CN109412131A

CN109412131A - 具有压敏电阻的过电压保护装置

Info

Publication number: CN109412131A
Application number: CN201810940336.4A
Authority: CN
Inventors: 赖内·达诗; 简-埃里克·西莫茨; 迈克·迪泰特
Original assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG; Phoenix Electric Manufacturing Co
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2019-03-01
Also published as: DE102017214402A1; US20190057798A1; US10607754B2; DE102017214402B4

Abstract

本发明公开了一种具有压敏电阻（VAR1、VAR2）的过电压保护装置（1），其中第一压敏电阻（VAR1）和第二变速器（VAR2）串联连接，其中第一压敏电阻（VAR1）具有热断路器（T），其中第一压敏电阻（VAR1）具有比第二压敏电阻（VAR2）低的工作电压，且其中第一压敏电阻（VAR1）具有比第二压敏电阻（VAR2）低的能量吸收能力，在过载事件下，第一压敏电阻（VAR1）升温更多并由此使热断路器断开连接。

Description

具有压敏电阻的过电压保护装置

技术领域

本发明涉及一种具有压敏电阻的过电压保护装置。

背景技术

已经知道将压敏电阻用作过电压保护元件。压敏电阻与被保护装置并联连接电源电压。如果发生过电压事件，则压敏电阻变成电通，并使过电压传导通过被保护装置。

然而，压敏电阻经历老化过程。一个老化过程是大量放电造成的，另一老化过程是由于放电过程的强度和持续时间而发生。热过程在这里起特殊作用。以上提及的两个老化过程以不同速度发生。特别地，在后一种老化过程中，具有击穿（即，短路）的风险，这是由于高能量转换其可导致压敏电阻爆炸式损坏。除了爆炸效果外，该爆炸性损坏可导致失火。

因此通常设置断路器以保护压敏电阻免受热过载。这些断路器通常基于机械偏置的连接器，该连接器是采用焊料连接到压敏电阻的。如果压敏电阻过度地升温，则焊料变软并且偏置的连接器远离，从而断开电连接。

然而，经常发现，在高能量转换情况下，采用传统的断路器进行分离是不再可能了。

然而，期望提供一种即使在高能量转换的情况下仍安全地断开的过电压保护装置。

发明内容

基于上述情况，本发明的目的是提供一种改进的过电压保护装置，其使得可以提供高脉冲事件的快速响应和价格合理的断开。

该目的通过如下的过电压保护装置来实现：

一种具有压敏电阻的过电压保护装置，包括串联连接的第一压敏电阻和第二压敏电阻，其中，所述第一压敏电阻连接有热断路器，所述第一压敏电阻工作电压低于所述第二压敏电阻的工作电压，所述第一压敏电阻能量吸收能力低于所述压敏电阻的能量吸收能力，在过载情况下，所述第一压敏电阻的升温快于第二压敏电阻的升温，并由此导致所述热断路器断开。

进一步，所述第一压敏电阻的工作电压小于或等于1/4所述第二压敏电阻的工作电压。

进一步，所述第一压敏电阻是第一类型的陶瓷压敏电阻，所述第二压敏电阻是与第一压敏电阻不同类型陶瓷的陶瓷压敏电阻。

进一步，所述第一压敏电阻具有第一陶瓷层厚度，所述第二压敏电阻具有与第一压敏电阻不同的第二陶瓷层厚度。

进一步，所述第二压敏电阻与冷却装置相关联。

进一步，所述第一压敏电阻具有第一陶瓷层表面积，所述第二压敏电阻具有与第一压敏电阻不同的第二陶瓷层表面积。

进一步，所述第一压敏电阻在与所述热断路器之间以及相邻设区域置有第一接触元件，所述第一接触元件在与所述热断路器相接触的区域内，所述第一接触元件与所述第一压敏电阻留有间隙不直接电接触。

进一步，所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻之间设置有抽头。

进一步，所述过电压保护装置进一步包括在第一压敏电阻和第二压敏电阻外设置的壳体。

进一步，所述装置进一步包括远程通信接口。

本发明使得可以提供高脉冲事件的快速响应和价格合理的断开。

附图说明

下面将参照附图更详细地解释本发明。在附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的剖视图，

图2示出了根据本发明的第二实施例的附加剖视图，

图3示出了根据本发明的第三实施例的附加剖视图，

图4示出了根据本发明的第四实施例的附加剖视图，且

图5示出了根据本发明的第五实施例的附加剖视图。

附图标记：

1 过电压保护装置；

VAR1、VAR2 压敏电阻；

T 热断路器；

d1、d2 陶瓷层厚度；

K 冷却装置；

A1、A2 陶瓷层表面积；

KE 接触元件；

G 壳体。

具体实施方式

在下文，将参照附图更详细地解释本发明。应当注意，本实施例描述了不同的方面，其中每一个可以单独或者组合使用。

即，任何方面都可以与本发明的不同实施例一起使用，除非仅明确地描述为备选。

此外，为简化起见，下文通常仅参照一个实体。然而，除非明确指出，本发明还可具有数个有关的实体。照此，词语“一”和“一个”的使用应当仅理解为以下指示，在单个实施例中，使用至少一个实体，而不排除使用多个实体。

根据本发明的过电压保护装置1具有至少两个压敏电阻。在下文，将假定两个压敏电阻VAR1、VAR2。

第一压敏电阻VAR1和第二压敏电阻VAR2串联连接，其中第一压敏电阻VAR1连接有热断路器T。

第一压敏电阻VAR1具有比第二压敏电阻VAR2较低的工作电压。第一压敏电阻VAR1还具有比第二压敏电阻VAR2较低的能量吸收能力。

因此，在过载情况下，第一压敏电阻VAR1比第二压敏电阻VAR2将升温更快。并由此导致热断路器T断开。

也就是说，与以前的过电压保护装置不同，本装置使用了不同功率的压敏电阻VAR1、VAR2的组合，其中较低功率的压敏电阻VAR1连接热断路器T。串联电路的两个“子压敏电阻”尺寸是依照他们的容量或能量吸收能力设计的使得当较低功率的压敏电阻VAR1熔化时，较大功率的VAR2仍尚未融化。

两个压敏电阻VAR1、VAR2优选根据他们的工作/标称/额定电压进行选择使得较低功率的压敏电阻VAR1的熔化在相应主电压条件下仅导致通过串联电路的电流适度增加。

这意味着较大功率的压敏电阻VAR2必须获得过电压保护装置的大部分的整个压敏电阻额定电压，且较低功率的压敏电阻VAR1承受的是过电压保护装置整体压敏电阻额定电压的较小部分。

特别优选地，电压分布是使得较低功率的压敏电阻VAR1承受小于或等于过电压保护装置的总额定电压的25%，或者是所述第一压敏电阻VAR1的工作电压小于或等于1/4所述第二压敏电阻VAR2的工作电压。

不同容量的压敏电阻的布置可以用多种方式来实现。

以下不同方式来实现不同压敏电阻容量的布局和协调。

首先应当注意，具有一定类型陶瓷的压敏电阻的容量可以通过改变几何布置来实现。即，压敏电阻的表面积越小，容量越小。另一方面，还可以使用相同的几何布置获得具有不同陶瓷类型的不同容量。另一种可能性是提供散热器使得例如，冷却较显著的压敏电阻比无或者几乎无显著冷却的类似压敏电阻具有较大容量。

例如，图1示出了过电压保护装置1中的压敏电阻的基本布置，其中压敏电阻VAR1、VAR2的几何尺寸基本上相等。压敏电阻VAR1、VAR2的能量和电压是通过使用例如不同陶瓷类型（例如，诸如E7或类型2陶瓷）协调的。

图2示出了过电压保护装置1中的压敏电阻的另一基本布置，其中压敏电阻VAR1、VAR2的表面积基本上相等。

压敏电阻VAR1、VAR2之间的能量和/或电压的协调尤其可以通过改变压敏电阻陶瓷的厚度来实现。即，第一压敏电阻VAR1具有第一陶瓷层厚度d1，第二压敏电阻VAR2具有与其不同的第二陶瓷层厚度d2。

图3示出了过电压保护装置1中的压敏电阻的另一基本布置，其中压敏电阻VAR1、VAR2的表面积基本上相等。压敏电阻VAR1、VAR2之间的能量协调是通过改变冷却和/或通过改变具有陶瓷的冷却块的热耦合来实现的。在图3的示例中，冷却装置K（例如诸如散热器）与第二压敏电阻相关联。

图4示出了过电压保护装置1中的压敏电阻的另一基本布置，其中压敏电阻VAR1、VAR2的表面积基本上不相等。这里，与具有厚度d2和表面积A2的较大功率的压敏电阻VAR2相比，较低功率的压敏电阻VAR1具有较小的厚度d1和较小的表面积A1。减小的表面积A1＜A2具有以下效应，较低功率的压敏电阻VAR1具有较小容量，即使在陶瓷材料的容量相同时（以及即使陶瓷的厚度为d1=d2）。

图5示出了过电压保护装置1中的压敏电阻的另一基本布置，其中热断路器T的连接具有独特性。这里，压敏电阻VAR1连接有第一接触元件KE，其中第一接触元件KE在与热断路器T相接触的区域中具有至少一个凹部，形成间隙。因此，陶瓷在凹陷区域具有较差的电和热连接，因为不存在直接接触，使得位于其下相应陶瓷体积上需要更多的热被加热（或冷却更慢），这意味着这一热点的区域故意地形成。一方面，这改进了热断路器T的触发，另一方面，可以预期较低功率的压敏电阻VAR1在该区域将精确地击穿，使得在该过程中转化的能量另外加速热断路器T的断开。

该“凹陷”相邻区域两侧上可以机械地被覆盖，使得当较低功率的压敏电阻VAR1融化时，等离子体和压力不能直接穿透到外部。

如果压敏电阻在机械耦合的系统（例如，两个或多个压敏电阻盘）中实现，则在示例性实施例中也可获得特定优点。这里，可以提供压敏电阻的布置的机械稳定性，其在较低功率的压敏电阻VAR1的过载事件下是特别有利的。

在所有实施例中，在串联电路的压敏电阻VAR1、VAR2之间还可设置抽头A3。通过抽头，可评估由压敏电阻VAR1和VAR2形成的分压器的变化例如以便检测故障或者检测功能。可以基于不同电压就第一和第二压敏电阻VAR1、VAR2进行推断。

过电压保护装置1可容易地进一步包括在第一压敏电阻（VAR1）和第二压敏电阻（VAR2）外设置的壳体G。

此外，过电压保护装置1可具有远程通信接口（未示出），或者抽头（A3）可用作远程通信接口。

Claims

1.一种具有压敏电阻（VAR1、VAR2）的过电压保护装置（1），包括串联连接的第一压敏电阻（VAR1）和第二压敏电阻（VAR2），其特征在于，所述第一压敏电阻（VAR1）连接有热断路器（T），所述第一压敏电阻（VAR1）工作电压低于所述第二压敏电阻（VAR2）的工作电压，所述第一压敏电阻（VAR1）能量吸收能力低于所述压敏电阻（VAR2）的能量吸收能力，在过载情况下，所述第一压敏电阻（VAR1）的升温快于第二压敏电阻（VAR2）的升温，并由此导致所述热断路器断开。

2.根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一压敏电阻（VAR1）的工作电压小于或等于1/4所述第二压敏电阻（VAR2）的工作电压。

3.根据权利要求1或2所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一压敏电阻（VAR1）是第一类型的陶瓷压敏电阻，所述第二压敏电阻（VAR2）是与第一压敏电阻（VAR1）不同类型陶瓷的陶瓷压敏电阻。

4.根据前述权利要求任一项中所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一压敏电阻（VAR1）具有第一陶瓷层厚度（d1），所述第二压敏电阻（VAR2）具有与第一压敏电阻（VAR1）不同的第二陶瓷层厚度（d2）。

5.根据前述权利要求任一项中所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第二压敏电阻（VAR2）与冷却装置（K）相关联。

6.根据前述权利要求任一项中所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一压敏电阻（VAR1）具有第一陶瓷层表面积（A1），所述第二压敏电阻（VAR2）具有与第一压敏电阻（VAR1）不同的第二陶瓷层表面积（A2）。

7.根据前述权利要求任一项中所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一压敏电阻在与所述热断路器（T）之间以及相邻设区域置有第一接触元件（KE），所述第一接触元件（KE）在与所述热断路器（T）相接触的区域内，所述第一接触元件（KE）与所述第一压敏电阻（VAR1）留有间隙不直接电接触。

8.根据前述权利要求任一项中所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一压敏电阻（VAR1）和所述第二压敏电阻（VAR2）之间设置有抽头（A3）。

9.根据前述权利要求任一项中所述的过电压保护装置，其特征在于，所述过电压保护装置进一步包括在第一压敏电阻（VAR1）和第二压敏电阻（VAR2）外设置的壳体（G）。

10.根据前述权利要求任一项中所述的过电压保护装置，其特征在于，所述装置进一步包括远程通信接口。