DE1951601B2 - Gas discharge surge arrester - Google Patents
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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.The invention relates to a gas discharge (surge arrester with a gas-tight housing, preferably with a noble gas filling, in which electrodes are attached to each other oppose, of which at least one electrode containing an alkali metal on its end face Layer of high thermal electron emission ability, the additional component titanium «Holds.
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. From DT-AS 1 196 796 a discharge-heated sintered cathode for gas-filled discharge tubes is known, which consists of a metal oxide component containing metal oxides of two types of oxides (A, B), of where the metal or metals of oxide type A have a work function of less than 3.3 eV and the metal or metals the metals of oxide type B have a work function greater than 3.5 eV, and that is a refractory metal is added in a uniform distribution in such an amount that the thermal conductivity of the sintered body compared to the thermal conductivity of the added metal alone is so greatly reduced that on the cathode already at discharge currents in the order of magnitude of 10 mA a limited, thermal emitting focal spot is formed and the discharge has the character of an arc discharge.
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.Furthermore, a surge arrester is already known from DT-PS 615 506, in which the surface of the electrodes is provided with an additional layer that reduces the work function of the electrons at the Electrode acting as a cathode and thereby the voltage drop and power loss in the surge arrester for a given discharge current. This well-known surge arrester is evacuated and baked out as usual after the electric electrodes provided with the emission layer have been introduced and then filled with inert gas.
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.Usually, in the case of surge arresters, at least the electrode acting as a straight arc cathode is applied an additional layer is applied which contains compounds which thermally disintegrate easily. the Electrodes having an additional layer are then, for example, after being inserted into the insulating body heated for formation by high frequency. In the process, gaseous reaction products emerge from the layer that have to be removed via an exhaust tube of the surge arrester. The forming Metal condenses on the electrode surfaces and then ensures the desired low Work job. At the end of the production the The arrester is filled with an inert gas and melted off at the exhaust tube.
Thermisch leicht zerfallende Metallverbindungen, deren gasförmige Reaktionsprodukte aus dem Ableiter entfernt werden müssen, sind für die Elektroden eines pumpstengellosen Ableiters ungeeignet.Thermally easily decomposing metal compounds, their gaseous reaction products from the arrester must be removed are unsuitable for the electrodes of a pump stem-less arrester.
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.The object of the invention is therefore to provide a gas discharge surge arrester with an additional one used to reduce the work function Creating a layer on its electrodes, which consists of a mixture of metal compounds, is neither soft gaseous reaction products in one of the properties of the Surge arrester disruptive measure. For this purpose, a gas discharge surge arrester of the type mentioned at the beginning according to the invention * ·· !? suggested that the components of the layer as a paste-like mixture of an alkali halide tr-it taanhydride applied to the electrodes are.
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.A w "r" r. !! Icher advantage of the invention is that an annealing of the arrester and a pumping harmful gases is not required in the manufacture. The compounds of the proposed mixtures do not yet react with one another during the production process of the surge arrester. Formation only takes place in the event of an arc discharge and then only within the cathode spot; this means that only a negligibly small part of the additional layer changes chemically on the surface during the discharge.
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.In a gas discharge surge arrester according to the invention The cold arc cathode advantageously exhibits a particularly high field electron emission capability with very little dissociation of the compounds if the layer is a further component Contains magnesium oxide.
Die Bestandteile einer pastenförmigen Mischung haben dabei zweckmäßig Gewichtsanteile in folgendenHave the ingredients of a pasty mixture appropriately weight proportions in the following
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.Ranges: Between 25 and 95% of an alkali halide with a grain size between 0.2 and 20 μίτι, between 5 and 75% titanium hydride with a grain size between 0.2 and 20 µm and between 0 and 50% magnesium oxide with a grain size between 0.2 and 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.In a preferred embodiment of the surge arrester the alkali halide consists of potassium chloride and the layer has a percentage by weight 75% potassium chloride and 25% titanium hydride.
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.In a further preferred embodiment of the gas discharge surge arrester according to the invention the alkali halide is potassium bromide, whereby the layer is proportionate to weight percent 45% Potassium bromide, 5% titanium hydride and 50% magnesium oxide. For some use cases, A particular advantage here is the alkali metal halide instead of potassium bromide being potassium iodide.
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.Although the course of the reaction in the cathode spot in the case of arc discharges is not known with certainty, it can He explains, for example, a layer formed from potassium chloride and titanium hydride in the following way are: During the formation reacts in the cathode spot under the effect of the arc T1H4 KCI, by splitting KCI and binding the Cl from the H of T1H4, so that free K is formed; included the final operating voltage of the arc is then established.
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.With the mixtures of the additional layer, low levels can advantageously be achieved in a simple manner Work functions for the electrodes of the pump stem-less arrester. Still wiser. Cathodes with an additional Layer advantageously on a low arc transition.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.The invention will be described in greater detail below using an exemplary embodiment shown in the drawing explained.
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.The drawing shows a button trap with frustoconical Electrodes 2 and 3, the bulges facing each other in a tubular insulating body 1 are inserted gas-tight. The material used for the insulating body 1 is preferably glass or ceramic, while the electrodes 2 and 3 consist of a Ni-Fe and Ni-Fe-Co alloy, respectively. To each other opposing electrodes 2 and 3 is each a layer 4 consisting of a paste-like mixture from an alkali halide, titanium hydride and magnesium oxide, applied. With a practical execution Example of the layer 4 is the alkali halide potassium bromide and the core size for potassium bromide 1 to ΙΟμηι, for titanium hydride 1 to 10 μπι and for Magnesium oxide <1 μιτι.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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