DE1951601B2

DE1951601B2 - Gasentladungs-Überspannungsableiter

Info

Publication number: DE1951601B2
Application number: DE19691951601
Authority: DE
Inventors: Alex Bahr; Gerhard Dr.-Ing. Peche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-10-13
Filing date: 1969-10-13
Publication date: 1974-12-19
Also published as: GB1280938A; CH519805A; DE1951601C3; AT297126B; DE1951601A1; FR2065348A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasentladungs-(Jberspannungsableiter mit einem gasdichten Gehäuse, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem einander Elektroden gegenüberstehen, von denen zumindest eine Elektrode auf ihrer Stirnseite eine Alkalimetall enthaltende Schicht hoher thermischer Elektronenemissionsfehigkeit aufweist, die als zusätzlichen Bestandteil Titan «nthält.

Aus der DT-AS 1 196 796 ist eine entladungsgeheizte Sinterkathode für gasgefüllte Entladungsröhren bekannt, die aus einer Metall-Oxyd-Komponente besteht, die Metalloxyde zweier Oxydtypen (A, B) enthält, von denen das Metall bzw. die Metalle des Oxydtyps A eine Austrittsarbeit kleiner als 3,3 eV und das Metall bzw. die Metalle des Oxydtyps B eine Austrittsarbeit größer als 3,5 eV haben, und der ein hochschmelzendes Metall in gleichmäßiger Verteilung in solcher Menge zügesetzt ist, daß die thermische Leitfähigkeit des Sinterkörpers gegenüber der thermischen Leitfähigkeit des zugesetzten Metalls allein so stark herabgesetzt ist, daß auf der Kathode bereits bei Entladungsstromstärken in der Größenordnung von 10 mA ein begrenzter, thermisch emittierender Brennfleck sich ausbildet und die Entladung den Charakter einer Bogenentladung aufweist.

Weiterhin ist aus der DT-PS 615 506 bereits ein Überspannungsableiter bekannt, bei dem die Oberfläche der Elektroden mit einer zusätzlichen Schicht versehen ist, die die Austrittsarbeit der Elektronen an der als Kathode wirkenden Elektrode und dadurch den Spannungsabfall und die Verlustleistung im Überspannungsableiter bei einem gegebenen Entladungsstrom herabsetzt. Dieser bekannte Überspannungsableiter wird nach dem Einbringen der mit der Emissionsschicht versehenen E'eklroden wie üblich evakuiert, ausgeheizt und anschließend mit Edelgas gefüllt.

Üblicherweise wird bei Überspannungsableitern zumindest auf die als kalle Bogenkathode wirkende Elektrode eine zusätzliche Schicht aufgebracht, die Verbindungen enthält, welche thermisch leicht zerfallen. Die eine zusätzliche Schicht aufweisenden Elektroden werden dann beispielsweise nach Einsetzen in den Isolierkörper zur Formierung durch Hochfrequenz erwärmt. Dabei treten aus der Schicht gasförmige Reaktionsprodukte aus, die über einen Pumpstengel des Überspannungsableiter entfernt werden müssen. Das sich bildende Metall kondensiert auf den Elektrodenoberflächen und gewährleistet dann die gewünschte niedrige Austrittsarbeit. Zum Abschluß der Herstellung wird der Ableiter mit einem Edelgas gefüllt und am Pumpstengel abgeschmolzen.

Thermisch leicht zerfallende Metallverbindungen, deren gasförmige Reaktionsprodukte aus dem Ableiter entfernt werden müssen, sind für die Elektroden eines pumpstengellosen Ableiters ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Gasentladungsüberspannungsableiter mit einer zusätzlichen, zur Herabsetzung der Austrittsarbeit dienenden Schicht auf seinen Elektroden zu schaffen, die aus einer Mischung von Metallverbindungen besteht, weiche weder bei der Herstellung noch im Betrieb gasförmige Reaktionsprodukte in einem die Eigenschaften des Überspannungsabieiters störenden Maß abgeben. Zu diesem Zweck wird bei einem Gasentladungs-Überspannungsableiter der eingangs genannten Art erfindungsgem*··!? vorgeschlagen, daß die Bestandteile der Schicht als pastenförmige Mischung eines Alkalihalogenids tr-it Taanhydrid auf die Elektroden aufgebracht sind.

Ein w"^r"r.!!icher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei der Herstellung ein Ausheizen des Ableiters und ein Abpumpen schädlicher Gase nicht erforderlich ist. Die Verbindungen der vorgeschlagenen Mischungen reagieren während des Herstellungsprozesses des Überspannungsabieiters noch nicht miteinander. Erst bei einer Lichtbogenentladung erfolgt eine Formierung und dann auch nur innerhalb des Kathodenflecks; das bedeutet, daß nur ein vernachlässigbar kleiner Teil der zusätzlichen Schicht bei der Entladung sich oberflächlich chemisch verändert.

Bei einem erfindungsgemäßen Gasentladungs-Überspannungsableiter zeigt die kalte Bogenkathode vorteilhafterweise eine besonders hohe Feldelektronenemissionsfähigkeit bei sehr geringer Dissoziation der Verbindungen, wenn die Schicht als weiteren Bestandteil Magnesiumoxyd enthält.

Die Bestandteile einer pastenförmigen Mischung haben dabei zweckmäßig Gewichtsanteile in folgenden

Bereichen: Zwischen 25 und 95% eines Alkalihalogenids mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 20 μίτι, zwischen 5 und 75% Titanhydrid mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 20 urn und zwischen 0 und 50% Magnesiumoxyd mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 1 μΐπ.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Oberspannungsableiters besteht das Alkalihalogenid aus Kaliumchlorid und die Schicht weist anteilig an Gewichtsprozenten 75% Kaliumchlorid und 25% Titanhydrid auf.

Bei einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasentladungs-Überspannungsableiters ist das Alkalihalogenid Kaliumbromid, wobei die Schicht anteilig an Gewichtsprozenten 45% Kaliumbromid, 5% Titanhydrid und 50% Magnesiumoxyd aufweist. Bei einigen Anwendungsfällen kann mit besonderem Vorteil dabei das Aikalihalogenid an Stelle von Kaliumbromid Kaliumjodid sein.

Obwohl der Reaktionsablauf im Kathodenfleck bei Lichtbogenentladungen nicht sicher bekannt ist, kann er beispielsweise bei einer aus Kaliumchlorid und Titanhydrid gebildeten Schicht auf folgende Weise erklärt werden: Bei der Formierung reagiert im Kathodenfleck unter Einwirkung des Lichtbogens T1H4 mit KCI, indem KCI aufgespalten und das Cl vom H des T1H4 gebunden wird, so daß freies K entsteht; dabei stellt sich dann die endgültige Brennspannung des Lichtbogens ein.

Mit den Mischungen der zusätzlichen Schicht erreicht man vorteilhafterweise auf einfache Art niedrige Austrittsarbeiten für die Elektroden pumpstengelloser Ableiter. Weiterhin weiser. Kathoden mit einer zusätzlichen Schicht vorteilhafterweise einen niedrigen Lichtbogenübergang auf.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Knopfabieiter mit kegelstumpfförmigen Elektroden 2 und 3, die mit einander zugekehrten Auswölbungen in einen rohrförmigen Isolierkörper 1 gasdicht eingesetzt sind. Als Werkstoff für den Isolierkörper 1 dient vorzugsweise Glas oder Keramik, während die Elektroden 2 und 3 aus einer Ni-Fe- bzw. Ni-Fe-Co-Legierung bestehen. Auf die einander gegenüberliegenden Elektroden 2 und 3 ist jeweils eine Schicht 4 in einer pastenförmigen Mischung, bestehend aus einem Alkalihalogenid, Titanhydrid und Magnesiumoxyd, aufgetragen. Bei einem praktischen Ausfühi ungsbeispiel der Schicht 4 ist das Alkalihalogenid Kaliumbromid und die Kerngröße beträgt für Kaliumbromid 1 bis ΙΟμηι, für Titanhydrid 1 bis 10 μπι und für Magnesiumoxyd < 1 μιτι.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasentladungs-Überspannungsableiter mit einem gasdichten Gehäuse, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem einander Elektroden gegenüberstehen, von denen zumindest eine Elektrode auf ihrer Stirnseite eine Alkalimetall enthaltende Schicht hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufweist, die als zusätzlichen Bestandteil Titan enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der Schicht (4) als pastenförmige Mischung eines Alkalihalogenide mit Titanhydrid auf die Elektroden (2,3) aufgebracht sind.

2. Gasentladungs-Überspannungsa'uleiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) als weiteren Bestandteil Magnesiumoxyd enthält.

3. Gasentladungs-Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) an Gewichtsprozenten ein Alkalihalcgenid zwischen 25 und 95%, Titanhydrid /wischen 5 und 75% und Magnesiumoxyd zwischen 0 und 50% enthält.

4. Gasentladungs-Überspannungsableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkaühalogenid als Pulver eine Korngröße zwischen 0,2 und 20 μιη, das Titanhydrid als Pulver eine Korngröße zwischen 0,2 und 20 μίτι und das Magnesiumoxyd als Pulver eine Korngröße zwischen 0,2 und 1 μιη hat.

5. Gasentladungs-Überspannungsableiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalihalogenid Kaliumchlorid ist und daß die Schicht anteilig an Gewichtsprozenten 75% Kaliumchlorid und 25% Titanhydrid aufweist.

6. Gasentladungs-Überspannungsableiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalihalogenid Kaliumbromid ist und daß die Schicht anteilig an Gewichtsprozenten 45% Kaliumbromid, 5% Titanhydrid und 50% Magnesiumoxyd aufweist.

7. Gasentladungs-Überspannungsableiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalihalogenid Kaliumjodid ist.

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