CN102473562A - 过电压保护模块和包括一个该模块的保护单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于保护阻止过电压的模块(20)，包括：至少一个可变电阻器(1)，其通过第一热分离器(P1)机械地与驱动装置(10)连接，第一热分离器(P1)的熔化使得驱动装置(10)运动。第一热分离器(P1)具有第一熔化时间常数σ1和第一熔化温度T1。可变电阻器(1)通过第二热分离器(P2)与驱动装置(10)机械连接，第二热分离器(P2)的熔化使得移动驱动装置(10)运动。第二热分离器(10)具有第二熔化时间常数σ2和第二熔化温度T2，所述第二熔化温度T2高于所述第一熔化温度T1，以及所述第一熔化时间常数σ1高于所述第二熔化时间常数σ2。

Description

过电压保护模块和包括一个该模块的保护单元

技术领域

本发明涉及过电压保护模块，其设计为通过机械促动装置与电气开关设备连接。所述模块包括至少一个可变电阻器，其与可移动的驱动装置通过第一热分离器机械连接。在可变电阻器加热情况下第一热分离器的熔化释放可移动驱动装置的运动，以作用于机械促动装置。所述第一热分离器包括第一熔化时间常数和第一熔化温度。

本发明也涉及包括保护模块和包括开关设备的过电压保护单元。

背景技术

已知的是将包括具有相对于电压非线性的可变元件的电涌限制器的过电压保护装置与由促动机构促动的电气开关设备关联。电涌限制器和电气开关设备串联连接。

如在文献EP1607995中说明的，电气开关设备可以采用分别对应于电触头的打开状态和闭合状态的断开位置和接触位置。脱扣电路与促动机构合作以使得断开装置的触头运动到打开状态，特别是在电涌限制器损坏的状况下，特别是在非线性元件的使用周期末端。电涌限制器特别包括与热分离器连接的可变电阻器。在伴随着运行失效的可变电阻器过热的情况下，热分离器熔化直接作用于促动机构并且引起电气开关设备的电触头的打开。热分离器放置在可变电阻器的环境中并通过间接传导加热。

间接传导的意思是流动穿过可变电阻器的电流不流动通过热分离器。直接传导的意思是电流流动通过热分离器。

热分离器加热特别是通过间接传导加热的使用有时存在不足。依据材料的选择以及依据用于实现分离器的材料的体积，热分离器的标定受到限制。热分离器通常标定为根据泄漏电流流过的可变电阻器的加热而熔化。然而，这个相同的热分离器未设计为当雷击之后可变电阻器加热时熔化。根据雷击热分离器的熔化会导致电涌限制器对于将来的雷击不可用，后者的情况是不期望的。

此外，热分离器的熔化与通过促动机构的电气开关设备触头的打开的同步通过包括几个机械装置的动态控制系统得以实现，机械装置如传动轴或杆。动态控制系统的使用存在保护装置制造复杂的缺点。

当暂时的过电压发生在电网上时，当公共输电网上发生接地故障或者卸负荷时，避雷器中消散的能量可以巨大并快速地引起过电压保护部件的毁坏。发生在电网上的暂时过电压在此后称作TOV(暂时过电压TemporaryOver Voltage)。来自于TOV的故障电流也引起由热分离器检测的可变电阻器的加热。在这种情况下，相比于与可变电阻器老化有关的泄露电流的情况，故障电流大大增加。热分离器接着不得不理论上以相对短的时间常数(几秒)操作，以应对TOV的影响，并以相对长的时间常数(几分钟，或者甚至几小时)操作，以应对产生微弱的泄露电流的可变电阻器的故障。该热分离器必须此外在雷击存在的情况下不操作。

发明内容

本发明的目的因此是弥补现有技术的不足，以使得提出一种包括保护装置的过电压保护装置，该保护装置适合用于与TOV(暂时过电压)相关的问题。

根据本发明的保护模块的所述至少一个可变电阻器通过第二热分离器与驱动装置机械连接，在可变电阻器加热情况下第二热分离器的熔化释放了可动驱动装置的运动，所述第二热分离器包括第二熔化时间常数和第二熔化温度，第二熔化温度高于第一熔化温度，以及第一熔化时间常数高于第二熔化时间常数。

根据本发明的改进的模式，保护模块包括提供位移力的柔性装置，该位移力设计为驱动该驱动装置从第一固定位置到脱扣位置运动，该驱动装置通过所述第一和第二热分离器机械保持在固定位置，其中一个热分离器的熔化释放驱动装置的运动。

根据本发明的第一特别的实施例，第一热分离器和第二热分离器分别在驱动装置上施加第一和第二保持力，所述保持力以串联的方式施加在驱动装置上，热分离器的熔化依次导致其中一个保持力的消失(annulation)以及释放驱动装置的运动。

该两个保持力优选分别大于位移力。

根据本发明的第二特别实施例，第一热分离器和第二热分离器分别在驱动装置上施加第一和第二保持力，所述保持力以平行的方式施加在驱动装置上，热分离器的熔化依次导致两个保持力的其中一个保持力的消失，另一个保持力的消失，以及驱动装置的运动。

该保持力优选分别低于位移力。

第二热分离器优选包括第二熔化温度，该第二熔化温度低于可变电阻器的最大运行温度以及高于在10/350类型的雷击之后可变电阻器的加热温度。

优选地，第二热分离器包括熔化温度，该熔化温度具有等于195°摄氏度加或减25°的值。

优选地，第一热分离器包括第一熔化温度，其低于适应于可变电阻器等级的保护装置的最大容许温度。

优选地，第一熔断器连接热分离器包括熔化温度，该熔化温度具有等于125°摄氏度加或减15℃的值。

优选地，第一熔化时间常数高于第二熔化时间常数的至少五倍。

优选地，第一热分离器是由塑料材料制成的销。

优选地，第二热分离器是低温焊缝。

优选地，所述至少一个保护模块包括防错装置，其设计为与开关设备合作。

过电压保护单元包括前述定义的保护模块，以及包括电气开关设备，该电气开关设备包括设计为与所保护的线路连接的输入部分，由脱扣机构支配的主触头，以及与过电压保护模块连接的输出部分。所述模块的机械促动装置与脱扣装置相互连接以促动主触头的打开。

附图说明

其它优势和特点从接下来的本发明的具体实施例的描述变得更加清楚明显，本发明的具体实施例仅用于非限制性例子的目的给出并表示在附图中，其中：

图1和2表示根据本发明的实施例的保护单元的示意性视图；

图3表示根据图1的过电压保护单元的保护模块的透视图；

图4至6表示根据图2的保护模块的操作的详细图；

图7表示根据图3的保护模块的实施例的侧视图；

图8表示根据图3的保护模块的实施例的透视图；

图9表示特别在TOV存在下，在快速加热的情况下，保护模块的加热曲线；

图10表示在雷击的情况下，保护模块的加热曲线；

图11表示在慢加热的情况下，保护模块的加热曲线。

具体实施方式

如图1和2所表示的，根据本发明的过电压保护单元包括至少一个保护模块20，其设计为通过机械促动机构33与电气开关设备21连接。

如图2所表示的，根据本发明的过电压保护单元20设计为在一方面通过来自于开关设备21的位于线路侧的至少第一连接端子22连接到至少一个电线和在另一方面通过保护模块20的至少一个连接器6接地。开关设备21包括至少一个第二负载侧连接端子25A，其设计为将连接端子25B与保护模块20连接。

根据本发明的实施例，保护模块20包括至少一个可变电阻器1，其包括与保护模块20的连接端子25B连接的至少一个端子和与连接器6连接的第二端子。所述至少一个可变电阻器与可移动的驱动装置10机械连接。

所述驱动装置与机械促动装置33连接，机械促动装置33设计为如果可变电阻器1运行故障，则促动开关设备21的脱扣机构24。开关设备21的脱扣机构24接着促动电触头23的打开。

图1和2中所示的示例性实施例，过电压保护单元包括四电极开关设备21。所述保护单元的保护模块20接着包括分别与开关设备21的电极连接的四个可变电阻器1。

根据本发明的实施例，所述保护模块的至少一个可变电阻器1通过第一热分离器P1与可移动驱动装置10机械连接。

在加热可变电阻器的情况下，第一热分离器P1的熔化释放可移动驱动装置10的运动。驱动装置10的运动设计为作用于机械促动装置33并引起开关设备21的电触头23的打开。

如图4和6所表示的，根据本发明的优选实施例，第一热分离器P1一方面固定到可变电阻器1以及另一方面固定到可移动驱动装置10的枢转臂11。枢转臂11通过第一热分离器P1机械固定在第一操作位置，称作固定位置。柔性装置12在枢转臂11上施加位移力Fd。位移力Fd设计为在第一热分离器P1熔化的情况下，引起枢转臂11运动至第二操作位置。第一热分离器P1在驱动装置10上施加第一保持力Fr1。第一热分离器P1的熔化引起在第一分离器P1和枢转臂11之间的机械连接的断裂。第一保持力FR1为零，由于位移力Fd，所述臂围绕枢转销13从固定位置到称作脱扣位置的第二操作位置旋转。枢转销13的转动作用于机械促动装置33。

所述第一热分离器P1包括第一熔化温度T1和第一熔化时间常数σ1。

第一热分离器P1的第一熔化温度T1以低于最大温度TmaxB的方式确定，该最大温度TmaxB是在适应于第一热分离器P1的等级(level)的保护模块20的壳体的外表面的等级下可容许的。在壳体外表面的等级下所允许的最高温度通常通过标准固定。该温度例如等于120摄氏度。适应于放置在壳体内部的第一热分离器P1的水平的最大温度使得用于确定第一熔化温度T1的第一规范予以建立。

第一热分离器P1的第一熔化温度T1得到进一步确定以使得低于在运行故障的情况下通过可变电阻器10得到的最大加热温度。运行故障是例如与老化的可变电阻器、老化引起短路相关联。可变电阻器的加热使得第二规范予以建立以确定第一熔化温度T1。

这两个规范组合使得第一熔化温度T1得以确定。作为示例性实施例，第一熔化温度T1具有125°摄氏度加或减15℃的值。

熔化时间常数意味着在时间处的均一数量，其特征是，用于所研究系统达到在系统运行条件下的熔化温度的快速性。时间常数经常将所研究系统的响应与瞬时干扰相关联。熔化时间常数σ1事实上取决于保护模块20的结构以及特别地取决于第一热分离器P1相对于可变电阻器10的位置，取决于用于制造所述分离器的材料的性质，以及也取决于它的整体几何结构。

如图10中所表示的，在雷击的情况下，放置在保护装置的壳体中的第一热分离器P 1的加热，在大约25秒的时间之后达到最大温度。第一曲线C1表示了第一热分离器P1的加热曲线以及第二曲线C2表示了第二热分离器P2的加热曲线。如所需要的，在雷击的情况下，第一热分离器P1没有达到它的熔化温度T1。第三曲线C3理论地表示了在雷击的情况下可变电阻器的加热，特别在10/350类型的雷击的情况下。为了示例的目的，第一熔化时间常数σ1等于5秒。

如图4至6所表示的，根据本发明的具体实施例，第一热分离器P1通过由塑料材料制成的销形成。柔性装置12经由驱动装置10的枢转臂11施加的位移力Fd接着在所述销上施加剪切力。根据其未示出的可替代的实施例，由柔性装置施加的位移力Fd可以在所述销上施加牵引力。

作为示例性实施例，第一热分离器P1的加热优选通过间接传导。根据其未示出的可替换的实施例，第一热分离器P1的加热通过直接传导，流动通过可变电阻器1的电流接着流动通过第一热分离器。

根据本发明的优选实施例，可变电阻器1通过第二热分离器P2与驱动装置10连接。

在可变电阻器1加热的情况下，第二热分离器P2的熔化释放了可移动驱动装置10的运动。驱动装置10的运动设计为作用于机械促动装置33并引起开关设备21的电触头23的打开。

如图4和6所表示的，根据本发明的优选实施例，第二热分离器P2一方面固定至可变电阻器，另一方面固定至移动驱动装置10的枢转臂11。枢转臂11通过第二热分离器P2在固定位置固定。柔性装置12在枢转臂11上施加位移力Fd。位移力Fd设计为在第二热分离器P1熔化的情况下，引起枢转臂11运动至第二操作位置。第二热分离器P1在驱动装置10上施加第二保持力Fr2。第二热分离器P1的熔化引起在第二分离器P2和枢转臂11之间的机械连接的断裂。由于位移力Fd的作用，所述臂围绕枢转销13从固定位置到脱扣位置旋转。枢转销13的转动作用于机械促动装置33。

所述第二热分离器P2包括第二熔化温度T2和第二熔化时间常数σ2。

第二热分离器P2的第二熔化温度T2取决于三个规范。首先，所述第二熔化温度T2确定为低于可以由可变电阻器1承受的最大运行温度TmaxV。最大容许的温度TmaxV是部件固有的特征，以及是例如等于260°摄氏度。

此外，第二热分离器P2的熔化温度T2被确定为高于在雷击情况下，特别是10/350类型的雷击情况下，通过可变电阻器得到的加热温度。

最后，第二热分离器P2的第二熔化温度T2确定为低于TOV类型故障后达到的可变电阻器1的加热温度。

这三个规范的组合使得第二熔化温度T2得到确定。

作为示例性实施方式，第二熔化温度T2具有等于195°摄氏度加或者减25℃的值。

如图10所表示的，在雷击的情况下，设置在保护模块20的壳体中的第二热分离器P2的加热在大约5秒的时间后达到最大温度。第一曲线C1表示了第一热分离器P1的加热曲线，第二曲线C2表示了第二热分离器P2的加热曲线。第三曲线C3理论地表示了在雷击的情况下，特别在10/350类型的情况下，可变电阻器的加热。如在雷击的情况下所需的，第二热分离器P2，类似于第一分离器P1，没有达到它的熔化温度T2。为了示例的目的，第二熔化时间常数σ2等于1秒。

作为示例性实施例，第二热分离器P2的加热优选通过间接传导。根据其未示出的可替换实施例，第二热分离器P2的加热通过直接传导，流动通过可变电阻器1的电流接着流动通过第二热分离器。

根据本发明的改进，第二热分离器P2是低温焊缝。如图4，5和6所示，作为制造的例子，第一热分离器P1的热销结合在金属支架中。所述金属支架与可变电阻器1通过第二热分离器P2的低温焊缝与可变电阻器1连接。

因此，根据本发明的优选实施例，第二熔化温度T2高于第一熔化温度T1，第一熔化时间常数σ1高于第二熔化时间常数σ2。作为示例性实施例，第一熔化时间常数σ1高于第二熔化时间常数σ2至少5倍。

作为如图4至6中所表示的示例性实施例，每个枢转臂11包括孔16，驱动指状件14以与枢转销13固定连接的方式定位在孔16中。在热分离器P1，P2断裂的情况下，枢转臂11的运动移动初始按压在所述臂的孔16的边缘上放置的驱动指状件14。分别位于孔中的驱动指状件14是另一枢转臂，其在孔中自由运动，所述另一臂保持固定不动。

作为示例性实施例，如在图7和8中所表示的，机械促动装置33包括以平移方式引导的促动臂35。枢转销13的转动运动直接或间接地经由杠杆(levier)36引起促动臂35的平移。在其一端，促动臂35包括从保护装置壳体突出的插头34。该插头34设计为促动开关设备21的脱扣杆(未示出)。

在快速加热可变电阻器1的情况下，根据本发明的过电压保护模块20的运行如下。特别是与TOV的存在相关地重复进行(replicating)。为了示例的目的，图9中的第一曲线C1表示第一热分离器P1的加热曲线，以及第二曲线C2表示第二热分离器P2的加热曲线。在TOV存在下，第二热分离器P2由于它的低熔化时间常数σ2会快速。第二热分离器P2的第二加热曲线C2会快速达到第二熔化温度T2。相应地，如在图9的第一曲线C1上表示的，第一热分离器P1的温度上升相对小。实践中，在第二热分离器达到它的熔化温度T2的时间处，第一热分离器P1远未达到它的熔化温度。

在缓慢加热可变电阻器1的情况下，根据本发明的过电压保护模块20的运行如下。为了示例的目的，图11中的第一曲线C1表示第一热分离器P1的加热曲线以及第二曲线C2表示第二热分离器P2的加热曲线。两个热分离器P1，P2会缓慢加热。加热两个热分离器P1，P2的第一和第二曲线C1，C2大致平行或者甚至相同。在保护模块的壳体已经达到它的最大可接受温度TmaxB之前，加热第一热分离器P1的第一曲线C1将达到第一熔化温度T1。

通过串联的两个热分离器P1，P2的组合，保护模块20的热保护对于快速瞬时现象和稍慢的现象二者是可操作的。此外，热分离器的运行保证了在雷击时设备不脱扣。

根据第一改进的模式，第一和第二热分离器P1，P2的保持力以串联的方式施加在驱动装置10上。热分离器熔化依次导致保持力Fr1，Fr2其中之一的消失(annulation)以及驱动装置的运动。两个保持力Fr1，Fr2分别是比位移力Fd强度更高的强度。

根据第二改进模式，第一和第二热分离器P1，P2的保持力以并行的方式施加在驱动装置10上。其中一个热分离器的熔化依次导致保持力Fr1，Fr2其中之一的消失，伴随着Fr1，Fr2另一个保持力的消失以及最后驱动装置10的运动。保持力Fr1，Fr2分别是比位移力Fd强度更低的强度。

根据实施例的变型，所述保护模块20优选包括防错装置，其设计为与开关设备21结合。为了示例的目的，防错装置包括凸起部35，其设计为与位于断开装置21中的凹印记(female imprints)接合(未示出)。

Claims (15)

1.一种过电压保护模块(20)，其设计为通过机械促动装置(33)与电气开关设备(21)连接，且包括：

至少一个可变电阻器(1)，其通过第一热分离器(P1)机械地与可动驱动装置(10)连接，在可变电阻器加热情况下第一热分离器(P1)的熔化释放所述驱动装置(10)的运动以作用于所述机械促动装置(33)，所述第一热分离器(P1)包括第一熔化时间常数(σ1)和第一熔化温度(T1)，

其特征在于：所述至少一个可变电阻器(1)通过第二热分离器(P2)与所述驱动装置(10)机械连接，在所述可变电阻器(1)加热情况下所述第二热分离器(P2)的熔化释放所述可动驱动装置(10)的运动，所述第二热分离器(P2)包括第二熔化时间常数(σ2)和第二熔化温度(T2)，所述第二熔化温度(T2)高于所述第一熔化温度(T1)，以及所述第一熔化时间常数(σ1)高于所述第二熔化时间常数(σ2)。

2.根据权利要求1所述的保护模块，其特征在于：保护模块包括提供位移力(Fd)的柔性装置(12)，所述位移力(Fd)设计为驱动所述驱动装置(10)从第一固定位置到脱扣位置运动，所述驱动装置(10)通过所述第一和第二热分离器(P1，P2)机械保持在固定位置，其中一个所述热分离器的熔化释放所述驱动装置(10)的运动。

3.根据权利要求2所述的保护模块，其特征在于：所述第一热分离器(P1)和所述第二热分离器(P2)分别在所述驱动装置(10)上施加第一和第二保持力(Fr1，Fr2)，所述保持力以串联的方式施加在所述驱动装置(10)上，热分离器的熔化依次导致其中一个所述保持力(Fr1，Fr2)的消失并释放所述驱动装置(10)的运动。

4.根据权利要求3所述的保护模块，其特征在于：所述两个保持力(Fr1，Fr2)分别大于所述位移力(Fd)。

5.根据权利要求2所述的保护模块，其特征在于：所述第一热分离器(P1)和所述第二热分离器(P2)分别在所述驱动装置(10)上施加第一和第二保持力(Fr1，Fr2)，所述保持力以并行的方式施加在所述驱动装置(10)上，热分离器的熔化依次导致所述两个保持力(Fr1，Fr2)的其中一个保持力的消失，另一个保持力(Fr1，Fr2)的消失，以及所述驱动装置(10)的运动。

6.根据权利要求5所述的保护模块，其特征在于：所述保持力(Fr1，Fr2)分别低于所述位移力(Fd)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的保护模块，其特征在于：所述第二热分离器(P2)包括第二熔化温度(T2)，所述第二熔化温度(T2)低于所述可变电阻器的最大运行温度并高于在10/350类型的雷击之后所述可变电阻器的加热温度。

8.根据权利要求7所述的保护模块，其特征在于：所述第二热分离器(P2)包括熔化温度(T2)，所述熔化温度(T2)具有等于195°摄氏度加或减25℃的值。

9.根据前述权利要求中任一项所述的保护模块，其特征在于：所述第一热分离器(P1)包括第一熔化温度(T1)，该第一熔化温度(T1)低于适应于所述可变电阻器等级的所述保护装置的最大容许温度。

10.根据权利要求9所述的保护模块，其特征在于：所述第一熔断器连接热分离器(P1)包括熔化温度(T1)，所述熔化温度(T1)具有等于125°摄氏度加或减15℃的值。

11.根据前述权利要求任一项所述的保护模块，其特征在于：所述第一熔化时间常数(σ1)高于所述第二熔化时间常数(σ2)的至少五倍。

12.根据前述权利要求任一项所述的保护模块，其特征在于：所述第一热分离器(P1)是由塑料材料制成的销。

13.根据前述权利要求任一项所述的保护模块，其特征在于：所述第二热分离器(P2)是低温焊缝。

14.根据前述权利要求任一项所述的保护模块，其特征在于：所述至少一个保护模块(20)包括防错装置(35)，其设计为与所述开关设备(21)合作。

15.一种过电压保护单元，包括根据前述权利要求任一项所述的保护模块，其特征在于：包括电气开关设备(21)，所述电气开关设备(21)包括设计为与所保护的线路连接的输入部分(22)，由脱扣机构(24)支配的主触头(23)，以及与所述过电压保护模块(1、2)连接的输出部分(25A)，所述模块的所述机械促动装置(33)与所述脱扣装置(24，27)相互连接以促动所述主触头(23)的打开。

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