CN101048923B

CN101048923B - 具有改进的断开能力的过压保护装置

Info

Publication number: CN101048923B
Application number: CN2005800366483A
Authority: CN
Inventors: 米歇尔·吉恩·乔治·多纳蒂; 阿兰·勒内·罗伯特·拉诺克斯
Original assignee: ABB France SAS
Current assignee: ABB France SAS
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: FR2877156A1; ES2383046T3; CN101048923A; EP1815569B1; EP1815569A1; ATE550815T1; WO2006045946A1

Abstract

本发明提供了一种具有改进的断开能力的过压保护装置。本发明涉及一种用于保护电气设备免受过压的装置，其包括：至少一个保护部件(10)，所述保护部件设有用于连接至电气设备的连接装置(20)；以及用于将所述保护部件(10)从电气设备断开的断开装置(30)，该断开装置适于以这样的方式确保所述保护部件与连接装置(20)的断开，并能够从闭合位置运动到打开位置，从而在该断开装置(30)和所述连接装置(20)之间形成空隙(11)，该装置的特征在于，其包括防退回装置(50)，该防退回装置适于在所述断开装置(30)从所述连接装置(20)离开比预定阈值距离(d)大的隔离距离时防止该断开装置(30)向其闭合位置返回。本发明还涉及提供瞬时过压保护的装置。

Description

具有改进的断开能力的过压保护装置

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和设备免受尤其是由于闪电而引起的瞬时电压浪涌。

更具体地说，本发明涉及一种用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，该装置包括：

至少一个保护部件，所述保护部件设有用于将其连接至所述电气设备的连接装置；以及

断开装置，该断开装置用于将所述保护部件从所述电气设备断开，并适于通过所述连接装置提供所述断开，该断开装置适用于从闭合位置运动到打开位置，从而在该断开装置和所述连接装置之间形成空隙。

背景技术

用于保护电气设备的装置目前已广泛用于保护电子或电气装置免受例如可能由于闪电放电而产生的浪涌。

这种保护装置通常包括一个或多个浪涌保护部件，例如变阻器或火花避雷器。当所述部件受到超过预定阈值的电压时，它们适于允许故障电流流向大地，从而将电压浪涌箝制到与其连接的设备和装置的承受浪涌能力相容的值。保护部件在其寿命末期会经受过度发热(通常到约150℃)，这可能会导致设备严重损坏，或者甚至危及使用者(例如，火灾)。因此，通常为浪涌保护装置设置热断开装置。这样的热断开装置设计成在保护部件过度发热超过预定值的情况下使保护部件与被保护的电气设备分离，从而限制火灾的发生。

因而，所述热断开装置可由(例如通过热焊接)焊接至保护部件的其中一个电极的金属断开片形成。所述断开片通常受到倾向于使其从相应电极离开的机械应力，从而在过压浪涌或长期使用而致使焊料断裂或熔化的情况下使该断开片从电极离开，从而使保护部件与被保护的设备分离。

尽管被广泛应用，然而所述装置具有不容忽视的缺陷。

即，焊料熔化或断裂后，在断开片与保护部件的电极之间形成的隔离距离通常非常小。因此，如果在不利的电压和电流条件下发生断开，则断开装置的机械开口可能不足以使变阻器与电气设备完全分离，从而在断开片断开期间产生的电弧能够在断开片和相应电极之间自身维持。在特定情况下，在断开后电弧还可能在保护部件的电极和断开片之间发生若干瞬间再放电。

该现象具有延迟保护部件的有效断开，以及显著限制装置的中断能力的作用。

为了减轻所述缺陷，公知的是使用断路器或熔断类型的附加中断装置，从而永久性地中断通过保护装置的电流的流动。

然而，优选的是附加中断部件的等级需要适合保护部件的能力，从而引起技术上的限制，并导致实施保护设备的总体成本增加。此外，附加中断部件通常对于装置的所有保护部件不加区别地同时提供分离，然而正相反，期望仅仅使呈现过度发热的保护部件分离，而使其它保护部件保持工作。

发明内容

因此，本发明的目的旨在弥补以上所列的各种缺陷，并提供一种用于保护电气设备免受电压浪涌的新颖装置，该装置虽然设计简单，但是却提供了与公知装置相比改进了的断开能力。

本发明的另一目的在于提出一种用于保护电气设备免受浪涌的新颖装置，该装置使得能确保该装置的各个保护部件单独断开。

本发明的另一目的在于提出一种用于保护电气设备免受浪涌的新颖装置，该装置特别坚固耐用。

本发明的另一目的在于提出一种用于保护电气设备免受浪涌的新颖装置，该装置仅需要有限数量的活动机械部件来实现连接和断开功能。

本发明的另一目的在于提出一种用于提供浪涌保护的新颖装置，该装置可在断开期间促进电流有效中断。

本发明的这些目的通过一种用于保护电气设备免受电压浪涌的装置而实现，该装置包括：

断开装置，该断开装置用于将所述保护部件从所述电气设备断开，并适于通过所述连接装置提供所述断开，该断开装置可适用于从闭合位置运动到打开位置，从而在该断开装置和所述连接装置之间形成空隙，

该装置的特征在于，其包括防退回装置，该防退回装置适于在所述断开装置从所述连接装置离开比预定阈值距离大的隔离距离时防止所述断开装置向其闭合位置返回。

附图说明

通过阅读如下描述并从仅以非限制性图示给出的附图，将更加详细地显示本发明的其它特征和优点，在这些附图中：

图1是在本发明的用于提供电压浪涌保护的装置的断开位置示出的该装置的平面图；

图2是根据本发明的保护装置的右半部分处于其工作位置时的详细平面图；

图3是表示根据本发明的保护装置的右半部分处于其工作位置和其断开位置之间的中间位置时的详细平面图；

图4是表示根据本发明的保护装置的右半部分处于其断开位置时的详细平面图。

具体实施方式

根据本发明的用于提供电压浪涌保护的装置1设计成与待保护的电气设备或装置并联连接。术语“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)的任何类型的电力网络或装置。

根据本发明的浪涌保护装置1有利地设计成待连接在待保护设备的其中一相与地之间。除了将该装置并联连接在其中一相与地之间以外，可构想将该装置连接在中线与地之间、一相和中线之间，或者在两相之间(差动保护)，而不会因而背离本发明范围。

根据本发明的保护装置1包括至少一个设计成用于保护电气设备免受浪涌的保护部件10。在以下描述中，假设各浪涌保护部件10都由变阻器形成，应理解使用变阻器仅作为示例给出，而不会以任何方式构成对本发明的限制。

根据本发明的保护装置1包括至少一个变阻器10，特别是包括一个以上的变阻器10，各变阻器10设有用于将其连接至电气设备的连接装置20。变阻器10优选位于电绝缘壳体60内，该壳体60适合呈适应于利用至少第一连接接头22和第二连接接头23电连接至固定插口(未示出)的盒的形式。变阻器10的其中一极因而直接连接至第一连接接头22，而该变阻器10的另一极连接至连接装置20。所述连接装置优选由例如呈金属片形式的电极21形成。该电极21有利地从变阻器10的其中一个表面10A例如以90°伸出。

根据本发明，保护装置1还包括断开装置30，该断开装置30适合于特别在变阻器失效的情况下使该变阻器10与电气设备断开。断开装置30具体地成形为适于确保变阻器10在连接装置20处断开，并因此所述断开装置适用于从闭合位置(例如，图2所示)向图4所示的打开位置运动，从而在断开装置30与连接装置20之间形成空隙11。

优选的是，断开装置30被预加应力，即其在应力作用下安装在闭合位置处，从而受到倾向于向打开位置推动它们的弹性回复力。具体说来，若断开装置30被弹簧压缩，则该弹性回复力可以是外力，或者若断开装置30是弹性的，则该弹性回复力可以是内力。

在更优选的方式中，断开装置30由导电的弹性断开片31(例如，由弹性金属制成)形成，该断开片在闭合位置处被预加应力，即：其有利地优选利用变热时熔化的焊料(未示出)在应力下焊接至连接装置20，具体是焊接至电极21。

术语“弹性”是指断开片31呈现使其具有充足的挠性和回弹性(弹簧弹性)的固有弹性，从而使其能够在受到机械应力的同时连接至变阻器10的电极21并与其接触。弹性断开片31因而有利地在自由端31A与固定端31B之间延伸，该自由端31A适用于在闭合位置通过热焊料与电极21进行电接触，而该固定端31B与第二连接接头23永久地电接触。在所述闭合位置，变阻器10工作，即其以保护电气设备免受电压干扰的方式电连接至该电气设备。

在该闭合位置，弹性断开片31受到其自身的倾向于(至少在其自由端31A处)使其从连接装置离开的弹性回复力。因而，该弹性断开片31有利地在其闭合位置和其打开位置之间弹性受压，从而在焊料熔化(或断裂)的情况下，弹性断开片31(具体是其自由端31A)在固有弹性回复力的作用下被从电极21推离。

在打开时，有可能在断开装置30与连接装置20之间的空隙11中形成电弧40(在图3中示出)。该电弧40持续，从而使电流流向大地，因而使保护部件10的实际断开延迟。

连接装置20与断开装置30之间的电弧40的形成需要一定量的能量，所需能量的量随着连接装置20和断开装置30之间的隔离距离的增加而增加。

术语“隔离距离”是指当断开装置向打开位置从连接装置20离开时，将连接装置20与断开装置30隔离的空气层的平均厚度。因而可以限定最佳隔离距离，对于该最佳隔离距离来说，电弧40在连接装置20与断开装置30之间放电的可能性充分小，以致于在使用保护装置1的条件下被认为是可忽略的。在以下的描述中，该最佳隔离距离通常称为“预定阈值距离”，该距离可通过进行简单的常规测试而确定。

尽管预先确定了连接装置20与断开装置30之间的最佳隔离距离，然而断开装置30有可能不直接从闭合位置转到对应于稳定平衡状态的永久性打开位置。因而，断开装置30通常经过瞬时不稳定状态，从而在打开位置附近振荡，并在闭合位置和打开位置之间进行若干次往返运动。

当断开装置30被预加应力并且/或者其由被预加应力的弹性断开片 31构成时，所述现象的频率和振幅极大。在其固有弹性回复力的作用下，弹性断开片31被推向其打开位置并由于其动量而进行阻尼振荡运动。由于弹性断开片31，具体是其自由端31A在该振荡运动的极限位置与电极21接近，因而所述现象不利于有效断开。于是，隔离距离减小，而使故障保护部件与电气设备分离所需的时间加长。

为了缓解该缺陷，并且根据本发明的本质特征，根据本发明的保护装置1设有防退回装置50，该防退回装置50适于在断开装置30从连接装置20离开比预定阈值距离d大的隔离距离时防止断开装置30(具体是弹性断开片31)向闭合位置返回。

因此，防退回装置50用于防止断开装置30(具体是弹性断开片31)一旦达到最佳隔离距离就再次返回。该防退回装置50还用于限制弹性断开片31振荡的现象。

有利的是，该防退回装置50成形并定位成一旦隔离距离大于预定阈值距离d就抵靠断开装置30，从而形成支靠来防止断开装置30从其打开位置向其闭合位置的任何位移。

在如图1至图4所示的本发明的优选实施例中，防退回装置50包括适用于在断开装置30的打开运动的控制下运动的活动元件51。具体地说，活动元件51优选设计成当处于其功能位置时如果达到预定阈值距离d(图1)，则主动抵靠断开装置30。

如图1和图4所示，当处于其功能位置时，活动元件51占据至少部分位于断开装置30所沿路径上的位置，从而一旦预定阈值距离d已达到，则形成防止断开装置30向连接装置20(具体是向电极21)返回的障碍。

优选地并如图2至图4所示，活动元件51由指状件52形成，该指状件52优选紧固在例如固定至外壳60的支撑件53上或与该支撑件53一体制成。活动元件51有利地适用于例如通过铰链58而相对于支撑件53运动，由此，该活动元件克服弹性回复力F而使其向其功能位置(图4中所示)运动，或在弹性回复力F的驱动下使其向其静止位置(图2中所示)运动。该弹性回复力F可通过插设在支撑件53和指状件52之间的弹簧之类的弹性装置(未示出)施加。在附图中所示的本发明的优选实施例中，活动元件51(具体是指状件52)呈现固有弹性，从而给予其相对于支撑件53具有挠性特性和回弹性特性。

有利的是，活动元件51具有大致细长的形状并包括引导斜坡54(图3)，该引导斜坡以这样的方式相对于断开装置30布置，即，断开装置30在打开时通过自由端31A而主动抵靠引导斜坡54并沿其滑动。

术语“主动抵靠”是指断开装置30(具体是弹性断开片31的自由端31A)在活动元件51上施加倾向于抵抗弹性回复力F而将其向后推动的压力。作为例示，当根据本发明的保护装置1处于图1至图4所示的垂直位置时，断开装置30以使指状件52升高的方式抵靠该指状件。于是指状件52克服弹性应力而被朝向支撑件53向后推动。

当指状件52处于其静止位置(如图2所示)时，引导斜坡54优选以在断开装置30打开时有利于该断开装置与其接合的方式倾斜。

优选的是，活动元件51在两个端部51A和51B，即在固定到支撑件53的第一端部51A和至少通过引导斜坡54与该第一端部51A分开的自由的第二端部51B(图3)之间延伸。

有利的是，活动元件51的端部51A、51B中的一个(并且优选为自由的第二端部51B)形成止动装置55，该止动装置55用于一旦已达到或超过预定阈值距离d，以及当断开装置30接近打开位置时(图4)时，就支靠断开装置30而作用。因而，引导斜坡54有利地终止于止动装置55，并且引导装置的长度平均起来基本上与预定阈值距离d相对应。

因而，在断开装置30沿引导斜坡54的行程的结束时，此时断开装置到达或略超过止动装置55，活动元件51由于被断开装置30释放而在弹性回复力F的作用下向其静止位置返回，并占据在断开装置30的返回路径上的位置，因而构成阻碍断开装置的障碍。如图4所示，活动元件51和断开装置30可因而在稳定平衡位置彼此压靠。

尽管上述防退回装置50确保了连接装置20与断开装置30之间符合最小隔离距离，并且尽管该防退回装置使得可避免下降至小于所述最小隔离距离，然而，其不能用于完全消除断开装置30(具体是弹性断开片31的自由端31A)的所有振荡。

为了缓解该缺陷，根据本发明的保护装置1有利地包括附加的阻挡装置56，该阻挡装置56适于与防退回装置50相配合，以便防止断开装置30在打开位置运动，如图1和图4所示。

具体地说，防退回装置50和阻挡装置56安装成这样，即它们相配合，从而一旦预定阈值距离d已达到就防止弹性断开片31的自由端31A振荡。

因而，防退回装置50和阻挡装置56一起形成了防振荡装置。

因而，弹性断开片31在其闭合位置受到倾向于将其向图4所示的打开位置推动的固有弹性回复力F’(图3)。因而，防退回装置50设计成一旦已达到预定阈值距离d就对抗弹性断开片31沿与固有弹性回复力F’大致相反的方向F”(图4)的运动。

阻挡装置56优选沿断开装置30的“前进”移动方向S(即，沿所述断开装置的从闭合位置前进到打开位置(图3)的方向)位于防退回装置50之后。

阻挡装置56还有利地布置在距防退回装置50这样的距离处，该距离小到足以限制断开装置30在打开位置附近振荡的振幅，从而确保断开装置快速静止。

这样，断开装置30在防退回装置50与阻挡装置56之间保持在打开位置。更具体地说，阻挡装置56和止动装置55优选同时抵靠弹性断开片31的自由端31A，更具体地说是抵靠其相对侧。

优选的是，阻挡装置56由立柱57构成，该立柱57紧固到支撑件53上或与其一体制成，并以这样的方式从该支撑件53伸出，即，当断开装置30打开时形成支靠来阻止该断开装置。

有利的是，防退回装置50和阻挡装置56优选由聚酰胺之类的单个非导电材料，或者任何其它具有等价弹性特性的绝缘塑性材料形成。

以下参照图1至图4描述根据本发明的保护装置的操作。

当发生幅度足够大的浪涌时，与电气设备并联连接的保护装置1变成导电，从而允许闪电电流流向大地。当过大电流或者长期使用使得在保护部件10的弹性断开片31和电极21之间提供连接的热焊料熔化或断裂时，弹性断开片31于是通过弹簧作用而从电极21离开，从而在接触件之间形成空隙11。

在离开时，弹性断开片31与防退回装置50的引导斜坡54接合并抵靠该引导斜坡，从而克服倾向于使防退回装置向其静止位置返回的弹性回复力F而将其向后推动。因而，防退回装置50在断开装置30运动的控制下而被推开，从而允许断开装置自由运动。之后，断开装置30抵靠阻挡装置56，并且同时在其沿引导斜坡54的行程结束时，其到达或超过止动装置55。

这具有释放活动元件51的作用，该活动元件向其静止位置返回其路径的至少一部分，从而通过止动装置55之后抵靠弹性断开片31的自由端31A而将弹性断开片31阻挡在其打开位置。

弹性断开片31的自由端31A于是被保持捕获在防退回装置55和阻挡装置56之间的空间中，该空间足够小从而几乎在瞬间就使弹性断开片31的自由端31A的振荡衰减。

于是，断开装置30以距连接装置20最佳且充分的隔离距离在打开位置保持静止，从而限制了电弧40在这两个金属部件之间放电的任何危险。

因而，根据本发明的保护装置1提供了良好的断开控制，从而为使用者提供了比公知装置所提供的更大的操作安全性。

根据本发明的装置的另一优点在于，尽管其设计特别简单，然而其可以确保故障或劣化的保护部件与电气设备有效分离。

工业应用的适应性

本发明的工业应用在于用于提供电压浪涌保护的装置的制造。

Claims

1.一种用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，该装置包括：

至少一个保护部件(10)，所述保护部件(10)设有用于将其连接至所述电气设备的连接装置(20)；以及

断开装置(30)，该断开装置(30)用于将所述保护部件(10)从所述电气设备断开，并适于通过所述连接装置(20)提供所述断开，该断开装置适用于从闭合位置运动到打开位置，从而在所述连接装置(20)与该断开装置(30)之间形成空隙(11)，其中，在所述的打开位置，由从所述的连接装置(20)到所述断开装置(30)的该空隙中延伸的空气层，将所述的连接装置(20)和所述的断开装置(30)隔离开，以及

防退回装置(50)，该防退回装置(50)适于在所述断开装置(30)从所述连接装置(20)离开比预定阈值距离(d)大的隔离距离时防止该断开装置(30)向其闭合位置返回，所述的隔离距离是由所述的连接装置(20)到断开装置(30)延伸的空气层形成。

2.根据权利要求1所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述防退回装置(50)成形并定位成当所述隔离距离大于所述预定阈值距离(d)时，抵靠所述断开装置(30)，从而形成支靠来防止该断开装置(30)从所述打开位置向所述闭合位置运动。

3.根据权利要求1所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，该用于保护电气设备免受电压浪涌的装置包括附加的阻挡装置(56)，该阻挡装置(56)适于与所述防退回装置(50)相配合，以便防止所述断开装置(30)在所述打开位置运动。

4.根据权利要求3所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述阻挡装置(56)沿所述断开装置(30)的行进方向(S)位于所述防退回装置(50)之后，并且布置在距该防退回装置(50)这样的距离处，所述这样的距离小到足以限制所述断开装置(30)在所述打开位置附近振荡的振幅。

5.根据权利要求4所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，在所述打开位置中，所述断开装置(30)保持在所述防退回装置(50)和所述阻挡装置(56)之间。

6.根据上述权利要求1所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述断开装置(30)在应力作用下安装在闭合位置处，从而经受倾向于向打开位置推动它们的弹性回复力。

7.根据权利要求6所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述断开装置(30)由弹性断开片(31)形成，该弹性断开片(31)在所述闭合位置受到倾向于将其推向所述打开位置的固有弹性回复力(F’)，并且所述防退回装置(50)设计成一旦达到所述预定阈值距离(d)就对抗所述弹性断开片(31)沿与所述固有弹性回复力(F’)基本相反的方向(F”)的运动。

8.根据权利要求7所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，

该用于保护电气设备免受电压浪涌的装置包括一个附加的阻挡装置(56)，该阻挡装置(56)适于与防退回装置(50)一起配合，以防止断开装置(30)在打开位置移动，

所述弹性断开片(31)具有一个固定端(31B)和一个自由端(31A)，所述弹性断开片(31)在所述固定端(31B)和所述自由端(31A)之间延伸，并且所述防退回装置(50)和所述阻挡装置(56)被以共同配合的方式安装，从而一旦达到所述预定阈值距离(d)就防止所述自由端(31A)振荡。

9.根据上述权利要求中任一项所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述防退回装置(50)包括适用于在所述断开装置(30)的打开运动的控制下运动的活动元件(51)，所述活动元件(51)设计成当处于功能位置时如果达到所述预定阈值距离(d)，则主动抵靠所述断开装置(30)。

10.根据权利要求9所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，在所述功能位置，所述活动元件(51)占据至少部分地位于所述断开装置(30)的路径上的位置，从而形成阻碍该断开装置的障碍。

11.根据权利要求9所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述活动元件(51)受到倾向于将其推向其功能位置的弹性回复力(F)。

12.根据权利要求9所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述活动元件(51)包括引导斜坡(54)，该引导斜坡(54)以这样的方式布置，即，在所述断开装置(30)打开期间，该断开装置主动抵靠该引导斜坡并沿其运动。

13.根据权利要求12所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述引导斜坡(54)的长度基本上等于所述预定阈值距离(d)。

14.根据权利要求9所述的用于保护电气设备免受电压浪涌的装置，其特征在于，所述活动元件(51)的端部(51A，51B)中的一个形成止动装置(55)，该止动装置(55)抵靠处于所述打开位置的所述断开装置(30)而作用。