DE1079167B - Widerstandsblock fuer UEberspannungsableiter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Widerstände für Überspannungsableiter bestehen aus Widerstandsmaterial mit spannungsabhängigem Widerstand, d. h., das Material hat einen sehr hohen Widerstandswert bei normaler Spannung, während der Widerstand bei Überspannungen sehr schnell abnimmt, so daß große Ströme abgeleitet werden können. Wenn die Spannung auf den normalen Wert zurückgeht, erhöht sich der Widerstandswert wiederum, wodurch der Strom bis auf einen sehr geringen Reststrom reduziert wird.

Die Widerstandsblöcke für Überspannungsableiter werden im allgemeinen aus körnigem Siliziumkarbid hergestellt, dem ein geeignetes Bindemittel und ein mineralisches Füllmaterial zugesetzt wird. Unter Anwendung von Druck werden die Widerstandsblöcke in eine geeignete Form gepreßt und dann gebacken, um die überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen. Ein gegenwärtig vielfach verwendetes Füllmaterial ist Ton. Das Füllmaterial und das Bindemittel dienen als Isoliermittel, mit dem die Siliziumkarbidkörner in elektrischem Kontakt gehalten werden und ein Durchschlag des Blockes verhindert wird. Das mineralische Füllmaterial bewirkt außerdem einen »Schmiereffekt« während des Formvorganges, so daß weniger Druck erforderlich ist, um den Block auszuformen, während gleichzeitig eine gute Geschlossenheit des Blockes erreicht wird. Es ist wesentlich, daß der Block kompakt ausgeführt wird, damit die aneinanderliegenden Körnchen des Siliziumkarbides guten elektrischen Kontakt miteinander haben. Der Widerstand besitzt nämlich seine einzigartigen Ableiteigenschaften auf Grund der Eigenschaften des Kontaktes zwischen den Körnern des Siliziumkarbides und des spezifischen Widerstandes der Siliziumkarbidkörner. Es ist jedoch schwer, reinen Ton mit gleichmäßigen dielektrischen Eigenschaften und Schmierwirkung zu bekommen, und deshalb schwierig, eine einheitliche Struktur des Blockes zu erlangen.

Die bekannten Widerstandsblöcke werden außerdem leicht durch Abplatzen beim Hantieren und Formänderungen und Ausbeulungen beim Trockenvorgang unbrauchbar. Solche Beulen und Verformungen können den Kontakt zwischen den Siliziumkarbidkörnern unterbrechen. Außerdem besteht beim Pressen durch den großen benötigten Druck bei den gegenwärtig verwendeten Bindemitteln und Füllmaterialien die Möglichkeit, daß die elektrischen Eigenschaften des Blockes nachteilig beeinflußt werden. Eine Mischung, die bei geringeren Drücken geformt werden könnte, ist daher wünschenswert.

Das gewöhnlich als Bindemittel verwendete Natriumsilikat ist ein hygroskopisches Material und absorbiert begierig die Luftfeuchtigkeit. Diese Tatsache ist sehr nachteilig, da durch die Absorption von Widerstandsblock
für überspannungsableiter

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika .vom 30. August 1957

Norman K. Osmundsen; Wilkins Township, Pa.

(V. Si Α.),
ist als Erfinder" genannt worden

Wasser der Widerstandsblock seine Widerstandseigenschaften ändert. Er verliert seine Ventileigenschaften und ist außerstande, seinen Widerstandswert nach einem Ableitevorgang zu erhöhen, falls er eine bestimmte Menge Feuchtigkeit absorbiert hat. Deshalb fließt dann ein kräftiger Reststrom, der zur Zerstörung des Blockes führt? Man hat in der Vergangenheit bereits versucht, nichthygroskopische Bindemittel zu verwenden, jedoch mit geringem oder gar keinem Erfolg, vor allem deshalb, weil diese nicht die ausgezeichneten Bindeeigenschaften des Natriumsilikates besitzen.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Widerstandsblock mit spannungsabhängigem Widerstand zu schaffen, der mechanisch fest, gleichmäßig in seiner Struktur und widerstandsfähig gegen Wasseraufnahme ist und dem das 'Bindemittel einen hohen Widerstand nach dem Ableitevbrgang gibt.

Bei einem Widerstandsblock aus Widerstandsmaterial mit spannungsabnängigem Widerstand, insbesondere aus Siliziumkarbid, für Überspannungsableiter mit einem ,Kalziumsilikat enthaltenden-Zusatzstoff wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Block als Füllstoff Wollastonit (Kalziummetasilikat) enthält.

Dadurch wird ein verbessertes Material für einen Widerstandsblock für Überspannungsableiter ge-

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schaffen, bei dem ein mineralisches Füllmaterial verwendet wird, das eine nadelähnliche Struktur hat. Dadurch ergibt sich sowohl eine vernetzte, gut zusammenhängende Struktur als auch eine große dielektrische Festigkeit sowie gute Widerstandsfähigkeit gegen zerstörende Überschläge. Die Erfindung sei an Hand der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 einen Grundriß eines Widerstandsblockes für Überspannungsableiter und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der Fig. 1 zeigt, wobei die Dicke des Überzuges des Widerstandsblockes im Interesse einer klaren Darstellung beträchtlich übertrieben wurde.

Der dargestellte Widerstandsblock 1 für Überspannungsableiter besteht aus Widerstandsmaterial mit spannungsabhängigem Widerstand. Er ist etwa zylindrisch. Die Erfindung ist jedoch nicht auf irgendeine bestimmte Größe oder Form des Blockes beschränkt. Das Widerstandsmaterial beteht vorzugsweise aus körnigem Siliziumkarbid, gemischt mit einem Füllmaterial und einem Bindemittel. Um den elektrischen Anschluß des Blockes zu erleichtern, wird ein Zinkoder Kupferüberzug 2 auf die gegenüberliegenden Endflächen des Blockes aufgebracht. Insbesondere kann Zink direkt auf den Block aufgespritzt werden. Eine harte, feste, hochohmige Ummantelung 3 ist auf die Seitenflächen des Blockes aufgebracht, um Überschläge längs der Außenseite des Blockes sowie gewisse Arten von Zerstörungen des Blockes zu vermeiden. Die Ummantelung ist aus einem geeigneten Bindemittel und einem Füllmaterial aufgebaut. Das Füllmaterial ist vorzugsweise Wollastonit. Es kann aber auch irgendeine andere geeignete puderförmige wärmebeständige Mischung, wie z. B. Talkum, verwendet werden. Als Bindemittel wird im allgemeinen Natriumsilikat verwendet. Jedoch kann auch ein anderes wasserlösliches Silikat gebraucht werden. Das Mischungsverhältnis von Füllmaterial und dem Rest Natriumsilikat oder einem anderen wasserlöslichen Silikat kann zwischen 35 und 65 Gewichtsprozent schwanken. Das Füllmaterial und das Bindemittel werden gemischt, bis sie eine homogene Mischung hoher Viskosität bilden, wobei Wasser nach Bedarf zugefügt wird. Der ummantelte Block wird dann gebacken, um die Feuchtigkeit aus der Ummantelung 3 auszutreiben und die Ummantelung zu härten und mechanisch zu festigen. Die Ummantelung hat einen sehr hohen elektrischen Widerstand verglichen mit dem Widerstand des Blockmaterials 1. Die beschriebene Ummantelung ist an anderer Stelle bereits vorgeschlagen.

Das Widerstandsmaterial selbst umfaßt eine Mischung aus körnigem Siliziumkarbid und, in einer Ausführungsform, ein Bindemittel aus Natriumsilikat und gemäß der Erfindung Wollastonit als Füllmaterial. Dabei kann eine Mischung mit verschiedenen Anteilen Siliziumkarbid, Natriumsilikat und Wollastonit verwendet werden. Der bevorzugte Wert der Mischungsverhältnisse ist wie folgt:

65

70

	Gewicht mindestens	sprozent höchstens
Siliziumkarbid	84,25 14,62 1,13	84,25 10,75 5,00
Natriumsilikat	100,00	100,00
Wollastonit (CaSi O3)

Die obengenannten Stoffe werden sorgfältig gemischt, bis man eine homogene Masse ohne Klümpchen erhalt. Die Mischung wird granuliert und dann in Formen gebracht, wo sie unter Druck in eine passende Form gepreßt wird, vorzugsweise als zylindrische Scheibe. Der Block wird dann aus der Form genommen und gebacken, um das Wasser auszutreiben. Dadurch ergibt sich eine feste Masse aus Widerstandsmaterial mit spannungsabhängigem Widerstandswert, die sehr geeignet ist, als Überspannungsschutzeinrichtung zu dienen. Nach dem Trockenvorgang wird der Block mit der vorher beschriebenen Ummantelung umgeben und, wie oben beschrieben, getrocknet.

Infolge der fasrigen Struktur des Wollastonits ergibt sich eine verbesserte mechanische Festigkeit des Blockes. Er besitzt eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Verformen und Ausbeulen beim ersten Trockenvorgang. Das Verformen und Ausbeulen ist bei den bekannten Widerstandsblöcken ein ernstes Problem und trägt wesentlich zum Ausschuß bei, wodurch sich ein entsprechend teurerer Block ergibt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des neuen WoIlastonitfüllmaterials ist seine überlegene elektrische Isolationseigenschaft und seine Gleichmäßigkeit. Die bisher verwendeten, aus Ton bestehenden Füllmaterialien schwanken zwischen Werten hoher Isolationsfestigkeit und solchen geringer Isolationsfestigkeit. Es ist zwar auch schon bekannt, als Bindemittel für spannungsabhängige Widerstände Portlandzement zu benutzen, der unter anderem Kalziumsilikat enthält. Je nach Art der Herstellung und der Ausgangsstoffe schwankt aber die Zusammensetzung von Portlandzement in weiten Grenzen. Reines Wollastonit ist dagegen gleichbleibend in seinen Eigenschaften, gleichmäßig in seinen dielektrischen Werten und hat eine höhere Isolationsfestigkeit als der beste bisher verwendete Ton. Durch die Hantierungen beim Herstellungsvorgang vor der endgültigen Ummantelung können bisher die seitlichen Kanten des Blockes abgeschlagen werden. Das neue Füllmaterial ergibt eine größere mechanische Festigkeit, da der ganze Block eine gleichmäßigere Struktur besitzt. Es wurde ferner festgestellt, daß die Schmiereigenschaften von Wollastonit besser sind als die Schmiereigenschaften von Ton. Infolgedessen ist nur ein geringerer Druck zum Formen erforderlich, der die nachteilige Wirkung des hohen Druckes auf die elektrischen Eigenschaften verkleinert, während gleichzeitig ein guter elektrischer Kontakt zwischen angrenzenden Siliziumkarbidkörnern erreicht wird. Das Wollastonit ergibt eine gleichmäßige und sehr reine Füllung in den Fugen zwischen angrenzenden Siliziumkarbidkörnern. Dadurch wird die Möglichkeit verringert, daß der Widerstandsblock infolge eines Durchschlages des Bindemittels zerstört wird.

Obwohl nur eine Ausführungsform des Widerstandsblockes in der Zeichnung dargestellt ist, soll noch eine weitere Anordnung beschrieben werden. Da der Schnitt nach der Fig. 2 für beide Formen der gleiche ist, wird eine weitere Darstellung nicht benötigt.

Es wurde festgestellt, daß Natriumsilikat beim Trocknen schrumpft, so daß sich mikroskopisch feine Risse an der Oberfläche ergeben. Eine derartige Oberfläche hat in starkem Maße die Neigung, Feuchtigkeit aufzunehmen, wobei das Material etwas quillt. Durch das Quellen kann der Kontakt zwischen den Körnern unterbrochen werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird Kaliumsilikat an Stelle von

Natriumsilikat verwendet, wobei die Gewichtsanteile von Siliziumkarbid, Kaliumsilikat und Wollastonit mit den Gewichtsanteilen von Siliziumkarbid, Natriumsilikat und Wollastonit identisch sind, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden. Das Kaliumsilikat zeigt keine Neigung, beim Trocknen an der Oberfläche zu reißen. Wegen seiner dichten Oberfläche absorbiert es Wasser nur sehr geringfügig. Deshalb ergibt sich bei der zweiten Ausführung zusätzlich zu den Vorteilen, die durch die Verwendung von Wollastonit als Füllmaterial erreicht werden, eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen die Absorption von Wasser und die sich daraus ergebenden Nachteile, die durch Ersatz des Natriumsilikates durch Kaliumsilikat erreicht wird.

Die Erfindung ergibt eine Verminderung der Anzahl von Ausfällen bei den Widerstandsblöcken für Überspannungsableiter, ohne daß die Einsatzspannung oder die Schließspannung der Blöcke beeinträchtigt wird. Die Einsatzspannung ist dabei diejenige Spannung, bei der der Block leitend wird und ohne weiteres bei steigender Spannung ableitet. Die Schließspannung ist die Spannung, bei der der Block den Ableitestrom

im abklingenden Teil der Überspannungswelle unterbricht.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Widerstandsblock aus Widerstandsmaterial mit spannungsabhängigem Widerstand, insbesondere aus Siliziumkarbid bestehender Widerstandsblock, für Überspannungsableiter mit einem Kalziumsilikat enthaltenden Zusatzstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Block als Füllstoff Wollastonit (Kalziummetasilikat) enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block zu 84,25°/» seines Gewichtes aus Siliziumkarbid, zu 10,75% bis 14,62% aus einem wasserlöslichen Silikat, insbesondere Natriumsilikat, und im wesentlichen dem gesamten Rest aus Wollastonit besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlösliches Silikat Kaliumsilikat verwendet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 645 870.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 905 769/407 3. 60-