CN101889375A

CN101889375A - 具有热过载保护的过压防护放电器

Info

Publication number: CN101889375A
Application number: CN2008801172101A
Authority: CN
Inventors: 格罗·齐默尔曼; 托马斯·韦斯比; 彼得·鲍伯特
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: CN101889375B; US20100314358A1; KR20100090288A; DE102007056165A1; JP2011504282A; EP2212976A1; EP2212976B1; US8129648B2; ATE552634T1; WO2009065939A1

Abstract

本发明涉及一种过压防护放电器，具有至少两个电极(14、15；30)和熔化件(18；40)，该熔化件将电极(15；30)中的一个连接于过压防护放电器的外端子(12；36)，还具有用于熄灭电弧的灭弧装置(19、20、21；41、42)。由此断开电路。

Description

具有热过载保护的过压防护放电器

本发明涉及一种具有热过载保护的过压防护放电器及其应用和一种用于防止过压防护放电器热过载的方法。

DE 102005036265 A1公开了一种过压防护放电器。

本发明的目的在于，提供一种过压防护放电器的热过载保护和一种方法，可以可靠和简单地防止过压防护放电器热过载。本发明此外提供一种应用。

该目的在具有权利要求1特征的过压防护放电器方面、在具有权利要求11特征的应用方面、并在权利要求12特征的方法方面得以实现。

过压防护放电器具有至少两个电极；它既可以是双电极过压防护放电器，也可以是三电极过压防护放电器。过压防护放电器借助最好是陶瓷圆柱体的管状绝缘件以及设置在其端面末端上的外电极或外端子形成内部空间。内部空间内至少两个电极与外端子钎焊或者焊接并典型地作为棒形电极相对构成或者作为管形电极和伸入管形电极内的棒形电极构成。过压防护放电器的内部空间相对于周围气密封闭并含有气体。

过压防护放电器特别是用于在非常短的时间内使几千伏(kV)的脉冲高电压和几千安(kA)的电流短接或接地。例如如果交流电流通过供电网或通过通信网络或者过压放电器短接(Power Cross)故障情况下持续较长时间的负载，会使过压防护放电器出现不允许的高受热，可能导致燃烧。另一方面，过压防护放电器在承受直流或交流电压或者直流或交流电流时受热。这种情况有时候也会在避雷应用时出现。电力保护系统范围内，例如建筑物供电中的过压防护放电器用于防止电网雷电电流和过压。

在过压防护放电器的内部，当超过确定的极限电压时出现跳弧。只要产生电弧的电学条件存在，就可通过供给电流而保持电弧。电弧产生过压防护放电器的热负载，其不得超过为过压防护放电器并为其安装环境规定的数值。由于不允许的受热，存在过压防护放电器燃烧的危险。

过压防护放电器至少两个电极中的一个在正常情况下和正常的工作条件下，利用熔化件与过压防护放电器所属的外端子连接。熔化件产生电接触并将电极与外端子机械连接。

过压防护放电器此外包括用于熄灭电弧的灭弧装置。如果熔化件动作并熔化的话，电弧要么在过压防护放电器动作时在两个电极之间燃烧，要么在一个电极与外端子之间出现。灭弧装置在热负载过高时通过熔化件的熔化而脱扣。通过电弧从一个电极到另一个电极或者到过压防护放电器的外电极经过的或者可能经过的行程距离的延长来熄灭电弧。通过电弧的熄灭，在过压防护放电器的电极与连接在外电极上的电压源或者电流源之间跳弧时闭合的电路断开。由此电路中断，从而没有其他的热负载。

具有灭弧装置的过压防护放电器设置为使其在灭弧装置脱扣时也保持外部完整性。外部完整性的意思是说，过压防护放电器的外壳设置保持完好以及没有对过压防护放电器的外部造成损坏的部件脱落或者爆裂。

通过熄灭电弧，防止因热负载造成过压防护放电器不允许的高温以及过压防护放电器燃烧。同时熄灭电弧的气体或者介质可以从过压防护放电器的外部区域流动到过压防护放电器的内部空间或者灭弧装置的周围并通过分离过程熄灭所产生的电弧。

在一种具有优点的实施方式中，熔化件具有低熔化焊料的特性。作为选择可以使用软焊料或者硬焊料。由此确保在过压防护放电器受到热负载时，在损坏过压防护放电器的其他元件之前首先熔化件的焊料得到熔化。熔化的焊料使灭弧装置脱扣并熄灭已经存在的或者通过熔化过程出现的电弧。

在一种优选的实施方式中，熔化件构成为在不允许的受热时熔化，并且灭孤装置使过压防护放电器的一个电极向进一步远离另一个电极的位置运动或加大在这两个电极间形成的距离。这种实施方式通过一个电极相对于另一个电极的运动，不仅可以起到延长两个元件之间距离的作用，而且一个电极还可以从过压防护放电器的内部空间向外运动，使其功能不受损坏。由此特别有效地防止过压防护放电器以及由其保护的装置热过载。

在另一种优选的实施方式中，熔化件构成为在受热时熔化，并且灭弧装置使绝缘件在外端子与一个电极之间运动。优选一个电极多部分构成并除了过压防护放电器本身的主电极外还包括辅助电极，利用其将电极固定在过压防护放电器内。此外，电极具有从过压防护放电器的内部空间向外沿伸的销或轴颈，其与外电极借助熔化件导电连接。熔化件构成为使外电极和与其连接的一个电极之间形成间隙。在过压防护放电器不允许的受热和熔化件熔化的情况下，绝缘件在该间隙内运动，从而分开并中断外端子与一个电极之间的连接。

在一种特别优选的实施方式中，灭弧装置具有弹簧，利用其转换绝缘所需的运动。弹簧的优点是，它一方面机械预张紧熔化件并在熔化件脱扣时通过弹簧的释放产生所要引导的电极或绝缘件的有效运动，以进行绝缘。根据构成具有作为压簧或者拉簧的弹簧。但压簧的特别优点是，弹簧支承可以简单构成。

在另一种特别具有优点的实施方式中，灭弧装置设置在一个分离空间内，该空间与过压防护放电器的不连接于熔化件的电极相分离。这种实施方式一方面可以使过压防护放电器本身通过电极和绝缘件形成的内部空间最佳地根据过压防护放电器的规格进行优化。另一方面，容纳灭弧装置的分离空间可以最佳地根据灭弧装置所要满足的功能进行设计。例如，分离空间和灭弧装置可以使用能够承受分离过程中产生的电弧或延长电极距离过程中的电弧而不燃烧的材料。此外，分离空间含有气体或者介质，其有助于熔化件脱扣或使用灭弧装置时尽可能有效地熄灭产生的电弧。

在过压防护放电器的一个电极借助灭弧装置远离另一个电极的实施方式中，弹簧特别优选作为压簧构成，其在正常状态下，也就是在熔化件没有动作的情况下，在外端子与一个电极之间预张紧。由此在熔化件熔化时可以使弹簧释放并通过这种运动将电极从过压防护放电器的内部空间拉出并与外端子分离。

在熔化件脱扣情况下绝缘件在一个电极与外端子之间运动的实施方式中，特别具有优点的是，压簧这样支承在外电极上，使压簧在熔化件脱扣情况下释放并且绝缘件在一个电极与外端子之间运动。在这种情况下，绝缘件的形状与电极的形状相配合。在棒形电极时，绝缘件优选具有罐的形状，其侧壁在棒形电极与外端子之间运动并且压簧压向其底部。

在可选的实施方式中，弹簧作为拉簧构成。

在熔化件熔化的情况下，随着一个电极的运动达到终端位置可以操作接触件。通过弹簧和接触件闭合电接触并产生电信号。该电信号可以进一步处理，例如用于显示过压防护放电器的工作状态。

特别具有优点的是，过压防护放电器可以装入一个无论是对正常工作还是相对于热和其它负载均具有高要求的装置内。在此方面例如包括例如建筑物内的供电网或者通信装置或者通信网络，它们利用过压防护放电器可以有效防止雷击和其他过压。过压防护放电器在其应用上没有限制并也可以在高压必须借助过压防护放电器排出的其他任何电路上使用。

在用于防止此前所介绍的过压防护放电器热过载的方法中具有以下步骤。在过压防护放电器不允许强度的受热时，过压防护放电器在熔化件上受热，该熔化件这样设计，使其在不允许强度的热负载情况下在过压防护放电器的其他部件燃烧之前熔化。通过熔化件的熔化，在下个步骤中灭弧装置脱扣，该灭弧装置延长从过压防护放电器的一个电极到过压防护放电器的另一个电极或者到外端子的距离。距离的延长由此进行，即在一个优选的方法步骤中，该电极远离另一个电极运动并在其终端位置上继续远离该电极。在此方面保持过压防护放电器的外部完整性。

在另一优选的方法步骤中，利用灭弧装置使绝缘件向一个电极与外电极之间的空间内运动。该空间通过熔化件的熔化形成并释放绝缘件的运动。

在另一优选的方法步骤中，熔化件熔化时借助灭弧装置激活接触件，其产生电信号并传送到显示或者控制装置。

下面借助实施例和附图详细介绍设置和方法。附图中所示的实施例未按比例并仅用于说明部件和方法示意示出。相同的部件或者具有相同功能的部件具有相同的附图标记。其中：

图1示出正常状态下和灭弧装置脱扣后依据第一实施方式的过压防护放电器；

图2示出正常状态下和灭弧装置脱扣后依据第二实施方式的过压防护放电器。

图1示意示出过压防护放电器的第一实施方式。图1a示出正常状态，图1b示出灭弧装置脱扣后的状态。

依据图1a，过压防护放电器具有作为放电室的内部空间10，其通过一个管状的绝缘件11和两个在绝缘件的外侧上成型的外电极12和13形成。作为放电距离，过压防护放电器的内部空间包含与外电极13连接的管状电极14和与外电极12连接并伸入管状电极14内的棒形电极15。

外电极12杯形构成并利用其杯底伸入过压防护放电器的内部空间10内。杯底包括内电极15穿过的孔16。在内部空间10的外部，电极15具有电极头17，其外径大于孔16的内径。具有电极头17的电极15与外端子12通过熔化件18连接。

熔化件18最好作为软焊料或者硬焊料构成，从而在所示的正常状态下，电极15与外电极12之间存在良好的导电连接。熔化件这样构成，使其覆盖杯底并在需要时进入外电极12的孔16内。电极15的电极头17靠近内部空间10的面完全紧贴在杯底上，从而精确地在内部空间内引导电极15。

电极头17在电极15远离内部空间10的面上具有轴颈19，上面旋接有托座20。托座20与外电极12之间设置压簧21，其既支承于电极12也支承于托座20。在该实施例中，托座20在管内引导，该管一面通过电极12和另一面通过端子22封闭。端子22同样杯形构成并利用其杯底伸入内部空间23内。电极15的轴颈19、托座20和压簧21在与熔化件的连接下形成灭弧装置。

图1b示出灭弧装置脱扣后的过压防护放电器。在此方面可以看出，熔化件18熔化，电极15从过压防护放电器的内部空间10通过弹簧21的力向外运动。通过熔化件18的熔化，压簧21从图1a所示的预张紧位置转移到图1b所示的松弛位置。电极15从过压防护放电器内部空间10的向外运动由端子22阻止，该端子在与弹簧和外电极的连接下形成或闭合接触。在过压防护放电器的两个电极之间形成的距离或其间距因此延长，使得所形成的电弧熄灭。

原则上灭弧装置没必要在分离的外部空间23内引导，只要通过结构措施使灭弧装置脱扣时保持过压防护放电器的外部完整性和没有部件脱落。但适用由圆柱体的管24和端子22组成的装置，因为由此一方面避免电极15失控从过压防护放电器向外运动。另一方面，可以使内部空间23注入气体或者介质，其在电极15向空间23内运动时通过出现的开口16流入过压防护放电器的内部空间，并有助于熄灭电极15与电极14之间的电弧。

依据图2a，如前面那样过压防护放电器借助最好陶瓷或者塑料的绝缘管11和外电极13形成。外电极在过压防护放电器的内部空间10内承载电极14，后者在本实施例中为管状，但也可以是棒状。电极14的对应电极30多部分构成。它在过压防护放电器的内部空间内包括伸入管状电极14内的棒形电极31。作为选择，两个电极14和31可以作为相对的棒形电极构成。

过压防护放电器的内部空间10通过辅助电极32封闭，其杯形构成并且其杯底伸入内部空间10内并承载棒形电极31。棒形电极31例如与中间电极32钎焊或者焊接。在远离内部空间10的面上，电极30具有带电极头34的轴颈33。电极头34以通入中间电极32的杯内并与其钎焊或者焊接的方式配合。轴颈33或作为棒形电极构成的电极件33由绝缘管35环绕，后者设置在过压防护放电器的中间电极32与外电极36之间。

外电极36这样成型，使其一方面可与绝缘管35密封连接和另一方面具有同心孔37，其直径大于电极30的轴颈33的直径。绝缘管35最好具有与限定过压防护放电器本身放电距离的绝缘管11相同的外径和内径。但绝缘管35不必由与绝缘管11相同的材料组成。但优选绝缘管35同样为陶瓷管。

在远离绝缘管35的面上，外电极36具有边缘38，通过其形成外电极36的两个凸缘。外凸缘可以固定作为灭弧装置的弹簧保持装置的外壳件39。使用拉簧时也可以取消外壳件39。外电极36靠近内部空间的凸缘容纳钎焊花盘40。该凸缘的表面与轴颈33的底部对中心，轴颈与电极头34相对。

钎焊花盘40构成为将外电极36的凸缘与一个电极30的轴颈33良好导电连接。在外电极36与一个电极的轴颈33之间形成的空间或间隙上外侧压入绝缘罐41。罐41的壁厚最多只允许等于轴颈33的外径与外电极36的内径的差值。绝缘罐41的底部与外壳39之间夹紧压簧42，其在所示的正常状态下将绝缘件41向熔化件40预张紧。在所示的实施例中，绝缘罐41具有不通过罐的整个边缘延伸的延长段43，其穿过熔化件40进入外电极与内电极30之间的空间37内。该延长段在熔化件熔化的情况下可以使绝缘件41在轴颈33上引导并不会歪斜。

依据图2b，绝缘件41在熔化件脱扣的状态下利用被释放的弹簧42通过过压防护放电器一个电极的轴颈33移动到外电极的孔内。由此延长外电极36与过压防护放电器一个电极之间的可供电弧支配的自由行程距离。在该实施方式中，熔化件脱扣时过压防护放电器的内部空间10仍完全保持。

通过一个电极30与外端子36的分离产生的电弧一方面通过绝缘件41的长绝缘行程熄灭。但在绝缘管35与一个电极的轴颈33之间形成的内部空间也可以利用有助于熄灭电弧的气体或材料填充。

所提出的主题和方法的说明并不局限于单个专用的实施方式上。确切地说，单个实施方式的特征只要技术上适用，就可以任意相互组合。这样所介绍的主题和方法例如也可以采用管形电极取代棒形电极实现。

附图标记

10 内部空间

11 绝缘管

12、13、36 外端子

14、15、30 过压防护放电器的电极

16、37 外电极的孔

17 电极头

18、40 熔化件

19、33 过压防护放电器电极的外轴颈

20 托座

21、42 压簧

22 灭弧装置的端子

23 灭弧装置的内部空间

24 管状绝缘件

31 电极的内电极

32 电极的中间电极

33 电极的外电极

34 电极外轴颈的头

35 绝缘件

38 外电极的边缘

39 外壳

41 绝缘件

43 绝缘件边缘的延长段

Claims

1.一种过压防护放电器，具有

-至少两个彼此绝缘的电极(14、15；14、30)，所述电极各自与外端子(12、13；13、36)连接，

-熔化件(18；40)，所述熔化件将所述至少两个电极中的第一个(15；30)连接于过压防护放电器的第一外端子(12；36)，以及

-灭弧装置(19、20、21；41、42)，所述灭弧装置通过所述熔化件的熔化而脱扣并用于熄灭电弧。

2.如权利要求1所述的过压防护放电器，其中，在灭弧装置脱扣的情况下保持过压防护放电器的外部完整性。

3.如权利要求1或2所述的过压防护放电器，其中，借助灭弧装置，所述至少两个电极中的第一个(15；30)可以向进一步远离所述至少两个电极中的第二个(14)的位置运动。

4.如权利要求1至3之一所述的过压防护放电器，其中，灭弧装置具有弹簧(21；42)，所述弹簧支承于第一电极(15)的托座(20)并向熔化件(18)施加拉力。

5.如权利要求4所述的过压防护放电器，其中，弹簧作为压簧构成，其在两个外端子(18)之一与第一电极(15)之间预张紧。

6.如权利要求1或2所述的过压防护放电器，其中，借助灭弧装置，绝缘件(41)可以向第一外端子(36)与第一电极(30)之间的位置运动。

7.如权利要求6所述的过压防护放电器，其中，绝缘件罐形构成，侧壁通过弹簧(42)可以在第一电极(30)与第一外端子(36)之间运动。

8.如权利要求7所述的过压防护放电器，其中，弹簧(42)支承于支架(39)和绝缘件(41)，绝缘件在其自由端上向熔化件(40)施加压力。

9.如前述权利要求之一所述的过压防护放电器，其中，熔化件构成为在受热时熔化并释放具有熄灭电弧特性的气体。

10.如前述权利要求之一所述的过压防护放电器，其中，灭弧装置设置在与所述至少两个电极中的第二个分开的内部空间(23；39)内。

11.如权利要求1至10之一所述的过压防护放电器在供电网或者通信装置中的应用。

12.一种用于防止如权利要求1至10之一所述的过压防护放电器热过载的方法，具有以下步骤：

-灭弧装置通过热过载时熔化件的熔化而脱扣，

-延长从过压防护放电器的至少两个电极中的第二个到过压防护放电器的至少两个电极中的第一个或者第一外电极形成的距离，

-保持过压防护放电器的外部完整性。

13.如权利要求12所述的方法，其中，通过过压防护放电器的第一电极与第二电极之间的相对运动来延长所述距离。

14.如权利要求12或13所述的方法，其中，激活产生电信号的接触件。

15.如权利要求12所述的方法，其中，通过绝缘件向因熔化件的熔化而释放的空间内的运动来延长所述距离。