DE1487252C - Gasgefüllter Überspannungsableiter fur Fernmeldeanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gasgefüllten Überspannungsableiter für Fernmeldeanlagen mit zwei in einem Glaskörper angeordneten Elektroden.

Gasgefüllte Überspannungsableiter sind seit vielen Jahren bekannt. Sie weisen jedoch nur einen ungenügenden Schutz auf. Einerseits sprechen sie auf steile Spannungsfronten zu langsam an. Durch den dadurch entstehenden hohen und schnellen Stromstoß kann das zu schützende Objekt beschädigt oder zerstört werden, ehe der Überspannungsableiter in Aktion tritt.

Ein anderes Problem ist die ungenügende Strombelastbarkeit der bekannten Überspannungsableiter. In der Praxis wirkte sich dies in der Weise aus, daß bei Überschreiten einer bestimmten Belastbarkeitsgrenze Risse oder vollkommene Zerstörung des Glaskörpers auftraten, ohne daß gleichzeitig ein Kurzschluß zwischen den Elektroden gebildet wurde. Durch das Eintreten von Luft in den Glaskörper steigt wiederum die Ansprechspannung des Überspannungsableiter stark an, so daß weitere Überspannungen nicht mehr abgeleitet wurden, sondern zur Zerstörung des zu schützenden Objektes führten. Bei Bildung feiner Risse im Glaskörper konnte selbst eine häufige Kontrolle der Ableiter keine befriedigende Sicherheit bieten, da diese Risse häufig von außen nicht bemerkbar waren.

Besonders kritisch ist die ungenügende Belastbarkeit bei bekannten Überspannungsableiter!:, bei welchen die Durchführungen sich an einer Seite des Glaskörpers befinden. Bei solchen Überspannungsableitern neigt ein Bogen zwischen den Elektroden dazu, die Durchführungen und den Glaskörper so aufzuheizen oder in die Nähe der Durchführungen durch den Glaskörper zu wandern, daß eine Zerstörung des Glaskörpers eintritt, ehe sich ein Kurzschluß zwischen den Elektroden bilden konnte. Die Anwendung von Maßnahmen, welche aus der allgemeinen Röhrentechnik bekannt sind, z. B. die Verwendung eines emissionsfördernden Belages auf den Elektrodenoberflächen oder die Benutzung bestimmter Hartgläser, konnte ebenfalls keine wesentliche Verbesserung bringen. Ein weiteres Problem bei solchen einseitig eingeschmolzenen oder gequetschten Überspannungsableitern bildete die ungenügende Stabilität des Elektrodenaufbaues. Schon bei einer geringfügigen Temperaturerhöhung verbogen sich die Elektroden, so daß einerseits kein sicherer Kurzschluß mehr eintrat, andererseits eine unzulässige Ansprechverzögerung zu beobachten war. Ebenso ließen sich Elektroden großer Wärmekapazität wegen der ungenügenden Stabilität des Aufbaues nicht verwenden.

Aus diesem Grunde sind die meisten bekannten Überspannungsableiter mit zweiseitiger Durchführung ausgeführt, d. h., die Stromdurchführungen befinden sich an gegenüberliegenden Teilen des Glaskörpers. Hierdurch wird zwar die Wärmebelastung des Glaskörpers in der Nähe der Durchführungen deutlich herabgesetzt, andererseits erfordern derartige Konstruktionen zwei getrennte Einschmelz- oder Einquetschvorgänge. Abgesehen von einer erheblichen Verteuerung der Fabrikation, kann bei zwei getrennten Vorgängen der Abstand der Elektroden nicht in genügend engen Toleranzen gehalten werden. Die Folge ist eine erhebliche Streuung der Ansprechzeiten und das häufige Ausbleiben einer Kurzschlußbildung bei Auftreten von Überspannungen. Weiterhin ist es erforderlich, bei doppelseitigen Überspannungsableitern den Elektrodenabstand von vornherein auf größere Werte einzustellen, als an sich für Fernmeldeanlagen erforderlich wäre.

Zusammenfassend muß festgestellt werden, daß die bisher bekannten Überspannungsableiter erhebliche Nachteile aufweisen und nicht hinreichend betriebssicher arbeiten. Es war bei den bisher bekannten Konstruktionen nicht möglich, gleichzeitig einen

ίο Schutz gegen Überspannungen mit sehr großer Flankensteilheit zu bekommen, als auch eine genügend hohe Belastbarkeit zu erreichen, wobei mit Sicherheit eine Kurzschlußbildung vor der Zerstörung des Glaskörpers eintritt.

Ziel der Erfindung ist ein Überspannungsableiter, welcher die genannten Nachteile bekannter Konstruktionen vermeidet, d. h. insbesondere schnelle Ansprechzeiten mit höchster Belastbarkeit verbindet, und welcher die Eigenschaft hat, ohne wesentliche

zo Änderung der Ansprechspannungen bei Überlastung schlagartig zum permanenten Kurzschluß der Elektroden zu führen, bevor eine anderweitige Zerstörung des Ableiters auftreten kann. Dadurch wird die zu schützende Anlage kurzgeschlossen und bleibt vor weiteren Überspannungen geschützt. Durch den in jedem Überlastungsfall mit Sicherheit auftretenden Kurschluß ist der defekte Überspannungsableiter sofort lokalisiert und kann vom Bedienungspersonal ausgewechselt werden. Es ist insbesondere erforderlieh, daß der Überspannungsableiter bei Effektivstrom-Belastungen von mehr als 10 A und bei Energien von mehr als 1000 Wsec mit Sicherheit einen Kurzschluß durch Bildung einer Schmelzperle an der Elektrodenoberfläche vor der Zerstörung des Glaskörpers aufweist.

Diese Wirkung wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender aus der allgemeinen Röhrentechnik teilweise bekannter Merkmale erreicht:

a) Der Glaskörper besteht aus Hartglas,

b) die Durchführungen der beiden Elektroden durch den Glaskörper sind im wesentlichen parallel zueinander an einem Ende des hauptsächlich zylindrisch ausgebildeten Glaskörpers angeordnet,

c) die Elektroden sind als längliche Platten ausgebildet, deren Innenöberflächen parallel zueinander und zur Achse des Glaskörpers angeordnet sind und mit einem emissionsfördernden Belag versehen sind,

d) die Dicke der plattenförmigen Elektroden beträgt mindestens 1 mm und deren Fläche mindestens 30 mm², .

e) die Elektroden sind zur Verhinderung von Abstandsänderungen in ihrer Längsachse über den größten Teil ihrer Länge mit einem Träger aus hochschmelzendem Metall mechanisch fest verbunden und versteift, welche Träger gleichzeitig als Durchführungen durch den Glaskörper dienen.

Ein Ausführungsbeispiel eines solchen erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei werden weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung deutlich. Es zeigt

F i g. 1 den Ableiter im Querschnitt,

F i g. 2 und 3 den Ableiter in den beiden Seitenrissen,

F i g. 4 und 5 den Ableiter mit Socke! in den beiden Längsansichten,

F i g. 6 die Aufsicht auf den Ableiter.

In den F i g. 2 und 3 ist der Ableiter von der Hartglasumhüllung 1 umgeben, in welche die vorverglasten Wolframdurchführungen 3 eingeschmolzen sind und die die Elektroden 2 und la tragen. Die Verglasungen 4, welche den Isolationsweg zwischen den Elektroden2 und 2 a verlängern, sind im Röhreninnern vorstehend sichtbar. Die beiden Nickelelektroden 2 und 2 α besitzen die Fläche von vorzugsweise 10-6 mm² und eine Dicke von 2,5 mm und sind mit den Wolframdurchführungsdrähten 3, von 1 mm Durchmesser, mechanisch durch Stemmkerben 5 verbunden und über die ganze Elektrodenlänge hartgelötet. Es sind auch andere Abmessungen der Elektroden möglich, sofern sie zu einer entsprechend hohen thermischen Stabilität und Wärmekapazität führen. Der Querschnitt in Fig. 1 zeigt, wie die Wolframdrähte 3 in einem auf der Elektrodenrückseite eingeprägten Kanal eingebettet sind, wodurch guter elektrischer und thermischer Kontakt zwischen den Elektroden2, la und Durchführungsdrähten 3 gesichert und die Elektrode bei hoher, thermischer Beanspruchung im Entladungslichtbogen zusätzlich versteift wird. Auf die sich gegenüberstehenden Elektroden kann eine emissionsfördernde Schicht 6 in bekannter Weise aufgebracht werden. Der äußerste Teil 7 der Durchführungen 3 besteht aus einem Nickeldraht, welcher durch Stumpfschweißung 8 mit dem Wolfram-Einschmelzdraht verbunden ist. Die bei Überlast auftretende, den Ableiter kurzschließende Schmelzperle bildet sich im Spalt zwischen den Elektroden 2 und 2 α aus, und zwar wegen der allseitigen Rundung 9 der Elektrodenkanten "grundsätzlich in der Mitte der Elektrodenflächen.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird als emissionsfördernde Schicht Calciumcarbonat verwendet. Diese wird in üblicher Weise in Calciumoxyd umgewandelt. Sie gewährleistet den Übergang der Gasentladung von der Glimm- in die Bogenphase bereits bei etwa 20OmA sowie'eine Brennspannung, die so liegt, daß bei den Gleichspannungen, die normalerweise in der Fernmeldetechnik verwendet werden, eine einwandfreie Löschung des Ableiters eintritt, sofern dieser zur Zündung kam, d. h., die Brennspannung liegt über der normalen Speisespannung.

In den F i g. 4, 5 und 6 ist das auf die Pumpspitze 11 aufgesetzte Isolierstück 12 aus Polyäthylen in die beiden Nickelkontaktschienen 10 eingehängt, was diese fixiert. Auf der Gegenseite sind die Kontaktschienen 10 mit den Nickelenden 7 versehen. Diese Nickelenden sind mit den Durchführungsdrähten 3 durch Punktschweißung verbunden. Der Ableiter ist mit einem Gasgemisch aus Argon, Wasserstoff und Tritium bei einem Fülldruck von 80 mm Quecksilbersäule gefällt. Die Nickelkontaktschienen 10 dienen als Sockel für den Ableiter und sichern gleichzeitig den Glaskörper 1 gegen mechanische Beanspruchungen. Der gesockelte Ableiter läßt sich mühelos und leicht in die Kontaktfederfassung des Sicherungskastens einschieben. Außerdem erleichtert diese Konstruktion ein allfällig nötiges Auswechseln der Ableiter im Sicherungskasten, der normalerweise eine größere Anzahl von Ableitern enthält.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Gasgefüllter Überspannungsableiter für Fernmeldeanlagen mit zwei in einem Glaskörper angeordneten Elektroden, deren Abstand so gewählt und deren Wärmekapazität so groß ist, daß bei Effektivstrom-Belastungen von mehr als 10 A und bei Energien von mehr als 1000 Wsec ein Kurzschluß durch Bildung einer Schmelzperle an der Elektrodenoberfläche mit Sicherheit vor der Zerstörung des Glaskörpers eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wirkung durch die Kombination folgender Merkmale eintritt:

a) der Glaskörper besteht aus Hartglas,

b) die Durchführungen der beiden Elektroden durch den Glaskörper sind im wesentlichen parallel zueinander an einem Ende des hauptsächlich zylindrisch ausgebildeten Glaskörpers angeordnet,

c) die Elektroden sind als längliche Platten ausgebildet, deren Innenoberflächen parallel zueinander und zur Achse des Glaskörpers angeordnet sind und mit einem emissionsfördernden Belag versehen sind,

d) die Dicke der plattenförmigen Elektroden beträgt mindestens 1 mm und deren Fläche mindestens 30 mm²,

e) die Elektroden sind zur Verhinderung von Abstandsänderungen in ihrer Längsachse über den größten Teil ihrer Länge mit einem Träger aus hochschmelzendem Metall mechanisch fest verbunden und versteift, welche Träger gleichzeitig als Durchführungen durch den Glaskörper dienen.

2. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllung hauptsächlich aus einem oder mehreren Edelgasen besteht.

3. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllung einen gasförmigen Beta-Strahler enthält.

4. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllung aus einem Gemisch von Argon, Wasserstoff und Tritium besteht.

5. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungen aus Wolfram bestehen.

6. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolfram-Durchführungen als Draht oder Stab mit einem Durchmesser von mindestens 1 mm ausgeführt sind.

7. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit den Durchführungen durch mechanische Verstemmung und Verschweißung oder Kartlötung verbunden sind.

8. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Nickel bestehen.

9. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elektroden abgerundete Ecken besitzen.

10. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach

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Anspruch], dadurch gekennzeichnet, daß der Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß der

emissionsfördernde Belag auf den Elektroden aus Glaskörper auf zwei sich gegenüberliegenden

Calciumoxyd besteht. Längsseiten mit Kontaktschienen versehen ist,

11. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach welche an einem Ende durch einen den Pump-Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der 5 rohrabzug des Glaskörpers schützenden Kunst-Fülldruck im Glaskörper 80 Torr beträgt. stoffhalter fixiert und am anderen Ende mit den

12. Gasgefüllter Überspannungsableiter nach Durchführungen verschweißt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen