CN101836340A - 用于过电压放电器如压敏电阻、火花隙或类似机构的限制损坏的开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个用于过电压放电器如压敏电阻、火花隙或类似装置的限制损坏的开关，包括活动的、能导电的或具有能导电的段的开关元件，它处于机械预加应力下地通过固定装置固定，其中该固定装置在受热时释放开关元件，由此使这个开关元件桥接、连接过电压放电器-连接触点或者断开至少一个连接触点。按照本发明所述固定装置在过负荷情况下在期待被更强烈加热的位置上直接设置在过电压放电器旁边和上面并且具有最小的热容。在方法方面所述过电压放电器为了保证限制损坏的的开关功能配有独立的、耐烧损的封装，用于收集在损坏情况下产生的派生电弧的废热，其中收集的热能集中地输送到断开装置或短路器形式的开关，用于操纵同一开关。

Description

用于过电压放电器如压敏电阻、火花隙或类似机构的限制损坏的开关设备

技术领域

本发明涉及一个如权利要求1前序部分所述的用于过电压放电器如压敏电阻、火花隙或类似机构的限制损坏的开关设备，包括活动的、能导电的或具有能导电的段的开关元件，它处于机械预加应力下地通过固定装置固定，其中固定装置在受热时释放开关元件，由此使这个开关元件桥接连接过电压放电器的连接触点或者断开至少一个连接触点。

背景技术

已知，为了保护过电压敏感的设备在电源线和数据线中使用以压敏电阻为基础的过电压放电器。这些放电器经常具有有限的泄电能力并且在超负荷时可能逐渐地、但是也可能冲击式地损坏。

以压敏电阻为基础的过电压放电器在低压范围中通常具有内部的断开装置。这种内部的断开装置通常由热断开装置以及额定断裂位置或用于大电流的额定断开位置的组合组成。这种额定断裂位置由压敏电阻的连接横截面的确定的狭窄位置构成并且具有确定的熔化积分值(I²t-值)。

在要排出的脉冲电流高的情况下，该狭窄位置熔断。活动的连接部分于是断开，并且由于预加应力而与压敏电阻分开，并从而与电网隔离。

例如在DE 42 41 311 A1或在DE 38 05 889 A1中示出这种断开装置。在现有技术的这些文献中，热断开功能经常由压敏电阻与活动的、处于弹簧预加应力下的连接体之间的焊料连接实现。

DE 36 06 287 A1示出具有压敏电阻的过电压放电器，它与其相应的过电流或超温保护装置浇注在一个由热绝缘材料制成的公共块体里面。

这个措施用于提高整个放电器的电阻强度，尤其在压敏电阻由于位于其负荷极限以上的应力引起损坏的时候。浇注措施尤其能够提高耐烧损性。通过浇注保护装置使整个设备在这个装置过负荷时也受到保护。但是按照DE 36 06 287的放电器没有断开装置，它具有处于弹簧预加应力下的活动的连接体，它在过负荷时实现断开位置。那里的现有技术的特征也在于纯被动的保护措施，该纯被动的保护措施由于绝缘的隔绝措施而实现。

在具有上述断开装置的过电压放电器中，经常只以相应的绝缘物质浇注。具有活动的连接体的断开装置位于浇注部位以外。也存在这种可能性，使压敏电阻配有绝缘的漆层。同样已知，在压敏电阻与断开装置之间的部位通过一个壁分开。在这里例如可以参阅DE 37 34214 A1。

此外已知，将压敏电阻的热量在过负荷时转换成机械运动。这种解决方案在DE 36 32 224 A1中描述。在那里的过电压保护装置中必需在导线中集成一个开关，它脉冲电流固定地构成并且不允许具有焊接倾向。在此行程只对应于所使用材料的伸展。因此不仅限制分开路径的延长，而且还极其缓慢地实现，由此使分开路径本身的通断能力保持较低。

但是，在压敏电阻过冲击或击穿的情况下考虑到非常大的电流，因此提高通断能力本身是有利的。

间接地操纵开关与所建议的直接切断带状保险丝一样需要明显更高的费用。另外，固体材料本身由于热耦入或热影响引起的伸展只非常延迟地实现，由此不能实现在损坏情况下必需的快速断开。在DE 36 32 224 A1中描述的必需活动地支承压敏电阻也是有问题的，活动地支承压敏电阻用于实现必需的伸展行程。此外也存在这种隐患，热气体可能逸出，由此不再能够实现用于触发分开位置必需的压敏电阻加热或者只能受到限制的实现。

下面再一次描述，在压敏电阻中按照不同故障出现的特性。

在逐渐加热压敏电阻时，例如由于老化或微小的过高电压，热断开装置通常在数秒以后响应。这种热断开装置的核心部件通常是焊料，它熔化，由此使处于弹簧力下的断开装置打开。在这种故障情况下压敏电阻还具有非常高的电阻，由此通过压敏电阻强烈地限制电流。断开装置一般可以毫无问题地中断这些电流并由此使过载的放电器与电网分开，而不会使另一过电流保护装置响应或者需要另一过电流保护装置。在此不中断或干扰耗电器的供电。只需在维护时更换有缺陷的过电压放电器。

而如果放电器由于高的脉冲负荷过载，但是还未损坏或过冲击，则一方面热断开装置如上所述可能导致延迟地分开或者达到狭窄位置的熔化积分时间，由此熔化这个狭窄位置并使放电器与电网可靠地分开。

但是，如果由于提高的网频电压或者在最短时间内的冲击电流损坏或击穿放电器，可能出现故障电流，它们不会强制地导致断开位置响应。由于具有缺陷或击穿的压敏电阻的不确定的阻抗可能使派生的故障电流本身对于确定的电网特性强烈地振荡。因为断开装置对于这些负荷可能保持迟钝，因此在外部的保护装置响应之前，这可能导致放电器的明显损伤。

因为只可能有条件地协调外部的过电流保护装置，本发明的一个目的是，使内部的断开装置在上述的后面那些不确定的故障状态也能够响应。

发明内容

因此，由于上述内容，本发明的目的是，给出一个用于过电压放电器如压敏电阻、火花隙或类似装置的限制损坏的开关设备，它在所有可设想的故障情况下能够实现可靠的断开或者可靠的短路，其中在要使用的短路器或断开装置方面也能够使用公知的和已经证实是可靠的装置。

本发明的目的通过按照权利要求1特征组合的用于过电压放电器如压敏电阻、火花隙或类似装置的限制损坏的开关设备以及按照权利要求15教导的用于使这种开关运行的方法得以实现，其中从属权利要求至少是适宜的扩展结构和改进方案。

在由短路装置作为用于过电压放电器的开关设备的实施例中，工作原理是，在触发状态使短路路径接通到与有缺陷的放电器并联的路径里面，由此使初始的电流作为短路电流在并联路径中换向。在此该短路装置具有尽可能短的变形时间，由此可以避免不期望的过电压放电器损坏或者说能够限制由于电弧引起的损坏。

按照本发明，已经认识到，所述过电压放电器，例如尤其是压敏电阻、由于安装位置、材料结构、几何形状和连接面的接通以及电流分布具有不同加热的部位。因此对应于给出的特性选择用于使按照本发明的热敏部件、尤其是固定装置最强加热的点或部位。该固定装置、即，热敏部件还具有尽可能微小的热容并具有微小的排热。

在本发明的一实施例中，在压敏电阻的最剧烈加热的部位上安置热敏的部件作为固定装置。该固定装置本身具有微小的热容。为了与过电压放电器连接提供蜡、粘接剂、焊料或适合的材料，具有略微在过电压放电器的通常运行温度以上的熔点或软化温度。这些材料或者直接地或者与中间体相结合地固定短路装置或断开装置的活动部件。

对于非常陡和大的过电压或冲击电流，其中过电压放电器、尤其是压敏电阻在几微秒以内过载，在压敏电阻损坏前几乎不产生值得一提的热量。在这种情况下规定，按照本发明的、例如由短路装置构成的开关设置在过电压放电器的附加外壳的部位，其中这个外壳在产生电弧的情况下收集或聚集电弧的温度效应和/或气体效应。即，在损坏情况下产生的热气体大部分并且直接地导引到固定装置和位于那里的热敏部位。

在最简单的情况下这一点由此实现，除了接通热敏材料的部位完全包围过电压放电器。在此，可以使热气体或等离子导引到灭弧室形的通道，例如固定装置的线材(Draht)或丝(Faden)位于该通道中，或者该通道容纳过电压放电器接头的一部分。

在过电压放电器的包裹结构中，也可以附加地利用短路的压力形成。为此例如以活塞系统形式的压力直接作用于短路接触。在此固定系统(触点位置和线材强度)的机械强度在相对较低的压力下已经过负荷。

进入到通道或位于那里的过电压放电器接头具有低的耐烧损强度。此外进入到通道里面的或位于那里的过电压放电器接头具有狭窄位置，例如由几何的狭窄位置构成。

另一过电压放电器接头耐烧损地构成并且绝大部分位于耐烧损且压力稳定的外壳内部。

按照方法，为了操作开关设备，所述过电压放电器配有独立的耐烧损的封装，用于收集在损坏情况下产生的派生电弧的废热，其中收集的热能集中地输送到断开装置或短路器形式的开关设备，以操纵该开关设备。

换言之，为了实现本发明的目的使过电压放电器尤其是压敏电阻这样独立地封装，使所产生的电弧和/或燃烧的废热可以用于操纵断开装置或短路器。

在上述的压敏电阻过负荷时这个压敏电阻由于过负荷或击穿还限制续流，由此也可能对于常见的断开装置以及还有外部的保护装置如过电流熔断器的功能产生影响。

在这种情况下，在紧靠压敏电阻的周围产生电弧，它公知地与热的等离子相关。这个电弧影响连接部件上的燃烧，例如金属化的接触板或到压敏电阻的导线。这些作用用于改善断开装置的响应能力。

在本发明的一实施例中，压敏电阻几乎完全由耐烧损且压力稳定的外壳或舱室包围。所述压敏电阻接头还可以不同地构成。第一压敏电阻接头主要配有附加的绝缘，由此在很大程度上可以抑制电弧的底点或延长进入到这个部位。由此避免，压敏电阻的外壳在压敏电阻接头的这个部位中损坏。由此也可以加强这种压敏电阻或者加入独立的、附加的、接通的或不接通的优选耐烧损的材料。由此可以避免，电弧可能不受控地在这个接头部位中扩展。

而通常相对放置的另一接头被最小隔离地或根本不被隔离，并且直接导引到断开装置。所述外壳直接围绕这个另一接头具有缺口或通道，它灭弧室形地构成。这一点的作用是，电弧在这个部位可以无阻碍地产生底点。产生的热气体导引到不绝缘的接头并由此导引到断开装置。在此这样构成结构，使得电动力在这个接头的方向上驱动电弧。

在本发明的第二实施例中，从与过电压放电器电气并联的第二开关元件出发，它压力操纵地被激活。

这个第二开关元件可以由两个至少单面导电的板组成，其中导电的板面相对放置。在此导电的板这样设置，使它们在保持分开距离的条件下固定，其中通过压力在至少一个板上的作用在克服分开间距的条件下可以触发所期望的开关功能，尤其触发短路。

在这个实施例中，尤其作为过电压放电器，可以使用盘形的、封装的压敏电阻，其中所述板结构与压敏电阻相邻地这样设置，使得通过封装有针对性地取向且取决于过载的伸展作用于板结构，以便实现通断过程。

在这个实施例中，目的是，除了常见的热断开装置以外设有附加的保护装置，在大的过负荷时热断开装置不能在损坏前保护压敏电阻，该保护装置负责在大的负荷时确定和非临界的特性。由此在放电器周围不存在隐患。也利用在压敏电阻损坏时或者由于所产生的电弧而产生的压力，以便操纵开关、尤其是集成的短路器，它与压敏电阻并联。

附图说明

下面借助于实施例已经附图详细解释本发明。附图中：

图1示出一个实施例，其中设有压敏电阻形式的具有附加外壳的过电压放电器，其中固定装置位于这个部位，在该部位在出现电弧的情况下收集或聚集电弧的温度效应和/或气体效应，

图2示出一个配有附加外壳的压敏电阻的实施例，该压敏电阻具有灭弧室形的通道，其中断开装置位于灭弧室形通道的出口部位，

图3示出本发明第二实施例的原理电路图，具有压力操纵的开关设备，

图4示出压力操纵的开关设备的实际实现的分解图，

图5示出插接模块，它包含封装的压敏电阻作为过电压放电器，并且包含(左侧示出)板结构作为第二压力操纵的开关元件，

图6以还未插上保护罩的视图示出安装在插接模块中的板结构。

具体实施方式

在按照图1的用于过电压放电器如压敏电阻的限制损坏的开关设备中所述开关元件由短路器构成。

短路器包括活动的接触体1以及两个独立的对称极的接触体2。通过活动接触体1的箭头象征地表示短路-触发运动。

活动的接触体1可以由盖构成，其中可以设有弹性匣3，它几乎密封地封闭在由盖构成的活动接触体1下方的空间。

盖于是近乎通过侧面悬臂罩在灭弧室4上并且实现对于电弧5的压力作用做出反应的活塞。

由于压力，温度不增加时也超过线材或丝6或连接位置的机械强度并且纯机械地触发短路器。这一点尤其在非常快速地可能损坏压敏电阻时是有利的，因为不再需要借助于直接加热。

线材6不必由电极构成。但是有利的是，所述线材6在需要时配有电位，用于由此对于电弧是有益的途径，由此可以使线材通过电弧作用燃烧并由此释放自身的短路器。在此所述线材不必一定输送电流到压敏电阻并且也不位于主电流路径里面。

已经示出，热触发功能的承担功能的部件与输送电流的连接部件不仅在物体上而且在功能上都分开并因此可以分别在其实际功能中优化。

按照图1的实施例，第一压敏电阻接头7与耐烧损的接触板8连接。第二压敏电阻接头9导引到对称极的接触体2上。通过标记符号10象征性地表示用于固定线材6的热敏材料的结构。

围绕压敏电阻11构成耐压和耐烧损的外壳12，它导引到上述的灭弧室4。

在按照图2的实施例中，收集在灭弧室4里面的废热不用于操纵短路器，而是用于触发断开装置13。

即使在该实施方式中也存在外壳12，其耐烧损且压力密封地包围压敏电阻11。

第一压敏电阻接头7也在那里与耐烧损的接触板8连接。第二压敏电阻接头9不或只微少地绝缘并直接导引到断开装置13。压敏电阻11的外壳12导引到缺口或灭弧室4，由此可以使电弧5在这个部位无阻碍地找到底点。此外所有在外壳12内部产生的热气体14导引到第二压敏电阻接头9并由此导引到断开装置13。在此这样构成结构，使得电动力在接头9的方向上驱动电弧5。

第一压敏电阻接头7配有附加的绝缘，由此可以在很大程度上抑制电弧的底点或延长体进入到这个部位。由此防止，压敏电阻11的外壳12在这个部位损坏。由此也可以使压敏电阻接头板通过上述的耐烧损的接触板加强。同样存在这种可能性，在这里添加耐烧损材料。由此也保证，电弧5不会不可控地扩展到这个部位。

为了能够尽可能快速地在压敏电阻接头部位9中实现有针对性的电弧燃烧，也可以采取适合的措施用于形成压敏电阻和相应的接头。

其中，所述压敏电阻可以配有确定的削弱位置或衬底干扰，它导致击穿或过冲击的优选位置。但是压敏电阻连接板也可以提供用于电弧的优选衔接位置，它们利用引起绝缘或电场力的电动力。通过形成接头段，还可以使压敏电阻的热分布和/或电流分布这样构成，使得形成用于击穿压敏电阻的优选路径。

因此，在损坏情况下在围绕压敏电阻11的部位中出现的能量有针对性地支持断开装置13的功能。因此也使热量供断开装置的狭窄位置15、但是也供断开装置13的未示出的焊料位置使用，由此加速其熔化。

不仅断开装置的活动部件而且固定的压敏电阻接头9都可以由双金属或具有类似效应的材料制成，由此在加热时提供附加的力供分开使用。

按照图2的示图，所述断开带的狭窄位置15直接组合到压敏电阻接头9里面并且移动到外壳的灭弧室4里面。由此除了热量以外也可以以非常有效的方式直接利用用于产生狭窄位置的电弧燃烧。这个措施也可以由此得到支持，使狭窄位置部位对于材料、几何形状或用于电弧底点的其它部位的钝化的选择有意义地构成。此外，外壳起到限制放电器11内部损坏的作用。

按照图2的实施例变化要注意，热气体14或在断开装置13方向上进入的燃烧产品在离开灭弧室4以后这样导引，使它们不能负面地影响实际的断开装置的通断功能。也有效地避免通断室的电离。

总之，压敏电阻被耐压和耐烧损地封装，使得在故障情况下产生的热量可以直接作用于断开装置、短路装置和/或通信触点。所述封装具有灭弧室缺口，断开装置或固定装置的部件进入到缺口里面。所述压敏电阻具有一个接头，它耐烧损地构成，其中断开装置或固定装置位于基于这个接头的相反侧面上。此外，压敏电阻具有接头，它具有与电弧相比极其微小的耐烧损性。这个接头在断开装置上或其附近构成或者是其一部分。所述放电器的耐烧损且耐压的外壳由于放电器连接部件的确定的绝缘和尺寸处于这个位置，使电弧底点转向到狭窄位置和/或断开装置的热分开位置。上述的狭窄位置或者位于断开装置的活动的导体块中或者直接位于通过焊料位置与断开装置连接的放电器连接部件中。

在本发明的第二实施例中，附加地设有与过电压放电器并联的开关元件，它可以压力操纵地激活。

在按照图3的视图中示出压敏电阻11的串联电路，具有热耦联的断开装置。该压敏电阻11位于特殊的封装16里面。这个封装16可以在优选方向上伸展，而且在压力作用P的条件下。压敏电阻11的接头导引到第二开关元件17上，而且这样，在操纵第二开关元件17时桥接、即短路压敏电阻11。通过压力P操纵以第二开关元件7实现的短路器。

压敏电阻11的封装16如上所述实现为使得在建立压力时可以初始地实现操纵开关或第二开关元件17。

下面借助于图4至6解释按照图3的原理电路图结构的一种可能的实现形式。

常见的盘形压敏电阻11具有两个接头11a和11b。这些接头11a和11b优选由接线片构成。

以常见的方式将压敏电阻11安装在插接部件的基体18里面。

按照图4的视图，在压敏电阻11的背面上构成已经示出的热断开装置。

盘形压敏电阻11在侧面由密封框19包围，并且由柔性的或挠性的密封板20从正面封闭。

第二开关元件17在按照图4至6的实施例中通过压力控制的开关构成。

这个压力控制的开关包括第一导电的板21以及第二导电的板22。

这两个板21和22相互相对放置并且具有涉及接头11a和11b的接触位置23。

绝缘框24位于两个板21与22之间，该绝缘框使相对放置的板面保持间隔，该间隔对应于所期望的分开距离。

在过负荷情况下，密封板20伸展，即，在这里产生拱曲。这种拱曲或弯曲的结果是减小导电板21与22之间的距离，直到它们最终接触，由此触发所期望的通断过程(短路)。

导电板21与22之间的距离选择得这样大，使得在最大许用负荷(压敏电阻的允许运行电压或最大允许脉冲电流负荷)时在板之间不自动放电。优选使板21由薄的、挠性的板构成。由于在过负荷情况下借助于两个板21和22产生的短路，在封装里面产生的电弧被消弧，并且防止可能的外部的损坏。产生的短路电流或者通过压敏电阻或电源的前置过电流保护装置中断，或者通过压敏电阻的上述热断开装置中断。

在附图中未详细示出的实施例中，板21和22也可以由导电的膜或单面导电的覆层膜构成。也能够使扰性的压力板20与作为导电膜的导电板21组合。在足够的压敏电阻11保护绝缘中必要时也可以省去起到绝缘部件作用的扰性的密封板20。同样，在一体部件的意义上可以实现结构组件19、20和21的紧凑结构，如果负责足够的绝缘的话。

图5示出，如何使压敏电阻与封装包括部件19和20装配在基体18里面。部件21，22和24形成同样预装配的结构组件，即第二开关元件17。这个预制成的结构组件安装在基体18里面。结果是如图6所示，得到结构组件，它接着配备保护罩25，由此得到完成的插接模块。

附图标记清单

1     活动的接触体

2     独立的、对称极的接触体

3     弹簧

4     灭弧室

5     电弧

6     线材/固定装置

7     第一压敏电阻接头

8     耐烧损的接触板

9     第二压敏电阻接头

10    热敏材料

11    压敏电阻

11a，11b    压敏电阻接头

12    外壳

13    断开装置

14    热气体

15    狭窄位置

16    罩

17    第二开关元件

18    基体

19    密封框

20    密封板

21，22    导电板

23    接触位置

24    绝缘框

25    保护罩

Claims (18)

1.一种用于诸如压敏电阻、火花隙或类似装置这样的过电压放电器的限制损坏的开关设备，包括活动的、能导电的或具有能导电的段的开关元件，所述开关元件被固定装置在机械预加应力的情况下保持静止，其中该固定装置在受热时释放所述开关元件，使得这个开关元件桥接、连接过电压放电器的连接触点或者断开至少一个连接触点，其特征在于，所述固定装置在预计在过负荷情况下最强加热的位置处被直接设置在过电压放电器处或上，并且具有最小化的热容。

2.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述固定装置是通过焊料、热溶解粘接剂或蜡固定的闭锁元件。

3.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述固定装置是通过焊料、热溶解粘接剂或蜡固定的线材或丝。

4.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述固定装置是在温度荷载的情况下长度变化、熔化或分解的线材或丝。

5.如上述权利要求中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述固定装置位于过电压放电器的附加的耐烧损且压力稳定的外壳的部位中，其中该外壳在产生电弧的情况下收集或聚集电弧的温度和/或气体效应。

6.如权利要求3至5中任一项所述的开关设备，其特征在于，线材或丝形的固定装置通过其第一端部固定在过电压放电器的表面上，并且通过其相对放置的第二端部与接触板连接。

7.如上述权利要求中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述开关元件被构造为短路器或断开装置。

8.如权利要求7所述的开关设备，其特征在于，所述断开装置被构造为借助于焊料固定在至少一个过电压放电器接头上。

9.如权利要求5和8所述的开关设备，其特征在于，所述焊料构成固定装置。

10.如权利要求5至9中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述附加的外壳具有灭弧室形的排流孔或这样的通道，其中所述固定装置伸入到所述通道中或者被设置在排流孔附近。

11.如权利要求10所述的开关设备，其特征在于，一个过电压放电器接头位于所述排流孔或所述通道中。

12.如权利要求11所述的开关设备，其特征在于，位于或伸入到所述通道中的过电压放电器接头具有很低的耐烧损性。

13.如权利要求12所述的开关设备，其特征在于，位于或伸入到所述通道中的过电压放电器接头具有狭窄位置。

14.如权利要求11至13中任一项所述的开关设备，其特征在于，另一过电压放电器接头被构造为耐烧损，并且大部分位于所述外壳的内部中。

15.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，设有与所述过电压放电器并联的第二开关元件(17)，所述第二开关元件(17)压力操纵(P)地被激活。

16.如权利要求15所述的开关设备，其特征在于，所述第二开关元件(17)由两个至少单面导电的板(21，22)构成，这两个板在保持分开间距的情况下相对放置，其中通过在至少一个所述板(21)上的压力作用(P)，能够在克服分开间距的情况下触发开关功能。

17.如权利要求15或16所述的开关设备，其特征在于，所述过电压放电器是盘形的被封装的压敏电阻(11)，其中所述板结构(21，22)与压敏电阻(11)相邻地设置，使得通过封装有针对性地取向并且取决于过载的伸展作用于板结构，以便触发通断过程，尤其是使压敏电阻(11)短路。

18.一种用于操作如上述权利要求中任一项所述的开关设备的方法，其特征在于，所述过电压放电器配有独立的耐烧损的封装，以便在损坏情况下收集所产生的电弧生成的废热，其中所收集的热能集中地输送到断开装置或短路器形式的开关设备，以操纵该开关设备。

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