CN103518240A - 包括至少一个过压放电器的过压保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过压保护装置，包括至少一个过压放电器和与所述过压放电器串联连接的、能热触发的开关装置，其中上述的机构形成一结构单元并且热触发机构布置在所述过压放电器在其过载时预期发热的区域中。根据本发明，热触发机构构造为不被工作电流或冲击电流流经的止档件，在热过载时该止档件激活开关装置的解锁装置，其中该开关装置具有提高的自灭弧能力。

Description

包括至少一个过压放电器的过压保护装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的过压保护装置，其包括至少一个过压放电器和与所述过压放电器串联连接的、可热触发的开关装置，其中所述的机构形成一结构单元并且热触发机构布置在过压放电器在其过载时预期发热的区域中。

背景技术

在DE29519313U1中公开了一种基于压敏电阻的过压放电器，其负责将在损伤情况下在压敏电阻上形成的热直接传递到热触发装置上。为此，在插接件中存在支承壁，其中该压敏电阻安置在支承壁的一侧面上并且热触发部以及与其相关的开关机构安置在支承壁的另一侧面上。由此，热触发部与压敏电阻对置。在一种扩展方案中，压敏电阻的一个或多个连接凸肩穿过分离壁引导至热触发部和相应的开关机构所在的区域中。

工作电流或出现的过载电流的引导通过插接件的接触机构来进行，其又可以引入基本件中。电流经由开关机构到达压敏电阻，即电流也流经实际的热触发机构尤其是焊剂。

根据DE29519313U1的教导的整个实施和构造只能开关非常小的电流。在出现短路电流的情况下或在直流应用的情况下需要附加的外部开关器具，例如独立的开关机构或保险装置的形式。

在EP1447831B1或EP2065914A1中公开了过压插接件与附加的开关装置的结构组合，它们要么引入共同的基本壳体中要么被这样的基本壳体包围。在上述现有技术中描绘的解决方案具有触发或切断特性，其与分别使用的过压放电器（例如压敏电阻）的特别特性匹配。

在根据EP2096657A1的过压保护装置中首先设有带有灭弧特性的热分离装置。此外，形成了带有灭弧板的第二开关装置。该现有技术对应于如下开关设备，其扩展有过压保护功能并且该开关设备仅仅拥有有限的功率数据以及仅适于特定应用。

如果将现有技术组合，于是通常将热分离装置设计为使得其监控限压部件（譬如压敏电阻）的老化特性并且在发热超过邻接温度时做出反应。在分离过程中，在通常情况下仅有毫安到最大几安培范围的非常小的电流流过。就此而言，典型的热分离装置的开关能力也仅在小的电流范围内。

过压放电器的过载情况和/或故障情况按实践经验也会导致限制过压的部件的完全故障或熔断。所连接的供电源的随后出现的短路电流必须被设置在上游的保护装置例如保险装置或机械开关设备中断或断开，以便获得备份保护功能。

根据EP1447831B1中，流过的短路电流被相应的特殊开关装置中断。

过压保护设备与保险装置或机械开关设备组合的缺点在于，在这些元件做出反应或触发时始终必然有数倍于开关装置或保险装置的标称电流意义的短路电流流过。

通常具有数百安培或达到千安培范围的电流会导致限压的部件损毁或爆炸并且成为设备本身或相邻装置的火灾危险。

于是，如果在过压保护装置中出现的故障电流大于由热分离装置本身可消除的故障电流但小于备份保护装置（譬如保险装置）的触发电流时，则放电器可能由上面所述的后果而损毁。

发明内容

基于上述内容，因此本发明的任务是提出一种经改进的过压保护装置，其包括至少一个过压放电器和与所述过压放电器串联连接的、可热触发的开关装置，其中所使用的过压放电器例如压敏电阻的状态根据其工作和过载特性来检测并且在出现完全故障或者损毁之前限制过压的部件被关断。

在此，根据本发明要由集成开关装置独立地断开尚不会导致外部保险装置触发的、出现的、电网引起的故障电流或短路电流，使得得到一种扩展的无间隙的自保护范围。

本发的该任务的解决通过根据权利要求1所述的特征组合的过压保护装置来进行，其中从属权利要求是至少合乎目的的扩展方案和改进方案。

因此，从包括至少一个过压放电器和与过压放电器串联连接的可热触发的开关装置的过压保护装置出发，其中上述的机构形成一结构单元并且热触发机构布置在过压放电器在其过载时预期发热的区域中。

根据本发明，与已知的现有技术不同，热触发机构构成为不被工作电流或冲击电流流经的止档件，该止档件在热过载时激活开关装置的解锁装置，其中该开关装置相比于已知的开关装置具有提高的自灭弧能力。

前面提及的止档件与过压放电器热和机械耦并且阻断解锁滑块的运动路径。

开关装置具有两个对置的、彼此嵌接的接触件，其中接触件中的至少一个可运动地实施，并且在开关装置的断开方向上受到弹簧预张紧。开关装置的闭合状态通过解锁装置来保护并且可以通过热触发机构被激活用以关断开关装置。在一种实施变型方案中，接触件是螺栓状的元件，其由导电的、优选金属材料制成。

根据本发明，在开关装置断开情况下即在接触件相对彼此远离地运动的情况下分离元件进入所形成的间隔腔中。该分离元件可以由绝缘的、释放灭弧气体的材料例如POM构成。

绝缘的分离元件同样受弹簧预张紧，以便在断开情况下快速且定向地进入间隔腔中。在此，分离元件的朝向间隔腔的端部可以构成为分离楔或设置有倒棱的区段。

接触件的至少一个区段位于形成电弧室的成型体内，其中成型体具有突出部，该突出部以偏离于可运动的接触件的运动方向的角度取向。在此为90°取向。为了容纳接触件，成型体具有容纳空间。

同样，突出部具有用于容纳分离元件和产生预张紧力的弹簧装置的空腔。

开关装置的接触件的指向彼此的面可以具有一轮廓，以便增大电流传输面和减小接触电阻。

在此，在一种扩展方案中，这些面构造为彼此嵌接的锥形和反锥形。

优选由塑料材料构成的或制成为塑料注塑件的解锁滑块一方面靠置于止档件上而另一方面固定开关装置，即可运动的弹簧预张紧的接触件。

此外，解锁滑块具有鼻状区段，其保护开关装置的被弹簧预张紧的接触件。

在被解锁滑块的鼻状区段保护的被弹簧预张紧的接触件的区域中，固定有弹性电连接机构，这于是会导致连接在过压放电器上。

成型体、空腔和分离元件优选构造为尤其在开关装置断开的情况下实现气密的密封，使得形成近似封装过的电弧燃烧室或与此相关的灭弧室。

可运动的接触件的运动过程可以通过形成的电弧的压力作用来支持。

附图说明

以下借助实施例以及参照附图更为详细地阐述了本发明。

其中示出：

图1a示出了根据本发明的解决方案的示意性电路图，其中监控回路

和工作电流回路或冲击电流回路S在功能上分离；

图1b示出了根据本发明的过压保护装置的立体图，过压保护装置构造为用于容纳到（未示出的）基本件中的插接件，其中在插接件内有带有开关装置的成型体以及热触发机构；

图2a示出了盘状的过压放电器例如压敏电阻的示意图，该过压放电器具有框架状的金属面和热触发机构，例如形式为带有单侧导电涂层的绝缘体；

图2b示出了类似根据图2a的过压放电器的视图，但补充增加了开关装置连同处于闭合状态的解锁滑块；

图2c示出了类似根据图2b的过压放电器的视图，但开关装置处于热触发的被断开的状态中；

图3a示出了在开关装置的闭合状态中用于容纳带有分离元件的开关装置的成型体的部分略去的详细视图；

图3b示出了类似根据图3a的成型体的视图，但开关装置处于断开状态中并且分离元件驶入间隔腔中；

图4a示出了类似根据图2b的过压放电器的视图，但具有构造为解锁滑块的处于闭合状态中的开关装置的另外的扩展方案；

图4b示出了类似根据图4a的过压放电器的视图，但解锁滑块处于断开状态；

图5a示出了如在图4a和图4b中所示的解锁滑块的详细视图，更确切地说部分略去，以便阐明处于闭合状态中的开关装置，以及

图5b示出了类似根据图5a的解锁滑块的视图，带有断开的解锁滑块和接触元件，接触元件集成到滑块的穿通孔中。

具体实施方式

根据图1a的示意性电路图的图示基于过压保护机构1，其中工作冲击电流路径S和监控路径

在功能上分离。集成的开关装置3具有扩展的自开关和自灭弧能力，其中用附图标记2表示例如构造为压敏电阻的过压放电器。用附图标记4在图1a中象征性表示开关装置3的解锁装置，而用4K表示作为热触发机构的热耦合元件。

根据本发明实现的插接件包括带有过压放电器2的过压保护装置1、解锁滑块4和成型体3，该成型体容纳开关装置。此外，在插接件的下侧上存在用于输送工作电流的插接接触部。根据图1b的附图标记8表示可运动的导体区段，以便闭合从该图中的插接接触部向左经由开关装置至压敏电阻并且从压敏电阻向右至该图中的插接接触部的电流回路。

图2a示出了带有所涂覆的金属导电面21的盘状压敏电阻2，导电面延伸到压敏电阻2的预期强烈发热的区域中，其中在该区域中涂覆有热触发机构4K。

图2b和图2c示出了根据本发明的在成型体3内的开关装置的实施形式。

开关装置包括接触件10和11（参见图3a和图3b），其中在所示的例子中接触件11在弹簧22预张紧的情况下可运动地支承在成型体3中。

在开关装置的闭合位置中，可运动的接触件11被挤压到固定的接触件11上并且由解锁滑块4和在那里存在的鼻状区段41保持。

开关装置的闭合状态于是通过机构4保护并且可通过热触发机构4K激活以断开开关装置。

开关装置的断开状态利用图2c来示出。在此也可看到分离元件6的运动（参见图3a和图3b），分离元件的位置改变在成型体3的开口侧的区段31中变得清楚。

分离元件6于是进入接触件10和11形成的间隔腔（参见图3a）中，其中分离元件6受另一弹簧61预张紧，以便在断开情况下快速且定向地进入间隔腔中。

成型体3具有突出部31，该突出部以偏离于可运动的接触件11的运动方向的角度取向。

突出部31包括用于容纳分离元件6的空腔32。

接触件10和11的指向彼此的面可以具有锥形轮廓111与在对应接触件中的相关的锥形凹进部112。由此，电流传输面增大并且在接触件10与11之间的接触电阻减小。

柔性电连接机构8一方面与可运动的接触件11形成连接并且另一方面通过向部件21、尤其是成型在那里的连接腿23。压敏电阻2的另外的电端子24根据图1b向右通向插接端子。

在接触件10和11断开时的间隔腔利用灭弧室7来封闭，该灭弧室根据分离元件6的运动最后近似气密。

开关装置利用连接装置8与限压部件即压敏电阻2和连接成型件9电接触，其中连接成型件9是插接接触部的组成部分，根据图1b在左侧。

在成型件3内的内轮廓在考虑对于与此相关的接触件的所期望的自由可运动性所需的容差的情况下对应于可运动的接触件11的外轮廓。

限制过压的部件2（优选构造为压敏电阻）根据示意图经由热触发机构4K热耦合到解锁和触发系统上。在此，无电流流经热触发元件4K。

热触发元件的构造由此可以完全自由选择用以优化响应特性并且由此实现良好的触发特性，更确切地说，通过相应地定位在压敏电阻2上和/或在热容和导热性方面确定热触发元件的材料的尺寸和选择热触发元件的材料。热触发元件4K可以作为独立部件来制造，其利用焊剂或热敏感的粘合剂牢固地固定在压敏电阻上。而另一方面，热触发机构本身也可以由在热作用下弹性形变的材料构成。

在大多数情况下，期望非常快且热敏感的触发特性。这通过如下方式实现：热触发机构直接与限制过压的部件最佳导热地连接或由热绝缘的包封材料制成，以便避免热损耗。避免至类似寄生热沉的能导热的连接。

由于在根据本发明的解决方案中监控回路

并不处于冲击电流路径S中，所以热监控装置的设计可以仅仅在限压器件的故障特征视角下来确定尺寸。

在超过所设定的临界温度时，撤销与限制过压的元件的热耦合。热触发机构借助弹簧力和解锁滑块4而运动离开，使得开关装置被激活。

通过所实现的监控路径

与工作和冲击电流回路S的分离，所使用的过压放电器的可能的过载故障可以提前被检测，并且在发生过压放电器的损毁尤其熔断并且出现电网引起的短路电流之前进行关断。

由于通过带有成型体的开关装置的构造获得的自灭弧能力也可以安全地关断较高的过载电流或故障电流。

提升的自灭弧能力通过上面已描述的不同结构元件来实现。

在根据图3a的闭合工作状态中，电流经由接触件10和11来引导，其中相应的接触部位K受弹簧预张紧。

随着开关装置激活，接触件运动远离彼此。随着到达位置B，已提及的分离元件6驶入电弧室7中。通过与此联系的冷却效应，电弧场强极大地升高。

通过从释放灭弧气体的绝缘材料中选择分离元件6的材料和形成电弧室的成型体3的材料，进一步提高了开关能力。由此，实现了电弧电压强烈地升高，使得可以消除极大的故障电流或短路电流，更确切地说即使在直流应用的情况下也能够实现。

电弧室7的封装在电弧影响下实现内压力提高，这还对开关能力有正面影响。

所实现的整个装置的高接触分离速度以及大接触间距（参见图3b）还改善了开关特性。

根据图4a、图4b和图5a和图5b的实施形式基于如下解决方案，其又借助于解锁滑块。

在该实施形式中，开关装置也处于成型体3内。根据图4a，分离元件6还处于通过机构4K保护的位置中。带有接触部件或接触件10和11的开关装置的断开状态在图4b中示出。

从图5a和图5b的组合视图可看到，分离元件6在热触发机构4激活之后如何进入接触件10与11之间，更确切地说在借助预张紧的弹簧61支持分离元件6的运动的情况下（参见图4b）。

从根据图5a和图5b的视图中也可看到，在此接触元件111集成到滑块或分离元件6中。这得到如下优点。首先，在接触部10与11之间的电弧燃烧持续时间缩短，因为在滑块驶入在接触元件10与11之间的间隔腔中之前没有形成开放的电弧。在与前面所述的实施例相比相同的结构大小的情况下，可以实现结构上更长的分离距离，即，该装置可以使用于更高的电压。最后，可以实现制造技术上简单的安装，其中接触元件111可以作为插入件定位在滑块中。在此不需要锥形接触元件的材料锁合的连接。

Claims (15)

1.过压保护装置，包括至少一个过压放电器和与所述过压放电器串联连接的、能热触发的开关装置，其中上述的机构形成一结构单元并且热触发机构布置在所述过压放电器在其过载时预期发热的区域中，其特征在于，热触发机构构造为不被工作电流或冲击电流流经的止档件，在热过载时该止档件激活开关装置的解锁装置，其中该开关装置具有提高的自灭弧能力。

2.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，止档件与所述过压放电器热和机械耦合并且阻断解锁滑块的运动路径。

3.根据权利要求1或2所述的过压保护装置，其特征在于，开关装置具有两个对置的、彼此嵌接的接触件，其中所述接触件中的至少一个实施为能运动并且沿着开关装置的断开方向受弹簧预张紧，此外开关装置的闭合状态通过解锁装置来保护并且能通过热触发机构来激活以断开开关装置。

4.根据权利要求3所述的过压保护装置，其特征在于，在开关装置断开情况下分离元件进入所述接触件形成的间隔腔中。

5.根据权利要求4所述的过压保护装置，其特征在于，分离元件受弹簧预张紧，以便在开关装置断开情况下快速且定向地进入间隔腔中。

6.根据权利要求3至5之一所述的过压保护装置，其特征在于，所述接触件的至少一个区段处于形成电弧室的成型体内，其中成型体具有突出部，所述突出部以偏离于能运动的所述接触件的运动方向的角度取向。

7.根据权利要求4和6所述过压保护装置，其特征在于，所述突出部具有用于容纳分离元件的空腔。

8.根据权利要求3至7之一所述的过压保护装置，其特征在于，开关装置的所述接触件的指向彼此的面具有一轮廓，以便增大电流传输面和减小接触电阻。

9.根据权利要求8所述的过压保护装置，其特征在于，所述面构造为锥形或反锥形。

10.根据权利要求2至9之一所述的过压保护装置，其特征在于，解锁滑块一方面靠置于止档件上而另一方面固定开关装置。

11.根据权利要求3和10所述的过压保护装置，其特征在于，解锁滑块具有鼻状区段，所述鼻状区段保护开关装置的被弹簧预张紧的接触件。

12.根据权利要求11所述的过压保护装置，其特征在于，在受解锁滑块的鼻状区段保护的、被弹簧预张紧的接触件的区域中固定有柔性电连接机构。

13.根据权利要求4至7之一所述的过压保护装置，其特征在于，成型体和/或分离元件由释放灭弧气体的材料构成。

14.根据权利要求6和7所述的过压保护装置，其特征在于，成型体、空腔和分离元件构造为使得在开关装置断开且分离元件进入间隔腔中时实现气密的密封。

15.根据权利要求3至14之一所述的过压保护装置，其特征在于，能运动的所述接触件的运动通过形成的电弧的压力作用来支持。

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