NO780302L - G overspenningsavleder og fremgangsmaate for dens fremstillin - Google Patents

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.

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.

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

hurtig spenningsokning.

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.

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.

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.

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.

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.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til et utforelseseksempel som er vist i fig. 1.

Under henvisning til fig. 2 beskrives en fremgangsmåte for fremstilling av en overspenningsavleder ifolge oppfinnelsen.

Ved utforelseseksemplet av en overspenningsavleder ifolge 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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (13)

1. Overspenningsavleder med et rorformet, isolerende hus (1) og.to elektroder (2,3) som er gasstett innfort i husets ender og hvis innerflater (4,5) vender mot hverandre og er adskilt av en gass-spalte (6), karakterisert ved at det på innsiden av huset, i en sone som i det vesentlige dekker gass-spalten (6) er anordnet et sylinderringformet sjikt (7) av ledende materiale, som er isolert fra begge elektroder (2,3).

2. Overspenningsavleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at sjiktet (7) av ledende materiale dekker gass-spaltens (6) totale bredde mellom elektrodeflåtene (4,5) slik at sjiktets (7) kant rager over elektrodekanten.

3. Overspenningsavleder som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at sjiktet (7) har grafitt som ledende materiale.

4. Overspenningsavleder som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at sjiktet (7) har over-gangsmetall som ledende materiale.

5. Overspenningsavleder som angitt i krav 4, karakterisert ved at sjiktet (7) inneholder et metall av gruppen titan, zirkon og mangan som ledende materiale.

6. Overspenningsavleder som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at det ledende sjikts (7) sjikttykkelse er maksimal på hoyde med spaltens (6) midte og avtar jevnt til begge sider.

7. Fremgangsmåte for fremstilling av en overspenningsavleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at det ledende materiale, eventuelt etter påforing av et emisjonsfremmende sjikt, anbringes på minst en av de to elektroder, at elektrodene forbindes gasstett med huset og at det ledende materiale forstoves ved hjelp av strømgjennomgang og avleires på husets innervegg.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at stromgjennomgangen oppnås ved påtrykking av en pulsformet spenning på elektrodene.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at overspenningsavlederen under stromgjennomgangen settes i rotasjon om sin symmetriakse.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ' ved at avleiringen av det ledende materiale på husets innervegg under stromgjennomgangen styres ved opprettelse av et elektrisk felt.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, kara,k ter i-s e r t ved at avleiringen av det ledende materiale på husets innervegg under stromgjennomgangen styres ved hjelp av et magnetisk felt.

12. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 8-11, karakterisert ved at det ledende materiale anbringes på de to elektrodene i form av en ring som strekker seg til ytterkanten av elektrodenes innerflater.

13. Fremgangsmåte for fremstilling av en overspenningsavleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at en suspensjon som inneholder titanhydrid anbringes på husets innervegg og i tilslutning brennes fast ved forhoyet temperatur.