CN104283186B - 一种防止瞬态电气过电压的保护装置 - Google Patents

Abstract

一种防止瞬态电气过电压的保护装置(1)，包括两个电压‑限定无源组件、切断器，所述切断器对于这些元件的状态敏感，并且适于从每个在生命期内的元件(3a、3b)的末端处单独断开，所述组件被并联地连接到所述装置的第一接线端子和第二接线端子之间。所述装置其特征在于所述第一组件的参考电压低于所述第二组件的参考电压。

Description

一种防止瞬态电气过电压的保护装置

技术领域

本发明涉及一种防止瞬态电气过电压的保护装置。

背景技术

所述装置通常来说连接在要被保护的导体和另一个要被保护的或者接地的导体之间。流过所述装置的电流几乎是零直到其接线端子上施加的电压超过阀值或者参考电压。

超过所述阀值，为了限制施加在所述导体上的过电压，有电流流过所述装置。所述电流向地放电。

从文件EP 07 16 493可知包括两个电压-限定无源组件的装置的使用，所述元件并联插入到所述装置的接线端子之间。

所述装置仅需要一个运行组件来运行。显示元件报告所述运行组件的数目。因此，当所述两个运行组件中的一个寿命终结并且终止运行时，由于第二个组件的存在，所述装置仍然有效。

包括有损坏组件的所述装置必须被替换，但是在组件运行终止和所述装置的替换之间的时间间隔内所述装置仍然有效。

所述配置大大地减小了所述装置故障的风险。但是，根据现有技术，所述装置的两个组件大体上相同。

因此，每个组件的分流大体上相同：要考虑所述两个组件同时失效的风险。实际上，如果所述两个组件损坏，所述装置不再运行并且不再起到其防止过压力的保护作用。

此外，在组件的运行终止后，使用者不必要立即介入组件运行终止的检测和所述装置的替换。

发明内容

本发明目的在于解决所有或者某些上述缺点。

在本文中，动词“结合”、“连接”、“联结”、“供电”、“联合”以及它们的派生词指的是两个不同组件之间的电气连接。

为此，本发明涉及一种防止瞬态电气过电压的保护装置，包括两个电压-限定无源组件，切断器对于这些组件的状态较敏感并且适合于从每个在生命期内的组件的末端处单独地断开，所述组件并联地连接在所述装置的第一接线端子和第二接线端子之间。

所述装置其特征在于，第一组件的参考电压低于第二组件的参考电压并且其中所述参考电压的比值低于2。

根据本发明的一个方面，所述参考电压的比值高于1.2。根据本发明的另一个方面，所述参考电压的比值高于1.4。根据本发明的一个方面，所述参考电压的比值低于1.6。

根据本发明的配置，第一组件的参考电压低于触发阀值或者第二组件的参考电压。所述装置的特征在于最大稳态电压低于或者等于第一组件的参考电压。

同时允许所述参考电压大约为1.5的比值：

-当所述两个组件被连接时保护第二组件，并且

-当第一组件被断开时具有足够低的参考电压值的第二组件对所述装置起到防止过电压的有效保护作用。

因此，当施加到所述装置的接线端子的电压值的范围在所述参考电压值之间时，电流的主要部分在包括第一组件的分支上流动，同时电流的小部分流过包括第二组件的分支。根据实施的例子，对于大约为1.5的所述参考电压的比值；电流在包括第一组件的分支和包括第二组件的分支之间的分配大约是90％和10％。

只要第一组件运行的话，第二组件的分流就较小。第一组件运行终止时第二组件的耗损是有限的。

然而，第二组件保持有效，并且履行其防止电气过电压的保护作用。

因此，在第一组件运行终止后，使用者有随后的时间间隔去替换所述装置。

根据本发明的一个方面，至少所述电压-限定组件中的一个是变阻器。

考虑流过所述变阻器的电流和施加到所述变阻器接线端子的电压之间的关系，所述触发阀值划定两个运行模式。

首先，当所述电压低于所述触发阀值或者最大稳态电压时，所述电流几乎是零：我们称其为漏电电流。其次，当所述电压高于所述触发阀值时，所述电流是所述电压的函数，所述函数递增并且大体上是仿射的。

根据本发明的一方面，第一组件是变阻器，该变阻器根据随其接线端子之间的电压的流过它的电流强度的第一特性来确定，而第二组件是变阻器，该变阻器是根据其接线端子之间的电压而流过它的电流强度的第二特性来确定。

考虑流过每个变阻器的电流和施加到所述变阻器接线端子上的电压之间的关系，可区分两个运行模式。首先，当所述电压低于所述触发阀值或者第一变阻器的参考电压时，所述电流几乎是零：我们称其为漏电电流。其次，当所述电压高于第一变阻器的触发阀值时，所述电流是所述电压的函数，所述函数递增并且大体上对于所述第一变阻器是仿射的。

流过第一组件的所述电流强度也高于流过第二组件的所述电流强度。

根据本发明的一个方面，所述组件的故障检测器和所述切断器相关联。

当故障被故障检测器发现时，所述切断器被设置为中断所述组件中的一个或者另一个中的电流。

分流超过某一数量，所述组件性能恶化。

根据本发明的一个方面，所述切断器为热切断器。

组件性能下降的表现是温度的升高，这可能会与电压低于触发阈值时显著的漏电电流相关联。

根据本发明的一个方面，所述切断器与显示元件相关联，所述显示元件被设置为指示在至少一个所述装置的分支上的电流中断，所述至少一个分支包括电压-限定无源组件中的一个。

根据第一种可能性，由所述切断器造成的电流的中断是可逆的。该配置允许，例如，断开包括由于大的分流而有反常变热的组件的分支。

优选地，组件的重置或者重新连接可以通过焊接实现，所述焊接已经由所述切断器在所述组件中的电流中断期间被解开。

根据第二种可能性，一个组件的所述切断器包括被设置为由于过热和/或者长时间的过载电流而断开的双金属器件。

所述双金属器件被设置为当所述组件返回正常温度时自动重连接。

根据第三种可能性，切断器造成的电流的中断是不可逆的。

所述分支中的一个分支的电流中断意为包括在该分支中的组件运行的终止。

根据本发明的一个方面，所述显示元件被设置为指示在所述装置的两个组件中的电流的中断。

所述两个组件中的一个组件的运行终止是一个指示，该指示提示以相同类型的新装置替换所述设备促的。然而，所述装置仍然是起作用的。

根据本发明的一个方面，所述显示元件被设置为指示出包括电压-限定无源组件的两个分支中的电流中断。

优选地，所述显示元件包括可视指示器。

根据本发明的一个方面，所述切断器与远程告警单元相关联，所述单元被设置为指示包括电压-限定无源组件的两个分支中的至少一个分支中的电流的中断。

所述远程告警单元被设置为根据有线和/或者无线通讯协议向远程接收装置发送指示运行的单元数目的消息。

根据本发明的一个方面，所述装置进一步包括用于调节第一和第二分支之间的电流不平衡的装置，所述第一分支包括第一电压-限制无源组件，所述第二分支包括第二电压-限制无源组件，所述第一和第二分支并联地连接在所述装置的第一和第二接线端子之间。

根据本发明的一个方面，用于调节所述不平衡的装置包括至少一个电阻元件，所述电阻元件设置在所述装置的一个分支上，所述分支在第一接线端子和第二接线端子之间。

根据本发明的一个方面，所述装置进一步包括连接在所述装置的第一接线端子和第二接线端子之间的电容器。

所述电容器被设置为在无源组件断开时，限制在所述无源组件的切断器上形成电弧的风险。

根据本发明的另一方面，所述装置进一步包括两个电容器，每个电容器被连接到与切断器并联的分支上。

附图说明

总之，通过参照附图的下面的描述，本发明将被更好地理解，所述附图通过非限制性例子展示了所述装置的一个实施例。

图1是根据第一实施例，包括两个电压-限定无源组件的所述装置的电气图。

图2是根据第一实施例，包括止动组件的所述装置的电气图。

图3是根据第一实施例，包括两个止动组件的电气图。

图4是根据第一实施例，依所述设备的两个组件的电压而定的电流强度的特征的示意图。

图5是根据第二实施例，包括电阻型附加无源组件的装置的电气图。

图6是根据第三实施例，包括电容器的装置的电气图。

图7是根据第四实施例，包括电容器的装置的电气图。

具体实施方式

如图1所示并根据第一实施例，防止瞬态电气过电压的保护装置1包括两个电压-限定无源组件。

根据第一实施例，所述无源组件是变阻器3a、3b，所述变阻器并联插入在所述装置1的第一接线端子5和第二接线端子7之间。

每个分支9a、9b包括变阻器3a、3b。电流的切断器被串联连接在每个分支上，每个切断器被设置来断开分支9a、9b。

故障检测与用于控制所述对应分支9a、9b断开的所述切断器相关联。

根据第一实施例，所述切断器是热切断器11a、11b。所述故障检测器包含与变阻器3a、3b一起的各自的触点13a、13b。所述故障检测器被设置为对变阻器3a、3b的温度起反应。

根据第一实施例的可替代选择，所述切断器也可以是熔断器或设置有双金属器件的切断装置。

所述热切断器11a、11b默认情况下处于闭合位置，并且在变阻器3a、3b的温度超过限制值时断开。所述断开是否是不可改变的取决于所选择的技术。

变阻器3a、3b的温度增加与其性能的下降有关。当达到温度限制值时，变阻器3a、3b不再起作用。

如图4所示，第一变阻器3a和第二变阻器3b具有各自不同的电压-强度特性C1、C2。

第一变阻器3a的参考电压Uref1低于第二变阻器3b的参考电压Uref2：所述两个参考电压的差距是Delta Uref＝Uref2-Uref1。

在图表I的第一部分，电压U(V)低于参考电压Uref1并且特性C1和C2具有大体上为零的电流强度i(A)。

在图表II的第二部分，电压U(V)高于参考电压Uref1，特性C1具有随电压U(V)的大体上的仿射函数而定的递增的电流强度i(A)。同样地，特性C2具有随来自等于Uref2的电压值U(V)的电压U(V)大体上的仿射函数而定的递增电流强度i(A)。

在图表II的第二部分，特性C1和C2具有随着电流强度增加的差距，特性C2具有高于特性C1的电压。

如图1到图3所示，根据与图1、2和3相对应的时间次序，所述装置1具有多个运行序列。

图1展示了包括有适合运行的两个变阻器装置3a、3b，因为热切断器11a、11b闭合。所述显示元件报告了该情况。根据第一实施例，所述显示元件包括两个绿色的可视指示器。

当所述装置1承受电压值范围在Uref1和Uref2之间的过电压时，电流基本上通过包括第一变阻器3a的分支流过所述装置。

实际上，如图4所示，对于电压范围在Uref1和Uref2之间，特性C2的电流强度与特性C1的电流强度相比是可忽略的。

同样地，对于高于Uref2的电压，流过第一变阻器3a的所述电流强度高于流过第二变阻器3b的第二电流强度。

因此，第一变阻器3a的分流高于第二变阻器3b的分流。一般来说，第一变阻器3a分流90％，而第二变阻器3b分流10％。

图2展示了包括不能运行(inable to function)的第一变阻器3a的装置1因为所述热切断器11a被断开。所述第二变阻器3b能够运行。所述显示元件报告了该情况。根据第一实施例，所述显示元件是两个可视指示器，对应于第一变阻器3a的状态的第一指示器是红色的，对应于第二变阻器3b的状态的第二指示器是绿色的。

根据第一实施例，所述装置也设置有所述运行组件数目的远程告警单元。

所述远程告警单元被设置为根据有线和/或者无线通讯协议向远程接收装置发送指示运行的单元数目的消息。

图2展示了跟随图1中示出的第一运行序列的第二运行序列。如果过电压大于Uref2，第一变阻器3a从电路中断开并且仅第二变阻器3b能够流过电流。

所述红色可视指示器和绿色可视指示器给使用者传递信号，所述装置1必须被新的相似的装置替换，所述新的装置包括适于流过电流的两个变阻器。在这种情况下，所述新的装置根据所述第一序列运行，如图1所示。

如果所述装置1没有被替换，第二变阻器3b有可能出现故障。

图3展示了如图2所示的第二运行序列之后的第三运行序列。所述装置1包括不能运行(inable to function)的两个变阻器3a、3b。在这种情况下，所述两个可视指示器是红色的，传递两个变阻器3a、3b都故障和所述装置不运行的信号。

第二变阻器3b在第一运行序列期间由于和第一变阻器3a相比过大而较少分流。在所述装置1从第二序列到第三序列之前，第二变阻器3b上故障的发现给使用者留下了足够长的时间去替换所述装置1。

图5示出了第二实施例，其中电阻器R1被连接到电路的第一支路9A上，并且第二电阻器R2被连接到电路的第二支路9b上。

所述电阻器R1和R2的值被确定为允许所述分支不平衡的精确调节。对于每个分支，所述调节在于获得依赖施加到第一接线端子5和第二接线端子7之间的电压的流过每个分支的电流强度的特性。因此，所述电阻器R1和R2添加到所述装置上允许调节图4所示的曲线C1和C2，新获得的曲线(未示出)每个描绘了分支9a、9b的特性。

图6示出了第三实施例，其中电容器15被并联插入到第一接线端子5和第二接线端子7之间的第一分支9a和第二分支9b上。

电容15添加到电路中，具有限制在其断开时在热切断器11a、11b上形成电弧的作用。

图7示出了第四实施例，其中每个分支9a、9b包括电容器17a、17b，所述电容器与所述分支9a、9b的热切断器11a、11b并联地连接。

就如同对于第三实施例，电容器17a、17b的存在具有限制在其断开时在热切断器11a、11b上形成电弧的作用

不言而喻本发明没有限制在上面作为例子所描述的所述装置的单独实施例上，而是包括所有可替代实施例。

Claims (10)

1.一种防止瞬态电气过电压的保护装置(1)，包括两个电压-限定无源组件(3a，3b)、切断器(11a、11b)，所述切断器对于这些组件(3a，3b)的状态敏感，并且适于从每个在生命期内的组件(3a、3b)的末端处单独断开，所述组件被并联地连接到所述装置的第一接线端子和第二接线端子之间，其特征在于，第一组件(3a)的参考电压Uref1低于第二组件(3b)的参考电压Uref2并且其中参考电压的比值Uref2/Uref1低于2。

2.根据权利要求1所述的装置，其中参考电压的比值Uref2/Uref1高于1.2。

3.根据权利要求2所述的装置，其中参考电压的比值Uref2/Uref1高于1.4。

4.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述电压-限定无源组件中的至少一个组件是变阻器(3a)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(1)，其中所述切断器与显示元件相关联，所述显示元件被设置为指示在所述装置(1)的至少一个分支(9a，9b)中的电流中断，所述至少一个分支(9a，9b)包括电压-限定无源组件中的一个。

6.根据权利要求5所述的装置(1)，其中所述显示元件被设置为指示在所述装置包括所述电压-限定无源组件的两个分支(9a，9b)中的电流的中断。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(1)，其中所述切断器与远程告警单元相关联，所述单元被设置为指示包括电压-限定无源组件的两个分支(9a，9b)中的至少一个分支中的电流的中断。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(1)，进一步包括用于调节第一分支(9a)和第二分支(9b)之间的电流不平衡的装置，所述第一分支(9a)包括第一电压-限定无源组件，并且所述第二分支(9b)包括第二电压-限定无源组件，所述第一和第二分支并联地连接在所述装置(1)的第一(5)和第二接线端子(7)之间。

9.根据权利要求8所述的装置(1)，其中用于调节所述不平衡的装置包括至少一个电阻元件，所述电阻元件设置在所述装置的分支(9a，9b)中的至少一个上，所述分支(9a，9b)在所述装置(1)的第一接线端子(5)和第二接线端子(7)之间。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(1),进一步包括连接在所述装置的第一接线端子(5)和第二接线端子(7)之间的电容器。