EP2689502A1 - Surge arrester with a low response voltage, and method for producing same - Google Patents

Surge arrester with a low response voltage, and method for producing same

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EP2689502A1
EP2689502A1 EP12712619.1A EP12712619A EP2689502A1 EP 2689502 A1 EP2689502 A1 EP 2689502A1 EP 12712619 A EP12712619 A EP 12712619A EP 2689502 A1 EP2689502 A1 EP 2689502A1
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EP
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electrode
surge arrester
metallic material
electrodes
cavity
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Application number
EP12712619.1A
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German (de)
French (fr)
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EP2689502B1 (en
Inventor
Eberhard Soelter
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Publication date
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Publication of EP2689502A1 publication Critical patent/EP2689502A1/en
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Publication of EP2689502B1 publication Critical patent/EP2689502B1/en
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    • 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
    • H01T1/20—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap
    • H01T1/22—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap by the shape or the composition of the electrodes
    • 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
    • H01T1/24—Selection of materials for electrodes
    • 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
    • H01T4/10—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

Definitions

  • the invention relates to a surge arrester with low operating voltage and a method for its preparation.
  • Ignition voltage to an arcing between two or three electrodes.
  • the limit voltage is at static or stationary stress with a rise of the voltage of 100 V / s as An Anlagen Eisenschreib Uag and at
  • the arc is maintained by the feeding current as long as the electrical conditions for the arc are met.
  • the surge arrester has a cavity which is formed by at least one insulating body.
  • the electrode spacing In the cavity extending from the sides of two electrodes, which are oriented with their free ends to each other and from each other at a distance, the electrode spacing, have.
  • the electrodes In particular, the electrodes have the same longitudinal axis. In areas of the free ends, the electrodes contain several different metallic materials. In one embodiment, each metallic material is embedded in another metallic material. Preferably, the embedding takes place in one or more
  • Electrodes cavities In particular, two or three
  • the insulating body consists of one piece or, in particular, when a center electrode in the region of
  • Electrode spacing is provided, of two pieces.
  • the at least one insulating body is formed of ceramic.
  • the at least one insulating body is tubular and in particular cylindrical
  • the electrodes are preferably rod-shaped
  • the electrodes of the surge arrester are at their respective non-free ends with one end of the
  • the non-free ends of the electrodes have a flange, which is connected in a gas-tight manner to the at least one insulating body.
  • each flange has a connection, in particular with screw thread, on, with which the surge arrester or its electrodes can be electrically contacted.
  • the surge arrester is set up for the following properties or tasks.
  • the DC response voltage is between 55 volts and 70 volts, and the threshold surge voltage is less than 700 volts.
  • the pulse load capacity at a current load is 100 kA (kilo-ampere) at one
  • Shock waveform 10 ⁇ 3 / 350 ⁇ 3, i. a rise time of 10 ⁇ and a back half-life of 350 ⁇ , is the
  • This surge arrester is suitable for use in a potentially explosive environment since sparking does not occur outside of the surge arrester, even in the event of a flashover between the internal electrodes.
  • the surge arrester allows for the first time the fulfillment of the aforementioned extreme tasks. This makes it possible to use the surge arrester as a single device in areas where previously more expensive
  • each of the electrodes includes a first metallic material and a second metallic material in an electrode cavity of the first metal extending from the free end into the electrode Material. This makes it possible to select and set up the two metallic materials to the predetermined threshold voltages and the current pulse load.
  • Materials preferably have different melting points. This ensures depending on the location of the foot of a
  • the second metallic material melts at lower sustained load rather than the more outwardly disposed first metallic material. At higher currents migrates
  • the electrodes have the same
  • the longitudinal axis and the melting points of the different metallic materials increase from the longitudinal axis
  • the surge arrester is preferably arranged such that in the case of its response, a discharge at two opposite areas of the second metallic
  • this also includes the first metallic material, which is preferably designed with regard to a higher current carrying capacity than the first metallic material.
  • the electrode cavity of an electrode of the surge arrester is shaped so that the second
  • metallic material is low-resistance and mechanically firmly connected to the first metallic material. This makes it possible to optimize the electrical properties of the electrodes and the parameters of the surge arrester.
  • the electrode cavity of the surge arrester has an undercut into which the second metallic material engages. This allows a very strong mechanical or non-positive
  • the second metallic material is sintered in the electrode cavity. This allows a lot good electrical and mechanical connection of the two metallic materials.
  • the first metallic material of the electrodes comprises an iron-nickel alloy. This is characterized by a large
  • Insulating body connected in a gastight manner, the following
  • Steps are performed. It will be a
  • Electrode or by welding or soldering a ring on an electrode body Then, a metallic paste is filled in the electrode cavity thus formed and the Surface of the metallic paste structured. Then, an activating mass is introduced into the structures of the surface of the metallic paste. After at least one of the steps, starting with the filling of the metallic paste, the electrode is sintered. Subsequently, the
  • a copper paste is introduced and sintered into an electrode cavity of an iron-nickel alloy electrode.
  • a wafer structure in particular a waffle, is pressed into the sintered copper paste by means of a tool.
  • the electrode activation mass is introduced into the wafer structure with a drop-paste. This is followed by a final sintering process.
  • each electrode is designed to be assembled.
  • the embodiment makes it possible, by using different metals or
  • Insulator contains multiple ignition strips. The ignition strips extend into the discharge back space on both sides of the electrode gap.
  • FIG. 1 shows a sketch of a surge arrester in FIG.
  • FIG. 2 shows an electrode of a surge arrester with flange and external connection
  • Figure 3 shows a schematic representation of the current-time characteristic of a surge arrester.
  • Surge arrester 1 shown in the (partial) cross section.
  • the surge arrester has two of a plurality of each
  • Parts 2a, 2b, 2c and 3a, 3b, 3c composite or
  • each electrode closes by means of a VerInstitutlötung 4 a tubular insulating body 5 with a cavity 6 on both sides. The thus formed interior of the
  • Surge arrester is gas-tight and contains a gas made entirely of neon with a small amount
  • the insulating body 5 Admixture of argon.
  • the insulating body 5 is made of
  • Electrode is a threaded bolt or screw body
  • Each electrode 2, 3 comprises an iron-nickel alloy.
  • Each inner electrode 2a, 3a is rod-shaped made of the iron-nickel alloy as the first metallic material and includes an electrode cavity 7 having a
  • a sintered copper paste 10 is arranged as the second metallic material, which enters into an intimate or non-positive mechanical as well as a good electrical connection with the first metallic material with the aid of the undercut 7a and a central blind hole 8.
  • the undercut is provided so that the copper paste does not remain at a response of the surge arrester and the associated high currents and forces in the electrode
  • the blind hole 8 supports this through the enlarged area between the first and the second metallic material.
  • Electrode distance A at their free ends, is 0.5 mm.
  • the insulating body 5 has on its inner wall a plurality of distributed over its circumference and arranged in the longitudinal direction of ignition 9. The ignition strokes are none of the
  • Electrodes electrically connected.
  • the electrode 2 or 3 has the structure described according to FIG.
  • a sintered copper paste 10 is disposed in the electrode cavity. After introducing a flux-free copper paste into the electrode cavity, the copper paste is sintered several times and ground on its surface. The copper paste 10 at the free end of
  • Electrode forms a matrix for an activation mass 11, which preferably has a large area in a waffle structure of the
  • the waffle is made by means of a tool after the first sintering of the copper paste
  • Pastes sintered copper paste with the activating compound contains silicates and halides.
  • Included materials are in particular nickel, titanium, barium aluminate, barium titanate, sodium, potassium and
  • the overvoltage arrester has the following characteristics: operating voltage Uag between 55 V and 70 V, response impulse voltage below 700 V, pulse load capacity 100 kA at a standard current pulse of Waveform 8/20 ⁇ is and 50 kA for a standard current pulse of the waveform 10/350 ⁇ .

Abstract

The invention relates to a surge arrester comprising a hollow chamber (6) which is formed by at least one insulating body (5) and comprising at least two electrodes (2, 3) which extend into the hollow chamber and the free ends of which are oriented towards each other and are mutually spaced by an electrode gap (A), said electrodes containing multiple different metal materials (2a, 10; 3a, 10) in regions of the free ends.

Description

Beschreibung description
Uberspannungsableiter mit niedriger Ansprechspannung und Verfahren zu dessen Herstellung Surge arrester with low response voltage and method for its production
Die Erfindung betrifft einen Uberspannungsableiter mit niedriger Ansprechspannung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung . The invention relates to a surge arrester with low operating voltage and a method for its preparation.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 063 316 AI ist ein From the document DE 10 2007 063 316 AI is a
Uberspannungsableiter bekannt. Surge arrester known.
Im Inneren des Uberspannungsableiter kommt es bei Inside the surge arrester comes it
Überschreiten einer bestimmten Grenzspannung, der Exceeding a certain limit voltage, the
Zündspannung, zu einem Lichtbogenüberschlag zwischen zwei bzw. drei Elektroden. Die Grenzspannung wird bei statischer oder stationärer Beanspruchung mit einem Anstieg der Spannung von 100 V/s als Ansprechgleichspannung Uag und bei Ignition voltage, to an arcing between two or three electrodes. The limit voltage is at static or stationary stress with a rise of the voltage of 100 V / s as Ansprechgleichspannung Uag and at
dynamischer Belastung mit einem Anstieg der Spannung von 1 kV/με als Ansprechstoßspannung uas bezeichnet. Der Lichtbogen wird durch den speisenden Strom aufrecht erhalten, solange die elektrischen Bedingungen für den Lichtbogen gegeben sind. dynamic load with an increase in the voltage of 1 kV / με referred to as Ansprechstoßspannung uas. The arc is maintained by the feeding current as long as the electrical conditions for the arc are met.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen One problem to be solved is one
Uberspannungsableiter anzugeben, der eine niedrige Surge arrester specify that a low
Ansprechspannung aufweist, sowie ein Herstellverfahren dafür. Having response, and a manufacturing method for it.
Diese Aufgabe wird durch einen Uberspannungsableiter gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a surge arrester according to claim 1.
Des weiteren wird die Aufgabe gemäß eines Verfahrens nach Anspruch 12 gelöst. Der Überspannungsabieiter weist einen Hohlraum auf, der durch wenigstens einen Isolierkörper gebildet ist. In den Hohlraum erstrecken sich von den Seiten zwei Elektroden, die mit ihren freien Enden zueinander orientiert sind und voneinander einen Abstand, den Elektrodenabstand, haben. Insbesondere haben die Elektroden dieselbe Längsachse. In Bereichen der freien Enden enthalten die Elektroden mehrere unterschiedliche metallische Materialien. In einer Ausführung ist jeweils ein metallisches Material in ein anderes metallisches Material eingebettet. Bevorzugt erfolgt die Einbettung in einen oder mehrere Furthermore, the object is achieved according to a method according to claim 12. The surge arrester has a cavity which is formed by at least one insulating body. In the cavity extending from the sides of two electrodes, which are oriented with their free ends to each other and from each other at a distance, the electrode spacing, have. In particular, the electrodes have the same longitudinal axis. In areas of the free ends, the electrodes contain several different metallic materials. In one embodiment, each metallic material is embedded in another metallic material. Preferably, the embedding takes place in one or more
Elektrodenhohlräume. Insbesondere sind zwei oder drei Electrodes cavities. In particular, two or three
metallische Materialien in den freien Endbereichen derart angeordnet, dass sie jeweils eine Oberfläche haben, die zur jeweils anderen Elektrode hin offen ist. Metallic materials in the free end regions arranged such that they each have a surface which is open to the respective other electrode.
Der Isolierkörper besteht aus einem Stück oder, insbesondere dann, wenn eine Mittelelektrode im Bereich des The insulating body consists of one piece or, in particular, when a center electrode in the region of
Elektrodenabstands vorgesehen ist, aus zwei Stücken. Electrode spacing is provided, of two pieces.
Besonders vorteilhaft ist der wenigstens eine Isolierkörper aus Keramik geformt. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Isolierkörper rohrförmig und insbesondere zylindrisch Particularly advantageously, the at least one insulating body is formed of ceramic. Preferably, the at least one insulating body is tubular and in particular cylindrical
geformt. Die Elektroden sind vorzugsweise stabförmig shaped. The electrodes are preferably rod-shaped
ausgebildet . Die Elektroden des Überspannungsabieiters sind an ihren jeweils nicht freien Enden mit jeweils einem Ende des educated . The electrodes of the surge arrester are at their respective non-free ends with one end of the
wenigstens einen Isolierkörpers zu dem Überspannungsabieiter verbunden. Dazu weisen die nicht freien Enden der Elektroden einen Flansch auf, der mit dem wenigstens einen Isolierkörper vorzugsweise gasdicht verbunden ist. Als Gas in dem at least one insulating body connected to the surge arrester. For this purpose, the non-free ends of the electrodes have a flange, which is connected in a gas-tight manner to the at least one insulating body. As gas in the
Überspannungsabieiter kommt bevorzugt Neon mit einer Surge arrester prefers neon with one
Beimischung von Argon zum Einsatz. An den vom Isolierkörper abgewandten Seiten weist jeder Flansch einen Anschluss, insbesondere mit Schraubgewinde, auf, mit dem der Uberspannungsableiter bzw. dessen Elektroden elektrisch kontaktiert werden können. Der Uberspannungsableiter ist für folgende Eigenschaften bzw. Aufgaben eingerichtet. Die Ansprechgleichspannung liegt zwischen 55 Volt und 70 Volt, und die Ansprechstoßspannung ist geringer als 700 Volt. Die Impulsbelastbarkeit bei einer Strombelastung beträgt 100 kA (Kiloampere) bei einer Blend of argon for use. At the sides facing away from the insulating body, each flange has a connection, in particular with screw thread, on, with which the surge arrester or its electrodes can be electrically contacted. The surge arrester is set up for the following properties or tasks. The DC response voltage is between 55 volts and 70 volts, and the threshold surge voltage is less than 700 volts. The pulse load capacity at a current load is 100 kA (kilo-ampere) at one
Normstoßwellenform 8μ3/20μ3, d.h. bei einer Anstiegszeit von 8 is und einer Rückenhalbwertszeit von 20 με . Bei einer Standard shock wave form 8μ3 / 20μ3, i. with a rise time of 8 is and a back half-life of 20 με. At a
Stoßwellenform 10μ3/350μ3, d.h. einer Anstiegszeit von 10 με und einer Rückenhalbwertszeit von 350 με, beträgt die Shock waveform 10μ3 / 350μ3, i. a rise time of 10 με and a back half-life of 350 με, is the
Impulsbelastbarkeit 50 kA. Weiterhin ermöglicht der Pulse load capacity 50 kA. Furthermore, the
Uberspannungsableiter ein sicheres Ansprechen im Fehlerfall (failsafe) entsprechend einer Stromstärke-Zeit- Charakteristik. Durch den failsafe innerhalb des Surge arrester a safe response in case of failure (failsafe) according to a current-time characteristic. Due to the failsafe within the
Überspannungsabieiters ist dieser für den Einsatz in einer explosionsgefährdeten Umgebung geeignet, da außerhalb des Überspannungsabieiters auch bei einem Überschlag zwischen den inneren Elektroden keine Funkenbildung auftritt. This surge arrester is suitable for use in a potentially explosive environment since sparking does not occur outside of the surge arrester, even in the event of a flashover between the internal electrodes.
Der Uberspannungsableiter ermöglicht erstmalig die Erfüllung der vorgenannten extremen Aufgaben. Dadurch ist es möglich, den Uberspannungsableiter als ein einzelnes Bauelement in Bereichen einzusetzen, in denen bisher aufwändigere The surge arrester allows for the first time the fulfillment of the aforementioned extreme tasks. This makes it possible to use the surge arrester as a single device in areas where previously more expensive
Schutzmaßnahmen getroffen werden mussten oder in denen ein derartiger Schutz nicht möglich war. Bei dem Uberspannungsableiter enthält jede der Elektroden ein erstes metallisches Material und ein zweites metallisches Material in einem sich von dem freien Ende in die Elektrode erstreckenden Elektrodenhohlraum des ersten metallischen Materials. Dadurch wird es möglich, die beiden metallischen Materialien auf die vorgegeben Ansprechspannungen und die Stromimpulsbelastung hin auszuwählen und einzurichten. Protective measures had to be taken or in which such protection was not possible. In the surge arrester, each of the electrodes includes a first metallic material and a second metallic material in an electrode cavity of the first metal extending from the free end into the electrode Material. This makes it possible to select and set up the two metallic materials to the predetermined threshold voltages and the current pulse load.
Im Hinblick auf die failsafe-Eigenschaften des With regard to the failsafe properties of the
Überspannungsabieiters weisen die beiden metallischen Surge arrester have the two metallic ones
Materialien bevorzugt unterschiedliche Schmelzpunkte auf. Dies gewährleistet je nach Lage de Fußpunktes einer Materials preferably have different melting points. This ensures depending on the location of the foot of a
elektrischen Entladung, dass die Strom-Zeit-Charakteristik des inneren failsafe zwischen den Elektroden eingehalten wird. Das zweite metallische Material schmilzt bei geringerer Dauerbelastung eher als das weiter außen angeordnete erste metallische Material. Bei höheren Strömen wandert der electrical discharge, that the current-time characteristic of the inner failsafe between the electrodes is maintained. The second metallic material melts at lower sustained load rather than the more outwardly disposed first metallic material. At higher currents migrates
Fußpunkt der Dauerentladung hin zu dem ersten metallischen Material und schmilzt dieses auf. Base point of continuous discharge towards the first metallic material and melts this up.
Die Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten The materials with different melting points
ermöglichen bei unterschiedlichen Stromstärken und allow at different currents and
ausreichend hohen Temperaturen einen inneren Kurzschluss durch ein Schmelzen und nachfolgendes Verschweißen der sufficiently high temperatures an internal short circuit by melting and subsequent welding of the
Elektroden. Bevorzugt überbrücken die aufgeschmolzenen Electrodes. Preferably, the melt over
Materialien beider Elektroden den in der Ausgangsposition gegebenen Elektrodenabstand des Überspannungsabieiters und verschweißen zu einem metallischen Kurzschluss beider Materials of both electrodes given in the initial position electrode spacing of the surge arrester and welded to a metallic short circuit both
Elektroden . Electrodes.
In vorteilhafter Weise haben die Elektroden dieselbe Advantageously, the electrodes have the same
Längsachse und die Schmelzpunkte der unterschiedlichen metallischen Materialien nehmen von der Längsachse in The longitudinal axis and the melting points of the different metallic materials increase from the longitudinal axis
radialer Richtung zu. radial direction.
Der Überspannungsabieiter ist bevorzugt derart eingerichtet, dass im Fall seines Ansprechens eine Entladung an zwei gegenüberliegenden Bereichen des zweiten metallischen The surge arrester is preferably arranged such that in the case of its response, a discharge at two opposite areas of the second metallic
Materials der Elektroden startet. Bei Fortschreiten der Material of the electrodes starts. With progression of
Entladung umfasst diese auch das erste metallische Material, das bevorzugt im Hinblick auf eine höhere Stromtragfähigkeit ausgelegt ist als das erste metallische Material. Discharge, this also includes the first metallic material, which is preferably designed with regard to a higher current carrying capacity than the first metallic material.
Vorteilhaft ist der Elektrodenhohlraum einer Elektrode des Überspannungsabieiters so geformt, dass das zweite Advantageously, the electrode cavity of an electrode of the surge arrester is shaped so that the second
metallische Material niederohmig und mechanisch fest mit dem ersten metallischen Material verbunden ist. Dies ermöglicht es, die elektrischen Eigenschaften der Elektroden und die Parameter des Überspannungsabieiters zu optimieren. metallic material is low-resistance and mechanically firmly connected to the first metallic material. This makes it possible to optimize the electrical properties of the electrodes and the parameters of the surge arrester.
Besondere vorteilhaft ist es, wenn der Elektrodenhohlraum des Überspannungsabieiter eine Hinterschneidung aufweist, in die das zweite metallische Material eingreift. Dies ermöglicht eine sehr feste mechanische bzw. eine kraftschlüssige It is particularly advantageous if the electrode cavity of the surge arrester has an undercut into which the second metallic material engages. This allows a very strong mechanical or non-positive
Verbindung der beiden metallischen Materialien, die auch hohen Stromkräften standhält, und einen niedrigen Widerstand an dem Übergang der beiden metallischen Materialien. Connection of the two metallic materials, which also withstands high current forces, and a low resistance at the junction of the two metallic materials.
Ein besonders niedriger Widerstand der Elektroden des A particularly low resistance of the electrodes of the
Überspannungsabieiters ergibt sich, wenn das zweite Surge arrester results when the second
metallische Material auf Basis einer Kupferpaste bzw. metallic material based on a copper paste or
insbesondere auf Basis einer sinterfähigen Kupferpaste hergestellt ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige und sichere Herstellung der Elektroden des is made in particular based on a sinterable copper paste. This allows a cost-effective and safe production of the electrodes of the
Überspannungsabieiters. Besonders bevorzugt ist die Surge arrester. Particularly preferred is the
Kupferpaste flussmittelfrei . Copper paste flux-free.
In vorteilhafter Weise ist das zweite metallische Material in dem Elektrodenhohlraum gesintert. Dies ermöglicht eine sehr gute elektrische und mechanische Verbindung der beiden metallischen Materialien. Advantageously, the second metallic material is sintered in the electrode cavity. This allows a lot good electrical and mechanical connection of the two metallic materials.
In einer besonders bevorzugten Ausführung weist das erste metallische Material der Elektroden eine Eisen-Nickel- Legierung auf. Diese zeichnet sich durch eine große In a particularly preferred embodiment, the first metallic material of the electrodes comprises an iron-nickel alloy. This is characterized by a large
Stromtragfähigkeit aus. Current carrying capacity off.
Besonders vorteilhafte Bedingungen für eine Zündung des Überspannungsabieiters werden erreicht, indem das freie Ende einer bzw. jeder Elektrode eine Aktivierungsmasse enthält. Dadurch werden vorteilhaft günstige Startbedingungen für das Ansprechen bzw. Zünden des Überspannungsabieiters möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Oberflächen des freien Endes einer bzw. jeder der Elektroden eine Waffelung Particularly advantageous conditions for ignition of the surge arrester are achieved by the free end of one or each electrode containing an activation mass. This advantageously favorable starting conditions for the response or ignition of Überspannungsabieiters possible. It is particularly advantageous if the surfaces of the free end of one or each of the electrodes are waffled
aufweisen, in der die Aktivierungsmasse angeordnet ist. Bei eine großflächigen Auftrag der Aktivierungsmasse auf das insbesondere Kupfer enthaltende zweite metallische Material startet eine Entladung regelmäßig besonders vorteilhaft und sicher im Bereich der Aktivierungsmasse und damit im Kupfer enthaltenden Teil der Elektroden. have, in which the activation mass is arranged. In a large-scale application of the activation mass to the particular copper-containing second metallic material discharging regularly starts particularly advantageous and safe in the range of the activation mass and thus in the copper-containing part of the electrodes.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines In the process for producing a
Überspannungsabieiters werden wenigstens zwei Elektroden bereit gestellt und mit den Enden wenigstens eines  Überspannungsabieiters be provided at least two electrodes and the ends of at least one
Isolierkörpers gasdicht verbunden, wobei die folgenden Insulating body connected in a gastight manner, the following
Schritte durchgeführt werden. Es wird ein Steps are performed. It will be a
Elektrodenhohlraum in dem freien Ende jeder Elektrode Electrode cavity in the free end of each electrode
hergestellt, insbesondere durch Ausdrehen bzw. made, in particular by turning or
Hinterschneiden des ersten metallischen Materials der Undercutting the first metallic material of
Elektrode oder durch Aufschweißen bzw. Löten eines Rings auf einen Elektrodengrundkörper . Dann wird eine metallische Paste in den so gebildeten Elektrodenhohlraum eingefüllt und die Oberfläche der metallischen Paste strukturiert. Dann wird in die Strukturen der Oberfläche der metallischen Paste eine Aktivierungsmasse eingebracht. Nach mindestens einem der Schritte, beginnend mit dem Einfüllen der metallischen Paste, wird die Elektrode gesintert. Anschließend wird die Electrode or by welding or soldering a ring on an electrode body. Then, a metallic paste is filled in the electrode cavity thus formed and the Surface of the metallic paste structured. Then, an activating mass is introduced into the structures of the surface of the metallic paste. After at least one of the steps, starting with the filling of the metallic paste, the electrode is sintered. Subsequently, the
gesinterte Oberfläche der Elektrode geschliffen. Nach dem Herstellen zweier derartiger Elektroden, die zudem einen Flansch und einen äußeren Anschluss aufweisen, werden diese in den Hohlraum eingebracht und mit ihrem Flansch mit dem wenigstens einen Isolierkörper gasdicht so verbunden, dass der Elektrodenabstand im Hohlraum sehr gering, insbesondere geringer als 1 mm bzw. bevorzugt 0,5 mm ist. sintered surface of the electrode ground. After producing two such electrodes, which also have a flange and an outer terminal, they are introduced into the cavity and connected in a gastight manner with its flange to the at least one insulating body so that the electrode spacing in the cavity very low, in particular less than 1 mm or is preferably 0.5 mm.
Bevorzugt wird in einen Elektrodenhohlraum einer Elektrode aus einer Eisen-Nickel-Legierung eine Kupferpaste eingebracht und gesintert. Nach dem Sinterprozess wird mittels eines Werkzeugs eine Waferstruktur, insbesondere eine Waffelung, in die gesinterte Kupferpaste gepresst. Nach dem Schleifen der Oberfläche der gesinterten Kupferpaste und einer erneuten Sinterung wird die Elektrodenaktivierungsmasse mit einer Tropfenbepastung in die Waffelstruktur eingebracht. Danach erfolgt ein abschließender Sinterprozess. Preferably, a copper paste is introduced and sintered into an electrode cavity of an iron-nickel alloy electrode. After the sintering process, a wafer structure, in particular a waffle, is pressed into the sintered copper paste by means of a tool. After grinding the surface of the sintered copper paste and re-sintering, the electrode activation mass is introduced into the wafer structure with a drop-paste. This is followed by a final sintering process.
Besonders vorteilhaft ist der Überspannungsabieiter Particularly advantageous is the surge arrester
zylindrisch mit einem Außendurchmesser von etwa 25 mm und einer Gesamtlänge von 40 mm bzw. etwa 23 ohne Außenanschlüsse ausgebildet . cylindrical formed with an outer diameter of about 25 mm and a total length of 40 mm or about 23 without external connections.
In einer vorteilhaften Aus führungs form ist jede Elektrode zusammengesetzt ausgeführt. Die Aus führungs form ermöglicht es, durch Verwendung unterschiedlicher Metalle bzw. In an advantageous embodiment, each electrode is designed to be assembled. The embodiment makes it possible, by using different metals or
Legierungen optimierte Ableiterbedingungen für den Innenraum zu schaffen und gleichzeitig sehr gute Löt- oder Schweißeigenschaften für die externen Anschlüsse der Alloys to create optimized Ableiterbedingungen for the interior and at the same time very good soldering or Welding properties for the external connections of the
Elektroden zu bieten. To provide electrodes.
Es erweist sich als vorteilhaft, für das erste metallische Material und den Flansch jeder Elektroden eine Eisen-Nickel- Legierung vorzusehen, insbesondere Fe5s i 2. Dadurch lassen sich optimale Eigenschaften im inneren Hohlraum und bei der Verschlusslötung des Überspannungsabieiters erreichen. It proves to be advantageous to provide for the first metallic material and the flange of each electrode an iron-nickel alloy, in particular Fe5s i 2 . As a result, optimum properties can be achieved in the inner cavity and in the closure soldering of the surge arrester.
Zur Unterstützung des Aufbaus einer Entladung beim Ansprechen des Überspannungsabieiters erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Hohlraum bzw. Innenraum an der Innenwand des To assist in building up a discharge when the surge arrester responds, it proves to be advantageous if the cavity or interior space on the inner wall of the
Isolierkörpers mehrere Zündstriche enthält. Die Zündstriche erstrecken sich bis in den Entladungshinterraum beidseits des Elektrodenabstands . Insulator contains multiple ignition strips. The ignition strips extend into the discharge back space on both sides of the electrode gap.
Der Überspannungsabieiter wird im Folgenden anhand von The surge arrester is described below with reference to
Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert . Embodiments and the associated figures explained in more detail.
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. The drawings described below are not to be considered as true to scale. Rather, for better representation, individual dimensions can be enlarged, reduced or distorted.
Gleiche Elemente oder Elemente mit gleichen Funktionen sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Like elements or elements having the same functions are denoted by the same reference numerals.
Figur 1 zeigt eine Skizze eines Überspannungsabieiters im FIG. 1 shows a sketch of a surge arrester in FIG
Teilquerschnitt ,  Partial cross-section,
Figur 2 zeigt eine Elektrode eines Überspannungsabieiters mit Flansch und Außenanschluss und Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Strom-Zeit- Charakteristik eines Überspannungsabieiters. FIG. 2 shows an electrode of a surge arrester with flange and external connection and Figure 3 shows a schematic representation of the current-time characteristic of a surge arrester.
In der Figur 1 ist eine erste Aus führungs form eines In the figure 1 is a first imple mentation of a
Überspannungsabieiters 1 im ( Teil- ) Querschnitt dargestellt. Der Überspannungsabieiter hat zwei aus jeweils mehreren Surge arrester 1 shown in the (partial) cross section. The surge arrester has two of a plurality of each
Teilen 2a, 2b, 2c und 3a, 3b, 3c zusammengesetzte bzw. Parts 2a, 2b, 2c and 3a, 3b, 3c composite or
verlötete oder verschweißte Elektroden. Der Flansch 2b, 3b jeder Elektrode schließt mittels einer Verschlusslötung 4 einen rohrförmigen Isolierkörper 5 mit einem Hohlraum 6 beidseitig ab. Der so gebildete Innenraum des soldered or welded electrodes. The flange 2b, 3b of each electrode closes by means of a Verschlusslötung 4 a tubular insulating body 5 with a cavity 6 on both sides. The thus formed interior of the
Überspannungsabieiters ist gasdicht verschlossen und enthält ein Gas aus ganz überwiegend Neon mit einer geringen Surge arrester is gas-tight and contains a gas made entirely of neon with a small amount
Beimischung von Argon. Der Isolierkörper 5 ist aus Admixture of argon. The insulating body 5 is made
keramischem Material. Der Außenanschluss 2c, 3c jeder ceramic material. The external connection 2c, 3c each
Elektrode ist als Gewindebolzen bzw. Schraubkörper Electrode is a threaded bolt or screw body
ausgebildet . educated .
Jede Elektrode 2, 3 weist eine Eisen-Nickel-Legierung auf. Jede innere Elektrode 2a, 3a ist stabförmig aus der Eisen- Nickel-Legierung als erstem metallischen Material hergestellt und enthält einen Elektrodenhohlraum 7 mit einer Each electrode 2, 3 comprises an iron-nickel alloy. Each inner electrode 2a, 3a is rod-shaped made of the iron-nickel alloy as the first metallic material and includes an electrode cavity 7 having a
Hinterschneidung 7a. In dem Elektrodenhohlraum 7 ist als zweites metallisches Material eine gesinterte Kupferpaste 10 angeordnet, die mit Hilfe der Hinterschneidung 7a und eines zentralen Sacklochs 8 sowohl eine innige bzw. kraftschlüssige mechanische als auch eine gute elektrische Verbindung mit dem ersten metallischen Material eingeht. Die Hinterschneidung ist vorgesehen, damit die Kupferpaste bei einem Ansprechen des Überspannungsabieiters und den damit verbundenen hohen Strömen und Kräften in der Elektrode bleibt nicht Undercut 7a. In the electrode cavity 7, a sintered copper paste 10 is arranged as the second metallic material, which enters into an intimate or non-positive mechanical as well as a good electrical connection with the first metallic material with the aid of the undercut 7a and a central blind hole 8. The undercut is provided so that the copper paste does not remain at a response of the surge arrester and the associated high currents and forces in the electrode
herausgezogen wird. Das Sackloch 8 unterstützt dies durch die vergrößerte Fläche zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Material. is pulled out. The blind hole 8 supports this through the enlarged area between the first and the second metallic material.
Der Abstand der Stirnseiten der Elektroden, d. h. der The distance of the end faces of the electrodes, d. H. of the
Elektrodenabstand A an ihren freien Enden, beträgt 0,5 mm. Der Isolierkörper 5 weist an seiner Innenwand mehrere über seinen Umfang verteilte und in Längsrichtung angeordnete Zündstriche 9 auf. Die Zündstriche sind mit keiner der Electrode distance A at their free ends, is 0.5 mm. The insulating body 5 has on its inner wall a plurality of distributed over its circumference and arranged in the longitudinal direction of ignition 9. The ignition strokes are none of the
Elektroden elektrisch verbunden. Electrodes electrically connected.
Gemäß Figur 2 weist die Elektrode 2 bzw. 3 den gemäß Figur 1 beschriebenen Aufbau auf. In dem Elektrodenhohlraum ist eine gesinterte Kupferpaste 10 angeordnet. Nach Einbringen einer flussmittelfreien Kupferpaste in den Elektrodenhohlraum wird die Kupferpaste mehrmals gesintert und an ihrer Oberfläche geschliffen. Die Kupferpaste 10 an dem freien Ende der According to FIG. 2, the electrode 2 or 3 has the structure described according to FIG. A sintered copper paste 10 is disposed in the electrode cavity. After introducing a flux-free copper paste into the electrode cavity, the copper paste is sintered several times and ground on its surface. The copper paste 10 at the free end of
Elektrode bildet eine Matrix für eine Aktivierungsmasse 11, die vorzugsweise großflächig in eine Waffelstruktur der Electrode forms a matrix for an activation mass 11, which preferably has a large area in a waffle structure of the
Oberfläche eingebettet ist. Die Waffelung wird mittels eines Werkzeugs nach dem ersten Sintern der Kupferpaste Embedded surface. The waffle is made by means of a tool after the first sintering of the copper paste
aufgebracht . applied.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die In a particularly advantageous embodiment, the
gesinterte Kupferpaste mit der Aktivierungsmasse bepastet. Die Aktivierungsmasse enthält Silikate und Halogenide. Pastes sintered copper paste with the activating compound. The activation mass contains silicates and halides.
Enthaltene Materialien sind insbesondere Nickel, Titan, Bariumaluminat , Bariumtitanat , Natrium-, Kalium- und Included materials are in particular nickel, titanium, barium aluminate, barium titanate, sodium, potassium and
Cäsiumsilikat sowie Cäsiumwolframat . Cesium silicate and cesium tungstate.
Der Überspannungsabieiter gemäß den Figuren weist folgende Leistungsmerkmale auf: Ansprechgleichspannung Uag zwischen 55 Volt und 70 Volt, Ansprechstoßspannung uas kleiner 700 Volt, Impulsbelastbarkeit 100 kA bei einem Normstromimpuls der Wellenform 8/20 \is und 50 kA bei einem Normstromimpuls der Wellenform 10/350 με . The overvoltage arrester according to the figures has the following characteristics: operating voltage Uag between 55 V and 70 V, response impulse voltage below 700 V, pulse load capacity 100 kA at a standard current pulse of Waveform 8/20 \ is and 50 kA for a standard current pulse of the waveform 10/350 με.
Durch Aufschmelzen der Kupferpaste bzw. der Eisen-Nickel- Legierung entsprechend einer Strom-Zeit-Charakteristik gemäß Figur 3 ergibt sich eine failsafe Eigenschaft innerhalb des Uberspannungsableiters. Der innere failsafe-Eigenschaft erlaubt den Einsatz des Uberspannungsableiters in einer explosionsgefährdeten Umgebung, weil im Fehlerfall außerhalb des Uberspannungsableiters keine Funkenbildung auftritt. By melting the copper paste or the iron-nickel alloy according to a current-time characteristic according to Figure 3 results in a failsafe property within the Uberspannungsableiters. The internal failsafe feature allows the use of the surge arrester in a potentially explosive environment, because in the event of a fault, no sparking occurs outside of the surge arrester.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
1 Überspannungsabieiter 1 surge arrester
2, 3 Elektrode  2, 3 electrode
2a, 3a (innere) Elektrode  2a, 3a (inner) electrode
2b, 3b Flansch  2b, 3b flange
2c, 3c Außenanschluss der Elektrode  2c, 3c external connection of the electrode
4 Verschlusslötung  4 closure soldering
5 Isolierkörper  5 insulator
6 Hohlraum des Isolierkörpers  6 cavity of the insulating body
7 Elektrodenhohlraum  7 electrode cavity
7a Hinterschneidung des Elektrodenhohlraums 7a Undercut of the electrode cavity
8 Sackloch 8 blind hole
9 Zündstrich  9 ignition stroke
10 Kupferpaste gesintert  10 copper paste sintered
11 Aktivierungsmasse  11 activation mass
A Elektrodenabstand  A electrode gap

Claims

Patentansprüche claims
1. Überspannungsabieiter, aufweisend einen durch wenigstens einen Isolierkörper (5) gebildeten Hohlraum (6) und wenigstens zwei Elektroden (2, 3), 1. surge arrester, comprising a cavity (6) formed by at least one insulating body (5) and at least two electrodes (2, 3),
die sich in den Hohlraum erstrecken,  which extend into the cavity,
die mit ihren freien Enden zueinander orientiert sind und einen Elektrodenabstand (A) voneinander aufweisen und die in Bereichen der freien Enden mehrere  which are oriented with their free ends to each other and have an electrode spacing (A) from each other and in areas of the free ends more
unterschiedliche metallische Materialien (2a, 10; 3a, 10) enthalten.  different metallic materials (2a, 10, 3a, 10) included.
2. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, bei dem jede der Elektroden ein erstes metallisches Material (2a, 3a) enthält und ein zweites metallisches Material (10) in einem sich von dem freien Ende in die Elektrode A surge absorber according to claim 1, wherein each of the electrodes includes a first metallic material (2a, 3a) and a second metallic material (10) in a from the free end into the electrode
erstreckenden Elektrodenhohlraum (7) des ersten  extending electrode cavity (7) of the first
metallischen Materials angeordnet ist.  metallic material is arranged.
3. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, bei dem der 3. surge arrester according to claim 2, wherein the
Elektrodenhohlraum so geformt ist, dass das zweite metallische Material niederohmig und mechanisch fest mit dem ersten metallischen Material verbunden ist.  Electrode cavity is shaped so that the second metallic material is low-resistance and mechanically fixedly connected to the first metallic material.
4. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Elektrodenhohlraum eine Hinterschneidung (7a) aufweist, in die das zweite metallische Material 4. surge arrester according to claim 2 or 3, wherein the electrode cavity has an undercut (7a), in which the second metallic material
eingreift .  engages.
5. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden 5. surge arrester according to one of the preceding
Ansprüche, bei dem das zweite metallische Material auf Basis einer Kupferpaste hergestellt ist. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das zweite metallische Material in dem Hohlraum gesintert ist. Claims in which the second metallic material is made on the basis of a copper paste. A surge arrester according to any one of claims 2 to 5, wherein the second metallic material is sintered in the cavity.
Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste metallische Material der Elektroden eine Eisen-Nickel-Legierung aufweist. A surge absorber according to any one of the preceding claims, wherein the first metallic material of the electrodes comprises an iron-nickel alloy.
Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das freie Ende einer Elektrode eine Aktivierungsmasse (11) enthält. Surge arrester according to one of the preceding claims, in which the free end of an electrode contains an activation mass (11).
Überspannungsabieiter nach Anspruch 8, bei dem die Oberflächen des freien Endes der Elektrode eine A surge absorber according to claim 8, wherein the surfaces of the free end of the electrode are a
Waffelung aufweisen, in der die Aktivierungsmasse angeordnet ist. Waffelung have, in which the activation mass is arranged.
Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend eine zylindrische Anordnung, bei der die Elektroden dieselbe Längsachse haben und die Schmelzpunkte der unterschiedlichen metallischen Surge absorber according to one of the preceding claims, comprising a cylindrical arrangement in which the electrodes have the same longitudinal axis and the melting points of the different metallic
Materialien von der Längsachse in radialer Richtung zunehmen . Increase materials from the longitudinal axis in the radial direction.
Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Elektroden an ihren nicht freien Enden je einen Flansch (2b, 3b) aufweisen, mit dem sie mit je einem Ende des Isolierkörpers gasdicht verbunden sind . Surge arrester according to one of the preceding claims, in which the electrodes each have a flange (2b, 3b) at their non-free ends, with which they are connected in a gastight manner to one end of the insulating body.
Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsabieiters nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem wenigstens zwei Elektroden bereit gestellt und mit den Enden wenigstens eines Isolierkörpers gasdicht verbunden werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte: A method of manufacturing a surge absorber according to any one of claims 1 to 11, wherein at least two electrodes are provided and provided with the ends gas-tightly connected to at least one insulating body, characterized by the following steps:
a) Herstellen eines Elektrodenhohlraums (7) in dem freien Ende jeder Elektrode (2, 3),  a) producing an electrode cavity (7) in the free end of each electrode (2, 3),
b) Einfüllen einer metallischen Paste (10) in den  b) filling a metallic paste (10) in the
Elektrodenhohlraum,  Electrode cavity,
c) Strukturieren der Oberfläche der metallischen Paste, d) Einbringen einer Aktivierungsmasse (11) in die  c) structuring the surface of the metallic paste, d) introducing an activation mass (11) into the
Strukturen der Oberfläche der metallischen Paste, e) Sintern der Elektrode nach mindestens einem der Structures of the surface of the metallic paste, e) sintering of the electrode after at least one of
Schritte b) bis d) . Steps b) to d).
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Oberfläche der metallischen Paste (10) nach jedem Sinterschritt geschliffen wird. 13. The method of claim 12, wherein the surface of the metallic paste (10) is ground after each sintering step.
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