CN100355164C - 过压保护装置 - Google Patents

Abstract

一种过压保护装置，带有一个第一电极(1)、一个第二电极(2)、一个在这两个电极(1，2)之间存在或作用的空气击穿火花隙(3)以及一个装纳电极(1，2)的外壳，其中当空气击穿火花隙(3)点燃时，在第一电极(1)和第二电极(2)之间产生一个电弧(4)。本发明提出一种过压保护装置，其特征在于具有很高的电网续流淬熄能力，但却可以结构简单地实现，具体说，为第一电极(1)和第二电极(2)配置一个第三电极(5)，在第一电极(1)和第三电极(5)之间有一个第二空气击穿火花隙(6)存在或作用，第三电极(5)通过至少一个阻抗尤其是一个压敏电阻(7)直接地或间接地与第二电极(2)连接，在冲击电流通过第一电极(1)、第一空气击穿火花隙(3)和第二电极(2)放电后，剩余的电弧(4)可从第一空气击穿火花隙(3)带到第二空气击穿火花隙(6)，尤其是通过气动或磁力灭弧。

Description

过压保护装置

技术领域

本发明涉及一种过压保护装置，带有一个第一电极、一个第二电极、一个在这两个电极之间存在的或作用的空气击穿火花隙和一个装纳电极的外壳，其中当空气击穿火花隙点火时在第一电极和第二电极之间产生一个电弧。

背景技术

电气的，尤其是电子的测量、控制、调节和开关电路，主要还有无线通信装置和设备，对瞬时过压很敏感，例如尤其是因大气放电引起的过压，当然还有在供电网中进行开关操作或短路而可能出现的过压。这种敏感性在使用电子元件尤其是晶体管和晶闸管时增大；主要是随着采用的集成电路程度加大由于瞬时过压产生的危险就不断增大。

电气电路通常以其特定的电压，额定电压，无故障地工作。但这不适用于出现过压时。所谓过压是指所有高于额定电压上限的电压。对此的例子有，由于大气放电引起的过压，当然还有在供电网中进行开关操作或短路而可能出现的过压，并可能会电流地、感应地或电容地馈入到电气电路中。为了使电气的或电子的电路尤其是电子测量、控制、调节和开关电路，主要也是无线通信装置和设备中应用的这些电路免受瞬时过压，发明了过压保护装置，并早在二十多年前就已知。

这里所说的过压保护装置的主要组成部分是至少一个火花隙，该火花隙在一定的过压即触发电压下触发并由此避免在受过压保护装置保护的电路中出现大于火花隙触发电压的过压。

如开头所述，本发明的过压保护装置有两个电极和在这两个电极之间存在的或作用的空气击穿火花隙。除了带有一个空气击穿火花隙的过压保护装置外，还有一种带有一个空气飞弧火花隙的过压保护装置，其中在触发时出现一种飞弧放电。带有空气击穿火花隙的过压保护装置相对带有空气飞弧火花隙的过压保护装置的优点是冲击电流承载能力较高，但缺点是触发电压较高，而且不是特别恒定。因此已经就改善触发电压方面建议了各种带有空气击穿火花隙的过压保护装置。这里在电极部位或者在电极之间作用的空气击穿火花隙部位以各种方式实现点火辅助，例如，在电极之间设置至少一个触发飞弧放电的点火辅助器，其至少部分在伸到空气击穿火花隙中，并实施为条状，用塑料制成。

开头和前面所述类型的过压保护装置由DE4402615C2中可知。这种已知的过压保护装置具有两个窄的电极，分别设计为角状，各有一个火花弧角(Funkenhorn)和一个从该火花弧角弯折出的连接腿。此外，电极的火花弧角在其邻近连接腿的部位有一个孔。这个设置在电极火花弧角内的孔用来在触发过压保护元件的瞬间也就是点火瞬间使所产生的点火通过一种热压力作用“行驶起来”，也就是从其产生位置移开。因为电极的火花弧角相互布置成V形，所以在电弧移开时由电弧搭接的间隙变大，从而也提高了电弧电压。

在空气击穿火花隙点火时，由于所产生的电弧在两个电极之间产生了一种低阻抗的连接。由此在临近电源电压时通过过压保护装置引起一种不希望的电网续流，因此希望在放电过程结束后使电弧尽可能快地熄灭。实现这一目的的一种方案是加大电弧长度从而加大电弧电压。这种方案在由DE4402615C2中已知的过压保护装置中得以实现。其缺点是，电极的几何尺寸较大，因而也影响了某些几何指标。

另一种熄灭电弧的方案是，通过绝缘材料壁的冷却作用以及采用由气体放出的绝缘材料的冷却作用来冷却电弧。这里要求一种淬熄气体的强烈流动，这造成了很高的构造成本。

发明内容

本发明的任务是提供一种所述类型的过压保护装置，其特征在于具有很高的电网续流淬熄能力，但却能够构造简单地实现。

为了解决前述任务，本发明提出一种过压保护装置，带有一个第一电极、一个第二电极、一个在这两个电极之间存在的第一空气击穿火花隙以及一个装纳电极的外壳，其中当第一空气击穿火花隙点燃时，在第一电极和第二电极之间产生一个电弧，其特征在于，为第一电极和第二电极配置一个第三电极，在第一电极和第三电极之间有一个第二空气击穿火花隙存在，第三电极通过至少一个阻抗直接地或间接地与第二电极连接，在冲击电流通过第一电极、第一空气击穿火花隙和第二电极放电后，剩余的电弧可从第一空气击穿火花隙带到第二空气击穿火花隙。

如同现有技术，本发明的过压保护装置也通常平行于待保护电路或待保护设备或待保护仪器的输入端。两极过压保护装置与导线或接头也是电气具体说是电流地连接，在它们之间存在工业上的工作电压。下面如通常所述描述第一导线或第一接头为带电压的，而第二导线或第二接头为接地的。采用这种术语，则通常情况是，过压保护装置的第一电极与带电压的导线或带电压的接头连接，过压保护装置的第二电极与大地连接。很显然，本发明的过压保护装置的连接也可以反过来，当然，本发明的过压保护装置也不仅用于保护工作电压为交流电压的电路，相反，本发明的过压保护装置毫无疑问也可用于待保护电路的工作电压为直流电压的情况。

对于过压保护装置，如前所述，第三电极通过至少一个阻抗直接或间接地与第二电极连接。直接连接是指，第三电极在本发明的过压保护装置内部与第二电极连接。第三电极与第二电极的间接连接是指这种连接在本发明过压保护装置的外面实现，例如通过将过压保护装置设计为三极，第二电极和第三电极都接地。

在本发明的过压保护装置中，当临近触发电压时，如现有技术中的通常情况，在第一电极和第二电极之间空气击穿火花隙点火。此时为了改善过压保护装置的触发特性，如现有技术中已知的，在电极部位或者在电极之间作用的空气击穿火花隙部位可实现一种已知的辅助点火。同样已知，通过点火的火花隙使冲击电流放电。为了压制可能的电网续流或者熄灭出现的电网续流，按照本发明，剩余的电弧从第一空气击穿火花隙带到第二空气击穿火花隙。由于第三电极不象第二电极那样直接地，而是通过至少一个阻抗尤其是一个压敏电阻接地，现在对于过压保护装置来说就有一个冲击式的增大的阻抗作用，从而避免了电网续流或者使存在的电网续流淬熄。通过接在第三电极后面的阻抗，在第一电极或带电压的导线或带电压的接头与大地之间存在一个分压器，该分压器用于当临近电网电压时使在第一电极和第三电极之间的分电压小于电弧的工作电压，从而这种分压不再足以维持电弧。

在冲击电流放电之后剩余的电弧如何从第一空气击穿火花隙带到第二空气击穿火花隙或者从第一电极和第二电极到第一电极和第三电极的形式和方式，可以通过各种措施来实现，尤其是如前所述，通过气动或磁力灭弧。气动灭弧可以通过由电弧热所产生的气流或等离子流适当导向来实现。实现该措施的本发明过压保护装置的一种优选实施形式特征在于，外壳和/或第三电极至少有一个开口，通过该开口产生一种压力平衡，该压力平衡使气流或等离子流能够很好地从第二电极扩展到第三电极。随着气流或等离子流从第二电极向第三电极方向扩展，电弧的足点从第二电极移向第三电极。

已触发的磁力灭弧可以这样来实现，即，过压保护装置的电气连接以已知的方式这样相互布置，使得冲击电流产生这样一种磁场，即电弧从第一空气击穿火花隙带到第二空气击穿火花隙或者从第一电极和第二电极带到第一电极和第三电极。

很显然，在本发明的过压保护装置中，不仅可以实现剩余电弧的气动灭弧而且可以实现磁力灭弧。

本发明的原理原则上是与过压保护装置的具体结构无关的，尤其是与电极的类型和形状、空气击穿火花隙的结构或者辅助点火的使用情况无关。但下面还是给出两个优选实施例来简述本发明的过压保护装置。

本发明过压保护装置的第一个优选实施例的特征在于，外壳基本呈圆柱形，第一电极是棒状的中间电极，第二电极和第三电极设计为圆柱形的外部电极并绕第一电极对中布置，第一电极和第三电极以一定轴向间距相互布置，从而第一电极的一部分被第二电极包围，第一电极的另一部分被第三电极包围。在本发明过压保护装置的这种结构中，电弧平行于第一电极的纵向从第二电极吹向第三电极，例如，通过在第三电极中或者在第三电极到外壳的过渡部位设置至少一个径向开口。

本发明过压保护装置的第二个优选实施例的特征在于，第一电极设计为扁平的圆盘，第二电极和第三电极相对第一电极布置，第二电极位于第一电极中央部位，第三电极绕第二电极对中布置。通过电极的这种结构和布置可以使过压保护装置的结构高度很小。此外有利的是，第三电极不是圆环形的，而是圆环扇形段形的，尤其是半圆形，从而使第三电极只是部分地对中包围第二电极。更有利的是，在本发明过压保护装置的这种实施形式中，第一电极和第二电极之间的轴向间距小于第一电极和第三电极之间的轴向间距。这可以通过第二电极或第三电极的不同结构高度或布置来实现。由于第一电极和第二电极之间的间距小于第一电极和第三电极之间的间距，保证了首先是第一电极和第二电极之间的空气击穿火花隙点火，冲击电流通过该空气击穿火花隙也就是通过第一电极和第二电极放电。

附图说明

具体说本发明的过压保护装置有许多种设计和改进方案。对此在下面结合附图对优选实施例的描述中也给出了说明。图示为：

图1本发明过压保护装置中电极布置的作用原理示意图，

图2本发明过压保护装置的第一个实施例的原理草图，

图3根据图2所示的本发明过压保护装置实施形式中电极布置示意图的部分截面图，

图4本发明过压保护装置的第二个实施例的原理草图，

图5过压保护装置第二个实施例的截面图，

图6过压保护装置第二个实施例的俯视图。

具体实施方式

图1示出了本发明过压保护装置的作用原理，该过压保护装置首先由一个第一电极1和一个第二电极2以及一个在两个电极1，2之间作用的空气击穿火花隙3组成。这种过压保护装置是用于保护电气电路或者说设备或仪器的电气电路。如果出现一个大于过压保护装置的触发电压的瞬时过压，则该过压保护装置触发，也就是，空气击穿火花隙3点燃，在第一电极1和第二电极2之间产生一个电弧4。

通过该电弧在第一电极1和第二电极2之间产生一种较低欧姆的连接，从而在临近工作电压时可以使不希望有的电网续流通过过压保护装置流走。

在本发明的过压保护装置中，这样避免出现电网续流或者淬熄出现的电网续流，即，为第一电极1和第二电极2配置了一个第三电极5，在第一电极1和第三电极5之间存在或作用第二空气击穿火花隙6，使得第三电极5通过至少一个阻抗，这里是通过一个压敏电阻，直接地或间接地与第二电极2连接，在冲击电流放电后，通过第一电极1、第一空气击穿火花隙3和第二电极2，使剩余的电弧4可以从第一空气击穿火花隙3带到第二空气击穿火花隙6或者从第一电极1和第二电极2带到第一电极1和第三电极5，尤其是通过气动或磁力灭弧。如果电弧从第一电极1和第二电极2带到第一电极1和第三电极5，则临近的工作电压的一部分通过压敏电阻7下降，并通过压敏电阻7的适当尺寸可以使得在第一电极1和第三电极5之间的电压不再足以维持电弧4。

图2和3示出了过压保护装置的第一个优选实施例的零部件，其中第一电极1实施为棒状中间电极，第二电极2和第三电极5设计为圆柱形的外部电极并绕第一电极1对中布置。这里第二电极2和第三电极5相互以一定轴向间距布置。第三电极5有一个径向开口9，通过该开口产生一种压力平衡，其中该压力平衡使等离子流从第一电极1和第二电极2之间的部位扩展到第一电极1和第三电极5之间的部位。该等离子流的方向在图2中以P表示。通过由压力平衡引起的该等离子流推动了在第一电极1和第二电极2之间的电弧4或者使电弧4的足点8从第二电极2移到第三电极5。

此外从图2尤其是图3中可看出，第二电极2和第三电极5通过一个环形的隔距零件10相互分开。在第一电极1和第二电极2或者第三电极5之间的径向间距是通过两个环形的支架零件11，12保证的，其中支架零件11，12有一个径向部分13和一个轴向部分14。这里支架零件11，12的轴向部分14与环形隔距零件10一起用做为第二电极2或第三电极5的垫板。环形隔距零件10和支架零件11，12最好都用塑料制成。图2和3中未示出整体装纳电极1，2，5的外壳。这种外壳与电极1，2，5的布置一样基本为圆柱形。

图4和6示出了本发明过压保护装置的第二个实施例，其中在图4中对应于图2为阐明过压保护装置的功能而示出了第三电极5与一个压敏电阻7的接线。在该第二实施例中，第一电极1设计为扁平的圆盘，其中在图6中仅示出了第一电极1的一部分。第二电极2和第三电极5与第一电极1相对布置，其中第二电极2位于第一电极1中央，第三电极5绕第二电极2对中布置。

从图5中可看出，在第一电极1和第二电极2之间的间距小于在第一电极1和第三电极5之间的间距。由此保证了首先是在第一电极1和第二电极2之间的空气击穿火花隙3点燃，冲击电流通过第二电极2放电。此外图5还示出了过压保护装置的一个由外壳上部15和外壳下部16组成的外壳。在外壳下部16连接一个塑料绝缘件17。在外壳内部有一个头状的接收零件18用于第二电极2和第三电极5，其同样用塑料制成。一个与头状接收零件18一体形成的隔距零件19用于分开第二电极2和第三电极5。

从图6中可以看出，第二电极2设计为圆形，第三电极5设计为半圆形。在外壳下部16中，在外壳上部15的附近设置多个开口20，其中这些开口20位于外壳下部16面向第三电极5的一侧。开口20因此设置在外壳下部16的相邻于第一电极1和第三电极5之间的空气击穿火花隙6的部位。对应于外壳下部16中的开口20，在外壳上部15内设置了凹穴21，通过这些凹穴可以降低因等离子流产生的过压。通过这些开口20和凹穴21产生了压力平衡，其中这种压力平衡使等离子流从第一电极1和第二电极2之间的部位扩展到第一电极和1和第三电极5之间的部位。

Claims (8)

1.过压保护装置，带有一个第一电极(1)、一个第二电极(2)、一个在这两个电极(1，2)之间存在的第一空气击穿火花隙(3)以及一个装纳电极(1，2)的外壳，其中当第一空气击穿火花隙(3)点燃时，在第一电极(1)和第二电极(2)之间产生一个电弧(4)，其特征在于，为第一电极(1)和第二电极(2)配置一个第三电极(5)，在第一电极(1)和第三电极(5)之间有一个第二空气击穿火花隙(6)存在，第三电极(5)通过至少一个阻抗直接地或间接地与第二电极(2)连接，在冲击电流通过第一电极(1)、第一空气击穿火花隙(3)和第二电极(2)放电后，剩余的电弧(4)可从第一空气击穿火花隙(3)带到第二空气击穿火花隙(6)。

2.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，外壳和/或第三电极(5)至少有一个开口(9)，通过该开口(9)产生一种压力平衡，该压力平衡使气流或等离子流很好地从第二电极(2)可扩展到第三电极(5)。

3.根据权利要求1或2所述的过压保护装置，其特征在于，外壳为圆柱形，第一电极(1)设计为棒状中间电极，第二电极(2)和第三电极(5)设计为圆柱形的外部电极并绕第一电极(1)同心布置，第二电极(2)和第三电极(5)相互以一定轴向间距布置。

4.根据权利要求1或2所述的过压保护装置，其特征在于，第一电极(1)设计为扁平的圆盘，第二电极(2)和第三电极(5)相对第一电极(1)布置，第二电极(2)位于第一电极中央部位，第三电极(5)绕第二电极(2)同心布置。

5.根据权利要求4所述的过压保护装置，其特征在于，第三电极(5)设计为圆环扇形段形状。

6.根据权利要求2所述的过压保护装置，其特征在于，外壳内的开口(18)仅布置在外壳的配属于第三电极(5)的一侧，第三电极(5)设计为圆环扇形段形状。

7.根据权利要求4所述的过压保护装置，其特征在于，在第一电极(1)和第二电极(2)之间的轴向间距小于在第一电极(1)和第三电极(5)之间的轴向间距。

8.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，在冲击电流通过第一电极(1)、第一空气击穿火花隙(3)和第二电极(2)放电后，剩余的电弧(4)可从第一空气击穿火花隙(3)通过气动或磁力灭弧带到第二空气击穿火花隙(6)。

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