CN109510181A - 浪涌保护器件模块以及包括该浪涌保护器件模块的系统 - Google Patents

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Abstract

一种浪涌保护器件(SPD)模块，包括变阻器和电导体。变阻器包括限定在变阻器中并延伸通过变阻器的孔。电导体延伸通过变阻器中的孔。

Description

浪涌保护器件模块以及包括该浪涌保护器件模块的系统
技术领域
本发明涉及一种浪涌保护器件，更特别地，涉及一种包括变阻器的浪涌保护器件。
背景技术
通常，在为住宅和商业及机构设施传送电力的服务线路上施加过大的电压或电流。例如，这种过大的电压或电流尖峰(瞬态过电压和浪涌电流)可能由雷击引起。上述事件在电信配送中心、医院和其他设施中可能是特别令人担忧的，在电信配送中心、医院和其他设施中，过电压和/或电流浪涌所导致的设备损坏是不可允许的，并且引起的停机时间可能是非常昂贵的。
通常，可使用浪涌保护器件或电涌保护器件(SPD)来保护敏感电子设备以抵抗瞬态过电压和浪涌电流。例如，过电压保护器件可安装在待被保护的设备的电力输入处，其通常在其发生故障时被保护以抵抗过电流。SPD的通常故障模式是短路。通常采用的过电流保护是内部热断开器和外部熔断器的组合，内部热断开器保护器件免受由于增加的泄漏电流而引起的过热影响，外部熔断器保护器件免受较高故障电流的影响。不同的SPD技术可避免使用内部热断开器，因为在发生故障的情况下，它们会将其操作模式改为低欧姆电阻。
在线路L(例如，三相电力电路的电压线)中的浪涌电流的情况下，对电力系统负载器件的保护可能需要为浪涌电流的过电流提供接地的电流路径。浪涌电流可在线路L和中性线N(中性线N可导电地耦合到接地PE)之间产生瞬态过电压。由于瞬态过电压明显超过SPD的工作电压，因此SPD将变为导电的，允许过电流从线路L流过SPD至中性线N。一旦浪涌电流已被传导至中性线N，过电压状况结束并且SPD可能会再次变为非导电的。然而，在一些情况下，即使在低于SPD的操作电压的电压下，一个或更多个SPD也可开始允许传导泄漏电流。在SPD劣化的情况下可能会发生这种状况。
发明内容
根据本发明的实施方案，一种浪涌保护器件(SPD)模块包括变阻器和电导体。变阻器包括限定在变阻器中并延伸通过变阻器的孔。电导体延伸通过变阻器中的孔。
在一些实施方案中，孔延伸完全通过变阻器的厚度，并且电导体延伸完全通过孔。在一些实施方案中，孔具有至少1mm的深度。
根据一些实施方案，电导体为电极。
根据一些实施方案，电极包括：接触部分，其电连接到变阻器的接触表面；以及一体的延伸部分，气延伸通过孔。
在一些实施方案中，延伸部分横向于接触部分地延伸。
在一些实施方案中，一体的延伸部分为端子突片并向外突出超过变阻器的与第一接触表面相对的第二表面。在一些实施方案中，端子突片向外突出超过变阻器的第二表面在从约0.1mm至15mm的范围的距离。
根据一些实施方案，SPD模块包括模块壳体、安装在模块壳体上的第一模块电端子和第二模块电端子以及热断开器机构。变阻器电连接在第一模块电端子与第二模块电端子之间。热断开器机构定位在准备配置，其中，变阻器与第二模块电端子电连接。热断开器机构能够被重新定位使变阻器与第二模块电端子电断开。热断开器机构包括断开弹簧，该断开弹簧在准备配置中弹性地偏转并电连接到电极的延伸部分。热断开器机构还包括焊料，该焊料在准备配置中将断开弹簧固定在与电极的延伸部分的电连接中。焊料能够响应于SPD模块中的过热而熔融。断开弹簧被配置为当焊料熔融时使变阻器与第二模块电端子电断开。
在一些实施方案中，延伸部分为端子突片并向外突出超过变阻器的与接触表面相对的第二表面。
在一些实施方案中，SPD模块包括在断开弹簧中的弱区域。断开弹簧被配置为响应于通过断开弹簧的电流而在弱区域处断开，以使变阻器与第二模块电端子电断开。
在一些实施方案中，SPD模块包括指示器机构，指示器机构被配置为当热断开器机构使过电压钳位元件与第二模块电端子断开时提供SPD模块已故障的警报。
在一些实施方案中，指示器机构包括本地警报机构，本地警报机构包括：在模块壳体中的窗；指示器构件，能够在准备位置与指示位置之间相对于窗运动；以及指示器弹簧，被配置为当热断开器机构使变阻器与第二模块电端子断开时迫使指示器构件从准备位置到指示位置。
根据一些实施方案，指示器机构包括远程警报机构，远程警报机构包括：在模块壳体中的开关开口，该开关开口从外部基部组件接收开关引脚；阻挡构件，覆盖开关开口；以及指示器弹簧，被配置为当热断开器机构使变阻器与第二模块电端子断开时迫使阻挡构件离开开关开口，以允许开关引脚延伸通过开关开口。
根据一些实施方案，SPD模块包括模块壳体、安装在模块壳体上的第一模块电端子和第二模块电端子以及第二电极。第二电极包括连接到变阻器的与第一接触表面相对的第二表面的第二接触部分。第一电极的延伸部分使变阻器的第一接触表面电连接到第二模块电端子。第二电极使变阻器的第二接触表面电连接到第一模块电端子。
在一些实施方案中，SPD模块包括第二变阻器，第二变阻器具有面对第一变阻器的第一接触表面。第一电极的接触部分介于第一变阻器与第二变阻器之间。第二电极使第二变阻器的第一接触表面电连接到第一模块电端子。
根据一些实施方案，SPD模块包括电连接在第二电极与第一模块电端子之间的气体放电管(GDT)。
在一些实施方案中，SPD模块包括电连接在GDT与第一模块电端子之间的第三电极。
在一些实施方案中，SPD模块包括第二变阻器，第二变阻器具有面对第一变阻器的第一接触表面。电极的接触部分介于第一变阻器与第二变阻器之间。电极的接触部分电连接到第二变阻器的第一接触表面。
在一些实施方案中，SPD模块包括：模块壳体；安装在模块壳体上的第一模块电端子和第二模块电端子，其中，变阻器电连接在第一模块电端子与第二模块电端子之间；及热断开器机构。热断开器机构定位在准备配置，其中，变阻器与第二模块电端子电连接。热断开器机构能够被重新定位使变阻器与第二模块电端子电断开。热断开器机构包括电导体，电导体在所述准备配置中延伸通过变阻器中的孔并电连接到变阻器。所述热断开器机构还包括焊料，焊料在所述准备配置中将所述电导体固定在与所述变阻器的电连接中，其中焊料能够响应于SPD模块中的过热而熔融，并且热断开器机构被配置为当焊料熔融时使电导体与变阻器电断开，由此使变阻器与第二模块电端子电断开。
根据本发明的实施方案，一种DIN轨道浪涌保护器件(SPD)系统，包括基部和SPD模块。基部被配置为安装在DIN轨道上。基部限定接收器槽。SPD模块被配置为可移除地安装在接收器槽中以与基部形成DIN轨道SPD组件。SPD模块包括：变阻器，包括限定在变阻器中并延伸通过变阻器的孔；以及电导体，延伸通过变阻器中的孔。
通过阅读附图和随后的优选实施方案的详细描述，本领域的普通技术人员将理解本发明的其他特征、优点和细节，这些描述仅仅是对本发明的说明。
附图说明
形成说明书的一部分的附图示出本发明的实施方案。
图1是根据本发明的实施方案的SPD组件安装在DIN轨道上的俯视主视透视图。
图2是形成图1的SPD组件的部分的SPD模块的分解主视左侧透视图。
图3是图2的SPD模块的分解主视右侧视图。
图4是在图2的SPD模块的盖被移除的情况下图2的SPD模块沿着图1的线4-4截取的截面图。
图5是图2的SPD模块的部分主视左侧透视图。
图6是图2的SPD模块的部分主视右侧透视图。
图7是图2的SPD模块在盖被移除且其热断开器机构处于准备配置的右侧视图。
图8是图2的SPD模块在盖被移除且其热断开器机构处于第一跳闸配置的右侧视图。
图9是图2的SPD模块在盖被移除且其热断开器机构处于第二跳闸配置的右侧视图。
图10是形成图2的SPD模块的一部分的过电压钳位元件组件的主视右侧透视图。
图11是图10的过电压钳位元件组件的右侧视图。
图12是图10的过电压钳位元件组件沿着图11的线12-12截取的截面图。
图13是形成图1的SPD组件的一部分的基部组件的分解透视图。
图14是图13的基部组件的截面图。
图15是由图1的SPD组件形成的电路的示意性电路图。
图16是包括图1的SPD组件的电路的示意性电路图。
图17是根据本发明的其他实施方案的过电压钳位元件组件的分解部分视图。
图18是根据本发明的其他实施方案的SPD模块的透视图。
图19是图18的SPD模块沿着图18的线19-19截取的截面图。
图20是形成图18的SPD模块的一部分的过电压钳位元件组件的透视图。
图21是图20的过电压钳位元件组件的分解透视图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的说明性实施方案。在附图中，为了清楚起见，可夸大区域或特征的相对尺寸。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于这里阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案以使得本公开将是全面的和完整的，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
将理解的是，当一个元件被称为“耦合”或“联接”或“连接”到另一元件时，它可直接耦合或联接或连接到另一元件，或者也可存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接耦合”或“直接联接”或“直接连接”到另一元件时，不存在介于中间的元件。在整个说明书中，相同的数字始终指代相同的元件。
另外，为了便于描述，在这里可使用空间相对术语，诸如“在下方”、“在下面”、“下部”、“在上方”、“上部”等来描述如图所示的一个元件或特征与另一(多个)元件或(多个)特征的关系。将理解的是，空间相对术语旨在包括装置在使用或操作时除了图中所示的方位之外的不同方位。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可包括上方和下方这两个方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他方位)，并且相应地解释这里使用的空间相对描述符。
为了简洁和/或清楚起见，可未详细描述众所周知的功能或配置。
如这里所使用的，表述“和/或”包括一个或更多个相关联的所列项目的任意组合和所有组合。
这里使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并不旨在限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”或“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时是指存在所述的特征、整体(integer)、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或者添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，诸如在常用词典中定义的那些术语的术语应被解释为具有与其在相关领域的背景中的含义一致的含义，并且将不在理想化的或过度正式的意义上来解释，除非这里明确地这样定义。
如这里所使用的，“单片”意味为由没有接头或接缝的材料形成或组成的单个一体件的物体。可选地，单个物体可以是由在接头或接缝处固定在一起的多个零件或部件组成的组合物。
参照图1至14，其中示出了根据本发明的实施方案的瞬态电压浪涌抑制器(TVSS)或浪涌保护器件(SPD)组件101和SPD系统103。SPD组件101和系统103包括SPD模块100和基座或基部180。SPD模块100可插接到基部180中。
根据一些实施方案并且如所示，SPD组件101被配置且尺寸和形状被设置成用于安装在支撑轨道10(例如，图1中所示的DIN轨道10)上，并且符合对应的可适用的DIN要求或标准。DIN轨道10可被固定(例如，通过螺钉5或其他紧固件)到诸如壁W的适当支撑结构，壁W例如为电气服务实用柜的后壁。基部180可拆卸地可安装在DIN轨道10上。相应地，可插接浪涌保护器件(SPD)模块100可拆卸地可安装在基部180上。
在一些实施方案中，SPD组件101的最大尺寸符合以下DIN(Deutsches Institut für Normunge.V.)标准中的至少一个：DIN 43 880(1988年12月)。在一些实施方案中，组件101的最大尺寸符合这些标准中的每一个。
根据一些实施方案并且如所示，轨道10是DIN轨道。也就是说，轨道10的尺寸被设置且被配置为满足用于安装模块化电气设备的轨道用的DIN规范的轨道。
DIN轨道10具有后壁12和从后壁12向外延伸的一体的纵向凸缘14。每个凸缘14包括向前延伸的壁14A和向外延伸的壁14B。壁12和14一起形成纵向延伸的前中央通道13和相对的纵向延伸的后边缘通道15。安装孔可被设置为延伸完全通过壁12并接收用于将轨道10固定到支撑结构(例如，壁或面板)的紧固件5(例如，带螺纹的紧固件或铆钉)。DIN轨道10限定DIN轨道平面E-F并且具有在平面E-F中延伸的纵向轴线F1-F1。这种类型的DIN轨道可被称为“顶帽”支撑轨道。
根据一些实施方案，轨道10是35mm(宽)DIN轨道。根据一些实施方案，轨道10由金属和/或复合材料或塑料材料形成。
组件100具有DIN轨道器件组件轴线A-A(图1)，该DIN轨道器件组件轴线A-A横向于与DIN轨道10的轴线F1-F1，并且在一些实施方案中与DIN轨道10的轴线F1-F1大致垂直。在一些实施方案中，DIN轨道安装组件轴线A-A横向于与DIN轨道10的平面E-F，并且在一些实施方案中与DIN轨道10的平面E-F大致正交。如这里所使用的，“前”或“远”指的是当组件101安装在DIN轨道10上是远离DIN轨道10的端，“后”或“近”指的是靠近DIN轨道10的端。
基部180(图1、图13和图14)包括壳体182。壳体182包括后部分183A、上腿或上部分183B以及下腿或下部分183C。壳体182限定封闭的内腔。根据一些实施方案，壳体182由电绝缘聚合物材料形成。壳体182可由任意适当的材料形成。在一些实施方案中，壳体182由刚性聚合物材料或金属(例如铝)形成。适当的聚合物材料可包括例如聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)或ABS。
DIN轨道接收器通道182F被限定在后部分183A的后侧。一体的轨道钩特征182H位于通道182F的一侧，弹簧加载的DIN轨道闩机构(DIN rail latch mechanism)182G安装在通道182F的另一侧。如本领域中已知的，特征和部件182F、182G、182H的尺寸被设置且被配置为将基部180牢固且可释放地安装在标准DIN轨道10上。
通过部分183A至183C在基部180的前侧限定接收器槽183D。接收器槽183D具有前开口并且在任一侧上是敞开的。接收器槽183D沿着轴线A-A从开口轴向延伸，并且终止于后部分183A的前侧。
基部端子电连接器组件184、186安装在上部分183B和下部分183C中的每个中。每个连接器组件184、186包括线缆夹持连接器185A和端子接触连接器插座185B。在上部分183B和下部分183C中的每个中限定线缆端口182C，以将电线缆20和22的端子端接收到对应的线缆夹持连接器185A中。在每个部分183B、183C中设置驱动器端口185C，以接收驱动器以操作相关联的线缆夹持连接器185A的带螺纹的构件(例如，螺钉)185D。
上下接触开口183E被限定在后部分183A的前侧或壁中。
开关188设置在壳体182中。开关188包括弹簧加载的远程控制引脚188A，弹簧加载的远程控制引脚从后部分183A的前侧向前突出。开关188还包括安装在PCB 188E上并连接到控制引脚188A的开关电子装置188B和输出电连接器188D。
SPD模块100包括壳体110、设置在壳体110中的过电压钳位元件组件130、一体的热断开器机构151、一体的指示器机构170(包括本地警报机构107和远程警报机构108)、第一故障安全机构102和第二故障安全机构104，如下面更详细地论述。SPD模块100还包括灌封体(potting)P(仅在图4中示出)、第一电接触构件166和第二电接触构件168。
壳体110包括共同形成壳体110的内壳体构件或框架114和外壳体构件或盖112。壳体110限定内室或腔。
前指示器开口或窗112B设置在盖112的前壁上。指示器窗112B可用于在视觉上指示模块100的状态的变化，如下所述。
框架114包括分隔壁116A，分隔壁116A将壳体110的腔分隔成相对的腔118A和118B。电导体或电极槽120被限定在分隔壁116A中并连接腔118A和118B。框架114包括前壁116B和后壁116C。开关开口122被限定在后壁116C中。
一体的加强结构124、一体的弹簧锚柱126A、一体的枢转柱126B和弹簧支柱126C中的每个从分隔壁116A横向突出到腔118B中。加强结构124具有大致平面的平台或接合表面124A(图3)。
壳体构件112和114可由任意适当的一种或多种材料形成。在一些实施方案中，壳体构件112和114中的每个由刚性聚合物材料形成。适当的聚合物材料可包括例如聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)或ABS。
在一些实施方案中并且如所示，过电压钳位元件组件130包括第一变阻器132、第二变阻器133、第一电极134、第二电极136、第三电极138、气体放电管(GDT)140和GDT电极142。
第一变阻器132具有相对的接触表面132A和132B。金属化层可覆盖接触表面132A和132B。
第二变阻器133具有相对的接触表面133A和133B。金属化层可覆盖接触表面133A和133B。第二变阻器133还包括由内侧壁133C限定在第二变阻器133中的开孔、开口或孔139。孔139延伸完全通过第二变阻器133的从接触表面133A到接触表面133B的厚度。孔139限定孔轴线Q-Q(图12)，孔轴线Q-Q横向地延伸到由变阻器133的表面133A限定的平面N-N(图12)。
变阻器132和133中的每个的厚度和直径将依赖于对于特定应用所期望的变阻器特性。在一些实施方案中，每个变阻器132、133具有至少为2的宽度W1(图12)与厚度T1(图12)的比。在一些实施方案中，每个变阻器132、133的厚度T1在从约0.75mm至15mm的范围。
变阻器132和133的变阻器材料可以是通常用于变阻器的任意适当材料，即，随着施加电压而呈现非线性电阻特性的材料。在一些实施方案中，变阻器132和133是金属氧化物变阻器(MOV)。优选地，当超过规定电压时，电阻变得非常低。例如，变阻器材料可以是例如掺杂的金属氧化物或碳化硅。适当的金属氧化物包括氧化锌化合物。
第一电极134包括外周部分134A、交叉(cross)腿或支撑腿134B以及一体的端子突片134C。部分134A和134B共同形成接触部分。第一电极134是导电的。在一些实施方案中，第一电极134由金属形成。适当的金属可包括镍黄铜或铜合金，例如CuSn6或Cu-ETP。在一些实施方案中，第一电极134是一体的(复合的或单片的)，并且在一些实施方案中，第一电极134是单片的。
第二电极136包括外周部分136A、交叉腿或支撑腿136B以及端子突片137。部分136A和136B共同形成接触部分，并且端子突片137形成延伸部分。
端子突片137具有限定突片平面T-T(图11)的大致平面的接触表面137A。在一些实施方案中，突片平面T-T横向于由接触表面133A限定的平面N-N(图12)，并且在一些实施方案中与由接触表面133A限定的平面N-N(图12)大致正交。
第二电极136是导电的。在一些实施方案中，第二电极136由金属形成。适当的金属可包括镍黄铜或铜合金，例如CuSn6或Cu-ETP。在一些实施方案中，第二电极136是一体的(复合的或单片的)，并且在一些实施方案中，第二电极136是单片的。
第三电极138包括外周部分138A、交叉腿或支撑腿138B以及一体的端子突片138C。部分138A和138B共同形成接触部分。第三电极138是导电的。在一些实施方案中，第三电极138由金属形成。适当的金属可包括镍黄铜或铜合金，例如CuSn6或Cu-ETP。在一些实施方案中，第三电极138是一体的(复合的或单片的)，并且在一些实施方案中，第三电极138是单片的。
第二电极136介于或被夹在变阻器132和133之间，第一电极134和第三电极138分别安装在变阻器132的外表面132A和变阻器133的外表面133A上。更特别地，第一电极134通过焊料结合到接触表面132A的金属化层，第二电极136通过焊料结合到接触表面132B的金属化层，使得电极134和136分别电连接到接触表面132A和132B。第三电极138通过焊料结合到接触表面133A的金属化层，第二电极136通过焊料结合到接触表面133B的金属化层，使得电极138和136分别电连接到接触表面132A和132B。
端子突片137用作横向地延伸通过变阻器133中的孔139的电导体。端子突片137的部分137B横向地突出横向超出变阻器133的表面133A的规定延伸距离DE(图12)。
根据一些实施方案，规定延伸距离DE在从约0.1mm至15mm的范围。
根据一些实施方案，孔139具有在从约1mm2至50mm2的范围的面积。根据一些实施方案，孔129具有在从约1mm至20mm的范围的深度T3(图12)。
除了当电流被传导通过变阻器133时，端子突片137与侧壁133A和接触表面133A电隔离。在一些实施方案中，端子突片137的整体与侧壁133C间隔开环绕间隙G。根据一些实施方案，间隙G具有在该范围或从约0.1mm至10mm的最小宽度W3(图11)。间隙G可以是空气间隙或可填充有电绝缘材料。孔139可具有任意适当的形状。在一些实施方案中，孔139的形状与端子突片137的形状大致对应。例如，在所示的实施方案中，孔139是具有与端子突片137的长条宽度大致对齐的纵向轴线的长条槽。
过电压钳位元件组件130被容纳在腔118A中，使得端子突片137延伸通过槽120并延伸到腔118B中。腔118A中的剩余空间填充有灌封体P。
GDT 140包括主体140A以及在主体140A的相对端上的阳极端子140B和阴极端子140C。如本领域已知的，主体140A包含阳极、阴极和火花间隙室(spark gap chamber)。
在一些实施方案中并如所示，GDT 140是晶片或盘形的，GDT 140具有位于主体140A的主要相对面上的导电端子140B和140C。环形电绝缘体(例如，陶瓷)可在端子140B和140C之间围绕主体140A。在一些实施方案中并如所示，端子140B和140C的外表面是大致平坦的且大致平面的或者包括大致平坦或平面的圆形或环形接触区域。
主体140A包括包含有所选气体的密封的或气密密封的室或单元。端子140B和140C电连接到气体(例如，通过与所包含的气体流体接触的相应电极部分)。在规定的火花过电压以下，GDT 140在端子140B和140C之间是电绝缘的。当横跨端子140B和140C施加的电压超过规定的火花过电压时，所包含的气体被电离(ionized)以使电流流过气体(通过汤森放电过程)，从而在端子140B和140C之间流动。因此，GDT 140将依赖于施加的电压而选择性地电绝缘或导电。启动和维持导电(放电)所需的电压将依赖于GDT 140的设计特性(例如，几何形状、气体压力和气体组分)。
根据一些实施方案，GDT 140的直径D5(图12)与其厚度T5(图12)的比在从约2至20的范围。根据一些实施方案，GDT 140的厚度T5在从约1mm至20mm的范围。在一些实施方案中，GDT 140的直径D5在从约1mm至45mm的范围。在一些实施方案中，GDT 140具有与和GDT140串联使用的MOV变阻器晶片132和133的浪涌电流和能量承受能力至少一样大的浪涌电流和能量承受能力。
适当的GDT可包括I类和II类GDT。适当的GDT可额定为从5kA至150kA的脉冲电流和从75V至750V的最大连续工作电压。适当的GDT可包括从斯洛文尼亚的Iskra Zascited.o.o可获得的额定为600V GDT的平坦气体放电管型3L30-25或者的日本的TDK-EPC公司(EPCOS)的D20-A800XP GDT。
例如，阳极端子140B通过焊料被机械固定并电连接到第一电极134。
GDT电极142包括GDT接触部分142A和端子接触部分142B。接触部分142A是环形的并且被配置为与GDT 140的阴极端子140C大致匹配。GDT电极142是导电的。在一些实施方案中，GDT电极142由金属形成。适当的金属可包括镍黄铜或铜合金，例如CuSn6或Cu-ETP。在一些实施方案中，GDT电极142是一体的(复合的或单片的)，并且在一些实施方案中，GDT电极142是单片的。
例如，GDT电极142通过焊料被机械固定并电连接到GDT 140的阴极端子140C。
第一电接触构件166(图2)包括基部166A和一体的U形模块端子连接器166B。基部166A例如在接头J1处(图5)通过焊料或焊接而被固定到GDT电极142的端子接触突片142B。
当在制造期间形成接头J1时，可调节或改变GDT电极142和基部166A的相对位置。例如，接触构件166相对于GDT电极142的横向位置可被调节且然后被固定(例如，通过焊料或焊接)以适应不同厚度的变阻器132和133。该浮动接触或接合可允许使用同一GDT电极142组装不同厚度的变阻器132和133。
接触构件166可由任意适当的一种材料或多种材料形成。在一些实施方案中，接触构件166由金属形成。适当的金属材料可包括镍黄铜，例如CuSn0.15、CuSN6、CuP0.008。在一些实施方案中，接触构件166是一体的，并且在一些实施方案中，是单片的。
第一电极的端子突片134C和第三电极138的端子突片138C在变阻器132和133的基部处彼此重叠并接合，以在电极132和133之间提供电接触和连续性。当GDT 140被致动以传导电流时，电极134(进而电极138)电连接到GDT电极142(进而电连接到接触构件166)。
热断开器机构151包括断开弹簧150、辅助弹簧160和焊料159的层。
断开弹簧150包括基腿152和通过圆角弯曲部153而接合到基腿152的悬臂自由腿。自由腿包括靠近弯曲部153的下部分154A和远离弯曲部153的上接触部分154B。接触部分154B包括面对端子突片137的内接触面。弱区域156位于下部分154A和接触部分154B之间的弹簧150中。弱区域156包括被限定在弹簧150的侧边缘中的缺口156A。结果，弹簧150在弱区域156处具有减小的截面面积。
根据一些实施方案，弹簧150具有在从约0.2mm至1mm的范围的厚度T2(图7)。根据一些实施方案，弹簧150的厚度T2从一端到另一端是大致均匀的。
根据一些实施方案，弹簧150具有在从约3mm至10mm的范围的宽度W2(图7)。根据一些实施方案，弹簧150的宽度W2从一端到另一端是大致均匀的。
根据一些实施方案，下部分154A的长度在从约15mm至35mm的范围。
根据一些实施方案，接触部分154B的长度L2B在从约2mm至15mm的范围。
弹簧150可由任意适当的一种材料或多种材料形成。在一些实施方案中，弹簧150由金属形成。适当的金属材料可包括例如CuSn0.15合金(青铜)、镍黄铜、CuSn6、Cu–ETP、无氧铜。根据一些实施方案，弹簧150在准备位置(图6)具有在从约5N至30N范围的恢复力。根据一些实施方案，弹簧由具有大于300℃的软化温度的材料(例如，金属)形成。在一些实施方案中，弹簧150是一体的(复合的或单片的)，并且在一些实施方案中，弹簧150是单片的。在一些实施方案中，弹簧150由片材金属形成(例如，切割和弯曲)。
根据一些实施方案，弹簧150具有至少14nΩ·m(在20℃)的导电率。
辅助弹簧160包括基腿162和通过圆角弯曲部接合到基腿162的悬臂自由腿164。自由腿164从弯曲部延伸到远端子端164A。端子端164A靠近弱区域156定位。自由腿164可与下腿154A大致共同延伸。
根据一些实施方案，弹簧160具有在从约0.2mm至0.9mm的范围的厚度。根据一些实施方案，弹簧160的厚度从一端到另一端是大致均匀的。
根据一些实施方案，弹簧160具有在从约3mm至10mm的范围的宽度。根据一些实施方案，弹簧160的宽度从一端到另一端是大致均匀的。
根据一些实施方案，自由腿164的长度在从约5mm至15mm的范围。
弹簧160可由任意适当的一种材料或多种材料形成。在一些实施方案中，弹簧160由金属形成。适当的金属材料可包括例如CuSn0.15合金(青铜)、CuSn6、Cu–ETP、无氧铜。根据一些实施方案，弹簧160在准备位置(图7)具有在从约0.5N至5N范围的恢复力。在一些实施方案中，弹簧160由具有大于300℃的软化温度的材料(例如，金属)形成。在一些实施方案中，弹簧160是一体的，并且在一些实施方案中，弹簧160是单片的。在一些实施方案中，弹簧160由片材金属形成(例如，切割和弯曲)。在一些实施方案中，弹簧160由与弹簧150不同的材料形成。
根据一些实施方案，弹簧160具有至少14nΩ·m(在20℃)的导电率第二电接触构件168(图6)包括基部168A和一体的U形模块端子连接器168B。弹簧150和160被固定到基部168A(例如，通过铆钉)。如此组装的弹簧150和160以及基部168A共同形成弹簧/接触子组件。
接触构件168可由任意适当的一种材料或多种材料形成。在一些实施方案中，接触构件168由金属形成。适当的金属材料可包括例如镍黄铜、CuSn0.15、CuSN6、CuP0.008。在一些实施方案中，接触构件168是一体的，并且在一些实施方案中，是单片的。
焊料159可由任意适当的一种材料或多种材料形成。在一些实施方案中，焊料159由金属形成。适当的金属材料可包括例如58Bi42Sn。
根据一些实施方案，焊料159被选择使得其熔点大于规定的最大标准操作温度，但小于或等于规定的断开温度。最大标准操作温度可以是在正常操作期间(包括处理在对于模块100的范围设计内的过电压浪涌)焊料159中预期的最大温度。规定的断开温度是焊料159的焊料159意图释放弹簧150从而致动第一故障安全机构102所在的温度。
根据一些实施方案，焊料159具有在从约109℃至160℃的范围的熔点，并且在一些实施方案中，焊料159具有在从约85℃至200℃的范围的熔点。
根据一些实施方案，焊料159具有在从约100西门子/米(S/m)至200S/m的范围的导电率，并且根据一些实施方案，焊料159具有在从约50S/m至500S/m的范围的导电率。
根据一些实施方案，焊料159的层具有在从约0.05mm至0.5mm的范围的厚度。根据一些实施方案，焊料159的厚度从一端到另一端是大致均匀的。
根据一些实施方案，焊料159的层具有在从约25mm2至45mm2的范围的面积。根据一些实施方案，焊料159的层覆盖端子突片137和接触部分154B之间的重叠区域的至少大约85％。
指示器机构170包括摆臂172、指示器滑动件(shuttle)或构件174以及指示器弹簧176。摆臂172包括枢转孔172A，触发器腿172B、指示器腿172C和开关腿172D从枢转孔172A径向地延伸。一体的弹簧锚柱172E设置在开关腿172D上。
指示器腿172C上的柱172F将指示器构件174联接到腿172C。指示器构件174包括指示器表面174A。指示器构件174可滑动地固定到轨道或框架前壁116B，以沿指示器轴线I-I(图7)滑动。
指示器弹簧176在两端处被固定到锚柱172E和锚柱126A，并且弹性地拉伸，使得指示器弹簧176将持久的拉力施加于开关腿172D。
摆臂172和指示器构件174可由任意适当的一种材料或多种材料形成。在一些实施方案中，部件172和174由刚性聚合物材料形成。适当的聚合物材料可包括例如聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)或ABS。
当如图6和图7所示模块100以准备配置被组装时，断开弹簧150弹性地弯曲、变形或偏转，使得断开弹簧150将偏置负载持续地施加于焊料159，沿释放方向DR拉离端子突片137。辅助弹簧160同样弹性地弯曲、变形或偏转，使得辅助弹簧160沿释放方向DR持续地施加抵抗断开弹簧150的偏置载荷。
在准备配置中，摆臂172被断开弹簧150锁定在图7所示的位置。指示器弹簧176弹性地伸长或伸展，使得指示器弹簧176持续地施加沿枢转方向DP(即，朝向前壁116B)拉动腿172D的偏置载荷。指示器构件174由此被固定在准备位置，其中指示器表面174A没有与窗112B对齐并且不可通过窗112B看到。
在图13中示意性地示出由模块100形成的电路。
根据本发明的方法，系统101可以如下使用。
参照图16，其中示出了可使用一个或更多个SPD组件101的示例性电路15。SPD组件101可安装在DIN轨道10上(图1)。所示的电路15是使用“3+1”保护配置的三相系统。在所示的电路15中，存在三个SPD组件101(分别指定为S1、S2、S3)，每个SPD组件连接在相应的线L1、L2、L3和N(即L-N)之间。附加的SPD模块SPE连接在N和PE之间(即，N-PE)。SPD模块SPE可通过本地接地端子EBB(例如，等电位连接汇流条(equipotential bonding bus bar))连接到PE。SPD模块SPE也可以是如本这里所述的SPD组件101。每条线L1、L2、L3可以在线路与其SPD组件S1、S2、S3之间设置有主电路断路器或熔断器FM和外部断开器(诸如辅助熔断器FS)。在其他实施方案中，SPD组件S1、S2、S3、SPE中的一个或更多个可具有与如这里所公开的SPD组件101不同的配置。
在下文中，将描述SPD组件S1的操作和线路L1上的状况或瞬态过电压事件。然而，将理解的是，该描述同样适用于SPD组件S2、S3和线L2、L3。
在变阻器132或133故障的情况下，将在对应的线(例如，图16的线L1)和中性线N之间传导故障电流。众所周知，变阻器具有变阻器开始传导电流的固有额定钳位电压VNOM(有时被称为“击穿电压”或简称为“变阻器电压”)。在VNOM以下，变阻器将几乎不传导电流。在VNOM以上，变阻器将传导电流(即，泄漏电流或浪涌电流)。变阻器的VNOM被通常规定为在1mA的DC电流的情况下横跨变阻器的测量电压。
众所周知，变阻器具有三种操作模式。在第一正常模式(以上论述的)中，直到额定电压，变阻器实际上是电绝缘体。在第二正常模式(也以上论述的)中，当变阻器经受过电压时，变阻器在过电压状况期间暂时且可逆地变为电导体并且之后返回到第一模式。在第三种模式(所谓的寿命终止模式)中，变阻器被有效地耗尽并变为永久的、不可逆的电导体。
变阻器还具有固有钳位电压VC(有时简称为“钳位电压”)。钳位电压VC定义为当根据标准协议将指定电流随时间施加到变阻器时横跨变阻器测量的最大电压。
在不存在过电压状况的情况下，变阻器132和133提供高电阻，使得由于变阻器132和133在电气方面看起来像开路，因此几乎没有电流流过模块100。也就是说，通常每个变阻器几乎不通过电流。在过电流浪涌事件(通常，瞬态；例如雷击)或过电压状况或事件(通常，持续时间比过电流浪涌事件长)超过VNOM的情况下，变阻器晶片的电阻会迅速下降，允许电流流过模块100并产生用于电流的分流路径以保护相关联的电气系统的其他部件。通常，在没有模块100的显著过热的情况下，变阻器从这些事件恢复。
变阻器具有多种故障模式。故障模式包括：1)变阻器发生故障成为短路；2)变阻器发生故障成为线性电阻。变阻器发生短路或线性电阻的故障可由足够幅度和持续时间的单个或更多个浪涌电流的传导导致，或者可由将通过变阻器驱动足够的电流的单个或跟多个连续过电压事件导致。
短路故障通常表现为延伸通过变阻器的厚度的局部针孔或穿刺部位(这里，“故障部位”)。该故障部位在低电阻的两个电极之间产生电流流动的路径，但是足够高以产生欧姆损耗并且即使在低故障电流下也会导致器件的过热。通过变阻器的足够大的故障电流可使在故障部位的区域中的变阻器熔融并产生电弧。
变阻器故障称为线性电阻将导致通过变阻器的限制电流的传导，从而将导致热量累积。这种热量累积可导致灾难性的热失控，并且器件温度可超过规定的最高温度。例如，对于器件的外表面最大允许温度可通过代码或标准来设定，以防止相邻部件的燃烧。如果泄漏电流在一定时间段内没有中断，则过热将最终导致变阻器发生如上限定的短路的故障。
在一些情况下，通过故障的变阻器的电流也可被电力系统本身所限制(例如，系统或光电伏打的(PV)电源应用中的接地电阻，其中故障电流依赖于系统在故障时的发电能力)，即使在变阻器故障为短路时也会导致温度的逐渐升高。存在如下情况：例如归因于由于电力系统故障而导致的过电压状况的时间延长，而存在流过变阻器的限制泄漏电流。这些状况可导致器件的温度升高，诸如当变阻器已经发生故障成为线性电阻时并且可能导致变阻器如上所述成为线性电阻或短路的故障。
如上所论述的，在一些情况下，模块100可采用变阻器132和133中的一个或两个全部或部分耗尽(即，处于“寿命终止”状态)的“寿命终止”模式，导致寿命终止故障。当变阻器达到其寿命终止时，模块100将大致变成具有非常低但非零欧姆电阻的短路。结果，在寿命终止状况下，即使不存在过电压状况，故障电流也将连续地流过变阻器。
在使用中，如图1所示，基部180安装在DIN轨道10上。DIN轨道10被接收在通道182F中并被钩182H和闩机构182G固定。
线缆20和22(图1中以虚线示出)被插入通过线缆端口182C并被固定在夹持连接器185A中。在一些实施方案中，线缆20连接到线路L1并且线缆22连接到保护接地线(PE)。
然后，模块100在沿着轴线A-A的插入方向上通过前开口被轴向插接或插入到接收器槽183D中。模块100被推回到接收器槽183D中，直到模块100的后端与后壳体部分183A的前侧大致接合，如图1所示。
模块100插入到槽183D中导致端子166B和168B沿着插入轴线I-I被插入到插座184B和186B中。
因为热断开器机构151处于其准备位置，所以指示器构件174被保持在缩回位置(图6和图7)。另外，当模块100被插入到接收器槽183D中时，远程控制引脚188A由此被插入到端口122中并延伸通过端口122，但被覆盖端口122的腿172D的端部172G压下。由此，模块100通过被压下的远程控制引脚188A来提供反馈：模块100已被安放在基部180中并且模块100处于其准备或操作(非故障)状况。
通过执行相反的上述过程，可从基部180释放模块100并移除模块100。将模块100或其他适当配置的模块安装到基部180中并从基部180移除的前述步骤可被重复多次。例如，在模块100的变阻器132劣化或损坏或者不再具有对于意图应用的适当规格的情况下，可用新的或适当配置的模块替换模块100。
SPD组件101具有依赖于变阻器132和133的状态以及外部事件状况的若干操作模式。
在一些模式下，第一故障安全机构102通过加热焊料159直到焊料熔融并允许弹簧150和160的弹性弹力负载使接触部分154B拉离端子突片137拉开，由此脱离与电极136的电气连续性或电气连接而操作。由此，变阻器132和133与接触构件168电断开，在端子166B和168B之间创建开路。
在一些模式下，第二故障安全机构104通过在弱区域156处加热弹簧150直到弱区域被充分加热软化以允许弹簧150和160的负载使弹簧150在弱区域156处断裂而操作。接触部分154B可通过焊料159而保持结合到端子突片137，但是下部分154A拉离接触部分154B，由此脱离与电极136的电气连续性。变阻器132和133由此与接触构件168电断开，在端子166B和168B之间创建开路。
在正常操作(这里称为模式1)期间，模块100在中性线缆20和PE线缆22之间作为开路而操作。热在断开弹簧150的接触部分154B通过焊料159结合到端子突片137并与端子突片137处于电气连续性的情况下，断开器机构151保持在准备位置(图6和图7)。在这种正常模式中，每个变阻器132和133是绝缘体，直到额定钳位电压VNOM(因此SPD模块100也是绝缘体)。在该模式中，故障安全机构102和104没有被致动(即，热断开器151保持在准备位置(图6和图7))。
在线路L1中的瞬态过电压或浪涌电流的情况下，电力系统负载器件的保护可能需要为浪涌电流的过电流提供接地的电流路径。浪涌电流可以在线缆20和PE线缆22之间产生瞬态过电压，这可克服GDT 140与变阻器132和133中的一个或两个的隔离。在这种情况和模式中(这里称为模式2)，变阻器132和133经受超过VNOM的过电压，并且暂时且可逆地变为低电阻电导体。类似地，GDT 140经受超过其击穿电压的瞬态过电压，并且暂时且可逆地变为低电阻电导体。然后，GDT 140以及变阻器132和133将转移、分流或允许高浪涌电流或脉冲电流从线缆20流过基部连接器184、流过接触构件168、流过弹簧150和160、流过焊料159、流过端子突片137、流过电极136、流过变阻器132和133、流过电极134和138、流过GDT 140、流过GDT电极142、流过接触构件166并流过基部连接器186并流至保护接地线缆22，持续短时间。
在模式2中，故障安全机构102没有操作，因为过电压事件持续时间短并且由浪涌电流产生的热量不足以熔融焊料159。
在模式2中，故障安全机构104没有操作，因为弹簧150中产生的热量不足以使弱区域156弱化到断裂点(point of breaking)。
如果浪涌电流或脉冲电流低于SPD模块100额定的最大浪涌/脉冲电流，则外部熔断器FS将不会熔断并且变阻器132和133应保持起作用。在这种情况下，因为故障安全机构102和104没有跳闸，所以SPD模块100可保持就位用于将来的过电压事件。
如果浪涌电流或脉冲电流超过SPD模块100额定的最大浪涌/脉冲电流，则熔断器FS将通常熔断或跳闸。变阻器132和133也可在内部短路(具有针孔)或具有限制电阻。在这种情况下，操作模式将是如下对于模式3、4或5所述的故障模式。
在第三模式(模式3)中，变阻器132处于在线L1和PE之间具有低泄漏电流的寿命终止模式。可选地或另外地，变阻器133可处于寿命终止模式，在所述寿命终止模式的情况下，以下所述的行为同样适用于变阻器133。变阻器132发生故障成为线性电阻。这种类型的变阻器故障可能是多次浪涌/脉冲电流所导致的。泄漏电流在变阻器132中产生来自欧姆损耗的热量。在一些情况下，泄漏电流在正常操作期间发生并且是低的(从大约0到0.5A)。变阻器132中产生的热量逐渐使变阻器132劣化并随着延长的持续时间而累积。
在模式3中，故障安全机构102操作。更特别地，热量(例如，来自变阻器132中的欧姆损耗)从变阻器132传递到电极136，然后传递到焊料159。随着延长的时间段(例如，在从约60秒至48小时的范围)，热量在焊料159中累积，直到焊料159熔融。熔融的焊料159将弹簧150释放为打开或释放配置，以断开SPD模块100中的电路，如图8所示。由此防止变阻器132和133发生灾难性过热。
在模式3中，故障安全机构104没有操作，因为弹簧150中产生的热量不足以使弱区域156弱化到断裂点。
在模式3中，SPD模块100必须被替换，因为故障安全机构102已跳闸。
在第四模式(模式4)中，变阻器132处于良好状况(即，未处于寿命终止状况)，但存在临时过电压(TOV)事件，其中横跨端子166B和168B的电压迫使变阻器132传达增大的漏电流(通常，在从约0到10A的范围)。该泄漏电流随着持续时间(例如，在从约5秒至120分钟的范围)累积热量，该持续时间短于在模式3中触发故障安全机构102的泄漏电流的持续时间，但是远远长于由变阻器132在模式2中传导的脉冲电流。再次，代替变阻器132或者除了变阻器132之外，可在变阻器133中发生这种现象。
在模式4中，故障安全机构102跳闸(即，弹簧150被焊料159释放)，以与对于模式3所述的方式相同的方式断开通过SPD模块100的电路，如图8所示。
在模式4中，故障安全机构104没有操作，因为弹簧150中产生的热量不足以使弱区域156弱化到断裂点。
在模式4中，SPD模块100必须被替换，因为故障安全机构102已跳闸。
在第五模式(模式5)中，变阻器132(和/或变阻器133)处于寿命终止模式并成为短路或线性电阻，变阻器132(和/或变阻器133)允许来自电源的电流被传导通过变阻器132(和/或变阻器133)。传导电流的值可以在大约10安培和电源的最大短路电流之间(其应低于SPD模块100的短路电流额定值)。这依赖于电气安装的具体配置和变阻器故障的严重程度。
对于模式5，存在用以保护SPD模块100的两个机构：即，如上所述的外部熔断器FS和故障安全机构104。对于10安培和中间电流水平之间的电流水平(通常，为外部熔断器FS的额定值的五倍)而触发故障安全机构104。对于较高的电流水平，外部熔断器FS将首先跳闸以保护SPD100。例如，对于高达1000A的电流水平，SPD 100可被故障安全机构104保护，且对于高达25kA的电流水平，SPD 100可利用200A外部熔断器FS来保护。
在模式5中，对于中间电流，电流电平没有足够高到使外部熔断器FS在合理的时间量内(例如，在从约50ms至5000ms的范围)跳闸。此外，故障安全机构102太慢并且不能保护SPD模块100。直到故障安全机构102跳闸的时间，将对SPD模块100造成明显的内部损坏。
因此，在模式5中，故障安全机构104跳闸以断开通过SPD模块100的电路，如图9所示。更特别地，电流在弱区域156处加热弹簧150，直到弹簧150和160的负载导致弹簧150在弱区域156处断裂并且在电极之间产生用于熄灭相关联电弧的必要距离。弹簧150将在弱区域156处不成比例地加热和弱化，因为在弱区域156处的导电截面面积小于弹簧150的其余部分的导电截面面积、因为弹簧150的其余部分的导电横截面积被辅助弹簧160有效地补充并且因为弹簧156的其余部分被辅助弹簧160冷却。变阻器132由此与接触构件168电断开，在端子166B和168B之间创建开路。只有故障安全机构104及时操作并在发生任何内部损坏之前断开SPD 100。
可选地，可使用较低额定值的熔断器FS，使得甚至在中间电流水平，熔断器FS也将更快速地跳闸并且保护SPD 100。例如，可使用10A熔断器FS，并且可省略故障安全机构104。不过，这种较低额定值的熔断器FS会以在SPD 100可实际承受的水平以下的浪涌/脉冲电流跳闸。因此，通过使用故障安全机构104，SPD 100的性能在浪涌/脉冲电流中得以延长。
如上所述的断开弹簧150的释放(通过故障安全机构102或故障安全机构104的致动)也致动本地警报机构107。弹簧150和160沿释放方向DR的位移从弹簧150和160解除摆臂腿172B。摆臂172通过弹簧176沿枢转方向DP(图7)从锁定位置(图6和图7)被驱动到指示位置(图8和图9)。指示器构件174由此被弹簧176驱动，以沿着轨道116B沿发信号方向DS(图7)滑动。如图8和图9所示，指示器构件174由此移位到警报位置，其中指示器表面174A与模块壳体110的前窗112B对齐并且通过模块壳体110的前窗112B可见。指示器表面174A通过前窗112B具有与壳体指示器表面116C明显不同的视觉外观，从而提供视觉警报或者指示，使得操作者可容易地确定本地警报机构107已被致动。例如，壳体指示器表面116C和指示器表面174A可具有明显不同的颜色(例如，绿色相对于红色)。以这种方式，本地警报机构107可提供模块100已采用其开路配置或状态的便利指示。
如上所述的摆臂172的释放还致动远程警报机构108。在模块100的准备位置，开关腿172D的端部172G覆盖后开口122，使得基部180的开关引脚188A保持被压缩。当摆臂172枢转到指示位置时，开关腿172D远离后开口122移动，使得后端口122不再被覆盖。开关引脚188A由此被允许通过开口122进一步延伸到模块100中至警报信号位置。远程引脚188A连接到开关电子装置188B或传感器，开关电子装置188B或传感器检测引脚188A的位移并经由连接器188D向远程装置或端子提供电信号。以这种方式，远程警报机构108可提供模块100已采用其开路配置或状态的便利远程指示。
如上所论述的，当电流流过变阻器132时，热断开器机构151响应于SPD模块100中的温度升高，并且使变阻器132与电力线断开。通常，热断开器机构151可被配置为期望地平衡SPD组件100和熔断器FS对于脉冲或浪涌电流相对于泄漏电流的响应。变阻器132或133的故障模式可以是以上论述的模式中的一者，例如：变阻器132的逐渐劣化，其将导致在正常操作时增大的泄漏电流(例如，0至0.5A)；临时过电压(TOV)事件，其将导致泄漏电流的增加传导(例如，0.5A至10A)；或者变阻器132或133的短路，其可导致明显的电流传导(几安培直到电力线的全部预期短路电流，例如高达200kArms)。
当变阻器132和133具有增加的泄漏电流传导时(以上论述的模式3和模式4)，变阻器132和133将随着延长的时间段而逐渐过热。最终，热断开器机构151于是将对通过电极突片137而传递到焊接接头J2的变阻器132和133的温度升高产生反应。热断开器机构151将在变阻器132的给定温度轮廓对该事件产生反应有多快依赖于热断开器机构151的部件的材料和焊料159的熔点。可选择这些参数以调节热断开器机构151对不同事件轮廓或事件类型的响应。
此外，热断开器机构151的反应时间不应太快，因为在变阻器132和133传导增加能量的浪涌电流的情况下，变阻器132和133将过热并且即使变阻器132和133完好无损，断开器机构151也可能跳闸。因此，希望或必须微调热断开器机构151的反应时间。因此，构成热断开器机构151的元件的材料和形状的选择是重要的，并且对于在SPD模块100可能面临所有类型的事件/曝光期间的正确操作而言是关键的，因为反应时间依赖于该选择。
在变阻器132和133发生短路的突然故障期间，通过变阻器132和133的电流可从中间值(几kA)达到电力线的最大短路电流。对于电流的中间值，典型地，热断开器的弱点156将首先过热、熔融并经由第二故障安全机构104断开电流。这样做是因为热断开器机构151的弱点156具有较高电阻的减小截面面积。此外，弱区域156的材料的选择对于其快速反应时间而言是重要的，因为在这种情况下，热断开器机构151的第二故障安全机构104必须非常快地反应。第二故障安全机构104不响应于浪涌电流，因此对其响应时间不存在下限。另外，如果第二故障安全机构104没有足够快地反应，则SPD模块100可能由于传导的高电流而被损坏。此外，在这些事件期间，将不存焊料159的熔融，因为第一故障安全机构102花费相对长的时间来反应(秒)，而第二故障安全机构104更快地执行并且弱点156会在毫秒(ms)内熔融。
当短路电流足够高时，SPD模块100由外部熔断器FS保护。通常，当短路电流足以使外部熔断器FS跳闸时，外部熔断器FS将跳闸。当短路电流不足以使外部熔断器FS跳闸时，热断开器机构151(第一故障安全机构102或者第二故障安全机构104)将跳闸。
SPD系统103和SPD模块100可提供大量的优点。过电压钳位元件组件130的配置、特别是电极端子137通过变阻器133中的孔139的布线允许最终组件的更紧凑的总宽度。
电极端子137通过孔139的布线还使热源(即，变阻器132和133)更靠近断开点(即，焊点J2和弹簧弱区域156)，从而导致在需要时更安全且更快速的热触发断开。
SPD模块100可在相同的电压水平下满足更高的最大额定脉冲电流要求，因为可用的变阻器表面区域(即，变阻器132和133的表面区域)通过设置两个电并联的变阻器132和133而被加倍。
设置与变阻器132和133串联的GDT 140可提供大致无泄漏的操作。在不存在浪涌电流的情况下，GDT 140将保持不导电，由此防止泄漏电流通过变阻器132和133的传导。在浪涌的情况下，变阻器132和133将钳位并传导，允许GDT 140导通并传导。当浪涌消退时，变阻器132和133将返回其高电绝缘状态，导致GDT 140的电弧熄灭。以这种方式，变阻器132和133可终止延长的持续电流(follow current)，否则延长的持续电流可能导致GDT 140故障。
灌封体P可为SPD模块100提供强度和抗振性，并且可比环氧树脂便宜地使用。灌封体P可提供热吸收以冷却变阻器132和133以及GDT 140。
一体的电极突片加强特征或柱124机械地支撑或加强电极突片137和弹簧接触部分154B，以抵抗这些部件的可能损坏焊接接头J2的变形或偏转。在不存在特征124的情况下，这种变形或偏转可由通过浪涌电流在电极136上产生的电动负载而引起。
电极134、136、138的形状可在电极134、136、138与金属化层之间提供良好的电接触，同时使所需材料最小化。电极134、136、138可容纳并有效地覆盖且接触具有一定范围的大小(例如，75V至880V)的MOV。对角线交叉腿134B、136B、138B可抵抗由通过浪涌电流在电极136上产生的电动负载而引起的电极134、136、138和变阻器132、133中的变形或偏转。特别地，交叉腿136B可抵抗电极突片137的旋转或其他相对位移。
当高电流流过弹簧150和160时，辅助弹簧160用作散热元件以提供断开弹簧150的冷却。弹簧160还增强了SPD模块100的短路能力。弹簧160提供作用于弹簧150的附加偏转力(以及由此作用于弱区域156和焊接接头J2的附加偏转力)。因为弹簧160终止于弱区域156的下方，所以弹簧160没有增大弱区域156的有效截面面积。
因为辅助弹簧160是与断开弹簧150分开形成的独立部件，所以弹簧150和160可分别由最适合于它们各自功能的材料和尺寸形成。此外，SPD模块100可被更加成本高效地制造。
在一些实施方案中，当断开器机构151处于准备位置时，弹簧150和160一起将在从约0.5N至1.5N的范围的弹簧力施加于焊料159。
在一些实施方案中，模块100是I类浪涌保护器件(SPD)。在一些实施方案中，模块100符合基于IEC 61643-11的条款8.1.1中定义的脉冲放电电流波形的用于SPD的IEC61643-11“用于测试I类的附加工作测试”(条款8.3.4.4)，通常被称为10/350微秒(“μs”)电流波形(“10/350μs电流波形”)。10/350μs电流波形的特征可以为电流波，在电流波中，在约10μs处达到最大电流(100％)并且电流在约350μs处达到最大值的50％。在10/350μs的电流波形的情况下，根据一个或更多个标准，对于SPD的转移的电荷Q和比能量W/R应与峰值电流相关。例如，表1中示出了I类SPD测试的IEC 61643-11参数，如下：
表1用于I类SPD测试的参数
期望的是，SPD模块具有小形状因数。特别地，在一些应用中，期望的是，根据1992年11月1日公布的DIN标准43871，SPD模块均具有1TE的尺寸。根据一些实施方案，模块100具有约18mm的与轴线F1-F1平行的最大宽度W9(图1)。
如这里所公开的包括故障安全机构、警报机构和连接器系统的模块可包括代替变阻器132的不同类型的过电压钳位元件。过电压钳位元件可以是瞬态电压抑制器(TVS)，诸如TVS-二极管(例如，硅雪崩二极管(SAD))。
如以上论述的，在一些实施方案中，弹簧150和160由金属形成，并且在一些实施方案中，由CuSn0.15形成。通过使用金属弹簧150和160，SPD模块100的可靠性和进而安全性被改善，因为模块100不依赖于塑料部件(其可能熔化或堵塞)的操作以将热断开器机构151推入断开位置。金属弹簧150和160可在比塑料弹簧高得多的温度下保持其弹簧力。此外，CuSn0.15弹簧可在比由其他通常弹簧铜材料(例如，Cu/ETP)形成的弹簧高得多的温度(例如，高达400℃)下保持其弹簧力或特性，其他通常弹簧铜材料在约200℃处失去其弹簧特性。
图17示出根据其他实施方案的可代替电极136使用的电极236。电极236与电极136的不同之处在于：一体的端子突片237从交叉腿236B延伸，而不是从外周部分236A延伸。
参照图18至图21，其中示出根据本发明的其他实施方案的SPD模块300。SPD模块300包括壳体构件310、过电压钳位元件组件330、热断开器机构351、第一电接触构件366和第二电接触构件368。SPD模块300还可包括与填充壳体构件310的灌封体P(图4)对应的灌封体。模块300还可包括与壳体盖构件112对应的壳体盖构件(未示出)。
组件330包括第一变阻器332、第二变阻器333、第一电极334、第二电极336、第三电极338、GDT 340、GDT电极342以及接触构件366、368，除了这里论述之外，第一变阻器332、第二变阻器333、第一电极334、第二电极336、第三电极338、GDT 340、GDT电极342以及接触构件366、368与部件132、133、134、136、138、140、142、166和168对应并以与部件132、133、134、136、138、140、142、166和168相同的方式被构造且被组装。
第二电极336被配置为平坦板，并且没有设置一体的端子突片137。第二变阻器333设置有与孔139对应的通孔339。孔339可具有与孔139不同的形状和位置。
热断开器机构351包括导电电导体、接触构件或断开弹簧350。断开弹簧350可由如上所述的用于断开弹簧150的材料形成。断开弹簧350包括基腿352(附着于接触构件368)和自由腿354。自由腿354包括近部分或下部分354A和远接触部分或上接触部分354B。接触部分354B通过穿过孔339的一体的桥接部分354C而接合到下部分354A。接触部分354B通过与焊料159对应的焊料359的层而可释放地固定到第二电极336。在一些实施方案中，焊料359直接接合电极336和接触部分354B中的每一者。
当如图18至图20所示模块300以准备配置组装时，断开弹簧350弹性地弯曲、变形或偏转，使得断开弹簧350将偏置负载施加于焊料359，从而沿释放方向DR(图19)拉离变阻器333和电极336。
在使用中，热断开器机构351操作以将组件330与前面对于热断开器机构151所述的模块电端子中的一个断开。更特别地，焊料359将在与前面对于焊料159所述的相同条件下熔融或软化。在释放时，接触部分354B离开第二电极移动，以使断开弹簧350与电极336物理地和电气地断开，由此与变阻器332和333断开。当焊料359释放接触部分354B时，持续弹簧负载或偏置被施加到接触部分354B以使接触部分354B离开第二电极336。断开弹簧350应移动足够远以在电极336和断开弹簧350之间实现适当的爬电距离(creepage)和空气间隙。在一些实施方案中，断开弹簧完全移出孔339。在其他实施方案中，断开弹簧350的一部分可保留在孔339中。焊料接头载置于靠近变阻器332可提供更加快速的热响应以及更加快速的断开，由此提供良好的热稳定性。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在给出本公开的益处的情况下，本领域的普通技术人员可进行许多改变和修改。因此，必须理解的是，所示实施方案仅是出于示例的目的而阐述的，并且其不应被视为限制由所附权利要求限定的本发明。因此，以下权利要求应理解为不仅包括文字上阐述的元件的组合，而且包括用于以大致相同的方式执行大致相同的功能以获得大致相同的结果的所有等效元件。因此，权利要求应理解为包括以上具体示出和描述的内容、概念上等同的内容以及包含本发明的实质构思的内容。

Claims (22)

1.一种浪涌保护器件(SPD)模块，包括：
变阻器，所述变阻器包括限定在所述变阻器中并延伸通过所述变阻器的孔；以及
电导体，所述电导体延伸通过所述变阻器中的孔。
2.根据权利要求1所述的浪涌保护器件模块，其中，
所述孔延伸完全通过所述变阻器的厚度，并且
所述电导体延伸完全通过所述孔。
3.根据权利要求2所述的浪涌保护器件模块，其中，所述孔具有至少1mm的深度。
4.根据权利要求1所述的浪涌保护器件模块，其中，所述电导体为电极。
5.根据权利要求1所述的浪涌保护器件模块，其中，所述电极包括：
接触部分，所述接触部分电连接到所述变阻器的接触表面；以及
一体的延伸部分，所述一体的延伸部分延伸通过所述孔。
6.根据权利要求5所述的浪涌保护器件模块，其中，所述延伸部分横向于所述接触部分地延伸。
7.根据权利要求5所述的浪涌保护器件模块，其中，所述一体的延伸部分为端子突片并向外突出超过所述变阻器的与第一接触表面相对的第二表面。
8.根据权利要求7所述的浪涌保护器件模块，其中，所述端子突片向外突出超过所述变阻器的所述第二表面在从约0.1mm至15mm的范围内的距离。
9.根据权利要求5所述的浪涌保护器件模块，包括：
模块壳体；
安装在所述模块壳体上的第一模块电端子和第二模块电端子，其中，所述变阻器电连接在所述第一模块电端子与所述第二模块电端子之间；
热断开器机构，所述热断开器机构定位在准备配置中，其中，所述变阻器与所述第二模块电端子电连接，所述热断开器机构能够被重新定位以使所述变阻器与所述第二模块电端子电断开，所述热断开器机构包括：
断开弹簧，所述断开弹簧在所述准备配置中弹性地偏转并电连接到所述电极的延伸部分；和
焊料，所述焊料在所述准备配置中将所述断开弹簧固定在与所述电极的延伸部分的电连接中，其中，
所述焊料能够响应于所述浪涌保护器件模块中的过热而熔融，并且
所述断开弹簧被配置为当所述焊料熔融时使所述变阻器与所述第二模块电端子电断开。
10.根据权利要求9所述的浪涌保护器件模块，其中，所述延伸部分为端子突片并向外突出超过所述变阻器的与所述接触表面相对的第二表面。
11.根据权利要求9所述的浪涌保护器件模块，包括在所述断开弹簧中的弱区域，其中，所述断开弹簧被配置为响应于通过所述断开弹簧的电流而在所述弱区域处断开，以使所述变阻器与所述第二模块电端子电断开。
12.根据权利要求9所述的浪涌保护器件模块，包括指示器机构，所述指示器机构被配置为当所述热断开器机构使过电压钳位元件与所述第二模块电端子断开时提供所述浪涌保护器件模块已故障的警报。
13.根据权利要求12所述的浪涌保护器件模块，其中，所述指示器机构包括本地警报机构，所述本地警报机构包括：
窗，所述窗在所述模块壳体中；
指示器构件，所述指示器构件能够在准备位置与相对于所述窗的指示位置之间运动；和
指示器弹簧，所述指示器弹簧被配置为当所述热断开器机构使所述变阻器与所述第二模块电端子断开时迫使所述指示器构件从所述准备位置移动到所述指示位置。
14.根据权利要求12所述的浪涌保护器件模块，其中，所述指示器机构包括远程警报机构，所述远程警报机构包括：
在所述模块壳体中的开关开口，所述开关开口从外部基部组件接收开关引脚；
阻挡构件，所述阻挡构件覆盖所述开关开口；和
指示器弹簧，所述指示器弹簧被配置为当所述热断开器机构使所述变阻器与所述第二模块电端子断开时迫使所述阻挡构件离开所述开关开口，以允许所述开关引脚延伸通过所述开关开口。
15.根据权利要求5所述的浪涌保护器件模块，包括：
模块壳体；
安装在所述模块壳体上的第一模块电端子和第二模块电端子；和
第二电极，所述第二电极包括连接到所述变阻器的与第一接触表面相对的第二表面的第二接触部分，
其中，第一电极的延伸部分使所述变阻器的所述第一接触表面电连接到所述第二模块电端子，并且
其中，第二电极使所述变阻器的第二接触表面电连接到所述第一模块电端子。
16.根据权利要求15所述的浪涌保护器件模块，包括第二变阻器，所述第二变阻器具有面对第一变阻器的第一接触表面，其中，
所述第一电极的接触部分介于所述第一变阻器与所述第二变阻器之间，并且
所述第二电极使所述第二变阻器的所述第一接触表面电连接到所述第一模块电端子。
17.根据权利要求16所述的浪涌保护器件模块，包括电连接在所述第二电极与所述第一模块电端子之间的气体放电管(GDT)。
18.根据权利要求17所述的浪涌保护器件模块，包括电连接在所述气体放电管与所述第一模块电端子之间的第三电极。
19.根据权利要求5所述的浪涌保护器件模块，包括第二变阻器，所述第二变阻器具有面对第一变阻器的第一接触表面，其中
所述电极的接触部分介于所述第一变阻器与所述第二变阻器之间，并且
所述电极的接触部分电连接到所述第二变阻器的第一接触表面。
20.根据权利要求1所述的浪涌保护器件模块，其中，
所述孔延伸完全通过所述变阻器的厚度，
所述电导体为所述电极，所述电极包括：
接触部分，所述接触部分电连接到所述变阻器的第一接触表面；以及
一体的端子突片，所述端子突片延伸完全通过所述孔并向外突出超过所述变阻器的与所述第一接触表面相对的第二表面，
所述浪涌保护器件模块还包括：
模块壳体；
安装在所述模块壳体上的第一模块电端子和第二模块电端子，其中，所述变阻器电连接在所述第一模块电端子与所述第二模块电端子之间；和
热断开器机构，所述热断开器机构定位在准备配置中，其中，所述变阻器与所述第二模块电端子电连接，所述热断开器机构能够被重新定位以使所述变阻器与所述第二模块电端子电断开，所述热断开器机构包括：
断开弹簧，所述断开弹簧在所述准备配置中弹性地偏转并电连接到所述电极的延伸部分；
焊料，所述焊料在所述准备配置中将所述断开弹簧固定在与所述电极的端子突片的电连接中，其中
所述焊料能够响应于所述浪涌保护器件模块中的过热而熔融，并且
所述断开弹簧被配置为当所述焊料熔融时使所述变阻器与所述第二模块电端子电断开，
第二电极，所述第二电极包括连接到所述变阻器的与所述第一接触表面相对的第二表面的第二接触部分，其中，
所述延伸部分使所述第一接触表面电连接到所述第二模块电端子，并且
所述第二电极使第二接触表面电连接到所述第一模块电端子，
第二变阻器，所述第二变阻器具有面对第一变阻器的第一接触表面，其中，
第一电极的接触部分介于所述第一变阻器和所述第二变阻器之间，并且
所述第一电极使所述第二变阻器的第一接触表面电连接到所述第二模块电端子，
气体放电管(GDT)，所述气体放电管电连接在所述第二电极与所述第一模块电端子之间；以及
第三电极，所述第三电极电连接在所述气体放电管与所述第一模块电端子之间。
21.根据权利要求1所述的浪涌保护器件模块，包括：
模块壳体；
安装在所述模块壳体上的第一模块电端子和第二模块电端子，其中，所述变阻器电连接在所述第一模块电端子与所述第二模块电端子之间；以及
热断开器机构，所述热断开器机构定位在准备配置中，其中，所述变阻器与所述第二模块电端子电连接，所述热断开器机构能够被重新定位使所述变阻器与所述第二模块电端子电断开，所述热断开器机构包括：
所述电导体，所述电导体在所述准备配置中延伸通过所述变阻器中的孔并电连接到所述变阻器；
焊料，所述焊料在所述准备配置中将所述电导体固定以与所述变阻器的电连接中，其中，
所述焊料能够响应于所述浪涌保护器件模块中的过热而熔融，并且
所述热断开器机构被配置为当所述焊料熔融时使所述电导体与所述变阻器电断开，由此使所述变阻器与所述第二模块电端子电断开。
22.一种DIN轨道浪涌保护器件(SPD)系统，包括：
基部，所述基部被配置为安装在所述DIN轨道上，所述基部限定接收器槽；
浪涌保护器件模块，所述浪涌保护器件模块被配置为可移除地安装在所述接收器槽中以与所述基部形成DIN轨道浪涌保护器件组件，所述浪涌保护器件模块包括：
变阻器，所述变阻器包括限定在所述变阻器中并延伸通过所述变阻器的孔；以及
电导体，所述电导体延伸通过所述变阻器中的孔。
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