DE102009006545B4

DE102009006545B4 - Überspannungsableiter und Anordnung von mehreren Überspannungsableitern zu einem Array

Info

Publication number: DE102009006545B4
Application number: DE102009006545.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Zimmermann Gero
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: CN102301550A; US20120019972A1; CN102301550B; WO2010086286A1; JP2012516528A; KR101622430B1; EP2392058A1; KR20110119753A; DE102009006545A1; US8526157B2; JP5529893B2

Abstract

Überspannungsableiter aufweisend, einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper (1), der durch einen ersten ringförmigen Keramikkörper (2) und zwei voneinander beabstandete Elektroden (3) gebildet ist, wobei im Innenraum (4) des Ableiterkörpers (1) ein vom ersten Keramikkörper (2) beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper (5) angeordnet ist, der eine Bauhöhe (H5) aufweist, die geringer ist als die Bauhöhe (H2) des ersten Keramikkörpers (2), und wobei die Elektroden (3) als Stiftelektroden ausgebildet sind, deren Elektrodenkörper identisch und einstückig sind und die jeweils eine Außenseite (10) und eine Innenseite (7) haben, wobei die Außenseite (10) jeder Elektrode (3) die Form der Innenseite (7) der jeweils anderen Elektrode (3) hat.

Description

Aus der Druckschrift DE 10 2005 036 265 A1 ist ein Überspannungsableiter bekannt. Auch die DE 10 2008 029 094 A1 , DE 101 40 950 A1 und DE 29 34 237 A1 zeigen Überspannungsableiter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfachen, kostengünstig herzustellenden Überspannungsableiter anzugeben, der eine hohe Folgestrombelastbarkeit aufweist.
Die Aufgabe wird durch einen Überspannungsableiter sowie eine Anordnung von Überspannungsableitern zu einem Array nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es wird ein Überspannungsableiter angegeben, der einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper aufweist, der durch einen ringförmigen Keramikkörper und zwei voneinander beabstandete Elektroden gebildet ist. Im Innenraum des Ableiterkörpers ist ein vom ersten Keramikkörper beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper angeordnet. Der zweite Keramikkörper weist eine Bauhöhe auf, die geringer ist als die Bauhöhe des ersten Keramikkörpers. Die Elektroden sind als Stiftelektroden ausgebildet sind, deren Elektrodenkörper identisch und einstückig sind und die jeweils eine Außenseite und eine Innenseite haben, wobei die Außenseite jeder Elektrode die Form der Innenseite der jeweils anderen Elektrode hat.
In einer Ausführungsform des Überspannungsableiters ist wenigstens eine Innenseite der Elektroden des Ableiters teilweise innerhalb eines zylindrischen Raums angeordnet, der durch die Innenabmessung des zweiten Keramikkörpers bestimmt ist.
Wenigstens eine Innenseite der Elektrode, der innerhalb des zylindrischen Raums angeordnet ist, ist vorzugsweise als plane Fläche ausgebildet, die eine Waffelung umfassen kann.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Innenseiten der Elektroden derart ausgebildet, dass sie wenigstens zwei zueinander parallel angeordnete plane Flächen aufweisen.
Auf den Innenseiten der Elektroden kann bereichsweise eine Aktivierungsmasse aufgebracht sein. Die Aktivierungsmasse ist vorzugsweise im Bereich der planen Flächen der Innenseiten der Elektroden angeordnet und bedeckt diese teilweise beziehungsweise vollständig.
In einer Ausführungsform des Überspannungsableiters sind auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers ein oder mehrere Zündstriche angeordnet beziehungsweise aufgebracht.
Durch die Verwendung von Zündstrichen auf den Innenflächen des ersten Keramikkörpers sowie das Aufbringen einer Aktivierungsmasse auf den Elektroden können das Zündverhalten und die Belastbarkeit des Überspannungsableiters optimiert beziehungsweise beeinflusst werden.
Der zweite Keramikkörper des Überspannungsableiters ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich Abdampfungen von Elektrodenmaterial beziehungsweise von Materialien der Aktivierungsmasse oder der Zündstriche, die in Folge einer Strombelastung des Überspannungsableiters auftreten können, größtenteils auf der Innenseite des zweiten Keramikkörpers ablagern. Dadurch wird eine Bedampfung beziehungsweise Ablagerung der Abdampfungsrückstände auf der Innenwand des ersten Keramikkörpers vermieden, so dass ein ausreichend hohes Isolationsniveau und eine hinreichend niedrige Zündspannung des Überspannungsableiters über seine gesamte Lebensdauer gewährleistet ist. Abdampfungsrückstände auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers könnten zu Isolationsfehlern sowie zu einer Deaktivierung der Zündstriche führen, wodurch sich das Ansprechverhalten des Überspannungsableiters verschlechtern würde.
Das Material des ersten und zweiten Keramikkörpers umfasst in einer Ausführungsform eine Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃).
Die Elektroden des Überspannungsableiters weisen vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Schmelztemperatur auf. In einer bevorzugten Ausführungsform des Überspannungsableiters bestehen die Elektroden aus Wolframkupfer (WCu).
Vorzugsweise weisen die Elektroden einen Durchmesser von weniger als 10 mm auf.
In einer Ausführungsform weist der Ableiter eine Leistungsdichte von größer als 130 W/mm³ im Folgestromfall auf.
Die zuvor beschriebenen Überspannungsableiter können in einem Array angeordnet werden, das wenigstens zwei zuvor beschriebene Überspannungsableiter umfasst, wobei zwei direkt benachbarte Überspannungsableiter des Arrays eine gemeinsame Elektrode aufweisen.
In einer Ausführungsform ist die Anordnung derart ausgebildet, dass die gemeinsame Elektrode als beidseitig genutzte Stiftelektrode ausgebildet ist.
Die Überspannungsableiter sind mechanisch fest miteinander verbunden. Nach der Schlusslötung, bei der bevorzugt ein Gasgemisch hoher Wärmeleitfähigkeit und druckabhängig leicht einstellbarer Durchschlagfestigkeit verwendet wird, liegen somit hermetisch dichte, gasgefüllte Überspannungsableiter mit definiert eingestellten, statischen und dynamischen Zündeigenschaften, hoher Brennspannung und sehr hoher Leistungsdichte bei Folgestrombelastung vor.
Ein wie zuvor beschriebenes Array kann beispielsweise bei einer Anzahl von 18 Überspannungsableitern, die in Reihe geschaltet sind oder zusammen eine kompakte Reihenschaltung bilden, prospektiv ein Folgestromvermögen der Gesamtanordnung von ≥ 30 kA aufweisen.
Durch die Verwendung einfacher, leicht aneinander reihbarer Grundelemente und eines wie zuvor beschriebenen Aufbaus des Überspannungsableiters kann somit eine erhebliche Kosten- und Volumenreduzierung der Gesamtanordnung gegenüber vergleichbaren Überspannungsableitern ohne einem zweiten, inneren Keramikkörper erreicht werden. Eine Volumenreduzierung von größer als 40% ist möglich.
Die zuvor beschriebene Anordnung von mehreren Überspannungsableitern wird vorzugsweise in Hauptstromversorgungssystemen baulicher Anlagen zwischen einem Außenleiter und einem Neutralleiter eingesetzt.
Die oben beschriebenen Gegenstände sowie die Anordnung werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen, vielmehr können die Darstellungen in einzelnen Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau eines einzelnen Überspannungsableiters,
2 eine Anordnung von mehreren Überspannungsableitern, die eine gemeinsame Elektrode aufweisen.
In der 1 ist ein schematischer Aufbau eines Überspannungsableiters gezeigt. Der Überspannungsableiter weist einen Ableiterkörper 1 auf, der einen ersten Keramikkörper 2 umfasst. Der Überspennungsableiter weist zwei Elektroden 3 auf, die in der dargestellten Ausführungsform als Stiftelektroden ausgeführt sind. Jede der Elektroden 3 weist einen Elektrodenkörper auf, der eine Außenseite 10 und eine Innenseite 7 aufweist. Die Innenseite 7 der Elektroden 3 ist teilweise mit einer Aktivierungsmasse 9 beschichtet. Die Innenseiten 7 der gegenüber angeordneten Elektroden 3 weisen vorzugsweise parallel zueinander angeordnet Flächen auf. Die Außenseite 10 der Elektroden 3 ist in der Figur außerhalb des Überspannungsableiters angeordnet. Jeder der Elektrodenkörper umfasst an seiner Außenseite 10 die Form der Innenseite 7 der Gegenelektrode und eignet sich deshalb besonders gut für eine Reihenschaltung von Überspannungsableitern. Die Elektrodenkörper sind dadurch identisch und einstückig. Im Innenraum 4 des Überspannungsableiters, der durch die Innenabmessungen des ersten Keramikkörpers 2 bestimmt wird, ist ein zweiter Keramikkörper 5 angeordnet. Der erste Keramikkörper 2 weist eine Höhe H2 auf, die größer ist als die Höhe H5 des zweiten Keramikkörpers 5. Die Innenseiten 7 der Elektroden 3 ragen in einen zylindrischen Raum 6, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers 5 bestimmt ist. Auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers 2 sind Zündstriche 8 angeordnet. Der zweite Keramikkörper 5 des Überspannungsableiters ist derart ausgebildet, dass sich Abdampfungen von Material der Elektroden 3 beziehungsweise von Materialien der Aktivierungsmasse 9 oder der Zündstriche 8, die in Folge einer Strombelastung des Überspannungsableiters auftreten können, größtenteils auf der Innenseite des zweiten Keramikkörpers 5 ablagern. Dadurch wird eine Bedampfung beziehungsweise Ablagerung der Abdampfungsrückstände auf der Innenwand des ersten Keramikkörpers 2 vermieden.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anordnung von mehreren Überspannungsableitern, die zu einem Array angeordnet sind. Jeder der Überspannungsableiter weist einen Ableiterkörper 1 auf, der einen ersten Keramikkörper 2 umfasst. Die Ableiterkörper 1 weisen einen Innenraum 4 auf, der durch die Innenabmessungen des ersten Keramikkörpers 2 bestimmt ist. Auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers 2 sind Zündstriche 8 angeordnet. Im Innenraum 4 des Ableiterkörpers 1 ist ein zweiter Keramikkörper 5 angeordnet. Zwei direkt benachbarte Überspannungsableiter weisen eine gemeinsame Elektrode 3 auf. Die Elektrode 3 ist derart ausgebildet, dass eine Seite der Elektrode 3 eine Innenseite 7 einer Elektrode 3 eines ersten Überspannungsableiters bildet. Die Innenseite 7 der Elektrode 3 ragt wenigstens teilweise in den zylindrischen Raum 6, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers 5 des Überspannungsableiters bestimmt ist. Die zweite Seite der Elektrode 3 bildet die Außenseite 10 der Elektrode 3 des ersten Überspannungsableiters und ragt gleichzeitig als Innenseite 7 der Elektrode 3 in den zylindrischen Raum 6 eines zweiten benachbarten Überspannungsableiters. Die einzelnen Überspannungsableiter sind miteinander mechanisch fest verbunden, wobei der Ableiterkörper 1 mit einem Gasgemisch hoher Wärmeleitfähigkeit und druckabhängig leicht einstellbarer Durchschlagfestigkeit gefüllt ist.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildungen der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass die Überspannungsableiter Elektroden mit nahezu beliebiger Form aufweisen.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt; vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen, soweit technisch sinnvoll, beliebig miteinander kombiniert werden.
Nichtsdestotrotz ist der Schutzumfang der Erfindung einzig durch die Patentansprüche bestimmt.
Bezugszeichenliste

1: Ableiterkörper
2: erster Keramikkörper
3: Elektrode
4: Innenraum des Ableiterkörpers 1
5: zweiter Keramikkörper
H2: Höhe des ersten Keramikkörpers
H5: Höhe des zweiten Keramikkörpers
6: zylindrischer Raum, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers 5 bestimmt ist
7: Innenseite der Elektrode 3
8: Zündstrich
9: Aktivierungsmasse
10: Außenseite der Elektrode 3

Claims

Überspannungsableiter aufweisend, einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper (1), der durch einen ersten ringförmigen Keramikkörper (2) und zwei voneinander beabstandete Elektroden (3) gebildet ist, wobei im Innenraum (4) des Ableiterkörpers (1) ein vom ersten Keramikkörper (2) beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper (5) angeordnet ist, der eine Bauhöhe (H5) aufweist, die geringer ist als die Bauhöhe (H2) des ersten Keramikkörpers (2), und wobei die Elektroden (3) als Stiftelektroden ausgebildet sind, deren Elektrodenkörper identisch und einstückig sind und die jeweils eine Außenseite (10) und eine Innenseite (7) haben, wobei die Außenseite (10) jeder Elektrode (3) die Form der Innenseite (7) der jeweils anderen Elektrode (3) hat.
Überspannungsableiter nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Innenseite (7) einer der Elektroden (3) teilweise innerhalb eines zylindrischen Raums (6) angeordnet ist, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers (5) bestimmt ist.
Überspannungsableiter nach Anspruch 2, wobei die Innenseite (7) der Elektrode (3), die innerhalb des zylindrischen Raums (6) angeordnet ist, als plane Fläche ausgebildet ist, die eine Waffelung umfasst.
Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenseiten (7) der Elektroden (3) derart ausgebildet sind, dass sie zwei zueinander parallel angeordnete plane Flächen aufweisen.
Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers (2) Zündstriche (8) aufgebracht sind.
Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf den Innenseiten (7) der Elektroden (3) wenigstens bereichsweise eine Aktivierungsmasse (9) aufgebracht ist.
Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Keramikkörper (2) und zweite Keramikkörper (5) Al₂O₃ umfassen.
Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (3) WCu enthalten.
Anordnung von Überspannungsableitern zu einem Array, aufweisend einen ersten und einen zweiten Überspannungsableiter, die direkt benachbart sind und eine gemeinsame Elektrode (3) mit einer ersten und zweiten Seite aufweisen, wobei der erste Überspannungsableiter mit einem gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper (1), der durch einen ersten ringförmigen Keramikkörper (2) und zwei voneinander beabstandeten Elektroden (3), von denen eine die gemeinsame Elektrode (3) ist, gebildet ist, wobei im Innenraum (4) des Ableiterkörpers (1) ein vom ersten Keramikkörper (2) beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper (5) angeordnet ist, der eine Bauhöhe (H5) aufweist, die geringer ist als die Bauhöhe (H2) des ersten Keramikkörpers (2), und wobei der zweite Überspannungsableiter mit einem gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper (1), der durch einen ersten ringförmigen Keramikkörper (2) und zwei voneinander beabstandeten Elektroden (3), von denen eine die gemeinsame Elektrode (3) ist, gebildet ist, wobei im Innenraum (4) des Ableiterkörpers (1) ein vom ersten Keramikkörper (2) beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper (5) angeordnet ist, der eine Bauhöhe (H5) aufweist, die geringer ist als die Bauhöhe (H2) des ersten Keramikkörpers (2), und wobei die Elektroden (3) als Stiftelektroden ausgebildet sind, deren Elektrodenkörper identisch und einstückig sind, und wobei die erste Seite der gemeinsamem Elektrode (3) eine Innenseite (7) einer der Elektroden (3) des ersten Überspannungsableiters bildet, sodass die Innenseite (7) wenigstens teilweise in einen zylindrischen Raum (6), der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers (5) des ersten Überspannungsableiters bestimmt ist, ragt und wobei die zweite Seite eine Außenseite (10) der Elektrode (3) des ersten Überspannungsableiters ist und gleichzeitig als Innenseite (7) einer der Elektroden (3) des zweiten Überspannungsableiters in einen zylindrischen Raum (6) des zweiten benachbarten Überspannungsableiters, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers (5) des zweiten Überspannungsableiters bestimmt ist, ragt.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Überspannungsableiter mechanisch fest miteinander verbunden sind.