DE1881598U - Steuerimpedanz, insbesondere fuer ueberspannungsableiter. - Google Patents

Description

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SfEMENS

SIEMENS-SCHUCKERTWErJCE AKTIENGESELLSCHAFT

Berlin und Erlangen Patent- und Lizenzabteilung

Φ BERLIN-SIEMENSSTADT

62/0040

S teuer impedanz, inst* e sondere für

ableiter.

Bs ist bekannt, zur Spannungssteuerung an elektrischen Geräten, inslie sondere an '"'"berspannungsalsleitern, S teuer impedanz en zu verwenden= Die Steuerimpedanzen sollen eine "bestimmte Terteilung der Spannung sicherstellen. Bei Ableitern, die aus einzelnen Äbleiterbausteinen zusatsmengesetzt sind, soll duren die Spannungssteuerung z.B. die durch unterschiedliche Srd-

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kapazitäten verursachte ungleichmäßige Spannungsverteilung beseitigt werden.

Als S teuer impedanzen verwendet man vielfach ohmsche Widerstände, u.a. auch mit spannungsabhängiger CharakterIstifc. Solche spannungsabhängigen Widerstände bestehen aus einem Widerstandsmaterial mit einem hohen spezifischen Widerstand, vor allem aus Siliziumkarbid, das mit Hilfe eines Bindemittels zu einem Widerstandsblock geformt ist. Auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Blockes sind leitende Schichten vorgesehen, die als elektrische Anschlüsse des Widerstandes dienen. Nachteilig ist bei ohmschen Steuerwiderständen, daß die Verlustleistung im Widerstand dem Steuerstrom direkt propOrtional ist. Der Steuerstrom ist deshalb durch die z.B. aufgrund der Wärmeabfuhr gegebene Verlustleistung begrenzt.

Zur Spannungssteuerung hat man auch Kondensatoren benutzt. Sie werden vor allem bei Schaltern eingesetzt, wo es auf den Platzbedarf nicht ankommt. Die Kapazitäten der Kondensatoren müssen nämlich verhältnismäßig groß sein, damit bei den üblichen niedrigen Betriebsfrequenzen von z.B. 50 Hz ein genügend großer Steuerstrom fließt. Die Kondensatoren beanspruchen daher verhältnismäßig viel Raum und sind ziemlich kostspielig.

Ksuerung

Die iMXMHig befaßt sich mit einer Steuerimpedanz, bestehend aus einem Block aus einem Widerstancigniaterial mit hohem spezifischen Widerstand, insbesondere Siliziumkarbid, und leitenden Schichten an zwei gegenüberliegenden Seiten des Blockes.

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S eu erungs gemäß

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ist iß dem Block ein Stoff mit einer hoben Dielektrizitätskonstante in feiiiv erteilt er Form enthalten.

Neuerung
Durch die :Sä?£5i®$ä8gxwird eine Steuerimpedanz geschaffen, die gleichzeitig sowohl einen ohmsehen als auch einen Steuerstrom führt. Im Vergleich zu ilen "bekannten ohmschen Steuerwiderstanden ergibt daraus sich eine vorteilhaft starke Steuerung, d.h. ein großer Steuerstrom, "bei hohen Frequenzen, also bei kurzzeitigen Vorgängen, die zu einem Ansprechen des Überspannungsabieiters führen sollen. Den bekannten Kondensatoren gegenüber kann die Kapazität der Steuerimpedanz nach

feuerung
der %&W§J®ßX£Z% kleiner gemacht werden, denn bei niedrigen Frequenzen ist die Steuerwirkung auch bei kleiner Kapazität deshalb genügend groß, weil dann der ohmsohe Widerstand der Steuerimpedana für den Steuerstrom sorgt. Diese Vorteile werden erreicht, ohne daß dazu, eine wesentliche Vergrößerung des Volumens im Vergleich zu den bekannten Steuermitteln notwendig ist. Ss ist nämlich zu berücksichtigen, daß die bekannten Keramikkondensatoren eine dickwandige Isolierstoffummantelung aufweisen müssen, um die notwendige elektrische Festigkeit zwischen den Anschlüssen zu erhalten. Diese Ummantelung trägt

Heuerung nichts zur Steuerung bei. Bei der S&SOSa&lig erhält man dagegen bei gleichem Volumen noch eine zusätzliche ohiasche Steuerung. Eine starke ummantelung ist nicht notwendig,,weil der Abstand der Anschlüsse größer ist.

Als Stoff mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ist in erster

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Linie Bariumtitanat (BaIiO*) geeignet. Bariumtitanat. hat eine relative Dielektrizitätskonstante zwischen 3000 und 5000 und ergibt auch "bei verhältnismäßig großen Abmessungen des Blockes, die im Hinblick auf den ohmschen liderstand vorteilhaft sein können, eine genügend große Kapazität, ferner kann Rutil (TiOg) als Stoff mit einer hohen Dielektrizitätskonstante verwendet werden, dessen relative Dielektrissitätskonste etwa bei 2000 liegt.

Der Anteil des Stoffes mit der hohen Dielektrizitätskonstante kann je naoh dem gewünschten Verhältnis von ohmscher zu kapazitiver Steuerung unterschiedlich gewählt werden. Er sollte nicht kleiner sein als 20$, weil sonst die kapazitive Wirkung der Steuerimpedanz im Vergleich zu der ohmschen Wirkung zu klein wird. Z.B. kann man äen Anteil so groß wählen, daß bei der Betriebsspannung mit einer Frequenz von 50 Hz die ohmsche Komponente des Stromes durch die Steuerimpedanz gleich der kapazitiven Komponente ist.

Um eine gute Verteilung des Stoffes mit einer hohen Dielektrizitätskonstante zu erhalten, macht man die Korngröße dieses Stoffes möglichst klein. Zweckmäßig ist die Korngröße wesentlich, und zwar um ein Mehrfaches kleiner als die des Widerstand smaterials. Als Bindemittel für Steuerimpedanzblöcke nach

feuerung
der En£±Mxmg sind insbesondere keramische Binder gut geeignet. Die Binder werden so ausgewählt, daß die Brenntemperatur nicht zu einer Zersetzung des Stoffes mit der hohen Dielektrizitätskonstante führt.

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Neuerung . Zur näheren Erläuterung der llStiiiMg wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben.

Der dargestellte Block 1 der Steuerimpedanz ist als Scheibe mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser beträgt etwa 1:3. Auf beiden Stirnseiten des Blockes ist eine Kupferschicht 2 bzw. 3 aufgespritzt. Die Schichten 2 und 3 dienen als elektrischer Anschluß. Durch den Abstand 4 zwischen ihnen und dem Rand der Scheibe wird die Gefahr von AuSenüberschlägen verringert. 2u dem gleichen Zweck kann man auf die Mantelflächen einen Isolieranstrich 5 aufbringen.

Die Scheibe besteht aus etwa 40 Gewichtsprozent körnigem Siliziumkarbid (SiG) mit einer Korngröße von etwa 10 ai, 40 Gewichtsprozent Bariumtitanat (BaTiG*) mit einer Korngröße von etwa 1m und Kaolin als keramischem Binder.

Das Bariumtitanat ist über die Seheibe 1 gleichmäßig verteilt, da die Widerstandsraasse vor dem Formen und Brennen gut durchgemischt wurde-. Deshalb ergibt sich eine mittlere relative Dielektrizitätskonstante des Widerstandsmaterials von etwa 1000 bis. 2000. Die Scheibe weist daher nicht nur eine spannungsabhängige ohmsche Leitfähigkeit auf. Sie wirkt zugleich als Kondensator mit den Schichten 2 und 3 als Belägen, also als frequenzabhängiger Blindleitwert.

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Neuerung
Die Steuerimpedanz nach der SsfiaatoKCg ist nicht nur für Überspannungsableiter geeignet. Sie kann, mit Vorteil auch für andere elektrische Geräte, z.B. für die erwähnten Leistungsschalter mit Mehrfachunterbrechung verwendet werden, ferner

Eeuerung

ist die Bsiimtosg: nicht auf die beim Ausführungsbeispiel dargestellte Scheibenforiu beschränkt. Die Steuerimpedanz nach

Eeuerung

der E3f££admag kann auch beispielsweise als ling oder dgl. aus gebildet sein.

6 Ansprüche

Claims (6)

9/830/3985 S chut zanspr liehe:

1. Steuerimpedanz, insbesondere für- Überspannungsableiter,, bestehend aus einem Block aus einem Widerstandsmaterial mit hohem spezifischen Widerstand, insbesondere Siliziumkarbid", und leitenden Schichten an zwei gegenüberliegenden Seiten des Blockes, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Block ein Stoff mit einer hohen Dielektrizitätskonstante in feinvertellter Porm enthalten ist.

2. Steuerimpedanz nach Anspruch. 1, gekennzeichnet durch Barium-.titanat (BaIiO-) eis Stoff mit einer hohen Dielektrizitätskonstante .

3. Steuerimpedanz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Hutll (TjOyJ.. als Stoff mit einer hohen-Dielektrizitätskonstanteo

4» Steuerimpedanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Stoffes mit einer hohen Dielektrizitätskonstante mindestens 2Ofo beträgt.

5. Steuerimpedanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Korngröße des Stoffes mit einer hohen Dielektrizitätskonstante wesentlich, vorzugsweise um das Mehrfache, kleiner ist als die Korngröße des Widerstandsmaterials.

6. Steuerimpedanz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen

keramischen Binder.