CN101779349A - 用于防雷电及过压保护的装置和模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防雷电和过压保护装置，该装置带有两个电极(2，3；21，31；22，32)，该两个电极(2，3；21，31；22，32)以气密的方式封闭由绝缘材料制成的圆柱体(1；11；12)的两个端面并且在如此形成的腔室中限定放电空间(7；71)，其中，在腔室内在圆柱体和电极中的至少一个的接触区域中如此地设置至少一个凸肩部(4；41；42)，即，使得腔室延伸越过圆柱体的内壁。一种模块包括多个这种装置或放电器。

Description

用于防雷电及过压保护的装置和模块

技术领域

本发明涉及用于防雷电及过压保护的装置，该装置带有两个电极，这两个电极以气密的方式封闭由绝缘材料制成的圆柱体的两个端面并且在如此形成的腔室内部中限定放电空间(Entladungsraum)，此外涉及带有这种装置的模块。

背景技术

此外，这种装置在建筑设施的主电流供应系统中作为防雷电和/或过压保护装置，其中，外部导体分别通过雷电电流放电器(Blitzstromableiter)与中性导体相连件。这种装置还称为火花间隙布置或放电器布置(Ableiteranordnung)。

放电器(Ableiter)用来避免生命受到伤害，设备器械损坏以及火灾的发生。防雷电和过压保护的任务是将过电压降至1.5kV的防护水平，以及将高达50kA的强脉冲电流引开。在此，可避免火焰进发(Stichflamme)和压力波(Druckwelle)，以使得在无需注意特别安全距离和被动防火措施的情况下安装在典型的仪器中成为可能。灭弧能力和电源频率持续电流的界限必须如此地设计，即，使得不触发用户线保险装置(Hausanschlusssicherung)。最后，还要求对于标准化装配系统的兼容性和对于气候影响和污染的不敏感性。

这种防雷电和过压保护装置的典型参数是：直流击穿电压(Ansprechgleichspannung)U_ag＞600V，在电压呈5kV/μs增长时浪涌击穿电压(Ansprechstossspannung)U_as≤1.5kV，在8/20μs和10/350μs的标准浪涌电流特性曲线且分别为15倍负荷下标称浪涌电流I_SN为50kA，以及电源频率持续电流≤50kA。

在放电器作用(Ansprechen)时产生电弧，电弧生成燃烧产物，燃烧产物可作为导电汽化物(Bedampfung)沉积在陶瓷或绝缘材料制成的内圆柱体上并造成绝缘失效。

为了实现保护功能要求低的动态击穿电压。对于整个结构元件来说，当施加斜坡形的、以5kV/μs增长的电压时，所要求的值为1500V。对于单个放电器来说，这种防护水平和其余参数意味着必须使用辅助点火部件。一种用于改善点火性能的方法是引入例如由石墨制成的点火条(Zuendstrich)，该点火条提供初始载流子，使电场变形(verzerren)，并通过沿圆柱体内壁的陶瓷表面的沿面放电(Gleitentladung)来改善动态点火性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供开头所提及的那种类型的装置，利用该装置可实现或优于所要求的参数。

本发明利用独立权利要求的特征而实现该目的。本发明的设计方案由从属权利要求中体现特征。

用于防雷电和过压保护的装置设置有两个电极，该两个电极以气密的方式封闭圆柱体(其由绝缘材料、尤其由氧化铝陶瓷所制成)的两个端面，并且在由此形成的腔室的内部中限定放电空间。在腔室内，在圆柱体和电极中的至少一个的接触区域中如此地设置至少一个凸肩部(Abstufung)，即，使得腔室延伸越过圆柱体的内壁。

电极优选地由铜或铜合金制成。腔室为整个充满气体的内部空间，该内部空间在将圆柱体与电极相焊接或利用电极封闭圆柱体之后形成。放电空间基本上为腔室区域，然而用于防雷电和过压保护的高能量放电(Entladung)发生在在彼此带有较小间距对置的电极表面之间、尤其在装置的中间区域中形成的放电路段(Entladungsstrecke)中。圆柱体的端侧的区域称为接触区域，在该区域处基本上圆柱体可与电极相连接或相焊接。因此，接触区域延伸至少超过圆柱体内壁的厚度。

通过凸肩部，相对于各电极的绝缘路段至少延伸了凸肩部的长度和高度。由此，使得即便在反复的浪涌电流和持续电流负荷下，装置或放电器在整个使用寿命期间实现高绝缘水平。

设置的是，凸肩部布置在圆柱体的端侧内壁中。备选地或补充地，凸肩部布置在至少一个电极中。

安置在圆柱体内壁上且在一实施形式中延伸至圆柱体的端侧内壁的辅助点火部件(尤其如由石墨制成的点火条)改善装置或放电器的点火性能和负荷能力(Belastbarkeit)。辅助点火部件通过尤其提供初始载流子、使电场变形以及改进沿陶瓷圆柱体的表面的沿面放电从而改善放电器的动态点火性能。

备选地或者补充地，在辅助点火部件处设置，使电极覆盖(bepasten)有活化物(Aktivierungsmasse)，这同样可改善点火性能。

当辅助点火部件在圆柱体内壁上延伸至圆柱体端侧内壁中的凸肩部时，可进一步改善装置的点火特性。由此，可调整点火条端部与金属电极(半绝缘(Restisolation))的间距并且将该间距保持成如此地小，即，使得优化点火条功能。尤其在一实施形式中设置，辅助点火部件在从圆柱体内壁至端侧内壁的过渡区域中变宽。

点火条的几何形状的其它变型可如此地设置，即，其使得放电器的动态点火性能进一步改善。

在一实施形式中，如此形成的点火条以45°的间距分布在圆柱体的内圆周上。

装置如此地设计，即，使得为了堆叠多个类似装置，装置构造成可堆叠的。由此，可以简单的方式构造带有多个可单独更换且具有不同击穿电压的装置的模块。

在一实施形式中，至少一个电极不仅具有盆状区域而且具有凸筋状(sickenfoermig)区域，这些区域在装置的纵轴线方向上分别在圆柱体和电极的接触面的平面的两侧延伸。这使得尤其有效的堆叠成为可能，因为两个放电器的中间电极只需存在一次，但是作为电极供两个放电器使用。

在一实施形式中，如此地构造放电器，即，使得电极在装置的横轴线处呈镜像对称，这使得带有如此形成的模块的小尺寸的有效堆叠成为可能。

在模块中，多个装置或放电器串联联接。当两个串联联接的装置具有中间公共的、构造成两个装置中每一个的两个电极中的一个的电极时，则特别节省空间。

当以与串联联接的装置的至少一部分并联的方式联接压敏电阻(Varistor)时，可优化由串联联接的放电器组成的模块的特性。根据需要也可以与放电器的组合物并联的方式联接多个压敏电阻。

在模块的一实施形式中，串联联接多个带有不同击穿电压的放电器。

应用带有不透气密闭的充满气体的壳体的一个或多个放电器使得避免火焰进发或压力波成为可能。

在模块内串联联接带有不同性质的多个放电器使得要求的直流击穿电压，浪涌击穿电压和电源频率持续电流的控制(Beherrschung)成为可能。附加的这样的布线(即，串联联接的多个元件带有与其并联布置的压敏电阻)有助于在加载所要求的直流击穿电压和浪涌击穿电压时的性能。单个放电器的高电弧电压限制了电源频率持续电流。

通过高热容量的布置(尤其在应用铜电极时)以及填充气体良好的导热性，使电弧有效冷却并改善灭弧性能。

在实际实施形式中，模块包括带有布置在模块两侧的两个导电保持器的保持装置，保持器通过间隔绝缘件(Abstandsisolator)连接并夹持模块。放电器以及在根据需要夹持在两个接触元件之间的模块中的放电器的串联联接的尽可能低的结构高度简化了装置的装配。

放电器的结构和带有多个放电器的模块化结构的可能性使得装置的优化成为可能。点火条的应用和造型支持了装置的限定的作用。

放电器与压敏电阻的组合改善了对待保护设备的保护。

附图说明

通过下文附图和实施例进一步阐明上述内容。

下文所描述的附图并非按实际比例加以理解。相反地，为了更好的图示，可将单个尺寸以放大、缩小或甚至变形的方式示出。相同或具有相同功能的元件使用相同的参考标号加以标示。

图1a显示了带有由绝缘材料制成的圆柱体中的凸肩部的放电器，

图1b显示了带有在两个电极的每一个中的凸肩部的放电器，

图1c显示了带有凸肩部的绝缘圆柱体和在内壁和凸肩部上的点火条，

图1d在透视图中显示了根据图1c的圆柱体，

图2显示了带有堆叠的放电器的串联联接的第一模块，

图3显示了带有堆叠的放电器的串联联接的第二模块，

图4a-c显示了带有与放电器并联的压敏电阻的模块的等效电路图，

图5显示了处于夹持中的、带有压敏电阻的第三模块。

具体实施方式

根据图1a的放电器包括壳体，该壳体由圆柱体1(其由绝缘材料、例如由Al₂O₃构成的陶瓷所制成)和两个电极2，3(其尤其带有有利的流动特性和高导热性，例如由铜所制成)形成。电极尤其对称。放电空间处于由壳体形成的腔室7的内部中。通过陶瓷中的凸肩部4，保证了即使在反复的浪涌电流和持续电流负荷下，放电器在其整个使用寿命内也可达到足够的高绝缘水平。凸肩部延长了电极间的壁侧绝缘路段。

根据图1b，作为放电器的另一个实施例，放电器包括壳体，壳体由圆柱体11(其由绝缘材料、例如由Al₂O₃构成的陶瓷所制成)和两个电极21，31(其尤其带有有利的流动特性和高导热性，例如由铜所制成)形成。电极尤其对称。放电空间处于由壳体形成的腔室71的内部中。通过分别在电极中的凸肩部41，保证了即便在反复的浪涌电流和持续电流负荷下，放电器在其整个使用寿命内也可达到足够的高绝缘水平。凸肩部延长了电极间的壁侧绝缘路段。

根据图1a和1b，放电器具有例如30mm的外直径D，以及例如3mm或4mm的高度H。

在陶瓷中的凸台部(Stufe)4或者电极中的凸台部41阻止了放电器中电弧放电(Lichtbogenentladung)时的连续汽化物层和由此可导致功能减弱或不可用的放电器绝缘问题。

通过在壳体的内面上应用点火条5或51并且利用活化物覆盖电极，可进一步优化放电器的点火性能和负荷能力。

在此，对于装置或每个放电器的点火条的功能而言，点火条与放电器的金属电极的间距为重要的。在根据图1a的实施形式中，优选地使点火条成形直到陶瓷中的凸肩部中是有利的，因为这改善点火条的连结。由此，可优化点火条端部到电极的路径。

图1c以细节图显示了圆柱体内壁和凸肩部4上的点火条52，并且图1d以透视图显示。点火条在圆柱体内壁和凸肩部4之间的棱边区域加宽。当然设置其它的点火条几何形状。为了与电极中的一个进行封闭焊接，将金属喷涂物6施加到圆柱体端侧的一部分上。

在这种封闭焊接(在其中，有利地应用具有高的导热性和可取决于压力而容易调节的介电强度(Durchschlagsfestigkeit)的混合气体，例如Ar-/H₂-/Ne-混合物)之后，形成带有限定调节的静态和动态点火特性和高电弧电压的、气密的、充有气体的放电器。

为了实现防雷电和较高电压防护，优选地将多个根据图1a或图1b所构造的放电器串联联接并形成模块。为了优化结构体积和生产工艺，设置根据图2或图3的其它实施例，在其中，绝缘陶瓷12，14，16以及18相对于电极22，32或电极23a，23b相对于绝缘陶瓷13，15和17带有凸肩部。

根据图2和图3，电极中的至少一个不仅具有盆状区域25，35或27，28而且具有凸筋状区域24，34或26，这些区域在装置的纵轴线方向上分别在圆柱体和电极的接触面的平面的两侧延伸。这就使得特别有效的堆叠成为可能，因为两个放电器的中间电极25或28只需存在一次，但可作为电极供两个相关联的放电器使用。

放电器应如此地构造，既，使得电极在装置的横轴线处呈镜像对称。这就使得带有如此形成的模块的小尺寸的有效堆叠成为可能。

在根据图2或图3的模块中，多个装置或放电器串联联接。当两个串联联接的装置具有中间公共电极(其构造为两个装置中的每一个的两个电极中的一个)时，则特别节省空间。

根据图4，总体布置由带有相同特性(FS200)或者不同特性(例如直流击穿电压为200V或600V)的单个放电器FS200和FS600串联联接组成。不同的局部路段(Teilstrecke)的外部布线是有利的。该布线实现优选地带有压敏电阻V1，V2，V3。但是，还可通过其它方式以这样的目的实现布线，即，在动态负荷下实现一个或多个单个放电器处的快速势能增长。

图4a显示了包括带有U_ag＝200V的六个元件FS200和带有U_ag＝600V的一个元件FS600、结合两个压敏电阻V1(带有250V)和V2(带有420V)优选的实施形式。图4b显示了与图4a相同的放电器布置，但带有两个各带有200V的压敏电阻V3，两个电阻器V3以分别与串联联接的三个放电器FS200相并联且彼此相串联的方式而联接。图4c显示了与图4a相同的放电器布置，但带有压敏电阻V2(带有420V)，该压敏电阻V2以与六个放电器FS200并联的方式而联接。

图5显示了由单个放电器FS200和FS600的串联联接，该串联联接在考虑标准化的汇流排系统(Schienensystem)中的可装配性的情况下优选地通过夹持在导电的、钳子状的保持器61，62，63中来实现。保持器61和63通过间隔保持器(Abstandshalter)而彼此绝缘。与放电器FS200相并联联接有压敏电阻V。

通过可改变或更换单个放电器并可实行不同的局部路段的外部布线，夹持使得电气特性与应用情况的简单匹配成为可能。布线实现优选地带有压敏电阻，但是，还可通过其它方式以这样的目的实现布线，即，在动态负荷下实现一个或多个单个放电器处的快速势能增长。

Claims (13)

1.一种用于防雷电和过压保护的装置，所述装置带有两个电极(2，3；21，31；22，32)，所述两个电极(2，3；21，31；22，32)以气密的方式封闭由绝缘材料制成的圆柱体(1；11；12)的两个端面并且在如此形成的腔室中限定放电空间(7；71)，其中，在所述腔室内在至少一个所述电极和所述圆柱体的接触区域中如此地设置至少一个凸肩部(4；41；42)，即，使得所述腔室延伸越过所述圆柱体的内壁。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，凸肩部布置在所述圆柱体的端侧内壁中和/或至少一个所述电极中。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述圆柱体的内壁具有辅助点火部件(5；51)，所述辅助点火部件(5；51)延伸至所述圆柱体的端侧内壁上。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述辅助点火部件(5；51)为条状，并且延伸至所述圆柱体的端侧内壁的凸肩部上。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述辅助点火部件在从所述圆柱体的内壁至端侧内壁的过渡区域中变宽。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置构造成可堆叠的，以用于堆叠多个类似的装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，至少一个所述电极不仅具有盆状区域(25，35)而且具有凸筋区域(24，34)，所述区域在所述装置的纵轴线方向上分别在所述圆柱体和所述电极的接触面的平面的两侧延伸。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述电极在所述装置的横轴线处呈镜像对称。

9.一种模块，所述模块包括多个根据权利要求1至8中任一项所述的、串联联接的装置(FS200，FS600)。

10.根据权利要求9所述的模块，其特征在于，两个串联联接的装置具有中间公共的电极(32，35，36；28)，所述电极(32，35，36；28)构造为两个装置中每一个的两个电极中的一个。

11.根据权利要求9或10所述的模块，其特征在于，所述模块包括带有两个布置在所述模块两侧的导电保持器(61，62)的保持装置，所述保持器(61，62)通过间隔绝缘件(63)连接并且夹持所述模块。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的模块，其特征在于，以并联于串联联接装置的至少一部分的方式联接有压敏电阻(V；V1，V2；V3)。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的模块，其特征在于，串联联接多个带有不同击穿电压的装置。

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