CN101958540B - 电涌放电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电涌放电器。为了构造一种具有至少一个火花间隙以及串联连接的电气元件、形成优选仅具有一个火花间隙以及相应的火花放电特性的系统并具有与多个火花间隙相同的持续电流消除能力的电涌放电器，提出了包括具有两个电极(3，4)的部件(2)的电气元件，在两个电极(3，4)之间布置由导电材料组成的粒状材料(5)，粒状材料(5)以导电的方式连接电极(3，4)，从而容纳粒状材料(5)的空间被耐热的绝缘材料壳体(6)包围。

Description

电涌放电器

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个火花间隙(spark gap)以及与其串联连接的电子元件的电涌放电器(surge arrester)。

背景技术

电涌放电器，特别是目前工艺水平中已知的雷电电涌放电器包括具有多个串联连接的火花间隙的抗雷电流放电器。这样的装置用于避免雷击或者其它过电压状态导致的损害。这些火花间隙用于瞬态电势的平衡，从而目的是清除持续电流。现有技术是基于将多个火花间隙串联连接以改进对持续电流的清除能力。然而这导致火花放电电压的不希望的增加。串联连接的火花间隙的数目越大，火花放电电压越大。

为了降低火花放电电压并由此降低保护级，例如可能使用用于火花间隙的电容控制器。这里也存在技术边界条件，这意味着当火花间隙的数目增加时，火花放电电压也将增加。而且，由于大量火花间隙而造成的工程电路的努力以及在适用的情况下必需的额外的电路测量，例如电容控制器，成本很高。

对于已知的火花间隙，与根据本发明的电涌放电器的情况一样，当存在雷击时，在达到火花间隙的火花放电电压的情况下，火花间隙由于PE(接地导体)与有源导体之间的过电压而被初次点燃(fire)。

在已知的系统中，直接连接至有源导体的第一火花间隙以使得达到相应的火花放电电压这样的方式形成且其由电极形成的阳极和阴极以这样的方式隔开。电极之间的距离越小，火花放电电压越小。在已知的系统中，点燃后，短路电流流动并在每一个随后的火花间隙上建立高的电压降，电压降由于火花间隙的重复而累加，从而对应于火花间隙数目，弧降电压将比电源电压高，因此没有持续电流流动。

对于目前工艺水平，参照DE19742302A1。

发明内容

基于目前工艺水平，本发明的目的为构造一种电涌放电器，该电涌放电器形成优选仅具有一个火花间隙并由此具有相应的火花放电特性的系统并且该电涌放电器具有与多个火花间隙相同的持续电流消除能力。

而且，将减少电气和电子部件的安装努力和成本。

为了解决这一问题，本发明提出电气元件包括具有两个电极的部件，在两个电极之间布置有由导电材料组成的粒状材料，粒状材料以导电的方式将电极连接，从而容纳粒状材料的空间被耐热的绝缘材料壳体包围。

具有两个电极和电极之间的导电粒状材料的部件在电流在过电压情况下流动之前具有非常低的阻抗。在例如雷击的过电压的情形下，许多小的火花间隙在粒状颗粒之间被点火(ignite)，从而对于相应的电流负载，由于粒状体之间大量转换的反电压，在持续电流上获得高衰减效应，从而消除了持续电流。

提供相应的耐热的绝缘材料壳体以保证由电极和导电粒子形成的部件的结合。在其最简单的实施例中，这样的部件与例如在受保护系统的PE导体与相导体之间具有相应的低火花放电电压的火花间隙串联连接。这一实施例完全解决了该问题，因为单个火花间隙与以该部件形式的元件串联连接，并且在电流流动之前这一部件具有非常低的阻抗而在电流流动时其产生高的反电压并由此产生高的衰减效应，从而单个火花间隙可以消除持续电流。

优选提供的是松散地填充在电极与由绝缘材料壳体形成的空间之间的粒状材料。

松散的填料需要保证粒状体之间的间隙，这有利于在粒状材料的颗粒之间形成小的电弧。然而，由绝缘材料壳体形成的空间内的填料必须足以保证在元件被不同地放置时，确保粒状体与电极之间的接触。

为了这一目的，优选提供的是延伸进入空间内的电极具有突起。特别优选提供的是粒状材料由球形微粒组成。

也可提供的是粒状材料由颗粒状微粒组成。

优选提供的是粒状材料由石墨颗粒或石墨球组成。

优选使用石墨，因为对于这种材料，高的电流和/或热不会引起任何熔融。

进一步优选提供的是粒状材料具有0.4-1.6mm的颗粒尺寸。

进一步优选提供的是绝缘材料壳体由陶瓷或玻璃组成。

对于颗粒尺寸，重要的是由如果颗粒非常细微，则非常少的空气保持在微粒之间从而仅能部分或者根本不能达到期望的效果的事实给定下限。上限由粒状材料的颗粒应当在相应的空间内布置为高的事实给定。

用于设置消除效应的进一步的参数是绝缘材料壳体的直径或横截面、包括粒状材料填料的绝缘材料壳体的长度。取决于尺寸，即包括粒状材料的绝缘材料壳体的厚度和/或长度，较大或较小的反电压将由该部件建立。

也可构想的是形成具有多个串联连接的火花间隙的电涌放电器并通过串联连接所述类型的电气元件以完成这些火花间隙。

进一步优选提供的是电极由石墨组成。

为了实现整个功能单元的特别紧凑的设计，可提供的是部件的电极之一形成火花间隙的一个电极。

这里优选提供的是在形成火花间隙的一个电极的特定电极上施加环形绝缘体，在该环形绝缘体上装配火花间隙的第二电极。

进一步优选提供的是火花间隙与部件的电极为圆柱形，而绝缘材料壳体为连接至部件的电极的管。

在火花间隙的电极之间的环形绝缘体由耐热材料组成，特别地为PTFE，或也可为陶瓷。

附图说明

根据本发明的电涌放电器的特别简单的设计形式在图中示出。

图1示出了相应的电涌放电器的中央纵截面。

具体实施方式

该电涌放电器包括火花间隙1，其经由引线导体连接至例如AC电源系统的、I处的相导体以及II处的PE导体。串联连接至火花间隙的是电气元件。该元件包括具有两个电极3、4的部件2，电极3、4之间布置由导电材料组成的粒状材料5，电极3、4通过粒状材料5以导电的方式相互连接。包含粒状材料5的空间被耐热绝缘材料壳体6包封。

粒状材料5松散地填充在电极3、4与由绝缘材料壳体6形成的空间之间。优选地，电极3、4具有延伸进入空间的突起7、8，以保证在元件的任何位置，确保电极3、4与粒状材料5的部件之间的接触。粒状材料由球形或粒状微粒组成，优选地由石墨颗粒或石墨球组成，从而大约0.4-1.6mm的微粒尺寸是优选的。绝缘材料壳体6由陶瓷或玻璃组成，而电极3、4由石墨组成。在该实施例中，部件2的电极3形成火花间隙的一个电极，火花间隙的另一个电极在9处给定。布置在形成部件2的电极以及火花间隙1的一个电极二者的电极3与电极9之间的为优选的环形绝缘体10，环形绝缘体10优选由PTFE制成。通过电极9与电极3之间的间隙，可以调节火花间隙1相对于需要的级的点火性能(ignition performance)。消除表现仅仅由部件2确定，而部件2可根据其预定目的在其直径和/或长度上作出修改，从而获得粒状材料5的相应数量和分布。

电极9也优选地由石墨组成。

在该实施例中，电极3和电极4与绝缘材料壳体6一起形成包围粒状材料5的相互紧密连接的元件。

根据本发明的电涌放电器具有低火花放电电压，从而由于粒状材料5的颗粒通过火花放电形成多个小火花间隙而在直通(through-conduction)时建立高的反电压。这不会损害或提高火花间隙1的火花放电电压。

本发明并不限于实施例，而是在公开的框架内可以有多种变化。

说明书和/或图中公开的所有新的单独的和组合的特征被视为对本发明来说是必不可少的。

Claims (11)

1.具有至少一个火花间隙(1)以及串联连接的电气元件的电涌放电器，其特征在于：电气元件包括具有两个电极(3，4)的部件(2)，两个电极(3，4)之间布置由导电材料组成的粒状材料(5)，粒状材料以导电的方式连接电极(3，4)，从而容纳粒状材料(5)的空间被耐热的绝缘材料壳体(6)包围；以及

其中，所述部件(2)的电极(3)之一形成火花间隙(1)的电极之一。

2.根据权利要求1所述的电涌放电器，其特征在于粒状材料(5)松散地填充在电极(3，4)与由绝缘材料壳体(6)形成的空间之间。

3.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于电极(3，4)具有延伸进入该空间的突起(7，8)。

4.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于粒状材料(5)由球形微粒组成。

5.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于粒状材料(5)由粒状微粒组成。

6.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于粒状材料(5)由石墨颗粒或石墨球组成。

7.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于粒状材料(5)具有0.4-1.6mm的颗粒尺寸。

8.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于绝缘材料壳体(6)由陶瓷或玻璃组成。

9.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于电极(3，4)由石墨组成。

10.根据权利要求1所述的电涌放电器，其特征在于在形成火花间隙(1)电极之一的电极(3)上施加环形绝缘体(10)，在环形绝缘体(10)上装配火花间隙(1)的第二电极(9)。

11.根据权利要求1或2所述的电涌放电器，其特征在于火花间隙(1)与部件(2)的电极(3，4，9)为圆柱形，而且绝缘材料壳体(6)为连接至部件的电极(3，4)的管。