WO2012126952A1 - Überspannungsableiter mit niedriger ansprechspannung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2012126952A1
WO2012126952A1 PCT/EP2012/055011 EP2012055011W WO2012126952A1 WO 2012126952 A1 WO2012126952 A1 WO 2012126952A1 EP 2012055011 W EP2012055011 W EP 2012055011W WO 2012126952 A1 WO2012126952 A1 WO 2012126952A1
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WO
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electrode
surge arrester
metallic material
electrodes
cavity
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PCT/EP2012/055011
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Eberhard Soelter
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Epcos Ag
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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
    • H01T1/24—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
    • 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
    • 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

Es wird ein Überspannungsableiter beschrieben mit einem durch wenigstens einen Isolierkörper (5) gebildeten Hohlraum (6) und wenigstens zwei Elektroden (2, 3), die sich in den Hohlraum erstrecken, die mit ihren freien Enden zueinander orientiert sind und einen Elektrodenabstand (A) voneinander aufweisen und die in Bereichen der freien Enden mehrere unterschiedliche metallische Materialien (2a, 10; 3a, 10) enthalten.

Description

Beschreibung
Uberspannungsableiter mit niedriger Ansprechspannung und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Uberspannungsableiter mit niedriger Ansprechspannung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung .
Aus der Druckschrift DE 10 2007 063 316 AI ist ein
Uberspannungsableiter bekannt.
Im Inneren des Uberspannungsableiter kommt es bei
Überschreiten einer bestimmten Grenzspannung, der
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
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.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
Uberspannungsableiter anzugeben, der eine niedrige
Ansprechspannung aufweist, sowie ein Herstellverfahren dafür.
Diese Aufgabe wird durch einen Uberspannungsableiter gemäß Anspruch 1 gelöst.
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
Elektrodenhohlräume. Insbesondere sind zwei oder drei
metallische Materialien in den freien Endbereichen derart angeordnet, dass sie jeweils eine Oberfläche haben, die zur jeweils anderen Elektrode hin offen ist.
Der Isolierkörper besteht aus einem Stück oder, insbesondere dann, wenn eine Mittelelektrode im Bereich des
Elektrodenabstands vorgesehen ist, aus zwei Stücken.
Besonders vorteilhaft ist der wenigstens eine Isolierkörper aus Keramik geformt. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Isolierkörper rohrförmig und insbesondere zylindrisch
geformt. Die Elektroden sind vorzugsweise stabförmig
ausgebildet . Die Elektroden des Überspannungsabieiters sind an ihren jeweils nicht freien Enden mit jeweils einem Ende des
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
Überspannungsabieiter kommt bevorzugt Neon mit einer
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
Normstoßwellenform 8μ3/20μ3, d.h. bei einer Anstiegszeit von 8 is und einer Rückenhalbwertszeit von 20 με . Bei einer
Stoßwellenform 10μ3/350μ3, d.h. einer Anstiegszeit von 10 με und einer Rückenhalbwertszeit von 350 με, beträgt die
Impulsbelastbarkeit 50 kA. Weiterhin ermöglicht der
Uberspannungsableiter ein sicheres Ansprechen im Fehlerfall (failsafe) entsprechend einer Stromstärke-Zeit- Charakteristik. Durch den failsafe innerhalb des
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.
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
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.
Im Hinblick auf die failsafe-Eigenschaften des
Überspannungsabieiters weisen die beiden metallischen
Materialien bevorzugt unterschiedliche Schmelzpunkte auf. Dies gewährleistet je nach Lage de Fußpunktes einer
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
Fußpunkt der Dauerentladung hin zu dem ersten metallischen Material und schmilzt dieses auf.
Die Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten
ermöglichen bei unterschiedlichen Stromstärken und
ausreichend hohen Temperaturen einen inneren Kurzschluss durch ein Schmelzen und nachfolgendes Verschweißen der
Elektroden. Bevorzugt überbrücken die aufgeschmolzenen
Materialien beider Elektroden den in der Ausgangsposition gegebenen Elektrodenabstand des Überspannungsabieiters und verschweißen zu einem metallischen Kurzschluss beider
Elektroden .
In vorteilhafter Weise haben die Elektroden dieselbe
Längsachse und die Schmelzpunkte der unterschiedlichen metallischen Materialien nehmen von der Längsachse in
radialer Richtung zu.
Der Überspannungsabieiter ist bevorzugt derart eingerichtet, dass im Fall seines Ansprechens eine Entladung an zwei gegenüberliegenden Bereichen des zweiten metallischen
Materials der Elektroden startet. Bei Fortschreiten der
Entladung umfasst diese auch das erste metallische Material, das bevorzugt im Hinblick auf eine höhere Stromtragfähigkeit ausgelegt ist als das erste metallische Material.
Vorteilhaft ist der Elektrodenhohlraum einer Elektrode des Überspannungsabieiters so geformt, dass das zweite
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.
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
Verbindung der beiden metallischen Materialien, die auch hohen Stromkräften standhält, und einen niedrigen Widerstand an dem Übergang der beiden metallischen Materialien.
Ein besonders niedriger Widerstand der Elektroden des
Überspannungsabieiters ergibt sich, wenn das zweite
metallische Material auf Basis einer Kupferpaste bzw.
insbesondere auf Basis einer sinterfähigen Kupferpaste hergestellt ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige und sichere Herstellung der Elektroden des
Überspannungsabieiters. Besonders bevorzugt ist die
Kupferpaste flussmittelfrei .
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.
In einer besonders bevorzugten Ausführung weist das erste metallische Material der Elektroden eine Eisen-Nickel- Legierung auf. Diese zeichnet sich durch eine große
Stromtragfähigkeit aus.
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
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.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines
Überspannungsabieiters werden wenigstens zwei Elektroden bereit gestellt und mit den Enden wenigstens eines
Isolierkörpers gasdicht verbunden, wobei die folgenden
Schritte durchgeführt werden. Es wird ein
Elektrodenhohlraum in dem freien Ende jeder Elektrode
hergestellt, insbesondere durch Ausdrehen bzw.
Hinterschneiden des ersten metallischen Materials der
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
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.
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.
Besonders vorteilhaft ist der Überspannungsabieiter
zylindrisch mit einem Außendurchmesser von etwa 25 mm und einer Gesamtlänge von 40 mm bzw. etwa 23 ohne Außenanschlüsse ausgebildet .
In einer vorteilhaften Aus führungs form ist jede Elektrode zusammengesetzt ausgeführt. Die Aus führungs form ermöglicht es, durch Verwendung unterschiedlicher Metalle bzw.
Legierungen optimierte Ableiterbedingungen für den Innenraum zu schaffen und gleichzeitig sehr gute Löt- oder Schweißeigenschaften für die externen Anschlüsse der
Elektroden zu bieten.
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.
Zur Unterstützung des Aufbaus einer Entladung beim Ansprechen des Überspannungsabieiters erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Hohlraum bzw. Innenraum an der Innenwand des
Isolierkörpers mehrere Zündstriche enthält. Die Zündstriche erstrecken sich bis in den Entladungshinterraum beidseits des Elektrodenabstands .
Der Überspannungsabieiter wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein.
Gleiche Elemente oder Elemente mit gleichen Funktionen sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt eine Skizze eines Überspannungsabieiters im
Teilquerschnitt ,
Figur 2 zeigt eine Elektrode eines Überspannungsabieiters mit Flansch und Außenanschluss und Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Strom-Zeit- Charakteristik eines Überspannungsabieiters.
In der Figur 1 ist eine erste Aus führungs form eines
Überspannungsabieiters 1 im ( Teil- ) Querschnitt dargestellt. Der Überspannungsabieiter hat zwei aus jeweils mehreren
Teilen 2a, 2b, 2c und 3a, 3b, 3c zusammengesetzte bzw.
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
Überspannungsabieiters ist gasdicht verschlossen und enthält ein Gas aus ganz überwiegend Neon mit einer geringen
Beimischung von Argon. Der Isolierkörper 5 ist aus
keramischem Material. Der Außenanschluss 2c, 3c jeder
Elektrode ist als Gewindebolzen bzw. Schraubkörper
ausgebildet .
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
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
herausgezogen wird. Das Sackloch 8 unterstützt dies durch die vergrößerte Fläche zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Material.
Der Abstand der Stirnseiten der Elektroden, d. h. der
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
Elektroden elektrisch verbunden.
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
Elektrode bildet eine Matrix für eine Aktivierungsmasse 11, die vorzugsweise großflächig in eine Waffelstruktur der
Oberfläche eingebettet ist. Die Waffelung wird mittels eines Werkzeugs nach dem ersten Sintern der Kupferpaste
aufgebracht .
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die
gesinterte Kupferpaste mit der Aktivierungsmasse bepastet. Die Aktivierungsmasse enthält Silikate und Halogenide.
Enthaltene Materialien sind insbesondere Nickel, Titan, Bariumaluminat , Bariumtitanat , Natrium-, Kalium- und
Cäsiumsilikat sowie Cäsiumwolframat .
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 .
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.
Bezugs zeichenliste
1 Überspannungsabieiter
2, 3 Elektrode
2a, 3a (innere) Elektrode
2b, 3b Flansch
2c, 3c Außenanschluss der Elektrode
4 Verschlusslötung
5 Isolierkörper
6 Hohlraum des Isolierkörpers
7 Elektrodenhohlraum
7a Hinterschneidung des Elektrodenhohlraums
8 Sackloch
9 Zündstrich
10 Kupferpaste gesintert
11 Aktivierungsmasse
A Elektrodenabstand

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsabieiter, aufweisend einen durch wenigstens einen Isolierkörper (5) gebildeten Hohlraum (6) und wenigstens zwei Elektroden (2, 3),
die sich in den Hohlraum erstrecken,
die mit ihren freien Enden zueinander orientiert sind und einen Elektrodenabstand (A) voneinander aufweisen und die in Bereichen der freien Enden mehrere
unterschiedliche metallische Materialien (2a, 10; 3a, 10) enthalten.
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
erstreckenden Elektrodenhohlraum (7) des ersten
metallischen Materials angeordnet ist.
3. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, bei dem der
Elektrodenhohlraum so geformt ist, dass das zweite metallische Material niederohmig und mechanisch fest mit dem ersten metallischen Material verbunden ist.
4. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Elektrodenhohlraum eine Hinterschneidung (7a) aufweist, in die das zweite metallische Material
eingreift .
5. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden
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.
Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste metallische Material der Elektroden eine Eisen-Nickel-Legierung aufweist.
Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das freie Ende einer Elektrode eine Aktivierungsmasse (11) enthält.
Überspannungsabieiter nach Anspruch 8, bei dem die Oberflächen des freien Endes der Elektrode eine
Waffelung aufweisen, in der die Aktivierungsmasse angeordnet ist.
Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend eine zylindrische Anordnung, bei der die Elektroden dieselbe Längsachse haben und die Schmelzpunkte der unterschiedlichen metallischen
Materialien von der Längsachse in radialer Richtung zunehmen .
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 .
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) Herstellen eines Elektrodenhohlraums (7) in dem freien Ende jeder Elektrode (2, 3),
b) Einfüllen einer metallischen Paste (10) in den
Elektrodenhohlraum,
c) Strukturieren der Oberfläche der metallischen Paste, d) Einbringen einer Aktivierungsmasse (11) in die
Strukturen der Oberfläche der metallischen Paste, e) Sintern der Elektrode nach mindestens einem der
Schritte b) bis d) .
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Oberfläche der metallischen Paste (10) nach jedem Sinterschritt geschliffen wird.
PCT/EP2012/055011 2011-03-21 2012-03-21 Überspannungsableiter mit niedriger ansprechspannung und verfahren zu dessen herstellung WO2012126952A1 (de)

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