CN101765952B - 用于在电压开关的过电压放电器并联的情况下均匀脉冲电流分布的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及为了提高雷电冲击电流容许负荷量的目的的用于在并联连接的电压开关的过电压放电器、如气体放电避雷器、具有触发辅助装置的火花隙等的情况下均匀脉冲电流分布的方法。根据本发明，设置在并联电路中的过电压放电器具有直到主电极之间触发的延迟时间，其中在延迟时间内，在脉冲电流的情况下产生电压，该电压比所设置的过电压放电器或存在的触发辅助装置的静态响应电压至少高10％至20％，从而在第一过电压放电器响应之后，并联电路的其他所有放电器通过达到各自的响应电压而被激活。此外，本发明还涉及用于执行均匀脉冲电流分布的方法的装置。

Description

用于在电压开关的过电压放电器并联的情况下均匀脉冲电流分布的方法和装置

技术领域

本发明涉及为了提高雷电冲击电流容许负荷量的目的的在并联的电压开关的过电压放电器的情况下均匀脉冲电流分布的方法和装置。 

背景技术

已知为了提高过电压放电器的涌浪电流容许负荷量而并联地操作其。 

但是，电压开关的过电压放电器，例如气体放电避雷器或火花隙是非常有问题的。结构相同的电压开关的过电压放电器的静态和动态响应值在10％至20％之间波动。如果这种设备并联，则一般来讲，只有具有几乎随机最低响应电压的那些设备响应，从而不能实现脉冲电流的准确划分，这最终导致进行了响应的放电器的过载。这里参见WO06/008000A1。 

为了尽可能同时触发多个并行的放电器，因此需要其他措施。 

因此，在CH 592973中建议了一种电路装置，其中与每个并行的放电器串联一个线性或非线性电阻。在具有最低响应电压的放电器响应之后，对于高电流，在进行了响应的放电器的相应串联电阻上产生大电压，从而下一放电器触发。 

根据DE 69814257T2的教导，代替电阻，与并行的过电压放电器串联地设置各个电感器，以便根据并联连接导致放电器的触发。 

DE 3905799A1公开了复杂电阻分别与并行火花隙的串联电路。其中所提出的原理基本上对应于CH 592973中的原理。 

上述方案的缺点是，必须串联附加的外部元件，该元件要与放电 器和接入方案协调。除了这个更多花费和附加的空间需求之外，这些外部元件本身必须能够在不过载的情况下导致电流负载。这尤其在每个并行路径高负载的情况下导致非常大的、结构空间花费大的串联元件。 

此外，不利的是，安全电平和剩余电压在整个放电过程期间也受到这些元件的影响，并且不可能得到整个装置的独立设计。最后，在协调后的过电压保护原理的框架中与后面的过电压放电器的组合很难。 

WO 2005/074083A1公开了一种火花隙的并联电路，其中电流分配应该通过相应触发电极的总触发而实现。其中缺点在于，总触发电路必须是必要的，此外，要实现触发电路与两个火花隙的连接。不可能实现事后增补的放电器并联电路。 

发明内容

基于以上所述，因此本发明要解决的一个技术问题是提供一种进一步改进的用于在并联的电压开关的过电压放电器(如气体放电避雷器、具有辅助触发装置的火花隙等)的情况下均匀脉冲电流分布的方法和装置，该方法和装置使得能够在任何时候在没有附加串联元件的情况下实现并联连接，并且对于涌浪电流负载具有最佳电流分配。 

本发明的解决方案通过根据本发明的方法教导以及通过根据本发明的装置的教导实现。 

为了可靠地划分雷电冲击电流，过电压放电器具有带有在时间上受限的剩余电压(即电压和电流)的触发延迟时间，该剩余电压比过电压放电器或放电器子路径或辅助触发装置的静态响应电压高一限定的值，并且优选的是对于所有冲击电流负载，但是至少对于额定冲击电流陡度的电流。 

延迟时间，即提高的剩余电压直到触发主隔离段(Haupttrennstrecke)或主火花隙的持续时间在额定冲击电流负载的情况下应该在100ns至200ns之间，其中在更小的负载的情况下延迟时间也可能直至几μs，而不限制期望的功能。

通过所建议的措施实现了：在该过电压放电器或第一过电压放电器响应之后，并联电路中的电压一直增大，直到所有其他过电压放电器同样已经响应.这优选地适用于所有冲击电流负载，但是至少适用于具有额定冲击电流负载的陡度的电流。 

不仅主要段的触发被视为其余放电器的响应，而且子段的响应、即火花隙内的电流流动已经被视为其余放电器的响应。 

在为了提高雷电冲击电流容许负荷量的目的用于在并联的电压开关的过电压放电器的情况下均匀脉冲电流分布的方法中，设置在并联电路中的过电压放电器具有直到主电极或主隔离段之间触发的延迟时间，其中在延迟时间之内在脉冲电流流动的情况下划分电压，该电压比所设置的过电压放电器或存在的辅助触发装置的静态响应电压至少高10％至20％。由此，在第一过电压放电器响应之后确保并联电路的所有其他放电器通过达到各自的响应电压而被激活。 

主电极之间的段的触发延迟由至少一个集成在相应放电器中的阻抗或集成的电阻产生。 

在火花隙的主要段触发以后，集成的阻抗不再视为电流回路的部件，即不发生在电压降意义上的对电流回路的反作用。这是与外部阻抗的显著区别，但是也是与放电器外壳内火花隙的具有阻抗的接通的显著区别，例如在通过钢或石墨元件连接，而不是通过铜导线连接的情况下。 

所使用的用于触发延迟的元件尤其具有非线性的电流-电压特性。 

用于可靠地触发并联电路的所有放电器的延迟时间和产生电压由集成在过电压放电器中的具有阻抗的辅助电极实现，其中该辅助电极构成主电极之间的第一隔离段L1，该第一隔离段小于主电极之间的第二隔离段L2，从而在电流沿着辅助电极流动是在第一隔离段L1上产生电压降，该电压降随着电流的增大而线性或非线性地增大。 

用于执行根据本发明的用于在并联的电压开关的过电压放电器的情况下均匀脉冲电流分布的方法的装置被构造为使得并联连接的放电器每一个都具有在主电极之间的至少一个主隔离段L2，其中在主电极之间设置具有阻抗的、并且几何配置不同的辅助电极，从而生成辅助隔离段L1，该辅助隔离段的长度比主隔离段L2的长度小，以便在存在过电压的情况下首先在辅助电极和辅助隔离段L1上实现响应，其中由流过辅助电极或沿着辅助电极的电流流动产生电压降，该电压降使得能够实现并联连接的放电器在主隔离段L2的延迟后的触发内的响应。 

如上所述，在电压开关的过电压放电器的情况下对于均匀脉冲电流分布的前提是各个放电器的几乎同时的响应。 

因为如说明书开头处所述，放电器的响应电压非常强的存在差别，所以必须采用适当的措施，以便在具有最低响应电压的第一放电器响应之后触发其余的并行放电器。 

为了触发其他并行的放电器，同样必须达到其响应电压。通常，电压开关的过电压放电器的电压在对明显更低的电压值的响应之后立即击穿(zusammenbrechen)。其中，该值的大小由相应放电器的峰值电弧电压决定。 

根据现有技术，为了在此情况下仍然导致并行放电器的响应，设置阻抗与放电器的串联连接。 

与此相反，在根据本发明的方法的过电压放电器的情况下，由主隔离段的集成在放电器中的触发延迟产生对于触发并行放电器所需要的电压降。这可以一方面通过触发段和放电空间的几何构造，以及另一方面通过第一触发路径中材料的给定特性(即相对于辅助电极)来实现。 

触发延迟实现了多个任务。 

通过主隔离段的触发的延迟产生电压降，该电压降根据本发明在额定冲击电流的电流陡度的情况下比并行放电器的静态响应值高10％至20％，优选高15％。 

所产生的电压降越高，以及触发延迟越长，则越可靠地触发并联 连接的放电器。 

在测定电压降的大小时要考虑，对于所有能想到的电流陡度和电流值都不超过放电器的安全电平。所产生的电压降的持续时间在电压降大小为所期望的安全电平的情况下要被选择为还大于电压开关的过电压放电器的通常触发时间。主要段的触发延迟时间优选在大于100ns的范围中，以便取保并行放电器的可靠触发。 

随着延迟时间的持续时间增大到例如大于1μs的范围中，电压降的大小可以降低到最小值，因为并行的放电器可以根据其静态特征曲线来响应。 

尤其是在放电器的安全电平低的情况下，必需的是：在触发延迟期间在主隔离段或主火花隙触发之前已经可以漏导脉冲电流的相对大的分额，从而能够限制由于明显的脉冲电流所导致的电压增大。为了获得高的触发延迟时间，延迟元件的电流-电压特性优选是非线性的。对于具有外部辅助触发装置的过电压放电器，主火花隙的触发延迟和电压降的控制的任务可以部分地也由该外部辅助触发装置承担。 

附图说明

以下借助于实施例参考附图详细地解释本发明。其中： 

图1示出了过电压放电器在时间间隔t上的示例性U/I特性； 

图2示出了根据本发明的改进火花隙的一种可能的构造变形方案的原理图； 

图3示出了用于根据本发明的装置中的火花隙形式的过电压放电器的另一实施方式，其中主要段L2的电离通过第一放电段L2的构造而变得复杂。 

具体实施方式

根据1所示解释两个并联连接的根据本发明的过电压放电器的基本特性。 

曲线显示了过电压的增大，其中虚线2和3表示放电器的脉冲特 性曲线。 

在点4到达脉冲特性曲线时，第一放电器响应，并且脉冲电流开始在该第一放电器的子段上流动。 

整个装置上的电压降虽然被限制到比安全电平UP低的值，但是其由于相应火花隙的主隔离段的被延迟的触发而保持在高水平。 

当在点5处到达第二放电器的脉冲特性曲线或静态响应值之后，该第二放电器触发子段，并且在时刻t2，部分电流在放电器上流动。 

在另一时间之后，这两个火花隙之一在时刻t3触发，并且电压降低到相应放电器的主要段的峰值电弧电压。 

由于所实现的电荷引入、第二放电器的与其相连的电离以及电流的受限换向时间，第二放电器同样也触发。对于构造相同的放电器，由于在冲击电流负载的情况下类似的峰值电弧电压，在注意根据本发明的原理时得到几乎相同的电流分布。 

在大于100V范围中的高峰值电弧电压对于电流分布产生特别有利的影响。这些峰值电弧电压使得甚至在具有长的半值有效时间的脉冲的情况下也能实现理想的电流分布。 

对于该装置的基本操作，点4处的电压是大于还是低于点5处的电压并不重要。重要的是，在第一个进行响应的放电器的触发延迟期间，总是达到并行的放电器的响应电压的大小。 

在火花隙在点6或在t3时根据图1的主要段触发之后，整个装置的电压下降，并且不在增大。随着时刻t3时电压的下降，子段中并联连接的火花隙中的电流或阻抗的电流下降很小，但是电弧熄灭。通过持久的能量引入，其他并行火花隙的主要段同样触发。 

图2和3示出了根据本发明改进的过电压放电器的可能的实施方式变体。 

在根据图2的实施方式中，相对设置的主电极1和2配备有位于它们之间的主隔离段L2。 

辅助电极3位于主电极1和2之间。辅助电极3可以与主电极1或2电连接，或者但是也通过隔离段与这两个主电极隔绝。 

如图2中所示，辅助电极3与主电极2导电地连接，并且通过隔离段L1与位于对面的主电极1隔离。其中，辅助隔离段L1比隔离段L2小或短，并且基于距离和/或材料选择在所有陡度的情况下都保证主电极1和辅助电极3之间放电器的响应。 

在过电压的情况下，放电器因此经由主电极2、辅助电极3和主电极1响应。 

辅助电极的材料是具有阻抗的，从而在电流流过或沿着材料流动时产生电压降，该电压降在电流增大或电流变化时线性或非线性地增大。 

根据所期望的安全电平和放电器的类型，电流可能在辅助电极3上达到高达几kA的瞬时值。直至主隔离段L2触发为止的持续时间除了取决于给定的放电器典型参数(如距离、材料、压力、电场强度等)之外还取决于主隔离段L2之间的电离和整个放电器上电压降的大小。 

图3示出了一种过电压放电器的一个实施方式，其中通过第一放电段L1的设置使得主放电段L2的电离变得很难，从而直至主要段L2的触发为止的时间延迟可以与辅助电极3的特性无关地被提高。 

在根据图3的这个实施方式中，第一主电极1配备有蘑菇状或钉状的头，该头与主电极2相对地设置。在主电极1的细的部分中，在一定程度上在实际的头后咬合地，设置辅助电极3的手指状的突起，这些突起与主电极1相距一距离，该距离构成辅助隔离段L1。而且，这里，辅助隔离段L1的长度比主电极1和2之间的距离小，主电极1和2之间的距离构成主隔离段L2。 

对于具有外部辅助触发装置的放电器，除了所示的在放电器内集成有阻抗的变形方案之外，阻抗也可以被设置在放电器外部，并且电势经由导电的辅助电极馈送。 

总之，本发明使得能够实现具有触发辅助装置的气体放电避雷器、火花隙和过电压放电器的并联电路，以提高雷电冲击电流容许负荷量，其中可靠地将雷电冲击电流分配到放电器，从而可以在并联电路内避免单个放电器的过载。并联电路可以事后在任何时间在没有附 加串联元件的情况下被实现，并具有在冲击电流负载的情况下期望的优化的电流分配。 

Claims (7)

1.一种为了提高雷电冲击电流容许负荷量的目的的用于在电压开关的过电压放电器并联连接的情况下均匀脉冲电流分布的方法，其特征在于，

设置在并联电路中的过电压放电器具有直到主电极之间触发的延迟时间，其中在所述延迟时间内，在脉冲电流流动的情况下产生电压，所述电压比所设置的过电压放电器或存在的触发辅助装置的静态响应电压至少高10％至20％，从而在第一过电压放电器响应之后，所述并联电路的其他所有过电压放电器通过达到各自的响应电压而被激活。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在额定冲击电流负载以及相应陡度的情况下，用于提供提高的电压直到主电极之间触发的延迟时间在100ns到200ns的范围中。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，在额定冲击负载之下，用于提供提高的电压直至主电极之间触发的延迟时间大小为直至几个μs。

4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，主电极之间的隔离段的触发延迟时间由至少一个集成在相应过电压放电器中的阻抗生成。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述至少一个集成在相应过电压放电器中的阻抗具有非线性的电流-电压特性。

6.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，用于可靠地触发所有过电压放电器的所述延迟时间和所述产生电压由集成在过电压放电器中的具有阻抗的辅助电极实现，其中该辅助电极通过第一隔离段(L1)与位于对面的主电极隔离，该第一隔离段比主电极之间的第二隔离段(L2)小，从而在电流沿着辅助电极流动时在第一隔离段(L1)上产生电压降，该电压降随着电流增大而线性或非线性地增大。

7.用于执行根据权利要求1至6中任一个的方法的装置，其特征在于，

并联连接的过电压放电器每个都具有在两个主电极(1；2)之间的至少一个第二隔离段(L2)，其中在主电极(1；2)之间设置具有阻抗的辅助电极(3)，从而生成第一隔离段(L1)，具有阻抗的辅助电极(3)通过第一隔离段(L1)与位于对面的主电极隔离，该第一隔离段(L1)的长度比第二隔离段(L2)的长度小，以便在过电压的情况下要首先经由辅助电极(3)和第一隔离段(L1)实现响应，其中通过流过或沿着辅助电极(3)的电流流动产生电压降，该电压降使得能够实现并联连接的过电压放电器在第二隔离段(L2)的延迟后的触发内响应。

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