DE4318994C2 - Gasgefüllter Überspannungsableiter - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Bau­ elemente und ist bei der Gestaltung von gasgefüllten Über­ spannungsableitern anzuwenden, bei denen zur Sicherstellung der Zündeigenschaften die Elektroden mit einer Aktivierungs­ masse beschichtet sind und auf die Wandung des Isolierkör­ pers wenigstens ein axial verlaufender Zündstrich und eine zusätzliche Ionisationsquelle aufgebracht sind.

Um bei mit Edelgas gefüllten Überspannungsableitern das je­ weils gewünschte Betriebsverhalten wie Zündspannung, An­ sprechzeit, statische Ansprechspannung und dynamische An­ sprechspannung, Löschspannung und Glimmbrennspannung zu gewährleisten, müssen unterschiedliche Maßnahmen wie kon­ struktive Gestaltung der Elektroden, Art und Druck der Gas­ füllung und Auswahl der auf den aktiven Oberflächen der Elektroden angeordneten Aktivierungsmasse aufeinander ab­ gestimmt werden. Zur Erzeugung definitiver Zündverhält­ nisse ist es dabei weiterhin üblich, auf der Innenwand des Glas- oder Keramik-Isolators einen oder mehrere Zündstriche anzuordnen und gegebenenfalls eine spezielle Ionisations­ quelle vorzusehen. So ist beispielsweise ein Überspannungs­ ableiter bekannt, der zwei stirnseitig in einen Keramikiso­ lator eingesetzten Elektroden aufweist, deren einander zu­ gewandte Elektrodenflächen mit einer Aktivierungsmasse be­ schichtet sind, wobei diese in Vertiefungen der Elektro­ denoberfläche angeordnet ist. Auf der Innenwand sind mehrere in Achsrichtung des Keramikisolators verlaufende Zündstriche angeordnet, die als sogenannte Mittelzünd­ striche ohne direkte Anbindung an die Elektroden ausge­ staltet sind (US-PS 4 266 260/DE-PS 28 28 650). Weiterhin ist es üblich, bei gasgefüllten Überspannungsableitern, die während ihres Betriebes in einem gegen äußere Lichteinwirkung abgekapselten Raum angeordnet sind, auf der Innenwand des Isolators eine zusätzliche Ionisationsquelle in Form einer punktförmigen Ablagerung aus einem radioaktiven Material anzuordnen (CH-PS 621 651). Alternativ kann die Gasfüllung des Überspannungsableiters aus einem radioaktiven Gas bestehen (US-PS 3 755 715).

Es ist weiterhin bekannt, auf die Innenwand des Isolators eines gasgefüllten Überspannungsableiters eine Elektronen emittierende Beschichtung aufzubringen, die aus Alkalisilikaten und Erdalkalioxiden besteht (GB 2 249 215 A). - Zur Beschichtung der Elektroden eines gasgefüllten Überspannungsableiters ist auch eine Aktivierungsmasse in Form einer pastenförmigen Mischung aus Titanhydrid und einem Alkalihalogenid bekannt; aus dem Alkalihalogenid wird mittels eines Formierprozesses freies Alkalimetall gebildet (DE 27 05 885 A1, DE 19 51 601 C3).

Ausgehend von einem Überspannungsableiter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 (CH-PS 671 651) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Überspannungsableiter so auszubilden, daß er auch ohne Verwendung eines radioaktiven Präparates eine sehr geringe Zündverzögerung im dunklen Raum aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die zusätzliche Ionisationsquelle aus einer die beiden Elektroden verbindenden Beschichtung aus einem elektrolumineszierenden Material auf der Basis von Alkali- und/oder Erdalkalihalogeniden besteht, wobei die Beschichtung eine Dicke von etwa 50 bis 500 µm aufweist.

Für die gemäß der Erfindung vorgesehene Beschichtung können beispielsweise Kalium- und Natriumbromid, Kalium- und Natriumchlorid sowie Natriumfluorid und Bariumchlorid verwendet werden (Opt. Spectrosc. (USSR) 51 (2), Aug. 1981, Seiten 165-168). Insbesondere kommen als Grundsubstanz Alkali-Fluoride und -Bromide in Betracht, die eine Beigabe eines Erdalkalichlorids enthalten. Die Beigabe sollte in einer Menge von 5-30% Atom-% vorliegen. Durch diese Beigabe kann der zum Aufbringen der Beschichtung erforderliche Schmelzprozeß hinsichtlich der Schmelztemperatur ge­ zielt gesteuert werden.

Eine solche Beschichtung ist aufgrund ihrer Anbindung an die beiden Elektroden des Überspannungsableiters in der Lage, in dem Überspannungsableiter eine erhöhte Anzahl von primären Ladungsträgern zur Verfügung zu stellen, damit bei Erreichen der Zündspannung der Start der Gasentladung ohne Zeitverzögerung eingeleitet wird. Zur Verstärkung dieses Effektes kann das Material der Beschichtung zusätz­ lich dielektrische oder ferroelektrische Kristalle, bei­ spielsweise auf der Basis von Titan- oder Aluminiumoxid oder von Bariumtitanat, Lithiumniobat oder Lithiumtantalat, enthalten. Durch derartige Kristalle, die eine Korngröße von etwa 10-30 µm haben, wird an deren Grenzfläche eine erhöhte Ladungsdichte erzeugt, die zu einem höheren Strom­ fluß in der elektrolumineszierenden Beschichtung und damit zu einer höheren Photonenausbeute führt.

Die elektrolumineszierende Beschichtung wird im einfachsten Fall als Streifen längs der Achse des Isolators aufgebracht. Ein solcher Streifen kann dabei die Breite von 1 bis 5 mm haben. Dieser Streifen kann zugleich den bzw. die auf der Innenwand des Isolators vorgesehenen Zündstriche überdecken. Es kommt aber auch eine Anordnung in Betracht, bei der mehrere streifenförmige Beschichtungen im Wechsel mit mehreren Zündstrichen angeordnet sind. Gegebenenfalls kann man auch die gesamte Innenfläche des Isolators mit der Be­ schichtung versehen.

Zwei Ausführungsbeispiele des neuen Überspannungsableiters sind in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Überspannungsableiter mit einer innen auf den Isolator aufgebrachten Beschichtung,

Fig. 2 eine mit Kristallen angereicherte Beschichtung und

Fig. 3 ausschnittsweise die Abwicklung der Innenoberfläche eines Keramikisolators, der abwechselnd mit Zünd­ strichen und lumineszierenden Streifen beschichtet ist.

Der Überspannungsableiter gemäß Fig. 1 besteht aus den bei­ den napfförmig gestalteten Elektroden 1 und 2, die stirn­ seitig in den Keramikisolator 3 eingelötet sind. Die akti­ ven Oberflächen der Elektroden 1 und 2 sind mit einer Akti­ vierungsmasse 4 beschichtet, die in oberflächliche Ver­ tiefungen der Elektroden eingebettet ist. Bei dieser Akti­ vierungsmasse handelt es sich um eine übliche Masse auf der Basis von Alkali- oder Erdalkali-Halogeniden mit einem Metallzusatz wie einer Bariumaluminiumlegierung, Titan, Molybdän und/oder Nickel.

Der Überspannungsableiter ist mit einer Gasfüllung 5 auf der Basis von Argon und/oder Neon gegebenenfalls mit einem Zusatz von Wasserstoff versehen.

Auf der Innenwand des Isolators 3 sind Graphitzündstriche 6 aufgebracht, bei denen es sich um sogenannte Mittelzünd­ striche handelt, die an keine der beiden Elektroden ange­ bunden sind. Die Innenwand des Keramikisolators ist weiter­ hin mit einer Beschichtung 7 aus einem elektrolumineszie­ renden Material versehen, wobei diese Beschichtung die bei­ den Elektroden 1 und 2 kontaktiert.

Gemäß Fig. 2 sind in die Beschichtung 7 Kristalle 8 einge­ bettet.

Gemäß Fig. 3 kann anstelle einer vollständigen Beschich­ tung der Innenoberfläche des Keramikisolators 3 auch eine streifenförmige Beschichtung 9 vorgesehen sein, die im Wechsel mit Zündstrichen 6 angeordnet ist. Beispielsweise können zwei oder vier Zündstriche 6 und zwei oder vier streifenförmige Beschichtungen 9 vorhanden sein.

Das Aufbringen der Beschichtungen 7 und 9 erfolgt durch Auftragen einer pastenartigen wäßrigen Lösung von beispiels­ weise Natriumfluorid mit einer Beigabe von Bariumchlorid (z. B. 1 g = 0,024 Mol NaFl; 1,25 g = 0,006 Mol BaCl₂) und durch eine Wärmebehandlung, beispielsweise im Zuge der Einlötung der Elektroden in den Keramikisolator. Die Wärmebehandlung bewirkt ein Aufschmelzen des Beschichtungs­ materials; dieses Aufschmelzen ist für die spätere Wirksam­ keit der Beschichtung notwendig.

Claims (6)

1. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit wenigstens einem hohlzylindrischen Isolator (3) und zwei stirnseitig ange­ ordneten Elektroden (1, 2), bei dem die Elektroden mit einer Aktivierungsmasse be­ schichtet und auf die Innenfläche des Isolators wenigstens ein axial verlaufender Zündstrich (6) aus Graphit und eine zusätzliche Ionisationsquelle aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzliche Ionisationsquelle aus einer die beiden Elektroden verbindenden Beschichtung (7) aus einem elektro­ lumineszierenden Material auf der Basis von Alkali- und/oder Erdalkalihalogeniden besteht,
wobei die Beschichtung eine Dicke von etwa 50 bis 500 µm aufweist.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (7) den bzw. die Zündstriche (6) über­ deckt.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung streifenförmig (9) ausgebildet ist.

4. Überspannungsableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere streifenförmige Beschichtungen (9) im Wechsel mit mehreren Zündstrichen (6) angeordnet sind.

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (7) die gesamte Innenfläche des Isolators bedeckt.

6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial zusätzlich dielektrische oder ferroelektrische Kristalle (8) enthält.