CN105552720B - 浪涌电压保护器 - Google Patents

Abstract

描述和示出了一种用在低压电网的供电装置中的浪涌电压保护器，具有金属壳体(2)、两个在轴向上相互对置的电极(3,4)、在该壳体(2)内部形成在这两个电极(3,4)之间的电弧引燃室(5)和具有至少一个电阻引燃件(6)和一个电压开关元件(7)的引燃辅助机构，其中该引燃件(6)与该电弧引燃室(5)相连并在一侧与该壳体(2)并在另一侧与第二电极(4)导电连接，其中该电压开关元件(7)在一侧与第一电极(3)并在另一侧与该壳体(2)导电连接，并且在这两个电极(3,4)之间形成火花间隙，从而在这两个电极(3,4)之间的火花间隙引燃时在该电弧引燃室(5)内出现电弧。在本发明的浪涌电压保护器中，如此进一步降低当浪涌电压保护器受损或过载时危害到浪涌电压保护器周围的危险，即该电压开关元件(7)在该金属壳体(2)内设置在该第一电极(3)和该壳体(2)之间，并且该电压开关元件(7)距该电弧引燃室(5)有距离。

Description

浪涌电压保护器

技术领域

本发明涉及用在低压电网的供电装置中的浪涌电压保护器，它具有金属壳体、两个轴向相互对置的电极、在该壳体内形成在两个电极之间的电弧引燃室和具有至少一个电阻引燃件和电压开关元件的引燃辅助机构，其中该引燃件与该电弧引燃室相连并且在一侧与该壳体并在另一侧与第二电极导电连接，并且该电压开关元件在一侧与第一电极并在另一侧与该壳体导电连接，在所述两个电极之间形成火花间隙，从而在两个电极之间的火花间隙引燃时在该电弧引燃室内出现电弧。

背景技术

在低压电网中，为了涌浪电压保护而通常采用基于火花间隙的浪涌电压保护器，即，在两个电极之间形成的火花间隙是其重要组成部分的浪涌电压保护器，其在一定高电压时作出响应，在这里，在两个电极之间的火花间隙引燃时出现电弧。因为带有火花间隙的浪涌电压保护器也被用于防雷击保护，故很高的且陡升的直到三位数千安范围的电流值可能流过该火花间隙。尤其是，作为防雷击保护器设置在中性导线N和电位补偿PE或PE导线之间的浪涌电压保护器此时必须具备高达100kA10/350μs的很高的冲击电流导电能力。

因为带有火花间隙的浪涌电压保护器作为导电体具有相对高的且也不是尤其恒定的响应电压，故通常采用辅助引燃机构来实现火花间隙引燃，辅助引燃机构具有至少一个引燃电极。引燃电极此时通过一个外电路与一个电位相连，该电位不同于在另外两个电极即主电极上所加的电位。引燃电极一般距离所述两个主电极之一很近地布置，在这里，因为如此实现的分隔间隙，故在电流流过之前首先必然出现在引燃电极和对应的主电极之间形成的引燃火花间隙的引燃，随后，因为在引燃火花间隙的引燃时出现等离子体，故出现了在两个主电极之间的主火花间隙的引燃。

由DE10338835A1公开了一种前述的浪涌电压保护器，其中，两个电极之间的距离被选择为如此大小，即电弧电压高于期望的电网电压。由此应防止出现电网续流。为了浪涌电压保护器的响应电压没有因火花间隙的两个电极之间相隔较远而过高，设有引燃辅助机构，可通过引燃辅助机构来调节浪涌电压保护器的期望的响应电压。

在DE10338835A1所公开的浪涌电压保护器中，引燃辅助机构具有电阻引燃件、电压开关元件和引燃电极。引燃电极和引燃件此时如此布置在金属壳体内，即它们与同轴包围它们的电弧引燃室相连。而电压开关元件设置在该壳体外，从而它不经受在火花间隙引燃时和在在电弧引燃室内出现电弧时所出现的高压高温。当出现高于电压开关元件的响应电压的高压时，首先有电流从浪涌电压保护器的第一接线端流过安置在金属壳体外的电压开关元件和金属壳体而流向引燃电极。因为该引燃电极通过电阻引燃件与对应的电极接触，故在引燃电极和对应的电极之间没有形成分隔间隙，电流从引燃电极经引燃件流向对应的主电极。

经过引燃件的电流流动此时造成在引燃件表面上的放电，结果，在与引燃件邻接的引燃区内产生电离化气体，该电离化气体随后在电弧引燃室内扩散。如果电弧引燃室填充有足够的电离化气体且由此在两个电极之间的击穿电压降低，则出现在两个电极之间的火花间隙的引燃。漏导走的冲击电流于是不再经过引燃辅助机构的元件而是经过在两个电极之间形成的电弧被导走。

在火花间隙引燃前持续的时间越长，就有越多的电流流过引燃辅助机构，结果，引燃辅助机构的元件且尤其是电压开关元件必须被设计成相应结实耐用以避免元件受损。为了在引燃辅助机构的元件过载时或者在在寿命快到时避免危害到浪涌电压保护器的周围环境且尤其是设于浪涌电压保护器附近的元器件，通常采用了断路装置。它们应该在浪涌电压保护器的元件且尤其是引燃辅助机构的元件受热太多且出现浪涌电压保护器燃烧之前适时关断该浪涌电压保护器。这些附加措施需要附加的结构空间并且牵扯到额外支出和进而还有附加成本。

发明内容

因此，本发明基于以下任务，如此改进前述的浪涌电压保护器，即，尽可能避免前述缺点。尤其还应该进一步降低当浪涌电压保护器或其元件受损或过载时浪涌电压保护器周围受到损害的危险。

为此，本发明提出一种用在低压电网的供电装置中的浪涌电压保护器，具有金属壳体、两个在轴向上相互对置的电极、在该壳体内部形成在这两个电极之间的电弧引燃室和具有至少一个电阻引燃件和一个电压开关元件的引燃辅助机构，其中该引燃件与该电弧引燃室相连并在一侧与该壳体导电连接并在另一侧与第二电极导电连接，其中该电压开关元件在一侧与第一电极导电连接并在另一侧与该壳体导电连接，并且在这两个电极之间形成火花间隙，从而当这两个电极之间的火花间隙引燃时在该电弧引燃室内出现电弧，其特征是，该电压开关元件在该金属壳体内设置在该第一电极和该壳体之间，并且该电压开关元件距该电弧引燃室有距离。

通过将电压开关元件布置在所述第一电极和壳体之间，首先做到了该电压开关元件被集成在浪涌电压保护器的壳体内。如果出现电压开关元件损坏如因为明显过载而燃烧，则如此阻止浪涌电压保护器环境受到损害，即该电压开关元件也设置在金属壳体内。通过距电弧引燃室有距离地布置该电压开关元件，电压开关元件没有直接接触电弧引燃室，这导致当在两个电极之间出现电弧时电压开关元件的热载降低。此外，作为电压开关元件，优选采用气体放电管(GDT)。但此外例如也可以采用气体放电管与变阻器的组合作为电压开关元件。

另外，通过将电压开关元件在金属壳体内设置在第一电极和该壳体之间，电压开关元件的电连接以及在电压开关元件和引燃件之间的导电连接的实现特别简单地通过该金属壳体来实现。另外，将电压开关元件集成到壳体中并且由此实现这些元件相互空间紧密布置导致了较小的感生电压成分。

即便原则上在电压开关元件和第一电极之间以及在电压开关元件和壳体之间还可以设有其它的导电元件时，该电压开关元件也有利地在第一侧直接与第一电极相连并且在另一侧直接与该金属壳体相连。对此最好规定，该电压开关元件的第一接线端接触第一电极，该电压开关元件的第二接线端接触该壳体。因为省掉了其它元件，故即便在浪涌电压保护器的紧凑结构情况下也简化了电压开关元件在该壳体内的布置。

根据本发明浪涌电压保护器的一个有利实施方式，至少该第一电极的纵截面近似呈T形构成，在这里，该电极具有设置在壳体内部的与另一电极对置的第一部分和从该壳体伸出的第二部分。在此，该第一部分具有比第二部分更大的横截面积，第二部分用作该电极的连接区。在这样的电极情况下，电压开关元件安置在第一部分的背对电弧引燃室的一侧，从而电压开关元件通过第一电极的较大的第一部分至少部分与电弧引燃室屏蔽隔开。从电弧引燃室角度看，电压开关元件因此在第一电极的第一部分后面。

如前所述，至少所述第一电极的纵截面近似呈T形构成。两个电极的纵截面最好近似呈T形且旋转对称地构成，在此，这两个电极的形状最好是相同的。由此，简化了浪涌电压保护器的结构和尤其是两个电极的制造。

根据本发明的另一个有利的实施方式，该引燃辅助机构还具有引燃电极，该引燃电极也像引燃件一样与电弧引燃室相连并且设置在引燃件的背对第二电极的一侧。在此，该引燃电极通过该金属壳体与该电压开关元件导电连接。在电压开关元件引燃时，首先有电流从第一电极经接通的电压开关元件、金属壳体、引燃电极和引燃件流向第二电极。该引燃电极此时用于使电流基本上只流过与电弧引燃室相邻接的引燃件表面而未经过整个引燃件。在此，电流因为至少与电弧引燃室相连的引燃表面的载流能力低而流过引燃件表面而导致了放电，这造成电弧引燃室的电离化。由此一来，两个电极之间的击穿电压被减小，结果，随即出现在两个电极之间的火花间隙的引燃。要漏走的冲击电流于是不再流过引燃辅助机构，而是流过出现在两个电极之间的电弧。

因为在本发明的浪涌电压保护器中该壳体由金属尤其是钢构成，故保证了通过该金属壳体没有出现两个电极之间的电连接。对此，在该壳体内最好设置一个柱形的绝缘体，它具有在壳体纵向上延伸的孔，这两个电极以其朝向电弧引燃室的端侧分别伸入该孔中。这两个电极此时通过构成电弧引燃室的径向边界的绝缘体的内部分相互间隔。

另外，在该绝缘体中形成用于引燃件和或许引燃电极的第一凹空部以及用于电压开关元件的第二凹空部。通过形成第一凹空部来保证所述引燃件和或许引燃电极一方面接触该金属壳体且另一方面与电弧引燃室相连。在浪涌电压保护器中，该电弧引燃室因此在轴向上由彼此对峙的电极并且在径向上由该绝缘体或者说在第一凹空部区域内由引燃件的端面和或许引燃电极的端面来界定。如此构成第二凹空部，即，该电压开关元件至少部分由该凹空部容纳或者伸入该凹空部中。由此一来，可以减小浪涌电压保护器的结构尺寸。

如上所述，根据本发明浪涌电压保护器的一个优选实施方式，两个电极的纵截面近似呈T形构成，在这里，两个电极分别具有两个部分，这两个部分具有不同的横截面积。此外，在电极的第一部分之间形成电弧引燃室，而第二部分作为接线端在端侧被引出该壳体。为了保证在从壳体引出的两个电极部分与金属壳体之间的长久可靠绝缘，至少该电极的第二部分分别被两侧敞开的绝缘套包围。这两个绝缘套此时匹配于电极的形状，因此，该绝缘套最好具有至少部分包围电极第一部分的扩展部段。

为了尽管有包围第一电极的绝缘套该电压开关元件还是导电接触该第一电极而有利地规定，包围第一电极的绝缘套具有相应的凹空部，从而当电压开关元件被置入该凹空部中时该电压开关元件导电接通第一电极且尤其是其第一部分。此时最好如此构成该绝缘套中的凹空部，即它与绝缘体内的第二凹空部一起作为用于电压开关元件的容座。该绝缘套最好如此构成，即它除了在凹空部区域外径向包围该电极。

为了简化本发明浪涌电压保护器的安装和制造，该壳体最好由多个部分构成，其中它具有柱形或罐形的第一壳体部分和至少一个最好与第一壳体部分螺纹连接的壳盖。如果第一壳体部分呈罐状构成，则该壳体只具有一个壳盖，该壳盖最好有外螺纹，该壳盖可借助该外螺纹被拧入罐状第一壳体部分的对应的内螺纹中。但尤其优选的是，该壳体具有柱形的第一壳体部分和两个壳盖，这两个壳盖在两个对置敞开端侧被拧入柱形壳体部分中。由此一来，浪涌电压保护器的安装得以进一步简化并且浪涌电压保护器的其余零件的或许出现的加工误差可得到补偿，在这里保证得到该电压开关元件与第一电极以及与该壳体的良好而持久的电连接。

因为在本发明的浪涌电压保护器中该壳体由金属构成并且在电压开关元件接通之后有意地首先使电流从电压开关元件经该壳体流向引燃件，故该浪涌电压保护器或金属壳体还是被由非传导性材料尤其是塑料构成的外壳包围。该外壳此时可以根据应用场合的不同只容纳一个浪涌电压保护器或者多个浪涌电压保护器。

附图说明

现在，具体存在可以实施并改进本发明浪涌电压保护器的许多可能性。对此，可参照以下结合附图对优选实施例的说明，附图示出：

图1是本发明的浪涌电压保护器的纵剖视图，和

图2是根据图1的浪涌电压保护器的分解视图。

具体实施方式

这两幅图示出本发明的浪涌电压保护器1的优选实施例，其中，在图1中示出组装好的浪涌电压保护器1的纵剖视图，在图2中示出浪涌电压保护器1的分解视图。本发明的浪涌电压保护器1尤其设置用在中性导线N和电位补偿PE之间，因此，浪涌电压保护器1具有高达100kA10/350μs的冲击电流漏电能力。另外，能可靠消除达到约100A的电网续流。

浪涌电压保护器1具有柱形的壳体2，其由金属最好是是钢构成。壳体2在此由多个部分构成，即具有柱形的第一壳体部分2a和两个壳盖2b、2c，这两个壳盖在柱形第一壳体部分2a的两个对置的敞开端侧处被旋拧入该第一壳体部分中。由此一来，提供一种耐压的且同时结构很紧凑的壳体2。除了所示的由三个部分构成的壳体外，该壳体也可以只由两个部分构成，即罐状的第一壳体部分和一个壳盖。相比于所示的由三个部分构成的包括两个壳盖2b、2c的壳体2，壳盖2c与第一壳体部分成一体构成。在壳体2内部，设置两个轴向对置的电极3、4，所述电极以其相互对置的端面来轴向界定形成在壳体2中的电弧引燃室5，从而在这两个电极3和4之间形成火花间隙。

两个电极3、4的相互距离和进而电弧引燃室5的在壳体2纵向上的延伸尺寸在所示的浪涌电压保护器1中不大于1mm，最好约为0.8mm。

在所示出的浪涌电压保护器1的优选实施例中，这两个电极3、4的纵截面近似呈T形构成，如图1所示。这两个电极3、4在此具有设于壳体2内部的第一部分3a、4a和从壳体2伸出的第二部分3b、4b，其中在第一部分3a、4a之间形成电弧引燃室5，并且第二部分3b、4b作为接线端在壳体2的相应端面上或通过壳盖2b、2c内的相应开口伸出该壳体2。电极3、4的内侧第一部分3a、4a具有比第二部分3b、4b更大的横截面积即较大的直径，在这里，第一部分3a、4a的直径从第二部分3b、4b起朝向壳体中心甚至还略微扩大，即，第一部分3a、4a略微呈圆锥形构成。但也可放弃在所示的实施例中所述第一部分3a、4a呈圆锥形的结构。

为了引燃在两个电极3、4之间形成的火花间隙，设有引燃辅助机构，根据本实施例，电阻引燃件6、电压开关元件7和引燃电极8属于引燃辅助机构。引燃辅助机构的所有元件此时设置在金属壳体2内，其中最好是气体放电管的电压开关元件7以其第一接线端7a导电接触第一电极3并以其第二部分7b导电接触壳体2且尤其是壳盖2b。此时，电压开关元件7安置在第一电极3第一部分3a的背对电弧引燃室5的一侧，从而该电压开关元件7在径向和轴向上都距电弧引燃室5有一段距离并且通过第一电极3的第一部分3a与电弧引燃室5屏蔽隔开。从电弧引燃室5角度看，电压开关元件7因此布置在第一电极3或第一电极3的第一部分3a后面。

尤其如图1所示，两个电极3、4在所示实施例中不仅由具有不同直径的两个部分构成，也由相互牢固连接的两个部分构成。通过由两个部分构成所述电极3、4而存在以下可能，针对电极3、4的两个部分采用不同的材料。与电弧引燃室5紧邻的且与电弧引燃室5接触的第一部分31、41此时最好可以由钨或复合材料例如钨铜合金构成，另一第二32、42例如由黄铜构成。第二部分32、42此时用于保持第一部分31、41，在第一部分之间在火花间隙引燃时出现电弧。但原则上本发明的浪涌电压保护器1的电极3、4也可以只由一个部分构成。

为了保证两个电极3、4之间的充分绝缘，在浪涌电压保护器1的壳体2内设置柱形的绝缘体9。绝缘体9首先具有在壳体2纵向上延伸的孔10，两个电极3、4部分伸入该孔中。绝缘体9还具有条状的内侧部分11和套筒状的外侧部分12，外侧部分在壳体2的纵向上具有比内侧部分11明显更大的延伸尺寸。

在绝缘体9内形成第一凹空部13，引燃件6和引燃电极8一方面通过第一凹空部导电接触该金属壳体2并且另一方面与电弧引燃室5接触。因此，电弧引燃室5除了在凹空部13区域内外在径向上由绝缘体9的内侧部分11界定，并且在凹空部13的区域内由引燃件6的端面和引燃电极8的端面界定。此外，凹空部13的在朝向壳体2的一侧的尺寸可以大于朝向电弧引燃室5一侧的尺寸，从而通过绝缘体9的内侧部分11对电弧引燃室5的径向界定仅在小区域内被中断。

除了第一凹空部13外，绝缘体9还具有第二凹空部14，第二凹空部设置在套筒形的外侧部分12中并且电压开关元件7部分伸入其中。由此实现了该电压开关元件7能在背对电弧引燃室5的一侧导电接触第一电极3的第一部分3a，即便绝缘体的外侧部分12如图1所示在凹空部14外延伸超出第一电极3的第一部分3a。

除了绝缘体9外，还设有两个两侧敞开的分别包围一个电极3、4的绝缘套。绝缘套15、16此时匹配于电极3、4的形状，在这里，包围第一电极3的尤其如图2所示的绝缘套15具有凹空部17，电压开关元件7的第一接线端7a可以在第一部分3a的背对电弧引燃室5的一侧通过该凹空部导电接触第一电极3。包围第二电极4的绝缘套16在其朝向电弧引燃室5的一侧具有凸缘18，该凸缘在轴向和径向上略微突出并且在浪涌电压保护器1的安装状态下在绝缘体9的外侧部分12区域内插入第一凹空部13中。由此，在绝缘体9的外侧部分12中的凹空部13除了以下区域外都是封闭的，在该区域中安置引燃件6和引燃电极8。

因此，绝缘体9和绝缘套15、16共同用于这两个电极3、4相对于金属壳体2被充分绝缘，但在这里，能够实现在电压开关元件7的第一部分7a和第一电极3之间以及在电压开关元件7的第二部分7b和壳体2之间的有意的电连接。如图1所示，如此选择绝缘体9和绝缘套15、16的尺寸，即绝缘体9的外侧部分12和该绝缘套15、16可以在浪涌电压保护器1的纵向重叠，从而实现大的气隙和爬电间隙。另外，通过绝缘体9和绝缘罩15、16的设计，可以实现浪涌电压保护器1的简单安装。

Claims (12)

1.一种用在低压电网的供电装置中的浪涌电压保护器，具有金属壳体(2)、两个在轴向上相互对置的电极(3,4)、在该金属壳体(2)内部形成在这两个电极(3,4)之间的电弧引燃室(5)和具有至少一个电阻引燃件(6)和一个电压开关元件(7)的引燃辅助机构，其中该电阻引燃件(6)与该电弧引燃室(5)相连并在一侧与该金属壳体(2)导电连接并在另一侧与第二电极(4)导电连接，其中该电压开关元件(7)在一侧与第一电极(3)导电连接并在另一侧与该金属壳体(2)导电连接，并且在这两个电极(3,4)之间形成火花间隙，从而当这两个电极(3,4)之间的火花间隙引燃时在该电弧引燃室(5)内出现电弧，其特征是，该电压开关元件(7)在该金属壳体(2)内设置在该第一电极(3)和该金属壳体(2)之间，并且该电压开关元件(7)距该电弧引燃室(5)有距离，其中，该电压开关元件(7)的第一接线端(7a)接触该第一电极(3)，该电压开关元件(7)的第二接线端(7b)接触该金属壳体(2)。

2.根据权利要求1所述的浪涌电压保护器，其特征是，至少该第一电极(3)的纵截面近似呈T形构成并且具有设置在该金属壳体(2)内部的第一部分(3a)和从该金属壳体(2)伸出的第二部分(3b)，其中该第一部分(3a)具有比该第二部分(3b)更大的横截面积，并且该电压开关元件(7)设置在该第一部分(3a)的背对该电弧引燃室(5)的一侧。

3.根据权利要求1或2所述的浪涌电压保护器，其特征是，该引燃辅助机构具有引燃电极(8)，其中该引燃电极(8)与该电弧引燃室(5)相连接并且设置在该电阻引燃件(6)的背对该第二电极(4)的一侧并且通过该金属壳体(2)与该电压开关元件(7)导电连接。

4.根据权利要求1或2所述的浪涌电压保护器，其特征是，在该金属壳体(2)内设有柱形绝缘体(9)，该绝缘体具有在该金属壳体(2)的纵向上延伸的孔(10)，两个电极(3,4)以其朝向该电弧引燃室(5)的端面分别突入该孔中。

5.根据权利要求4所述的浪涌电压保护器，其特征是，在该绝缘体(9)内形成用于该电阻引燃件(6)的第一凹空部(13)和用于该电压开关元件(7)的第二凹空部(14)。

6.根据权利要求5所述的浪涌电压保护器，其特征是，该引燃辅助机构具有引燃电极(8)，其中该引燃电极(8)与该电弧引燃室(5)相连接并且设置在该电阻引燃件(6)的背对该第二电极(4)的一侧并且通过该金属壳体(2)与该电压开关元件(7)导电连接，在该绝缘体(9)的第一凹空部(13)内，除了该电阻引燃件(6)外也设置该引燃电极(8)。

7.根据权利要求4所述的浪涌电压保护器，其特征是，这两个电极(3,4)分别具有第一部分(3a,4a)和第二部分(3b,4b)，其中在所述第一部分(3a,4a)之间形成该电弧引燃室，并且所述第二部分(3b,4b)作为接线端在该端面处伸出该金属壳体(2)。

8.根据权利要求7所述的浪涌电压保护器，其特征是，这些电极(3,4)分别被两侧敞开的绝缘套(15,16)包围，通过该绝缘套，这些电极(3,4)相对于该金属壳体(2)被绝缘。

9.根据权利要求8所述的浪涌电压保护器，其特征是，包围该第一电极(3)的绝缘套(15)具有凹空部(17)，该电压开关元件(7)的第一接线端(7a)通过凹空部(17)接触该第一电极(3)。

10.根据权利要求8所述的浪涌电压保护器，其特征是，包围该第二电极(4)的绝缘套(16)在其朝向该电弧引燃室(5)的一侧具有在轴向和径向上突出的凸缘(18)，所述凸缘突入在该绝缘体(9)内的第一凹空部(13)中。

11.根据权利要求1或2所述的浪涌电压保护器，其特征是，该金属壳体(2)由多个部分构成。

12.根据权利要求11所述的浪涌电压保护器，其特征是，该金属壳体(2)具有柱形的或罐形的第一壳体部分(2a)和至少一个壳盖(2b,2c)，其中这些单独的壳体部分(2a,2b,2c)相互螺纹连接。