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Überspannungsableiter Gegenstand des Hauptpatentes ist ein überspan- nungsableiter, mit Funkenstrecke und Widerstand, bei dem eine Reihenschaltung aus mindestens einem Halb-. leite> Gleichrichterelement und einer Funkenstrecke zu einer Reihenschaltung mit entgegengesetzter Durchlass- richtung der Gleichrichterelemente parallel geschaltet ist und wobei in jedem Zweig der Parallelschaltung oder in Reihe mit dieser ein Widerstand liegt.
Bei diesem Überspannungsableiter spricht beim Auftreten einer Überspannung jeweils diejenige Funkenstrecke an, in deren Zweig die Halbleiterventile in Flussrichtung belastet sind. Nach dem Nulldurchgang des Nachstromes sind die Ventile des gleichen Zweiges in Sperrichtung gepolt, so dass sie den Nachstrom auf einen sehr kleinen Wert begrenzen. Die Funkenstrecke erlischt daher .auch dann, wenn der weiterhin mit ihr in Reihe liegende Ableitwiderstand in seinem Widerstandsbetrag durch Erwärmung herabgesetzt ist.
Die Löschung der Funkenstrecke ist also im wesentlichen den Ventilen übertragen; der mit den Funkenstrecken ausserdem in Reihe liegende Widerstand hat vor allem die Aufgabe, nach Ansprechen einer Funkenstrecke einen plötzlichen Zusammenbruch der Spannung zu verhüten. Ein solcher Spannungszusammenbruch kann zu Schäden führen, falls in der Nähe des Ableiters Wicklungsanordnungen, z. B. Transformatoren, an das zu schützende Netz angeschlossen sind.
Im Rahmen des Hauptpatentes ist die Verwendung von einkristallinen Halbleiter-Gleichrichterelementen auf der Basis von Silizium oder Germanium in Betracht gezogen.
Demgegenüber besteht die vorliegende Erfindung darin, dass als Halbleiter-Gleichrichterelemente pn-Ele-- mente mit einkristallinen Silizium-Karbid-Halbleiterkör- pern verwendet sind. Derartige Silizium-Karbid-Gleich- richter haben gegenüber Germanium- und Silizium- Gleichrichtern den gerade für den vorliegenden Zweck entscheidenden Vorteil, dass sie wesentlich höher überlastbar sind als diese.
Während sich die Eigenleitung bei Germanium etwa bei 70 C, bei Silizium etwa bei 200 C störend bemerkbar macht, sind Sü 'um-Karbnd- Gleichrichter bis zu Temperaturen von etwa 700 C betriebsfähig. Bei dem überspannungsableiter nach dem Hauptpatent ist diese Eigenschaft von grossem Wert, da beim Ansprechen der Funkenstrecke vorübergehend grosse Stromdichten, in dem Halbleiterkristall entstehen können, die insbesondere im Bereich der Sperrschicht eine entsprechende lokale Erwärmung verursachen.
Durch die hohe Temperaterfestigkeit, des Silizium-Kar- bid-Gleichrichters ist die Gewähr dafür gegeben, dass den Gleichrichter auch bei sehr hoher Stossbelastung die Sperrfähigkeit behält, die zum Löschen der Funkenstrecken nach dem Nulldurchgang des Nachstromes erforderlich ist.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Mit 1 ist ein Leiter des Netzes bezeichnet. Der zwischen dem Leiter 1 und Erde liegende überspan- nungsableiter 2 umfasst eine Parallelschaltung, deren Zweige jeweils aus einer Löschfunkenstrecke 3 bzw. 4 in Reihe mit einem einkristallinen Silizium-Karbid- Gleichrichter 5 bzw. 6 bestehen. Die Gleichrichter 5 und 6 sind mit entgegengesetzter Durchlassnichtuag, also antiparallel, geschaltet.
In Reihe mit der Parallelschaltung liegt ein üblicher spannungsabhängiger Ableit- widerstand 7 aus körnigem .Silizium-Karbid mit Bindemittel. Der Ableitwiderstand 7 kann auch durch gestrichelt angedeutete Ableitwiderstände 7a bzw. 7b in den einzelnen Zweigen der Parallelschaltung ersetzt werden.
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Surge arrester The subject of the main patent is a surge arrester with a spark gap and resistor in which a series connection of at least one semi-conductor. conduct> rectifier element and a spark gap to a series circuit with opposite forward direction of the rectifier elements is connected in parallel and with a resistor in each branch of the parallel circuit or in series with it.
In this surge arrester, when an overvoltage occurs, that spark gap responds in whose branch the semiconductor valves are loaded in the flow direction. After the wake flow has passed zero, the valves in the same branch are polarized in the reverse direction so that they limit the wake flow to a very small value. The spark gap is therefore also extinguished when the resistance value of the bleeder resistor, which is still in series with it, is reduced by heating.
The extinction of the spark gap is essentially transferred to the valves; The main task of the resistor, which is also in series with the spark gaps, is to prevent a sudden collapse of the voltage after a spark gap has responded. Such a voltage collapse can lead to damage if winding arrangements, e.g. B. transformers are connected to the network to be protected.
In the context of the main patent, the use of single-crystal semiconductor rectifier elements based on silicon or germanium is considered.
In contrast, the present invention consists in using pn elements with monocrystalline silicon carbide semiconductor bodies as semiconductor rectifier elements. Such silicon carbide rectifiers have the advantage over germanium and silicon rectifiers, which is decisive for the present purpose, that they can be overloaded significantly higher than these.
While the intrinsic conduction becomes noticeable in the case of germanium at around 70 C, for silicon around 200 C, south-carbide rectifiers can be operated up to temperatures of around 700 C. In the case of the surge arrester according to the main patent, this property is of great value, since when the spark gap is triggered, high current densities can temporarily arise in the semiconductor crystal, which cause corresponding local heating, especially in the area of the barrier layer.
The high temperature resistance of the silicon-carbide rectifier guarantees that the rectifier retains the blocking capability required to extinguish the spark gaps after the wake current has passed zero, even in the event of very high impact loads.
The drawing shows an embodiment of the invention.
1 with a conductor of the network is designated. The surge arrester 2 located between conductor 1 and earth comprises a parallel circuit, the branches of which each consist of a quenching spark gap 3 or 4 in series with a monocrystalline silicon carbide rectifier 5 or 6. The rectifiers 5 and 6 are connected with opposite pass-through, that is, anti-parallel.
In series with the parallel connection there is a conventional voltage-dependent discharge resistor 7 made of granular silicon carbide with a binder. The bleeder resistor 7 can also be replaced by bleeder resistors 7a or 7b indicated by dashed lines in the individual branches of the parallel connection.