CN101036273A

CN101036273A - 具有改进的断开容量的过电压保护装置

Info

Publication number: CN101036273A
Application number: CNA2005800254435A
Authority: CN
Inventors: 鲍里斯·戈蒂埃
Original assignee: ABB France SAS
Current assignee: ABB France SAS
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-09-12
Also published as: EP1800375A1; BRPI0514399A; FR2873865B1; US20080037191A1; WO2006018529A1; FR2873865A1; JP2008508669A; MX2007001044A

Abstract

本发明提供了一种具有改进的断开容量的过电压保护装置。该装置用于保护电气设备免受过电压。该创新的装置包括：至少第一和第二电极(2，3)，在该第一和第二电极之间电弧(5)可在放电区域(6)中产生；用于分割所述电弧(5)的分弧装置(7)，该分弧装置(7)位于距所述放电区域(6)一距离处；以及聚焦装置(9)，该聚焦装置(9)布置成限定出渐扩空间(10)，用于从所述放电区域(6)向所述分弧装置(7)引导所述电弧(5)。本发明的特征在于，所述聚焦装置(9)形成为这样，即，所述渐扩空间(10)的孔径角(α)平均起来在所述放电区域(6)与所述分弧装置(7)之间增大。本发明涉及过电压保护装置。

Description

具有改进的断开容量的过电压保护装置

技术领域

本发明涉及以下装置的通用技术领域，该装置用于保护电气装置或设备免受诸如浪涌(尤其是由于雷击引起的瞬时浪涌)的电压干扰。

更具体地说，本发明涉及一种用于保护电气设备免受尤其是由于雷击引起的浪涌的装置，该装置包括：

·第一和第二电极，在该第一和第二电极之间可在放电区域中产生电弧；

·用于分割所述电弧的分弧装置，该分弧装置位于距所述放电区域一距离处；以及

·聚焦装置(focusing means)，该聚焦装置适于限定出渐扩空间，用于从所述放电区域朝向所述分弧装置引导所述电弧，所述渐扩空间具有孔径角；

该装置的特征在于，所述聚焦装置形成这样，即，所述渐扩空间的所述孔径角平均起来在所述放电区域和所述分弧装置之间增大。

背景技术

用于保护电气设备免受浪涌的装置已广泛应用，这种装置通常可被称为“避雷器”。其主要目的是使闪电电流流向地，并且可对由这些电流感生的附加电压进行峰值限制，将该电压限制到与避雷器连接的装置和设备的耐受电压兼容的水平。

在本领域中，已公知使用火花隙避雷器来保护设备免受浪涌。于是，火花隙可例如位于待保护相与地之间，以在发生浪涌时使闪电电流流向地。

火花隙是公知装置，其包括被绝缘介质隔开的两个相对电极。例如，其中一个电极电连接到待保护相，而另一个电极接地。若由闪电电流产生的浪涌达到被称为触发值的临界值，则火花隙被触发并在所述电极之间在被称为放电区域的区域内形成电弧，从而在所述相和地之间形成短路。闪电电流于是从所述相流向地面，从而使电气设备得以保护。

电弧不会自然熄灭，因此称为次级电流的短路电流继续流动。为防止设备断电，应优选在不使设备的普通断开装置(例如，断路器)打开的情况下断开所述次级电流。

为此，本领域公知的保护装置通常包括适于断开强电流的断流装置。该断流装置通常包括分弧装置(或断流器灭弧室)，该分弧装置呈间隔开的平行金属板的形式，所述金属板适于将电弧分成多个单独的小电弧，以熄灭该电弧从而断开次级电流。

本领域中公知的该保护装置通常还设有聚焦(focusing)装置，该聚焦装置用于引导电弧从放电区域向分弧装置传播。所述聚焦装置可呈以“V”字形彼此面对的两个分支的形式。于是电弧在V字底部处放电，并且平行分弧板布置在V字形分支的与底部相对的端部之间。

公知的是，火花隙避雷器的闪电电流传导性能在由聚焦装置形成的“V”字形的角较小时最佳。还公知，分弧装置的效率与分弧板的数量成正比。

因此，上述装置的结构使得必须将断开装置(即，分弧板)定位在距“V”字形底部足够的距离处，以使得分弧板能容纳在“V”字形的分支的端部之间，同时保持“V”字形的相对较小的最佳孔径角。

所述装置尽管因其设计特别简单而受到关注，然而其具有许多缺点，这尤其与其受限的次级电流断开容量相关。

事实上，如果例如交流(AC)线路电压较高而必须使用大量分弧板来有效地断开次级电流，则上述装置的结构致使电弧为到达分弧板而必须行进的距离显著增大。

因此，这不仅致使保护装置的尺寸增大，而且减慢了电弧的传播从而使其延迟进入断开装置。

断开装置的效率不仅取决于分弧板的数量，而且取决于电弧在形成后进入断流器灭弧室的速度。

因此，当为了使电弧电压高于交流线路电压并使得该电流能被断开而必须使用大量分弧板时，现有技术的保护装置对于高交流线路电压来说不是十分有效。

发明内容

因此，本发明的目的旨在消除上述各种缺点，并提供一种用于保护电气设备免受浪涌的新颖装置，该装置设有更有效的断开装置。

本发明的另一目的旨在提供一种用于保护电气设备免受浪涌且总尺寸有限的新颖装置。

本发明的再一目的旨在提供一种用于保护电气设备免受浪涌的新颖装置，其中该装置的结构特别适于高交流线路电压。

本发明的再一目的旨在提供一种用于保护电气设备免受浪涌的新颖装置，其中该装置的聚焦装置特别适于和有利于电弧传播并使其加速。

本发明的再一目的旨在提供一种新颖的浪涌保护装置，该装置降低了电弧在其形成区域与熄灭区域之间的传播时间。

本发明的所述目的通过一种用于保护电气设备免受尤其是由于雷击引起的浪涌的装置而得以实现，该装置包括：

·聚焦装置，该聚焦装置适于限定出渐扩空间(divergent space)，用于从所述放电区域朝向所述分弧装置引导所述电弧，所述渐扩空间具有孔径角；

该装置的特征在于，所述聚焦装置形成为使得所述渐扩空间的所述孔径角平均起来在所述放电区域和所述分弧装置之间增大。

附图说明

通过阅读以下参照附图的描述，本发明的其它特征和优点将会更明了且更加详细地显现，所述附图仅以示例而非限制性示例的方式提供，在附图中：

图1是根据本发明的浪涌保护装置的一个实施例的剖视图。

图2是根据本发明的保护装置的聚焦装置的一个实施例的剖视图。

图3是沿图1中的线A-A剖取的、根据本发明的浪涌保护装置的细节的剖视图。

图4是根据本发明的保护装置的聚焦装置的另一实施例的剖视图。

具体实施方式

根据本发明的浪涌保护装置旨在并联待保护的电气装置或设备。表述“电气设备”是指可能会遭受电压干扰(尤其是闪电引起的瞬时浪涌)的任何类型的设备或网络。

根据本发明的浪涌保护装置有利地用于设置在待保护设备的相与地之间。

在不背离本发明范围的情况下，除了并联一相与地之间，还可以构想将本装置并联在中线与地之间、在一相与中线之间、或者在两相之间(差动保护)。

图1示出了根据本发明的保护装置1，该保护装置1有利地采取结合有火花隙的避雷器的形式。保护装置1包括第一电极2和第二电极3，它们适于形成火花隙避雷器的两个主电极，如图1所示。电极2、3均将由导电材料制成的连接装置30有利地连接至待保护设备的相以及连接至地。电极2、3彼此保持分开一距离，并通过介电材料片4隔开，该介电材料片4使电弧5能在电极2、3之间放电。装置的该部分因而构成电弧5的放电区域6。

根据本发明，保护装置1还包括用于断开或分割电弧5的分弧装置7，该分弧装置7包括至少一个并优选地包括几个平行的金属分弧板8。为此，这些板优选通过绝缘材料支撑件14彼此保持分开一距离。分弧板8用于将电弧分割成多个单独电弧，以增加弧电压。

连接装置30有利地具有近端部31和远端部32，该近端部31具体地设计并形成，以与电气设备相连接，该远端部32优选基本平行于分弧板8延伸，从而构成分弧装置7的侧向边界。因此，分弧装置7优选设在连接装置30的远端部32之间。所述连接装置还包括设在放电区域6和分弧装置7之间的中间部33。

当弧电压高于交流线路电压时，则实现电流断开，尤其是实现火花隙的次级电流的断开。由于弧电压直接与分弧板的数量成正比，因而断开装置的效率直接与分弧板的数量成正比。相应地，交流线路电压越高，分弧板8所需的数量就越多。例如，对于230V的交流线路电压，为获得满意的电弧分割，需要大约十至十五个分弧板8。

根据本发明，分弧装置7位于距放电区域6一距离处，从而为了进行分弧，电弧5必须首先在位于放电区域6与分弧装置7之间的绝缘介质中传播。

为利于电弧5沿图1所示的传播方向F传播，保护装置1包括聚焦装置9，该聚焦装置9适于限定出渐扩空间10，用于从放电区域6朝向分弧装置7引导电弧5。

如图1和图2所示，渐扩空间10具有用聚焦装置9的孔径表示的孔径角α。

电极2、3、分弧装置7以及聚焦装置9有利地布置在外壳20中(图1)，该外壳优选不密封，从而可排空由电弧5产生的气体。

根据本发明的基本特征，聚焦装置9形成为这样，即，渐扩空间10的孔径角α平均起来在放电区域6和分弧装置7之间增大。

表述“平均起来”是指孔径角α沿着聚焦装置9变化的可能性，例如增大，然后减小，然后再增大，使得在分弧装置7附近渐扩空间10的孔径角α基本上大于在放电区域6附近的相同空间的孔径角(图2)。因此，可以认为渐扩空间10的孔径角α平均起来在放电区域6和分弧装置7之间增大。

如图2所示，渐扩空间10的孔径角α可以在放电区域6和分弧装置7之间不连续地变化。换言之，这意味着在这样的情况下，聚焦装置9在与渐扩空间10相同的侧上具有尖锐边缘11，在该尖锐边缘11处，聚焦装置9的倾角不连续。

聚焦装置9优选形成为这样，即，渐扩空间10的孔径角α在放电区域5和分弧装置7之间连续地变化。这种结构防止了尖锐边缘11吸引电弧5，从而阻碍其前进。

更加优选的是渐扩空间10的孔径角α在放电区域6和分弧装置7之间以非线性方式变化。换言之，优选在孔径角α与距放电区域6的距离之间不存在比例关系。尽管如此，在某些情形下，将聚焦装置9形成为使得渐扩空间10的孔径角α以线性方式变化显然也是可行的。

如图2所示，聚焦装置9优选形成为在放电区域6与分弧装置7之间限定出交错并接续地并置的角区段S、S’或S”、S。

相应地，两个连续的角区段S、S’或S”、S有利地具有不同的孔径角α°、α’或α”、α。更加优选的是同一角区段S、S’、S”、S的孔径角α°、α’、α”、α基本上恒定。然而，在不背离本发明范围的情况下，对于聚焦装置9来说，使得所述角区段的孔径角连续地变化显然是可行的。在所述情况下，渐扩空间10的孔径角在两个连续的角区段之间的接合部J(在图2中以虚线示出)处优选不连续(或者尽管不是不连续但突然)地变化。

在本发明的更加优选的实施例中，如图1所示，聚焦装置9优选形成为限定出具有第一孔径角α1的上游第一角区段S1以及具有第二孔径角α2的下游第二角区段S2，其中第二孔径角α2大于第一孔径角α1。术语“上游”和“下游”是相对于电弧5从放电区域6朝向分弧装置7传播的传播方向F而言。

因此，上游第一角区段S1位于放电区域6附近，相反地，下游第二角区段S2位于分弧装置7附近。在该实施例中，第一孔径角α1和第二孔径角α2优选在各自区段S1、S2中恒定。

而且，第一孔径角α1优选为30°至45°，并优选为大约30°以优化闪电电流的流动。相比而言，第二孔径角α2大于第一孔径角α1，并且其值与分弧板8的数量直接相关。因此，分弧板8的数量越多，孔径角α2越大。第二孔径角α2优选大于90°。

在如图1和图2所示的本发明的优选实施例中，聚焦装置9为大致细长形，并优选由两个细长的导电材料部件或部件部分12形成。更加优选的是，聚焦装置9由呈细长部件12形式的电极2、3形成。因此，细长部件或部件部分12有利地形成两个分支，并且彼此面对且相对于彼此倾斜，从而限定出渐扩空间10。

在如图4所示的本发明的另一实施例中，聚焦装置9由连接装置30的大致细长的中间部33形成，所述中间部33于是形成细长的部件部分。在该实施例中，连接装置30优选形成为使得它们的中间部33与电极2、3一致并与所述电极相连续。于是电极2、3由两个与聚焦装置9相独立的导电部件形成。在本发明的再一实施例(附图中未示出)中，电极2、3、聚焦装置9以及连接装置30为单独部件。

例如为细长部件或者为连接装置30的中间部33的聚焦装置9优选沿其长度具有至少一个倾角不连续区域13，该区域大致位于S1、S2、S、S’、S”、S中的两个连续的角区段之间的接合部处。

该倾角不连续区域13有利地位于聚焦装置9的内表面9I上，所述内表面9I与渐扩空间10的绝缘介质相接触。

如图1所示，对于该倾角不连续区域13来说，更加优选的是其基本上为圆形，以防止由于在该区域中存在尖角而阻碍或减慢电弧5的传播。

接下来将参照图1至图3描述本发明的又一实施例，该实施例进一步构成了独立的发明。

在该实施例中，如图3所示，每一分弧板8均优选设有槽口15，该槽口旨在利于电弧5穿入分弧装置7。因此，该槽口15在与渐扩空间10相同的侧上开口，并且在特别有利的方式中，聚焦装置9(例如为细长部件12)形成为容纳在槽口15中。为此，聚焦装置9的截面至少在用于容纳于槽口15内的部分中具有渐缩(例如，被削尖)形状，该渐缩形状基本上与槽口15的形状互补。这种结构意味着聚焦装置9可移动成更靠近分弧装置7，因此提高了断开装置的总效率。

接下来参照图1至图3描述根据本发明的保护装置1的操作。

在安装了保护装置1，从而该保护装置1与待保护的电气设备并联，并且例如发生雷击从而产生闪电电流并形成超过预定临界值的浪涌时，在两个电极2、3之间在放电区域6中形成电弧5。由于聚焦装置9在放电区域6中的孔径角α较小，因而根据本发明的保护装置1能使闪电电流快速而有效地流动。于是，电弧5借助于聚焦装置9而被引导向分弧装置7，以使得能断开次级电流。

由于控制了聚焦装置9的敞开，因此，根据本发明的保护装置1的结构意味着，可在不增大电弧5的放电区域6与分弧装置7之间的距离的情况下增加分弧板8的数量。因此，该结构具有这样的优点，即，保持了断开装置恒定效率而与所用分弧板的数量无关，并因此与交流线路电压无关。

工业应用性

本发明的工业应用在于浪涌保护装置的设计、制造及使用。

Claims

1、一种用于保护电气设备免受尤其是由于雷击引起的浪涌的装置，该装置包括：

·第一和第二电极(2，3)，在该第一和第二电极之间电弧(5)可在一放电区域(6)中产生；

·用于分割所述电弧(5)的分弧装置(7)，该分弧装置(7)位于距所述放电区域(6)一距离处；以及

·聚焦装置(9)，该聚焦装置(9)适于限定出渐扩空间(10)，用于从所述放电区域(6)朝向所述分弧装置(7)引导所述电弧(5)，所述渐扩空间(10)具有孔径角(α)；

该装置的特征在于，所述聚焦装置(9)形成为这样，即，所述渐扩空间(10)的所述孔径角(α)平均起来在所述放电区域(6)与所述分弧装置(7)之间增大。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述渐扩空间(10)的所述孔径角(α)在所述放电区域(6)与所述分弧装置(7)之间不连续地变化。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述渐扩空间(10)的所述孔径角(α)在所述放电区域(6)与所述分弧装置(7)之间连续地变化。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述渐扩空间(10)的所述孔径角(α)在所述放电区域(6)与所述分弧装置(7)之间以非线性方式变化。

5、根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚焦装置(9)形成为限定出多个角区段(S，S’，S”，S，S1，S2)，这些角区段在所述放电区域(6)与所述分弧装置(7)之间接续地并置，使得两个连续的角区段之间具有不同的孔径角(α°、α’、α”、α、α1、α2)。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，同一角区段(S，S’，S”，S，S1，S2)的所述孔径角(α°、α’、α”、α、α1、α2)基本上恒定。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，同一角区段(S，S’，S”，S，S1，S2)的所述孔径角(α°、α’、α”、α、α1、α2)连续地变化。

8、根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚焦装置(9)形成为限定出具有第一孔径角(α1)的上游(相对于所述电弧(S)的传播方向(F)而言)第一角区段(S1)以及具有第二孔径角(α2)的下游第二角区段(S2)，其中所述第二孔径角(α2)大于所述第一孔径角(α1)。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一孔径角(α1)为30°至45°，并优选为大约30°。

10、根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述第二孔径角(α2)大于90°。

11、根据权利要求5至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚焦装置(9)由两个细长的导电材料部件或部件部分(12)形成，这两个部件或部件部分彼此面对且相对于彼此倾斜，并且所述细长部件沿其长度具有至少一个倾角不连续区域(13)，所述倾角不连续区域大致位于两个连续的角区段(S、S’、S”、S、S1、S2)之间的接合部处。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述倾角不连续区域(13)基本上为圆形。

13、根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述分弧装置(7)包括设有V形槽口(15)的分弧板(8)，所述槽口(15)适于利于所述电弧(5)穿入所述分弧装置(7)，所述聚焦装置(9)形成为被容纳在所述槽口(15)内。

14、根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该装置由火花隙避雷器形成。

15、根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚焦装置(9)由所述电极(2，3)形成。