DE486607C - Spannungsableiter mit einer Mehrzahl von Elektroden in reduzierter Gasatmosphaere - Google Patents

Description

• Spannungsableiter mit einer Mehrzahl von Elektroden in reduzierter Gasatmosphäre Die Erfindung betrifft Spannungssicherungen, die insbesondere zum Überspannungsschutz von Fernmeldeleitungen verwendet werden und mehrere Elektroden in einer Gasatmosphäre reduzierten Druckes besitzen.
• Die bekannten Spannungssicherungen weisen den Nachteil auf, daß beim Ansteigen der Stromstärke des Entladungsstroms die Klemmspannung an der Sicherung wesentlich steigt. Hierdurch wird dis Erfüllung der beiden vornehmsten Aufgaben der Sicherung verhindert. Diese Aufgaben bestehen einmal darin, daß der Entladungsstrom sehr schnell eine genügende Stärke annimmt, um die gefährliche Spannung zu vernichten, und ferner darin, daß die hinter der Sicherung liegenden Anlagetefe vor gefahrbringenden Spannungen beim Ansprechen der Sicherung geschützt bleiben.
• Gemäß der Erfindung -werden. zur Vermeidung dieser Mängel der -Abstand der Elektroden und der Gasdruck so bemessen. daß die Kennlinie der Entladung während des ganzen Entladungsverlaufs sich höchstens bis zur ungefähren Höhe der Ansprechspan rung der Sicherung erhebt. Ein solcher Verlauf zeigt sich optimal, wenn die Entladung aus dem Gebiete des normalen Kathodenfalles in den Lichtbogen übergeht.
• Es ist bekannt, daß die Raum- und Flächenausdehnung der kathodischen Erscheinungen vom Gasdruck insofern abhängig ist, daß sie bei steigendem Druck geringer wird. Nach der Erfindung sollen nun Druck und Elektrodenabstand so bemessen sein, daß die Ausdehnung der= kathodischen Erscheinungen möglichst klein beim Ansprechen der Sicherung sein soll. lach obigem ergibt sich, daß der Gasdruck nach Möglichkeit hoch gewählt werden muß. Je höher der Gasdruck aber ist, um. so größer ist die erzielte Stromdichte, da nach der bekannten Beziehung- j - p - n - const ist, worin j die Stromdichte und p der Druck ist. Für Wasserstoffgas- ist n=2',05. Je größer die Stromdichte ist, um so geringer ist aber die Flächenausdehnung der kathodi.-schen Erscheinungen. Tritt daher eine Steigerung der Stromstärke nach dem Zünden der Sicherung ein, so können sich die kathodischen Erscheinungen bei gleichbleibender Stromdichte ausdehnen, ohne sich außerhalb der sich gegenüberstehenden Elektrodenflächen auszubilden. Hierbei bleibt auch die Klemmspa=ung der Sicherung konstant. Das Einsetzen - des Lichtbogens hängt von der Erhitzung der Elektroden. und der dadurch entstehenden Elektr odenemission ab. Wird nun die Stromdichte bzw. der Gasdruck hoch genug gewählt, so bildet sich der Lichtbogen aus, bevor die Glimmentladung das Gebiet der konstanten Stromdichte, d. h. des normalen Kathodenfalles verlassen hat. Im Gegensatz hierzu stehen die bekannten Sicherungen. Hierbei ist der Druck in dem zur Erzielung der vorgeschriebenen Ansprechspannung bestimmten Verhältnis zum Elektrodenabstand so klein, da.ß sich nur eine sehr geringe Stromdichte ausbilden kann. Infolgedessen nehmen die katholischen Erscheinungen schon bei geringen Stromstärken so große Ausmaße an, daß sie sich außerhalb der Elektroden befinden, und daß demzufolge das Gebiet des normalen Kathodenfalles bereits vor dem Einsetzen des Lichtbogens verlassen wird. Im Gebiet des anormalen Kathodenfalles vergibt sich aber eine Spannungssteigerung an der Sicherung, die nach der Erfindung vermieden werden. soll Besonders isst dies der Fall, wenn überspannungsschutzeinrichtungen bekannter Art so gebaut sein sollen, daß seine Lichtbogenentladung verhindert werden soll. Da, wie gesagt, das Einsetzen des Lichtbogens von der Thermoemissionsfähigkeit der Elektroden abhängt, muß zu diesem Zweck die Stromdichte und damit der Gasdruck besonders niedrig gehalten werden. Nach obigen Darlegungercn folgt aber daraus, daß sich die katholischen Erscheinungen außerhalb der Elektroden zeigen, und daß die Entladung sich hauptsächlich auf anormalem Kathodenfallgebiet abspielen muß.
• Die günstige Wirkung der neuen Sicherung in bezug auf schnelle Entwicklung großer Stromstärken scheint unter anderem darauf zurückgeführt werden zu können., daß sich durch die Zusammendrängung der katholischen Erscheinungen eine günstige Spannungsgefallverteilung in der Nähe der Kathode ergibt, und daß durch das negativ Licht innerhalb der Elektroden ein die schnelle Ionisation fördernder photoelektrischer Effekt ausgelöst wird. Da der hauptsächliche Abfall der an den Elektroden angelegten Spannung im Kathodandunkelraum erfolgt, wird durch möglichst weitgehende Zusammendrängung dieses Entladungsteiles bei einer Spannungssteigerung eine große Änderung der Feldstärke verursacht. Je schmaler der Dunkelraum gehalten wird, um so größer wird der Teil des einen, anschließenden negativen Lichtes sein, welches sich innerhalb der Elektroden befindet. Hierdurch wird das zur Photoelektronenauslösung gut geeignete Licht weitgehend ausgenutzt. Als besonders günstiges Elektrodenmaterial haben sich Aluminium, welches sich wegen seiner lichtelektrischen Eigenschaften auszeichnet, und Legierungen des Eisens mit elektroapositiven Stoffen, wie Chrom, Nickel, Aluminium, Wolfram, Uran, Vanadin oder Mangan, erwiesen. Durch Zusatz der genannten Stoffe wird das Eisen nicht nur chemisch, sondern auch in mechanischer Hinsicht gegen den Gasinhalt indifferent, indem das Material in wesentlich geringerem Maße Gase, die ungünstig auf den Kathodenfall einwirken, abgibt. Ferner wind dadurch eine Verdampfung der Zerstäubung hintangehalten.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Sicherung dargestellt. Es bedeutet darin f den Gasballon, in dem sich die Elektroden e und ,e' befinden. Diese sind derart ausgebildet, daß der Abstand zwischen ihnen von einem Minimum zu einem Maximum übergeht, d. h. die mittleren Teile g, g' stehen sich mit engerem Abstand gegenüber als die anderen Teile. Diese Ausführungsform ist insofern günstig, weil bei übergang der Entladung von Glimmstrom zu Lichtbogen dieser aus elektromagnetischen Gründen und durch den im Bogen entstehenden Druck aus der Mitte der Elektrodenkörper, wo die Entladung gewöhnlich beginnt, zu den Ausdehnungen der Elektrodenkörp:er getrieben wird. Bei längeren Belastungen bemerkt man; daß der Bogen zwischen den beiden; Ausdehnungen oszillieren kann, wodurch die Elektroden vor einem stationären Bogen, »Punktbogen«, geschützt werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Spannungsableiter mit einer Mehrzahl von Elektroden in reduzierter Gasatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Elektroden und der Gasdruck so bemessen sind, daß die Kennlinie der Entladung während des ganzen Entladungsverlaufes sich höchstens bis zur ungefähren Höhe der Ansprechspannung erhebt.
2. 2. Spannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung aus dem Gebiet des normalen Kathodenfalles in den Lichtbogen übergeht.
3. 3. Spannungsableiter nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die katholischen Erscheinungen innerhalb der Elektroden befinden. q.. Spannungsableiter nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus elektropositiven Metallen oder Legierungen solcher Metalle bestehen. Spannungsableiter nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Eisen, legiert mit Stoffen, wie Nickel, Chrom, Aluminium, Wolfram. Uran, Vanadin oder Mangan, bestehen. 6. Spannungsableiter nach Anspruch i bis 5, gekennzeichnet durch Füllung mit Gas, welches den Photoeffekt des Glimmlichtes begünstigt. Spannungsableiter nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB der Elektrodenabstand von einem Minimum zu einem Maximum übergeht.