EP2392058A1 - Überspannungsableiter und anordnung von mehreren überspannungsableitern zu einem array - Google Patents

Überspannungsableiter und anordnung von mehreren überspannungsableitern zu einem array

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EP2392058A1
EP2392058A1 EP10701358A EP10701358A EP2392058A1 EP 2392058 A1 EP2392058 A1 EP 2392058A1 EP 10701358 A EP10701358 A EP 10701358A EP 10701358 A EP10701358 A EP 10701358A EP 2392058 A1 EP2392058 A1 EP 2392058A1
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EP
European Patent Office
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ceramic body
surge arrester
electrodes
surge
arrester according
Prior art date
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Withdrawn
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EP10701358A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gero Zimmermann
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.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-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
    • H01C7/10—Non-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
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • 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
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series

Definitions

  • Object of the present invention is to provide a simple, inexpensive to produce Studentsnapssabieiter having a high follower current capability.
  • a surge arrester having a gas filled closed drain body formed by an annular ceramic body and two spaced-apart electrodes.
  • a spaced from the first ceramic body second annular ceramic body is arranged.
  • the second ceramic body has a height that is less than the height of the first ceramic body.
  • At least one inside of the electrodes of the arrester is partially disposed within a cylindrical space defined by the inside dimension of the second ceramic body. At least one inside of the electrode, which is arranged within the cylindrical space, is preferably formed as a planar surface, which may comprise a weapon.
  • the electrodes are formed as pin electrodes.
  • the inner sides of the electrodes are formed such that they have at least two planar surfaces arranged parallel to one another.
  • the activation mass is preferably arranged in the region of the planar surfaces of the inner sides of the electrodes and covers them partially or completely.
  • one or more ignition strips are arranged or applied on the inside of the first ceramic body.
  • the ignition behavior and the load capacity of the surge arrester can be optimized or influenced.
  • the second ceramic body of the surge arrester is preferably designed such that evaporations of electrode material or materials of the
  • the material of the first and second ceramic bodies comprises in one embodiment an alumina ceramic (Al 2 O 3).
  • the electrodes of the surge arrester preferably have a high thermal conductivity and melting temperature.
  • the electrodes are made of tungsten copper (WCu).
  • the electrodes have a diameter of less than 10 mm.
  • the arrester has a power density of greater than 130 W / mm ⁇ in the subsequent current case.
  • the surge arresters described above may be arranged in an array comprising at least two surge arresters as described above, wherein two directly adjacent surge arresters of the array have a common electrode. - A -
  • the arrangement is designed such that the common electrode is designed as a pin electrode used on both sides.
  • the surge arresters are mechanically fixed to each other. After the final soldering, in which preferably a gas mixture of high thermal conductivity and pressure-dependent easily adjustable dielectric strength is used, hermetically sealed, gas-filled surge arresters with defined adjusted, static and dynamic ignition properties, high burning voltage and very high power density are available at subsequent current load.
  • an array as described above may prospectively have a total residual current capacity of ⁇ 30 kA for a number of 18 surge arresters connected in series or together forming a compact series connection.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a single surge arrester
  • Figure 2 shows an arrangement of a plurality of surge arresters having a common electrode.
  • FIG 1 is a schematic structure of a
  • the surge arrester has a diverter body 1 which comprises a first ceramic body 2.
  • the surge arrester has two electrodes 3, which in the illustrated embodiment are designed as pin electrodes.
  • Each of the electrodes 3 has an electrode body having an outer side 10 and an inner side 7.
  • the inner side 7 of the electrodes 3 is partially coated with an activating compound 9.
  • the inner sides 7 of the oppositely disposed electrodes 3 preferably have surfaces arranged parallel to one another.
  • the outside 10 of the electrodes 3 is arranged in the figure outside of the surge arrester.
  • Each of the electrode body comprises on its outside 10 the shape of the inside 7 of the Counter electrode and is therefore particularly well suited for a series connection of surge arresters.
  • the electrode bodies are thereby identical and one-piece.
  • a second ceramic body 5 is arranged in the interior 4 of the surge arrester, which is determined by the inner dimensions of the first ceramic body 2, a second ceramic body 5 is arranged.
  • the first ceramic body 2 has a height H2 which is greater than the height H5 of the second ceramic body 5.
  • the inner sides 7 of the electrodes 3 protrude into a cylindrical space 6, which is determined by the inner dimensions of the second ceramic body 5.
  • ignition strips 8 are arranged on the inside of the first ceramic body 2 .
  • the second ceramic body 5 of the surge arrester is designed such that evaporations of material of the electrodes 3 or of materials of the activating mass 9 or of the ignition streaks 8, which result from a current load of the
  • Surge surge may occur, mostly on the inside of the second ceramic body 5 deposit. As a result, vapor deposition or deposition of the evaporation residues on the inner wall of the first ceramic body 2 is avoided.
  • FIG. 2 shows a detail of an arrangement of a plurality of surge arresters arranged in an array.
  • Each of the surge arresters has a diverter body 1, which comprises a first ceramic body 2.
  • the Ableiter restructuring 1 have an inner space 4, which is determined by the inner dimensions of the first ceramic body 2.
  • ignition strips 8 are arranged on the inside of the first ceramic body 2 . In the interior 4 of
  • a second ceramic body 5 is arranged.
  • Two directly adjacent surge arresters have a common electrode 3.
  • the electrode 3 is such formed such that one side of the electrode 3 forms an inner side 7 of an electrode 3 of a first surge arrester.
  • the inner side 7 of the electrode 3 projects at least partially into the cylindrical space 6, which is characterized by the inner dimensions of the second ceramic body 5 of the
  • the second side of the electrode 3 forms the outer side 10 of the electrode 3 of the first surge arrester and simultaneously protrudes as the inner side 7 of the electrode 3 in the cylindrical space 6 of a second adjacent surge arrester.
  • the individual Studentsnapssabieiter are mechanically firmly connected to each other, wherein the AbleiterMech 1 is filled with a gas mixture of high thermal conductivity and pressure-dependent easily adjustable dielectric strength.
  • the surge arresters have electrodes of almost any shape.

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Abstract

Es wird ein Überspannungsableiter angegeben, der einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper (1) aufweist, der durch einen ersten ringförmigen Keramikkörper (2) und zwei voneinander beabstandete Elektroden (3) gebildet ist. Im Innenraum (4) des Ableiterkörpers (1) ist ein vom ersten Keramikkörper (2) beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper (5) angeordnet, der eine Bauhöhe (H5) aufweist, die geringer ist als die Bauhöhe (H2) des ersten Keramikkörpers (2).

Description

Beschreibung
Überspannungsabieiter und Anordnung von mehreren Überspannungsableitern zu einem Array
Aus der Druckschrift DE 10 2005 036 265 Al ist ein Überspannungsabieiter bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfachen, kostengünstig herzustellenden Überspannungsabieiter anzugeben, der eine hohe Folgestrombelastbarkeit aufweist.
Die Aufgabe wird durch einen Überspannungsabieiter nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Überspannungsabieiters sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es wird ein Überspannungsabieiter angegeben, der einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper aufweist, der durch einen ringförmigen Keramikkörper und zwei voneinander beabstandete Elektroden gebildet ist. Im Innenraum des Ableiterkörpers ist ein vom ersten Keramikkörper beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper angeordnet. Der zweite Keramikkörper weist eine Bauhöhe auf, die geringer ist als die Bauhöhe des ersten Keramikkörpers.
In einer Ausführungsform des Überspannungsabieiters ist wenigstens eine Innenseite der Elektroden des Ableiters teilweise innerhalb eines zylindrischen Raums angeordnet, der durch die Innenabmessung des zweiten Keramikkörpers bestimmt ist. Wenigstens eine Innenseite der Elektrode, der innerhalb des zylindrischen Raums angeordnet ist, ist vorzugsweise als plane Fläche ausgebildet, die eine Waffeiung umfassen kann.
In einer Ausführungsform des Überspannungsabieiters sind die Elektroden als Stiftelektroden ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Innenseiten der Elektroden derart ausgebildet, dass sie wenigstens zwei zueinander parallel angeordnete plane Flächen aufweisen.
Auf den Innenseiten der Elektroden kann bereichsweise eine Aktivierungsmasse aufgebracht sein. Die Aktivierungsmasse ist vorzugsweise im Bereich der planen Flächen der Innenseiten der Elektroden angeordnet und bedeckt diese teilweise beziehungsweise vollständig.
In einer Ausführungsform des Überspannungsabieiters sind auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers ein oder mehrere Zündstriche angeordnet beziehungsweise aufgebracht.
Durch die Verwendung von Zündstrichen auf den Innenflächen des ersten Keramikkörpers sowie das Aufbringen einer Aktivierungsmasse auf den Elektroden können das Zündverhalten und die Belastbarkeit des Überspannungsabieiters optimiert beziehungsweise beeinflusst werden.
Der zweite Keramikkörper des Überspannungsabieiters ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich Abdampfungen von Elektrodenmaterial beziehungsweise von Materialien der
Aktivierungsmasse oder der Zündstriche, die in Folge einer Strombelastung des Überspannungsabieiters auftreten können, größtenteils auf der Innenseite des zweiten Keramikkörpers ablagern. Dadurch wird eine Bedampfung beziehungsweise Ablagerung der Abdampfungsrückstände auf der Innenwand des ersten Keramikkörpers vermieden, so dass ein ausreichend hohes Isolationsniveau und eine hinreichend niedrige Zündspannung des Überspannungsabieiters über seine gesamte Lebensdauer gewährleistet ist. Abdampfungsrückstände auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers könnten zu Isolationsfehlern sowie zu einer Deaktivierung der Zündstriche führen, wodurch sich das Ansprechverhalten des Überspannungsabieiters verschlechtern würde.
Das Material des ersten und zweiten Keramikkörpers umfasst in einer Ausführungsform eine Aluminiumoxidkeramik (AI2O3) .
Die Elektroden des Überspannungsabieiters weisen vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Schmelztemperatur auf. In einer bevorzugten Ausführungsform des Überspannungsabieiters bestehen die Elektroden aus Wolframkupfer (WCu) .
Vorzugsweise weisen die Elektroden einen Durchmesser von weniger als 10 mm auf.
In einer Ausführungsform weist der Ableiter eine Leistungsdichte von größer als 130 W/mm^ im Folgestromfall auf.
Die zuvor beschriebenen Überspannungsabieiter können in einem Array angeordnet werden, das wenigstens zwei zuvor beschriebene Überspannungsabieiter umfasst, wobei zwei direkt benachbarte Überspannungsabieiter des Arrays eine gemeinsame Elektrode aufweisen. - A -
In einer Ausführungsform ist die Anordnung derart ausgebildet, dass die gemeinsame Elektrode als beidseitig genutzte Stiftelektrode ausgebildet ist.
Die Überspannungsabieiter sind mechanisch fest miteinander verbunden. Nach der Schlusslötung, bei der bevorzugt ein Gasgemisch hoher Wärmeleitfähigkeit und druckabhängig leicht einstellbarer Durchschlagfestigkeit verwendet wird, liegen somit hermetisch dichte, gasgefüllte Überspannungsabieiter mit definiert eingestellten, statischen und dynamischen Zündeigenschaften, hoher Brennspannung und sehr hoher Leistungsdichte bei Folgestrombelastung vor.
Ein wie zuvor beschriebenes Array kann beispielsweise bei einer Anzahl von 18 Überspannungsableitern, die in Reihe geschaltet sind oder zusammen eine kompakte Reihenschaltung bilden, prospektiv ein Folgestromvermögen der Gesamtanordnung von ≥ 30 kA aufweisen.
Durch die Verwendung einfacher, leicht aneinander reihbarer Grundelemente und eines wie zuvor beschriebenen Aufbaus des Überspannungsabieiters kann somit eine erhebliche Kosten- und Volumenreduzierung der Gesamtanordnung gegenüber vergleichbaren Überspannungsableitern ohne einem zweiten, inneren Keramikkörper erreicht werden. Eine
Volumenreduzierung von größer als 40 % ist möglich.
Die zuvor beschriebene Anordnung von mehreren Überspannungsableitern wird vorzugsweise in Hauptstromversorgungssystemen baulicher Anlagen zwischen einem Außenleiter und einem Neutralleiter eingesetzt. Die oben beschriebenen Gegenstände sowie die Anordnung werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert .
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen, vielmehr können die Darstellungen in einzelnen Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Aufbau eines einzelnen Überspannungsabieiters,
Figur 2 eine Anordnung von mehreren Überspannungsableitern, die eine gemeinsame Elektrode aufweisen.
In der Figur 1 ist ein schematischer Aufbau eines
Überspannungsabieiters gezeigt. Der Überspannungsabieiter weist einen Ableiterkörper 1 auf, der einen ersten Keramikkörper 2 umfasst. Der Überspannungsabieiter weist zwei Elektroden 3 auf, die in der dargestellten Ausführungsform als Stiftelektroden ausgeführt sind. Jede der Elektroden 3 weist einen Elektrodenkörper auf, der eine Außenseite 10 und eine Innenseite 7 aufweist. Die Innenseite 7 der Elektroden 3 ist teilweise mit einer Aktivierungsmasse 9 beschichtet. Die Innenseiten 7 der gegenüber angeordneten Elektroden 3 weisen vorzugsweise parallel zueinander angeordnet Flächen auf. Die Außenseite 10 der Elektroden 3 ist in der Figur außerhalb des Überspannungsabieiters angeordnet. Jeder der Elektrodenkörper umfasst an seiner Außenseite 10 die Form der Innenseite 7 der Gegenelektrode und eignet sich deshalb besonders gut für eine Reihenschaltung von Überspannungsableitern . Die Elektrodenkörper sind dadurch identisch und einstückig. Im Innenraum 4 des Überspannungsabieiters, der durch die Innenabmessungen des ersten Keramikkörpers 2 bestimmt wird, ist ein zweiter Keramikkörper 5 angeordnet. Der erste Keramikkörper 2 weist eine Höhe H2 auf, die größer ist als die Höhe H5 des zweiten Keramikkörpers 5. Die Innenseiten 7 der Elektroden 3 ragen in einen zylindrischen Raum 6, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers 5 bestimmt ist. Auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers 2 sind Zündstriche 8 angeordnet. Der zweite Keramikkörper 5 des Überspannungsabieiters ist derart ausgebildet, dass sich Abdampfungen von Material der Elektroden 3 beziehungsweise von Materialien der Aktivierungsmasse 9 oder der Zündstriche 8, die in Folge einer Strombelastung des
Überspannungsabieiters auftreten können, größtenteils auf der Innenseite des zweiten Keramikkörpers 5 ablagern. Dadurch wird eine Bedampfung beziehungsweise Ablagerung der Abdampfungsrückstände auf der Innenwand des ersten Keramikkörpers 2 vermieden.
Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anordnung von mehreren Überspannungsableitern, die zu einem Array angeordnet sind. Jeder der Überspannungsabieiter weist einen Ableiterkörper 1 auf, der einen ersten Keramikkörper 2 umfasst. Die Ableiterkörper 1 weisen einen Innenraum 4 auf, der durch die Innenabmessungen des ersten Keramikkörpers 2 bestimmt ist. Auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers 2 sind Zündstriche 8 angeordnet. Im Innenraum 4 des
Ableiterkörpers 1 ist ein zweiter Keramikkörper 5 angeordnet. Zwei direkt benachbarte Überspannungsabieiter weisen eine gemeinsame Elektrode 3 auf. Die Elektrode 3 ist derart ausgebildet, dass eine Seite der Elektrode 3 eine Innenseite 7 einer Elektrode 3 eines ersten Überspannungsabieiters bildet. Die Innenseite 7 der Elektrode 3 ragt wenigstens teilweise in den zylindrischen Raum 6, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers 5 des
Überspannungsabieiters bestimmt ist. Die zweite Seite der Elektrode 3 bildet die Außenseite 10 der Elektrode 3 des ersten Überspannungsabieiters und ragt gleichzeitig als Innenseite 7 der Elektrode 3 in den zylindrischen Raum 6 eines zweiten benachbarten Überspannungsabieiters. Die einzelnen Überspannungsabieiter sind miteinander mechanisch fest verbunden, wobei der Ableiterkörper 1 mit einem Gasgemisch hoher Wärmeleitfähigkeit und druckabhängig leicht einstellbarer Durchschlagfestigkeit gefüllt ist.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildungen der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass die Überspannungsabieiter Elektroden mit nahezu beliebiger Form aufweisen.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt; vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen, soweit technisch sinnvoll, beliebig miteinander kombiniert werden . Bezugszeichenliste
1 Ableiterkörper
2 erster Keramikkörper 3 Elektrode
4 Innenraum des Ableiterkörpers 1
5 zweiter Keramikkörper
H2 Höhe des ersten Keramikkörpers
H5 Höhe des zweiten Keramikkörpers 6 zylindrischer Raum, der durch die
Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers 5 bestimmt ist
7 Innenseite der Elektrode 3
8 Zündstrich 9 Aktivierungsmasse
10 Außenseite der Elektrode 3

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsabieiter aufweisend, einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper (1), der durch einen ersten ringförmigen Keramikkörper (2) und zwei voneinander beabstandete Elektroden (3) gebildet ist, wobei im Innenraum (4) des Ableiterkörpers (1) ein vom ersten Keramikkörper (2) beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper (5) angeordnet ist, der eine Bauhöhe (H5) aufweist, die geringer ist als die Bauhöhe (H2) des ersten Keramikkörpers (2) .
2. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Innenseite (7) einer der Elektroden (3) teilweise innerhalb eines zylindrischen Raums (6) angeordnet ist, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers (5) bestimmt ist.
3. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, wobei wenigstens die Innenseite (7) der Elektrode (3), die innerhalb des zylindrischen Raums (6) angeordnet ist, als plane Fläche ausgebildet ist, die eine Waffeiung umfasst.
4. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (3) als Stiftelektroden ausgebildet sind.
5. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (3) jeweils wenigstens zwei, zueinander parallel angeordnete, plane Innenseiten (7) aufweisen.
6. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers (2) Zündstriche (8) aufgebracht sind.
7. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf den Innenseiten (7) der Elektroden (3) wenigstens bereichsweise eine Aktivierungsmasse (9) aufgebracht ist.
8. Überspannungsabieiter nach Anspruch 7, wobei der zweite Keramikkörper (5) derart ausgebildet ist, dass sich Abdampfungen von Elektrodenmaterial und/oder Aktivierungsmasse in Folge einer Strombelastung des Überspannungsabieiters größtenteils auf der Innenseite des zweiten Keramikkörpers (5) ablagern.
9. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Keramikkörper (2) und zweite Keramikkörper (5) AI2O3 umfassen.
10. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (3) WCu enthalten.
11. Anordnung von mehreren Überspannungsableitern zu einem Array, aufweisend wenigstens zwei Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei direkt benachbarte Überspannungsabieiter eine gemeinsame Elektrode (3) aufweisen .
12. Anordnung nach Anspruch 11, wobei die gemeinsame Elektrode (3) als beidseitig genutzte
Stiftelektrode ausgebildet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, wobei die Überspannungsabieiter mechanisch fest miteinander verbunden sind.
EP10701358A 2009-01-29 2010-01-25 Überspannungsableiter und anordnung von mehreren überspannungsableitern zu einem array Withdrawn EP2392058A1 (de)

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