CN103066555B - 切断电弧的方法以及为设备提供抗电压冲击的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切断电弧的方法以及为设备提供抗电压冲击的方法和装置。具体地，一种用于切断在两个主电极之间形成的电弧的方法，该方法包括：将形成的电弧朝向电极（26）转移，该电极（26）位于两个主电极（24，28）之间的中间位置；将形成的电弧（62）分离成为两个二次电弧（64，68），常开的半导体开关将中间电极（26）连接至其中一个主电极（24）；闭合半导体开关，以便熄灭在两个电极（24，26）之间的二次电弧（64），两个电极（24，26）通过半导体开关连接；断开半导体开关，以便熄灭另一个二次电弧（68）。另外，本发明进一步涉及一种保护方法和保护装置，特别地涉及被专门设计成应用该方法的保护装置。

Description

切断电弧的方法以及为设备提供抗电压冲击的方法和装置

技术领域

本发明涉及保护电气器件或设备免受电压冲击--尤其是瞬时电压冲击（例如由于雷电冲击而产生的瞬时电压冲击）--的总体技术领域。本发明更具体地涉及一种用于在火花间隙中切断电弧的方法和涉及一种用于应用该切断电弧的方法来保护电气设备免受瞬时电压冲击的方法。本发明进一步涉及一种用于保护电气设备免受瞬时电压冲击的装置。

背景技术

如何通过装置保护电气设备免受电压冲击已经被了解，装置包括用于防止电压冲击的至少一个部件、尤其一个或几个变阻器和/或一个或几个火花间隙。这种装置目前根据避雷器设计。对于单相设备，通常采取变阻器被连接在相线和中性线之间而火花间隙被连接在中性线和地面之间。对于三相设备，通常将变阻器布置在不同相之间和/或各相与中性相之间，并且将火花间隙布置在中性相与底面之间。对于通过直流电流运行的电气设备、例如光伏发电机设备，同样采取变阻器和可选择地采取火花间隙。

将火花间隙作为防止电压冲击的保护装置的使用可能引起处理火花间隙的持续电流的问题。确实，由于火花间隙的触发，电流会继续流过触发的火花间隙，这甚至会发生在瞬时电压冲击结束之后。该电流通过要被保护的电气设备的电压源保持。因此该电流对应于理想地通过破坏在火花间隙内形成的电弧而切断的持续电流。该切断持续电流的问题尤其在通过直流电流运行的电气设备、例如用于光伏发电的设备的情况下发生。

在避雷器领域，不同的断路器系统被提议。

在当变阻器寿命的终点时电弧只在两个电极之间形成的情况下，存在单一用途的断路器系统，其包括电弧的机械短路以及从而利用保险丝应对短路电流。

在将火花间隙作为避雷器使用的情况下，电弧在火花间隙的电极之间被反复地形成，阻止不适当的单一用途的断路器系统的使用。另外，反复形成的电弧的切断对应于对设备的其他器件的元件的需要，其目的是更加广泛地切断电流，该电流作为故障或任何外部活动的结果。多种用途的断路器系统从而被提出，用于器件的元件--例如接触器、电路断路器或开关以及带有火花间隙的避雷器。

提议的系统基本上以增大电弧形成的电极之间的距离或将电弧分离成为多个电弧为基础。在两种情况下，电弧的切断通过将所谓的电弧电压提高到足够高的值，使得电压源不再能够保持该电弧电压。因此，当电源的电压较高，多种用途的断路器系统应当允许电极之间的距离的进一步的增大或者进一步分离成为多个电弧。对于可能在光伏设备中遇到的高运行电压、例如由于电流的直流特性而在500到1000V之间或甚至达到1500V的电压，将先前的系统匹配到该电压水平的切断会导致严重的尺寸限制。目前避雷器装置通常被容纳在DIN导轨上的所谓“可安装的”壳体里。这些壳体不超过17.5mm的宽度和92mm的长度，因此其太小而不能够满足该尺寸的限制。

因此存在对用于切断电弧的方法的需要，实施该方法的装置的大小可以是次要的。

发明内容

由于这个原因，本发明提出一种用于切断在两个主电极之间形成的电弧的方法，该方法包括：

将形成的电弧朝向电极转移，该电极位于两个主电极之间的中间位置；

将形成的电弧分离成为在主电极与中间电极之间的两个二次电弧，常开的半导体开关将中间电极连接至其中一个主电极；

闭合半导体开关，以熄灭在两个电极之间的二次电弧，两个电极通过半导体开关连接；

断开半导体开关，以便熄灭另一个二次电弧。

根据一种替代实施方式，所述方法包括在形成的电弧分离成为两个第二电弧之后的暂停，以便防止电弧在断开半导体开关时在两个主电极之间重新形成。

根据一种替代实施方式，所述方法包括在闭合半导体开关之后的暂停，以便防止熄灭的电弧在断开半导体开关时在中间电极和其中一个主电极之间重新形成。

本发明还提议一种方法，所述方法用于针对瞬时电压冲击保护电气设备，当瞬时电压冲击发生在要被保护的电气设备从而造成在两个主电极之间形成第一电弧形成时，该方法按照先前的切断方法实施电弧的切断，主电极被连接至要被保护的电气设备。

根据一种替代实施方式，要被保护的电气设备为连接至低压配电网的电气设备。

根据一种替代实施方式，要被保护的电气设备是在直流电流下运行的电气设备，优选地是用于光伏发电的设备。

本发明进一步提出用于针对瞬时电压冲击保护电气设备的装置，包括：

两个端子，其用于将装置连接至要被保护的电气设备；

第一主电极和第二主电极，每个主电极被分别连接至连接端子中的一个；

电极，其位于第一主电极和第二主电极之间的中间位置；

常开的半导体开关，其将中间电极连接至第一主电极；

电路，其用于控制所述半导体开关，该控制电路被设置成在主电极之间形成的电弧通过中间电极被分离成为两个电弧之后相继地确保开关的闭合以及随后的开关的断开。

根据一种替代实施方式，半导体开关是绝缘栅双极晶体管或带有金属氧化物栅的场效应晶体管。

根据一种替代实施方式，控制电路确保在电弧通过中间电极分离成为两个电弧与开关的闭合之间、和/或在开关的闭合与开关的断开之间的暂停。

根据一种替代实施方式，电极被固定，两个主电极从第一侧到第二侧被彼此面对地定位，并形成火花间隙；中间电极从第二侧在两个主电极之间部分地延伸。

根据一种替代实施方式，装置包括单元，如果瞬时电压冲击发生在要被保护的电气设备上，该单元用于在主电极之间触发电弧，该触发单元包括电极，该电极用于从主电极的第一侧触发电弧。

根据一种替代实施方式，中间电极在一侧具有楔形的端部部分，在该侧中间电极在两个主电极之间延伸。

根据一种替代实施方式，装置包括磁体，该磁体被定位成沿从第一侧到第二侧的方向转移电弧，该电弧在火花间隙的主电极之间形成，并且/或者，主电极从第一侧到第二侧叉开形成。

根据一种替代实施方式，装置包括附加的连接端子和附加的火花间隙，该火花间隙通过两个附加电极形成，该附加电极的其中一个被连接至附加端子而该附加电极的另一个被连接至用于将装置连接至电气设备的两个端子的其中一个。

根据一种替代实施方式，装置被专门地被设计成应用前述方法。

附图说明

本发明的其他特征和优点通过阅读下面的本发明的实施方式的详细描述和参照附图将会变得明显，本发明的实施方式只作为示例提供，在所述附图中：

图1示出提议的切断方法的实施方式的不同阶段和该方法应用在火花间隙的示意图；

图2示出在图1中图示的方法的应用期间各个不同的电量的变化的时间曲线；

图3示出用于防止电压冲击的提议的装置的实施方式的剖面图；

图4示出用于控制图3的保护装置的半导体开关的电路的实施方式的电路图；

图5示出带有磁体的提议的检测装置的实施方式示意图；

图6和图7示出在DIN导轨上的“可安装的”的盒体中的提议的检测装置的优选的实施方式的分解图；

图8示出带有附加的连接端子的保护装置的优选的实施方式的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于切断电弧的方法。该方法应用于第一主电极和第二主电极，在所述两个电极之间要被破坏的电弧可以作为故障、外部活动或外部事件--例如雷电冲击或机械开关的移动触头的分离的结果而形成。

半导体开关将中间电极连接到第一主电极。半导体开关是通过掺杂半导体的层的叠合而形成的开关。半导体开关对应于一种通过半导体在或者使电流通过、或者阻断电流的切换模式下运行而实现闭合或断开的特性的开关。其结果是，与机械开关不同，半导体开关没有任何移动触头或移动机械部分--其运动实现在闭合状态与断开状态之间的切换并通过分离移动触头和固定触头的距离确保电流的阻断。因此不像机械开关，半导体开关在不造成电弧产生的情况下确保电流的阻断。半导体开关可以是带有栅的双极晶体管（被更好地了解为“绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor）”、缩写为“IGBT”）或带有金属氧化物栅的场效应晶体管（被更好地了解为“金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）”、缩写为“MOSFET”或“MOS”）。

图1示出了提议的切断方法的不同阶段的示意图。根据该示意图，方法被应用于火花间隙20，火花间隙20特别地由上文描述的主电极形成，并且火花间隙20还包括如上文描述的中间电极和半导体开关。根据图1，主电极24和28从第一侧（由带圈的P注释）到第二侧（由带圈的D注释）被彼此面对地定位，中间电极26从第二侧D在两个主电极之间部分地延伸。

在两个主电极24和28之间形成第一电弧62之后，提议的切断方法被应用。两个主电极24和28之间的第一电弧62还通过术语“形成的电弧”62指代。作为第一电弧62的形成的结果，方法包括电弧62的转移。根据图1，电弧62从第一侧P被转移到火花间隙的第二侧D。根据附图示出的实施方式，电弧的转移通过主电极24和28从第一侧P到第二侧D叉开的事实得到促进。替代地或作为电极24和28的叉开的附加、但始终以促进电弧的转移为目的，磁体可以被提供，这在本说明中随后被描述。

当电弧62被转移远达中间电极26的位置，该方法包括第一电弧62分离成两个第二电弧64和68。两个第二电弧64和68中的每一个也通过术语“二次电弧”64或68指代。中间电极26优选地具有浮动电势。第二电弧64在第一主电极24和中间电极26之间形成，而第二电弧68在第二主电极28和中间电极之间形成。在电弧62分离成电弧64和68之前的方法的步骤对应于被注释为32的阶段。根据图1，电弧62在其转移期间在相继假设的位置被分几次示出。

在电弧62被分离成为电弧64和68之后，第二电弧也可以在从第一侧P到第二侧D的方向上（根据图1从左到右）转移。分离成为两个电弧64和68的步骤和两个电弧64和68的转移的步骤对应于被注释为34的阶段。根据图1，电弧64和68在其转移期间在相继假设的位置被分几次示出。

该方法然后包括半导体开关的闭合，以便在中间电极26和第一电极24之间熄灭第二电弧64。开关的闭合实际上通过将第一主电极24和中间电极26设定于相同的电势而造成电弧64的短路。由于短路，在电弧64中流动的电流完全流入开关，这造成电弧64的熄灭。方法的该步骤对应于被注释为36的阶段。

在电弧64熄灭之后，该方法包括半导体开关的断开，以便熄灭另外的第二电弧68。的确，开关的断开造成中间电极26相对于第一主电极24的绝缘。由于这些电极24和26不再通过开关或者通过之前已熄灭的电弧64连接，除非重新形成电弧，否则通过电弧68而流出的持续电流不能够再流动到主电极24。为此，中间电极26和主电极24之间的电压应该大于分离这些电极24和26的空气间隙的击穿电压。注意到空气间隙的击穿电压大于保持已经形成的电弧和穿过该同样的间隙的电压是有帮助的。如果电源的电压能够足够用来保持24和26之间最初形成的电弧，则电源电压不足以允许击穿该同样的空气间隙，即不足以允许新的电弧在24和26之间形成。电极24和26之间的距离被相应地选择。因此，开关的断开造成电弧68的熄灭。方法的该步骤对应于被注释为38的阶段。

在提议的方法的应用之后，由于两个电弧64和68的熄灭，持续电流被完全切断。通过提议的方法提供的电弧的切断在不增加用于保持火花间隙中的电弧的电压的情况下被实现，这与现有技术的火花间隙不同。因此根据该方法，不必再通过多次分解电弧或通过增大电弧的尺寸而使电弧保持电压超过电源电压。因此提议的方法可以被应用在只具有在不同电极之间的绝缘距离的火花间隙，其只对于防止在设备的电源电压下新电弧形成是足够的。由于用于形成新电弧的电压比用于保持已经形成的电弧的电压高很多，提议的方法允许火花间隙的电极之间的距离的减小。最终，应用该方法的火花间隙可以具有受限的体积，同时确保通过高压电源保持的电弧的切断。

根据图1的电极的定位对应于彼此相对地固定的电极，主电极形成火花间隙。替代地，在没有示出的实施方式中，可以这样设置：电极彼此相对地移动。例如，

●主电极24和28的其中一个可以是机械开关的移动触头而主电极24和28的另一个是固定触头；

●中间电极26还可以--以与主电极相对于彼此的运动相关或者不相关的运动--相对于主电极24和28移动。

在这些带有移动的电极的替代的实施方式中，该方法的应用也允许电极之间的电极最大分离距离的减小。最终，应用该方法的带有移动电极的装置本身也可以具有受限的体积，同时确保通过高压电源保持的电弧的切断。

上文描述的切断方法在其以更加普遍的方法被应用于保护电气设备免受瞬时电压冲击时可以尤其有优势。

在防止瞬时电压冲击--例如由于雷电冲击--的领域，可以这样设置以便将火花间隙定位在电气设备的端子处作为避雷器。在瞬时电压冲击期间火花间隙中的电弧的形成使得限制要被保护的电气设备的端子处的电压成为可能。然而，在瞬时电压冲击事件的结尾，该电弧可以通过要被保护的电气设备的电压源保持。该电弧的保持对设备返回到正常运行造成干扰。于是，在用于防止瞬时电压冲击的方法中的上文的切断方法的应用使得立即切断电流成为可能--即使对于高电源电压也如此，同时限制应用该保护方法的保护装置的体积。

提议的方法允许电气设备的保护，特别地，被连接至低压配电网的电气设备。

按照标准的方式，被连接至低压配电网的电气设备指的是除了非常低电压的电气设备件的具有分配的达到交流1000V或达到直流1500V的有效电压的低电压电气设备。非常低电压的电气设备件可以被定义为具有小于交流或直流12V的有效分配电压的电气设备件。因此要被保护的电气设备可以是在包括在交流12V到1000V之间和直流12V到1500V之间的电压下运行的电气设备。这种非常低电压的电气设备件不直接连接至低电压电网。换句话说，用于保护连接至低电压电网的电气设备的提议的方法是与用于保护微电子部件免受电压冲击的方法有区别的。

在被连接至低压配电网的电气设备中，保护方法尤其应用于通过直流电流运行的电气设备，例如应用于光伏发电的设备。在用于保护设备免受瞬时电压冲击的方法中的切断方法的应用尤其使得切断通过1500V的直流电压源保持的持续电流成为可能--例如在用于光伏发电的设备中。

图2示出在以保护通过直流电流运行的电气设备免受电压冲击为目的的上述切断的方法的应用期间各个不同的电量变化的时间曲线图。

图2的时间原点对应于瞬时电压冲击例如雷电冲击的开始。根据该图2，时间的轴于是被分为上文描述的阶段32、34、36和38。

在阶段32，电弧由于火花间隙20的主电极24和28的端子处的电压冲击而形成。主电极的端子处的电压通过曲线50示出。在此电压冲击期间，火花间隙将电压50限制于用于在火花间隙中引起电弧的电压。该电弧允许电流40在主电极24和28之间流动。在阶段32的开始，该电流40此时对应于雷电流48，雷电流48是与瞬时电压冲击相关联的电流的主要部分。该雷电流48根据瞬时电压冲击的极性而为正或负，例如雷电可以是正放电或负放电。在瞬时电压冲击之后，电流40和电压50下降。形成的电弧62可以被保持并可以消耗通过要被保护的电气设备的电压源提供的持续电流。电流40此时对应于持续电流42而电压50对应于用于在主电极24和28之间保持电弧62的电压。

在瞬时电压冲击期间和随后在持续电流的流动期间，电弧62朝向中间电极26转移。在该示例中电极24和28在中间电极26的D侧叉开，电弧朝向中间电极26的转移造成在瞬时电压冲击之后电弧的电压增加。确实，电弧的电压一方面取决于电弧长度而另一方面取决于其脚点数量--此处是两个：一个在电极24而另一个在电极28。电压50的增加随着电弧62的转移而继续，直到电弧62被中间电极26分离成为两个电弧64和68。

然后进入阶段34。当电弧62分离成为两个电弧64和68时，由于电弧脚点的数量的增加--其由2转变为4：即电弧64和68中的每一个有两个脚点，因此主电极24和28的端子处的电压50突然增加。电弧62分离成为两个电弧64和68也对应于在中间电极26和电极24之间的电压52的出现。当装置沿中间电极26的平面对称时，电压52对应于电极24和28之间的电压54的一半。该电压52被保持，直到半导体开关的闭合。然而因为电弧64和68在朝向D侧叉开的电极之间继续转移，因此电压52可以随着电压54稍微增加。

随着半导体开关的闭合，进入阶段36。半导体开关的闭合造成在电极26和24之间的短路的形成。流过开关的电流46对应于被短路电弧64先前消耗的电流，即电流46对应于持续电流42。中间电极26和电极24之间的电压52被消除，并且电弧64被破坏。电极24和28之间的电压50于是降低，并且从电压54转变到电压56。

在第一电弧62的分离和半导体开关的闭合之间提供暂停会是有用的。该暂停对应于阶段34的持续期。具有该暂停可以确保当闭合开关时，被火花间隙消耗的电流实际上对应于持续电流42而不再对应于雷电流48。因此流过半导体开关的雷电流48的可能性--其会损害开关的半导体--被避免。另外，独立于以防止电压冲击为目的的切断方法的使用，使阶段34的持续期暂停有助于防止当闭合半导体开关时电弧在两个主电极24和28之间被重新形成。确实，该暂停的持续期可以被选择，以便确保在闭合开关之前，最初被第一电弧62电离的空气被去电离。

在半导体开关的闭合的随后，通过断开该相同的开关，进入阶段38。此时流过开关的电流46为零而持续电流42不再能够在中间电极26和主电极24之间流动。这造成电弧68的熄灭，此时主电极之间的电压变得与电气设备的电源电压相等而流过火花间隙的电流40为零。持续电流42因此被切断。暂停可以在半导体开关的闭合和断开之间被提供，以便当断开半导体开关时防止电弧在中间电极26和第一主电极24之间重新形成。确实，该暂停的持续期可以被选择，以便确保在断开开关之前，最初被电弧64电离的空气被去电离。该暂停对应于阶段36的持续期。

本发明进一步涉及用于保护设备免受瞬时电压冲击的装置。装置包括用于将装置连接至被保护的电气设备的两个端子。参考图1，装置进一步包括第一主电极24和第二主电极28。主电极可以在彼此之间形成火花间隙20。然后这两个主电极24和28从第一侧P朝向第二侧D被定位为彼此面对。每个主电极被分别连接至连接端子的其中一个（随后在本说明中描述）。

装置进一步包括被布置在主电极24和28之间的中间位置的中间电极26。当主电极形成火花间隙20时，中间电极在两个主电极之间从第二侧D部分地延伸。装置包括常开的半导体开关并且该半导体开关将中间电极26连接至第一主电极24。

装置进一步包括用于控制半导体开关的电路78。由半导体开关和控制电路78形成的组件在图1中被注释为70。控制电路78被提供，以便在通过中间电极26将主电极24和28之间形成的电弧62分成两个二次电弧64和68之后，相继地闭合和断开开关。控制电路78因此可以控制装置，从而在主电极24和28之间电弧62形成之后，应用上文描述的方法的步骤。提议的检测装置于是可以具有紧凑的设计。例如，保护装置可以被成形为长度不超过92mm的DIN导轨上的“可安装的”壳体。图3示出用于防止电压冲击的提议的装置90的该实施方式的剖面图，装置90包括外部壳体92，其对应于在DIN导轨上的“可安装的”壳体。DIN导轨上的“可安装的”壳体92包括用于安装在DIN导轨（没有示出）上的界面96。

通常，提议的装置可以被专门地设计，以应用前面的方法的实施方式的其中一个。

因此，在提议的装置中，控制电路78可以确保在闭合开关之前和/或在开关的闭合与开关的断开之间的暂停。重新参考图2，为了确保半导体开关的这些暂停和控制，控制电路78可以通过持续电流42的流过中间电极62的部分44进行供电。

图4示出用于控制半导体开关的电路78的实施方式的电路图。组件70如此被连接至中间电极26和主电极24。半导体开关是IGBT的形式。R₁代表导线的电阻。组件70通过以下方式运行：

●当电弧64的电压52出现时（在阶段34的开始），电容器C₁通过电阻R₁充电。根据C₁和R₁的标定，C₁的理想的充电时间被获得，从而允许阶段34的预期的暂停。当电容器C₁的充电使得达到齐纳二极管DZ₁的反向电压成为可能时，齐纳二极管变成导通，这造成电阻器R₂的端子处的电压的出现。电阻器R₂的端子处的电压允许闸流管T₁切换至导通状态。随后IGBT在其栅处出现电压，从而造成IGBT转变为导通状态，这将电弧64的电压限制到IGBT的电压V_CEsat。当IGBT随后被导通，电弧64消失，但电流仍经由IGBT在火花间隙中流动。换句话说，控制电路78的部分72确保IGBT闭合时的控制。进入阶段36。

●在IGBT变为导通的瞬间之后，电容器C₁保持控制电压并经由电阻器R₄对电容器C₂充电。根据C₂和R₂的标定，C₂的理想的充电时间被获得，从而允许阶段36的预期的暂停。当电容器C₂的电压达到齐纳二极管DZ₂的反向电压时，齐纳二极管变得导通。这造成电压被施加于电阻器R₅的端子，从而允许将闸流管T₂切换为导通状态。IGBT此时被短路，并且IGBT从导通状态转变为阻断状态。持续电流通过IGBT的断开而被切断，并且电弧68被熄灭。换句话说，控制电路78的部分74确保IGBT断开时的控制。进入阶段38。

●在电弧68的熄灭之后，电容器C₁和C₂被分别放电到电阻器R₃和R₆。

变阻器V₁被提供，用于确保IGBT的保护，同时在当电弧62被分离成为电弧64和68的时刻、仍然有电压冲击的情况下抑制与电压冲击相关联的可能的雷电流峰值。通常，在上文描述的所有实施方式中，在主电极的D侧的中间电极26的定位可以被调整，以便确保阶段32的持续期的预期的暂停。阶段32的暂停因此可以对应于足够长的持续期，使得电压冲击时段--例如由于雷电冲击--在阶段34的开始之前结束。

重新参考图4，二极管D₁、D₂和D₃被提供，用于通过强制电流的方向而保护电路78。因此控制电路78的部分76确保IGBT的保护。

根据一种实施方式，半导体开关可以包括多个IGBT，多个IGBT彼此相对地并联定位、例如并联的两个IGBT。该IGBT的并联布置允许由此形成的半导体开关与包括单个IGBT的半导体开关相比消耗更大的持续电流密度强度。该实施方式对于与光伏设备的保护相关的提议的装置的使用尤其有优势，该光伏设备例如可以提供高强度电流--例如大于1000A的强度。根据该实施方式，图4示出的控制电路78可以独立地用于对多个IGBT进行并联控制。

在图4示出的电路的特例中，用于限制电流强度的电阻器R_P可以被定位为与二极管D₁串联。R_P具有足够大的电阻，用于将流过控制电路78的电流的强度限制到用于保持电弧68的电流的临界强度以下的水平。换句话说，限制电阻器R_P防止电弧68的持续电流通过控制电路78流动到电极24。因此，在阶段36和38之间的过渡时刻，限制电阻器R_P有助于电弧68的扩展，即在消耗电弧68的持续电流42的IGBT被断开的时刻--电弧64已经通过在之前闭合IGBT而熄灭。

通常，根据被选择用于控制电路78的实施方式，任何用于限制流过控制电路78的电流的强度的其他方法可以被提供，以在提议的装置中将该强度限制到用于保持电弧68的临界强度以下的水平。根据优选的实施方式，用于限制强度的方法的选择来自于：在控制电路的强度的限制和获得足够用于操作半导体开关的控制电路的该强度的水平之间的折中方案。

根据优选的实施方式，装置可以包括磁体，其被定位以使电弧62从第一侧P向第二侧D转移。磁体可以对应于不同永磁体的相反的极的组件。图5示出带有磁体80的提议的检测装置的实施方式的示意图。该磁体80通过不同的永磁体82和84的两个相反的极的组件而形成。磁体82和84的距离可以通过任何适合的构件、例如空气间隙86保持。磁体80被定位成产生通过火花间隙20的磁场线88，其与电弧62的延伸方向和电弧62的理想的运动方向都垂直。磁体80的定向影响电弧62从P侧向D侧的转移。

在不带任何磁体的装置的通常情况下，装置中形成的电弧在其本身的能量的作用下移动。被电弧消耗的电流的强度越高，电弧的转移越便利。当被电弧消耗的电流的强度太低时，电弧62在其本身能量的单独作用下运动可能具有困难。现在，对于一些电气设备--特别是用于光伏发电的设备，持续电流可以呈现非常低的值。确实，用于光伏发电的设备的持续电流可以在准零值（夜晚时间）和最大值（没有任何云的白天时间）之间具有若干值。这些低持续电流值、例如大约0.5A级别的电流在仅以电弧通过其本身的能量转移的基础上可能不足够用于运行切断系统。因此即使在低持续电流强度的情况下，在装置90中的磁体的使用使得促进电弧62的转移成为可能。该装置90的实施方式使得在不依赖持续电流值的情况下获得用于保护电气设备免受电压冲击的装置成为可能。替代地或附加地，装置的主电极24和28可以从第一侧P到第二侧D叉开，如图1和图3示出的。主电极的叉开--与磁体一样--有助于电弧62从P到D的转移。

替代地或附加地，中间电极26可以在一侧具有楔形的端部部分，在该侧中间电极26在两个电极24和28之间延伸。因此中间电极的楔形端部是最靠近主电极24和28的D侧的电极端部。根据图3，该楔形端部部分66可以具有三角形形状。当电极24和28叉开，中间电极26的楔形端部使得具有与电极24和28平行的电极26的表面成为可能。在电弧62被分离成为两个电弧64和68时，制成这种平行的表面有助于促进电弧62从P侧到D侧的转移。事实上，当进入阶段34，由于在电极24和28之间被电弧覆盖的距离没有增大，因此这些平行的表面限制主电极24和28的端子处的电压的增大。

图6和图7示出在DIN导轨上的“可安装的”盒体92中的提议的检测装置的优选的实施方式的分解图。图6示出在装置20的右侧的分解图而图7示出在装置20的左侧的分解图。图6允许对通过电极24、26和28形成的火花间隙20的观察。盒体或壳体92由四个部分形成。盒体92的两个中间部分允许在火花间隙20周围的覆盖部的形成。盒体92的两个另外的部分是盒体92的两个端部部分。这些端部部分保证在磁体82和84周围的覆盖部的形成。根据在图7示出的该实施方式，形成磁体82的覆盖部的盒体92的端部部分罩住由IGBT和控制电路78形成的组件70。

图8示出用于被保护的电气设备的装置90的两个连接端子98和94。电极24被连接至端子94而电极28被连接至端子98。

图8还示出保护装置的优选实施方式的示意图，其形成图6和图7示出的实施方式的改进。根据图8，除了两个连接端子94和98，装置90还包括附加的端子198。仍根据该图，装置90包括在上文描述的火花间隙20的附加的火花间隙120。该火花间隙120包括两个附加的电极124和128。电极128被连接至附加的端子198而电极124被连接电极24。根据该实施方式，附加的火花间隙120可以不带任何中间电极。附加的火花间隙120的电极124和128同样可以在第一端P和第二端D之间叉开。带有附加端子198的装置90可以被连接至被保护的电气设备的三个不同的导体。因此，装置90可以确保在被保护的电气设备的两个有效导体和接地导体之间的Y保护模式。

当被保护的电气设备是通过直流电流运行的设备，两个有效导体分别是正极导体和负极导体。据估计，在该类型的设备的60%中，正负极相对于地面浮动。对于有效导体中的一个被连接至地面的剩余设备，据估计，正极导体被连接至地面的情况占95%。因此，当在Y保护模式下使用装置90时，端子98和198优选地分别被连接至负极导体和正极导体，而端子94可以被连接至地面。根据该连接图，对于绝大多数通过直流电流运行的设备，带有中间电极26的火花间隙20被连接在地面和不被连接至地面的有效导体之间。对于通过绝大多数直流电流运行的设备，这允许装置90确保通过切断持续电流的有效的Y保护。

在通过交流电流运行的单相电气设备的情况下，两个被保护的有效导体中的一个可以是相线，而两个被保护的有效导体中的另一个可以是中性线。

在如图8示出的装置90的对称的实施方式中，另一个端子194可以被提供在电极124与电极24的连接处。然而，该电极194与端子94处于相同的电势。

仍然参考图8，带有附加端子198的装置90的实施方式可以被罩在DIN导轨上的“可安装的”壳体92中，该DIN导轨上的“可安装的”壳体92具有小于或等于DIN导轨上的“可安装的”壳体的标准的17.5mm的宽度的三倍的宽度L。在没有任何附加端子的装置的实施方式中，装置90可以包括在DIN导轨上的“可安装的”壳体92，该DIN导轨上的“可安装的”壳体92具有小于或等于DIN导轨上的“可安装的”壳体的标准的17.5mm的宽度的两倍的宽度L。

上文描述的不同实施方式中的装置90可包括用于在主电极24和28之间、或者如果需要的话在124和128之间触发电弧的单元。图8示出这种触发单元22。触发单元22可包括用于在火化间隙20的P侧、或者如果需要的话在火化间隙120的P侧触发电弧的电极。因此，触发电极被定位在当电压冲击发生时电弧的形成最容易的主电极的一侧。所以，这种用于触发电弧的电极与前文描述的中间电极不同。

Claims (16)

1.一种用于切断形成在两个主电极之间的第一电弧的切断方法，所述切断方法包括：

使形成的所述第一电弧朝向位于所述两个主电极(24，28)之间的中间位置的中间电极(26)转移；

将形成的所述第一电弧(62)分离成位于所述两个主电极(24，28)分别与所述中间电极(26)之间的两个二次电弧(64，68)，常开的半导体开关将所述中间电极(26)连接至所述两个主电极中的一个(24)；

闭合所述半导体开关，以便熄灭所述两个二次电弧(64，68)中的位于通过所述半导体开关连接的所述中间电极(26)与所述两个主电极中的一个(24)之间的一个二次电弧(64)；

断开所述半导体开关，以便熄灭所述两个二次电弧(64，68)中的另一个二次电弧(68)。

2.如权利要求1所述的切断方法，所述切断方法包括在所述形成的第一电弧(62)分离成所述两个二次电弧(64，68)之后的暂停，以便防止在闭合所述半导体开关时电弧在所述两个主电极(24，28)之间重新形成。

3.如权利要求1或2所述的切断方法，所述切断方法包括在闭合所述半导体开关之后的暂停，以便防止在断开所述半导体开关时熄灭的电弧在所述两个主电极中的一个(24)与所述中间电极(26)之间重新形成。

4.一种用于为电气设备提供抗瞬时电压冲击保护的方法，所述方法在下述情况下根据权利要求1至3中任一项所述的切断方法而应用电弧的切断，所述情况即：瞬时电压冲击出现在要被保护的所述电气设备从而造成第一电弧(62)形成在两个主电极(24，28)之间，所述两个主电极(24，28)连接至要被保护的所述电气设备。

5.如权利要求4所述的方法，要被保护的所述电气设备是连接至低压配电网的电气设备。

6.如权利要求5所述的方法，要被保护的所述电气设备是利用直流电流运行的电气设备。

7.如权利要求6所述的方法，所述电气设备是用于光伏发电的设备。

8.一种用于为电气设备提供抗瞬时电压冲击保护的装置，包括：

两个连接端子(94，98)，所述两个连接端子(94，98)用于将所述装置连接至要被保护的所述电气设备；

第一主电极(24)和第二主电极(28)，所述第一主电极(24)和所述第二主电极(28)分别连接至所述两个连接端子(94，98)中的相应一个；

中间电极(26)，所述中间电极(26)位于所述第一主电极(24)与所述第二主电极(28)之间的中间位置；

半导体开关，所述半导体开关常开，所述半导体开关将所述中间电极(26)连接至所述第一主电极(24)；

控制电路(78)，所述控制电路(78)用于控制所述半导体开关，所述控制电路设置成在形成于所述第一主电极(24)与所述第二主电极(28)之间的第一电弧(62)通过所述中间电极(26)而分成两个二次电弧(64，68)之后相继地确保所述半导体开关的闭合以及随后的所述半导体开关的断开。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述半导体开关是绝缘栅双极晶体管或金属氧化物栅场效应晶体管。

10.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述控制电路确保在所述第一电弧通过所述中间电极而分成所述两个二次电弧与所述半导体开关的闭合之间、和/或在所述半导体开关的闭合与所述半导体开关的断开之间的暂停。

11.如权利要求8或9所述的装置，其中，所述第一主电极(24)、所述中间电极(26)和所述第二主电极(28)被固定，所述第一主电极(24)和所述第二主电极(28)从第一侧(P)至第二侧(D)彼此面对地定位，并且形成火花间隙；并且，所述中间电极(26)从所述第二侧(D)在所述第一主电极(24)与所述第二主电极(28)之间部分地延伸。

12.如权利要求11所述的装置，包括用于在瞬时电压冲击出现在要被保护的所述电气设备的情况下在所述第一主电极(24)与所述第二主电极(28)之间触发电弧的触发单元(22)，所述触发单元(22)包括位于所述所述第一主电极(24)和所述第二主电极(28)的所述第一侧(P)的电弧触发电极。

13.如权利要求11所述的装置，其中，所述中间电极(26)在所述第二侧(D)具有楔形的端部部分(66)，所述中间电极(26)在所述第二侧(D)处在所述第一主电极(24)与所述第二主电极(28)之间延伸。

14.如权利要求11所述的装置，包括磁体(80)，所述磁体(80)被定位成使形成在所述火花间隙(20)的所述第一主电极(24)与所述第二主电极(28)之间的所述第一电弧沿从所述第一侧(P)至所述第二侧(D)的方向转移，并且/或者，所述第一主电极(24)和所述第二主电极(28)从所述第一侧(P)至所述第二侧(D)叉开。

15.如权利要求11所述的装置，包括附加连接端子(198)和附加火花间隙(120)，所述附加火花间隙(120)利用两个附加电极(124，128)而形成，所述两个附加电极中的一个(128)连接至所述附加连接端子(198)，而所述两个附加电极中的另一个(124)连接至用于将所述装置(90)连接至所述电气设备的所述两个连接端子中的一个(94)。

16.如权利要求8或9所述的装置，所述装置被专门地设计成应用根据权利要求4至6中任一项所述的方法。