CN105556771B

CN105556771B - 具有老化探测器的火花放电装置及其方法

Info

Publication number: CN105556771B
Application number: CN201480045130.5A
Authority: CN
Inventors: 赖内·达诗; 托马斯·迈尔; 简-埃里克·西莫茨
Original assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Current assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: DE102013216960B4; DE102013216960A1; WO2015028436A1; CN105556771A

Abstract

本发明公开了一种具有老化探测器的火花放电装置及其方法，所述火花放电装置（FS）具有第一个放电电极（E1）和与之相间隔的第二个放电电极（E2），在所述两个放电电极之间，在达到一个特定的电压（Ubruch）时，就沿着所述第一个放电电极（E1）与所述第二个放电电极（E2）之间的相间放电间隙（ES）构成了电弧放电，所述放电间隙至少有部分被电绝缘物质（ISO）包围着，所述电绝缘物质（ISO）在至少一个位置上具有可导电的部段（A1，A2），所述可导电的部段（A1，A2）由于电弧放电的作用而受损，借助对电流的测量对所述可导电部段（A1，A2）的电阻或电容进行测量，就可测定所述火花放电装置（FS）的老化。

Description

具有老化探测器的火花放电装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种具有老化探测器的火花放电装置及其测量火花放电装置老化的方法。

背景技术

过电压保护器被安装用来保护电气设施，需要提前导出所述设施上的过电压状态，以便由此防止所述设施发生过电压事件。其中，过电压状态的概念非常宽泛，例如可涉及闪电事件，也可涉及由于电子设备等的通电而引起的过电压尖峰。例如使用火花放电装置、压敏电阻或抑制二极管作为过电压保护器。

过电压保护器、尤其是火花放电装置和压敏电阻在其应用过程中会承受逐渐的退化。其中，过电压保护器的额定参数也发生了改变。到一个特定的时间点，过电压保护器就退化到这样的程度，使得所述过电压保护器不再能够履行其目的。这种失效既可能发生在过电压状态的过程中，也可发生在电网运行的过程中，这对于原本要通过所述过电压保护器来加以保护的设施的安全性来说非常危险。

在火花放电装置中，在过电压状态的情况下，会在至少两个电极之间出现电弧。这种电弧一方面导致电极受损，而且还导致围绕在该电弧空隙周围的绝缘受到破坏。因此，所述装置的内部结构就随着每次的过电压事件发生改变。

因为电极以及绝缘的状态通常并不是可以直接看到的，就可尝试通过测试周期的测量暂时地计算出状态。为此，相应的火花放电装置必须从各个设施中移除出来，这要耗费大量的时间和成本。此外，测试周期也会导致退化。

已知的用于在安装状态下评估老化率的方法例如基于一种卡片式的磁敏物质，其例如直接被安装在电导体附近。在此要注意的是，闪电电流的电流强度要远远超过工作电流，因而会产生相应更高的磁场。这种更高的磁场持续地使得所述磁敏物质磁化。其中，所保存的磁化是所流过最高的冲击电流的计量单位。接着，可借助读取设备对这一所流过最高的冲击电流进行分析。

上述这种基于借助磁敏物质来保存导体周围的最大磁场强度的方法具有不少缺点。一方面，仅仅会对空间上有效存在的、可由于更多重叠的场而强烈改变、变弱或变强的场进行识别。另一方面，只有每次所出现的最大的磁化才可被辨识出来。

也就是说，在最大状态之前或之后的较小冲击的数量不可被辨识，尽管这些冲击可能已经极大地促进了退化。结果，对于过电压保护器的实际影响仍然是未知的。

另一些方法则借助不可逆计数器例如自一个重要参数起计算过电压事件的数量，接着显示出来。

这一方法尽管能够有限地推断得出关于实际所放出的电荷量，但并不知道对于过电压保护器的实际影响。

还有其他方法容许通过对于膨胀型物质的热作用来推断老化率。

所有这些方法的共同点是，它们仅能够非常间接地对效果进行识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设备，其容许以简单且成本不高的方法来精确地推断出过电压保护器的状态。

上述目的的解决方案根据本发明通过独立权利要求所述的特征得出。

本发明的有利设计由从属权利要求加以说明。

附图说明

下面参照附图借助优选的实施方式进一步阐述本发明。

其中：

图1为一种火花放电装置的示意性布置；

图2a为一种根据本发明的火花放电装置根据第一种实施方式处于第一种状态的示意性布置；

图2b为一种根据本发明的火花放电装置根据第一种实施方式处于第二种状态的示意性布置；

图3a为一种根据本发明的火花放电装置根据第二种实施方式处于第一种状态的示意性布置；

图3b为一种根据本发明的火花放电装置根据第二种实施方式处于第二种状态的示意性布置；

图4a为一种根据本发明的火花放电装置根据第三种实施方式处于第一种状态的示意性布置；以及

图4b为一种根据本发明的火花放电装置根据第三种实施方式处于第二种状态的示意性布置。

标注说明：

火花放电装置 FS；

放电间隙 ES；

第一个放电电极 E1；

第二个放电电极 E2；

电绝缘物质 ISO；

导电部段 A1，A2。

具体实施方式

图1示出了一种火花放电装置FS的示意性布置。该火花放电装置以其最常见的形式具有至少一个第一放电电极E1以及与之间隔的第二放电电极E2。在不限制本发明的工作方式的情况下，也可使用具有更多个电极或者说辅助电极的火花放电装置。但为了更好地理解本发明，这些电极并不是必要的，因此在下面并没有予以进一步的阐述。

在所述第一放电电极E1与所述第二放电电极E2之间，在达到特定的电压时，就构成所谓的断电电压Ubruch、电弧放电。其中，所述第一放电电极E1与所述第二放电电极E2之间间隔的放电间隙ES构成了这一电弧放电。为了保护周围的环境，所述放电间隙至少有部段被电绝缘物质ISO包围着。由此构成了电弧空隙。此外，这种绝缘物质可被这样设计，使得其有助于电弧放电的冷却或熄灭，例如通过所述电绝缘物质引起放气。提供这种特性的材料例如是（hartgasblasend）聚甲醛（POM）。也就是说，除了所不期望的退化以外，还可规定已考虑到了的并且因此更被期望的退化。在绝缘件的技术设置中，要这样考虑退化，使得要充分确保所述火花放电装置FS的功能，直到其使用寿命结束。在过去，这就导致，由于缺少对于所述火花放电装置FS内部状态的了解，绝缘物质ISO必须宁愿采用大尺寸。

如上所述，无论是所述电极，还是所述电弧空隙周围的绝缘在电弧影响下均要承受退化。

现为了能够辨识出所述火花放电装置的这种退化，根据本发明的火花放电装置具有老化探测器。

为此，如图2a、2b、3a、3b、4a和4b的示例性实施方式具有老化探测器。这一老化探测器是由此形成的，即：电绝缘物质ISO在至少一个位置上具有导电的部段A1（图2a和2b，图3a和3b）或者部段A1和A2（图4a和4b）。所述可导电的部段A1或所述可导电的部段A1和A2由于电弧放电的影响-在附图中示例性地通过所述放电电极E1和E2之间存在的闪电来表示-而受到破坏。这样一个过程示例性地在附图中予以了示出，其中，在图2a、3a、4a中分别示出了根据本发明的火花放电装置处于有效工作状态下，而图2b、3b和4b则示出了所述火花放电装置处于看起来继续使用已没有意义的退化状态下。如简单的对比所可以看出来的那样，在退化状态下，所述电绝缘物质ISO在放电间隙ES的区域内至少有部段被磨损。

但现可通过对导电部段A1或者导电部段A1和A2上的测量确定所述火花放电装置的老化。

为此，可使用不同的测量原理，下面将借助附图示范性地加以说明。

在图2a中，一种电导体作为导电部段A1被置入所述电绝缘物质ISO内。由于退化，所述电绝缘物质ISO被磨损。如果磨损量以致所置入的线路A1也一同受损，那么可通过简单的电阻测量或者说通量测试计算出老化率。相应的测量设备一方面可持续地设置，使得能够在任意时间点上、甚至可能由远程来计算出老化状态，但或者，所述相应的测量设备也可仅在需要的情况下被连接到所述导电部段A1上。

当然，也可有更多个部段设有置入的线路A1，以便能够在不同的位置上测定磨损量。这些线路例如可被串联起来，以便由此得出关于老化状态相关的一致结论，但或者也能够专门对单个或所有部段A1进行分析。

此外还可规定，多个部段以与所述放电间隙之间有不同距离的方式被布置在所述电绝缘物质ISO内，以便由此能够更好地确定退化的进程。如果例如使用两个线路，那么，例如更靠近所述火花放电装置的导电部段的中断就表示有必要立即更换，而比较远离所述火花放电装置的导电部段的中断就可表示有必要紧接着更换。其中，上述分析可以基于，例如通过各个线路的通路是单独测量的，但通过这两个导电部段的电阻或者电流通量是并行计算的。在这种情况下，在同样并联接通的线路中，线路的横切将会导致电流的减半或者说导致电阻的成倍。

在另一种实施方式中，可基于相同的测量原理，所述导电部段A1可例如由一种巨大的材料节段，如图3a和3b中由作为黑色长方块所示构成。

其中，在老化过程上要作为电阻测量来进行，因为随着磨损的增加，所述部段A1的电阻也会升高。也就是说，与图2a和2b的实施方式有所不同的是，可更加精确地测定老化。如果由此所能够实现的结论就已足够，当然也可实施一种简单的过程测量。

电阻的改变可通过不同的方式来侦测，从而能够得出与所述火花放电装置FS内的绝缘物质ISO内部状态相关的直接结论。例如可借助电阻-电流或者电压测量来进行上述分析。其中，测量可与所述火花放电装置FS的放电电极E1、E2相隔距离来进行。但替代方案是，也可接触所述火花放电装置FS的放电电极E1、E2，并且如上所述地被用于外部的分析。

此外，这一材料节段还可如图3a和3b中所示，直接被布置在所述电绝缘物质ISO的表面上，但或者与图2a和2b中相类似，所述相对应的部段A1也可嵌入所述电绝缘物质ISO内。

所述导电部段至少是一种金属导体，或者是可导电的聚合物或者可导电的陶瓷。可导电的聚合物例如包括聚-3、4-乙烯二氧噻吩、聚乙炔、聚苯胺、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩或其混合物或共聚物。

当然，也可有更多个导电部段被设置在电绝缘物质ISO内，以便能够在不同的位置上测定磨损量。这些线路例如可被串联起来，以便由此得出关于老化状态相关的一致结论，但或者也能够专门对单个或所有导电部段进行分析。

其中，所述可导电部分在所述电弧的等离子体的受影响区域内的嵌入和成型可采用这样的尺寸，使得能够有最优的显示并且所述火花放电装置FS的必要更换被及时侦测到。

所述导电部分A1在所述绝缘物质ISO内的嵌入可例如通过双组份注塑成型方法来实现。由此，可以简单且成本有利的方式获得所述火花放电装置FS的一种型态稳定的外壳件，所述导电部分A1可最佳地被布置在该外壳件内。这种制造方式非常有利，因为不需要任何其他的措施来进行后续的制成和固定。

然后，可在一种适合的探测方法中，使用上述的实施方式，在第一个步骤中测量所述导电部段A1上的导通。在最简单的情况下，导通或不导通作为老化的指标就已足够。

在一种普遍的能够精确地得出实际老化率结论的探测方法中，不仅测量导通，还测量出导通的电阻，并且，将由此算出的值与一个预先确定的参照值进行对比。所述导电部段A1的电阻越高，退化程度越高。

在本发明的另一种实施方式中，如图4a和4b中所示，设置至少两个导电部段A1、A2。其中，所述至少两个导电部段A1、A2被布置为彼此电绝缘。

其中，所述至少两个导电部段A1、A2中的第一个部段A1与所述至少两个导电部段A1、A2中的第二个部段A2被这样布置，使得所述放电间隙ES基本位于所述两个导电部段A1、A2之间。

在此，本发明利用了所述电绝缘物质ISO具有不同于1的相对电渗透率ε1。如果所述导电部段A1和A2被理解为是一个电容器的平板并且所述电绝缘物质ISO和所述放电间隙ES的相应部件被理解为是该电容器的绝缘材料，那么，所述电绝缘物质ISO的退化就导致电容的改变，可对这种变化相应地加以分析。也就是说，所述电容的下降现在就成为了老化的一个度量单位。

替代方案或补充方案是，所述导电部段A1和A2的磨损也可导致电容的改变，因为现在供以存储电荷量的面积缩小了。

其中，电容的测量可直接地或间接地、例如通过振荡电路的调谐来测定。

例如在一种适合的方法中，可例如借助上述的实施方式，在第一个步骤中，测量所述两个导电部段A1与A2之间的电容。然后，在下一个步骤中，所测得的电容又可与一个预先确定的参照值进行对比，以便测定老化。电容越小，退化程度越高。

在这种实施方式的一种有利的设计中，所述导电部段A1、A2被布置在所述电绝缘物质ISO的背向所述放电间隙ES的一侧上。这样尤其有利，因为即使是现有的火花放电装置也可很容易被改型。此外，安装在外侧对于下一步的措施非常有利，因为现不存在紧接着接触放电电极E1或E2的其中一个电极的风险。

在此要注意的是，所述绝缘物质ISO在所述火花放电装置FS内通常要经过最大程度的磨损。因此，要引用所述绝缘物质的磨损作为老化参数。

上述测量原理当然也可相互结合。因此，例如可通过适当的布线，来进行所述两个部段单独的、或者作为串联电路的、或者作为并联电路的电阻测量，并且在时间上独立开来，也可借助其他的测量布线进行电容测量。

通过上述发明内容，现就能够简单地并且成本不高地测定所述火花放电装置FS由内向外的老化过程。其中，本发明还容许实现非常小的结构尺寸，因为本发明可被集成进火花放电装置的传统制造流程中。

Claims

1.一种具有老化探测器的火花放电装置，其中，所述火花放电装置（FS）具有第一个放电电极（E1）和与之相间隔的第二个放电电极（E2），在所述两个放电电极之间，在达到一个特定的电压（Ubruch）时，就沿着所述第一个放电电极（E1）与所述第二个放电电极（E2）之间的间隔放电间隙（ES）构成了电弧放电，其中，所述放电间隙至少有部分被电绝缘物质（ISO）包围着，其特征在于，所述电绝缘物质（ISO）在至少一个位置上具有可导电的部段（A1，A2），其中，所述可导电的部段（A1，A2）由于电弧放电的作用而会受损，借助导通对所述可导电部段（A1，A2）电阻或电容的测量，就可测定所述火花放电装置（FS）的老化。

2.根据权利要求1所述的火花放电装置，其特征在于，所述导电部段（A1，A2）至少是一种金属导体。

3.根据上述权利要求中任一项所述的火花放电装置，其特征在于，所述导电部段（A1，A2）是一种可导电的聚合物或可导电的陶瓷。

4.根据权利要求3所述的火花放电装置，其特征在于，所述可导电的聚合物是从聚-3、4-乙烯二氧噻吩、聚乙炔、聚苯胺、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩或其混合物中所选出的。

5.根据上述权利要求中任一项所述的火花放电装置，其特征在于，所述导电部段（A1，A2）被嵌入所述电绝缘物质（ISO）内。

6.根据权利要求1至4所述的火花放电装置，其特征在于，所述导电部段（A1，A2）被布置在所述电绝缘物质（ISO）的背向所述放电间隙（ES）的侧面上。

7.根据上述权利要求中任一项所述的火花放电装置，其特征在于，所述设置的至少两个导电部段（A1，A2）被布置为相互之间电绝缘，其中，所述至少两个导电部段（A1，A2）中的第一个部段与所述至少两个导电部段（A1，A2）中的第二个部段被这样布置，使得所述放电间隙（ES）位于所述两个导电部段（A1，A2）之间。

8.一种测量火花放电装置的老化的方法，其中，所述火花放电装置（FS）具有第一个放电电极（E1）和与之相间隔的第二个放电电极（E2），在所述两个放电电极之间，在达到一个特定的电压（Ubruch）时，就沿着所述第一个放电电极（E1）与所述第二个放电电极（E2）之间的间隔放电间隙（ES）构成了电弧放电，所述放电间隙至少有部分被电绝缘物质（ISO）包围着，所述电绝缘物质（ISO）在至少一个位置上具有可导电的部段（A1，A2），其中，所述可导电的部段（A1，A2）由于电弧放电的作用而会受损，其特征在于，所述方法包括以下步骤：测量所述可导电部段（A1，A2）上的电阻，以便测定老化。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述测量所述可导电部段（A1，A2）上的电阻，并且将所测得的电阻与一个预先确定的参照值进行对比，以便测定老化。

10.一种测量火花放电装置的老化的方法，其中，所述火花放电装置（FS）具有第一个放电电极（E1）和与之相间隔的第二个放电电极（E2），在所述两个放电电极之间，在达到一个特定的电压（Ubruch）时，就沿着所述第一个放电电极（E1）与所述第二个放电电极（E2）之间的间隔放电间隙（ES）构成了电弧放电，所述放电间隙至少有部分被电绝缘物质（ISO）包围着，所述电绝缘物质（ISO）在至少两个位置上具有可导电的部段（A1，A2），所述导电部段至少在制造状态下与所述放电间隙没有任何接触，其中，所述导电部段（A1，A2）被布置为相互之间电绝缘，所述至少两个导电部段（A1，A2）中的第一个部段与所述至少两个导电部段（A1，A2）中的第二个部段被这样布置，使得所述放电间隙（ES）位于所述两个导电部段（A1，A2）之间，其中，所述导电部段（A1，A2）中的至少其中一个可由于电弧放电的影响而会受损，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

测量所述两个导电部段（A1，A2）之间的电容；

将所测得的电容与一个参照值进行对比，以便测定老化。