CN109103843A - 过压保护组件 - Google Patents

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Abstract

本发明呈现和描述了一种过压保护组件(1)，带有至少一个限制过压的结构元件、尤其可变电阻(2)，且带有至少一个开关设备(3)，其中，该限制过压的结构元件布置在外壳(4)中，其中，开关设备(3)相对限制过压的结构元件电串联地但是在外壳(4)外部布置，且其中，当在外壳(4)内部的压力P超过极限值时，开关设备(3)才打开。在根据本发明的过压保护组件(1)中，同样在高脉冲电流的情形中通过以下方式确保了过压保护组件(1)的可靠分离，即，开关设备(3)并联过流保护设备。

Description

过压保护组件
技术领域
本发明涉及一种过压保护组件，带有至少一个限制过压的结构元件、尤其可变电阻，且带有至少一个开关设备，其中，限制过压的结构元件布置在外壳中，其中，开关设备相对限制过压的结构元件电串联地但在外壳外部布置，且其中，当在外壳内部中的压力P超过极限值时，开关设备才打开。
背景技术
在实践中，在具有可变电阻作为限制过压的结构元件的过压保护组件的情形中，经常使用热分离设备作为切断元件，其基于焊接连接的分开。对此，可变电阻和与可变电阻经由焊点热偶联的分离设备电串联，从而当可变电阻的温度超过极限温度时，热分离设备才分开且由此可变电阻热分离。热分离设备或其分离元件在此经常机械地与光学状态显示器相连接，从而光学状态显示器显示了可变电阻的电分离。
从文件DE 20 2004 006 227 U1中已知一种带有热分离设备的过压保护元件，在其中在可变电阻的过热的情形中使设置在可变电阻和分离元件之间的焊接连接分开，这导致可变电阻的电分离。此外，在分开焊接连接的情形中塑料元件通过弹簧的复位力从第一位置移动到第二位置中，在其中构造为弹性的金属舌的分离元件通过塑料元件而与可变电阻热学地和电学地分离，从而熄灭可能在金属舌和可变电阻的接触位置之间出现的电弧。塑料元件具有两个并排布置的有色标记，从而其同时也作为光学状态显示器起作用，由此过压保护元件的状态可简单地现场读出。
为了保护可变电阻抵抗老化引起的损害(其导致可变电阻的逐渐变热)，这样的热分离设备在其不同的实施变型方案中在实践中经受考验。热分离设备或热分开连接部的缺点然而是其限制的开关能力和其相对的惰性(或惯性，即Trägheit)。在高脉冲电流或短路电流的情形中，这可导致，在热分离设备由于过压保护元件的变热而分开前，过压保护元件毁坏。为了确保高绝缘强度且熄灭在打开分离点的情形中、也就是说在分开分离元件和可变电阻的端口之间的焊接连接的情形中出现的电弧，必须此外得到在分离元件和可变电阻的端口之间的尽可能大的间距。然而这由于限制的安装情况而经常是不可能的，从而持续电流(或称为二次电路，即Netzfolgestrom)不可或不可可靠地熄灭，这可导致过压保护元件的完全的毁坏。
文件DE 10 2011 001 977 B3公开了一种用于可变电阻的两级式切断装置，在其中两个构造为打开器(Öffner)的开关设备相对布置在壳体中的可变电阻电串联地布置。布置在可变电阻后的第一开关设备通过可变电阻的变热或在可变电阻的壳体中的压力提高(如其例如在电弧的情形中出现)来操纵。该第一开关设备并联冷导体，当在打开第一开关设备的情形中在该处出现电弧时，流动穿过损坏的可变电阻的电流的一部分流动经过该冷导体。然后流动穿过冷导体的电流导致冷导体的变热，这导致冷导体的电阻的提高。在达到冷导体的确定的温度的情形中或在冷导体上确定的电压下降的情形中，第二开关设备打开，从而然后可变电阻分离。并联第一开关设备的冷导体由此用于第二开关设备的控制。
在已知的过压保护组件的情形中，由此在可变电阻的突然的过负载的情形中，第一开关设备通过在可变电阻的壳体中出现的压力提高而打开。电流的一部分然后流动经过冷导体，其中，冷导体的增加的变热和冷导体的电阻的与其相联系的提高导致电流的减小。由此，第二开关设备可打开，而在该处同样未构造开关电弧。对此，然而事先流动经过冷导体的电流必须足够下降，这导致，第二开关设备可仅以相应的时间延迟来打开。
发明内容
本发明因此基于如下任务，提供这样的过压保护组件供使用，在其中之前所提到的缺点被避免且在其中同样在高脉冲电流或短路电流的情形中确保过压保护组件的可靠的分离。尤其，过压保护组件在此也应能够可靠地中断较高的电流，其流动经过损坏的限制过压的结构元件。
该任务在带有专利权利要求1的特征的根据本发明的过压保护组件的情形中通过以下方式解决，即，开关设备并联过流保护设备。在根据本发明的过压保护组件的情形中产生在限制过压的结构元件的外壳内部的压力提高，因此这首先导致，在达到确定的极限值的情形中布置在外壳外部的开关设备打开。
对于在限制过压的结构元件的外壳内部的这样的压力提高的原因在此通常是限制过压的结构元件的特征曲线的强烈的退化，从而其对于流动经过过压保护组件的电流而言仅还是非常低的电阻。这可导致，相对高的电流流动经过过压保护组件，其尤其在直流电压应用的情形中不可容易地由简单的开关设备中断。通过开关设备并联过流保护设备，在打开开关设备的情形中产生流动的电流到具有过流保护设备的平行线路上的换向(Kommutierung)。这首先导致，熄灭在打开开关设备的情形中出现的电弧。紧接着，当过流保护设备触发时，然后产生在平行线路上的电流流动的中断。
根据本发明的一种有利的设计方案，过流保护设备构造为熔断器。这具有如下优点，对于熔断器而言需要的结构空间相对小，从而熔断器可相对简单地集成到过压保护组件中。此外，熔断器在尤其带有不同的开关能力和不同的额定值的不同的实施变型方案中是可用的，从而用于过压保护组件的传统的熔断器可被使用。
通常，熔断器由绝缘体组成，其容纳两个通过薄导体、熔化导体连接的电触头。当超过确定的电流强度(额定值)达确定的时间时，熔化导体由于流动穿过其的电流而变热且熔化。该对于熔断器的特征的值称为融化积分I2t(在融化时间期间关于电流的平方的积分)，且呈现了对于能量的一种程度，其刚好还未导致保险装置的触发。如果电流I或时间t提高(在其期间电流I继续流动经过熔断器)，因此这导致保险装置的触发，也就是说熔化导体熔化。
这首先导致，电弧在这两个触头之间出现。经由电弧的电压下降导致流动经过熔断器的电流的渐进的降低，直到电弧和由此还有电流最终熄灭。在此转化的能量称为熄灭积分IL 2t(在熄灭时间期间关于电流的平方的积分)，且通常小于熔化积分I2t。熔断器的断路过程由此在时间上以两个彼此跟随的区段(融化时间和熄灭时间)实现，其中，由熔化积分和熄灭积分组成的总和称为断路积分。
所应用的熔断器优选地具有例如少量安培的较低额定值，从而产生保险的快速的触发且由此限制过压的结构元件的快速的分离。因为带有低额定值的熔断器具有显著的开关能力，通过熔断器至开关设备的并联，流动经过过压保护组件的较高电流也被可靠地熄灭。并联熔断器的开关设备本身由此不必具有特别高的开关能力、尤其不必具有特别的直流电压开关能力。
为了保证，在正常运行中、也就是说在未损坏的限制过压的结构元件的情形中，待导引离开的峰值电流最大部分地流动经过开关设备流动且不经过并联的过流保护设备、尤其并联的熔断器，相对过流保护设备串联地优选地构造有阻抗。平行分枝那么除了过流保护设备以外至少还具有封装的(或称为寄生的，即parasitäre)或集中的阻抗，其中带有较小额定值的熔断器通常已经具有提高的封装阻抗。
按照根据本发明的过压保护组件的另一优选的设计方案，在开关设备和并联的过流保护设备之间构造有机械屏障。这可例如通过分隔壁实现，其保证了，在切断过程中可能从熔断器中出现的等离子体(Plasma)不到达到开关设备的区域中。
根据过压保护组件的另一特别优选的设计方案，其也具有热分开连接部，其相对限制过压的结构元件电串联地且在外壳内部布置。如果限制过压的结构元件的温度超过极限温度，则这导致，热分开连接部分开。热分开连接部在此优选地具有温度敏感的焊点和弹性的或弹性负载的分离元件。分离元件在此以其一端经由焊点与限制过压的结构元件相连接，从而限制过压的结构元件的变热也导致焊点的变热且由此导致分离元件从限制过压的结构元件的弹开(Wegfedern)。
在根据本发明的过压保护组件的该优选的设计方案中，由此限制过压的结构元件、热分开连接部和压力触发的开关设备所有彼此电串联地接通。当热分开连接部或开关设备被触发且流动经过过压保护组件的故障电流或短路电流中断时，限制过压的结构元件由此电分离。通过热分开连接部串联开关设备，热分离点的缺点完全地或至少尽可能地被避免。
在脉冲式的峰值电流的情况中，热分开连接部在产生过压保护组件的毁坏前通常太惰性而不分开。在该情况中，在根据本发明的过压保护组件的情形中开关设备打开，其中，通过作为过流保护设备的熔断器或电子保险装置的并联，较高的电流流动也中断。在限制过压的结构元件通过老化的逐渐的变热或较少的电压过高或泄露电流的情形中，(其不导致在可变电阻的外壳内部的相应的压力提高且由此也不导致开关设备的打开)，当限制过压的结构元件已经超过极限电流时，热分开连接部响应。当在此电弧在热分开连接部处出现时，产生在外壳内部的压力提高，从而然后在达到极限值时开关设备打开。由此，电流流动便也中断(当这单独通过热分开连接部而未达到时)。
为了开关设备在限制过压的结构元件的外壳内部的压力提高的情形中被操纵、也就是说被打开，开关设备优选地经由通道与在外壳中的开口相连接。在其它情况下压力稳定的外壳由此具有一开口，通过该开口在外壳内部出现的压力自确定的触发压力起可操纵开关设备，该开关设备例如可构造为压力开关。
开头实施了，根据本发明的过压保护组件具有至少一个限制过压的结构元件、尤其可变电阻，且具有至少一个开关设备。由此也可能的是，过压保护组件具有多个限制过压的结构元件和多个开关设备，其中，然后优选地每个限制过压的结构元件串联开关设备且此外每个开关设备并联过流保护设备。带有两个可变电阻、两个分别与其串联地布置的开关设备和两个相对开关设备并联的熔断器的过压保护组件可例如使用在光伏设施的领域中。过压保护组件在此优选地实施为Y电路，其中，相应一个可变电阻以一端口经由开关设备与外导体连接且两个可变电阻以其其他的端口与地线(Masse)或地(Erde)连接在一起。
根据本发明的过压保护组件可基本上直接用于电流或信号线路(Signalpfad)或消耗器的保护，从而过压保护组件具有相应的联接元件，以该联接元件该过压保护组件可与待保护的电流或信号线路相连接。
附图说明
详细地，此时存在大量设计和改进根据本发明的过压保护组件的可行性方案。对此不仅参考从属于专利权利要求1的专利权利要求，而且参考结合附图的随后的描述。在附图中：
图1示出了过压保护组件的第一实施例的简化的线路图，且
图2示出了过压保护组件的第二实施例的简化的线路图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的过压保护组件1的第一实施例的简化线路图，该过压保护组件带有可变电阻2作为限制过压的结构元件且带有相对可变电阻2串联地布置的开关设备3。开关设备3在此构造为打开器，当在包围可变电阻2的外壳4内部的压力P超过极限值时，该打开器才被操纵。此外，在过压保护组件1的情形中，熔断器5作为过流保护设备平行于开关设备3布置。
在外壳4内部，由于可变电阻2的突然的过热或在可变电阻2处出现的电弧产生压力提高，因此由于该压力提高操纵、也就是说打开开关设备3。因为这样的故障情况通常是可变电阻2的特征曲线的强烈的退化的结果，可变电阻2因此被击穿或在可变电阻2的端口之间出现电弧，非常高的电流可流动经过该后来低电阻的线路。这导致如下，后来流动的较高的电流不可容易通过打开简单的开关设备3来中断，因为在打开开关设备3时在较高的流动电流的情形中通常经由该开关设备同样出现电弧。
因为在根据本发明的过压保护组件1的情形中，开关设备3并联熔断器5，在打开开关设备3的情形中产生流动的电流到带有熔断器5的平行分枝上的换向。这首先导致，在打开开关设备3的情形中出现的电弧熄灭，其中，可加固开关设备3的开关行程(Schaltstrecke)，从而也不产生电弧在开关设备3上的重新出现。以相对于打开开关设备3的非常短暂的时间延迟于是产生熔断器5的触发，其对此优选地具有仅少量安培或甚至小于一安培的较小额定值。熔断器5的开关能力在此然而足够在非常短暂的时间内可靠地切断流动的电流，而电弧保持不出现或熔断器5本身不毁坏。
在过压保护组件1的在图1中呈现的实施例的情形中，相对熔断器5串联地构造有阻抗6，其在此呈现为单独的构件。由此保证了，在过压保护组件1的正常运行中待导引离开的峰值电流最大部分地经由开关设备3且不经由并联的熔断器5流动，从而熔断器5本身不必是可承载峰值电流的。
在密封的外壳4中，除了可变电阻2以外还布置有热分开连接部7，其相对可变电阻2电串联地布置。如果可变电阻2的温度超过极限温度，则这导致，热分开的连接部7分开，由此可变电阻2电分离。热分开连接部7在此为了保护可变电阻2抵抗老化引起的损害，其导致可变电阻2的逐渐变热。在老化引起的损害的情形中，一方面，热分开连接部7的惰性不重要，另一方面由于流动经过损害的可变电阻2的较小的泄漏电流而出现的可变电阻2的变热不是如此大，以至于产生在外壳4内部的如此强烈的压力提高，从而由此操纵开关设备3。
为了在外壳4内部的相应的压力提高的情形中可操纵开关设备3，开关设备3经由通道8与在外壳4中的开口9相连接。开口9在此优选地如此构造，以至于其自确定的触发压力起才打开。
图2示出了根据本发明的过压保护组件1的第二实施例的简化线路图，在其中过压保护组件1实施为Y电路。根据图2的过压保护组件1具有两个可变电阻2,2'，其分别与压力敏感的开关设备3,3'和热分开连接部7,7'电串联地布置。此外，两个开关设备3,3'分别并联熔断器5,5'作为过流保护设备。
如从图2可看出的，两个可变电阻2,2'与两个热分开连接部7,7'一起布置在共同的外壳4'内部。由此，在外壳4'内部的超过极限值的压力提高导致两个开关设备3,3'独立于如下的操纵，即，在外壳4'内部的压力提高是否由可变电阻2、另一可变电阻2'或由两个可变电阻2,2'共同引起。
附加地，在根据图2的实施例中，在共同的外壳4'中还布置有另一可变电阻10。该另外的可变电阻10一侧与地线或地且另一侧与两个可变电阻2,2'的端口相连接。两个可变电阻2,2'的相应另一端口经由相应的热分开连接部7,7'和开关设备3,3'与相应外部导体相连接，从而这样的过压保护组件1例如可在光伏设施的情形中使用。不同于在图2中呈现的，该另外的可变电阻10也可布置在共同的外壳4'外部。同样，该另外的可变电阻10也可关联有本身的热分开连接部，其在可变电阻10的变热的情形中打开。

Claims (8)

1.一种过压保护组件(1)，带有至少一个限制过压的结构元件、尤其可变电阻(2)，且带有至少一个开关设备(3)，其中，所述限制过压的结构元件布置在外壳(4)中，其中，所述开关设备(3)相对所述限制过压的结构元件电串联地但是在所述外壳(4)外部布置，且其中，当在所述外壳(4)内部的压力P超过极限值时，所述开关设备(3)才打开，
其特征在于，
所述开关设备(3)并联过流保护设备。
2.根据权利要求1所述的过压保护组件(1)，其特征在于，所述过流保护设备构造为熔断器(5)。
3.根据权利要求1或2所述的过压保护组件(1)，其特征在于，相对所述过流保护设备串联地构造有阻抗(6)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的过压保护组件(1)，其特征在于，在所述开关设备(3)和所述过流保护设备之间构造有机械屏障。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的过压保护组件(1)，其特征在于，在所述外壳(4)内部布置有热分开连接部(7)，其相对所述限制过压的结构元件电串联地布置，其中，当所述限制过压的结构元件的温度超过极限温度时，所述热分开连接部(7)才分开。
6.根据权利要求5所述的过压保护组件(1)，其特征在于，所述热分开连接部(7)具有温度敏感的焊点和弹性的或弹性负载的分离元件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的过压保护组件(1)，其特征在于，所述开关设备(3)经由通道(8)与在所述外壳(4)中的开口(9)相连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的过压保护组件(1)，带有两个限制过压的结构元件和两个开关设备(3,3')，其分别相对两个限制过压的结构元件中的一个电串联地布置，其特征在于，所述两个限制过压的结构元件一起布置在共同的外壳(4')中，当在所述外壳(4')内部的压力P超过极限值且两个开关设备(3,3')分别并联过流保护设备时，所述开关设备(3,3')二者才打开。
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