EP0847118A1 - Überspannungsableiter - Google Patents

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EP0847118A1
EP0847118A1 EP96119584A EP96119584A EP0847118A1 EP 0847118 A1 EP0847118 A1 EP 0847118A1 EP 96119584 A EP96119584 A EP 96119584A EP 96119584 A EP96119584 A EP 96119584A EP 0847118 A1 EP0847118 A1 EP 0847118A1
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EP
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surge arrester
ceramic insulator
electrodes
electrode
arrester according
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Withdrawn
Application number
EP96119584A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Angel Alvarez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cerberus AG
Original Assignee
Cerberus AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the present invention relates to a surge arrester with a gas-filled one Ceramic insulator, with two spaced in the ceramic insulator Electrodes, between which a surge voltage occurs forms electrically conductive connection, and with one on the outside of the ceramic insulator provided short-circuit element for establishing a galvanic connection between the two electrodes when a critical for the environment is exceeded Temperature of the surge arrester, which is conductive with one electrode and is connected to the other via an insulating melting body.
  • the main task of such well-known surge arresters is to electrical devices, devices or systems against lightning strikes, high-voltage line contact or to protect the resulting overvoltages.
  • the Surge arresters basically consist of a gas-filled spark gap in which in a gas-tight, insulated housing at least two electrodes at a short distance face each other and normally separate electrically conductive system parts. At If overvoltages occur, a gas discharge takes place between the electrodes, whereby the voltage on the protected system depends on the operating voltage of the Gas discharge is reduced.
  • the invention is now to provide a surge arrester of the type mentioned be, which has the most compact possible form, and when it is installed in a magazine does not pay attention to a special position or position of the surge arrester must become.
  • the ceramic insulator at least has a contact area conductively connected to an electrode, and that the insulating body lies against this contact area.
  • the inventive design of the surge arrester has the advantage that Short-circuit element only reach close to the other electrode and not as before must protrude beyond this. This is the point of a possible short circuit offset inwards from the edge of the surge arrester, so that the occurrence of a Short circuit with adjacent contact parts is prevented.
  • the inventive Surge arresters can be used universally due to their compact design.
  • a first preferred embodiment of the surge arrester according to the invention is characterized in that the ceramic insulator has a contact area at both ends and that the insulating melting body on the connected to the other electrode Contact area.
  • This symmetrical design of the ceramic insulator leads despite the application of two metallization areas to reduce manufacturing costs because of attaching of the short-circuit element does not have to be ensured that this is connected to the correct i.e. is worked on to the electrode opposite the contact area.
  • a second preferred embodiment of the surge arrester according to the invention is characterized in that the diameter of the ceramic insulator is smaller than the diameter of the electrodes and that the melting body is dimensioned so that it only slightly protrudes from the electrodes.
  • This embodiment has the advantage that the short-circuit element from the surge arrester practically no longer protrudes sideways and the compactness of the surge arrester not affected.
  • a third preferred embodiment of the surge arrester according to the invention is characterized in that the contact area or the contact areas by a uniform, the respective end face and the adjoining edge zone of the outer surface of the ceramic insulator covering, metallization layer is formed or are.
  • This embodiment has the advantage that the for soldering the electrodes on the Ceramic insulator required metallization and the contact areas on the outer surface of the ceramic insulator can be applied in one operation. Moreover the electrical conductivity is optimized through the continuous metallization.
  • the two-pole surge arrester 1 shown in FIGS. 1 and 2 consists of a tubular ceramic insulator 2, both ends of which are connected by two metal electrodes 3, 4 are sealed gas-tight by means of high-temperature soldering.
  • the one formed by it The gas discharge space is filled with a noble gas, such as argon or neon.
  • a short-circuit element 5 is provided on one end face of the ceramic insulator 2, to establish a galvanic connection between the two metal electrodes 3, 4 is used when the surge arrester 1 is overloaded.
  • the short-circuit element 5 consists of a spring 6 made of copper beryllium, one end of which is connected to the electrode 4, preferably welded to it, is, and the other end of an insulating melting body 7 made of polypropylene carries and this in the area in front of the electrode 3 from the outside against the ceramic insulator 2 presses.
  • the ceramic insulator 2 is at its ends with one with the respective electrode 3, 4 conductively connected and marked in the figures with a hatching area 8 or 9 provided, the insulating melt body 7 on the with the electrode 3 connected contact area 8 is present.
  • the contact areas 8, 9 are by a respective end face and the adjoining edge zone of the outer surface of the ceramic insulator 2 covering metallization layer formed.
  • the metallization layer consists of an outer layer of nickel and an inner layer for manufacturing a permanent connection between the nickel layer and the ceramic insulator 2.
  • the inner layer is preferably formed by a molybdenum-manganese compound.
  • the surge arrester 1 works in such a way that, in the normal case, between the electrodes 3 and 4 there is no electrical connection.
  • overvoltage conditions occur takes place in the gas discharge space inside the ceramic insulator 2 between the Electrodes 3 and 4 take a gas discharge instead, causing the surge to occur for the protective system is reduced to a safe level. If the surge conditions if the surge arrester 2 heats up so much, that the insulating melting body 7 softens and the spring 6 in conductive connection with the Contact area 8 device, and the electrodes 3 and 4 are electrically connected.
  • the contact areas 8, 9 offer the advantage that the spring 6 for safe manufacture the conductive connection between the two electrodes 3 and 4 can be kept shorter can than before and no longer has to contact the electrode 3 directly. Thereby is the location of a possible short circuit between spring 6 and electrode 3 from The outer edge of the surge arrester 1 is offset inwards and therefore points in a surge arrester arranged adjacent a larger distance on.
  • the three-pole surge arrester 10 shown in FIG. 3 consists of a middle one Electrode 11, two external electrodes 12, two ceramic insulators 2 with contact areas 8 and 9 and a short-circuit element 13, which is used to produce a galvanic connection between the outer electrodes 12 and the middle electrode 11.
  • the Short-circuit element 13 consists of a welded to the middle electrode 11 Spring 6 ', the two ends of which each carry an insulating melting body 7, each of which abuts the contact area 8 conductively connected to the associated outer electrode 12.
  • the materials of the electrodes 11 and 12, the spring 6 'and the insulating melting body 7 are the same as in the two-pole surge arrester shown in FIGS. 1 and 2 1. The same applies to the contact areas 8 and 9 for the two-pole Surge arrester 1 said.
  • the diameter of the ceramic insulators 2 is smaller than the diameter of electrodes 11 and 12, so that the insulating body 7 the edge of the electrodes tower at most slightly.
  • the short-circuit element 13 lies very much close to the ceramic insulators 2 and affects the compactness of the surge arrester 10 practically not.
  • Surge arrester 1 is advantageous if the diameter of the ceramic insulator 2 is smaller is than that of the electrodes 3 and 4, and when the insulating body 7 is the Electrodes only slightly overhanging.

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Abstract

Der Überspannungsableiter besteht aus einem gasgefüllten Keramikisolator (2) mit zwei im gegenseitigen Abstand in den Keramikisolator (2) eingesetzten Elektroden (3, 4), zwischen denen sich bei Auftreten von Überspannungsbedingungen eine elektrisch leitende Verbindung ausbildet, und aus einem an der Aussenseite des Keramikisolators (2) vorgesehenen Kurzschlusselement (5) zur Herstellung einer galvanischen Verbindung zwischen den beiden Elektroden (3, 4) bei Überschreitung einer für die Umgebung kritschen Temperatur des Überspannungsableiters (1). Das Kurzschlusselement (5) ist mit der einen Elektrode (4) leitend und mit der anderen (3) über einen Isolierschmelzkörper (7) verbunden. Der Keramikisolator (2) weist mindestens einen mit einer Elektrode (3) leitend verbundenen Kontaktbereich (8) auf, und der Isolierschmelzkörper (7) liegt an diesem Kontaktbereich an.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einem gasgefüllten Keramikisolator, mit zwei im gegenseitigen Abstand in den Keramikisolator eingesetzten Elektroden, zwischen denen sich bei Auftreten von Überspannungsbedingungen eine elektrisch leitende Verbindung ausbildet, und mit einem an der Aussenseite des Keramikisolators vorgesehenen Kurzschlusselement zur Herstellung einer galvanischen Verbindung zwischen den beiden Elektroden bei Überschreiten einer für die Umgebung kritischen Temperatur des Überspannungsableiters, welches mit der einen Elektrode leitend und mit der anderen über einen Isolierschmelzkörper verbunden ist.
Die Hauptaufgabe solcher allgemein bekannter Überspannungsableiter besteht darin, elektrische Geräte, Einrichtungen oder Anlagen gegen durch Blitzschlag, Hochspannungsleitungskontakt oder dergleichen entstehende Überspannungen zu schützen. Die Überspannunsableiter bestehen im Prinzip aus einer gasgefüllten Funkenstrecke, in der sich in einem gasdichten, isolierten Gehäuse mindestens zwei Elektroden in kurzem Abstand gegenüberstehen und im Normalfall elektrisch leitende Anlagenteile trennen. Bei Auftreten von Überspannungen findet zwischen den Elektroden eine Gasentladung statt, wodurch die an der geschützten Anlage liegende Spannung auf die Brennspannung der Gasentladung herabgesetzt wird.
Wenn die Überspannungsbedingungen längere Zeit bestehen bleiben und die Funkenstrecke fortlaufend von einem Strom durchflossen wird, kann es vorkommen, dass der Überspannungsableiter so stark erhitzt wird, dass er einereits zerstört wird und seine Funktion nicht mehr ausüben kann, was zu einer Zerstörung der zu schützenden Anlage führen würde, und dass andererseits durch die starke Erwärmung Brandgefahr für die Umgebung besteht. Zur Vermeidung dieser Gefahren werden sogenannte "Failsafe-" oder "Thermoschutz-Einrichtungen" verwendet, die bei Auftreten solcher Überlasten über ein geeignetes Kurzschlusselement einen Kurzschluss zwischen den Elektroden herstellen. Dadurch wird verhindert, dass sich der Überspannungsableiter weiter erwärmt.
Bei einem in der EP-A-0 548 587 beschriebenen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art ist das Kurzschlusselement durch einen an die eine Elektrode angearbeiteten Federkontakt gebildet, der über den Keramikisolator zur anderen Elektrode geführt und durch den Isolierschmelzkörper von dieser im Abstand gehalten ist. Diese Ausbildung der Thermoschutzvorrichtung führt durch das die andere Elektrode von aussen umgreifende Kurzschlusselement zu einer gewissen Vergrösserung der Höhe des Überspannungsableiters, was insbesondere für solche Überspanngsableiter unerwünscht ist, die zur Bestückung eines Magazins vorgesehen sind. Denn nicht nur werden diese Magazine immer kleiner und erfordern eine entsprechende Miniaturisierung der Überspannungsableiter, sondern es muss auch zu den Nachbarabteilen des Magazins ein ausreichend grosser Sicherheitsabstand eingehalten werden. Letzteres bedeutet, dass diese bekannten Überspannungsableiter so in den Magazinabteilen positioniert sein müssen, dass ein möglicher Kurzschluss benachbarte Überspannunsableiter nicht stören kann. Und diese Forderung erhöht die Kosten für die Bestückung der Magazine.
Durch die Erfindung soll nun ein Überspannungsableiter der eingangs genannten Art angegeben werden, der eine möglichst kompakte Form aufweist, und bei dessen Einbau in ein Magazin nicht auf eine besondere Lage oder Stellung des Überspannungsableiters geachtet werden muss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Keramikisolator mindestens einen mit einer Elektrode leitend verbundenen Kontaktbereich aufweist, und dass der Isolierschmelzkörper an diesem Kontaktbereich anliegt.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Überspannungsableiters hat den Vorteil, dass das Kurzschlusselement nur noch bis nahe an die andere Elektrode reichen und nicht wie bisher über diese hinausragen muss. Dadurch ist die Stelle eines möglichen Kurzschlusses vom Rand des Überspannungsableiters nach innen versetzt, so dass das Auftreten eines Kurzschlusses mit benachbarten Kontaktteilen verhindert wird. Ausserdem ist der erfindungsgemässe Überspannungsableiter durch die kompakte Bauweise universell einsetzbar.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Überspannungsableiters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikisolator an beiden Enden einen Kontaktbereich aufweist, und dass der Isolierschmelzkörper an dem mit der anderen Elektrode verbundenen Kontaktbereich anliegt.
Diese symmetrische Ausbildung des Keramikisolators führt trotz der Aufbringung von zwei Metallisierungsbereichen zu einer Senkung der Herstellkosten, weil beim Anbringen des Kurzschlusselements nicht darauf geachtet werden muss, dass dieses an die richtige, d.h. an die dem Kontaktbereich gegenüberliegende, Elektrode angearbeitet wird.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Überspannungsableiters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Keramikisolators kleiner ist als der Durchmesser der Elektroden, und dass der Schmelzkörper so dimensioniert ist, dass er die Elektroden höchstens geringfügig überragt.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Kurzschlusselement vom Überspannungsableiter praktisch nicht mehr seitlich absteht und die Kompaktheit des Überspannungsableiters nicht beeinträchtigt.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Überspannungsableiters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich oder die Kontaktbereiche durch eine einheitliche, die jeweilige Stirnseite und die daran anschliessende Randzone der Aussenfläche des Keramikisolators bedeckende, Metallisierungsschicht gebildet ist beziehungsweise sind.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die für die Lötung der Elektroden auf den Keramikisolator erforderliche Metallisierung und die Kontaktbereiche an der Aussenfläche des Keramikisolators in einem Arbeitsgang aufgebracht werden können. Ausserdem ist die elektrische Leitfähigkeit durch die durchgehende Metallisierung optimiert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:
  • Fig. 1 eine Vorderansicht eines zweipoligen Überspannungsableiters;
  • Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles I von Fig. 1; und
  • Fig. 3 eine Vorderansicht eines dreipoligen Überspannungsableiters.
    • Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte zweipolige Überspannungsableiter 1 besteht aus einem rohrförmigen Keramikisolator 2, dessen beide Enden durch zwei Metallelektroden 3, 4 mittels Hochtemperaturlötung gasdicht abgeschlossen sind. Der dadurch gebildete Gasent-ladungsraum ist mit einem Edelgas, wie beispilsweise Argon oder Neon, gefüllt. An der einen Stirnseite des Keramikisolators 2 ist ein Kurzschlusselement 5 vorgesehen, das zur Herstellung einer galvanischen Verbindung zwischen den beiden Metallelektroden 3, 4 bei Überlastung des Überspannungableiters 1 dient.
    Das Kurzschlusselement 5 besteht darstellungsgemäss aus einer Feder 6 aus Kupferberyllium, deren eines Ende mit der Elektrode 4 verbunden, vorzugsweise auf diese geschweisst, ist, und deren anderes Ende einen Isolierschmelzkörper 7 aus Polypropylen trägt und diesen im Bereich vor der Elektrode 3 von aussen gegen den Keramikisolator 2 drückt. Der Keramikisolator 2 ist an seinen Enden je mit einem mit der jeweiligen Elektrode 3, 4 leitend verbundenen und in den Figuren mit einer Schraffur markierten Kontaktbereich 8 bzw. 9 versehen, wobei der Isolierschmelzkörper 7 an dem mit der Elektrode 3 verbundenen Kontaktbereich 8 anliegt. Die Kontaktbereiche 8, 9 sind durch eine die jeweilige Stirnseite und die daran anschliessende Randzone der Aussenfläche des Keramikisolators 2 bedeckende Metallisierungsschicht gebildet. Die Metallisierungsschicht besteht aus einer äusseren Schicht aus Nickel und aus einer inneren Schicht zur Herstellung einer dauerhaften Verbindung zwischen der Nickelschicht und dem Keramikisolator 2. Die innere Schicht ist vorzugsweise durch eine Molybdän-Mangan-Verbindung gebildet.
    Der Überspannungsableiter 1 arbeitet so, dass im Normalfall zwischen den Elektroden 3 und 4 keine elektrische Verbindung besteht. Beim Auftreten von Überspannungsbedingungen findet im Gasentladungsraum im Inneren des Keramikisolators 2 zwischen den Elektroden 3 und 4 eine Gasentladung statt, wodurch die Überspannung auf ein für die schützende Anlage ungefährliches Niveau herabgesetzt wird. Wenn die Überspannungsbedingungen längere Zeit anhalten, erhitzt sich der Überspannungsableiter 2 so stark, dass der Isolierschmelzkörper 7 erweicht und die Feder 6 in leitende Verbindung mit dem Kontaktbereich 8 gerät, und die Elektroden 3 und 4 galvanisch verbunden sind.
    Die Kontaktbereiche 8, 9 bieten den Vorteil, dass die Feder 6 zur sicheren Herstellung der leitenden Verbindung zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 kürzer gehalten werden kann als bisher und die Elektrode 3 nicht mehr unmittelbar kontaktieren muss. Dadurch ist der Ort eines möglichen Kurzschlusses zwischen Feder 6 und Elektrode 3 vom Aussenrand des Überspannungsableiters 1 nach innen versetzt und weist daher von in einem Magazin angeordneten benachbarten Überspannungsableitern einen grösseren Abstand auf.
    Selbstverständlich wäre von der Funktion her nur der Kontaktbereich 8 bei der Elektrode 3 erforderlich, so dass auf den Kontaktbereich 9 bei der Elektrode 4 verzichtet werden könnte. Es hat sich aber gezeigt, dass die durch das Anbringen von zwei Kontaktbereichen verursachten Kosten wesentlich geringer sind, als die Kosten, die bei einem Überspannungsableiter mit nur einem Kontaktbereich dadurch entstehen würden, dass beim Zusammenbau auf die Zuordnung zwischen der die Feder 6 tragenden Elektrode 4 und dem einen Kontaktbereich 8 geachtet werden muss.
    Der in Fig. 3 dargestellte dreipolige Überspannungsableiter 10 besteht aus einer mittleren Elektrode 11, zwei Aussenelektroden 12, zwei Keramikisolatoren 2 mit Kontaktbereichen 8 und 9 und einem Kurzschlusselement 13, das zur Herstellung einer galvanischen Verbindung zwischen den Aussenelektroden 12 und der mittleren Elektrode 11 dient. Das Kurzschlusselement 13 besteht aus einer mit der mittleren Elektrode 11 verschweissten Feder 6', deren beiden Enden je einen Isolierschmelzkörper 7 tragen, von denen jeder an dem mit der zugehörigen Aussenelektrode 12 leitend verbundenen Kontaktbereich 8 anliegt. Die Materialien der Elektroden 11 und 12, der Feder 6' und der Isolierschmelzkörper 7 sind die gleichen wie bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten zweipoligen Überspannungsableiter 1. Ebenso gilt für die Kontaktbereiche 8 und 9 das zum zweipoligen Überspannungsableiter 1 Gesagte.
    Darstellungsgemäss ist der Durchmesser der Keramikisolatoren 2 kleiner als der Durchmesser der Elektroden 11 und 12, so dass die Isolierschmelzkörper 7 den Rand der Elektroden höchstens geringfügig überragen. Dadurch liegt das Kurzschlusselement 13 sehr eng an den Keramikisolatoren 2 an und beeinträchtigt die Kompaktheit des Überspannungsableiters 10 praktisch nicht.
    Selbstverständlich ist es auch bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten zweipoligen Überspannungsableiter 1 vorteilhaft, wenn der Durchmesser des Keramikisolators 2 kleiner ist als derjenige der Elektroden 3 und 4, und wenn der Isolierschmelzkörper 7 die Elektroden höchstens geringfügig überragt.

    Claims (9)

    1. Überspannungsableiter mit einem gasgefüllten Keramikisolator (2), mit zwei im gegenseitigen Abstand in den Keramikisolator (2) eingesetzten Elektroden (3, 4; 11, 12), zwischen denen sich bei Auftreten von Überspannungsbedingungen eine elektrisch leitende Verbindung ausbildet, und mit einem an der Aussenseite des Keramikisolators (2) vorgesehenen Kurzschlusselement (5, 13) zur Herstellung einer galvanischen Verbindung zwischen den beiden Elektroden (3, 4; 11, 12) bei Überschreiten einer für die Umgebung kritischen Temperatur des Überspannungsableiters (1, 10), welches mit der einen Elektrode (4, 11) leitend und mit der anderen (3, 12) über einen Isolierschmelzkörper (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikisolator (2) mindestens einen mit einer Elektrode (3, 12) leitend verbundenen Kontaktbereich (8) aufweist, und dass der Isolierschmelzkörper (7) an diesem Kontaktbereich anliegt.
    2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikisolator (2) an beiden Enden einen Kontaktbereich (8, 9) aufweist, und dass der Isolierschmelzkörper (7) an dem mit der anderen Elektrode (3, 12) verbundenen Kontaktbereich (8) anliegt.
    3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Keramikisolators (2) kleiner ist als der Durchmesser der Elektroden (3, 4; 11, 12), und dass der Schmelzkörper (7) so dimensioniert ist, dass er die Elektroden (3, 4; 11, 12) höchstens geringfügig überragt.
    4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (8) oder die Kontaktbereiche (8, 9) durch eine einheitliche, die jeweilige Stirnseite und die daran anschliessende Randzone der Aussenfläche des Keramikisolators (2) bedeckende, Metallisierungsschicht gebildet ist beziehungsweise sind.
    5. Überspannungsableiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3, 3: 11, 12) durch Hochtemperaturlötung mit dem Keramikisolator (2) verbunden sind, und dass die Metallisierungsschicht (8) einerseits die erforderliche elektrische Leit- und Stromtragfähigkeit aufweist und andererseits als Verbindung für die Lötschicht dient.
    6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsschicht aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus einem Metall oder aus einer Legierung, besteht.
    7. Überspannungsableiter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Keramikisolator (2) und der Metallisierungsschicht angeordnete Unterschicht zur Verbesserung der Hauftung der Metallisierungsschicht auf dem Keramikisolator (2).
    8. Überspannungsableiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschicht aus Molybdän-Mangan besteht.
    9. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsschicht (8), die Elektroden (3, 4; 11, 12) und das Kurzschlusselement (5, 13) korrosionsbeständig gemacht, vorzugsweise verzinnt sind.
    EP96119584A 1996-12-06 1996-12-06 Überspannungsableiter Withdrawn EP0847118A1 (de)

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