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Überspannungsableiter In dem Hautppatent ist ein Überspannungsableiter
angegeben, bei dem die Überspannungsenergie durch viele parallele Lichtbogenentladungen
in engen, von Isoliermaterial umgebenen Kanälen abgeleitet wird. Als Kanäle dienen
zweckmäßig die Poren einer porösen Scheibe aus Isoliermaterial. Die vorliegende
Erfindung bringt eine Verbesserung des Überspannungsableiters nach dem Hauptpatent,
in dem der Ableiter zum Abführen größerer Strommengen geeignet gemacht wird. Dies
wird dadurch erreicht, daß mehrere Scheiben aus porösem Isoliermaterial, deren oberste
Schichten leitend gemacht sind, in Richtung des Stromdurchganges übereinander angeordnet
sind.
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Um die obersten Schichten der Platte leitend zu machen, werden sie
beispielsweise in eine Lösung, die leitendes Material enthält, eingetaucht. Eine
solche Lösung kann aus einer dünnen Wasserglaslösung bestehen, mit der pulverisierte
leitende Teilchen, z. B. Ruß, vermengt sind. Die Scheibe wird der Einwirkung der
Lösung so lange -ausgesetzt, bis eine Schicht von etwa 1/2 bis s/4 mm sich mit den
leitenden Teilchen vollgesogen hat, so daß die Poren mit Ruß angefüllt sind und
so die gesamte Oberfläche im Vergleich zu der übrigen Masse der Scheibe gut leitend
geworden ist. An Stelle des Wasserglases, in dem Ruß fein verteilt ist, kann auch
eine andere Lösung verwendet werden, welche die Poren der Scheibe mit leitendem
Material anfüllt. Durch diese Behandlung der Scheibe wird der Strom der überspannungsenergie
über die gesamte Oberfläche der Scheibe gleichmäßig verteilt, so daß die Gefahr
einer Konzentration des Stromes an einer Stelle und damit ein Durchschlag, d. h.
eine Zerstörung der Scheibe, vermieden wird. Durch die gleichmäßige Verteilung des
Stromes auf die gesamte Scheibenoberfläche werden alle Poren der Scheibe gleichmäßig
zur Ableitung der Überspannungsenergie herangezogen; infolgedessen kann eine große
Strommenge abgeführt werden.
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Die aufeinandergelegten Scheiben werden zweckmäßig durch leitendes
Material miteinander verkittet. Hierzu kann man ebenfalls vorteilhaft eine Mischung
von flüssigem Wasserglas
und Ruß verwenden. Durch die Verkittung
wird eine gute mechanische Festigkeit des Ableiters erreicht. Außerdem trägt der
leitende Kitt ebenfalls zu einer guten Strom' verteilung über die gesamte Oberfläche
duz: Scheibe bei. Das über die Ränder der Sche%'K ben hinausgepreßte kittende Material
kann durch Waschen mit.Wasser oder aber durch Schleifen entfernt werden.
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Sowohl nach dem Behandeln der Scheiben mit der Lösung als auch nach
dem Kitten müssen diese einem entsprechenden Trockenprozeß ausgesetzt werden, und
zwar müssen die mit Wasserglas zusammengekitteten Scheiben etwa 6 Stunden bei 7o°
C getrocknet und danach ebenfalls etwa 6 Stunden einer Temperatur von i 5o' C ausgesetzt
werden.
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In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel eines Überspannungsäbleiters
nach der Erfindung im Schnitt dargestellt. Darin sind ja, ib, Ir Scheiben
aus porösem Isolationsmaterial. Ferner sind Endscheiben 2a und 2b mit verhältnismäßig
niedrigem Widerstand vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Endscheibe
an jedem Ende angeordnet; es können jedoch auch mehrere Scheiben vorgesehen werden,
um die Höhe des Widerstandes beliebig wählen zu können. Die verschiedenen Platten
hohen und niedrigen Widerstandes werden zusammengehalten durch leitende Kittschichten
3 und sind durch leitende Platten 4.2"4b abgedeckt, an denen die Verbindung zur
Erde bzw. über eine Funkenstrecke io zu der zu schützenden Leitung angebracht ist.
Zweckmäßig sind die Scheiben niedrigen Widerstandes an den Außenseiten mit Kupferüberzügen
versehen, um einen guten Kontakt zwischen den metallischen Platten 4a und 4b und
dem Überspannungsableiter herbeizuführen. Die Außenfläche des Ableiters ist mit
einem Mantel 5 aus Isoliermaterial, beispielsweise Schellack, überzogen, um einen
Überschlag an den Rändern der Scheiben zu vermeiden.
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Wie bereits in dem Hauptpatent ausgeführt ist, dienen die engen Kanäle,
d. h. .die Poren der Scheiben, dazu, -die Spannung, bei der sämtliche Lichtbögen
im Ableiter unterbrochen werden, heraufzusetzen. Dies ist dadurch zu erklären, daß
die Lichtbögen durch die Kanalwände in ihrem Querschnitt eingeengt werden und infolgedessen
die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens nötige Spannung höher ist. Werden die
Poren nicht mehr von dem Lichtbogen ausgefüllt, so wird der Lichtbogen durch die
stark entionisierende Wirkung der Wände schnell gelöscht. Weiterhin ist im Hauptpatent
auf die Wirkung fein verteilter Teilchen auf den Kanalwänden hingewiesen, durch
welche die Spannung herabgesetzt wird, bei welcher der Lichtbogen eingeleitet wird.
Dies ist auf die Spitzenwirkung der leitenden Teilchen zurückzuführen, die durch
die hohe statische Spannung vor der :Entladung hervorgerufen wird und zur Ionis4tion
der in- den Kanälen enthaltenen Gase 'ftziirt, so daß der Lichtbogenüberschlag her-,vorgerufen
wird und zur Ionisation der in den Kanälen enthaltenen Gase führt, so daß der Lichtbogenüberschlag
leichter als ohne leitende Teilchen erfolgt. Eine solche feine Verteilung von leitenden
Teilchen auf dem Kanal wird nach dem Hauptpatent dadurch erzielt, daß dem porösen
Isolationsmaterial fein verteiltes leitendes Material zugesetzt wird. Ein weiterer
Vorteil, der durch diesen Zusatz erreicht wird, liegt darin, daß die Ansprechspannung
der verschiedenen Poren, die naturgemäß verschieden lang und von verschiedener Weite
sind, einander angeglichen wird, da die Wirkung dieser Teilchen in den engen Kanälen
erheblich größer ist als in den weiten Kanälen. Infolgedessen erhält der Ableiter
eine ausgesprochen scharfe Ventilwirkung, wie sie in Fig.2 dargestellt ist. Aus
dem Diagramm ist zu erkennen, daß Ansprech- und Sperrspannung einander stark genähert
sind, so daß der Ableiter den an ihn gestellten Anforderungen vollkommen entspricht.
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In Fig.3 ist die Abhängigkeit der Sperrspannung von der Änderung des
Scheibenwiderstandes dargestellt, und zwar bei Scheiben von 5 cm Durchmesser und
3 mm Dicke und mit einem Porendurchmesser von etwa 3 # i0-5 mm. Bei Widerständen
bis zu 35 ooo Ohm/Scheibe nimmt die Kurve einen fast geradlinigen Verlauf mit einem
Anstieg von etwa 40 Volt/iooo Ohm. Oberhalb der 35 ooo-Ohm-Grenze verläuft die Kurve
annähernd parallel zur Abzisse, so daß die Verwendung eines Materials mit höherem
Widerstand keine Vorteile mehr bringt. Der günstigste Wert wird also bei einem Widerstand
von 35 000 Ohm/Scheibe, d. h. einem spei. Widerstand von etwa 2 Megohm/Zentimeter,
erreicht, bei dem eine gute Stromabführung sicher ist. Eine einzelne derartige Scheibe
hat eine Sperrspannung von i6oo Volt, wie aus der Kurve in Fig.3 zu ersehen ist.
Eine Scheibe ohne besondere Mittel für eine gute Stromverteilung wird einen Entladungsstrom
von etwa 6o Ampere abführen und durch höhere Stromwerte zerstört oder durchgeschlagen
werden. Ein Ableiter nach der Erfindung dagegen ist in der Lage, Ströme in der Größenordnung
von iooo Ampere abzuführen.
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Die porösen Scheiben," die für den Über= spannungsableiter nötig sind,
kann man durch entsprechende Behandlung der durch den Kathodenfallableiter (Autovalvearrester)
bekanntgewordenen
Scheiben erhalten. Diese Scheiben bestehen aus
Kaolin, Carborundum und Ruß und besitzen einen spezifischen Widerstand von etwa
i bis Zoo Ohm/Zentimeter. Man kann diese Scheiben @so weit erhitzen, daß der Ruß
oxydiert, und erhält dadurch poröse Scheiben mit dem i04- bis iosfachen Widerstand.