CN102047353A - 集成有保护装置的过电压放电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成有保护装置的过电压放电器，其尤其是针对持续的电网频率的过电压(TOV)，包括至少一个压敏电阻和与压敏电阻热接触的正温度系数热敏电阻(PTC电阻)，压敏电阻和正温度系数热敏电阻串联连接。根据本发明，以夹层结构在两个压敏电阻片之间设置具有正温度系数热敏电阻特性的陶瓷片，所述元件直接相互机械和电气连接。

Description

集成有保护装置的过电压放电器

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种集成有保护装置的过电压放电器，其尤其是针对持续的电网频率的过电压(TOV)，包括至少一个压敏电阻和与压敏电阻热接触的正温度系数热敏电阻(PTC电阻)，其中压敏电阻和正温度系数热敏电阻电气地串联连接。

背景技术

已知关于电压开关的具有低续流灭弧能力的过电压保护元件(如火花隙或气体放电泄电器)的串联连接与正温度系数热敏电阻的组合。因此，DE 24 05 671A1展示了用于直流的这样的应用。在那里的保护元件响应时，正温度系数热敏电阻通过流动的续流(Folgestrom)阶跃地改变其电阻，并且因此电流下降到更小的值，使得过电压保护元件现在可以自动地对该电流消弧。火花隙的主触点被保护以防止焊接。根据现有技术，正温度系数热敏电阻必须具有几乎对应于过载的耐压强度，因为电压开关的保护元件的剩余电压是可以忽略的。

根据该现有技术，过电压保护元件可以与正温度系数热敏电阻紧密热接触地设置，使得在过电压限制器中产生的热的一部分被传递到正温度系数热敏电阻上。但是，该已知方案的缺点在于，不能始终维持希望的安全电平，从而在并联电路中使用低灵敏度保护火花隙。

对于通信技术的装置和设备，已经证明了由压敏电阻和正温度系数热敏电阻构成的电路组合适于组合地为过电压和过电流保护负载。在这样的结构中，正温度系数热敏电阻通常位于纵向支路上，由此针对过电流保护负载。

DE 32 31 066A1公开了一种结构，其中在与负载并联连接的压敏电阻两侧设置片状陶瓷正温度系数热敏电阻。在各个元件之间分别存在大面积的板状的电流引线，它们通过设置在整个封装上的接线柱触点产生热和电的耦合并且降低热冷却时间。

在过电流时，正温度系数热敏电阻变热，并且提高了压敏电阻的导电性。在过电压时，压敏电阻同样变为低欧姆的，并因此保护负载。

这种现有技术的缺点是，两个正温度系数热敏电阻被设置在纵向支路上，并且因此不断地被工作电流流过。安全电平只由横向支路中的压敏电阻确定。此外，通过各个元件之间的附加的同样必须持续地传导工作电流的电流引线在该结构中引入了附加的热容量。而且，相关的压敏电阻在故障情形下可能不被切断，这导致不确定的故障状态或导致对相邻部件的燃烧危险。

根据实用新型DE 92 11 808 U1，应当通过正温度系数热敏电阻和压敏电阻的串联电路生成足够大的电压降，以便在压敏电阻的能量过载之前将并联的火花隙点火。对于高的或连续的脉冲电流，正温度系数热敏电阻生成附加的电压降，从而并联的火花隙被点火。

在DE 196 23 541A1中介绍了压敏电阻与热耦合的阻抗的串联电路。如果在那里由于过电压出现了增大的泄露电流，则压敏电阻面临热过载。在压敏电阻的这样的过载时，通过阻抗上的附加电压降实现了另一压敏电压的极限电压，该极限电压降低泄漏电流和能量吸收。阻抗例如可以被实现为保险丝、可逆的保险丝、断路器或火花隙。因此，存在极限电压低的压敏电阻的保护电路，使得例如设备隔离只能被设计到更小的极限电压。当然，即使在该方案中也可能导致具有更高极限电压的第二压敏电阻的过载。

US 4271446 B致力于上述的着个故障情形。在那里公开了具有不同极限电压的多个压敏电阻的并联电路，其中压敏电阻中的两个具有串行地具有正温度系数热敏电阻。其中，压敏电阻和正温度系数热敏电阻成对地以附加的中间抽头在焊接物质上连接。如果现在具有最低极限电压的第一压敏电阻正处于过载，则正温度系数热敏电阻发热，使得其转换到几乎不导电的状态，从而电流流经极限电压比第一压敏电阻高但低于其余压敏电阻的压敏电阻。如果第三压敏电阻同样传导不允许的高泄露电流，则横向支路中的保险丝将整个并联电路与电网分开。在该现有技术中，用于各个元件中温度分布的成对结构是不利的。通过必要的中间抽头，引入附加的热容量，该附加热容量不必要地提高了整个装置的热反应时间。

发明内容

基于上述内容，因此本发明要解决的技术问题是提供一种改进的集成有保护装置的过电压放电器，其尤其是针对持续的电网频率的过电压，其中所使用的至少一个压敏电阻保持无故障，并且由此共同地提高过电压放电器的使用寿命和长期稳定性。

本发明要解决的技术问题通过独立权利要求1或19的特征组合而被解决，其中从属权利要求包含至少有利的实施方式和扩展方案。

因此，优选具有压敏电阻的过电压放电器的保护装置是本发明的主题，其中放电器在过载危险时通过热耦合的正温度系数热敏电阻的响应而被保护以防止其损坏，其中正温度系数热敏电阻限制压敏电阻的能量吸收。此外，根据本发明，结合同样根据本发明被进一步改进的热分隔装置使用前面提到的保护措施。

在一优选实施方式中，陶瓷的正温度系数热敏电阻片以夹层结构设置在至少两个压敏电阻片之间。

上述片或元件然后直接例如通过粘接、焊接或烧结过程而相互连接，以便避免引入不希望的有害的热容量。

所使用的正温度系数热敏电阻在压敏电阻的作为用于过电压的放电器的基本功能方面不对压敏电阻进行限制。这通过以下方式实现，即正温度系数热敏电阻的电阻在正常条件下在脉冲负荷时非常低，并且在该条件时也不提高或仅仅略微提高。

根据本发明，只有在由于正温度系数热敏电阻被设置的压敏电阻几乎两侧加热而导致长期持续的或电网频率的过载时才发生正温度系数热敏电阻的电阻提高。在压敏电阻开始过载时，其发热，由此控制正温度系数热敏电阻的电阻，使得最后降低或限制压敏电阻的能量吸收。

如果由过载导致的老化是不可逆地进行，则整个装置发热，使得设置在组合中的集成的热分隔装置断开，并且由此将放电器与电网分隔开。

正温度系数热敏电阻片优选具有在大约25℃的环境温度时为0.05Ω到0.3Ω的冷态电阻。

在第一实施方式中，所有片状元件具有相同的横截面积，并且这些元件也可以具有相同的厚度。

可替换地存在这样一种可能性，即执行实现不同厚度的压敏电阻片。

在另一实施方式中，至少一个压敏电阻片具有比包围的正温度系数热敏电阻陶瓷片小的横截面积。因此，正温度系数热敏电阻的陶瓷片突出。这里，面向正温度系数热敏电阻的压敏电阻侧完全具有金属化。通过正温度系数热敏电阻的突出，尽管存在完全的金属化，击穿特性被优化，并且可以充分地利用热耦合。此外，正温度系数热敏电阻的导电性可以通过横截面积的提高而改善。同样可以实现外面的隔离。

此外，根据本发明，优选地，正温度系数热敏电阻的冷态电阻是依赖于电压的，并且在具有高电流脉冲的负荷时降低。

根据本发明的基本思想，正温度系数热敏电阻的陶瓷片本身应当具有很小的热容量。

在另一实施方式中，局部压敏电阻板可以与大热容量和高导热性的连接板连接，以便冷却该装置。由此可以提供压敏电阻的有效功率。

夹层结构的总厚度根据本发明应当小于等于10毫米。其中，压敏电阻片相对于整个结构的体积百分比在大约40％至80％的范围内。

局部压敏电阻、即压敏电阻片也可以不对称地构造。

其中，只为压敏电阻片之一分配以已知方式构造的组合可能的热分隔装置。

热分隔装置优选被设置在压敏电阻片的针对热接触优化的侧上。

这样的热优化的连接点具有适当的热隔离，使得在装置中生成的热可以大部分用于融化熔化分隔装置。这样的热隔离例如可以通过良好导电、但热传导差的材料来提供。

与热优化侧相对的压敏电阻片具有向外作用的绝热或阻热的涂层，或者配备有类似绝热手段。

在本发明的一种实施方式中，可以与夹层结构串联连接气体放电器或火花隙，用于在直流电压范围中的一种优选应用。

还存在这样的可能性，即设置多个由压敏电阻片和正温度系数热敏电阻片构成的夹层结构的串联电路。

正温度系数热敏电阻片被构造为使得其最大温度大于可选能使用的热分隔装置的熔化温度或反应温度。

基本上，也可以只有一个压敏电阻片与一个具有正温度系数热敏电阻特性的陶瓷片以层状结构实现，其中为这些元件之一分配已知的热分隔装置。相应的另一个元件于是具有外部热隔离，以便将转换的热能基本上传导给正温度系数热敏电阻和分隔装置。

附图说明

以下借助于实施例并参考附图详细介绍本发明。

其中：

图1示出了现有技术的压敏电阻与处于弹簧预张力下的热分隔装置的串联电路的电路原理图以及位于压敏电阻片的一个侧上的这样的热分隔装置的原理实施方式；

图2a示出了根据本发明的一种夹层结构的原理构造的断面图示；

图2b显示了具有压敏电阻片的根据本发明的夹层结构的另一实施方式的原理断面图示，其中压敏电阻片相对于中间设置的正温度系数热敏电阻片具有更小的横截面积；

图3示出了根据本发明的结构的电流-时间关系的示图；

图4示出了根据本发明的结构上电压分布的示图：

图5显示了具有组合的分隔装置和阻热装置的一种根据本发明的实施方式。

具体实施方式

如前面已经所述的那样，本发明的目的是保护压敏电阻放电器并且确保尤其是在电网频率的过电压的情况下对分隔特性的有针对性的控制。

图1中所示的已知结构由具有集成的热分隔装置2的压敏电阻1，该热分隔装置2例如由处于弹簧预张力下的舌片实现。舌片借助于焊料材料被固定到一个触点，如根据图1右侧示图所示的那样。

焊料材料在这里用附图标记5表示，静触点用附图标记6表示。舌片或可运动的触点臂3与压敏电阻接头7a连接，并且被弹力将其从对立的压敏电阻触点6移开，使得产生足够大的隔离间隔并且压敏电阻能可靠地与电网分离。通常，压敏电阻1由在两侧具有触点7a、7b的金属氧化物片构成。在正常情况下，两个触点7a、7b经由可运动的处于弹簧预张力F下的触点臂3相互连接。在故障情况下，压敏电阻发热，并且因此将焊点5加热直到熔化温度，由此如所说明的那样释放触点臂。

可运动的触点臂的所显示的几何狭窄部分4用于在超过额定值的脉冲负荷的情况下的切断，其中狭窄部分被绝热地破坏，并且放电器在这里同样能可靠地与电网分离。

图1中所显示的具有压敏电阻和热分隔装置的过电压放电器在许多应用中满足相关的要求。

在具有特别高且长期持续的大多为电网频率的过电压(所谓的TOV)的供电网络中，这样的放电器当然可能快速地被过载。在这种情况下，热分隔装置经常由于连接的高热容量和良好导热性而过于迟钝。热分隔装置在该故障情形下大多滞后地并且在压敏电阻损坏后才进行反应。但是，在根据本发明的实施方式中，在TOV极度过载的情况下也确保了对压敏电阻的有效保护。这是通过以下方式实现的，即一方面，压敏电阻的电流负载在该情形下被限制，并且另一方面，压敏电阻和热分隔装置之间热耦合的调整在保持经过证明的简单工作原理的情况下被优化。

图2a示出了根据本发明的夹层结构的原理性构造。

这里，压敏电阻是由两个片1构造地划分。

具有正温度系数热敏电阻特性的另一陶瓷片9位于这两个陶瓷的压敏电阻片1之间。

这些元件在没有中间层(例如接触板)的情况下直接相互连接。

也能够想到焊接、烧结和类似方法用于在单个制造过程中获得具有两个连接板7a和7b的完整的放电器封装。

元件1和9串联地设置在对于相应负载(未示出)的横向支路中。

通过该结构，在压敏电阻1中转换的能量可以非常快地从两侧直接加热正温度系数热敏电阻9。正温度系数热敏电阻9既不被接触板也不被对流冷却。正温度系数热敏电阻的温度因此可以在自己的热容量很小的情况下直接跟随压敏电阻材料的温度变化。

整个结构的尺寸被选择为使得在正常的工作条件下，在一定程度上分开的压敏电阻与由单个单片块构成的压敏电阻完全一样地工作。正温度系数热敏电阻9即使在反复的脉冲负荷的情况下也只对安全电平作出很小的贡献。这通过正温度系数热敏电阻9非常小的冷态电阻来实现。有利地，正温度系数热敏电阻的冷态电阻依赖于电压，并且在加载以高电流脉冲时至少以2至5的系数更小。

压敏电阻1在加载以冲击电流脉冲的情况下在额定放电范围中是低欧姆的，并且泄导这些脉冲，使得在压敏电阻中只发生容许的能量转换。在该情形下，压敏电阻1只在受限的程度上发热，并且其只将使得其在其基准温度或跃变温度之下保持为低欧姆状态的那么多的热量耦入到正温度系数热敏电阻9中。

在由电网频率的过电压加载的情况下，压敏电阻1的泄露电流显著提高。由于这个提高的泄露电流，两个压敏电阻1发热，并且通过几何上有利的夹层结构，放置在中间的正温度系数热敏电阻9也从两侧被压敏电阻1的损耗功率负载加热。其中，正温度系数热敏电阻由于提高的电流流动而发生的自发热只具有次要作用。

通过正温度系数热敏电阻的不断增加的被动加热，其超过其跃变温度。其阶跃地提高其电阻，并且因此限制泄露电流的大小，从而限制整个装置的能量吸收。在瞬态过电压消退之后，正温度系数热敏电阻9和压敏电阻1重又冷却，并且装置重新又对于使用准备就绪。

如上所述，根据本发明，特意不引入各个元件之间的附加接触板，以便因此将装置内的热容量减少到相关部件上，并且因此确保小的热反应时间。

夹层封装在外侧在接头7a和7b之外的区域中具有隔离10。

用至少一个正温度系数热敏电阻9的中间层将压敏电阻1划分为至少两个局部压敏电阻尤其是在正温度系数热敏电阻9相对于整个结构百分比小的热容量的情况下使得能够实现在主动元件压敏电阻和正温度系数热敏电阻之间可忽略的温度差。

由于正温度系数热敏电阻9自身的温度在非常快的过载更换的情况下直接跟随压敏电阻1的温度，所以几乎与负荷无关地可以实现保护功能的优化适配。

正温度系数热敏电阻的基准温度和特征曲线可以针对压敏电阻材料和压敏电阻装置的技术数据而被最佳地调整。

这里既不必考虑温度剃度，也不必考虑直到到达最大温度之前的明显延迟时间。

通过正温度系数热敏电阻和压敏电阻的几乎相同的温度，可选地可能的是，局部压敏电阻能够例如借助于大热容量且高导热性的连接板从外面强烈地冷却。而且，这提高了装置的长期稳定性，并且不仅在快速负荷顺序的情况下而且在非常高或持续的负荷的情况下，改善了压敏电阻的有效功率。相反，该原理当然也可以在主动元件的连接区域中具有很小的热容量或导热性的结构中被应用。

在所建议的方案中以及在适配压敏电阻1的有效功率的开关能量的情况下，正温度系数热敏电阻9的保护功能才被压敏电阻1的自发热启动。

以下尺寸已被证明是有利的。

正温度系数热敏电阻在例如180℃或更高的过载情形下的最大允许温度因此要被选择为使得避免形成所谓的热点并且压敏电阻构造不受到损坏。例如在50℃至120℃范围中的正温度系数热敏电阻的基准温度在遵守装置的允许工作温度和压敏电阻的自发热在额定功率范围中的情况下尽可能远地位于损坏压敏电阻的温度之下。

如已经说明的那样，所描述的由至少两个压敏电阻和至少一个正温度系数热敏电阻构成的夹层结构与传统的压敏电阻放电器类似在未金属化的边缘区域处适当地相对于飞弧隔离，即例如通过进行隔离的漆10或类似手段相对于飞弧隔离。

正温度系数热敏电阻9和压敏电阻1的横截面积的几何形状和尺寸为了容易安装而选择为尽可能相同。

图2b显示了另一实施方式。在该实施方式中，具有其外部接头7a和7b的两个压敏电阻片1具有比中间设置的正温度系数热敏电阻片9小的横截面积。虽然在该实施方式中正温度系数热敏电阻9的热容量略微提高，但是存在优点。通过正温度系数热敏电阻9的增大的横截面积，面向正温度系数热敏电阻的压敏电阻侧完全具有金属化8。其中，金属化8仅位于对应于图2b的压敏电阻片的区域中。通过正温度系数热敏电阻9的突出，尽管有金属化8也优化了装置的击穿特性，并且可以充分使用热耦合。此外，正温度系数热敏电阻的处理能力通过横截面积的提高而被改善。未示出的外部隔离在这里能容易地设置。

过电压放电器主要使用在用于具有可更换的插接模块和最大厚度为18mm的支承轨道安装的外壳中。

为了能够将根据本发明的装置集成到这样的能插接的模块中，元件1和9与外部接触板6和7一起的厚度不超过10毫米的值，其中压敏电阻优选承担整个装置的40％至80％的体积百分比。

这两个局部压敏电阻不必具有相同的厚度和相同的mA点。有利于热量分布的优化和控制，非对称的划分或设计可能是有利的，特别是与已知的热分隔装置组合。

在根据本发明的装置中集成的正温度系数热敏电阻优选在大约25℃的环境温度中具有0.05Ω至0.30Ω的冷态电阻。在正温度系数热敏电阻例如180℃的最大温度时的最大电阻位于10kΩ到几百kΩ的范围中。

将整个装置的确定为使得在100Ω至几千Ω范围内的电阻足以实现分隔装置的启动温度。在其中压敏电阻1的分隔不是必要的可逆工作范围中，正温度系数热敏电阻9优选具有10Ω到几百Ω的电阻值以便充分地降低电流。

正温度系数热敏电阻具有在100焦直至所使用的压敏电阻的最大允许能量记录(2ms值)的范围内的开关能量以及在脉冲波形8/20μs和10/350μs的几千A范围内的脉冲承载能力。

如果在根据本发明的装置中由于开始老化或瞬态过电压而出现提高的故障电流，则正温度系数热敏电阻9具有高的反应速度，使得泄露电流的幅值可以类似于图3中的简化图示在几十ms内在相应高过载的情况下被至少减少到初始值的一半。图3在这里示出了在交流电系统中相应幅值的包络线。

类似于根据图3的电流变化，装置上的电压分布也变化。图4原理性地示出了压敏电阻和正温度系数热敏电阻上的电压(在交联的电压中示出)。

交联的电压例如可以在网络中以被隔离的星形汇接点出现。在这样的IT网络中，这样的切断在故障情形下、例如在单极接地的情况下不是绝对必要的，因为接地电流非常小。

然而，这两个未直接涉及的相的电压相对于地电势以系数

提高。这个相对于正常条件提高的电压被称为交联的电压。开始时，正温度系数热敏电阻对于根据本发明的装置的总电压只占非常小的量。这个电压降通过流动的泄露电流和相应的冷态电阻来确定。在相同的时间窗A中，几乎整个电压在压敏电阻上降落，其中该压敏电阻限制空载电压。在区域A中，通过该装置的泄露电流提高，并且由此导致在压敏电阻内提高的功率转换。这通过两侧紧密的热耦合加热正温度系数热敏电阻，由此该正温度系数热敏电阻提高其电阻并因此还明显地放大相应的电压降。通过正温度系数热敏电阻的电阻提高限制泄露电流。由于泄露电流的降低，压敏电阻的电压分量也降低，直到在区域C中两个元件分摊电压。

然后，只有最小的电流还流过压敏电阻，由此只生成比在段A和B中更小的电压降。相反，正温度系数热敏电阻在该时间段中具有高的电阻，由此，其电压降相对于这两个前面的区域A和B是大的。总电压现在还几乎对应于进行供电的电网的空载电压。

根据本发明，引线中或分隔装置中的保险丝或狭窄部分可以组合性地针对由过高脉冲电流导致的过载进行保护。除了考虑各个部件的最大脉冲电流负荷能力之外，在使用正温度系数热敏电阻和压敏电阻的组合时不产生与该已知保护装置的尺寸确定明显的差别。

作为相对于由过高损耗功率导致的过载的保护措施，还可以使用具有80℃到150℃范围中的低温焊料的已知热分隔装置。通过所建议的与分隔装置的组合，根据本发明的装置在整个装置受到加载时被转变到安全状态(出故障时自动打开)。

针对加载以通常电网频率的过电压，对于根据本发明的过电压放电器可以区分以下基本情形。

瞬态或长期持久的过电压是第一种情形，其中所产生的损耗功率可以被正温度系数热敏电阻限制到允许值。压敏电阻的损坏在短时高过电压及甚至在长期持久的中等过电压的情况下可以被排除。在过电压消退以后，放电器具有其不受限的处理能力，放电器的分隔在加载期间或在加载后不是必要的。

在所述的这种工作方式中，放电器可以在持久的轻度及中等的电压超高的情况下可以在电网上固定地保持例如直到线电压的或

倍。即使在故障停机后，放电器也不在其功能和保护范围上受到限制。但是，短期地，电压提高也可以超过该值。

当长期高于线电压的

倍的电压加载的情况下，存在以下危险，即正温度系数热敏电阻不再能以足够的程度降低电流，并且放电器的允许的损耗功率在更长的时间段之后被超过。

在这种情况下，放电器在没有附加措施的情况下会被破坏。为了避免这种情形，放电器可以短时地对于提高的电压加载的时间或者持久地与电网分隔开。其中，分隔尽可能早地进行，使得放电器的重新运行是可能的。因此，分隔在放电器破坏之前进行，以便限制对热分隔装置的要求，并且以便避免脏污对隔离间隔的影响。装置的快速分隔通过热力技术优化的涉及来进行。

通过所述的泄露电流的迅速降低，根据本发明的放电器的损耗功率被非常快地减小。放电器即使在高和最高电网频率的过电压的情况下也可以经受这个减小的损耗功率几秒到几分种。相对于没有正温度系数热敏电阻-中间层的相同结构的压敏电阻，放电器可以在没有损害的情况下保持在电网上的时间段提高100至1000倍。这又允许即使在高的电压加载的情况下使用具有很小自灭弧能力的简单的热分隔装置。但是也可以使用又能手动或自动地接通的分隔装置，因为放电器的确已经在损害前很久就与电网分隔开，并且因此在其处理能力方面不被限制。

为了在加载的情况下确保所述工作方式以保持未受损的放电器以及最佳地使用放电器部件的处理能力，压敏电阻-正温度系数热敏电阻组合与热分隔装置之间的不同措施和调整是有利的。

如所述的那样，压敏电阻被增大的泄露电流加热，并且由此正温度系数热敏电阻被加热，并且所产生的热向外引导到接触板。在迄今常见的热分隔装置中，但是还有同样由导电导热的材料构成的其他连接件(例如可运动的连接卡箍3和触点6和7(图1))位于接触板上。所产生的热被进一步传导到那里，并且焊点在有些加载的情况下加热不够快来及时地将装置与电网分隔开。在非常快的过载的情况下，焊点有时根本不反应，因为焊点与过度加热的压敏电阻之间的温度梯度过高。这即使在分隔的情况下也不利于所追求的尽可能无损的放电器的目标。为了最佳地利用对损耗功率的迅速限制以及与其相关的在放电器过载之前的时间缩短的优点，进行对分隔功能和分隔装置的优化。

为此，在压敏电阻和分隔装置之间的接触区中插入由热容量很小的导电导热材料构成的连接部件。相反，另一局部压敏电阻的连接件被构造为是散热的，但是也是绝热的。压敏电阻和分隔装置之间的温度梯度要被保持为尽可能小。这使得能够实现允许的压敏电阻和/或正温度系数热敏电阻与分隔装置的操作温度的最佳适配。分隔装置的操作温度明显低于损坏压敏电阻的温度，因此可以可靠地分隔还未受损的压敏电阻。在分隔位置后应当尽可能避免热传导，以便实现分隔位置与后面的连接件之间尽可能大的温度梯度，从而所生成的热可以主要用于达到分隔位置的反应温度。热传导的禁止可以例如通过连接线(例如舌片)的材料以及分隔装置的放置和尺寸确定(例如直接位于分隔位置之后)而实现。

图5示出了另一实施方式，根据该图示，压敏电阻1由于提高的泄露电流而发热，并且与正温度系数热敏电阻一起将其热向外传导到接触板6和7。

为了避免经由焊点5的进一步热传递，根据本发明引入所谓的阻热装置11。

通过阻热装置11，压敏电阻-PTC组合用分隔装置相对于其他金属部件被热去耦合。通过该热去耦合，一方面导致装置内均匀的加热，另一方面在没有其他功能的情况下禁止热传导到连接件。因为阻热装置设置在分隔装置之后，所以其可以被指定地加热，并且因此根据压敏电阻-PTC装置的温度分隔。阻热装置例如由良好导电但导热性差的材料构成，并且因此构成对装置内热传导的外部限制，从而能量可以被用于熔化焊点5。该阻热装置位于直接放置在该装置上的接触板与后面的连接件之间。

还可能修改上述实施方式，使得几乎在焊点前面的区域中使用良好导热和导电的材料(例如铜)，以及在接触板后面的区域中使用良好导电但导热性差的材料(例如钢)。其中，阻热装置如图5中所示可以直接位于焊点5处，或者直接在狭窄部分之后被集成在可运动的分隔臂中。但是，在另一实施方式中也可以将狭窄部分直接尺寸确定为阻热装置。

以有利的方式，分隔装置在相对小的电流幅值的情况下可以通过正温度系数热敏电阻的电阻提高以及与此相联系的电流降低而断开，从而在没有切换电弧或切换电弧小的情况下确保可靠的分隔。此外，分隔装置的通断能力即使在更大的预期续流的情况下也必须不成比例地适配。

设置在现有技术的传统热分隔装置中的狭窄部分在根据本发明的实施方式中也可以用于保护放电器。通过直接使用相对于相关负载的横向支路中的正温度系数热敏电阻，相应的脉冲电流也流经正温度系数热敏电阻。脉冲电流承载能力基于正温度系数热敏电阻的热击穿电压而低于所使用的压敏电阻的存在能力。为了相对于不允许的脉冲加载保护该装置，集成在分隔装置中的狭窄部分与其电流平方积分适配，使得如果对于集成的正温度系数热敏电阻的承载能力存在脉冲加载，则导致绝热的熔化过程。

在具有压敏电阻和PTC的夹层组合的放电器结构的另一有利实施方式中，可以附加地串联连接气体放电泄电器或火花隙。如果放电器具有分隔装置，则气体放电泄电器被设计为使得不妨碍压敏电阻和热分隔位置之间的热调整。

这样的结构的优点在电网频率的高的过电压时，并且尤其还在直流电压区域中使用时得到了证明。该组合在这里使得能够实现可逆行为的扩大，而直到高过载也没有分隔。在交流电和直流电中正温度系数热敏电阻非常快的反应时间以及气体放电器的灭弧特性构成对此的基础。此外，放电器与气体放电器的组合还使得能够进一步调整正温度系数热敏电阻。

因此，可以使用虽然具有受限的电阻提高、但是具有特别快的反应时间和高的脉冲功率能力的正温度系数热敏电阻材料及尺寸确定。这样的组合的优点和工作方式在下面描述。

压敏电阻和正温度系数热敏电阻的允许的持久损耗功率在几mA的持续电流时就已经被超过。为了安全，根据本发明的这个方案因此在这样的加载时必须与电网分隔开。该情况可能在充分利用提高正温度系数热敏电阻的电阻值的可能性时出现。这在非常高的电压加载时和/或在正温度系数热敏电阻的电阻提高的受限可能性时被给出。

具有空气或尤其是真空的火花隙、空气放电器具有以下特性，即小幅值的电流自动地熄灭。该现象经常也被称为电流截断，并且不要求自然的或强制的电流过零。其中，在一定程度上自动熄灭的电流的大小可以直至几安培。该大小由电极材料、气体和压力确定，并且仅仅略微依赖于涉及装置额定功率范围的先前的加载。压敏电阻的过载和所提到的部件的电流截断之间的电流因此差别几个数量级。因此，正温度系数热敏电阻被卸载以必需的电阻提高的该差别。在压敏电阻/正温度系数热敏电阻与气体放电器或火花隙的组合中，压敏电阻和正温度系数热敏电阻在达到阻断电流时因此被阶跃地卸载。后者允许可逆区域扩展直到更高的加载，或者将正温度系数热敏电阻设计用于最快的反应时间。此外，放电器的加载被整体地降低，并且因此提高使用寿命。

所述组合的所介绍的工作方式在交流电压网络中允许在电流过零前对泄露电流消弧。但是，该组合的特别的优点尤其也在直流电压网络中是明显的，因为在那里，正温度系数热敏电阻的必要加载被显著降低。这在过载特性方面导致显著的功率提高并导致使用寿命延长。

补充要说明的是，正温度系数热敏电阻部件在其冷态电阻、其热容量、其基准温度和其电阻-温度特征曲线的斜度方面被确定为使得在瞬态过电压的情况下至少直到电流的额定电压的倍被过电压放电器限制到以下程度，即使得压敏电阻部件稳定为明显低于破坏压敏电阻的温度，并因此被保护以防止破坏。

根据本发明的组合在其耐压强度方面被确定为使得其在直到额定电压的

倍的瞬态过电压的情况下对于至少几十秒的时间段不导致元件的击穿，并且因此通过压敏电阻-正温度系数热敏电阻组合的损耗功率可以可靠地触发热分隔装置，从而能防止部件的不可逆的破坏。

Claims (19)

1.集成有保护装置的过电压放电器，其尤其是针对持续的电网频率的过电压(TOV)，包括至少一个压敏电阻和与所述压敏电阻保持热接触的正温度系数热敏电阻(PTC电阻)，其中压敏电阻和正温度系数热敏电阻串联连接，其特征在于，在两个压敏电阻片之间以夹层结构设置具有正温度系数热敏电阻特性的陶瓷片，其中所述元件直接相互机械和电气连接。

2.根据权利要求1所述的过电压放电器，其特征在于，所述元件的连接通过粘接、烧结和/或焊接来实现。

3.根据权利要求1或2所述的过电压放电器，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻片在环境温度约为25℃的情况下具有0.05Ω至0.5Ω的冷态电阻。

4.根据前述权利要求之一所述的过电压放电器，其特征在于，所述元件具有相同的横截面积。

5.根据前述权利要求之一所述的过电压放电器，其特征在于，所述元件具有相同的厚度。

6.根据权利要求1至4之一所述的过电压放电器，其特征在于，所述压敏电阻片具有不同的厚度。

7.根据权利要求1至3之一所述的过电压放电器，其特征在于，所述压敏电阻片中至少一个具有比所包围的正温度系数热敏电阻陶瓷片小的横截面积。

8.根据前述权利要求之一所述的过电压放电器，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻的冷态电阻是依赖于电压的，并且在加载以高电流脉冲时下降。

9.根据前述权利要求之一所述的过电压放电器，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻陶瓷片具有低的热容量。

10.根据前述权利要求之一所述的过电压放电器，其特征在于，局部压敏电阻片与大热容量且高导热性的连接板连接以冷却。

11.根据前述权利要求之一所述的过电压放电器，其特征在于，夹层结构的总厚度小于等于10毫米，并且所述压敏电阻片相对于整个结构的体积百分比在40％和80％之间的范围内。

12.根据权利要求11所述的过电压放电器，其特征在于，局部压敏电阻被非对称地构造。

13.根据前述权利要求之一所述的过电压放电器，其特征在于，所述过电压放电器具有附加的热分隔装置。

14.根据权利要求13所述的过电压放电器，其特征在于，所述热分隔装置设置在所述压敏电阻片之一的针对热接触优化的侧上，其中隔热装置位于所述分隔装置与空间上位于后面的连接件之间。

15.根据权利要求14所述的过电压放电器，其特征在于，与热优化的侧相对的压敏电阻片被构造为向外隔热或阻热。

16.根据前述权利要求之一所述的过电压放电器，其特征在于，气体放电器或火花隙与所述过电压放电器串联连接。

17.根据权利要求1至15之一所述的过电压放电器，其特征在于，多个由压敏电阻片和正温度系数热敏电阻片构成的夹层结构串联连接。

18.根据权利要求13至15之一所述的过电压放电器，其特征在于，所述正温度系数热敏电阻的最大温度大于所述热分隔装置的熔化或反应温度。

19.集成有保护装置的过电压放电器，其尤其是针对持续的电网频率的过电压(TOV)，包括至少一个压敏电阻和与所述压敏电阻热接触的正温度系数热敏电阻(PTC电阻)，其中压敏电阻和正温度系数热敏电阻串联连接，其特征在于，压敏电阻片与正温度系数热敏电阻特性的陶瓷片被构造为层结构，其中为所述元件之一分配可逆的热分隔装置，并且相应的另一元件具有外部的隔热装置，以便将所转换的热能主要传导到所述正温度系数热敏电阻和所述分隔装置。

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