KR960000922B1

KR960000922B1 - 가스방전 서어지 어레스터

Info

Publication number: KR960000922B1
Application number: KR1019870006352A
Authority: KR
Inventors: 보이 위르겐
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트; 드로스트, 후흐스
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1996-01-15
Also published as: JPS6313290A; EP0251010B1; DE3621254A1; US4769736A; KR880001083A; EP0251010A1; DE3766888D1

Abstract

내용 없음.

Description

가스방전 서어지 어레스터

제1도 및 제2도는 본 발명에 따른 2 전극 어레스터의 2가지 형태를 도시한 서로 유사한 개략적인 측단면도.

제3도 내지 제5도는 본 발명에 따른 3 전극 어레스터의 3가지 형태를 도시한 서로 유사한 개략적인 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1의 전극 2 : 제2의 전극

3 : 원통형 절연체 4 : 보어

6 : 절연갭 7 : 점화갭

9, 10 : 환형 채널 15 : 원추형 절두체 부분

17 : 보어 18 : 원추형 절두체 보어

21 : 컵 형태의 고정부재 24 : 제3의 전극

27 : 보조 방전갭 28 : 주 방전갭

29 : 내측벽 30 : 사다리꼴 단면의 나삿니

31 : 환형 채널 32, 33 : 주 방전갭

34 : 활성 혼합물

본 발명은 적어도 하나의 공동 원통형 절연체와 하우징내에서 전극 사이에 점화갭을 제공하도록 배열된 두개의 전극으로 이루어져 있으며, 적어도 하나의 전극은 부분적으로 활성층으로 덮혀지고, 활성층의 전자일함수는 전극재료의 전자입함수보다 더 낮은 진공유지 하우징으로 이루어져 있는 가스방전 서어지 어레스터(arrester)에 관한 것이다.

이러한 종류의 서어지 어레스터가 미합중국 특허 제3,649,874호에 기술되어 있다. 또한, 비슷한 종류의 구조를 갖고 있는 3 전극 서어지 어레스터가 미합중국 특허 제3,710,911호에 기술되어 있다. 이들 2개의 공보에는 활성층이 방전갭내에 배열되어 전자일함수를 감소시키는 서어지 어레스터가 기술되어 있다.

본 발명의 목적은 서어지 어레스터의 내구기간중 전기값, 특히 반응 전압의 변화가 감소되고, 작용적 신뢰성이 개선된 가스방전 서어지 어레스터를 제공하는데 있다.

본 발명에 따라서, 적어도 하나의 공동인 원통형 절연체와 적어도 두개의 전극을 포함하며, 이들 두개의 전극 사이에 점화갭이 배치되며, 상기 전극중에 첫번째 것은 적어도 부분적으로 활성층으로 덮혀지는 진공유지 하우징으로 이루어져 있는 가스방전 서어지 어레스터가 제공되는데, 활성층의 전자일함수는 전극재료의 전자일함수보다 더 낮고, 여기서 활성층은 점화갭 외측의 전극표면에 있는 리세스(recess)에 제공되고, 활성층의 가장자리로부터 인접한 다른 전극까지의 가장 짧은 거리는 점화갭의 폭보다 더 크다.

가열될 때, 예를 들어 서어지 어레스터가 반응할 때에는 활성층은 변형되고, 그리고 종래의 기술에 의한 구조에서 점화전압에 영향을 주는 피크 또는 소구체를 형성할 수 있거나, 서어지 어레스터의 절연을 파괴할 수도 있다는 것이 사실상 지적되어 왔다.

본 발명에 따르면, 갭에서 방전을 점화하는 것이 충분하게 된다. 활성층을 구비하고 있는 전극이 고전류에서 캐소오드로서 동작하자마자, 활성층과 노출된 전극물질 사이의 접합점이 갭의 외측에 놓여 있고, 그리고 방전 통로가 다소 길어지는 경우에도, 본 발명에 따른 서어지 어레스터의 방전의 근원은 이 접합점으로 이동한다. 반대 전극으로부터 증가된 거리로 인하여, 제안된 구조에서는 활성층의 변형이 점화전압에 영향을 미치지 않는다.

단지 단극 펄스로만 부하가 걸리는 서어지 어레스터에 대해서는 활성층을 갖는 캐소오드로 이용되는 전극을 제공하는 것이 충분하다. 이것은 보어를 갖고 있으며, 이 보어 안으로 제2의 전극이 돌출해 있는 제1전극, 두 전극 사이에 있는 환형 점화캡, 제2의 전극의 단부표면과 제1전극에 있는 보어의 기저부 사이에 있는 절연갭, 그리고 절연갭보다 더 좁은 절연갭의 배열에 의하여 성취된다. 활성층은 제1의 전극의 환형 단부표면에 있는 벌집과 같은 리세스에 배열되고 ; 활성층을 단부표면의 내부 가장자리로 연장되지 않는다.

교류전류에 사용하기에 적당한 본 발명의 실시예에서, 활성층은 마찬가지로 제2의 전극의 단부표면에 배열되고, 이것의 단부표면의 내부 가장자리로 연장되지 않는다.

본 발명의 한 실시예에서, 제1의 전극의 보어는 원통형이고, 제2의 전극은 보어 안으로 돌출한 원통형 부분을 가지고 보어의 내측벽에 대해서 일정한 폭을 갖는 환형 갭을 형성한다. 제조에 유리한 또다른 실시예에서는, 보어는 거의 원추형인 벽에 의해 한계가 정해지고, 제2의 전극은 다시 보어의 원추형 벽과 일정한 폭을 갖는 갭을 형성하는 원추형 끝을 가진다. 교류전류에 사용하기에 적당한 실시예에서, 제1의 전극의 보어는 좀더 작은 직경을 갖는 원통형의 벽이 이어지는 원추형 절두체 부분(frusto-conical part)을 가지는 벽에 의해 한계가 정해지고, 제2의 전극 또한 원추형 절두체 부분을 가지는데, 이 원추형 표면은 보어의 원추형 절두체 부분에 대해 일정한 폭을 갖는 갭을 형성하며, 원추형 절두체 부분의 단부표면은 단면의 가장자리로 연장되지 않는 활성층을 갖고 있다. 이 실시예는 간단하게 제조되는데, 왜냐하면 갭의 원추형 절두체 영역은 축방향의 갭 치수에 대해 비교적 낮은 공차로 되고, 제2전극의 단부표면에 있는 활성층을 위해 필요한 공간을 충족시키기 때문이다.

본 발명은 활성 혼합물이 고전류 부하에 의해 소구체 또는 작은 물방울의 형성 위험이 특히 큰 범위까지 가열될 경우에 특히 유리하다. 이러한 작용 상황은 소위 3 전극 어레스터에서 자주 일어나는데, 즉 서어지 어레스터에서 제1의 전극 및 제2의 전극이 서로 동축에 배열되고, 이들 각각은 원통형 부분을 가지며, 원통형 부분의 단면은 보조 방전갭을 형성하도록 서로 마주보고 배열되고, 반면에 제3의 전극은 원통형 보어를 가지며, 이 원통형 보어의 내측벽은 제1 및 제2의 전극의 원통형 부분과 중심이 같으며, 보조 방전갭을 둘러싼다. 제3의 전극의 단부표면에서, 환형 표면중에 적어도 하나는 활성층을 갖고 있다. 동시에, 제1 및 제2의 전극의 단면도 또한 활성층을 갖고 있다. 이 경우에, 활성층은 유리하게 기본적으로 규산나트륨으로 이루어지고, 그리고 표면에서 홈, 벌집 피라밋, 보어, 또는 기타의 리세스에 공급되어 융합된다. 규산나트륨으로 이루어진 활성층은 서어지 어레스터 특성을 위해 양호한 값이 되고, 저부에 잘 부착된 융합상태로 되나, 비교적 소구체 또는 작은 물방을로 형성하기 쉬울 것으로 생각된다. 이 활성층은 본 발명에 따른 서어지 어레스터에서 특히 유리하게 사용될 수 있다.

도전체의 용융을 보호하기 위해서는, 특히 3 전극 어레스터의 형태를 사용하는 것이 적당한데, 여기서 제1 및 제2 전극은 서로 동축에 배열되고, 이들 각각은 원통형 부분을 가지며, 제3전극은 원통형 부분의 단면이 보조 방전갭을 형성하도록 서로 마주보고 배열되며, 원통형 보어를 포함하며, 제1 및 제2 전극의 원통형 부분과 중심이 같도록 배열되며 점화갭을 둘러싸고, 제3의 전극에 있는 보어는 활성 혼합물이 원통형 보어의 벽에 도달하지 않는 방법으로 전극에 활성 혼합물이 부분적으로 채워진 사다리꼴 단면의 나삿니를 갖고 있으며, 그리고 제1 및 제2의 전극의 단부표면 각각은 홀성층이 제공된 하나의 영역을 가진다. 이 배열에서 주 방전갭은 사다리꼴 나삿니에 위치한 활성 혼합물의 가장자리에 의해 한정된다. 이것은 나삿니 사이에 남아 있는 원통형 벽의 이들 부분에 의해 한정되는 점화갭보다 더 넓다. 결과적으로, 이 특별한 실시예는 점화전압값의 낮은 변화를 나타낸다. 나사가 나사형으로 설계되었기 때문에, 제1 및 제2전극의 활성층으로부터 시작하여 주위의 일부분에 대하여 보증되고, 제3전극의 금속표면은 제1 및 제2전극이 캐소오드로 작용할 때 가장 짧은 경로에 의하여 도달된다. 사다리꼴 나삿니에 있는 활성 혼합물이 나삿니 측면의 가장자리에 도달하지 못하므로, 만약 제3의 전극이 캐소오드로서 작용할 경우, 전극 또는 활성 혼합물의 변형이 점화갭을 변하게 하지 않으므로 방전의 캐소오드 근원은 사다리꼴 나삿니에 위치되어 어레스터의 점화작용에 영향을 미치지 않는다.

기술된 제3의 전극의 서어지 어레스터는 주로 제3의 전극에 연결된 접지와 관련하여 서로 근접하여 같은 전위를 운반하는 두 선을 용융보호하기 위해 제공되고, 각각 제1 및 제2의 전극에 연결된다. 따라서, 제1 및 제2의 전극 사이에는 단지 상대적으로 작은 전압차만이 야기되므로, 이들 전극 사이에 있는 보조 방전갭은 높은 요구에 응할 필요가 없다. 그러므로, 본 발명은 단지 한편으로 제1 및 제2의 전극과 다른 한편으로 제3의 전극 사이에 있는 주 방전갭에 대해서만 사용된다. 제1 또는 제2의 전극과 제3전극 사이에서 방전이 일어나자마자, 아직 점화되지 않은　 제1 및 제2의 전극중 하나와 제3의 전극 사이에 있는 주 방전갭이 또한 이온화되고, 그 결과 전압도 마찬가지로 감소된다. 그러므로, 이것은 제1 및 제2의 전극 사이에서 일어나는 약간의 방전을 피하고, 그리고 이 두 전극의 단부표면 사이에 있는 보조 방전갭은 고전류를 받아들일 필요가 없다.

본 발명은 도면을 참조로 하여 좀더 자세하게 설명될 것이다.

제1도를 참조하면, 도시된 서어지 어레스터는 제1의 전극(1), 제2의 전극(2), 그리고 세라믹을 포함하는 공동 원통형 절연체(3)로 만들어지고 진공유지 상태로 밀봉된다. 제1의 전극(1)은 보어(4)를 포함하고, 이 보어(4)속에 제2의 전극(2)의 원통형 부분(5)이 돌출된다. 보어(4)를 형성하는 전극(1)의 공동 원통형부분(12)의 내측벽(11)과 전극(2)의 원통형 부분(5)의 외측표면 사이에는 활성층이 전극에 가해지지 않는 영역에 점화갭(7)이 형성된다. 점화갭(7)보다 다소 넓은 절연갭(6)은 보어(4)의 저부의 표면(8)과 전극(2)의 단면(13) 사이, 및 제1의 전극(1)의 단면(14)과 제2의 전극(2)의 인접한 부분 사이에 위치한다.

제1의 전극(1)의 공동 원통형 부분(12)의 단부표면(14)과 제2의 전극(2)의 원통형 부분(5)의 단부표면(13)은 둘다 활성 혼합물이 채워져 있는 환형 채널(10, 9)을 갖고 있다. 도시된 본 실시예에서, 2개의 환형채널(10, 9)은 각각 단부표면(14) 및 (13)에 배열된다. 이 실시예에서, 갭(7)에서 점화가 있는 후, 가스방전은 점화갭(7)의 양단에서 점화갭에 가장 가까운 리세스(10, 9)의 가장자리로부터 발생하고, 방전의 근원은 활성층과 전극의 금속 사이에 있는 영역에 위치하고, 그리고 애노우드극 쪽에 있는 비교적 큰 영역은 반대 전극쪽으로의 전류의 통로로서 활용된다. 환형 채널 대신에, 다른 리세스, 예를 들어 활성 혼합물로 채워진 작은 벌집 피라밋 같은 리세스가 단부표면(14) 및 (13)속에 삽입될 수 있다.

점화 후, 방전은 또한 절연갭(6)의 양단에서 일어날 수 있고, 채널(9)에서의 활성 혼합물의 변형은 점화전압을 변화시키지 않는다. 결과적으로, 이 실시예는 특히 고전류에 사용하기에 적당하다.

제2도는 축방향의 공차가 갭폭에 영향을 미치지 않는, 따라서 점화전압에 영향을 미치지 않는 실시예를 도시한다. 이러한 경우에는 점화갭(7)이 제2의 전극(20)의 원추형 절두체 부분(15)과 제1의 전극(19)의 원추형 절두체 보어(18) 사이에 형성된다. 또한 제1의 전극(19)의 원통형 부분(16)은 보어(18)와 동축상에 있고, 원추형 절두체 보어(18)의 작은 직경과 만나는 보어(17)를 포함한다. 점화갭이(7)이 0.5mm 또는 그 이하의 매우 작은 폭을 가질지라도, 보어(17)에는 전극(20)의 단부표면의 환형 채널(9)에 있는 활성 혼합물을 변형하기 위한 충분한 공간이 있다. 같은 사실이 전극(20)의 배후공간 안쪽으로 전극(19)의 단부표면의 채널(10)에 있는 활성 혼합물을 변형하는 것에 적용된다.

제1도의 실시예에 있는 전극과 제2도의 실시예에 있는 전극의 원통형 부분은 동으로 만들어지는 것이 유리하다. 제2도의 실시예는 전극(19) 및 (20)의 컵 형태의 고정부재(21)를 위해 합금이 사용될 수 있으며, 이 합금의 열팽창계수는 공지된 바와 같이 세라믹으로 만들어진 절연링의 열팽창계수와 같게 된다.

제3도의 제2의 전극에 연결된 대지전위로부터 펄스를 운반하는 두개의 도전체를 보호하기에 특히 적당한 3 전극 서어지 어레스터를 도시한다. 전극(22) 및 (23)의 원통형 부분(25) 및 (26)은 제3의 전극(24)의 보어내로 연장되어 있다. 제1의 전극(22) 및 제2의 전극(23)의 단부표면은 그들 사이에 보조 방전갭(27)을 형성한다. 주 방전갭(28)은 원통형 부분(25) 및 (26)과 제3의 전극(24)의 원통형 내측벽(29) 사이에 있는 환형 갭에 의해 형성된다. 원통형 부분(25) 및 (26)의 각 단부표면은 활성 혼합물로 채워진 각각의 환형 채널(9)을 포함한다. 제3의 전극(24)의 내측벽(29)은 활성 혼합물로 채워진 사다리꼴 나삿니(30)를 갖고 있다. 방전갭은 나삿니의 굴곡부와 그에 대응하는 원통형 부분(25) 및 (26) 사이에 남아 있는 내측벽(29) 부분 사이의 갭에 의해 한정된다. 이 구조는 축방향 치수의 공차에 무관하게 제1 및 제2의 전극(22 및 23)의 채널(9)중의 하나에 캐소우드 기부(foot)를 갖는 방전이 방사방향에서 가장 짧은 경로에 의해 제3전극(24)의 내측벽의 금속성 표면에 도달하는 것을 보증한다. 한편, 다량의 활성 혼합물을 제3의 전극(24)에 캐소우드 기부를 갖는 방전에 활용할 수 있으며, 이 방향에서는 방전은 빠르고, 특히 낮은 아아크 전압을 요구한다. 이 실시예에서, 높은 에너지 방전과 관련한 본 발명의 이점은 유리한 방법으로 종래 기술의 이점, 즉 낮은 아아크 전압과 결합된다. 다른 종류의 리세스, 예를들어 벌집 피라밋 형태의 구성물에 있는 피라밋 공동은 전극(22) 및 (23)의 단부표면에 있는 환형 채널(9)의 장소에 사용될 수 있다.

제4도는 제3의 전극(24)이 제3의 전극의 단부표면에 환형 채널(31)을 포함하는 3 전극 어레스터를 도시한다. 따라서, 이 실시예에서는 모든 전극(22, 23, 24)을 위한 활성 혼합물은 실질적 방전갭(32)의 외측에 배열된다.

제3도 및 제4도에서, 제시된 형태의 어레스터에서는 서어지 전압이 접지전위를 방전된다는 것을 기술했기 때문에 보조 방전갭(27)에서 높은 에너지 방전이 일어날 것 같지는 않으며, 비교적 작은 전압 차이의 경우에라도 제3도의 경우에는 주 방전갭(28)에서, 그리고 제4도의 실시예의 경우에는 주 방전갭(32) 또는 (33)을 따라서 방전이 일어난다.

제5도에 도시된 실시예에서는 전극(22) 및 (23)의 원통형 부분(25) 및 (26)과 함께 제3의 전극(24)의 내측벽(29)은 각각 보조 방전갭(27)에 인접해 있는 점화갭(7)을 형성한다. 제3의 전극(24)의 단부표면(36)의 영역에서, 보어는 그 안에 원통형의 넓은 영역(35)을 가진다. 원통형의 넓은 영역(35)의 내부표면은 보어의 넓지 않은 영역의 내측표면(29)으로 연장하지 않는 활성 혼합물(34)로 덮혀진다. 이 실시예는 비교적 간단하게 제조되고, 제3도에서 도시된 실시예의 이점을 갖는다.

Claims

진공유지 하우징은 적어도 하나의 공동인 원동형 절연체와 적어도 두개의 전극을 포함하며, 이 두 전극 사이에 점화갭이 위치하며, 상기 전극중에 적어도 첫번째 것은 부분적으로 활성층으로 덮혀 있는 가스방전 서어지 어레스터에 있어서, 활성층의 전자일함수는 전극물질의 전자일함수보다 더 낮고, 활성층이 점화갭의 외측에 있는 전극표면의 리세스에 제공되고, 활성층의 가장자리로부터 인접한 다른 전극까지의 가장 짧은 거리가 점화갭의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 가스방전 서어지 어레스터.
제1항에 있어서, 상기 제1의 전극이 블라인드 보어를 구비하고, 이 블라인드 보어속에 제2의 전극이 두 전극 사이에 환형 방전갭을 형성하는 그러한 방법으로 돌출해 있고, 그리고 절연갭이 제2의 전극의 단부표면과 제1의 전극에 있는 보어의 바닥표면 사이 및 제1의 전극의 단부표면과 제2의 전극의 인접한 부분 사이에 형성되어 있으며, 점화갭은 절연갭보다 좁고, 활성층이 제1의 전극의 환형 단부표면과 제2의 전극의 단부표면에 있는 리세스에 제공되며, 그리고 상기 활성층이 상기 제1의 전극의 단부표면의 내측 가장자리 또는 상기 제2의 전극의 단부표면의 외측 가장자리로 연장되지 않는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1의 전극에 있는 보어는 원통형이고, 그리고 상기 제2의 전극은 상기 보어의 안으로 연장되어 있고, 보어의 내측벽에 대해 일정한 폭을 유지하는 환형 갭을 형성하는 원통형 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 보어는 거의 원추형인 벽에 의해 경계가 정해지고, 그리고 제2의 전극은 상기 보어의 원추형 벽에 대해 일정한 폭을 유지하는 점화갭을 형성하는 원추형 팁을 갖는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1전극의 보어는 원추형 절두체 벽의 작은쪽 끝과 상응하는 직경을 가지는 원통형 벽속으로 이어지는 원추형 절두체 벽에 의해 경계가 정해지고, 제2의 전극은 원추형 절두체부분을 가지고, 제2전극의 생성된 표면은 보어의 원추형 절두체 부분에 대해 일정한 폭을 유지하는 갭을 형성하며, 전극들의 단부표면은 단부표면의 가장자리로 연장되지 않은 활성층을 갖는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.
제1항에 있어서, 제1 및 제2의 전극은 원통형 부분을 가지고 있는 객체 서로에 대해 동축으로 배열되고, 이 원통형 부분의 단부표면은 보조 방전갭을 형성하도록 서로 마주보고 배열되며, 제3의 전극은 제1 및 제2의 전극의 원통형 부분과 동심으로 배열된 원통형 보어를 가지며, 보조 방전갭을 둘러싸고 있으며, 제3의 전극의 환형 단부표면들 중에 적어도 하나는 활성층을 제공하는 하나의 리세스 또는 다수의 리세스를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.
제6항에 있어서, 제1 및 제2의 전극의 단부표면 각각은 리세스에 제공된 활성층을 갖고 있는 적어도 하나의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성층이 기본적으로 규산나트륨으로 이루어지고, 홈, 채널, 벌집 피라밋 또는 그와 비슷한 형태를 갖는 부재에 제공되는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.
제1항에 있어서, 각각 원통형 부분을 가지고 서로 동축으로 배열되는 제1 및 제2의 전극을 포함하고, 원통형 부분들을 단부표면은 보조 방전갭을 형성하도록 축방향으로 서로 마주보고 배열되어 있으며, 제3의 전극은 제1 및 제2의 전극의 원통형 부분들과 동심인 원통형 보어를 가지며, 보조 방전갭을 둘러싸고 있으며, 원통형 부분들과 보어의 벽 사이에는 보조 방전갭보다 더 좁은 점화갭이 형성되며, 제3의 전극에 있는 보어는 활성층을 포함하는 사다리꼴 단면의 나삿니를 갖고 있으며, 그리고 제1 및 제2의 전극의 단부표면 각각은 각각의 리세스에 제공된 활성층을 갖는 적어도 하나의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.
제1항에 있어서, 각각 원통형 부분을 가지고 서로 동축상에 배열되는 제1 및 제2의 전극을 포함하고, 원통형 부분들의 단부표면은 축방향으로 서로 마주보고 배열되어 보조 방전갭을 형성하며, 제3의 전극은 제1 및 제2의 전극의 원통형 부분들과 동심으로 배열된 보어를 가지며, 보조 방전갭을 둘러싸고 있으며, 원통형 부분들과 보조 방전갭에 인접한 원통형 보어의 벽 사이에는 각각의 경우에 보조 방전갭보다 더 좁은 점화갭이 형성되며, 그리고 제3의 전극의 단부표면의 영역에서 보어는 각각의 경우에 증가된 직경을 갖는 원통형의 넓혀진 구역을 가지고, 이 넓혀진 구역의 벽은 활성물질로 덮혀져 있는 것을 특징으로 하는 서어지 어레스터.