NO780302L

NO780302L - G VOLTAGE DETECTOR AND PROCEDURE FOR ITS MANUFACTURING

Info

Publication number: NO780302L
Application number: NO780302A
Authority: NO
Inventors: Hugo Luchsinger; Paul Keller
Original assignee: Cerberus Ag
Priority date: 1977-01-27
Filing date: 1978-01-26
Publication date: 1978-07-28
Also published as: IT7812411A0; SE426635B; IT1103172B; ATA928977A; NL170345B; GB1599443A; FR2379156B1; FR2379156A1; FI61973C; FI773877A; SE7800923L; AT363141B; DE2757337A1; NL7800723A; FI61973B; CH600630A5

Description

Oppfinnelsen vedrorer en overspenningsavleder med et rorformet, isolerende hus og to elektroder, som er gasstett innfort i husets ender og hvis innerflater vender mot hverandre og er adskilt av en gass-spalte, samt en fremgangsmåte for dens fremstilling. The invention relates to a surge arrester with a rod-shaped, insulating housing and two electrodes, which are gas-tightly inserted into the ends of the housing and whose inner surfaces face each other and are separated by a gas gap, as well as a method for its manufacture.

Ved slike overspenningsavledere skjer begrensningen av den spenning som ligger på elektrodene ved at det ved en bestemt tenningsspenning oppstår en gassutlading i spalten mellom elektrodene. For at man skal oppnå en definert, lav tenningsspenning ved hurtig spenningsokning (dynamisk tenningsspenning), slik det ofte er nodvendig især ved bruk til beskyttelse av lavspenningsanlegg, er det kjent å benytte forskjelligartede tenriingsfremmende hjelpemidler. Bruken av radioaktivt materiale for dette formål stoter dog hyppig på vanskeligheter på grunn av en mulig helsefare. In the case of such surge arresters, the limitation of the voltage on the electrodes occurs by the fact that at a certain ignition voltage, a gas discharge occurs in the gap between the electrodes. In order to achieve a defined, low ignition voltage by rapid voltage increase (dynamic ignition voltage), as is often necessary especially when used to protect low-voltage systems, it is known to use different types of ignition-promoting aids. However, the use of radioactive material for this purpose often encounters difficulties due to a possible health hazard.

Ved en overspenningsavleder av innledningsvis nevnte type er det derfor blitt kjent å anbringe ledende streker på innsiden av det isolerende hus, langs mantellinjer, hvorved de ledende streker vekselvis er forbundet med den ene av elektrodene og isolert fra motelektroden og hvorved de ledende streker rager noe forbi gass-spalten i sin frie ende. Derved vil det dog ved hver utlosning og hver tenning av overspenningsavlederen for-dampes elektrodemateriale, hvilket reduserer isolasjonsmotstanden mellom disse tenningsstreker innbyrdes og av den til enhver tid aktuelle motelektrode og hurtig gjor overspenningsavlederen ubrukelig. Dessuten vil det elektriske felt bli sterkt for-vrengt av disse tenningsstreker og det viser seg å være vanskelig å oppnå en noyaktig og reproduserbar tenningsspenning ved In the case of a surge arrester of the type mentioned at the outset, it has therefore become known to place conductive lines on the inside of the insulating housing, along sheath lines, whereby the conductive lines are alternately connected to one of the electrodes and isolated from the counter electrode and whereby the conductive lines protrude somewhat beyond the gas gap at its free end. Thereby, however, with each release and each ignition of the surge arrester, the electrode material evaporates, which reduces the insulation resistance between these ignition lines and of the relevant counter electrode at all times and quickly renders the surge arrester useless. Moreover, the electric field will be strongly distorted by these ignition lines and it turns out to be difficult to achieve an accurate and reproducible ignition voltage by

hurtig spenningsokning.rapid voltage increase.

Det er kjent å bedre det elektriske felt og tenningsegenskapene ved at de ledende sjikt som påfores husets innside gis en uregelmessig geometrisk form, f.eks. formen av elliptiske, kva-dratiske eller trekant-partier, som delvis er forbundet med elektrodene og delvis er isolert fra dem. Herved er fordelin-gen av de ledende steder meget uregelmessig, slik at den dynamiske tenningsspenning av slike avledere heller ikke lar seg reprodusere noyaktig. Faren for reduksjon av isolasjonsmotstanden mellom de ledende områder og elektrodene er heller ikke helt eliminert. Dessuten er produksjonen meget komplisert og dermed lite"okonomisk. It is known to improve the electric field and the ignition properties by giving the conductive layers applied to the inside of the housing an irregular geometric shape, e.g. the shape of elliptical, quadratic or triangular parts, which are partly connected to the electrodes and partly isolated from them. Hereby, the distribution of the conductive locations is very irregular, so that the dynamic ignition voltage of such arresters cannot be reproduced accurately either. The danger of a reduction of the insulation resistance between the conductive areas and the electrodes is also not completely eliminated. In addition, the production is very complicated and therefore not very economical.

Det er gjort forsok på å fore ekstra bielektroder utenfra gjen-nom huset i nærheten av utladings-strekningen mellom hovedelek-trodene, hvorved en spenning som påtrykkes bielektrodene kan påvirke tenningen. Fremstillingen er imidlertid vanskelig, usik-ker og kostbar som folge av den ekstra elektrodegjennomforing, og dessuten kan slike overspenningsavledere ikke kobles direkte mellom de ledninger som skal beskyttes, idet det kreves en hjel-' pespenning, som vanligvis ikke disponeres på vernestedet og må tilveiebringes ved en ekstra kobling. Overspenningsavledere med bielektroder kan således bare benyttes i spesielle tilfelle. Attempts have been made to feed extra bi-electrodes from the outside through the housing near the discharge section between the main electrodes, whereby a voltage applied to the bi-electrodes can affect the ignition. However, the manufacture is difficult, unsafe and expensive as a result of the additional electrode bushing, and moreover such surge arresters cannot be connected directly between the lines to be protected, as an auxiliary voltage is required, which is not usually available at the protection site and must be provided by an additional connection. Surge arresters with bi-electrodes can thus only be used in special cases.

Oppfinnelsen går ut på å eliminere de nevnte ulemper ved kjente overspenningsavledere og især å tilveiebringe en overspenningsavleder med universal anvendelighet med definert, lav tenningsspenning ved hurtige spenningstopper, med optimal fordeling av de tenningsfremmende sjikt og med lengre levetid uten svekkelse av isolasjonsmotstanden, selv ved gjentatt tenning, hvorved overspenningsavlederen kan produseres pålitelig, noyaktig og okonomisk. The invention aims to eliminate the aforementioned disadvantages of known surge arresters and, in particular, to provide a surge arrester with universal applicability with defined, low ignition voltage at rapid voltage peaks, with optimal distribution of the ignition-promoting layers and with a longer service life without weakening the insulation resistance, even with repeated ignition , whereby the surge arrester can be manufactured reliably, accurately and economically.

En overspenningsavleder ifolge oppfinnelsen erkarakterisert vedat det på innsiden av huset, i en sone som i det vesentlige dekker gass-spalten, er anordnet et sylinderringformet sjikt av ledende materiale, som er isolert fra begge elektroder. A surge arrester according to the invention is characterized by the fact that on the inside of the housing, in a zone which essentially covers the gas gap, a cylindrical ring-shaped layer of conductive material is arranged, which is insulated from both electrodes.

Ifolge oppfinnelsen kan en slik overspenningsavleder fremstil- les ved at det ledende materiale, eventuelt etter påforing av et emisjonsfremmende sjikt, anbringes på minst en av elektrodene, at elektrodene forbindes gasstett med huset og at det ledende materiale forstoves ved strømgjennomgang og avleires på husets innervegg. According to the invention, such a surge arrester can be produced by placing the conductive material, possibly after applying an emission-promoting layer, on at least one of the electrodes, connecting the electrodes gas-tight to the housing and the conductive material being vaporized by current flow and deposited on the inner wall of the housing.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til et utforelseseksempel som er vist i fig. 1. The invention will now be described in more detail with reference to an embodiment shown in fig. 1.

Under henvisning til fig. 2 beskrives en fremgangsmåte for fremstilling av en overspenningsavleder ifolge oppfinnelsen. With reference to fig. 2 describes a method for producing a surge arrester according to the invention.

Ved utforelseseksemplet av en overspenningsavleder ifolge fig. In the design example of a surge arrester according to fig.

1 er to metalliske elektroder 2 og 3 innfort i et rorformet hus 1,'som er utfort av et isolerende materiale, f.eks. glass eller fortrinnsvis keramikk. Forbindelsen mellom elektrodene i husets ender og huset kan opprettes på kjent måte ved hjelp av en 1, two metallic electrodes 2 and 3 are inserted into a tube-shaped housing 1, which is made of an insulating material, e.g. glass or preferably ceramics. The connection between the electrodes at the ends of the housing and the housing can be established in a known manner using a

metall-keramikk-forbindelse. Innerflåtene 4 og 5 av de to elektroder 2 og 3 vender mot hverandre og er innbyrdes motstående, slik at det dannes en spalte 6 mellom de to flatene 4 og 5. Overspenningsavlederens indre, mellom de to elektrodene 2 og 2 er fylt med en egnet gass, som velges i avhengighet av de onskede elektriske egenskaper. Gass-spalten 6 danner derved den egentlige spenningsbegrensnings-strekning. metal-ceramic connection. The inner surfaces 4 and 5 of the two electrodes 2 and 3 face each other and are mutually opposite, so that a gap 6 is formed between the two surfaces 4 and 5. The inside of the surge arrester, between the two electrodes 2 and 2, is filled with a suitable gas , which is chosen depending on the desired electrical properties. The gas gap 6 thereby forms the actual tension limiting stretch.

På innsiden av det rorformede hus 1 er det anbrakt et sjikt 7 av ledende materiale i en sylinderringformet sone, omtrent på hoyde med gass-spalten 6. Dette sjikt 7 dekker i det vesentlige husets innerveggsone nær gasspalten 6 og kan eventuelt strek-ke seg noe ut over denne sone, dog slik at sjiktet 7 er full-stendig isolert fra begge elektroder 2 og 3. On the inside of the tube-shaped housing 1, a layer 7 of conductive material is placed in a cylindrical ring-shaped zone, approximately at the height of the gas gap 6. This layer 7 essentially covers the housing's inner wall zone near the gas gap 6 and may extend somewhat beyond this zone, however, so that layer 7 is completely isolated from both electrodes 2 and 3.

Ved denne anordning av et tenningsfremmende sjikt 7 av ledende materiale på husets innside på hoyde med elektrodespalten 6 oppnås et definert og forholdsvis jevnt feltstyrkeforlop, så snart elektrodene 2 og 3 er påtrykt en elektrisk spenning og det dannes et tilsvarende potensial i sjiktet 7. Det viser seg at tenningsspenningen ved hurtig spenningsokning lar seg inn-stille mer noyaktig og definert ved den omtalte anordning av et tenningsfremmende sjikt på innsiden enn ved kjente tennings streker eller tenningsfremmende sjikt. Dette må åpenlyst skyldes den gunstigere og jevnere fordeling av den elektriske felt-styrke, hvilket tydeligvis ikke ble beaktet ved de kjente konstruksjoner. With this arrangement of an ignition-promoting layer 7 of conductive material on the inside of the housing at the height of the electrode gap 6, a defined and relatively uniform field strength progression is achieved as soon as the electrodes 2 and 3 are applied with an electric voltage and a corresponding potential is formed in the layer 7. It shows states that the ignition voltage during rapid voltage increase can be set more precisely and defined by the mentioned arrangement of an ignition-promoting layer on the inside than with known ignition lines or ignition-promoting layers. This must obviously be due to the more favorable and even distribution of the electric field strength, which was clearly not taken into account in the known constructions.

Spesielt gunstig viser det seg derved å være at sjiktets 7 tykkelse er storre på hoyde med spaltens midte og avtar jevnt i retning av de to elektrodene. Det antas at de spesielt gunstige egenskapene ved denne utforelse skyldes at feltstyrken som er forhoyet ved kanten av elektrodeinnerflåtene 4 og 5 i det minste delvis utlignes av den maksimale sjikttykkelse midt mellom de to elektrodeflåtene og at eventuelle ukontrollerbare feltstyrkespisser reduseres, slik at en mer noyaktig og definert innstilling av den dynamiske tenningsspenning blir mulig. It thereby turns out to be particularly advantageous that the thickness of the layer 7 is greater at the height of the middle of the gap and decreases evenly in the direction of the two electrodes. It is believed that the particularly favorable properties of this embodiment are due to the fact that the field strength which is increased at the edge of the inner electrode rafts 4 and 5 is at least partially offset by the maximum layer thickness in the middle of the two electrode rafts and that any uncontrollable field strength peaks are reduced, so that a more accurate and defined setting of the dynamic ignition voltage becomes possible.

Materialet i det tenningsfremmende sjikt 7 kan i og for seg valgfritt bestå av kjente, ledende materialer som fra for av benyttes i overspenningsavledere. Det kan f.eks. være et egnet metall, eventuelt også en halvleder, eller spesielt også grafitt. Ved sistnevnte materiale og ved de fleste hittil benytte-de metaller må man dog ta den dårlige adhesjonsevne på glass-eller keramikkinnerveggen på kjopet. Ved forsok har visse overgangsmetaller, f.eks. metaller i jerngruppen eller edelmetaller vist seg å være forholdsvis gunstige. Ved overspenningsavledere med keramikkhus har imidlertid metaller som lett inngår forbin-delser med aluminiumoksyd, f.eks. titan og zirkon og visse and-re overgangsmetaller, som f.eks. mangan, vist utmerkede egenskaper hva angår deres påforbarhet og adhesjonsevne. The material in the ignition-promoting layer 7 can in and of itself optionally consist of known, conductive materials which are used from the start in surge arresters. It can e.g. be a suitable metal, possibly also a semiconductor, or especially also graphite. In the case of the latter material and in the case of most of the metals used so far, the poor adhesion to the glass or ceramic inner wall must be taken into consideration. When tested, certain transition metals, e.g. metals in the iron group or precious metals have proven to be relatively favorable. In the case of surge arresters with a ceramic housing, however, metals that easily form compounds with aluminum oxide, e.g. titanium and zircon and certain other transition metals, such as e.g. manganese, showed excellent properties in terms of their applicability and adhesion.

Påforingen av det tenningsfremmende sjikt på husets innervegg kan i og for seg likeledes skje på kjent måte for at den onskede virkning skal oppnås, f.eks. ved påstrykning av en grafitt-strek eller ved påstrykning av en pasta med påfolgende brenning. Slike produksjonsmetoder egner seg riktignok godt for manuell utforelse, men er vanskelige å automatisere og derfor lite okonomiske for masseproduksjon. The application of the ignition-promoting layer on the house's inner wall can also be done in a known manner in order to achieve the desired effect, e.g. by applying a graphite line or by applying a paste with subsequent firing. Such production methods are certainly well suited for manual execution, but are difficult to automate and therefore uneconomical for mass production.

En fremgangsmåte hvor det tenningsfremmende, ledende sjikt dannes ved forstovning av utgangsmaterialet fra elektrodene, slik at det avleirer seg på husets innervegg, har vist seg spesielt "hensiktsmessig for produksjons i storre stykk-antall. Under henvisning til fig. 2 skal en slik fremgangsmåte omtales nærmere nedenfor. Tilsvarende deler er i fig. 2 betegnet med sam-me henvisningstall som i fig. 1. A method in which the ignition-promoting, conductive layer is formed by atomizing the starting material from the electrodes, so that it deposits on the inner wall of the house, has proven particularly "suitable for production in large quantities. With reference to Fig. 2, such a method shall be described Corresponding parts are designated in Fig. 2 with the same reference numbers as in Fig. 1.

Ved denne fremgangsmåte anbringes forst et i og for seg kjent, egnet, emisjonsfremmende materiale 8,9 i fordypningene for elektrodene 2 og 3, som her er utfort som hule elektroder. Der-etter påfores de således forberedte elektroder materialet 10, som skal' forstoves og avleires på rorets innervegg. Materialet 10 kan påfores hele elektrodens innside eller, som vist i fig. 2, bare i en ringformet ytre sone. I tilslutning forbindes de to elektrodene 2 og 3 gasstett med keramikklegemet 1 og lege-mets indre fylles med en egnet gass. Ved at elektrodene 2 og 3 påtrykkes en pulsformet spenning, fremkalles så ett eller flere stromstot, hvorved materialet 10 forstoves og avleirer seg i en sylinderringformet sone 7 på husets innervegg. Det er derved særlig gunstig at sonen midt mellom de to elektrodene mottar materiale fra begge ringer 10, slik at det der automatisk blir en storre sjikttykkelse enn ved kanten av sonen 7. In this method, a known, suitable, emission-promoting material 8,9 is first placed in the recesses for the electrodes 2 and 3, which are designed here as hollow electrodes. After that, the thus prepared electrodes are applied to the material 10, which is to be steamed and deposited on the inner wall of the rudder. The material 10 can be applied to the entire inside of the electrode or, as shown in fig. 2, only in an annular outer zone. In connection, the two electrodes 2 and 3 are gas-tightly connected to the ceramic body 1 and the interior of the body is filled with a suitable gas. By applying a pulse-shaped voltage to the electrodes 2 and 3, one or more current surges are then induced, whereby the material 10 solidifies and deposits in a cylindrical ring-shaped zone 7 on the inner wall of the housing. It is therefore particularly advantageous that the zone in the middle between the two electrodes receives material from both rings 10, so that there is automatically a greater layer thickness than at the edge of the zone 7.

Avleiringen av materialet på husets innervegg kan fremmes ved mekaniske krefter, f.eks. sentrifugalkrefter. Dette kan oppnås ved at overspenningsavlederen under produksjonen settes i hurtig rotasjon om sin symmetriakse. Ved masseproduksjon har dette dog vist seg å være for omstendelig og komplisert. Derimot kan avleiringen av materialet 10 på de onskede steder meget enkelt styres slik ved opprettelse av egnede elektriske eller magne-tiske felter under strom- eller utladingspulsene at det noyaktig i den onskede sone av husets innervegg oppstår et ledende sjikt 7 med det onskede sjikttykkelsesforlop. Denne fremgangsmåte viser seg derfor å være spesielt hensiktsmessig for fremstilling av en overspenningsavleder med noyaktig innstillbare og definerte dynamiske tenningsspenningsverdier. The deposition of the material on the house's inner wall can be promoted by mechanical forces, e.g. centrifugal forces. This can be achieved by rapidly rotating the surge arrester about its axis of symmetry during production. In the case of mass production, however, this has proven to be too time-consuming and complicated. On the other hand, the deposition of the material 10 at the desired locations can be very simply controlled by creating suitable electric or magnetic fields during the current or discharge pulses, so that a conductive layer 7 with the desired layer thickness progression occurs precisely in the desired zone of the house's inner wall. This method therefore proves to be particularly suitable for the production of a surge arrester with precisely adjustable and defined dynamic ignition voltage values.

En annen gunstig fremgangsmåte er anbringelse av titanhydrid i suspensjon på tilsvarende deler av husets innside og tilslutten-de brenning i vernegass eller under vakuum, f.eks. i et tempe-raturområde i størrelsesorden 1000°C. Another favorable method is placing titanium hydride in suspension on corresponding parts of the inside of the housing and subsequent burning in protective gas or under vacuum, e.g. in a temperature range of the order of 1000°C.

Claims

1. Surge arrester with a tube-shaped, insulating housing (1) and two electrodes (2,3) which are gas-tight inside the ends of the housing and whose inner surfaces (4,5) face each other and are separated by a gas gap (6) , characterized in that on the inside of the housing, in a zone which essentially covers the gas gap (6), a cylindrical ring-shaped layer (7) of conductive material is arranged, which is insulated from both electrodes (2,3).

2. Surge arrester as stated in claim 1, characterized in that the layer (7) of conductive material covers the total width of the gas gap (6) between the electrode floats (4,5) so that the edge of the layer (7) projects over the electrode edge.

3. Surge arrester as stated in claim 1 or 2, characterized in that the layer (7) has graphite as conductive material.

4. Surge arrester as specified in claim 1 or 2, characterized in that the layer (7) has transition metal as conductive material.

5. Surge arrester as specified in claim 4, characterized in that the layer (7) contains a metal from the group titanium, zircon and manganese as conductive material.

6. Surge arrester as specified in one of claims 1-5, characterized in that the layer thickness of the conductive layer (7) is maximum at the height of the middle of the gap (6) and decreases evenly to both sides.

7. Method for manufacturing a surge arrester as stated in claim 1, characterized in that the conductive material, possibly after applying an emission-promoting layer, is placed on at least one of the two electrodes, that the electrodes are gas-tightly connected to the housing and that the conductive material is vaporized by means of current flow and is deposited on the house's inner wall.

8. Method as stated in claim 7, characterized in that the current flow is achieved by applying a pulse-shaped voltage to the electrodes.

9. Method as specified in claim 7, characterized in that the surge arrester during the current flow is set in rotation about its axis of symmetry.

10. Method as stated in claim 7, characterized in that the deposition of the conductive material on the inner wall of the house during the current passage is controlled by creating an electric field.

11. Method as specified in claim 7, characterized in that the deposition of the conductive material on the inner wall of the house during the current flow is controlled by means of a magnetic field.

12. Method as stated in one of claims 8-11, characterized in that the conductive material is placed on the two electrodes in the form of a ring that extends to the outer edge of the inner surfaces of the electrodes.

13. Method for the production of a surge arrester as stated in claim 1, characterized in that a suspension containing titanium hydride is placed on the inner wall of the house and subsequently burned to a solid state at an elevated temperature.