DE663387C - UEberspannungsableiter - Google Patents

UEberspannungsableiter

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DE663387C
DE663387C DE1930663387D DE663387DD DE663387C DE 663387 C DE663387 C DE 663387C DE 1930663387 D DE1930663387 D DE 1930663387D DE 663387D D DE663387D D DE 663387DD DE 663387 C DE663387 C DE 663387C
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00Details of spark gaps
    • H01T1/16Series resistor structurally associated with spark gap
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12Overvoltage protection resistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

  • Überspannilngsableiter In dem Hauptpatent 641 133 ist ein überspannungsableiter angegeben, bei dem die überspannungsenergie durch viele parallele Lichtbögen in engen, von Isoliermittel umgebenen Kanälen abgeleitet wird. Als solche dienen zweckmäßig die Poren eines porösen Körpers aus Isoliermaterial.
  • Die Exfindung hat besondere Ausführungsmöglichkeiten solcher Ableiter und ein Verfahren zur Herstellung ihrer als Sicherungselemente dienenden Widerstandskörper zum Gegenstand. Exfindungsgemäß besteht der als Ableiter wirksame zusammengebrannte Widerstandskörper aus Schichten, -und zwar derart, daß Schichten aus vorgeformtem Material abwechselnd mit Schichten aus einem Material, dessen Ohmwert höher ist als derjenige des vorgeformten Materials und der vor dem Brennen pulverförmig ist.
  • An Hand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt ein überspannungsableiterelement 6, dessen Isoliermantel 18 zum Teil entfernt ist. Das Ableiterelement 6 besteht aus einem mehrschichtigen, hochohmigen, festen Körper. In diesem wechseln vorgeformte Scheiben 7 aus,Widerstandsmaterial mit Schichten 8 aus einem pulverförmigen, hochohmigeren Material ab. Das Ganze ist zu einer festen Masse zusammengebrannt.
  • Die geformten Scheiben 7 sind etwa 3 mm dick und haben einen Durchmesser von etwa 5 ,cm. Sie sind z. B. wie folgt zusammengesetzt: 70 % Carborundum, 7 % Klingenberg-Ton, 23 % Caolin.
  • Das Carborundum wird als feines Pulver verwendet und hat eine derartige Körnung, daß 9o bis 980% davon durch ein 27omaschiges Sieb (amerikanisches Maßsystem) hindurchgehen. Die genannten Bestandteile werden zuerst trocken und dann feucht gemischt. Diese Mischung wird gemahlen und nachher in Formen zu Scheiben gepreßt.
  • Die noch feuchten Scheiben 7 werden auf einem Tisch ausgelegt, und auf sie wird eine trockene Mischung von 8o % pulverförmigem, gebranntem Ton und 2o % pulverförmigem Carborundum gleicher Art rufgesiebt, so daß die Scheiben 7 mit einer Pulverschicht 8 von etwa 3/4mm Stärke bedeckt sind. Der gebrannte Ton wird durch Erhitzen von Caolinton auf etwa i3oo°C (Segerkegel9) in einem Brennofen hergestellt.
  • Die mit Pulver überzogenen Scheiben werden dann in Säulen aufgestapelt. Zweckmäßigerweise wird eine Säule aus sechs solchen überzogenen Scheiben zu einem Ableiterelement zusammengesetzt, das durch eine einfache Scheibe ohne Pulver abgedeckt wird (Fig. i).
  • Die so hergestellten Stapel werden dann zu mehreren unter Einfügung von Graphitscheiben 12 aneinandergereiht in einen Kanal io einer Kohlenstoffmuffel i i (vgl. Fig. 3) eingesetzt. Die Zwischenscheiben 12 sollen verhüten, daß die Stapel in der Muffel i i zusammenbacken. Die Muffel i i wird nach der Beschickung durch Deckel 14 fest verschlossen, die gegen die eingefüllten Stapel gepreßt werden, so daß diese unter starkem Druck stehen.
  • Die gefüllten Muffeln werden in einem Ofen bis zu einer Höchsttemperatur von i36o°C erhitzt und zu diesem Zwecke etwa 13 Stunden lang durch den Ofen hindurchgeführt, wovon etwa 2 Stunden auf die Erhitzung in der heißesten Ofenzone verwendet werden. Wenn die Ableiterelemente danach aus der Muffel genommen werden, sind sie durch Hitze und Druck zu einer festen, zusammenhängenden Masse verschmolzen. Der geschichtete Block, wie er aus der Muffel kommt, ist ein schwarem Körper, der aber höchstens eine Spur von Kohlenstoff enthält, die er aus der Muffel aufgenommen haben kann.
  • Nach diesem Erhitzungsprozeß werden die Stirnflächen des Stapels mit einer Kupferschicht 16 (vgl. Fig. i), beispielsweise auf elektrolytischem Wege, überzogen, wobei ein Rand von etwa 3 mm Breite unbedeckt bleibt, um zu verhüten, daß das Kupfer an die Mantelfläche des Ableiterelementes kommt. Der Kupferüberzug wird vorgesehen, um den Kontaktwiderstand zu vermindern und die Lebensdauer des überspannungsableiters nach Möglichkeit zu verlängern. Die Mantelfläche jedes Ableiterelementes wird mit einer Isolierschicht 18 bedeckt, um einen überschlag längs der Seitenwand des Elementes zu verhindern.
  • Eine siebenscheibige Säule, die in der beschriebenen Weise vorbereitet ist, bestehend aus Scheiben 7 von etwa je 3 mm Stärke und Zwischenlagen 8, die während des Brennprozesses zusammengeschrumpft sind, hat eine Gesamthöhe von etwa 25 mm und einen Durchmesser von etwa 5o mm. Eine solche Säule hat eine maximale Brennspannung von etwa io ooo Volt und eine Löschspannung von etwa q.000 Volt. Der Reststrom hat nur die Größenordnung von Milliampere, besonders dann, wenn der Ableiter rein und in gutem Zustande ist. Die Zündspannung beträgt gewöhnlich etwa gooo Volt. Ein solches ü berspannungsableiterelement kann mit Sicherheit wiederholte Entladungen von über iooo Ampere aushalten, ohne daß seine Lebensdauer beeinträchtigt wird.
  • Eine charakteristische Volt-Ampere-Kurve, welche die Wirkungsweise des überspannungsableiters während der Entladung zeigt, ist in Fig. 2 dargestellt. Die maximale Brennspannung ist mit E":",, bezeichnet, die Zündspannung mit E'z, die Löschspannung mit EL. Der Höchstwert der betriebsmäßigen Spannung am Ableiter zuzeiten, wenn keine Überspannung vorhanden ist, ist durch die gestrichelte Linie in Fig.2 angedeutet.
  • Ein zusammengeschmolzener Stapel von Scheiben, wie er im vorstehenden beschrieben wurde, ergibt einen sehr guten überspannungsschutz und zeichnet sich darüber hinaus durch hohe Lebensdauer aus. Wie angestellte Versuche ergaben, haben die Schichten 8, die aus verhältnismäßig lose gepreßtem, pulverförmigem Material mit hohem Tongehalt bestehen, eine steil abfallende Volt-Ampere-Charakteristik mit einem sehr scharf ausgeprägten Löschpunkt, wogegen die geformten Scheiben 7, welche aus einer Mischung mit hohem Carborundumgehalt bestehen, eine deutlich ansteigende Volt-Ampere-Charakteristik mit einem verhältnismäßig wenig ausgeprägten Löschpunkt haben. Die beiden Stoffe ergänzen sich also gegenseitig. Die Schichtung von verschiedenartigen, hochohmigen, porösen Entladematerialien sorgt dafür, daß die Entladungen gut auf die Poren verteilt werden, und dient auch dazu, den Zusammenhang der Randwirkungen zu unterbrechen, so daß Überschläge an der Oberfläche des Ableiters verhindert werden:.
  • Das Ableiterelernent, das in der beschriebenen Weise hergestellt worden ist, wird, wie Fig. q. darstellt, in einem Porzellangehäuse 2o untergebracht, vorzugsweise einem solchen mit einem leicht nachgebenden Boden 21. Dieser Boden hat bei 22 eine so dünne Wandung, daß er bei Fehlern im Ableiter und bei überhitzen bricht und herausfällt, wodurch die Zuleitung des überspannungsableiters zur Erde unterbrochen und der Ableiter außer Betrieb gesetzt wird.
  • Beim Versand der hier beschriebenen Ableiter haben sieh wegen des Schleuderns uni Stoßens des Widerstandselementes Schwierigkeiten ergeben. Um diese zu überwinden, wird erfindungsgemäß das Ableiterelement in ein geeignetes Isolierwachs 23 eingebettet, das in heißem Zustande eingegossen wird, so daß es bis zum oberen Rande des Ableiterelementes kommt und dadurch dessen Bewegung und Beschädigung während des Versandes verhindert. Gleichzeitig dient das Wachs auch als eine wirksame Isolation.
  • Wie aus Fig. ¢ zu ersehen ist, liegt in Serie mit dem Ableiter eine Funkenstrecke 2q., die dazu dient, den Ableiter von der Leitung selbst zu trennen. Diese Funkenstrecke verhindert das dauernde Fließen des Reststromes nach dem Arbeiten des Ableiters.
  • Eine weitere Ausführungsform eines Ableiterelementes ist in Fig. 5 dargestellt. Hier besteht das Ableiterelement aus einer dicken, vorgeformten, porösen Scheibe 3o, die im ungebrannten Zustande etwa eine Stärke von i o mm hat. Sie ist aus denselben Bestandteilen zusammengesetzt wie die trockene, pulverförmige Mischung, die die oben beschriebenen dünnen verschmolzenen Zwischenlagen 8 bildet. Nur. wird diese Mischung bei der Herstellung des porösen Blockes 3o mit Wasser angemacht. Im übrigen wird der Block 3o in derselben Weise geformt wie die Scheiben 7. Auf beiden Enden des Blockes 30 ist eine der schon für die Ausführung gemäß Fig. i beschriebenen porösen Scheiben 7 angeordnet. Diese Scheiben sind von dem porösen Blöck 3o durch Zwischenlagen 31 getrennt, die aus einer trockenen Mischung von 6o % Caolin und 40 0/0 pulverförmigem Carborundum bestehen, die unmittelbar nach dem Formen ,auf die feuchte Oberfläche der Scheiben 7 aufgebracht sind. Das Ganze wird unter Druck erhitzt, an den Stirnflächen verkupfert und mit einer Isolierhülle versehen, in ähnlicher Weise, wie es schon für die erste Ausführungsform beschrieben worden ist.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Überspannungsableiter mit porösem Ableiterelement räch Patent 641 133, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ableiter wirksame zusammengebrannte Widerstandskörper aus Schichten besteht, und zwar derart, daß Schichten (7, 3o) aus vorgeformtem Material abwechseln mit Schichten (8, 3i) aus einem Material, dessen Ohmwert höher ist als der des vorgeformten Materials und das vor dem Brennen pulverförmig ist. a. Überspannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Schichten aus Material mit einer steil abfallenden Volt - Ampere - Entladecharakteristik mit Schichten aus Material mit einer ansteigenden Volt-Ampere-Entladecharakteristik abwechseln. 3. Überspannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablditerelement aus mehreren Schichten von pulverförmigem Carborundum mit einem kleinen Prozentsatz Bindemittel besteht, die mit Schichten von Carborundum mit großem Prozentsatz Bindemittel abwechseln. q.. Überspannungsableiter nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus pulverförmigem, gebranntem Ton besteht. 5. Überspannungsableiter nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten mit hohem Prozentsatz an Bindemitteln verhältnismäßig dünn sind gegenüber den Schichten mit geringem Prozentsatz an Bindemitteln. 6. Überspannungsableiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Ableiterelementes aus verschmolzenem, pulverförmigem Carborundum mit einem stark übenvdegenden Prozentsatz von pulverförmigem, gebranntem Ton besteht, wobei das verwendete Carborundum eine solche Körnung besitzt, daß 9o bis 98% durch ein a7omaschiges Sieb (amerikanisches Maßsystem)' gehen. 7. Über3pannungsableiter nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten des Ableiterelementes im wesentlichen frei von Kohlenstoff sind. B. Überspannungsableiter nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableiterelement von seinem keramischen Gehäuse (2o) durch eine wachsartige Isolierschicht (a3) getrennt ist. 9. Verfahren zur Herstellung von Ableiterelementen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer feuchten Mischung von Isolations- und Bindemitteln Scheiben geformt werden, auf die Oberfläche dieser noch feuchten Scheiben ein formloses, pulverförmiges Material aufgebracht wird und die Scheiben so aufeinandergeschichtet werden, daß sie durch das pulverförmige Material voneinander getrennt sind, wonach das Ganze unter genügendem mechanischem Druck erhitzt wird, bis daraus ein einheitlicher- Körper entsteht. i o. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die noch feuchten Scheiben aufgebrachte Pulver aus einer Mischung von Carborundum und gebranntem Ton besteht.
DE1930663387D 1929-12-05 1930-11-29 UEberspannungsableiter Expired DE663387C (de)

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DE (1) DE663387C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE941507C (de) * 1939-06-13 1956-04-12 Siemens Ag Entladungseinrichtung fuer Stromunterbrecher und UEberspannungsschutzeinrichtungen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE941507C (de) * 1939-06-13 1956-04-12 Siemens Ag Entladungseinrichtung fuer Stromunterbrecher und UEberspannungsschutzeinrichtungen

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