CN103098322A - 火花隙的触发装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火花隙的触发装置，其包括处在主电极之一H2上或处在该主电极中的、相对于该主电极H2绝缘的触发电极T，触发电极T与另一个主电极H1经由至少一个电压切换元件或电压监控元件电连接并且在触发电极T与所述另一个主电极H1之间存在空气隙。按本发明，触发电极T与绝缘间隙I和由具有比主电极之一的材料较小的电导率的材料M构成的层形成夹层结构，该夹层结构构成按串联结构的层状电介质，该串联结构包括具有绝缘间隙I的电介质的第一分电容C_I和具有材料M作为电介质的第二分电容C_M的中。

Description

火花隙的触发装置

技术领域

本发明涉及按照权利要求1所述的火花隙的触发装置，其包括处在主电极之一上或处在该主电极中的相对于该主电极绝缘的触发电极，触发电极与另一个主电极经由至少一个电压切换元件或电压监控元件电连接并且在触发电极与所述另一个主电极之间存在空气隙。

背景技术

火花隙关于其性能可以区分为击穿火花隙或表面放电火花隙。这样的火花隙可构成触发的、但也可构成非触发的。在触发的火花隙中除各主电极外存在至少一个触发电极。在触发的火花隙中例如经由触发变压器的使用而因相应好绝缘的触发电极的高响应电压实现触发。

在一种方案中存在可能性，通过触发电极关于主电极的特别的设置无触发变压器地进行触发。对此在许多情况下保证在触发电极与主电极之间的导电连接。

原则上适用的是，触发的火花隙具有可控的响应性能。

按照DE20020771U1在耐压封装的火花隙装置中为了排走因过电压引起的有害的干扰量，直接经由在那里存在的导电的壳体为在放电空间内形成分火花隙可建立触发电压。然后经由分火花隙对在各主电极之间的主火花隙触发。此外使用触发变压器，即触发器的组成部分。

但触发变压器的使用造成可观的结构空间。此外在触发变压器中在次级则产生的触发电压值取决于初级侧的电流变化di/dt。如果该电流脉冲不具有足够的陡度，则为了电弧穿过火花隙，在次级侧产生的电压是不够的。这意味着，过电压保护装置尽管产生的过电压仍然是无效的。

控制火花隙的另一种可能性在于，触发电极与主电极之一处于连接。在这里可以取消触发变压器。在触发过程中在这些现有技术的解法中在一个主电极与触发电极之间起动表面放电，它在确定时间以后到达另一个主电极。

DE10146728B4中公开这样的解法。在该过电压保护装置中在两个主电极上连接电压切换元件与触发元件的串联结构。电压切换元件的响应电压低于击穿火花隙的响应电压。触发元件与为触发元件配置的电极之间的接触点上提供接触电阻。在电压切换元件响应时首先放电电流流过触发元件，将在那里触发元件构成使在较大的放电电流时由于在接触点上的接触电阻形成放电，其导致围绕接触点的接触区域的预电离。

这样的触发电极具有向两个主电极之一的永久的电触点。这意味着，主电位不存在电流分离。因此在触发电路中必须连接电压切换构件，例如形式为气体放电器。在DE102004006988A1或DE10245144B3中披露相对于包括在一个或多个主电极上的直接导电接触的触发电极的解法的进一步方案。

按照DE102004006988A1的过电压保护装置在火花隙基础上包括至少两个处于压力密封的壳体中的主电极和至少一个触发辅助电极。在壳体容积中安装功能组件用以降低火花隙的响应电压，它与一个主电极和触发辅助电极处于连接。

用于降低火花隙的响应电压的功能组件包括电压切换元件、阻抗和中断部的处在电弧燃烧室之外的串联结构，通过触发辅助电极到最近的主电极的间距形成中断部。在出现过电压时，它超出切换元件和中断部的响应电压的总和，电流从第一主电极向第二主电极流动因而跨越中断部的电弧为各主电极之间的中断部的立即电离提供载流子。

按DE10245144B3的触发装置具有辅助电极，它与触发器连接。该触发器具有非线性的依赖于温度的带有正温度系数的电阻。依赖于温度的该电阻的电阻增加在火花隙加负荷时控制触发和熄灭性能。

在上述包括触发电极的火花隙中在触发区域内存在火花放电隙的小型化，借此触发脉冲付出小的功率。因此电弧的长度实际上处在十分之几毫米内。触发电弧还必须在触发火花隙的区域内如此长时间地燃烧，直到在各主电极之间的空间完全电离并且电弧完全击穿到达第二主电极上。由此对触发电极很长时间和能量丰富地加负荷。此外存在危险，即在触发过程中完全的放电电流在较长的时间间隔内经由触发辅助电极流动。这产生的后果是，必须使用特别耐烧损的和因而昂贵的材料。最后经由触发分支以及在那里存在的电压切换元件和电压限定元件的电压降是如此之大，以致不可能实现实际上需要的最大的安全电平。

发明内容

因此由以上所述背景出发本发明的目的是，提供进一步开发的火花隙的触发装置，其包括处在主电极之一上或处在该主电极中的相对于该主电极绝缘的触发电极，其中，应在大的范围内可预定响应性能并且可以使用成本有利的材料，而不损害这样配备的火花隙的工作可靠性和长时间稳定性。

通过按照权利要求1的特征组合的火花隙的触发装置达到本发明的目的，从属权利要求描述至少符合目的的实施形式和进一步构成。

据此从火花隙的触发装置出发，其包括处在主电极之一H2或处在该主电极中的相对于该主电极H2绝缘的触发电极T，触发电极T与另一个主电极H1经由至少一个电压切换元件或电压监控元件电连接并且在触发电极T与所述另一个主电极H1之间存在空气隙。

按本发明，触发电极T与绝级间隔I和由具有比主电极H1、H2之一的材料较小的电导率的材料M构成的层形成夹层结构，该夹层结构构成按串联结构的层状电介质，所述串联结构包括具有绝缘间隙I的电介质的分电容C_I和具有材料M作为电介质的第二分电容C_M。应该选择特别小的分电容C_I和C_M，由此在火花隙中立即达到火花形成。

在本发明的一种实施形式中，绝缘间隙构成为薄的薄膜层或漆层。

在本发明的一种优选的实施形式中，绝缘间隙的厚度只为百分之几毫米。

夹层结构的材料M具有比主电极之一的材料差多倍的电导率并且例如由塑料构成，该塑料具有导电的颗粒，例如碳或金属颗粒。

按照本发明经由材料M的层厚度实现触发电弧的延长。补充地或按选择也可以关于多个邻接的层重叠地构成材料M，从而再次加大从触发电极到最近的主电极的距离并且增加触发电弧等离子体的载流子的数目。

在该目的上夹层结构可以具有阶梯形的构造，紧接着触发电极T的是较宽的绝缘间隙I，并且紧接着绝缘间隙的是相对于绝缘间隙I又较宽的材料M的层。

也可以阶梯形对称地构成该夹层结构。

在一种优选的技术转化中，夹层结构可以由漆绝缘的印刷电路板构成或包括这样的印刷电路板的多个元件。对此可以涉及薄膜印刷电路板或由刚性载体材料构成的印刷电路板。

附图说明

以下要借助实施例参照附图更详细地说明本发明。其中：

图1火花隙的触发装置的原理图，该火花隙包括两个主电极和一个触发电极；

图2按图1的装置得出的电容式的分压器的视图；

图3触发装置的层状电介质的视图；

图4触发装置的一种特殊几何形状的俯视图和侧视图，包括触发电弧的期望的延长，用于在各主电极之间的电极装置中启动加强的电弧等离子体；

图5按照本发明的装置的实现的实施形式的视图，示出各角形的主电极和去电离室，未示出顶盖件；

图6按照本发明的角形火花隙的触发装置的详图。

具体实施方式

按图1的视图示出两个基本上对置的主电极H1和H2以及处在两个主电极之间的空气电介质。

触发装置的大大放大的视图包括导电的触发电极T，它向主电极H2的方向被绝缘间隙I覆盖。绝缘间隙I接着由具有微小电导率的材料M构成的层。材料M的层支承在第二主电极H2的表面上。

经由连接件A可以在触发电极T与主电极H1之间连接各外部的元件。在那里设置的各器件可以包括例如气体放电器、可变电阻、二极管或类似元件。

按照图1的视图的总装置这样构成，即其首先在触发电极T与主电极H2之间导致击穿火花或者说火花放电。向主电极H1的击穿火花在该状态下仍不存在。为了确保上述性能，在触发电极T与主电极H1的表面之间存在空气隙。对于作用、特别是对于触发器并从而火花隙功能的快速响应很重要的是，参与触发过程的各部件的存在的寄生的电容的分配。

如图2所示，得出电容式的分压器，其首先可以分成两个主电容。

对于在连接件A中的各控制部件的电容C_A和对于真正的触发装置的各部件的电容C_P串联。

按照图3的视图触发装置由绝缘间隙I和不良导电的材料M形成一个层状电介质、亦由各具有不同绝缘电阻的材料构成的电介质。

由此由按图3的分电容C_I和C_M的串联结构得出按图2的电容C_P。

电容C_A大于分电容C_M或大于分电容C_I。绝缘层按照本发明构成很薄的。

绝缘间隙I的电介质的层厚越薄，电容越大并且经由电容C_M电压降越多。

在按照本发明可作为等离子体喷射触发说明的装置中，将绝缘层I构成为在触发电极T上的薄膜或漆层并因此可以很薄，例如百分之几毫米。据此该绝缘层主要确定总装置的响应性能。

层M的材料的选择对触发速度和由此产生的总火花隙的性能具有直接影响。

具体地利用不良导电的材料M的厚度，通过从触发电极T到主电极H2的直接的火花放电隙的延长，产生触发电弧的延长。

由于触发电弧的延长，在电极装置中喷射较大量的电弧等离子体，从而在主电极H1与H2之间可以在很短的时间内实现火花放电。

在电弧中在根点区域内在两个电极上形成等离子体喷射或等离子体射束。该射束导致电离的气体和载流子的强的和快速的指向目标的运动。按照本发明为此可以利用该传送，以便明显地加速在电极H1与H2之间的主火花隙的触发，借此减小触发电极T、层I和M以及连接件A中的各构件的负荷并且降低火花隙的剩余电压。

还通过影响电离的气体流的优选的方向表明等离子体喷射效果的特征。按照本发明可以采取措施，其一方面形成射束，但也影响方向，以便形成主火花的迅速的触发的效果。建议的射束以其很有效的空气距离的绝缘特别适用于对付空气隙，这又保证角状火花隙的有效工作。

虽然在现有技术中在各主电极触发以后应尽可能没有等离子体喷射形成，以便滞留脉冲电弧，但形成针对性的喷射流用于主火花隙的触发按照本发明是符合要求的。

为了构成有效的等离子体射束使用电极材料，它们在根点区域内很好地冷却电弧。这促进电弧根点的收缩。强收缩的根点是为很受影响的等离子体喷射的最好前提。通过电弧根点或整个电弧的扩展可能性的强限制可以影响电弧的收缩及其滞留时间。通过强收缩的电弧根点，由于固有的磁性力可以大大和针对性改变电弧的运动。

通过电极装置和中间层I和M得出否则很随机的等离子体喷射的优选定向。同样中间层的材料的选择，例如适合于气体释放，不仅通过然后形成的外来流影响等离子体喷射的定向，而且可以影响总流动强度并且直接改变喷射的气体成分和随同它的流动。

在一种实施形式中触发电极由铜材料构成，这引起根点的强冷却。由此存在可能性，将触发电极按尺寸构成很薄的，借此可限制电弧的根点直径和迁移。

层I和M向电极T和H2可以这样构成，即材料影响等离子体喷射的原则上定向可能性和气体流。除影响等离子体喷射外，通过几何形状可改变电弧的根点的迁移。通过在T与H2之间触发电弧的强制的长度和必要时触发电弧通过台阶向要求的运行方向的强制弯曲，可以将热升力和固有磁性的力作用用于通过电弧扩展的指向目标的回环形成或也用于在相应的滞留时间以后随根点运动的迁移。

由于等离子体喷射在两电极上形成，在强喷射构成时在短的或也弯折的设置中导致各单流的彼此相遇。这在各直接彼此相遇的类似强的流动时在共同的轴上导致所谓等离子体圆盘，它强地向两侧拱起并且整个周围电离、亦即也使得向H2那边的间隙电离。在角形的轴时试图在侧面并排偏离各喷射流。不过该状态是很不稳定的，从而持续地变换偏离方向。在通过室壁的侧面的限定时加强该效果。最后在这里也看到间隙的更好的和快速的电离。

如图4中原则性示出的，通过几何的实施形式的改变可以进一步加强触发电弧的作用和构成。

对此不仅增加不良导电的材料层M的厚度，而且存在构成重叠层或实现阶梯形的夹层结构的可能性。由此再次加大从触发电极到主电极的距离并且增加进入火花隙中的载流子的数目。在图4的视图（俯视图）中夹层结构及其阶梯的构造是可理解的。在侧面由各薄的绝缘间隙I覆盖触发电极T并且在这里导致正面齐平地结束。成阶梯缩进地紧接着绝缘间隙I的又是分别由不良导电材料M构成的层。

按图4的侧视图可看出主电极H2、不良导电的材料M构成的层、绝缘间隙I和触发电极T的梯级状的层顺序。触发电极T的埋进和在侧面用绝缘层材料I限定构成触发装置的进一步构成的非强制方案。

在触发电极T与由不良导电的材料M构成的层之间的薄的绝缘间隙I优选通过印刷电路板来实现。触发电极I则对应于施设的印制导线和绝缘层I对应于处在其上面的漆层，端面部分保留无漆层。在这里可以涉及包括薄膜载体材料的柔性的印刷电路板；或也可以涉及刚性的印刷电路板，印刷电路板载体材料可以是具有较不良电导率的材料M。

关于不良导电材料的特征的说明应该如此解释，在这里应该涉及这些材料，它们与铜相比不良地导电。可设想导电塑料或导电陶瓷。理想地在这里使用具有高表面电导率和高体积电阻的材料。具有高体积电阻的材料易于，与电流流过体积相比，更倾向于在其表面上形成电流。在实施例中由于要求的不良导电的材料的微小的柔性，动用导电的塑料，其电阻在触发区域内为大于10Ω且小于100kΩ。在材料的2/10mm的厚度上1kΩ的电阻时最好地构成触发作用。根据使用的材料改变该层次的电阻值，通过不良导电的材料的厚度可控制电弧长度。

图5示出按照本发明的解决的实际上实现的实施形式，包括各角状电极和特殊的触发区域，它详细示于图6中。对于相同的或相同作用的元件采用在以上描述中相同的标记。

Claims (9)

1.火花隙的触发装置，其包括处在主电极之一（H2）上或该主电极中的、相对于该主电极（H2）绝缘的触发电极（T），触发电极（T）与另一个主电极（H1）经由至少一个电压切换元件或电压监控元件电连接并且在触发电极（T）与所述另一个主电极（H1）之间存在空气隙，其特征在于，触发电极（T）与绝缘间隙（I）和由具有比主电极（H1、H2）之一的材料小的电导率的材料（M）构成的层形成夹层结构，该夹层结构构成按串联结构的层状电介质，该串联结构包括具有绝缘间隙（I）的电介质的第一分电容（C_I）和具有该材料（M）作为电介质的第二分电容（C_M），并且分电容（C_I）和/或（C_M）选择得很小。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，绝缘间隙（I）构成为薄膜层或薄漆层。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，绝缘间隙的厚度为百分之几毫米。

4.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，材料（M）具有比各主电极的材料差多倍的电导率。

5.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，材料（M）由设有导电的颗粒或纤维的塑料或陶瓷构成。

6.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，经由材料（M）的层厚度实现触发电弧的延长。

7.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，夹层结构具有阶梯形的构造，紧接着触发电极（T）的是较宽的绝缘间隙（I），并且紧接着绝缘间隙的是相对于绝缘间隙（I）又较宽的材料（M）的层。

8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，夹层结构成阶梯形对称地或不对称地构成。

9.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，夹层结构由漆绝缘的印刷电路板构成。

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