CH648438A5

CH648438A5 - Ueberspannungsableiter.

Info

Publication number: CH648438A5
Application number: CH5193/79A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Lange; Juergen Boy
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1979-06-05
Publication date: 1985-03-15
Also published as: US4266260A; DE2828650C3; JPS559399A; CA1126330A; JPH0311065B2; FR2430082B1; DE2828650B2; FR2430082A1; DE2828650A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überspannungsablei-ter mit einem gasgefüllten Gehäuse, in dem durch einen rohrförmigen Isolierkörper einander beabstandet abgestuft kegelstumpfförmig ausgebildete Kupferelektroden gegenüberstehen, die im Bereich der aktiven Oberflächen dickwandiger ausgebildet sind als die kegeligen Seitenwände im Bereich des Überganges auf den Isolierkörper.

Pumpstengellose Überspannungsabieiter mit kegelstumpfförmig ausgebildeten Elektroden, die im Bereich der aktiven Oberflächen dickwandiger ausgebildet sind als die kegeligen Seitenwände im Bereich des Überganges auf den rohrförmigen Isolierkörper sind bekannt (DE-OS 1 951 015). Es ist auch an sich bekannt, dass die Elektroden im Bereich ihrer aktiven Oberfläche eine flache Waffelung für das Auftragen einer Aktivierungsmasse aufweisen können. Allerdings geht aus dieser Druckschrift nicht hervor, welcher Art die Aktivierungsmasse sein soll. Die Elektroden bestehen dabei aus einer Ni-Fe-Co-Legierung, an deren Aussenseiten elektrische Zuleitungen angebracht sind.

Ausserdem sind Überspannungsabieiter mit Pumpstengel bekannt, deren massive Elektroden aus Kupfer bestehen (US-PS 3 454 811). Allerdings ist bei diesen Überspannungs-ableitern auf den aktiven Elektrodenoberflächen keine Waffelung zum Verankern einer Aktivierungsschicht vorgesehen. Eine spezielle Lösung sieht sogar das Aufbringen einer Kohleschicht auf den Elektroden vor, um unter Entladungsbedingungen des Abieiters das Entstehen von Vertiefungen auf den aktiven Oberflächen der Elektroden zu vermeiden.

Gasentladungs-Überspannungsableiter sollen leistungsfähig und langlebig sein. In zunehmenden Masse wird daher neben der Wechsel- und Stossstrombelastungsfähigkeit auch auch auf hohe Schaltlebensdauereigenschaften Wert gelegt. Schaltlebensdauerprüfungen werden mit impulsförmigen Stossströmen durchgeführt, die gegenüber der üblichen Stoss-stromprüfung, z.B. 10 kA Welle 10/50 us geringere Stromstärken und längere Zeiten aufweisen, z.B. 500 A Welle 10/1000 jis. Bewertet wird dabei die mittlere erreichbare Anzahl an Schaltungen, bei denen die Überspannungsabieiter nicht ihre Funktionsfähigkeit verlieren, d.h. die Ansprechgleichspannung und die Isolation dürfen sich über vorgegebene Werte hinaus nicht verändern.

Die Summe der geforderten elektrischen Eigenschaften wird hauptsächlich von der Grösse der Elektroden, dem Material, der Elektrodenaktivierungsmasse, der Gasart und dem Gasdruck bestimmt. Die verwendeten Elektrodenmaterialien der bekannten Gasentladungs-Überspannungsableiter sind überwiegend Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, die im Ausdehnungskoeffizienten an die Keramik des Isolierkörpers angepasst sind. An derartige Elektroden können Kupferanschlussdrähte reproduzierbar sicher angeschweisst werden.

Zum Schutz von Nachrichtenleitungen eingesetzte Über-spannungsableiter, die als Luftfunkenstrecken mit Kohleelektroden ausgebildet sind, neigen durch ihren geringen Elektrodenabstand von etwa 0,05 mm zu Feinschlüssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, gasgefüllte Überspannungsabieiter mit kleinen Abmessungen zu schaffen, die sich durch gute Wechselstrombelastungs-, Stoss-strombelastungs- und Lebendauereigenschaften kombiniert mit niedriger Ansprechstossspannung und hoher Löschspannung auszeichnen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Überspannungsabieiter der eingangs genannten Art erfin-dungsgemäss vorgesehen, dass auf den aktiven Oberflächen der Kupferelektroden eine Waffelung oder konzentrische Ringe vorgesehen sind, in denen eine Elektrodenaktivierungsmasse aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist.

Das Aluminiumpulver und das Magnesiumoxid der Elektrodenaktivierungsmasse haben dabei vorzugsweise eine Korngrösse zwischen 1 und 50 um. Die Tiefe der Waffelung oder der konzentrischen Ringe beträgt vorteilhaft ungefähr 0,25 mm. Derart tiefe Verankerungen der Aktivierungsschicht verleihen der Elektrodenoberfläche eine Vorratskathoden5

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eigenschaft und sind praktisch nur bei Kupfer als Elektrodenmaterial möglich.

Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kupferelektroden an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Aussenflächen elektrische Anschlüsse auf. Für einzelne Anwendungen werden benötigte Anschlüsse mit der Elektrode zusammen ausgeformt, die als massiver Zylinder gleichzeitig die Belastungsfähigkeit erhöhen. Um die hohe Stossstromtragfähigkeit des erfindungsgemässen Über-spannungsableiters gewährleisten zu können, ist es vorteilhaft, die elektrischen Anschlüsse aus Kupfer zu wählen. Mit einer Widerstandschweissung können jedoch Kupferanschlüsse nicht sicher genug auf Kupferelektroden aufge-schweisst werden. Es kann daher zweckmässig sein, die Kupferelektroden in einem Fliesspressverfahren herzustellen, wobei die Kupferelektroden als Verbundmaterial in der Schweisszone eine Scheibe aus gut schweissbarem Material, z.B. Fe, Ni oder eine Fe-Ni-Co-Legierung aufweisen. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kupferelektroden pulvermetallurgisch als Verbundmaterial hergestellt und enthalten in Höhe der Schweisszone ein gut schweissbares Material, z.B. Fe oder Ni.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Überspannungsabieiter im Schnitt,

Fig. 2 einen anderen erfindungsgemässen Überspannungsabieiter im Schnitt,

Fig. 3 einen weiteren erfindungsgemässen Überspannungsabieiter im Schnitt,

Fig. 4 einen erfindungsgemässen Überspannungsabieiter mit eingequetschen Anschlussdrähten im Schnitt und

Fig. 5 einen erfindungsgemässen Überspannungsabieiter in Form eines Zweistreckenabieiters im Schnitt.

Der in Fig. 1 dargestellte Überspannungsabieiter besteht im wesentlichen aus einem gasgefüllten Gehäuse, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem durch einen rohrförmigen Isolierkörper 9, beispielsweise aus Keramik, einander beabstandet abgestuft kegelstumpfförmig ausgebildete Kupferelektroden 1,2 gegenüberstehen, die im Bereich der aktiven Oberflächen dickwandiger ausgebildet sind als die kegeligen Seitenwände im Bereich des Übergangs auf den Isolierkörper 9. Auf den aktiven Oberflächen der Kupferelektroden 1, 2 ist ein tiefe Waffelung oder konzentrische Ringe 5 vorgesehen, in denen die Elektrodenaktivierungsmasse 6 aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Überspannungsabieiter besteht aus einem rohrförmigen Isolierkörper 9, in dessen Stirnseiten kegelstumpfförmig ausgebildete Kupferelektroden 1,2 gasdicht eingesetzt sind. Als Gasfüllung dient vorzugsweise Edelgas. Es kann aber beispielsweise auch Stickstoff verwendet werden. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kupferelektroden 1, 2 mit den elektrischen Anschlüssen 3, 4 aus einem Stück geformt. Dabei sind die Seitenwände der Kupferelektroden 1,2 dünnwandiger ausgebildet als der Boden der Elektroden 1, 2 und weisen ausserdem noch eine Abstufung auf, so dass ein elastischer Übergangsbereich von den Elektroden 1,2 auf den rohrförmigen Isolierkörper 9 geschaffen ist. Auf den aktiven Oberflächen der Elektroden 1, 2 ist eine tiefe Waffelung oder konzentrische Ringe 5 vorgesehen, in der eine Elektrodenaktivierungsmasse 6 aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist. Durch eine Waffeltiefe von vorzugsweise etwa 0,25 mm werden tiefe Hinterräume geschaffen, die ein besonders gutes Haften der Aktivierungsmasse gewährleisten. Zur weiteren Reduzierung der Ansprechstossspannung des Überspannungsabieiters kann es zweckmässig sein, auf der Innenwand des Isolierkörpers 9 einen oder mehrere Streifen aus elektrischen leitfähigem Material, beispielsweise aus Graphit, sogenannte Zündstreifen 10 aufzubringen. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Isolierkörper 9 an seinen Stirnseiten aussen einen Absatz auf, über den die Aussenseiten der Kupferelektroden 1,2 nicht hinausragen, so dass bei einem möglichen Einbau des Über-spannungsableiters in eine Metallrohrfassung zwischen der nicht dargestellten Fassung und den Kupferelektroden 1, 2 eine Isolationsstrecke gebildet ist.

Auch der in Fig. 3 dargestellte Überspannungsabieiter weist zwei abgestuft kegelstumpfförmige Kupferelektroden 1, 2 auf, die in die Enden eines rohrförmigen, in diesem Ausführungsbeispiel aus Keramik bestehenden Isolierkörpers 9 gasdicht eingesetzt sind. Die gasdichte Verbindung wird mit einer Lotschicht oder einer Glaseinschmelzung realisiert. Die aktiven Oberflächen der Elektroden 1, 2 sind mit einer tiefen Waffelung oder konzentrischen Ringen 5 versehen, in der die Elektrodenaktivierungsmasse 6 verankert ist. Die Kupferelektroden sind dabei vorzugsweise in einem Fliesspress- oder Prägeverfahren hergestellt und am Boden dickwandiger als in den kegeligen Seitenteilen ausgebildet. Auf der Aussenseite des Bodens der Elektroden 1, 2 ist als Verbundmaterial in der Schweisszone 7 zwischen den Aussenflächen der Kupferelektroden 1, 2 und den aus Kupfer bestehenden elektrischen Anschlüssen 3,4 eine Scheibe 8 aus gut schweissbarem Material, z.B. aus Eisen, Nickel oder einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung vorgesehen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Überspannungsabieiter weisen die in den Isolierkörper 9 gasdicht eingesetzten kegel-stumpfförmigen Kupferelektroden 1 und 2, die auf ihren aktiven Oberflächen eine tiefe Waffelung bzw. konzentrische Ringe 5 haben, in denen die Aktivierungsschicht 6 verankert ist, an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Aussenseiten einen aufgelöteten Rohrniet 12 auf. Dieser Rohrniet 12 besteht vorzugsweise aus Kupfer. In diesem Rohrniet 12 sind die Anschlussdrähte 13, 14 eingeschoben und eingequetscht.

In Fig. 5 ist ein Überspannungsabieiter in Form eines Zweistreckenabieiters dargestellt. Der Isolierkörper 9 ist dabei in seiner Mitte durch eine Kupferringelektrode 11 unterteilt, die mit den wiederum kegelstumpfförmig ausgebildeten Kupferelektroden 1, 2 zwei Entladungsstrecken bildet. Wie die beiden kegelstumpfförmigen Aussenelektroden 1, 2 ist die mittlere Kupferringelektrode 11 auf ihren aktiven Oberflächen mit einer tiefen Waffelung oder konzentrischen Ringen 5 versehen, in der die Elektrodenaktivierungsmasse aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist. Die Kupferelektroden 1, 2 weisen in diesem Ausführungsbeispiel an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Aussenflächen elektrische Anschlüsse 3,4 in Form eines angepressten Zylinders auf, dessen Abmessungen dicker sind als die anzu-schweissenden Anschlussdrähte 13, 14. Durch diese Formgebung wird die Wärmeableitung während der Schweissung reduziert. Der angegepresste Zylinder ist insbesondere ungefähr l,5fach so dick wie die anzuschweissenden Anschlussdrähte 13,14. Diese Formgebung der Elektroden ist auf Zwei-streckenableiter nicht beschränkt, sondern kann mit Vorteil und bei Einstreckenüberspannungsableitern angewendet werden.

Die feste Verbindung der elektrischen Anschlüsse 3, 4 mit den Anschlussdrähten 13, 14 kann zweckmässig auch dadurch realisiert sein, dass die Kupferelektroden 1,2 pulvermetallurgisch hergestellt sind und in der Höhe der Schweisszone 7 ein gut schweissbares Material, vorzugsweise Eisen oder Nickel enthalten.

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2 Blatt Zeichnungen

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1. Überspannungsabieiter mit einem gasgefüllten Gehäuse, in dem durch einen rohrförmigen Isolierkörper einander beabstandet abgestuft kegelstumpfförmig ausgebildete Kupferelektroden gegenüberstehen, die im Bereich der aktiven Oberflächen dickwandiger ausgebildet sind als die kegeligen Steinwände im Bereich des Übergangs auf den Isolierkörper, dadurch gekennzeichnet, dass auf den aktiven Oberflächen der Kupferelektroden (1,2) eine Waffelung oder konzentrische Ringe (5) vorgesehen sind, in denen eine Elektrodenaktivierungsmasse (6) aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid verankert ist.

2. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumpulver und das Magnesiumoxid der Elektrodenaktivierungsmasse (6) eine Korngrösse zwischen 1 und 50 jj.m haben.

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PATENTANSPRÜCHE

3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektroden (1,2) an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Aussenfiä-chen elektrische Anschlüsse (3,4) ausweisen.

3. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Waffelung oder konzentrischen Ringe (5) ungefähr 0,25 mm beträgt.

4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektroden (1,2) mit den elektrischen Anschlüssen (3,4) aus einem Stück geformt sind.

4. Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 1 bis

5. Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 1 bis

6. Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektroden (1,2) in einem Fliesspress- oder Prägeverfahren herstellbar sind und dass die als Verbundmaterial in der Schweisszone (7) zwischen den Aussenflächen der Kupferelektroden (1,2) und den elektrischen Anschlüssen (3,4) eine Scheibe (8) aus gut schweissbarem Material, wie Eisen, Nickel oder einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung, vorgesehen ist.

7. Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektroden (1,2) pulvermetallurgisch hergestellt sind und in Höhe der Schweisszone (7) ein gut schweissbares Material, vorzugsweise Eisen oder Nickel enthalten.

8. Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektroden (1,2) an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Aussenflächen elektrische Anschlüsse (3,4) in Form eines angepressten Zylinders aufweisen, dessen Abmessungen dicker sind als der angeschweisste Anschlussdraht (13,14).

9. Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferelektroden (1,2) an ihren den aktiven Oberflächen abgewandten Aussenflächen einen aufgelöteten Rohrniet (12), vorzugsweise aus Kupfer, aufweisen, in den die Anschlussdrähte (13, 14) eingequetscht sind.

10. Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Form eines Zweistreckenabieiters, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (9) in seiner Mitte durch eine Kupferringelektrode (11) unterteilt ist, die mit den Kupferelektroden (1,2) zwei Entladungsstrecken bildet und die auf ihren aktiven Oberflächen mit einer Waffelung oder konzentrischen Ringen (5) versehen ist, in der die Elektrodenaktivie-rungsmasse (6) verankert ist.