FI61973B - Oeverspaenningsavdelare och foerfarande foer dess framstaellning - Google Patents

Description

UjWT-1 γβΙ kuulutusjulka.su .«an-, jfägir- I.BJ (“) utlAggn I NGSSKRI FT 6197 3 c .... Patentti myönnetty 11 10 1932 Patent raeddelat V (51) Ky.ik.3/Int.ci.3 H 02 H 9/06 // H 01 T 3/00 SUOMI FINLAND (21) PK«nulh»k*mu· — PatMittnaökninf 7T3BT i (22) HakamUpilvt — Ansttknlngtdkg 21.12.77 (Fl) (23) Alkupilvi — Glkl|h«tsd(| 21.12.77 (41) Tullut JulklMksI — Bllvlt offantllg 28.07.78

Patentti· ja rekisterihallitus /44) NlhtivUtalptnon |* kuut.|ulkilsun pvm. — 30.06.82

Patent· och registerstyrelsen Ainekin utiigd och utUkrifwn publicind (32)(33)(31) Ι*)τχ4·**Χ etuoikeus—Begirt prioritit 27.01.77

Sveitsi-Schweiz(CH) 986/77 Toteennäytetty - Styrkt (71) Cerberus AG, CH-8708 Männedorf, Sveitsi-Schweiz(CH) (72) Hugo Luchsinger, Gossau, Paul Keller, Hombrechtikon, Sveitsi-Schveiz(CH) (7^) Oy Jalo Ant-Wuorinen Ab (9^) Ylijännitepurkain ja menetelmä sen valmistamiseksi - Överspänningsavdelare och förfarande för dess framställning Tämä keksintö koskee ylijännitepurkainta, jossa on suoran sy-linteriputkenmuotoinen, eristävä kuori sekä kaksi sen päihin kaasu— tiiviisti sisäänvietyä elektrodia, joiden sisäpinnat ovat toisiaan vastassa ja niiden välisen kaasuraon toisistaan erottamat, ja menetelmää sen valmistamiseksi.

Tällaisissa ylijännitepurkaimissa tapahtuu elektrodien jännitteen rajoittaminen siten, että tietyllä sytytysjännitteellä syntyy kaasunpurkaus elektrodien välisessä raossa. Määrätyn alhaisen sytytysjännitteen saavuttamiseksi jännitteen kasvaessa nopeasti (dynaaminen sytytysjännite), mikä varsinkin matalajännitelähteiden suojaamisessa on välttämätöntä, on tunnettua käyttää erilaisia sytytystä edistäviä apukeinoja. Radioaktiivisen materiaalin käyttäminen tätä tarkoitusta varten on kuitenkin sen terveydelle mahdollisesti aiheuttamien vaarojen takia vaikeasti toteutettavissa.

Tästä syystä on edellämainitun tyyppisen ylijännitepurkaimen osalta tullut tunnetuksi kiinnittää eristävän kuoren sisäpintaan sen vaippaviivoja pitkin sähköä johtavia liuskoja, jotka on vuorotellen yhdistetty jompaankumpaan elektrodiin ja eristetty vasta-elektrodista ja joiden vapaat päät ulottuvat hieman kaasuraon yli.

0 61973 2 Tällöin höyrystyy kuitenkin ylijännitepurkaimen jokaisen reaktion ja jokaisen syttymisen yhteydessä elektrodiainetta, mikä alentaa eristysvastusta näiden sytytysliuskojen välillä sekä niiden ja vastaelektrodin välillä ja tekee ylijännitepurkaimen nopeasti käyttökelvottomaksi. Nämä sytytysliuskat hajottavat lisäksi sähkökenttää voimakkaasti ja on osoittautunut hyvin vaikeaksi saavuttaa tarkka tai toistettava sytytysjännite voimakkaalla jännitteennou-sulla.

On tullut tunnetuksi parantaa sähkökenttää ja sytytysominai-suuksia siten, että kuoren sisäpinnalle kiinnitetyt sähköä johtavat kerrokset tehdään geometriseltä muodoltaan epäsäännöllisiksi, jolloin ne esimerkiksi voivat olla ellipsin-, neliön tai kolmion muotoisia, jotka osittain on yhdistetty elektrodeihin, osittain niistä eristetyt. Sähköä johtavien kohtien jaoitus on tällöin hyvin epäsäännöllinen, josta syystä tällaisten johtimien dynaamista sytytysjännitettä ei myöskään voida toistaa tarkasti. Sähköä johtavien kohtien ja elektrodien välisen eristysvastuksen alenemisen vaara ei ole myöskään täysin eliminoitu. Valmistaminen on lisäksi hyvin monimutkaista, eikä siitä syystä taloudellista.

Aikaisemmin on jo yritetty sijoittaa ulkoapäin kuoren läpi vietyjä lisäelektrcdeja pääelektrodien välisen purkausreitin läheisyyteen, jolloin syttymiseen voidaan vaikuttaa syöttämällä jännitettä lisäelektrodeihin. Valmistaminen on toisaalta lisänä suoritettavan elektrodien läpiviennin takia vaikeaa, epävarmaa ja kallista ja toisaalta ei tällaisia ylijännitejohtimia voida kytkeä suoraan suojattavien johtimien väliin, koska tarvitaan apujännitettä, mitä ei yleensä ole käytettävissä suojattavassa kohteessa ja joka on siitä syystä ensin saatava aikaan lisäkytken-nällä. Lisäelektrodeilla varustettuja ylijännitepurkaimia voidaan siis käyttää ainoastaan erikoistapauksissa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellämainitut tunnettujen ylijännitepurkaimien epäkohdat ja varsinkin saada aikaan yleisesti käyttökelpoinen ylijännitepurkain, jonka sytytysjännite on määritetysti alhainen nopeiden jännitehuippujen ilmetessä, jossa sytytystä johtavat kerrokset on optimaalisesti jaetut ja jonka käyttöikä on pitkä ilman että edes toistuvat sytytykset vaikuttavat eristysvastukseen, ja joka on luotettava, tarkka ja taloudellinen.

3 61 973

Keksinnön mukaiselle ylijännitepurkaimelle on tunnusomaista, että kuoren sisäpintaan on kiinnitetty kaasuraon pääasiassa peittävälle alueelle sylinterirenkaanmuotoinen, kummastakin elektrodista eristetty kerros, joka on sähköä johtavaa ainetta.

Tällainen ylijännitepurkain voidaan keksinnön mukaan valmistaa siten, että sähköä johtavalla aineella, mahdollisesti emissiota parantavan ainekerroksen kiinnittämisen jälkeen, päällystetään ainakin toinen elektrodi, että elektrodit yhdistetään kuoreen kaasu-tiiviisti ja että sähköä johtava materiaali hajotetaan pölyksi läpikulkevan sähkövirran avulla, jonka pölyn annetaan laskeutua kuoren sisäseinämälle.

Keksintö selitetään seuraavassa kuviossa 1 esitetyn ylijänni-tepurkaimen rakenne-esimerkin pohjalta. Kuvio 2 valaisee menetelmää keksinnön mukaisen ylijännitepurkaimen valmistamiseksi.

Kuviossa 1 esitetyssä ylijännitepurkaimen rakenne-esimerkissä on eristävästä materiaalista, esimerkiksi lasista tai sopivimmin keramiikasta valmistetun putkenmuotoisen kuoren 1 kumpaankin päähän viety metallinen elektrodi 2 ja 3. Elektrodit voidaan kiinnittää kuoreen tunnetulla tavalla metalli-keramiikka-liitoksen avulla. Elektrodien 2 ja 3 sisäpinnat 4 ja 5 ovat vastakkain, jolloin näiden pintojen 4 ja 5 väliin muodostuu rako 6. Ylijännitepurkaimen sisätila elektrodien 2 ja 3 välissä on täytetty tarkoitukseen sopivalla kaasulla, kulloinkin haluttujen sähköominaisuuksien mukaan. Kaasurako 6 muodostaa tällöin varsinaisen jännitteen rajoi-tusreitin.

Putkenmuotoisen kuoren 1 sisäpintaan on sylinterirenkaanmuo-toiselle alueelle suurin piirtein kaasuraon 6 korkeudella kiinnitetty sähköä johtavaa materiaalia oleva kerros 7. Tämä kerros 7 ylittää pääasiassa kaasuraon 6 viereisen kuoren sisäpinnan ja voi mahdollisesti ulottua hieman sen ulkopuolelle mutta kuitenkin niin, että kerros 7 on täydellisesti eristetty kummastakin elektrodista 2 ja 3.

Sijoittamalla sytytysapuna toimiva sähköä johtavaa ainetta oleva kerros 7 kuoren sisäseinämään elektrodiraon 6 korkeudelle saadaan aikaan tarkasti määritetty ja suhteellisen tasainen kenttä-voimakkuuden kulku heti kun elektrodit 2 ja 3 ovat sähköjännitteen alaiset ja kerroksessa 7 kehittyy vastaava potentiaali. On osoittautunut, että esitetyn järjestelyn avulla, jossa sytytystä 4 61973 edesauttava kerros on kiinnitetty kuoren sisäseinämään, voidaan sytytysjännite säätää tarkemmin ja määritetymmin jännitteen kasvaessa nopeasti kuin aikaisemmin tunnettujen sytytysliuskojen tai sytytystä edistävien kerrosten avulla. Tämä johtuu ilmeisesti sähkö-kenttävoimakkuuden edullisemmasta ja tasaisemmasta jakautumasta, mitä seikkaa ei ilmeisestikään oltu otettu huomioon aikaisemmin tunnettujen rakenteiden yhteydessä.

Tässä yhteydessä on osoittautunut erityisen edulliseksi jos kerroksen 7 paksuus raon keskellä on suurempi ja ohenee tasaisesti kummankin elektrodin suuntaan. On oletettavissa, että tämän rakenne-muodon erityisen edulliset ominaisuudet johtuvat siitä, että elektrodien 4 ja 5 sisäpinnan reunassa vallitseva suurempi kenttävoimak-kuus tasaantuu ainakin osittain elektrodipintojen välisen raon keskellä olevan kerroksen maksimipaksuuden ansiosta ja että mahdollisesti syntyvät ei-hallittavissa olevat kenttävoimakkuuden huiput alenevat niin että dynaamisen sytytysjännitteen tarkempi ja määri-tetympi säätäminen on mahdollista.

Sytytystä edesauttavan kerroksen 7 aine voidaan mielivaltaisesti valita tunnetuista ylijännitepurkaimissa jo käytetyistä sähköä johtavista aineista. Se voi esimerkiksi olla tarkoitukseen sopiva me* talli, eräissä tapauksissa myös puolijohde, tai erityisesti myös grafiitti. Viimeksimainitun ja myös useimpien aikaisemmin käytettyjen metallien osalta on kuitenkin otettava huomioon materiaalien heikko kiinnittyvyys lasi- tai keramiikkaseinämään. Kokeissa ovat tietyt transitiometallit, esimerkiksi rautaryhmänmetallit tai jalo-metallit osoittautuneet vielä suhteellisen edullisiksi. Keramiikka-kuorella varustetuissa ylijännitepurkaimissa on varsinkin sellaisilla metalleilla kuitenkin erityisen hyvät ominaisuudet pinnoitetta-vuuden ja kiinnitettävyyden kannalla, jotka helposti muodostavat yhdisteitä alumiinioksidin kanssa, kuten esimerkiksi titaanilla ja sirkonilla ja tietyillä muilla transitiometalleilla, kuten mangaanilla.

Sytytystä edesauttavan kerroksen kiinnittäminen kuoren sisäseinämään voidaan suorittaa sinänsä tunnetulla tavalla halutun vaikutuksen saavuttamiseksi, esimerkiksi sivelemällä grafiittinauha tai tahnanauha, joka sen jälkeen poltetaan kiinni. Tällaiset valmistusmenetelmät voidaan tosin tehdä käsityönä, mutta ne ovat kuitenkin vaikeasti automatisoitavissa, eivätkä ne tästä syystä ole erikoisen taloudellisia massatuotannossa.

, 61973 5

Erityisen tarkoituksenmukaiseksi suurempien kappalelukumää-rien valmistamiseksi on osoittautunut menetelmä, jossa sytytystä edistävän ja sähköä johtavan kerroksen lähtöaine elektrodien avulla hajotetaan pölyksi, joka laskeutuu kuoren sisäseinämälle. Tämä menetelmä on havainnollistettu kuviossa 2. Tällöin on vastaavat osat merkitty samoilla viitenumeroilla kuin kuviossa 1.

Tämän menetelmän mukaan sijoitetaan elektrodien 2 ja 3, jotka tässä rakenne-esimerkissä ovat onttoja elektrodeja, syvennyksiin tarkoitukseen sopivaa sinänsä tunnettua ja emissiota edestauttavaa ainetta 8,9. Tämän jälkeen päällystetään näin esikäsitellyt elektrodit pölyksi hajotettavalla ja sisäseinämälle laskeutuvalla materiaalilla 10. Tämä voidaan levittää elektrodin koko sisäpinnalle tai, kuten kuviossa 2 on esitetty, vain rengasmaiselle ulkoalueelle.

Sen jälkeen elektrodit 2 ja 3 ja kuori 1 yhdistetään kaasutiiviisti ja sisätila täytetään tarkoitukseen sopivalla kaasulla. Tämän jälkeen elektrodeihin 2 ja 3 syötetään sykkivä jännite, jolloin syntyy yksi tai useampia sähkövirtasykäyksiä, jotka hajottavat aineen 10 pölyksi, joka laskeutuu kuoren sisäseinämässä olevalle sylinteri-renkaanmuotoiselle alueelle 7. Tällöin on erityisen edullista jos elektrodien välisen raon keskellä oleva alue vastaanottaa materiaalia kummastakin renkaasta 10, jotta siihen kohtaa syntyisi automaattisesti suurempi kerrospaksuus kuin alueen 7 reunoilla.

Materiaalin laskeutumista kuoren sisäseinämälle voidaan nopeuttaa mekaanisesti, esimerkiksi keskipakovoimien avulla. Tämä voidaan saada aikaan siten, että ylijännitepurkainta pyöritetään nopeasti symmetria-akselinsa ympäri valmistusprosessin aikana. Tämä on kuitenkin massatuotannossa osoittautunut liian hankalaksi ja monimutkaiseksi toimenpiteeksi. Aineen 10 laskeutumista haluttuihin kohtiin voidaan sen sijaan ohjata hyvin mukavalla tavalla järjestämällä sopivat sähkö- tai magneettikentät virta- tai purkausim-pulssien aikana siten, että kuoren sisäseinämän halutulle alueelle syntyy sähköä johtava kerros 7, jonka kerrospaksuus on halutunlainen. Tämä menetelmä on näistä syistä osoittautunut erityisen edulliseksi ylijännitepurkaimen valmistamiseksi, jonka dynaamiset sy-tytysjännitearvot ovat tarkasti säädettävissä ja määritettävissä.

Eräs toinen edullinen menetelmä käsittää titaanihydridin levittämisen suspensiona kuoren sisäpinnan vastaaville alueille, jonka jälkeen se poltetaan kiinni suojakaasussa tai tyhjössä, esimerkiksi suuruusluokkaa 1000°C olevassa lämpötilassa.

Claims (12)

1. Ylijännitepurkain, joka käsittää suoran sylinteriputken muotoisen eristävän kuoren (1) sekä kaksi sen päihin kaasutiiviis-ti sisäänvietyä elektrodia (2, 3), joiden sisäpinnat (4, 5) ovat toisiaan vastassa ja niiden välisen kaasuraon (6) toisistaan erottamat, tunnettu siitä, että kuoren sisäseinämään on kiinnitetty kaasuraon (6) pääasiassa peittävälle alueelle sylinteriren-kaanmuotoinen, kummastakin elektrodista (2, 3) eristetty kerros (7), joka on sähköä johtavaa ainetta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ylijännitepurkain, tunnettu siitä, että johtavaa ainetta oleva kerros (7) ylittää elektrodipintojen (4, 5) välisen kaasuraon (6) sen koko leveydeltä niin pitkälle, että sen reuna ulottuu elektrodien reunan ohi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ylijännitepurkain, tunnettu siitä, että kerroksen (7) sähköä johtavana aineena on grafiitti.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ylijännitepurkain, tunnettu siitä, että kerroksen (7) sähköä johtavana aineena on transitiometalli.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen ylijännitepurkain, tunnettu siitä, että kerroksen (7) sähköä johtavana aineena on titaani, sirkoni tai mangaani.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen ylijännitepurkain, tunnettu siitä, että sähköä johtavan kerroksen (7) paksuus raon (6) keskiosan korkeudella on suurimmillaan ja ohenee tasaisesti kumpaakin reunaa päin.

7. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen ylijännitepurkaimen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että ainakin toinen elektrodi päällystetään sähköä johtavalla aineella, mahdollisesti emissiota edistävän kerroksen kiinnittämisen jälkeen, että elektrodit yhdistetään kuoreen kaasutiiviisti ja että sähköä johtava aine hajotetaan pölyksi läpikulkevan sähkövirran avulla, ja annetaan laskeutua kuoren sisäseinämälle.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkövirta saadaan aikaan syöttämällä sykkivää jännitettä elektrodeihin. 7 61973

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkövirran läpi johtamisen aikana ylijännitepurkainta pyöritetään symmetria-akselinsa ympäri.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkövirran läpi johtamisen aikana pölyksi jaotetun aineen laskeutumista kuoren sisäseinämälle ohjataan sähkövoimakentän avulla.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkövirran läpi johtamisen aikana pölyksi hajotetun aineen laskeutumista kuoren sisäseinämälle ohjataan magneettikentän avulla.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköä johtava aine kiinnitetään kumpaankin elektrodiin elektrodien sisäpintojen ulkoreunaan asti ulottuvana renkaana. 1. överspänningsavledare med ett rakt cylinderrörformat iso-lerande hus (1) och tvä i husets ändar gastätt insatta elektroder (2, 3), vilkas inre ytor (4, 5) är vända mot varandra och skilda fran varandra genom en gasspält (6), kännetecknad därav, att ett cylindriskt ringformat och frAn bäda elektroderna (2, 3) iso-lerat skikt (7) av ledande material är anbragt pa huset inrevägg i en zon som väsentligen täcker gasspalten (6). 2. överspänningsavledare enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att skiktet (7) av ledande material täcker hela bredden av gasspalten (6) mellan elektrodytorna (4, 5) sä lAngt, att dess kant sträcker sig förbi kanten av elektroderna. 3. överspänningsavledare enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad därav, att skiktet (7) innehAller grafit som ledande material. 4. överspänningsavledare enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad därav, att skiktet (7) innehAller en övergangs-metall som ledande material. 5. överspänningsavledare enligt patentkravet 4, kännetecknad därav, att skiktet (7) som ledande material innehAller titan, zirkonium eller mangan. 6. överspänningsavledare enligt nagot av patentkraven 1-5,