CN101816050A - 电涌放电器 - Google Patents

Abstract

一种具有模块(1、3、9、25)的电涌放电器，其包括：变阻块堆(1)；两个端部电枢，所述变阻块堆(1)保持在所述端部电枢之间；在所述端部电枢(3)之间延伸并固定到所述端部电枢的多个增强元件(9)，所述增强元件(9)围绕所述变阻块堆；和至少一个稳定盘(25)，其布置在所述堆中的两个变阻块(1)之间并支撑至少一个增强元件(9)；以及带有屏障的外部壳体(5)，所述模块至少部分地容纳于所述外部壳体中。在根据本发明的电涌放电器中，所述外部壳体被设计成使得所述模块被容纳，而在所述外部壳体与所述模块之间没有任何气体、液体、体积或空腔。此外，每个稳定盘(25)被布置在所述屏障(7)其中之一的区域中。

Description

电涌放电器

技术领域

本发明涉及一种具有类似笼形设计的电涌放电器，例如，从JP 63-312602已知。电涌放电器在供电系统中连接在带电线路和地面之间，以便在线路中发生电涌时将此电涌驱散到地面并由此保护供电系统中的其他部件。这种电涌放电器包含保持在两个连接元件之间的变阻块堆。这种装置容纳于外部壳体中。

背景技术

电涌放电器能够将在电涌放电器被安全地设计的范围内并且在每当需要时将发生的电涌驱散到地面。变阻块，通常为氧化锌陶瓷元件，具有电阻与电压有关的特性。这意味着变阻块在低于阈电压时是较好的绝缘体。不过，它们在高于该电压时是较好的导体。

在闪电袭击接近放电器或在线路中存在裂纹的情况下，在高电压线路下，可能发生电涌放电器承受远高于其设计范围的负荷。这造成通过变阻块的固态闪络和对电涌放电器的不可逆转的损害。假设在这种情况下，电涌放电器中的大量能量变得自由，这伴随着温度和压力的剧烈增加。然而，为了确保安全操作，因此即使发生这种情况，也需要没有相对较大的碎片从外部壳体或者从变阻块材料抛出。

目前，存在两种常规的涉及外部壳体的不同观念。第一种为具有“管状设计”的电涌放电器，其中有源元件容纳在例如由陶瓷或尺寸稳定的塑料制成的管中。在这种情况下，气体体积保持在外部壳体的内部。此外，这些电涌放电器的外部壳体设置有气体出口，热等离子体在过载的情况下能够通过气体出口排出，其结果是避免外部壳体的内部中的压力增加。在这种电涌放电器的情况下，外部壳体本身即使在过载的情况下也通常保持不损坏。

第二种电涌放电器的外部壳体在有源元件周围直接铸造或喷射成型。为此目的，使用高质量的塑料，通常为硅树脂，例如，如EP-0 963 590 B1中所述。

为了确保变阻块即使在机械载荷的情况下也能够相互良好接触，在两种情况中均需要在压力下将变阻块堆保持在一起。对于在具有管状设计的电涌放电器中和具有由喷射成型而被附接的外部壳体的电涌放电器中均使用的一种可能方式是提供增强元件，通常为杆或绳，优选为玻璃纤维增强塑料杆(GFRP杆)，其在应变下被保持在端部电枢上。有时，这些电涌放电器也被称为具有“笼形设计”的电涌放电器。

WO 94/14171或DE 101 04 393 C1已经公开了在变阻块之间的插入支撑板或稳定盘，其将笼的杆保持在其位置中。在这两篇文件中公开的电涌放电器就外部壳体的构造而言为具有管状设计的电涌放电器。

事实上，具有管状设计的电涌放电器的一个缺点在于能够经由核心部分和外部壳体之间的气体体积产生放电。为了避免该情况，必须防止湿气进入至气体体积中。通常使用具有比空气更好的绝缘特性的气体。同样需要避免发生气体与周围空气交换或者湿气进入的情形。因此，具有管状设计的电涌放电器生产相对较贵。虽然存在这些缺点，但是，具有管状设计的电涌放电器被广泛使用，尤其在几十万伏特的极高电压时，由此使得具有数米物理高度的电涌放电器是可能的。

具有通过喷射成型直接将电涌放电器封装的外部壳体的电涌放电器不具有封闭的气体体积，但是，这简化构造。在这种电涌放电器的情况下，热等离子体在过载的情况下将局部地破坏外部壳体并由此被释放到外部。为使该情况发生而在电涌放电器的内部中没有显著的压力增加，外部壳体需要被设计成具有尽可能薄的壁。此外，这种设计的电涌放电器的生产成本的一大部分由相对较贵的外部壳体的材料引起。因此，本领域技术人员的目标是为了设计具有尽可能少材料的外部壳体。这种设计的电涌放电器直到现在仍被限制在相对较低的电压，即数万伏特。对于更高的电压，多个电涌放电器被串联连接。

近年来，已经作出多种尝试来构造具有外部壳体的更大的电涌放电器，该外部壳体通过喷射成型直接封装电涌放电器，设想具有2m或更高的高度。但是，尤其在这种大的电涌放电器的情况下，容易发生笼的杆的弯曲和机械稳定性的下降。例如更粗的杆的稳定措施是不利的，因为它们不可避免地导致外部壳体的更大的壁厚，如前所述，这是不期望的。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有笼形设计和外部壳体的电涌放电器，该外部壳体通过喷射成型直接将电涌放电器封装，所述电涌放电器在不需要使用额外的外部壳体材料的情况下具有改善的稳定性。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1的电涌放电器实现。

本发明的进一步的有利构造在从属权利要求中给出。

附图说明

下面将参照附图详细描述本发明，其中：

图1显示根据本发明的电涌放电器的部分横截面；

图2显示用于生产根据本发明的电涌放电器的壳体的模具的第一半部；

图3显示用于生产根据本发明的电涌放电器的壳体的模具的第二半部；

图4显示图1的详细视图；和

图5显示稳定盘的详细视图。

具体实施方式

图1中所示的电涌放电器包括两个连接块或端部电枢3，在其之间布置多个避雷器块，例如变阻块1。变阻块1例如为圆柱形或多边形。它们通常由具有相应掺杂的氧化锌形成。变阻器材料具有下述特性，即低于阈电压时具有较高的电阻，而在高于该阈电压时电阻快速地下降。这种情况下的氧化锌的转变非常急剧。按照这种方式，因为电涌经由电涌放电器流动离开至地面，因而可以保护高压网中的其他部件不受电涌的影响。

为了将变阻块堆1和两个连接块3保持在一起，在图1中所示的电涌放电器中设置增强元件9。在所示的示例中，增强元件9为锚固到两个连接块中的玻璃纤维杆。可以通过楔入、通过压接(crimping)、通过螺纹连接或粘结连接或通过任意其他合适的固定可能方式确保连接块中的锚固。连接块3设置有用于将电涌放电器连接到高压网的中心螺钉4。

为了保护不受环境影响，由电涌放电器形成的核心部分由此装备有具有多个屏障7的外部壳体5。该外部壳体容纳变阻块，在它们之间没有流体体积或空腔。

在所示实施例中，沿电涌放电器的纵向形成两个不同的屏障7，也就是具有较大直径的屏障7a和具有较小直径的屏障7b。屏障的精确尺寸、间隔和形状取决于电涌放电器的预计使用领域。此外，屏障7的任务在于延伸用于电涌放电器的两个接点之间的电流的泄漏路径和扩大电涌放电器的散热表面。虽然具有两种不同屏障尺寸的电涌放电器的构造已经被证明是成功的，但是本发明并不限于这种构造。也可以将电涌放电器装备成仅具有一个屏障尺寸，或者沿电涌放电器设置三个或更多个不同的屏障形状。

在实践中，将屏障7设置成相对电涌放电器的纵轴具有一定角度已经证明是有利的，优选角度为5度到20度。该设计使得在户外使用电涌放电器时雨水更容易流走。

为了防止湿气进入至电涌放电器的内部，连接块3同样也主要容纳在外部壳体5中，且同样通过喷射成型封装，如图1所示，在它们之间没有流体体积或空腔。

用于外部壳体5的硅树脂材料在生产根据本发明的电涌放电器时是重要的成本因素。外部壳体5因此被设计成尽可能薄。如图1所示，电涌放电器在两个屏障7之间区域中的直径小于在连接块3区域中的直径。

用于改善接触的铝盘(未显示)能够插在各个变阻块1之间。此外，如果需要的话，弹簧元件能够被设置在堆中，从而牢固电阻块1之间以及变阻块1与端部电枢3之间的电接触。

根据本发明，电涌放电器还具有一个或更多个稳定盘25，该稳定盘25被布置在两个相应的电阻块1之间。

这种稳定盘25的详细视图在图5中给出。

优选由铝或其他合适的高导电材料制成的稳定盘25具有为其提供足够稳定性的厚度，但是同时保持尽可能小。在本发明的优选实施例中，稳定盘大约5mm厚。

沿稳定盘25的周界形成多个通孔27，GFRP杆9穿过所述通孔。通孔27与稳定盘25的边缘隔开较大的距离以能够确保足够稳定性。在本发明的优选实施例中，每个通孔27的边缘与稳定盘25的外周界之间的距离至少为3mm。

采用这种设计，在电涌放电器过载的情况下，能够安全并有效地防止变阻块1的相对较大的碎片通过外部壳体5抛到外部。此外，生产的电涌放电器由此展示出极好的抗弯强度和抗扭强度，这注定它用于户外，甚至在非常大的长度的情况下。在具体情况中，2.5m或更长的长度是可能的，其中，根据需要，多个稳定盘25散布使用在电涌放电器的整个长度上。

根据本发明，稳定盘25以其各自布置在屏障7其中之一的区域中的方式散布在电涌放电器的整个长度上，详细如图4中所示。

首先，因为需要借助外部壳体5设置具有良好绝缘的稳定盘25从而需要数毫米的覆盖度，但是，其次因为外部壳体材料(即通常为硅树脂)非常贵，且不希望增加电涌放电器的总量，因此，根据本发明，稳定盘25被设置在屏障7其中之一的区域中，此处，在不需要额外使用所需材料的情况下，外部壳体材料的足够的覆盖度是可以实现的。

在优选的实施例中，电涌放电器利用模块化模具生产，如图2和图3所示。

模块化模具可以实现稳定盘的精确定位。尤其可以使用用于屏障7的、稳定盘25设置在其中的特定中间部分15，该中间部分15可以安全地用外部壳体材料覆盖稳定盘。

下面描述生产如图1中所示的电涌放电器的方法。

首先，根据电涌放电器需要的绝缘强度，结合需要的变阻块数量。铝接触盘能够插在单独的变阻块1之间，以改善所述块之间的电接触。此外，一个或更多个稳定盘插在所述堆中。为了扩大电涌放电器的整体长度并由此扩大带电线路和地面之间的距离，以及为了精确确定稳定盘25相对屏障7的位置，还可以提供由铝组成的间隔器，其形状基本对应于变阻块1。此外，提供两个端部电枢。由端部电枢3、变阻块1、稳定盘25和可能的间隔器和接触盘形成堆。

此外，如果需要，板簧或其他元件可添加到所述堆中。

在所示实施例中，玻璃纤维增强塑料杆9然后布置并夹紧在端部电枢3之间，从而在应变下将变阻块1和端部电枢3的所述堆保持在一起。由此形成的核心部分插到图2所示的模具中。

图2所示的模具具有模块化设计，并包括顶部11和基部13，各自对应于两个端部电枢3。可选择数量的中间部分15设置在顶部11和基部13之间，从而整体生产模块化模具。

所有部件一起被固定在安装板或基板17上。安装板17设置有栅格设计，从而，顶部11和底部14之间的距离可被设定，因此可插入可变数量的中间部分15。

中间部分15包含在硅树脂的填充和润湿过程中所需的加热元件(未显示)及冷却和通风通道19和21。

在优选的实施例中，单独的中间部分15的加热元件和冷却通道19装备有连接件，其当模具被组装时也可以从外部进入。采用这种方法，加热元件或冷却通道能够相互连接，其允许模具各个分段的有目标的、空间不同和依赖于时间的热处理，并由此能够正面影响硅树脂的润湿过程。

中间部分15沿外部壳体5的屏障7的周界边缘相互接触。换句话说，如果屏障7的顶侧由第一中间部分15形成，则相同屏障7的底侧由紧接着的中间部分15形成。在铸造期间沿两个中间部分15之间的过渡线形成的接缝由此与屏障7的外周界重合。

图3显示图2中所示的模具半部对应的对向部分。为了形成电涌放电器，一旦核心部分已经插入并相互固定地连接，图2和图3所示的模具部分通过闭合设备组装。然后，硅树脂在压力下喷射成型并由热供给润湿。该润湿过程的各个参数，例如最佳温度、所需压力或流速，取决于选择的塑性材料，并为本领域技术人员所知。例如，可选择50到300度，优选80到150度的温度，以及1到20bar的压力。

在硅树脂的润湿操作之后，模具再次分开成如图2和图3所示的两个半部，电涌放电器被移除。因为硅树脂即使在固化状态下仍相对具有弹性，所以屏障从由模具形成的凹部分离而没有任何问题。

如图2和图3所示，为喷射成型特别提供的中间部分23被设置在两个模具半部的至少一个中。为了避免在硅树脂外壳中可见的喷射成型点，优选将该喷射成型点定位成使其形成在屏障7的下侧上。

图2和图3所示的模块化模具能够以非常灵活的方式设定电涌放电器的长度，而不需要生产新的模具。为此目的，足够将单独的中间部分15从模具中移除并相应将其缩短或者插入另外的中间部分15。模具进一步允许与连接块的精确成形相关的较大的弹性度，因为电涌放电器的这些分段的不同直径也还可简单地通过将顶部11和基部13互换而轻易地实现。

所描述的生产方法的另一优点在于不同的屏障形状或屏障序列是可能的，尤其可以提供稳定盘25布置在其中的的特定屏障。

原则上，本发明不限于具有变阻块的电涌放电器的生产。它同样可以使用根据本发明的方法生产具有火花隙的电涌放电器。

本发明的另一优点在于下述事实：模具的中间部分15能够以简单和低成本方式生产，例如使用车床或铣床。但是，在组装过程中，凹部是可能的，另外，整体模具中的凹部仅能够困难地形成，或者甚至不能形成。

另外有利的构造使本领域技术人员在重做此处公开的教示时以显而易见的方式实现。因此，例如，可以使用多边形稳定盘代替圆形稳定盘，例如，从WO 94/14171中已知。多部分稳定盘的使用，如从DE 101 04 393 C1中已知，也能够与根据本发明的教示结合。

此外，为了进一步稳定的目的，也能够想到将玻璃纤维增强塑料杆相对于沿纵向的运动也固定在稳定盘上。例如，这能够通过压接实现。

Claims (8)

1.一种电涌放电器，具有：

核心部分(1、3、9、25)，该核心部分包括变阻块堆(1)；两个端部电枢(3)，所述变阻块堆(1)保持在所述两个端部电枢之间；在所述端部电枢(3)之间延伸并固定到所述端部电枢的多个增强元件(9)，所述增强元件(9)围绕所述变阻块堆(1)；和布置在所述堆中的两个变阻块(1)之间并引导所述至少一个增强元件(9)的至少一个稳定盘(25)；以及具有

带有屏障(7)的外部壳体(5)，所述模块至少部分地容纳于所述壳体中；

其特征在于：

所述外部壳体(5)容纳所述核心部分，而在所述外部壳体(5)与所述核心部分之间没有任何流体体积或空腔。

2.根据权利要求1所述的电涌放电器，其中，所述稳定盘(25)被布置在所述屏障(7)其中一个的区域中。

3.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其中，多个稳定盘(25)被分布在所述变阻块堆(1)中。

4.根据权利要求1、2或3所述的电涌放电器，其中，所述稳定盘(25)具有多个通孔(27)，增强元件(9)穿过所述多个通孔。

5.根据权利要求4所述的电涌放电器，其中，所述稳定盘(25)由铝制成并具有3到10mm的厚度。

6.根据权利要求4或5所述的电涌放电器，其中，所述通孔(27)的边缘与所述稳定盘(25)的边缘隔开至少2到4mm。

7.根据前述任一权利要求所述的电涌放电器，其中，借助于通过喷射成型或铸造而被封装于模具的所述核心部分，所述外部壳体(5)由硅树脂形成。

8.根据前述任一权利要求所述的电涌放电器，其中，所述增强元件(9)通过压接固定在所述稳定盘(25)中。

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