CN102859615B - 具有用于提高运行可靠性的旋转盘以及电子组装的过压断路器 - Google Patents

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Abstract

一种具有用于提高运行可靠性的旋转盘以及电子组装的过压断路器，其解决了在发生点火和电气热过载的情况下过压保护元件的电子和机械断开的构造问题，该过压保护元件基于例如火花隙、压敏电阻、像二极管这样的半导体、晶闸管以及类似的元件。本发明的过压断路器的本质在于组件（2）的电子组装，该组件（2）包括电阻器（PTC），该电阻器（PTC）具有正热系数且并联连接至气吹断路器（GDT）。在本实施例中，该电阻器（PTC）为电阻器（2d）。该断路器（GDT）包括两个气吹断路器（2b和2c），其中，该电阻器（2d）与该断路器（GDV）的共同转出点经过热部件（V），该热部件（V）同时为连接电极（2f），该连接电极（2f）设置在压敏电阻（2a）体上。该组件（2）的该电子组装以这样的方式起作用：在快速过渡的情况下，具有该气吹断路器（GDT）的支路是可操作的，且在偶发电压增加的情况下，经过该电阻器（2d）的支路是可操作的。具有正热系数的该电阻器（2d）限制通过该压敏电阻（2a）的电流。处于低电阻状态的该压敏电阻（2a）允许高的电流流经该压敏电阻（2a），因此使得外部过流保护的功能成为可能。该连接电极（2f）的运动触发该旋转盘（4）、弹簧（5）、闭锁板（6）的运动，该闭锁板（6）改变该指示器（8）的状态。

Description

具有用于提高运行可靠性的旋转盘以及电子组装的过压断路器
技术领域
本发明涉及一种用于使电气和电子装置免受压敏电阻的电弧和电气热过载的影响的过压保护装置，该电弧和电气热过载是由低压电网中的电击和跃迁现象引起的，该电击和跃迁现象反映在增加的电压中。
技术问题
本发明解决的技术问题是对电弧和电气热过载的情况下过压保护元件的端子夹机械断开的建设性解决方案，该过压保护元件基于例如火花隙、压敏电阻、像二极管这样的半导体、晶闸管以及类似的元件。该解决方案必须提供对突然的电压现象的快速响应，其中，对故障的远程信号通知以及对该故障位置的及时报告也非常重要。由于存在可能出现几个小时或甚至几天的、长期增加的电压的可能性，快速的断开操作是重要的。这会导致过压断路器的损坏，该损坏在更坏的情况下会引起火灾。
现有技术
过压断路器是用于限制电能系统中的过压的电气装置。各种过压的持续长度不同，且因此分为两组：第一组是由开关操作引起的瞬变电压以及由大气放电引起的过压，第二组是由电网中的类似短路的缺陷、高压系统电路、中性导线的损耗、不稳定的电网等等引起的所谓的暂时过电压。
过压断路器的已知的组件为例如火花隙、压敏电阻以及二极管，所提及的仅仅是最广泛使用的那些组件。它们具有的共同点是在电压增加时切换至导通状态，并通过受保护的导体在朝向地面的方向上释放增加的电压。
尤其在出现几个小时或甚至几天的长期增加的电压的时候会遇到多个问题，这些问题会导致过压断路器的损坏并在最坏的情况下会导致火灾。已知若干种解决这些情况或问题的方式，且它们全部共享一种共有属性，即：它们利用上述各组件过渡至导通状态。过渡到导通状态之后，过压断路器将过压保护或差分电流开关从电网断开或从与其配合的装置断开，该装置检测在朝向受保护的导体的方向上增加的电流。这些传统的解决方案可为外部的，但仍然存在所谓的内部解决方案，在这些内部解决方案中，进一步地，保护元件集成在整体桥壳中。在此连接中出现了若干问题，即：过压断路器不保持如它们在所增加的解决方案之前所具有的属性。
有几种解决方案是可购买的，且其解决了压敏电阻中的电弧以及电气热过载的问题。
从专利US6430019习得了一个解决方案，其中，通过一种屏障来防止在压敏电阻的临界温度处产生电弧，该屏障逐渐移动进入断开的电极和压敏电阻体之间的间隙中，并将过热的压敏电阻体与连接电极分开，因此防止电弧。
从DE102007051854所习得的解决方案是一种已知的基于至少一个例如压敏电阻这样的过压避雷器的断开装置，以及用于将该过压断开装置与电网断开的断开装置。此解决方案的一个缺陷在于：当压敏电阻上的电压增加时，不能确保在压敏电阻过载的所有模式中可靠地断开。在压敏电阻会在执行热断开功能之前进入短路状态的情况下，串联的过压保护操作将可能受限或失效。
专利申请DE102008013448描述了一种断路器，该断路器与它所保护的装置并联连接，并在达到该断路器预设的分离距离时断开。
所述的已知解决方案没有对涉及在具有多个压敏电阻的过压保护装置中出现电弧的问题提供最佳的解决方案。防止泄露电流的问题仍然未得到解决，根据该泄露电流确定各压敏电阻的电气热过载，且在不充分断开的情况下电弧也能够增加至破坏性的大小。
技术问题的解决方案
具有用于提高运行可靠性的旋转盘以及电子组装的过压断路器的要点在于：压敏电阻的旋转盘在检测到该压敏电阻上的电压增加之后，立即通过与压敏电阻对位的气吹断路器和/或具有正热特性的电阻而电子触发。随着断开电极的助焊剂开始融化，弹簧在该断开电极下移动旋转盘，这可以中断该压敏电阻的之前未受保护的表面与该断开电极之间的可能的电弧。该旋转盘以这样的方式设计：其延伸到标准所规定的距离。指示器的闭锁板释放该指示器，该指示器朝向壳上的间隙移动，并因此清晰地指示该压敏电阻从电网的有源器件断开。
附图说明
现在，将通过附图的方式更详细地描述根据本发明的具有用于提高运行可靠性的旋转盘以及电子组装的过压断路器，附图中：
图1为本发明的过压断路器的组装；
图1a为本发明的过压断路器的组装；
图2为旋转盘；
图3为本发明的电子组件2；
图4为本发明的电子组件的图示；
图5为根据变型II的电子组件2的图示。
发明的详细描述
本发明的过压断路器包括具有组件2的壳1，该组件2具有压敏电阻2a、气吹断路器2b和2c以及压敏电阻2d，该压敏电阻2d具有正热特性。压敏电阻2a具有第一和第二连接电极2e和2f。框架2g同时用作第一连接电极2e，其从该壳1突出。旋转盘4的支架3设置在组件2的框架2g上。支架3具有浅的圆形凹槽3a，该圆形凹槽3a具有凸圆柱附件3b，该凸圆柱附件3b在中间具有狭槽3c。椭圆形开口3d设置在圆形凹槽3a的底部。旋转盘4在中心处装配有圆孔4a，该圆孔4a由下圆环4b环绕，该下圆环4b具有裂口4b’，该裂口4b’紧邻旋转盘4中的第一圆柱附件4c。在旋转盘4中第一圆柱附件4c的相对侧具有开口4d，所述开口始于第二圆柱附件4e。圆环4b具有与弹簧5同样的高度，所述弹簧5以始于第一直的部分5a的方式设计，该第一直的部分5a是直的且与第一半圆的弯曲部形成大写字母D。弹簧5以这样的方式缠绕此部分：弹簧5在第一直的部分5a的线上的第二部分还是直的，且终止于半圆部分5b，该半圆部分5b与第二直的部分5c一起形成大写字母J的镜像。
闭锁板6具有长圆开口6a和圆形开口6b。板6在开口6a的相对侧处具有突起6c。在突起6c之后的短直部分之后具有突起6d。断路器在具有盖7的壳1内闭合，盖7仿效壳1的底部的形状。盖7具有两个栓塞7a，用于将本发明的过压断路器的各构成部分闭合在壳1中。
过压断路器的壳1将组件2封装在其内，该组件2包括压敏电阻2a体，其具有扁平的形状，优选为方形或椭圆形。旋转盘4的支架3以这样的方式设置在组件2的框架2g上：框架2g的连接部分为压敏电阻2a的第一连接电极2e。第二连接电极2f穿过椭圆形开口3d设置在压敏电阻2a体上，所述第二连接电极2f以这样的方式成形：其具有与压敏电阻2a接触的弯曲部分2f’。使用温敏助焊剂来焊住该接触。第二部分2f”是直的，且在部分2f”’中以与第一连接电极2e平行的方式弯曲。椭圆形开口3d的大小和形状使得易于设置压敏电阻2a的第二连接电极2f，且以远离旋转盘4的起始位置的角距离放置，使得在已围绕凸圆柱附件3b旋转之后，旋转盘4在其端位置将椭圆形开口3d覆盖。第二连接电极2f借助于温敏助焊剂穿过椭圆形开口3d设置在压敏电阻2a上，并固定在压敏电阻2a体的上侧。第二连接电极2f保持在这样的位置：旋转盘4位于其起始位置，且弹簧5处于偏置状态。
旋转盘4在浅凹槽3a中枢转，并穿过圆孔4a到达支架3的凸圆柱附件3b处。在由下圆环4b界定的浅凹槽3a的中心具有弹簧5，弹簧5的第一直的部分5a被闭锁在凸圆柱附件3b上的狭槽3c中。当第二连接电极2f穿过盘3中的椭圆形开口3d以及开口4d之后，具有半圆部分5b的弹簧5的第二部分环绕第二圆柱附件4e设置。将闭锁板6的圆形开口6b插入支架3的圆柱附件3e中，且同时也插入长圆开口6a中，到达旋转盘4的第二圆柱附件4e处。将突起6d插入启动情况信号通知的指示器8的承座8a中。
当压敏电阻2a体由于电压电流的飙升以及通过其的电流的增加而急剧变热时，将第二连接电极2f连接至压敏电阻2a体的温敏助焊剂熔化。因此，第二连接电极2f不受约束，其穿过支架3中的椭圆形开口3d移动至无应力位置，并因此释放此时处在初始位置旋转盘4。弹簧5的力作用于旋转盘4，且后者使凸圆柱附件3b转向到端位置，在该端位置，旋转盘4覆盖其支架3中的椭圆形开口3d。受到螺旋弹簧5的弹力的影响，旋转盘4以高的角速度从一个端位置移动至另一个端位置，并覆盖支架3中的椭圆形开口3d，由此防止电弧的产生。旋转盘4的运动触发闭锁板6，闭锁板6通过其附件6d使指示器8朝向壳1a的开口移动。
图4显示了组件2的框图，该组件2具有并联连接的PTC电阻器和GDT气吹断路器以及串联连接在第一和第二连接电极2e和2f的各端子之间的MOV压敏电阻。组件2的电子组装包括具有正热系数的电阻器2d，该电阻器2d与GDT气吹断路器并联。在本实施例中，PTC电阻器是电阻器2d。本实施例中的GDT断路器包括气吹断路器2b和2c。电阻器2d与GDT断路器的共同转出点经过热部件V，该热部件V同时也是设置在热敏电阻2a体上的第二连接电极2f。组件2的电子组装运行于所谓的识别模式，该模式表明在快速过渡的情况下，GDT气吹断路器的支路是可操作的，且在偶发电压增加的情况下，经过电阻器2d的支路是可操作的。具有正热系数的电阻器2d的功能的本质是在各连接端子上的外加电压超过压敏电阻2a的电压阈值时，限制通过压敏电阻2a的电流。这是与其它制造相比的关键区别：压敏电阻2a转变至低电阻状态，该状态允许高的电流流经压敏电阻2a，且使得外部过流保护的功能成为可能。
根据实施例I，组件(2)的电子组装具有断路器(GDT)，该断路器由一个或若干个气吹断路器组成。
根据实施例II，组件2的电子组装具有集成在电路中的扼流圈L，该扼流圈如图5中所示，该组件2具有使整个过压保护装置的保护级别提高的性能。
本发明的解决方案通过可移动的旋转盘4以及组件2的电子组装减少了产生电弧的可能性，在该组件2的电子组装中，在快速过渡的情况下，具有GDT气吹断路器的支路是可操作的，且在偶发电压增加的情况下，经过压敏电阻2d的支路是可操作的。当第二连接电极2f已经断开之后，在螺旋弹簧的弹力作用下，所述旋转盘以高的角速度从一个端位置转移至另一个端位置，并覆盖旋转盘的支架中的开口，从而防止电弧的产生。

Claims (4)

1.一种过压断路器，其具有旋转盘以及电子组装，以提高运行可靠性，其特征在于，组件(2)的所述电子组装包括具有正热系数的电阻器(PTC)，所述电阻器(PTC)与气吹断路器(GDT)并联连接；所述电阻器(PTC)实际上为电阻器(2d)，所述气吹断路器(GDT)包括气吹断路器(2b和2c)；所述电阻器(2d)与气吹断路器(GDT)的共同转出点经过热部件(V)，所述热部件(V)同时为设置在压敏电阻(2a)体上的连接电极(2f)；所述组件(2)的所述电子组装以这样的方式起作用：在快速过渡的情况下，具有所述气吹断路器(GDT)的支路是可操作的，且在偶发电压增加的情况下，经过电阻器(2d)的支路是可操作的；当各连接端子上的外加电压超过所述压敏电阻(2a)的电压阈值时，具有正热系数的所述电阻器(2d)限制通过所述压敏电阻(2a)的电流；所述压敏电阻(2a)转变至低电阻状态，所述低电阻状态允许高的电流流经所述压敏电阻(2a)，并因此使得外部过流保护功能成为可能；所述连接电极(2f)的所述转变触发旋转盘(4)的运动。
2.如权利要求1所述的过压断路器，其特征在于，所述组件(2)的所述电子组装包括一个或若干个气吹断路器(GDT)。
3.如权利要求1所述的过压断路器，其特征在于，所述组件(2)的所述电子组装具有集成在电路中的扼流圈(L)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的过压断路器，其特征在于，具有所述压敏电阻(2a)、气吹断路器(2b和2c)以及电阻器(2d)的所述组件(2)设置在壳(1)中，其中所述电阻器(2d)具有正热特性；所述压敏电阻(2a)具有第一和第二连接电极(2e和2f)；框架(2g)同时为所述第一连接电极(2e)且从所述壳(1)突出；所述旋转盘(4)的支架(3)设置在所述组件(2)的所述框架(2g)上；所述支架(3)具有浅的圆形凹槽(3a)，所述浅的圆形凹槽(3a)具有凸圆柱附件(3b)，所述凸圆柱附件(3b)在中间具有狭槽(3c)；椭圆形开口(3d)设置在所述浅的圆形凹槽(3a)的底部；所述旋转盘(4)在中心处具有圆孔(4a)以及下圆环(4b)，所述下圆环(4b)具有裂口(4b’)，所述裂口(4b’)在第一圆柱附件(4c)附近围绕所述下圆环(4b)；开口(4d)设置在所述旋转盘(4)中所述第一圆柱附件(4c)的相对侧，所述开口(4d)始于第二圆柱附件(4e)；所述下圆环(4b)具有与弹簧(5)一样的高度，所述弹簧(5)以这样的方式设计：其始于第一直的部分(5a)，且与第一半圆弯曲形成大写字母D；所述弹簧(5)以这样的方式缠绕所述第一直的部分(5a)：所述弹簧在所述第一直的部分(5a)的线上的第二部分也部分为直的，且终止于半圆部分(5b)，所述半圆部分(5b)与第二直的部分(5c)一起形成大写字母J的镜像；闭锁板(6)具有长圆开口(6a)以及圆形开口(6b)；所述闭锁板(6)具有与所述长圆开口(6a)相对的第一突起(6c)，所述第一突起(6c)之后是短直部分，再之后是第二突起(6d)；所述壳(1)借助于两个栓塞(7a)由盖(7)闭合；所述组件(2)设置在所述壳(1)内；所述旋转盘(4)的所述支架(3)以这样的方式设置在所述组件(2)的所述框架(2g)上：所述框架(2g)的连接部分同时为所述压敏电阻(2a)的第一连接电极(2e)；通过所述椭圆形开口(3d)，所述第二连接电极(2f)设置在所述压敏电阻(2a)体上，所述第二连接电极(2f)以这样的方式设计：其具有与所述压敏电阻(2a)接触的弯曲部分(2f’)；所述第二连接电极(2f)的第二部分(2f”)是直的，且在第三部分(2f”’)中以与所述第一连接电极(2e)平行的方式弯曲；所述椭圆形开口(3d)的尺寸和形状使得所述压敏电阻(2a)的所述第二连接电极(2f)可以容易地通过其插入，所述椭圆形开口(3d)以远离所述旋转盘(4)的起始位置的角距离放置，使得在围绕所述凸圆柱附件(3b)旋转之后，所述旋转盘(4)在位于其端位置时覆盖所述椭圆形开口(3d)；借助于温敏助焊剂，所述第二连接电极(2f)穿过所述椭圆形开口(3d)到达所述压敏电阻(2a)并固定在所述压敏电阻(2a)体的上侧；所述第二连接电极(2f)保持在一位置处，在该位置中，所述旋转盘(4)处于其起始位置且所述弹簧(5)处于偏置状态；所述旋转盘(4)旋转地设置在所述浅的圆形凹槽(3a)中，且穿过所述圆孔(4a)到达所述支架(3)的凸圆柱附件(3b)；所述弹簧(5)设置在由下圆环(4b)界定的所述浅的圆形凹槽(3a)的中心处，所述弹簧(5)的所述第一直的部分(5a)在所述凸圆柱附件(3b)上的所述狭槽(3c)中卡合；在所述第二连接电极(2f)穿过所述旋转盘(4)中的所述椭圆形开口(3d)以及所述开口(4d)设置之后，具有所述半圆部分(5b)的所述弹簧(5)的第二部分环绕所述第二圆柱附件(4e)设置；所述闭锁板(6)的所述圆形开口(6b)插入所述支架(3)的圆柱附件(3e)，且同时插入所述长圆开口(6a)并插入所述旋转盘(4)的所述第二圆柱附件(4e)；插入承座(8a)的所述第二突起(6d)为初始状态信号通知的指示器(8)。
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