CN101069255A - 用于保护电气设施的保护装置、相应方法及相应使用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于保护电气设施的保护装置、相应方法及相应使用。用于保护电气设施的保护装置被设计成与所述电气设施并联连接，并且包括至少两个导电接触件(3、4)，所述至少两个导电接触件适于在幅值大于预定阈值的电流(I)流过所述保护装置(1)时，从闭合位置移到打开位置，所述保护装置的特征在于，在所述闭合位置下，所述接触件通过电位绝缘件(15)彼此隔离，由此形成用于防备所述接触件(3、4)之间的电压冲击的火花隙(E)。本发明还涉及用于保护电气设施的设备。
Description
技术领域
本发明涉及用于保护电气设备或电气设施避免诸如由于雷击所导致的瞬变电压冲击的电扰动的装置的一般技术领域。
本发明更具体地涉及用于保护电气设施的保护装置，该保护装置被设计为与电气设施并联连接，并且包括至少两个导电接触件，所述至少两个导电接触件适于在幅值大于预定阈值的电流经过保护装置时，从闭合位置移到打开位置。
本发明还涉及用于保护电气设施的保护装置的制造方法，该保护装置包括至少两个导电接触件，所述至少两个导电接触件适于在幅值大于预定阈值的电流经过保护装置时，从闭合位置移到打开位置。
最后，本发明涉及电流冲击保护装置的新颖使用。
背景技术
已知为了保护电气设施，可以使用与用于防备电流冲击的断路器断流开关型的保护装置串联连接的用于防备电压冲击的火花隙避雷器型的保护装置。断路器接着可以在避雷器失效的情况下使避雷器隔离，同时还防止电气设施的其它一般的断续器部件打开，以保障电源供应服务的连续性。
尽管这样的电路结构可以优化电气设施的操作，同时也保障电气设施可抵挡电压冲击，但它们存在着不可忽视的特别是与选择各种组件的复杂性相关的缺陷。利用已知的电路结构很难对电气设施的保护水平进行控制并优化。
具体来说，为了实现所希望的保护水平，这种电路结构一般不仅要考虑避雷器的保护水平，而且要考虑断路器的阻抗。另外，避雷器和断路器有时被设置得彼此相距很远，因此常常很难或者甚至不可能精确地计算将避雷器与断路器相互连接的导体的阻抗，而这可能增加对提供给电气设施的真实保护水平的误差和错误估计。
为了减轻这些缺陷，已经设想将断路器和避雷器合并在同一壳体中，由此通过不允许操作者具有选择与给定避雷器相关联的断路器类型的可能性，能够限制出现误差的风险。在待使用这种保护装置的结构中进行了实验室测试的这些保护装置还能够保障特定总体保护水平。
尽管具有上述优点，这些保护装置仍具有一些缺点。具体来说，这些保护装置的实现需要通常从根本上修改避雷器的结构和/或断路器的结构以将它们连接在一起。
此外，与单独实现两个组件时使用的常规壳体相比，将避雷器和断路器一起放置在同一壳体中一般会导致制造商增加壳体的尺寸，由此引起缺乏紧凑性的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种不具有上述缺陷并且适于使用标准组件来获得的用于保护电气设施的新保护装置，其基本上不对断路器型的已知保护装置的结构进行修改。
本发明的另一目的是提出一种新保护装置，所述保护装置能够保障对电气设施有特定水平的保护，同时还使实现该保护装置所需的组件的数量最小化。
本发明的另一目的是提出一种特别紧凑且坚固的新保护装置。
本发明的另一目的是提出一种适于对电气设施提供多种水平的保护作为备选的新保护装置。
本发明的另一目的是提出一种适于在受到电流冲击时与电气设施有效隔离的新保护装置。
本发明的另一目的是提出一种特别易于安装的新保护装置。
本发明的另一目的是提出一种易于监测其操作状态的新保护装置。
本发明的目的是还提出一种对用于保护电气设施的保护装置进行改善的新方法，该方法使得可以简单地通过标准组件来改善保护装置的性能。
本发明的另一目的是提出一种改善保护装置的新方法，该方法使得可以改善所述保护装置的功能。
本发明的另一目的是提出一种改善保护装置的新方法，该方法使得可以改善对由保护装置提供的保护水平的控制。
本发明的目的是还提出一种对用于防备电流冲击的保护装置的新的应用，该应用使得可以对所述保护装置给予额外的保护功能。
本发明的目的通过用于保护电气设施的保护装置来实现，该保护装置被设计成与电气设施并联连接，并且包括至少两个导电接触件，所述至少两个导电接触件适于在幅值大于预定阈值的电流经过所述保护装置时，从闭合位置移到打开位置，所述保护装置的特征在于，在所述闭合位置处，所述接触件由电位绝缘件(potentially insulating piece)相互隔离，由此形成用于防备所述接触件之间的电压冲击的火花隙。
本发明的目的还通过用于保护电气设施的保护装置的制造方法来实现，所述保护装置包括至少两个导电接触件，所述至少两个导电接触件适于在幅值大于预定阈值的电流经过所述保护装置时，从闭合位置移到打开位置，所述方法的特征在于其包括安装步骤，该安装步骤是在接触件之间安装电位绝缘件，使得在所述闭合位置处，所述接触件由所述电位绝缘件彼此隔离，由此形成用于防备所述接触件之间的电压冲击的火花隙。
本发明的目的还通过以如下方式将电流冲击保护装置用作防备电压冲击的保护装置的应用来实现，所述方式是通过在电流冲击保护装置的接触件之间插入电位绝缘件，以形成用于防备所述接触件之间的电压冲击的火花隙的方式。
附图说明
通过阅读下面的描述并分析仅以非限制性且例示性示例的方式提供的附图，可更详细地明了本发明的其他特征和优点，在附图中：
图1是示出处于所谓“闭合”的第一位置处的本发明的保护装置的原理的简化电路图；
图2是示出在其打开位置处的图1所示的本发明的保护装置的简化电路图；
图3是在其闭合位置处的本发明的保护装置的详细图示；以及
图4是在其打开位置处的本发明的保护装置的详细图示。
具体实施方式
图1至图4示出本发明的保护装置1。以保护所述电气设施为目的，保护装置被设计为相对于电气设施2并联连接。
在此“电气设施”的表述指的是适于通过电力来提供动力的任意类型的设备或网络。
本发明的保护装置1有利地被设计为在要保护的设备2的相端P与地T之间布置。在不超出本发明的范围的情况下，作为将保护装置1并联连接在相端P与地T之间的替代，也可以将保护装置连接在中性点与接地之间、相端与中性点之间或者当然也可在两个相端之间(用于差动保护)。
本发明的保护装置1有利地经由连接端子5、6通过配线连接到电气设施2。
根据本发明的基本特征，保护装置1具有至少两个导电的、并且优选为金属接触件3、4，该金属接触件3、4适于安置于至少两个不同的位置处，并且特别是适于当幅值大于预定阈值的电流I经过保护装置1时，从“闭合”位置移到“打开”位置。
图1中示出的闭合位置与其中保护装置1被连接到电气设施2并且能够保护电气设施2的所述保护装置1的操作位置相对应。
图2中示出的打开位置与其中保护装置1不再连接到电气设施2并因此不再能够保护电气设施2的不使用状态相对应。按照断路器的方式，通过活动接触件3、4使其相分离以增加接触件3、4之间的隔离距离来发生断开。
保护装置1优选地包括适于在上述闭合位置与上述打开位置之间移动的至少一个活动接触件3，并且优选地例如通过允许其移动的柔性连接器20来直接连接到连接端子5之一。保护装置2还优选地包括在从闭合位置向打开位置转变的过程中有利地保持静止的固定接触件4。
然而，在不超出本发明的范围的情况下，可以利用活动接触件来替代该固定接触件4。
保护装置1有利地包括触发机构7，该触发机构7对流经其自身的电流I的幅值敏感，并适于当电流I超过上述预定阈值时触发接触件3、4的打开。
为此，触发机构7包括用于检测电流冲击的检测器装置8，该检测器装置串联地布置在多个接触件之一(例如固定接触件4)与多个连接端子6之一之间，以使与流经保护装置1的电流基本上相同的电流通过。检测器装置8可有利地包括双金属条11和/或感应线圈9(其缠绕螺线管插棒铁芯10)。由于这种装置通常用在断路器中，并且对于本领域技术人员是公知的，所以下面不对它们做更详细的描述。
检测器装置8优选地驱动连接到驱动机构12，驱动机构12适于在检测器装置8检测到电流冲击时促使活动接触件3从闭合位置移到打开位置。因而，当幅值超过预定阈值的电流I流经双金属条11和感应线圈9时，可以交替地或同时发生两种现象。
在第一种情形下，由于高幅值电流I的通过所引起的热效应使得双金属条11弯曲，由此又激活或触发了驱动机构12(图4)。
在可以与上述第一种情形交替或同时发生的第二种情形下，由于流过感应线圈9的电流I所引起的磁效应使得螺线管插棒铁芯10移动，由此又激活了驱动机构12。
驱动机构12有利地包括活动支承件12，该活动支承件12固定到活动接触件3并且在弹簧型的弹性返回装置14的偏压下被保持在图3中示出的闭合位置处。当发生电压冲击时，驱动机构12被触发，活动支承件13在弹性返回装置14施加的弹性返回力F的驱动下被释放且移动(例如，平移)，利用它驱动活动接触件3，活动接触件3将固定接触件4移开超过预定的隔离距离d。
根据本发明的保护装置1的基本特征，当接触件3、4处于其闭合位置处时，它们通过电位绝缘件15而相互隔离。
因而，电位绝缘件15有利地插入在接触件3与4之间，这样，当它们处于其闭合位置处时，接触件3、4变得与电位绝缘件15邻接并且物理接触。因此，电位绝缘件15的功能是保持接触件3、4分离，使得在图3中示出的闭合位置中，接触件3、4隔离开一间隙，由此形成用于防备接触件3、4之间的电压冲击的火花隙E。在此使用术语“火花隙”E是指电介质17，该电介质17在闭合位置或打开位置对接触件3、4进行隔离，并可在电介质17中闪击电弧16，所述电弧16对应于被电离的电介质17。间隙的宽度，具体来说是火花隙E的宽度因而有利地由电位绝缘件15的宽度来预定，使得在电压冲击超过预定值的情况下，在接触件3、4之间闪击电弧16，由此将电压冲击电流导向地。
“电位绝缘”的表述是用于指示特定材料的性质，当已达到这些材料的最大电流通过能力时，这些材料适于从导电状态转到绝缘状态，在绝缘状态下，这些材料按照绝缘体的方式来限制电流的通过。这样的材料包括常规的电介质材料(诸如陶瓷)以及基于金属氧化物(例如氧化锌)的诸如半导体材料的材料。一般而言，作为在本发明意义上的“电位绝缘”的这种材料比金属的导电性差。
在闭合位置处，接触件3、4由此形成火花隙E的电极，并且本发明的保护装置1随之组合了经由火花隙E防备电压冲击的功能和经由活动接触件3防备电流冲击的功能。火花隙E因而形成用于防备电压冲击的保护元件，所述火花隙物理地布置在接触件3、4之间并且在闭合位置下电连接到电气设施2以保护它不受电压冲击。
安装活动接触件3有利地按照当在闭合位置时使该活动接触件3抵靠电位绝缘件15的方式来安装。
在本发明的第一变型实施例中，电位绝缘件15是由例如陶瓷的电介质材料制成的。
在本发明的第二变型实施例中，电位绝缘件15是由半导体材料制成的，并且它有利地构成变阻器。保护装置1随之构成具有两级(即，细保护级和粗保护级)的保护装置。因此，在变阻器未达到其最大电流通过能力的低功率电压冲击的情况下，电压冲击电流通过该变阻器，变阻器接着形成接触件3、4之间导电桥路，并且保护电气设施2。相反，在超过变阻器的电流通过能力的高功率电压冲击发生时，在接触件3、4之间闪击电弧16，并且该电弧16绕过该变阻器，火花隙E接着形成用于保护电气设施2的保护元件。
有利的是，当接触件3、4处于其闭合位置时，它们由电介质17隔离，电介质17优选地由流体构成并由诸如空气的气体形成，电位绝缘件15设置在接触件3、4之间，这样，在电压冲击超过预定值的情况下，基本上在电位绝缘件15的界面处，在电介质17中闪击电弧16。电弧16因而有利地在电位绝缘件15的附近沿着电位绝缘件15闪击过位于电介质17中的区域，从而构成火花隙E的起弧区。
因而，电位绝缘件15有利地形成用于触发火花隙E的辅助触发器，从而能够改善对其触发的控制，由此改善对由保护装置1提供的保护水平的控制。具体来说，电位绝缘件15使得能够避免必须使用更复杂的触发器系统(诸如触发器电路)，为了将所述复杂的触发器系统并入到已知的保护装置中，需要深度修改结构，并且将导致保护装置的整体尺寸的增加。
有利的是，本发明的保护装置1包括用于中断电弧16的断续器装置18。通常断续器装置18是由平行安装的金属板19的排列来形成的，并且适于按照使电弧熄灭的方式把来自火花隙E的电弧16分为多个电弧成分。断续器装置18有利地布置在气隙E的出口处，即，在远离起弧区的接触件3、4的末端。因而，断续器装置18和接触件3、4按照当接触件3、4打开时朝向断续器装置18来驱动电弧16的方式来相对于彼此而布置。
为了进一步改进保护装置1的紧凑性，断续器装置18(更具体的是分离的金属板19)优选地在基本上与接触件3、4所延伸的纵向方向Y-Y’相垂直的方向X-X′上延伸。
在本发明的优选变型例中，本发明的保护装置1被并入适于插入基底(未示出)的盒形式的壳体中(未示出)。该变型例由此有利于装置的维护，特别是有利于装置的更换。
本发明的保护装置1还优选地包括用于指示装置状态的指示装置(未示出)。具体来说，所述指示装置适于通过例如合适的可视信息将保护装置1未使用和从电气设施2断开通知给第三方。这种指示装置有利地从功能上连接到活动接触件3，并且优选地机械地连接到活动接触件3，使得活动接触件3从其闭合位置移到其打开位置，可激活用于指示保护装置1的状态的指示装置。
本发明还涉及用于保护电气设施的保护装置1的制造方法，保护装置1包括至少两个导电接触件3、4，所述至少两个导电接触件适于在幅值大于预定阈值的电流I经过保护装置1时，从闭合位置移到打开位置，所述方法包括安装步骤，该安装步骤是在接触件3、4之间安装电位绝缘件，使得当接触件3、4处于所述闭合位置时，该接触件3、4由所述电位绝缘件15相互隔离，由此形成用于防备接触件3、4之间的电压冲击的火花隙。
因此，安装步骤(a)有利地包括用于隔离接触件3、4的隔离阶段，在该阶段，将电位绝缘件15定位于接触件3、4之间，以在它们处于闭合位置时保持它们分离。
因而，在安装步骤(a)之前，保护装置1可由断路器型的用于防备电流冲击的预先存在的保护装置来形成，仅通过在接触件3、4之间插入电位绝缘件15，该预先存在的保护装置被变形为避雷器型的用于防备电压冲击的保护装置。于是安装步骤(a)是对用于防备电流冲击的保护装置进行改进，以将它转变为用于防备电压冲击的保护装置。这种方法在基本上不对保护装置进行基本修改的情况下，可以改善用于防备电流冲击的保护装置的功能。因此可通过本发明的方法来修改已经位于电气设施或装备中的断路器型的电流冲击保护装置，以赋予它们防备电压冲击的额外功能。因此，本发明的方法可以避免已经安装到位的装置的高成本更换。
本发明还涉及电位绝缘件的应用，该电位绝缘件用于形成防备在用于防备电流冲击的保护装置的可分离接触件之间的电压冲击的火花隙E。为此，电位绝缘件15有利地插入在接触件3、4之间。
本发明还涉及断路器型的电流冲击保护装置1作为防备电压冲击的保护装置的应用，在该应用中，将电位绝缘件15插入在电流冲击保护装置的接触件3、4之间，以形成用于防备在所述接触件3、4之间的电压冲击的火花隙E。
下面参照图1至4描述本发明的保护装置1的操作。
保护装置1初始位于图3中示出的其工作配置中。当发生超过电位绝缘件15的最大电流通过能力的电压冲击时，在接触件3、4之间的空气中沿着电位绝缘件15闪击电弧16。接着，电弧16使对应于电压冲击的电流I例如导向地，因而通过使电流转向而保护电气设施2。当要通过的电流I超过预定的阈值(在该阈值下它可能损坏保护装置1)时，具体的是对电流冲击敏感的火花隙E、检测器装置6触发驱动机构12，驱动机构12按照使活动接触件3在朝向其打开位置的弹性偏压下运动的方式对活动接触件3进行作用。在所述打开位置，接触件3、4隔开一足以防止电弧持续并防止电弧重闪的隔离距离d。
随着接触件3、4打开，初始闪击的电弧16随之被驱向火花隙3的出口并被驱向有利地由分流器腔形成的断续器装置18。于是随着接触件3、4打开，接触件3、4的V形结构有助于更快地将电弧16驱向断续器装置18。通过在断续器装置18中对电弧16进行分流，电弧16被熄灭，接着保护装置1不可逆地与电气设施2的其余部分断开，并且必须更换。可视型的指示装置通知操作者保护装置1有故障，并应采取必要的步骤来更换它。
因此，本发明的保护装置1与集成的断路器一起构成了避雷器，为了实现这种避雷器，只需对常规断路器进行简单的小修改。
本发明的保护装置1的另一优点是：它被实现为单件单元的事实限制了在选择与任意给定的避雷器相关联的断路器的类型时出错的风险。
本发明的另一优点在于，把两种不同的功能(即，电压冲击保护和电流冲击保护)集合在单个单元中。
产业应用的易应用性
本发明易于应用于制造用于保护电气设备和电气设施的保护装置的工业应用中。
Claims (20)
1、一种用于保护电气设施(2)的保护装置，该保护装置被设计成与所述电气设施(2)并联连接，并且包括至少两个导电接触件(3、4)，所述至少两个导电接触件适于在幅值大于预定阈值的电流(I)通过所述保护装置(1)时，从闭合位置移到打开位置，所述保护装置的特征在于，在所述闭合位置处，所述接触件通过电位绝缘件(15)相互隔离，由此形成用于防备所述接触件(3、4)之间的电压冲击的火花隙(E)。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述闭合位置下，所述接触件(3、4)与所述电位绝缘件(15)物理接触。
3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述闭合位置下，所述接触件(3、4)通过所述电位绝缘件(15)而彼此保持分离。
4、根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，该装置包括适于在所述闭合位置与所述打开位置之间移动的至少一个活动接触件(3)。
5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述活动接触件(3)被按照在所述闭合位置处所述活动接触件(3)抵靠所述电位绝缘件(15)的方式来安装。
6、根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，在所述闭合位置下，所述接触件(3、4)的位置分隔开一使得在电压冲击的情况下，在所述接触件(3、4)之间闪击电弧(16)，从而使电压冲击电流通过的距离。
7、根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，当所述电流(I)超过所述预定阈值时，所述接触件(3、4)朝向其打开位置移动而分开，从而使得可以中断所述电流(I)。
8、根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述电位绝缘件(15)是由电介质材料制成的。
9、根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述电位绝缘件(15)是由半导体材料制成的。
10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电位绝缘件(15)是变阻器。
11、根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，在所述闭合位置下，所述接触件(3、4)还由例如空气的流体电介质(17)隔离，所述电位绝缘件(15)布置在所述接触件(3、4)之间，使得在电压冲击的情况下，基本上在所述电位绝缘件(15)的界面处，在所述流体电介质(17)中闪击电弧(16)。
12、根据权利要求1至11中任意一项所述的装置，其特征在于，该装置包括电弧断续器装置(18)。
13、根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述断续器装置(18)和所述接触件(3、4)按照随着所述接触件(3、4)打开而将电弧(16)驱向所述断续器装置(18)的方式来相对于彼此布置。
14、根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，该装置被装入插入式盒中。
15、根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，该装置包括用于指示所述保护装置(1)的状态的指示装置。
16、根据权利要求4和15所述的装置，其特征在于，所述指示装置是由所述活动接触件(3)的移动来激活的。
17、根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于，该装置与集成的断路器一起构成了避雷器。
18、一种用于保护电气设施(2)的保护装置(1)的制造方法，该保护装置包括至少两个导电接触件(3、4)，所述至少两个导电接触件适于在幅值大于预定阈值的电流(I)流过所述保护装置(1)时，从闭合位置移到打开位置，所述方法的特征在于，其包括安装步骤(a)，该安装步骤(a)是在所述接触件(3、4)之间安装电位绝缘件(15)，使得在所述闭合位置下，所述接触件(3、4)通过所述电位绝缘件(15)而彼此隔离，由此形成用于防备所述接触件(3、4)之间的电压冲击的火花隙(E)。
19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述安装步骤(a)是在预先存在的用于防备电流冲击的保护装置中实现的。
20、电流冲击保护装置作为用于防备电压冲击的保护装置的应用，该使用通过在所述电流冲击保护装置的接触件(3、4)之间插入电位绝缘件(15)，来形成用于防备所述接触件(3、4)之间的电压冲击的火花隙(E)。
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