DE663386C

DE663386C - Surge arresters

Info

Publication number: DE663386C
Application number: DE1930663386D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1929-08-06
Filing date: 1930-08-01
Publication date: 1938-08-05

Description

Überspannungsableiter In dem Hautppatent ist ein Überspannungsableiter angegeben, bei dem die Überspannungsenergie durch viele parallele Lichtbogenentladungen in engen, von Isoliermaterial umgebenen Kanälen abgeleitet wird. Als Kanäle dienen zweckmäßig die Poren einer porösen Scheibe aus Isoliermaterial. Die vorliegende Erfindung bringt eine Verbesserung des Überspannungsableiters nach dem Hauptpatent, in dem der Ableiter zum Abführen größerer Strommengen geeignet gemacht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß mehrere Scheiben aus porösem Isoliermaterial, deren oberste Schichten leitend gemacht sind, in Richtung des Stromdurchganges übereinander angeordnet sind.Surge arrester In the skin patent is a surge arrester specified at which the overvoltage energy is generated by many parallel arc discharges is discharged in narrow channels surrounded by insulating material. Serve as channels expediently the pores of a porous disk made of insulating material. The present Invention brings an improvement of the surge arrester according to the main patent, by making the arrester suitable for discharging larger amounts of electricity. this is achieved in that several discs made of porous insulating material, the top Layers are made conductive, arranged one above the other in the direction of the passage of current are.

Um die obersten Schichten der Platte leitend zu machen, werden sie beispielsweise in eine Lösung, die leitendes Material enthält, eingetaucht. Eine solche Lösung kann aus einer dünnen Wasserglaslösung bestehen, mit der pulverisierte leitende Teilchen, z. B. Ruß, vermengt sind. Die Scheibe wird der Einwirkung der Lösung so lange -ausgesetzt, bis eine Schicht von etwa 1/2 bis s/4 mm sich mit den leitenden Teilchen vollgesogen hat, so daß die Poren mit Ruß angefüllt sind und so die gesamte Oberfläche im Vergleich zu der übrigen Masse der Scheibe gut leitend geworden ist. An Stelle des Wasserglases, in dem Ruß fein verteilt ist, kann auch eine andere Lösung verwendet werden, welche die Poren der Scheibe mit leitendem Material anfüllt. Durch diese Behandlung der Scheibe wird der Strom der überspannungsenergie über die gesamte Oberfläche der Scheibe gleichmäßig verteilt, so daß die Gefahr einer Konzentration des Stromes an einer Stelle und damit ein Durchschlag, d. h. eine Zerstörung der Scheibe, vermieden wird. Durch die gleichmäßige Verteilung des Stromes auf die gesamte Scheibenoberfläche werden alle Poren der Scheibe gleichmäßig zur Ableitung der Überspannungsenergie herangezogen; infolgedessen kann eine große Strommenge abgeführt werden.To make the top layers of the board conductive, they will for example immersed in a solution containing conductive material. One such a solution can consist of a thin water-glass solution with which the powdered conductive particles, e.g. B. soot, are mixed. The disc is exposed to the Solution -exposed until a layer of about 1/2 to s / 4 mm is with the conductive particles soaked so that the pores are filled with soot and so the entire surface conducts well in comparison to the rest of the mass of the disk has become. Instead of the water glass, in which soot is finely distributed, can also Another solution can be used, which the pores of the disc with conductive Material fills. Through this treatment of the disc, the current becomes the overvoltage energy Evenly distributed over the entire surface of the disc, so that the danger a concentration of the current at one point and thus a breakdown, d. H. destruction of the disc is avoided. Due to the even distribution of the When the current flows across the entire surface of the pane, all pores of the pane are uniform used to dissipate the overvoltage energy; as a result, it can be a big one Amount of electricity to be dissipated.

Die aufeinandergelegten Scheiben werden zweckmäßig durch leitendes Material miteinander verkittet. Hierzu kann man ebenfalls vorteilhaft eine Mischung von flüssigem Wasserglas und Ruß verwenden. Durch die Verkittung wird eine gute mechanische Festigkeit des Ableiters erreicht. Außerdem trägt der leitende Kitt ebenfalls zu einer guten Strom' verteilung über die gesamte Oberfläche duz: Scheibe bei. Das über die Ränder der Sche%'K ben hinausgepreßte kittende Material kann durch Waschen mit.Wasser oder aber durch Schleifen entfernt werden.The slices placed one on top of the other are expediently conductive Material cemented together. A mixture can also advantageously be used for this purpose of liquid water glass and use carbon black. Through the putty a good mechanical strength of the arrester is achieved. In addition, the conductive putty also ensures good electricity distribution over the entire surface duz: Slice at. The putty pressed out over the edges of the disc can be removed by washing with water or by grinding.

Sowohl nach dem Behandeln der Scheiben mit der Lösung als auch nach dem Kitten müssen diese einem entsprechenden Trockenprozeß ausgesetzt werden, und zwar müssen die mit Wasserglas zusammengekitteten Scheiben etwa 6 Stunden bei 7o° C getrocknet und danach ebenfalls etwa 6 Stunden einer Temperatur von i 5o' C ausgesetzt werden.Both after treating the slices with the solution and after the putty must be subjected to a corresponding drying process, and it is true that the panes cemented together with water glass must be at 70 ° for about 6 hours C and then also exposed to a temperature of 150 ° C for about 6 hours will.

In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel eines Überspannungsäbleiters nach der Erfindung im Schnitt dargestellt. Darin sind ja, ib, Ir Scheiben aus porösem Isolationsmaterial. Ferner sind Endscheiben 2a und 2b mit verhältnismäßig niedrigem Widerstand vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Endscheibe an jedem Ende angeordnet; es können jedoch auch mehrere Scheiben vorgesehen werden, um die Höhe des Widerstandes beliebig wählen zu können. Die verschiedenen Platten hohen und niedrigen Widerstandes werden zusammengehalten durch leitende Kittschichten 3 und sind durch leitende Platten 4.2"4b abgedeckt, an denen die Verbindung zur Erde bzw. über eine Funkenstrecke io zu der zu schützenden Leitung angebracht ist. Zweckmäßig sind die Scheiben niedrigen Widerstandes an den Außenseiten mit Kupferüberzügen versehen, um einen guten Kontakt zwischen den metallischen Platten 4a und 4b und dem Überspannungsableiter herbeizuführen. Die Außenfläche des Ableiters ist mit einem Mantel 5 aus Isoliermaterial, beispielsweise Schellack, überzogen, um einen Überschlag an den Rändern der Scheiben zu vermeiden.In Fig. I an embodiment of a surge arrester according to the invention is shown in section. Yes, ib, Ir are disks made of porous insulation material. Furthermore, end plates 2a and 2b are provided with a relatively low resistance. In the exemplary embodiment, only one end plate is arranged at each end; however, several disks can also be provided in order to be able to choose the level of resistance as desired. The various high and low resistance plates are held together by conductive cement layers 3 and are covered by conductive plates 4.2 "4b, to which the connection to earth or via a spark gap to the line to be protected is attached the outer sides are provided with copper coatings in order to bring about good contact between the metallic plates 4a and 4b and the surge arrester. The outer surface of the arrester is covered with a jacket 5 made of insulating material, for example shellac, in order to avoid flashover at the edges of the panes.

Wie bereits in dem Hauptpatent ausgeführt ist, dienen die engen Kanäle, d. h. .die Poren der Scheiben, dazu, -die Spannung, bei der sämtliche Lichtbögen im Ableiter unterbrochen werden, heraufzusetzen. Dies ist dadurch zu erklären, daß die Lichtbögen durch die Kanalwände in ihrem Querschnitt eingeengt werden und infolgedessen die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens nötige Spannung höher ist. Werden die Poren nicht mehr von dem Lichtbogen ausgefüllt, so wird der Lichtbogen durch die stark entionisierende Wirkung der Wände schnell gelöscht. Weiterhin ist im Hauptpatent auf die Wirkung fein verteilter Teilchen auf den Kanalwänden hingewiesen, durch welche die Spannung herabgesetzt wird, bei welcher der Lichtbogen eingeleitet wird. Dies ist auf die Spitzenwirkung der leitenden Teilchen zurückzuführen, die durch die hohe statische Spannung vor der :Entladung hervorgerufen wird und zur Ionis4tion der in- den Kanälen enthaltenen Gase 'ftziirt, so daß der Lichtbogenüberschlag her-,vorgerufen wird und zur Ionisation der in den Kanälen enthaltenen Gase führt, so daß der Lichtbogenüberschlag leichter als ohne leitende Teilchen erfolgt. Eine solche feine Verteilung von leitenden Teilchen auf dem Kanal wird nach dem Hauptpatent dadurch erzielt, daß dem porösen Isolationsmaterial fein verteiltes leitendes Material zugesetzt wird. Ein weiterer Vorteil, der durch diesen Zusatz erreicht wird, liegt darin, daß die Ansprechspannung der verschiedenen Poren, die naturgemäß verschieden lang und von verschiedener Weite sind, einander angeglichen wird, da die Wirkung dieser Teilchen in den engen Kanälen erheblich größer ist als in den weiten Kanälen. Infolgedessen erhält der Ableiter eine ausgesprochen scharfe Ventilwirkung, wie sie in Fig.2 dargestellt ist. Aus dem Diagramm ist zu erkennen, daß Ansprech- und Sperrspannung einander stark genähert sind, so daß der Ableiter den an ihn gestellten Anforderungen vollkommen entspricht.As already stated in the main patent, the narrow channels serve d. H. .the pores of the panes, plus, -the voltage at which all arcs are interrupted in the arrester, increase. This can be explained by the fact that the arcs are narrowed in their cross-section by the channel walls and as a result the voltage required to maintain the arc is higher. Will the Pores are no longer filled by the arc, so the arc is through the strong deionizing effect of the walls quickly extinguished. Furthermore is in the main patent pointed out the effect of finely divided particles on the channel walls which reduces the voltage at which the arc is initiated. This is due to the peak action of the conductive particles passing through the high static voltage before the discharge is caused and for ionization of the gases contained in the ducts, so that the arcing is produced and leads to the ionization of the gases contained in the channels, so that the arcing occurs easier than without conductive particles. Such a fine distribution of conductive Particles on the channel is achieved according to the main patent in that the porous Insulation material finely divided conductive material is added. Another The advantage achieved by this addition is that the response voltage the different pores, which naturally differ in length and width are adjusted to one another, since the action of these particles in the narrow channels is considerably larger than in the wide canals. As a result, the arrester receives an extremely sharp valve action, as shown in Fig.2. the end It can be seen from the diagram that the response and reverse voltages come very close to one another so that the arrester fully meets the requirements placed on it.

In Fig.3 ist die Abhängigkeit der Sperrspannung von der Änderung des Scheibenwiderstandes dargestellt, und zwar bei Scheiben von 5 cm Durchmesser und 3 mm Dicke und mit einem Porendurchmesser von etwa 3 # i0-5 mm. Bei Widerständen bis zu 35 ooo Ohm/Scheibe nimmt die Kurve einen fast geradlinigen Verlauf mit einem Anstieg von etwa 40 Volt/iooo Ohm. Oberhalb der 35 ooo-Ohm-Grenze verläuft die Kurve annähernd parallel zur Abzisse, so daß die Verwendung eines Materials mit höherem Widerstand keine Vorteile mehr bringt. Der günstigste Wert wird also bei einem Widerstand von 35 000 Ohm/Scheibe, d. h. einem spei. Widerstand von etwa 2 Megohm/Zentimeter, erreicht, bei dem eine gute Stromabführung sicher ist. Eine einzelne derartige Scheibe hat eine Sperrspannung von i6oo Volt, wie aus der Kurve in Fig.3 zu ersehen ist. Eine Scheibe ohne besondere Mittel für eine gute Stromverteilung wird einen Entladungsstrom von etwa 6o Ampere abführen und durch höhere Stromwerte zerstört oder durchgeschlagen werden. Ein Ableiter nach der Erfindung dagegen ist in der Lage, Ströme in der Größenordnung von iooo Ampere abzuführen.In FIG. 3, the dependence of the reverse voltage on the change in the disk resistance is shown, specifically for disks with a diameter of 5 cm and a thickness of 3 mm and with a pore diameter of about 3.10-5 mm. At resistances of up to 35,000 ohms / disk, the curve takes an almost straight line with an increase of around 40 volts / 1,000 ohms. Above the 35,000 ohm limit, the curve runs approximately parallel to the abscissa, so that the use of a material with a higher resistance is no longer advantageous. The most favorable value is therefore with a resistance of 35,000 ohms / disc, ie a spei. Resistance of about 2 megohm / centimeter is reached, at which a good current discharge is certain. A single disk of this type has a reverse voltage of 100 volts, as can be seen from the curve in FIG. A pane without special means for a good current distribution will dissipate a discharge current of about 60 amperes and be destroyed or broken through by higher current values. An arrester according to the invention, on the other hand, is able to dissipate currents in the order of magnitude of 100 amperes.

Die porösen Scheiben," die für den Über= spannungsableiter nötig sind, kann man durch entsprechende Behandlung der durch den Kathodenfallableiter (Autovalvearrester) bekanntgewordenen Scheiben erhalten. Diese Scheiben bestehen aus Kaolin, Carborundum und Ruß und besitzen einen spezifischen Widerstand von etwa i bis Zoo Ohm/Zentimeter. Man kann diese Scheiben @so weit erhitzen, daß der Ruß oxydiert, und erhält dadurch poröse Scheiben mit dem i04- bis iosfachen Widerstand.The porous disks, "which are necessary for the surge arrester, you can by appropriate treatment of the cathode arrester (Autovalvearrester) become known Slices received. These discs are made of Kaolin, carborundum and carbon black and have a specific resistance of about i to zoo ohms / centimeter. You can heat these discs @ so much that the soot oxidizes and thus obtains porous disks with a resistance of 104 to 10 times.

Claims

PATENT CLAIM i. Surge arrester according to Patent 6:41 133, characterized in that several panes of porous insulating material, the uppermost layers of which have been made conductive, are arranged one above the other in the direction of the passage of current.

2. Surge arrester according to claim i, characterized characterized in that the top layers are penetrated by a conductive Material-containing solution in the pores have been made conductive. 3. Surge arrester according to claim i, characterized in that the disks arranged one above the other are cemented together by means of conductive material. q .. surge arrester after Claim i, characterized in that at the ends of the arrester at least one Disc is arranged low resistance.