CN105993101B - 应用于过电压保护部件的点火部件 - Google Patents

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Abstract

介绍和描述一种应用于过电压保护部件的点火部件，该过电压保护部件具有至少两个电极（2、3）和在两个电极（2、3）之间形成的火花隙（4），其中，点火部件（1）具有至少一个绝缘层（5）。根据本发明，该点火部件（1）通过如下方式也特别适用于多次响应和导出大的浪涌电流：绝缘层（5）具有至少两个导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'），所述区域分别在绝缘层（5）的上侧（7）和下侧（8）之间延伸，使得在绝缘层（5）的上侧（7）和下侧（8）之间存在至少两个导电的连接部。

Description

应用于过电压保护部件的点火部件
本发明涉及一个应用于过电压保护部件的点火部件，该过电压保护部件具有至少两个电极和一个在两个电极之间形成的火花隙，其中，点火部件具有至少一个绝缘层。此外，本发明还涉及一个过电压保护部件，其具有至少两个电极和一个在两个电极之间形成的火花隙，以及涉及根据本发明的点火部件的制造方法。当发生高于相应额定电压的上限公差极限的过电压时，相关设备和导线必须在尽可能短的时间里借助电位补偿被短路。为此，根据要保护的设备和装置的使用地点（保护区）和类型采用不同的结构部件。在此，各种结构部件的区别主要在于它们的响应特性和它们的放电能力。
这里所述类型的过电压保护部件的主要组成部分至少是一个火花隙，该火花隙在一定的过电压情况下发生响应，其中，在点燃火花隙时在两个电极之间产生电弧。在这种情况下，非常大的并且其数值大幅度上升至三位数级别kA范围的电流流过火花隙。通常，具有火花隙的过电压保护部件作为放电器设置在抗压壳体内，并且经常用作避雷器。
具有火花隙的过电压保护部件虽然有浪涌电流承载能力大的优点，但也有响应电压相对较高而且不是特别稳定的缺点。因此，长期以来已经采用不同类型的辅助点火装置用于火花隙的点火，借助这些辅助点火装置降低火花隙的或过电压保护部件的响应电压。
例如由DE 198 03 636 A1已知一个过电压保护部件，其具有两个电极和一个在这些电极之间形成的火花隙，该电压保护部件除了具有两个主电极外，还有两个形成点火火花隙的作为辅助点火装置的一部分的点火电极。此外，具有点火开关部件的点火电路也属于辅助点火装置，其中，当相应的过电压作用在过电压保护部件上时，具有点火开关部件的点火电路负责点火火花隙的响应。该点火火花隙的响应导致在两个主电极之间的火花隙中存在的空气离子化，使得在由两个点火电极形成的点火火花隙响应后，两个主电极之间的（主）火花隙突然出现响应或点火。
由EP 1 566 868 A2已知一个用于导出瞬时过电压的过电压保护部件，就该过电压保护部件而言，一个特别构造的点火部件设置在两个电极之间。在此，该点火部件适当地布置和构造在两个电极之间，从而在两个电极之间设有一个绝缘性较弱的区域。在点火部件上产生电压时，点火部件的在两个电极之间延伸的表面上的放电导致在两个电极之间的导电的连接部。由于该导电的连接部仅仅具有微小的电流承载能力，所以在该导电的连接部承受放电电流负载时便导致该导电的连接部的“燃烧”，通过这种方式，该点火区域被离子化，从而在两个电极之间的火花隙出现点火。
在由EP 1 566 868 A2已知的过电压保护部件中，点火部件优选具有至少两个导电层和至少一个设置在它们之间的绝缘层，其中，该点火部件具有一个作为空隙或者孔构造的绝缘性较弱的区域作为点火区域。在过电压第一次产生时，为了改善已知的过电压保护部件的响应特性，在点火部件的表面上敷设一种导电的、电流承载能力较小的涂层。在此，该点火部件进一步优选地构造如下：在两个电极之间出现电弧时，点火部件的表面发生碳化，使得再次发生过电压时，在两个电极之间导电的、电流承载能力较小的连接部的起始条件再次发生在点火部件的表面上。
因为实践中对于具有两个电极和一个在这些电极之间形成的火花隙的过电压保护部件而言之前描述的点火部件已经被证明是适宜的，所以本发明的目的在于，对开篇描述的点火部件进一步予以改进，从而在时间上相继地出现多个过电压时，特别地在要导出的浪涌电流特别大时，仍可使用该点火部件。在此，采用点火部件的过电压保护部件的保护电平即使在过电压保护部件的多次响应之后仍尽可能不提高或者仅仅稍微提高。针对于开篇描述的具有权利要求1的特征的点火部件，该目的通过如下方式得到实现：该绝缘层至少具有两个导电的、电流承载能力较小的区域，所述区域分别在绝缘层的上侧和下侧之间延伸，使得在绝缘层的上侧和下侧之间至少存在两个导电的连接部。
在本发明的范畴内首先认识到，当很大的浪涌电流流经点火部件或流经在点火部件上形成的导电的连接部时，不仅所敷设的导电连接部会出现所希望的“烧毁”，而且点火部件的表面会出现过度的损坏。点火部件表面的这种损坏可能与材料的剥蚀有关，会导致通过点火部件可供使用的导电的连接部的电阻的显著提高。在过电压保护部件的再次点火时，于是有时就无法再保证过电压保护部件的正常功能。特别的是，由于因点火部件的负载而使得导电连接部的电阻出现提高，所以点火部件的或者过电压保护部件的保护电平出现提高。
由于根据本发明为点火部件设有至少两个导电的、电流承载能力较小的区域，这些区域分别在绝缘层的上侧和下侧之间延伸，所以提供了至少一个冗余的导电的连接部。如果由于要导出的浪涌电流很大，导致导电的、电流承载能力较小的区域出现过度的损坏，使得在浪涌电流导出后该区域具有显著提高的电阻，那么在过电压保护部件的下一次点火时，要导出的浪涌电流至少有很大一部分流经其他的导电的区域，该区域相比于损坏的区域具有更小的电阻，通过这种方式可以避免点火部件的或者过电压保护部件的保护电平的过度提高。
如果在再一次导出时有不太大的浪涌电流流动，那么通过由出现的电弧产生的炭化甚至会导致之前损坏的导电的连接部出现恢复，并且由此导致点火部件出现恢复。
根据本发明的点火部件的一种设计，导电的、电流承载能力较小的区域构造如下：所述区域具有不同的电阻。通过这种方式保证在第一次响应时要导出的电流的绝大部分首先流经具有最小电阻的导电的区域。如果由于导出的浪涌电流，该导电的区域在燃烧后被损坏，使得该区域具有显著提高的电阻值，那么在下一次响应时这导致在各个导电的区域上的浪涌电流分布的改变。于是，要导出的电流的绝大部分流经导电的连接部或者流经导电的现在具有最小的电阻的区域，然而，点火部件的保护电平在整体上并不主要由损坏的、具有显著提高的电阻值的导电的区域决定。
如果点火部件具有相应数量的导电的、电流承载能力较小的区域，那么通过这种方式保证，即使在采用了点火部件的过电压保护部件多次点火情况下，也始终都存在具有“允许的”电阻值的导电的连接部。由此可以避免保护电平并非所愿地过度提高。
特别是当导电的、电流承载能力较小的区域构造在绝缘层的端面上时，可以相对简单地实现产生多个导电的、电流承载能力较小的区域。于是，该点火部件适当地设置在过电压保护部件的两个电极之间，从而端面至少伸入到两个电极之间的区域中或者邻接所述区域，导电的、电流承载能力较小的区域构造在所述端面上，使得导电的连接部之一的燃烧导致两个电极之间的区域的所希望的离子化，然后火花隙很快就出现点火。
导电的、电流承载能力较小的区域优选通过对绝缘层端面的化学、热学或者光学的损蚀而产生。这种损蚀例如可以借助激光来进行，其中，借助激光使得绝缘层端面的区域产生所希望的碳化，并且由此产生导电的、电流承载能力较小的区域。替代地，导电的、电流承载能力较小的区域也可以通过敷设一种合适的导电的材料来实现。
根据本发明的点火部件的一种变型方案，该点火部件不仅包括一个绝缘层，而且还包括至少两个导电的层，其中，绝缘层设置在两个导电的层之间。在此，导电的、电流承载能力较小的区域与两个导电的层电连接，使得在两个导电的层之间存在至少两个并联的导电的连接部。
这种点火部件的制造可以按照用于电路板的已知的制造过程来进行，其中，也可以使用那里已知的材料，即，用于导电的层的铜膜和用于绝缘层的聚酰亚胺膜或者FR4-膜。通过这种方式，可以实现具有很小尺寸的特别是具有很小高度的点火部件，使得这种点火部件也可以布置在两个彼此间仅仅具有相当小的距离的电极之间。
除了按照单层电路板类型来构造点火部件外，点火部件也可以按照多层电路板的类型来构造，即，具有至少三个导电的层和至少两个电绝缘层。在点火部件的这种构造中，在两个导电的层之间分别设置一个绝缘层。此外，至少两个导电的层彼此电连接，从而它们具有相同的电位。即使在采用多于两个的导电的层和多于一个的绝缘层时，那么，这种多层点火部件也仅仅具有两个不同的电位。
给点火部件构造有至少两个导电的层和至少一个布置在它们之间的绝缘层，这便于绝缘层的导电的、电流承载能力较小的各个区域的并联，以及便于点火部件与过电压保护部件的相应构件的电连接。然而，绝缘层的各个导电的、电流承载能力较小的区域的电并联也可以借助过电压保护部件的相应的导电的构件来实现，从而该点火部件自身不必具有两个导电的层。
除了之前描述的点火部件，本发明根据权利要求8还涉及一个过电压保护部件，其具有至少两个电极和在这些电极之间形成的火花隙，其中，在两个电极之间设置一个根据本发明的点火部件。此外，本发明还涉及一个根据本发明的点火部件的制造方法。
在此，该点火部件这样布置在两个电极之间：当有放电电流流经点火部件的绝缘层的导电的、电流承载能力较小的区域之一，使得导电的连接部出现“燃烧”时，在两个电极之间的点火区域离子化，从而两个电极之间的火花隙突然出现点火。对此，点火部件完全布置在两个电极之间不是必须的；确切地说，若点火部件的至少一部分伸入到两个电极之间的区域中一定距离或者邻接该区域，导电的、电流承载能力较小的区域构造在该部分上，使得电流承载能力较小的区域的“燃烧”导致火花隙的离子化，则这就足够了。
此外，该点火部件与两个电极电连接，从而在产生大于过电压保护部件的响应电压的电压时，电流从一个电极经过点火部件流到另一电极。因为就该过电压保护部件而言，通过点火部件或者其导电的、电流承载能力较小的区域，实现两个电极之间的导电的连接部，所以电压接通部件和两个电极电串联，通过该电压接通部件防止在正常情况下，即当没有产生过电压时就已经有电流流经过电压保护部件。在如此构造过电压保护部件时，电压接通部件经过选择或者设计，使得该电压接通部件在过电压保护部件的响应电压情况下导通。在此，特别是可以采用充气式过电压放电器作为电压接通部件。
附加地或者替代地，也可以采用变阻器或抑制二极管作为电压接通部件。
特别的是，根据本发明的过电压保护部件或者根据本发明的点火部件适用于所谓的N/PE-放电器，该放电器在TT电网系统中用于中性线N和保护线PE之间的电位补偿，因为100kA的或更大的非常大的浪涌电流可以流经这样的N/PE-放电器。当这样大的浪涌电流流经点火部件时，不仅导电的、电流承载能力较小的区域会出现—所希望的—燃烧，而且在该区域中会出现材料剥蚀，材料剥蚀会导致该区域电阻的显著提高。
具体而言，现在有很多种方案用来设计和改进按照本发明的点火部件或者过电压保护部件。对此既参见权利要求1和8的从属权利要求，也参见结合附图对实施例所做的如下说明。在附图中：
图1是具有点火部件的过电压保护部件的实施例的原理图；
图2示出根据本发明的点火部件的实施例；
图3是根据本发明的点火部件的等效电路图。
在图1中仅仅示出了根据本发明的过电压保护部件的原理构造。图2和3示出了根据本发明的点火部件1的细节。特别的是，第一电极2、第二电极3和设置在电极2和3之间的点火部件1属于所示的过电压保护部件。此外，在电极2和3之间构造火花隙4，其中，在火花隙4点火时在两个电极2、3 之间产生一个-未示出的-电弧，要导出的浪涌电流于是流经火花隙。
如由图2可见，根据本发明的点火部件1具有一个绝缘层5和多个导电的、电流承载能力较小的区域6、6'、6"、6"' 。各个导电的、电流承载能力较小的区域6、6'、6"、6"'分别由绝缘层5的上侧7延伸至下侧8，从而在绝缘层5的上侧7和下侧8存在相应数目的导电的连接部。导电的、电流承载能力较小的区域6、6'、6"、6"' 在所示的实施例中仅仅构造在绝缘层5的表面上，特别的是构造在端面9上，其中，导电的区域6、6'、6"、6"' 延伸到上侧7和下侧8。该点火部件1在安装状态下布置在两个电极2和3之间，使得绝缘层5的端面9主要在火花隙4的纵向上，即，平行于或者近似地平行于火花隙4的延伸方向，从第一电极2延伸到第二电极3。
借助根据图3的等效电路图可见，各个导电的、电流承载能力较小的区域6、6'、6"、6"'优选具有不同的电阻值Rl、R2、R3、Rn。此外，由图3可以看出，各个导电的、电流承载能力较小的区域 6、6'、6"、6"'彼此电并联。各个导电的区域6、6'、6"、6"' 的并联例如可以这样进行：点火部件1除了具有绝缘层5外，还具有至少两个导电的层10、11，所述导电的层与绝缘层5的上侧7或者下侧8连接，从而绝缘层5设置在两个导电的层10、11之间。于是，在两个导电的层10、11之间存在与导电的、电流承载能力较小的区域6、6'、6"、6"'的数目相对等的数量的彼此并联的导电的连接部。
如果在过电压保护部件或者点火部件1上产生过电压，这就会导致电流流经在绝缘层5的端面9上构造的导电的、电流承载能力较小的区域6、6'、6"、6"' 。如果流经的电流的电流强度超过区域6的电流承载能力，就会导致该区域6的“燃烧”，这导致火花隙4 的邻接区域离子化，于是由此使得构造在两个电极2和3之间的火花隙4突然出现点火。要导出的电流于是不再通过点火部件1导出，而是通过在两个电极2、3之间出现的电弧导出。
为了利用具有根据本发明的点火部件1的过电压保护部件使得电流并不在产生额定电压时就已经流经点火部件1，电压接通部件优选充气式过电压放电器12电串联地连接至两个电极2、3。充气式过电压放电器12在此经过适当设计，使得它在产生相应于过电压保护部件的响应电压的过电压时被接通即导通。因此，在过电压放电器12接通之后，要导出的浪涌电流首先流经导电的、电流承载能力较小的区域6、6'、6"、6"'，其中，浪涌电流按照各个导电的区域 6、6'、6"、6"' 的各个阻抗分配到这些区域上。如果浪涌电流的流经导电的、电流承载能力较小的区域6的部分超过该区域6的电流承载能力，该区域6就会出现“燃烧”。
如果导电的区域6或者绝缘层在此由于材料剥蚀而过载，使得该区域6在浪涌电流导出后具有很高的电阻，则在过电压保护部件的下次响应时这会导致浪涌电流在各个导电区域6、6'、6"、6"'上的分配发生改变。浪涌电流的绝大部分于是不再流经被损坏的、具有增大的电阻的导电的区域6，而是流经另一导电的、电流承载能力较小的、现在具有最小的电阻的区域 6'。
通过那个导电区域6的电阻的增大，这虽然导致并联的各个导电的区域6、6'、6"、6"'的总电阻相应地增大，然而总电阻的这种增大对于相应数量和设计的各个导电的、电流承载能力较小的区域6、6'、6"、6"' 来说相对较小，特别是明显小于过载的单个导电区域6的增大的电阻。通过这种方式，即使在时间上相继地出现多个过电压，而且要导出的浪涌电流非常大，也可以保证点火部件1或者过电压保护部件的低的保护电平。

Claims (12)

1.一种应用于过电压保护部件的点火部件，该过电压保护部件具有至少两个电极（2、3）和构造在两个电极（2、3）之间的火花隙 （4），其中，该点火部件（1）具有至少一个绝缘层（5），其特征在于，所述绝缘层（5）具有至少两个导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'），所述区域分别在绝缘层（5） 的上侧（7）和下侧（8）之间延伸，使得在绝缘层（5）的上侧（7）和下侧（8）之间存在至少两个导电的连接部，其中导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'）具有不同的电阻。
2.按照权利要求1所述的点火部件，其特征在于，导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'）构造在绝缘层（5）的端面（9）上。
3.按照权利要求1所述的点火部件，其特征在于，设有两个导电的层（10、11），其中，绝缘层（5）布置在两个导电的层（10、11）之间，并且导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'）与两个导电的层（10、11）电连接，使得在两个导电的层（10、11）之间存在至少两个彼此并联的导电的连接部。
4.按照权利要求3所述的点火部件，其特征在于，设有至少三个导电的层和至少两个电绝缘的层，在两个导电的层之间分别设有绝缘层，并且至少两个导电的层彼此电连接。
5.按照权利要求3或4所述的点火部件，其特征在于，作为导电的层（10、11）采用铜膜，并且作为绝缘层（5）采用聚酰亚胺膜。
6.按照权利要求3或4所述的点火部件，其特征在于，作为导电的层（10、11）采用铜膜，并且作为绝缘层（5）采用FR4-膜。
7.按照权利要求1至4中任一项所述的点火部件，其特征在于，导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'）通过对绝缘层（5）特别是绝缘层（5）的端面（9）的化学的、热学的或者光学的损蚀来实现。
8.一种过电压保护部件，具有至少两个电极（2、3）和一个构造在所述电极（2、3）之间的火花隙（4），其中，在两个电极（2、3）之间设置有点火部件（1），其中该点火部件（1）具有至少一个绝缘层（5），其特征在于，所述绝缘层（5）具有至少两个导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'），所述区域分别在绝缘层（5） 的上侧（7）和下侧（8）之间延伸，使得在绝缘层（5）的上侧（7）和下侧（8）之间存在至少两个导电的连接部，从而通过所述至少两个导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'）实现两个电极（2、3）之间的导电的连接部。
9.按照权利要求8所述的过电压保护部件，其特征在于，所述绝缘层（5）的导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'）具有不同的电阻。
10.按照权利要求9所述的过电压保护部件，其特征在于，设有电压接通部件，特别是充气式过电压放电器（12），其与两个电极（2、3）串联。
11.用于制造按照权利要求1至7中任一项所述的点火部件的方法，其特征在于，导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'）通过对绝缘层（5）的端面（9）的化学的、热学的或者光学的损蚀来产生，或者通过在绝缘层（5）的端面（9）上敷设合适的导电的材料来产生。
12.按照权利要求11所述的制造点火部件的方法，其特征在于，该损蚀借助激光进行，其中，借助激光使得绝缘层（5）的端面（9）的区域（6、6'、6"、6"'）产生碳化，并且由此产生导电的、电流承载能力较小的区域（6、6'、6"、6"'）。
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