CN105981251B - 一种带漏电流切断的过电压保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带漏电流切断的过电压保护装置，具有第一电流支路（I1）和第二电流支路（I2）的并联电路，所述第一电流支路（I1）具有串联的开关元件（S）和第一非线性电阻元件（Rvar,1），所述第二电流支路（I2）具有串联的带信号输出特性的熔断器元件（F）和第二非线性电阻元件（Rvar,2）以及一个复合电阻（Z），所述开关元件（S）被熔断器元件（F）的信号输出控制进行断路切换。

Description

一种带漏电流切断的过电压保护装置
技术领域
本发明涉及一种带漏电流切断的过电压保护装置。
背景技术
最广泛类型的过电压保护装置由于老化和/或在指定操作电压以外操作都具有不受欢迎的漏电流。
这些漏电流一方面导致更高的能量成本，而另一方面，这些漏电流也导致相关过电压保护装置发热。这种发热可以非常密集，以致于可能导致过电压保护装置本身及周边元件的进一步损坏或破坏，甚至引发火灾。
为了解决这些负面效应，过去已提出了各种构造，利用此类构造，出故障的过电压保护装置可以从供电网络断开，以防止过电压保护装置产生不可接受的发热或破坏。
已知措施的一个例子是提供一种热可熔融性连接，例如一种焊点，其在达到熔融温度时，断开与过电压保护装置的连接。
其它措施提供使用并联电路，使漏电流被引导通过一个含有至少一个寄生电感的路径，而过电压事件通过与其平行的充满气体的电涌放电器进行。
尽管可以成功地使用这些措施，但它们都不能覆盖过电压保护装置及其用途的整个范围。
特别是对直流网络，也称为DC网络来说，如太阳能系统中，以及在非常高输出交流网络，也被称为AC网络中的那些，断开能力代表主要障碍。
虽然确实存在适用于低DC电流（即，熔断器的额定电流）的适当分离元件（如，熔断器），其即使在电流支路中存在预期高短路电流的情况下也能够切断电流的流动，但实现这种开关通断能力涉及到的费用随电流（熔断器的额定电流）升高而急剧上升。同技术挑战一起，该费用也是成本驱动器，使得相应的跳闸装置整体上非常昂贵。
同时，与电涌放电器串联设置的熔断器必须能够承载在正常操作期间流过电涌放电器的（脉冲）电流。
发明内容
本发明的目的是提供一种带漏电流切断的过电压保护装置，其可以为高电流和DC网络提供可靠中断。
该目的是通过一种带漏电流切断的过电压保护装置实现的，该装置具有第一电流支路和第二电流支路的并联电路，第一电流支路具有开关元件和第一非线性电阻元件，第二电流支路具有带信号输出特性的熔断器元件和第二非线性电阻元件以及复合电阻，开关元件被熔断器元件的信号输出控制进行断路切换。
优选的改进形式也是从属权利要求的主题。
在下文中，在优选实施例的基础上，参考所附附图对本发明进行更详细地说明。
附图说明
图1示出了本发明实施例的示例性示意图。
附图标记列表
第一电流支路 I1；
第二电流支路 I2；
开关元件 S；
非线性电阻元件 Rvar,1；Rvar,2；
复合阻抗 Z；
壳体 G；
带信号输出特性的熔断器元件 F；
端子 A1，A2。
具体实施方式
图1示出了一种带漏电流切断的过电压保护装置的实施例的示例性示意图。其包括第一电流支路I1和第二电流支路I2的并联电路。
第一电流支路I1包括串联的开关元件S和第一非线性电阻元件Rvar,1。第二电流支路I2包括串联的带信号输出特性的熔断器元件F和第二非线性电阻元件Rvar,2以及一个复合电阻Z。
开关元件S和具有信号输出特性的熔断器元件F被促使互相配合，以使得开关元件S被带信号输出特性的熔断器元件F的状态变化输出控制进行断路切换。
以这种方式，如下文将要说明的，可以确保可靠的切断。
在过电压保护装置的第一电流支路I1中存在电阻元件Rvar,1，其带有相对于其放电容量而被设定尺寸的非线性电流/电压特性，使得其可以基本上承受系统所需的放电容量。与其串联设置的是开关元件S，就其额定电涌电流负载而言，基本上对应于放电容量Rvar,1。然而，开关元件S的（DC）分断能力只需要低即可，从而实现使用成本有效而简单的开关元件。
在第二电流支路I2中存在电阻元件Rvar,2，其带有相对于其放电容量而被设定尺寸的非线性电流/电压特性，使得其仅能够承受比第一电流支路I1的放电电流小得多的部分电流I2。
相对于它们的额定电压（例如Uv，施加1mA电流时的压降）而言，Rvar,1和Rvar,2基本相等，而在不同设计的情况下，至少Rvar,2可以在施加相同的电流时具有略低的特性电压（例如，压敏电阻电压）。
Rvar,2低于Rvar,1的放电电压负载容量，参照Rvar,2的电流/电压特性，相比Rvar,1的电流/电压特性，令自己本身表现出更大的陡度（放电速度快，或者说第二非线性电阻元件（Rvar,2）的变化率大于第一非线性电阻元件（Rvar,1）的变化率）。
与Rvar,2串联的是在第二电流支路I2中的带信号输出特性的熔断器元件F，例如带脱扣指示器的熔断器，其可以针对被相对于放电情况下流过第二电流支路I2的分流电流I2所的电涌电流额定负荷进行设计，该分流电流I2远远小于第一电流支路I1的电涌电流部分。
位于第二电流支路I2中的另一元件是复合阻抗Z，其由寄生或实质性元件形成。
Rvar,2相比于Rvar,1有更有陡的特性曲线，结合Z，具有一种效应，即，在放电情况下放电电流的主要部分流过第一电流支路I1，而小得多的部分流过第二电流支路I2，其不激活带信号输出特性的熔断器元件F。
如果将电压通过将（漏电）电流引导穿过第一电流支路I1和第二电流支路I2的端子A1，A2施加到整体构造（系统）上，由于Rvar,2的特性曲线在较低的（漏电）电流范围内（由于复合阻抗的作用）相对平坦，则流过第二电流支路I2的电流将大于放电情况下流过第二电流支路I2的电流。电流的这种流动导致Rvar,2熔断，使其阻抗分断并允许电流在第二电流支路I2内流动以上升到非常高的水平。
电流流动经过第二电流支路I2，激活了带信号输出特性的熔断器元件F。带信号输出特性的熔断器元件F通过其关断能力中断第二电流支路I2中电流的流动。带信号输出特性的熔断器元件F的指示器触发开关元件S的制动，然后也中断第一电流支路I1中电流的流动。
制动可以，例如，直接通过机械作用来实现，或间接导至制动。例如，可以提供一种能量存储，其被释放用于制动开关元件S。
在仅用于说明本发明的一个示例性构造中，第一非线性电阻元件Rvar,1是，例如，一个总尺寸80毫米的压敏电阻，具有下列性能数据Vrms=320V，VDC=420V，imax,8,20微秒=100000A，Wmax,2毫秒=1600J，Pmax=2W，Vv,1毫安=510V，而第二非线性电阻元件Rvar,2是，例如，总尺寸14毫米的压敏电阻，具有下列性能数据Vrms=320V，VDC=420V，imax,8,20微秒=4500，Wmax,2毫秒=84J，Pmax=0.6W，Vv,1毫安=510V。
如果600伏的（测试）电压被施加到该并联电路上以模拟漏电流，则第二非线性电阻元件Rvar,2将在约1.2秒后吸收约84焦的能量，因此必须预期第二非线性电阻元件Rvar,2的快速熔断，而第一非线性电阻元件Rvar,1将在约1.2秒后吸收约968焦，因此将仍是稳定的。
使用上述的总体解决方案，可以由此提供简单且成本有效的带漏电流切断的过电压保护装置，其即使对于高电流和直流网络也可提供可靠中断。
在本发明的一个优选实施例中，第一非线性电阻元件Rvar,1和第二非线性电阻元件Rvar,2具有不同的非线性电流/电压变化特性，其中第二非线性电阻元件Rvar,2的变化特性的陡度（变化率）大于第一非线性电阻元件Rvar,1的特性的陡度（变换率）。
因此，两个电流支路的切换行为可以设置有非常高水平的精度，而更重要的是，可以对制造成本进行优化。
在另一个实施例中，第一非线性电阻元件Rvar,1和/或第二非线性电阻元件Rvar,2为是一个压敏电阻。
以这种方式，压敏电阻的良好电压限制性特性可以被利用。此外，可使用具成本效应的标准部件。
在又一个实施例中，带信号输出特性的熔断器元件F是一个脱扣指示器熔断器。
以这种方式，脱扣指示器熔断器的良好分离特性可以被利用。此外，可使用具成本效应的标准部件。
在又一个实施例中，第一电流支路I1的电涌电流负荷电容大于第二电流支路I2的电涌电流负荷电容量。这里，同样地，根据本发明的装置的成本可以无需牺牲开断容量而进行优化。
在又一个实施例中，复合阻抗Z由一个或多个特定部件提供。特定部件的例子是电阻器、电感线圈和电容器。
以这种方式，第二电流支路由一个过滤器保护不受过电压事件所引起的相当高频率脉冲电流事件，其可以经由第一电流支路被可靠地放掉。
在一个有利的实施例中，根据本发明的带漏电流切断的过电压保护装置被设置在带相应端子A1和A2的壳体G内，该壳体在图1中以一点一划相间的框表示。这使得预制的带漏电流切断的过压保护装置特别容易安装。

Claims (6)

1.一种带漏电流切断的过电压保护装置，具有第一电流支路（I1）和第二电流支路（I2）的并联电路，其特征在于，所述第一电流支路（I1）具有串联的开关元件（S）和第一非线性电阻元件（Rvar,1），所述第二电流支路（I2）具有串联的带信号输出特性的熔断器元件（F）和第二非线性电阻元件（Rvar,2）以及一个复合阻抗（Z），所述开关元件（S）被熔断器元件（F）的信号输出控制进行断路切换；
所述第一非线性电阻元件（Rvar,1）和所述第二非线性电阻元件（Rvar,2）是压敏电阻；
所述第一非线性电阻元件（Rvar,1）和所述第二非线性电阻元件（Rvar,2）的非线性电流/电压变化特性不同，其中所述第二非线性电阻元件（Rvar,2）的放电变化率大于第一非线性电阻元件（Rvar,1）的放电变化率。
2.如权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述带信号输出特性的熔断器元件（F）是一个具有脱扣指示器熔断器。
3.如权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一电流支路（I1）的电涌电流负荷容量大于所述第二电流支路（I2）的电涌电流负荷容量。
4.如权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述复合电抗（Z）由一个或多个特定部件组成。
5.如权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一电流支路（I1）的电涌电流负荷容量大于所述第二电流支路（I2）的电涌电流负荷容量。
6.如权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，所述复合电抗（Z）由一个或多个特定部件组成。
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