EP0249796A1 - Gasentladungs-Uberspannungsableiter - Google Patents

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EP0249796A1
EP0249796A1 EP87107985A EP87107985A EP0249796A1 EP 0249796 A1 EP0249796 A1 EP 0249796A1 EP 87107985 A EP87107985 A EP 87107985A EP 87107985 A EP87107985 A EP 87107985A EP 0249796 A1 EP0249796 A1 EP 0249796A1
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series

Definitions

  • the present invention relates to a gas discharge path suitable as a switch for high voltages and high frequencies according to the preamble of patent claim 1.
  • a surge arrester with the features of the preamble of claim 1 is known.
  • Such a surge arrester has a short response time, but a relatively long deionization time, which does not permit the use of this surge arrester as a switch for high frequencies in the kHz range.
  • DE-A-23 54 697 describes a gas-filled surge arrester with copper electrodes and a coating on at least part of the discharge surfaces made of bismuth, antimony, zinc or tin. This arrangement is said to increase responsiveness.
  • the substances mentioned generally do not allow a deionization time which is sufficiently short for use at frequencies in the kHz range.
  • the object on which the present invention is based is to increase the achievable switching frequency by increasing the glow lamp voltage of the discharge gap and at the same time reducing the deionization time.
  • a high switching frequency is understood here to mean a switching frequency of more than a thousand switching operations / second; a high frequency in the sense of the invention is a frequency in the kHz range. This object is achieved in a discharge path according to the preamble by the characterizing features of claim 1.
  • the switching path consists of the series connection of two or more individual arresters, which have copper electrodes, hydrogen-containing gas filling and a suitable activation compound.
  • a filling gas that is easy to handle during production consists of hydrogen and argon, the hydrogen content being between 5% and 20%.
  • Sodium silicate is advantageously applied to the end faces of the electrodes as an activating compound.
  • an ignition voltage of 1 kV and a glow voltage> 150 V can be achieved for each individual arrester.
  • four thousand switching operations / second can be implemented in a resonant circuit for igniting high-pressure gas discharge lamps without extinguishing failures influencing the functional reliability.
  • the ignition voltage can be set to e.g. 7kV to 8kV can be set.
  • the electrodes 3, 4 and 5 are made of copper.
  • the gas discharge gaps 6 are filled with a hydrogen-containing filling gas. This selection of materials significantly reduces deionization time.
  • the end faces 7 of the electrodes 3, 4 and 5 are preferably each provided with an activation layer 8 made of sodium silicate and a metal component. This ensures a relatively low arc voltage in conjunction with a sufficiently high glow voltage and greatly reduces the evaporation of electrode material during the passage of current.
  • a frequency of 4 kHz can be switched off, for example, and an ignition voltage of 1 kV per individual arrester 1, 2 and a glow voltage of 150 V per individual arrester 1, 2, so that the gas discharge paths formed from n individual arresters (FIGS. 1, 2) each have an ignition voltage of n ⁇ 1kV and a glow lamp voltage of n ⁇ 150V.
  • An advantageous application of the invention is the ignition of high-voltage gas discharge lamps.
  • An embodiment with a total of eight individual arresters 1, 2 can advantageously be used for such an application.
  • the switching problems that usually occur here result in four thousand switching operations / second and can be handled without any problems using the discharge path according to the invention.
  • the gas discharge path can either consist of the series connection of discrete individual arresters (FIG. 1) or in a composite design in which the individual arresters are arranged axially to one another and adjacent electrodes are soldered to one another or consist of one piece.
  • the electrodes 5 which are integrally connected to one another advantageously consist of solid material (FIG. 2). This achieves a higher heat capacity, which enables a higher stability of the ignition voltage during operation.
  • the mechanical stresses caused by temperature fluctuations are harmless due to the symmetrical structure of the electrodes and because of the insulating material tubes 9 adjoining on both sides in the usual dimensions.
  • the insulating material tubes 9 are preferably made of ceramic.

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  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
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Abstract

Als Schalter für hohe Spannungen, hohe Frequenzen und hohe Schalthäufigkeit wird eine Gasentladungsstrecke vorgeschla­gen, die aus einer Reihenschaltung aus zwei oder mehr Ein­zelableitern (1, 2) besteht, welche Elektroden (3, 4, 5) aus Kupfer aufweisen und mit einem Gas gefüllt sind, wel­ches zumindest teilweise aus H₂ besteht.
Diese Gasentladungsstrecke eignet sich zum Schalten von Frequenzen im kHz-Bereich.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine als Schalter für hohe Spannungen und hohe Frequenzen geeignete Gasentladungs­strecke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der US-B-3,866,091 ist ein Überspannungsableiter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 be­kannt. Ein derartiger Überspannungsableiter hat zwar eine kurze Ansprechzeit, aber eine relativ lange Entionsisie­rungszeit, die den Einsatz dieses Überspannungsableiters als Schalter für hohe Frequenzen im kHz-Bereich nicht zuläßt.
  • Die DE-A-23 54 697 beschreibt einen gasgefüllten Überspan­nungsableiter mit Kupferelektroden und einem Überzug auf mindestens einem Teil der Entladungsflächen aus Wismut, Antimon, Zink oder Zinn. Diese Anordnung soll die Ansprech­schnelligkeit erhöhen. Die genannten Stoffe lassen jedoch eine für den Einsatz bei Frequenzen im kHz-Bereich ausrei­chend kurze Entionisierungszeit grundsätzlich nicht zu.
  • Demgegenüber besteht die Aufgabe, die der vorliegenden Er­findung zugrundeliegt, darin, die erreichbare Schalthäufig­keit dadurch zu vergrößern, daß die Glimmbrennspannung der Entladungsstrecke erhöht und gleichzeitig die Entionisie­rungszeit verringert wird. Unter einer hohen Schalthäufig­keit wird hier eine Schalthäufigkeit von mehr als tausend Schaltungen/Sekunde verstanden, eine hohe Frequenz im Sinne der Erfindung ist eine Frequenz im kHz-Bereich. Diese Auf­gabe wird bei einer Entladungsstrecke gemäß dem Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Hierbei besteht die Schaltstrecke aus der Reihenschaltung von zwei oder mehr Einzelableitern, welche Kupferelektro­den, wasserstoffhaltige Gasfüllung und eine geeignete Ak­tivierungsmasse aufweisen.
  • Ein bei der Fertigung gut zu handhabendes Füllgas besteht aus Wasserstofff und Argon, wobei der Wasserstoffanteil zwischen 5% und 20% liegt.
  • Vorteilhaft ist auf die Stirnflächen der Elektroden als Ak­tivierungsmasse Natriumsilikat aufgebracht. Mit einer der­artigen Ausführungsform läßt sich für jeden Einzelableiter eine Zündspannung von 1kV und eine Glimmbrennspannung >150V erreichen. Damit können beispielsweise in einem Schwingkreis zum Zünden von Hochdruck-Gasentladungslampen viertausend Schaltungen/Sekunde realisiert werden, ohne daß Löschversager die Funktionssicherheit beeinflussen. Die Zündspannung kann je nach Anzahl von Einzelableitern auf z.B. 7kV bis 8kV eingestellt werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Die Figuren zeigen erfindungsgemäße Anordnungen in geschnittener Ansicht.
  • In diesen Aufbauten bestehen die Elektroden 3, 4 und 5 aus Kupfer. Die Gasentladungsspalte 6 sind mit einem wasser­stoffhaltigen Füllgas gefüllt. Durch diese Materialauswahl ist eine erhebliche Verringerung der Entionisierungszeit erreicht. Die Stirnflächen 7 der Elektroden 3, 4 und 5 sind vorzugsweise jeweils mit einer Aktivierungsschicht 8 aus Natriumsilikat und einer Metallkomponente versehen. Dadurch wird eine relativ geringe Bogenbrennspannung in Verbindung mit einer ausreichend hohen Glimmbrennspannung gewährleistet und ein Abdampfen von Elektrodenmaterial beim Stromdurchgang stark reduziert.
  • Mit der beschriebenen Ausführungsform läßt sich beispiels­weise eine Frequenz von 4kHz abschalten und dabei je Ein­zelableiter 1, 2 eine Zündspannung von 1kV und eine Glimm­brennspannung von 150V je Einzelableiter 1, 2 erreichen, so daß die aus n Einzelableitern gebildeten Gasentladungs­strecken (Fig. 1, 2) jeweils eine Zündspannung von n × 1kV und eine Glimmbrennspannung von n × 150V aufweisen.
  • Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung besteht in der Zündung von Hochspannungsgasentladungslampen. Für eine derartige Anwendung ist ein Ausführungsbeispiel mit ins­gesamt acht Einzelableitern 1, 2 vorteilhaft einsetzbar. Die hierbei üblicherweise auftretenden Schaltprobleme ergeben viertausend Schaltungen/Sekunde und können mit der erfindungsgemäßen Entladungsstrecke problemlos bewätigt werden.
  • Die Gasentladungsstrecke kann entweder aus der Reihenschal­tung diskreter Einzelableiter (Fig. 1) oder in einer zusam­mengesetzten Ausführung bestehen, bei welcher die Einzelab­leiter axial zueinander angeordnet sind und aneinandergren­zende Elektroden miteinander verlötet sind oder aus einem Stück bestehen. Im zuletzt genannten Beispiel bestehen die miteinander einstückig verbundenen Elektroden 5 vorteil­haft aus Vollmaterial (Fig.2). Dadurch wird eine höhere Wärmekapazität erreicht, die eine höhere Stabilität der Zündspannung während des Betriebes ermöglicht. Die durch Temperaturschwankungen hervorgerufenen mechanischen Span­nungen sind wegen des Symmetrischen Aufbaues der Elektro­den und wegen der beidseitig angrenzenden Isolierstoff­rohre 9 bei üblichen Dimensionierungen unschädlich. Dabei bestehen die Isolierstoffrohre 9 vorzugsweise aus Keramik.
    • Bezugszeichenliste
    • Nr.  Begriff
    • 1, 2  Einzelableiter
    • 3, 4  Elektrode
    • 5  einstückig miteinander verbundene Elektroden
    • 6  Gasentladungsspalt
    • 7  Stirnfläche
    • 8  Aktivierungsschicht
    • 9  Isolierstoffrohr

Claims (6)

1. Für hohe Spannungen, hohe Frequenzen und hohe Schalthäu­figkeit geeignete Gasentladungsstrecke, welche sich aus zwei oder mehr in Reihe geschalteten Einzelableitern zusam­mensetzt, wobei jeder Einzelableiter zwei Elektroden ent­hält, welche in die beiden Öffnungen eines Isolierstoffroh­res hineinreichen und mit dem Isolierstoffrohr vakuumdicht verbunden sind und einander gegenüber liegende Stirnflächen besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Kupfer bestehen, daß das Füllgas zumindest teilweise aus H₂ besteht.
2. Gasentladungsstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas aus H₂ und Ar besteht und daß der H₂-Anteil zwischen 5Vol% und 20Vol% liegt.
3. Gasentladungsstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stirnflächen Natriumsilikat als Aktivierungsmasse aufgebracht ist, in welche Metallkomponenten, z.B. Ni beigemischt sind.
4. Gasentladungsstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelableiter koaxial zueinander angeordnet und dieaneinandergrenzenden Elektroden miteinander verlötet sind.
5. Gasentladungsstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelableiter zu­einander koaxial angeordnet sind und daß die aneinander­grenzenden Elektroden einstückig miteinander verbunden sind und aus Vollmaterial bestehen.
6. Verwendung einer Gasentladungsstrecke nach Anspruch 1 bis 5 zur Zündung von Hochdruckgasentladungslampen.
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