaten zumindest beizubehalten. ;

Diese Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter gemäß Oberbegriff durch das Zusammenwirken der Merkmale des

kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Die 10.2.1982/Mhs 1 Lk

·-· ^:~^:···^:*^:.Λ::.32Ο7663

- -er - ^VPA 82 P 1 1 5 2 OE

erfindungsgemäße Dimensionierung verhindert gleichzeitig ein Schmelzen und ein Zerplatzen des Überspannungsableiters und sichert eine lange Lebensdauer.

Das sehr kleine Mindestvolumen für den Gasentladungsraum von nur 20mm3 ist nur in Verbindung mit der speziellen Formgebung und den angegebenen Werkstoffen für die Elektroden und das Gehäuse erreichbar. Der bedampfungsarme Hinterraum in den Spalten gewährleistet eine ausreichende Isolationsstrecke zwischen den Zündstrichen und den Elektroden. Zu einer sicheren Funktion ist aber auch notwendig, daß die Zündstriche in den bedampfungsarmen Hinterraum reichen, da nach einer Bedampfung die Spitzen des elektrischen Feldes wegfallen und somit die zur Zündung bei schnellansteigenden Spannungen erforderliche Hilfsentladung über den Zündstrich erschwert wird. Andererseits muß der Spalt zwischen Wandung und Elektrode möglichst klein sein, damit die Elektroden mit relativ großem Durchmesser ausgeführt werden können. Dies ist erforderlich, damit die Elektroden bei der Entladung nicht schmelzen, sondern die entstehende Wärme speichern und schließlich abgeben können. Diese geringe Spaltbreite ist wiederum nur möglich, wenn eine hochaktive Elektrodenaktivierungsmasse verwendet wird. Hierfür eignen sich bekannte Massen, wie insbesondere eine Mischung aus Kaliumhalogenid und einer Barium-Aluminium-Legierung. Diese hochaktive Elektrodenaktivierungsmasse wird in einer axialsymmetrischen Vertiefung untergebracht, damit einerseits die Masse bei der Entladung nicht weggeblasen werden kann und damit andererseits der Lichtbogen bei der Entladung wandert, ohne daß sein Fußpunkt die Elektroden an einer Stelle zum Schmelzen bringt. Die genannte Elektrodenaktivierungsmasse gewährleistet aber auch, daß bei relativ schmalen Spalten die Hauptentladung zwischen den Stirnflächen der Elektroden, nicht aber über die Zündstriche erfolgt. Das Gehäuse aus keramik, die Ausführung des Elektrodenflansches und die Hartlötung ergeben einen

sehr druckfesten und thermisch stabilen Aufbau.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die oben genannten Merkmale zusammenwirken und dadurch die Vekleinerung des Ableiters möglich machen. 5

• ■ * ■ - -

Bei einer Spaltlänge je Elektrode von zumindest 2,5mm werden die heute üblichen Anforderungen an die Spannungsfestigkeit bereits gewährleistet. ISine Ausführungsform mit einer Spaltbreite vonC^nn, einer Spaltlänge von 3,7mm, einem Durchmesser der Elektroden von 2,2mm, einem gegenseitigen Abstand der Stirnflächen der Elektroden von 0,6mm, symmetrisch zu den beiden Elektroden angeordneten Zündstrichen, die galvanisch gegenüber beiden Elektroden isoliert angeordnet sind und in die beiden Spalte je etwa 2,4mm weit hineinragen, werden die Anforderungen an einen Überspannungsableiter für 5A/1s und 2,5kA der CCITT-Norm 8/20us mit Sicherheit erfüllt.

Die Erfindung wird nun anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt einen erfinaungsgemäßen Überspannungsableiter in geschnittener Ansicht im Maßstab 10:1.

Zwei Elektroden 1 und 2 weisen jeweils einen zylinderförmigen Teil 3 und einen kegelstumpfförmigen Teil 4 auf.

Der kegel.stumpfförmige Teil 4 ist dünnwandig ausgebildet und mit einem Flansch 5 einstückig verbunden. Der Flansch ist jeweils mit einer Stirnseite eines Keramikrohres 11 an jeweils einer Stirnseite 10, 12 hartverlötet. Die Elektroden 1, 2 weisen in ihren einander zugewandten.Stirn- flächen achssymmetrische Vertiefungen β auf, welche- mit einer hochaktiven Elektrodenektivierungsmasse 7 gefüllt sind. In ihrem kegelförmiger Teil v.-eisan die Elektroden

je einen Anschlußzapfen 8 auf, welcher den kegelförmigen Teil nicht überragt. An diesen Anschlußzapfen 8 ist -jeweils ein Anschlußdraht 9 stumpf angeschweißt. Sofern die Überspannungsableiter in eine Halterung eingesetzt werden sollen, kann der angeschweißte Anschlußdraht entfallen. In diesem Fall kann eine Halterung an den Flanschen 5 anliegen. Der Anschlußzapfen 8 stört dabei nicht, da er nicht über den kegelförmigen Teil der Elektroden hervorragt. Zündstriche 13 sind gegenüber beiden Elektroden galvanisch isoliert angeordnet und reichen in bedampfungsarme Hinterräume der Spalte 14 und 15 zwischen den Elektroden 1, 2 und dem Keramikrohr 11 hinein.

Die Spalte 14 und 15 haben eine Breite von etwa 0,3mm.

Die bedampfungsarmen Hinterräume |beginnen etwa in einer Entfernung von 1,5mm von der Stirnfläche der jeweiligen Elektrode. Die Zündstriche 13 reichen etwa 2,4mm in die Spalte 14, 15 hinein. Die Gesamtlänge der Spaltet, 15 inclusive des Zwickels im Bereich des kegelstumpfförmigen Teiles dieser Spalte beträgt etwa 3,7mm. Der Durchmesser der zylinderförmigen Teile 3 der Elektroden 1, 2 beträgt 2,2mm, der Abstand zwischen den Stirnflächen der Elektroden 1, 2 beträgt 0,6mm. Bei Verwendung einer hochaktiven Elektrodenaktivierungsmasse 7 erfüllt die hier gezeichnete Ausführungsform die Bedingungen eines uberspannungsableiters für 5A/1s und 2,5kA gemäß der internationalen Norm CCITT 8/20. Die Wandstärke des Keramikrohres von nur 0,5mm gibt dem Überspannungsableiter in Verbindung mit der hochtemperaturbeständigen Hartlötung die erforderliche Festigkeit. Die Druckwelle, die insbesondere bei der Prüfung mit 2,5kA auftritt, wird durch die Formgebung des Entladungsraumes und der Spalte abgefangen, ohne zum Zerreißen des Uberspannungsableiters zu führen.

■.'"■' ^:

Der Zündstrich 13 ist vorteilhaft als Graphitstrich ausgebildet .

VPA 82 P Π 52OE

Der Anschlußzapfen 8 kann weggelassen werden, sofern kein Anschlußdraht angeschweißt werden soll.

Bei einem. Durchmesser der muldenförmigen Vertiefung 6 von 1mm bleibt für den Fußpunkt des Lichtbogens ein ausreichend breiter Kupferrand von 0,6mm Breite.

Die hier angegebene·Dimensionierung läßt relativ unkritische Fertigungstoleranzen zu. Insbesondere können Keramikrohre der üblichen Toleranz verwendet werden, sie brauchen nicht auf Durchmesser geschliffen zu werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dimensionierung besteht in einer sehr kleinen elektrischen Kapazität der Anordnung, die durch den kleinen Elektrodendurchmesser erreicht wird. Dadurch können derartige Ableiter in Schaltkreisen mit hoher Eetriebsfrequenz eingesetzt werden, ohne eine unerwünschte Dämpfung der Frequenzen zu ergeben.
3 Patentansprüche

1 Figur

Leerseite

Claims

82 Pt 1 5 2 DE Patentansprüche

1. Überspannungsableiter mit einem gasgefüllten Gehäuse, in dem durch einen rohrförmigen Isolierkörper voneinander beabstandet Kupferelektroden einander gegenüber stehen, welche sich aus einem kegelstumpfförmigen Teil mit geringer Wandstärke und mit einem an einer Stirnfläche des Isolierkörpers vakuumdicht befestigten Flansch und aus einem zylinderförmigen Teil aus Vollmaterial zusammensetzen, in dem^jede der einander gegenüber stehenden Stirnflächen der Elektroden eine achssymmetrisdie Vertieiüng aufweist, in der eine Elektrodenaktivierungsmasse verankert ist und in dem auf dem Isolierkörper einer oder mehrere Zündstriche angebracht sind, die eng an die Elektroden gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung in der Stirnfläche jeder Elektrode muldenförmig

ist, daß jede Vertiefung mit einer hochaktiven Elektrodenaktivierungsmasse gefüllt ist, daß zwischen dem zylinderförmigen Teil jeder Elektrode und dem Isolierkörper ein ringförmiger Spalt mit einer Spaltbreite von etwa 0,2mm bis 0,4mm freibleibt, daß der gegenseitige Abstand der Stirnflächen der Elektroden nicht größer ist, als das 3,5fache der Spaltbreite im Bereidh der Zündstreifen, daß das Volumen des Entladungsraumes inclusive der Spalte zumindest 20tdxo? beträgt, daß das Isolierrohr aus Keramik besteht und mit den Flanschen der Elektroden durch Hartlöten vakuumdicht verbunden ist und daß der Zündstreifen zumindest 1,5mm in jeden der beiden Spalte und damit jeweils in einen bedampfungsarmen Hinterraum des entsprechenden Spaltes hineinreicht.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltlänge je Elektrode zumindest 2,5mm beträgt.

3. Überspannungsableiter nach Ansoruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Dimensionierung;

Spaltbreite 0,3mm, Spaltlänge je Elektrode 3»7mm, Durchmesser der Elektroden 2,2mm, gegenseitiger Abstand der Zylinderflächen der Elektroden 0,6mm, symmetrisch zu den beiden Elektroden angeordnete Zündstriche, die gegenüber beiden Elektroden galvanisch isoliert angeordnet sind und in die"beiden Spalte je etwa 2,4mm weit hineinreichen.