CN112189290B - 具有位于壳体中的带有用于熄弧的腔室的角火花隙的过压保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过压保护装置，所述过压保护装置包括位于壳体中的角火花隙(1)，所述角火花隙具有用于熄弧的腔室(4)，在角火花隙的点火区域内设有触发电极(7)，其中，设有分离元件(6)，所述分离元件使触发电路(2)与触发电极的连接中断并且由此将触发电极断开，所述分离元件由评估单元(5)触发或控制，所述评估单元处于电源持续电流引起的负荷下并响应于所述负荷。

Description

具有位于壳体中的带有用于熄弧的腔室的角火花隙的过压保 护装置

技术领域

本发明涉及一种过压保护装置，所述过压保护装置包括位于壳体中的角火花隙，所述角火花隙具有用于熄弧的腔室，在角火花隙的点火区域中设有触发电极。

背景技术

具有用于熄弧的去离子室的角火花隙例如由DE 10 2011 051 738 A1已知。与此相关的角火花隙位于壳体中并具有用于控制内部气流的结构，以便一方面调整在脉冲电路负荷中出现的电弧的不同的特性，以及另一方面调整由于电流持续电流引起的电弧的不同的特性。

在一种已知的角火花隙中，可以在点火区域中设置触发电极。所述触发电极可以包括导电元件，所述导电元件由滑动路径包围。同样，相邻的滑动路径可以由绝缘或半导电的材料构成。这种已知的触发电极可以在点火区域中安装在两个电极之一上，或者设置在角火花隙的两个电极之间，优选设置在点火区域的下部区域中。

DE 195 45 505 C1示出一种过压放电器，所述过压放电器具有至少一个与电压相关的电阻，例如压敏电阻，并且具有热断路装置。

所述断路装置一方面由片状熔丝以及另一方面由具有共熔合金的热触发件组成。

随着片状熔丝或热保险件分离，借助于弹簧力操作故障指示器。由此，可以看到在发生损坏的情况。为了在压敏电阻由于老化出现不允许的漏电以及在出现过高的、在压敏电阻中产生短路的冲击电流的情况下以简单的手段以节省空间的结构形式确保指示所发生的故障情况，设有壳体，在所述壳体中设有耐冲击电流的片状熔丝。故障指示器是单独的能拆卸地固定在壳体上的并且在释放弹簧之后能相对于保险壳体移动的构件。

由DE 10 2014 215 282 B3在先已知一种组合式的具有集成的火花隙的过压保护设备。所述火花隙具有串联的熔断保险装置，所述串联电路能够连接在具有第一电势和与第一电势不同的第二电势的供电网上。所述火花隙具有两个主电极，所述主电极位于壳体中。

这种熔断导体将第一接线端与火花隙的第二主电极连接，所述熔断保险装置此外还具有另一个触点，所述另一个触点设置成与第一触点是绝缘的并且与火花隙的第二主电极是绝缘的。所述过压保护设备此外还具有等离子体通道，所述等离子体通道由火花隙的燃烧室引向熔断导体的附近，使得等离子体能够有目的地削弱地作用于熔丝。由此，可以使熔丝发生破坏。

发明内容

由所说明的现有技术出发，本发明的目的是，给出一种改进的过压保护装置，所述过压保护装置包括位于壳体中的角火花隙，所述角火花隙具有用于熄弧的腔室，在火花隙过载时能够确定地断开所存在的触发电路，并且火花隙在后续激活时不会具有功能故障。这里，触发电路的分离优选针对利用电源持续电流发生的与火花隙的正常特性不同的负荷设计。

利用根据本发明的特征组合来实现本发明的目的，优选的实施方式至少包括适宜的设计方案和改进方案。

由本身已知的由位于壳体中的具有用于熄弧的腔室的角火花隙和位于点火区域中的触发电极组成过压保护装置出发，设有特殊的分离装置。所述分离装置通过评估单元操作。所述评估单元检测并评估在电源持续电流下过压保护装置的负荷。所述评估单元例如可以设计成熔断导体。所述熔断导体在一个优选的实施形式中位于所述腔室的区域内或与腔室连接，并且在这里承受由电源持续电流引起的负荷。

熔断导体将优选有弹簧力辅助的分离元件保持在第一位置中。熔断导体在熔化时释放分离元件，使得分离元件占据第二位置，此时，随着到达第二位置中断与触发电极的电连接并由此使触发电极断开。

就是说，根据本发明的构思在于，使用具有确定的熔化积分值(Schmelzintegralwert)的熔丝，以便评估火花隙的负荷，所述火花隙具有电弧运行区域和用于熄弧的熄弧室。

随着到达极限值，熔断导体熔化并触发所述分离装置，所述分离装置使火花隙的触发电路失效并且必要时同时操作显示器。

前面所述的极限值通过熔断导体的金属线特性、在火花隙内的接触和定位形式来确定。由此，可以非常精确定针对火花隙负荷的大小和形式进行协调。所述极限值优选应与通过电源持续电流实现的负荷相关。

丝线状的熔断导体的熔化例如通过电流负荷、热负荷或也通过电弧灼烧来实现。在本发明的一个实施形式中，熔断导体的可以附加地热敏地固定。

在本发明的一个设计方案中，触发电极通过限制电压或电压开关的元件与角火花隙的主电极连接并且这种连接可以通过分离元件中断。

根据本发明的一个实施形式，熔断导体在熄弧室中例如去离子腔的隔开间距的熄弧板接触。

但所述熔断导体也可以已经设置在进入熄弧室的入口区域中。所述熔断导体或评估单元特别是位于角火花隙中的持续电流电弧的电弧运行区域中或与电弧运行区域连接。

分离元件同样可以由一个熔断导体触发，所述熔断导体在角火花隙的点火区域上方设置在存在于这里的体积中。

但所述熔断导体也可以连接在火花隙的一个滑轨或角电极上。

在本发明的一个设计方案中，分离元件侧向设置在去离子室旁边并且例如构造成滑动件。

但所述分离元件也可以大致设置在熄弧室的内部。作为用于持续电流熄灭的熄弧室可以采用绝缘条腔室、曲折腔室或者优选采用去离子室。用于分离触发电路的元件的进入在所有熄弧室中可以以类似的方式进行。用于探测和评估持续电流的示例性可用的熔断导体可以在每个熄弧室中直接受到电弧作用或者也可以仅受到由于所述腔室中的电压差导致的电流作用。同样可以将由于所实现的开关功率而发生的开关腔室的升温用于热敏触发。此外，以上非限制性的解释内容以常用的去离子室为例进行，但基本布置形式也可以毫无问题地转用于任意的熄弧室。

在本发明的一个改进方案中，熔断导体无电势地设置在电弧运行区域火去离子室中。

当熔断导体部分地分布在去离子室之外时，为了激活分离元件，可以构成用于在外部形成电弧时出现的等离子体的流入口或流入通道。

利用这种所介绍的解决方案，这样来实现带有熄弧室或去离子室的角火花隙的触发电路的分离，即，火花隙在分离之后尚未不可逆地损坏。

如果触发电路的断开由于分离元件的机械运动和由此导致的延迟时间在时间上滞后地实现，则确保了，即使在下面激活火花隙时也不会导致功能故障或过载。

通过触发电路根据本发明的断开和在点火区域中构成火花隙确保了，此时近似于被动的火花隙的响应电压至少对应于使用环境中常见的耐脉冲和耐电压强度。这里特别是可以在注意到火花隙的磨损的情况下直至保护装置发生响应之前将空气间隙和漏电路径用于设计。

在本申请意义上的分离是指，在应用环境中实现常见的耐脉冲和耐电压强度。这当然不仅涉及根据本发明的触发电路的断开，而且也涉及对火花隙的主电极之间的隔离段的要求。火花隙的空气间隙和漏电路径为此设计成，使得在考虑到在设定的运行期间并且由此部件在新状态下而且也在使用寿命结束时出现的磨损和污染，所述火花隙的响应电压高于所述耐电压强度。这种尺寸设计对于过压保护设备不是常见的。这种尺寸设计是针对开关设备或保险分部件或保持件的已知的设计方案进行的。

以可触发的火花隙为基础，根据本发明的过压保护装置可以构造成单火花隙，但根据本发明也可以与其他火花隙或过压保护装置一起在串联电路中使用。

对熔断导体和其定位的调整这里可以针对火花隙本身的性能、串联电路的性能或也可以针对串联的过压保护元件的性能来进行设置。

在根据本发明的具有用于触发电路的分离装置的可触发的火花隙与另外的过压保护装置的串联电路中，得到对于正常运行、过载的评估和在分离之后进行任务分配的不同可能性。所述不同的可能性还将参考串联电路的实施例来详细说明。

在一个可能的实施形式中，例如设有另一个过压保护元件，如压敏电阻或火花隙，所述另一个过压保护元件与所述角火花隙电串联，此时构成第一和第二分离装置，并且第一分离装置与所述另一个过压保护元件连接并且在达到或超过极限负荷时释放使得所述另一个过压保护元件与角火花隙之间的串联连接中断的装置。

第二分离装置同样可以具有评估单元，所述分离单元触发或控制开关式的分离元件，使得分离元件占据这样的位置，随着到达这个位置使与触发电极的电连接中断。

此外，所述串联电路可以具有小的防护水平并且持续电流熄灭主要由所述另外的过压保护元件承担，这里角火花隙的负荷可以远低于其最大工作能力，并且作为所述另外的过压保护元件的过载的结果触发所述触发电路的分离，在分离的时刻通过角火花隙可靠地熄灭已经流动经过所述串联电路的故障电流。这使得可以实现可靠的电网分离并且在触发电路断开之后实现设定的耐电压强度，所述耐电压强度通过角火花隙确定，它对应于安装位置的最低耐电压强度。

通过熔断导体对所述触发电路的触发优选针对利用电源持续电流实现的不同于正常特性的负荷设置。作为对此的评判标准可以选择原则上出现至少到达火花隙的运行区域或优选进入熄弧室的持续电流，或者附加地也可以选择超过确定的电流强度或超过持续电流的比能量。

在具有压敏电阻的串联电路中，可以关于在火花隙的运行区域中或在熄弧室中是否出现持续电流进行调整。压敏电阻可以只能直到有限的大小和时长引导电网频率的持续电流。如果出现高持续电流，例如数十或一百安培的持续电流，则可以得出存在性能故障或过载危险的结论。

但压敏电阻可以多次导出低能量的高脉冲电流(例如8/20μs)以及导出高能量的中等脉冲电流(例如10/350μs)。在这种负荷下不会使得火花隙的分离装置被激活。

但在可触发的火花隙中，在出现电源持续电流时，很小的还明显低于压敏电阻的承载能力的脉冲电流时就已经导致形成电弧。

在火花隙中所使用的熔断导体基本上能够区分小负荷和故障负荷。如果熔丝即使在脉冲负荷下也受到直接的电弧作用，则可以调整承载能力上的区别。

根据本发明的教导的目的特别是在于，由于持续电流负荷而关断触发装置。当然触发电路也可以设计成在例如基于脉冲载荷的其他条件下分离。

由根据本发明改进的具有点火区域、电弧运行区域和熄弧室、特别是去离子室的角火花隙出发，已经确认，电弧的运行表现对于持续电流负荷明显不同于脉冲负荷。电弧的这种不同的运行表现被用于触发分离元件。

附图说明

下面根据一个实施例以及参考附图来详细说明本发明。

这里：

图1示出具有角火花隙、触发电流、电弧运行区域和熄弧或去离子室连同根据本发明基于熔断导体的评估单元的示例性布置形式；

图2a示出在图1中所示的在去离子室的入口区域具有一个熔断导体以及在点火区域上方的体积中具有另一个熔断导体的解决方案的一个改进方案；

图2b示出类似于根据图2a的火花隙的一个火花隙的横截面；

图3a和b示出一个角电极中和连接在这里的熔断导体的中断或绝缘的一个示例性实施形式的视图；

图4示出具有去离子室和熄弧板的角火花隙的原理图，熔断导体直接连接在两个相邻的熄弧板之间；

图5示出用去离子室的熄弧板和侧向地与熄弧板相邻地构成的分离元件的俯视图示出角火花隙的示例性图示，所述分离元件的形式为弹簧预紧的滑动件；

图6示出带有熔断导体和分离装置的火花隙的布置形式，这里设有机械预紧的滑动件，所述熔断导体固定预紧的滑动件并构成用于在外部形成电弧时出现的等离子体的流入口或流入通道，从而等离子体能够到达熄弧板之间的区域；

图7示出示例性的熄弧板或去离子板的图示，所述熄弧板具有开口，熔断导体或辅助熔断导体被引导通过所述开口，以便改进腔室中的电弧形成；

图8示出两个近似相同地构成的角火花隙的示例性图示，所述角火花隙具有各自的评估单元，随着检测到错误的持续电流，分离元件或开关装置操作各自的触发电路并使其断开；

图9示出两个角火花隙的串联电路的另一个示例，分别设置的评估单元作用于在左侧示出的第一角火花隙的分离元件或开关装置；

图10示出两个角火花隙的串联电路，这两个角火花隙具有共同的评估单元，所述评估单元作用于用于使两个角火花隙的触发电路的断开的相应分离元件；

图11示出一个角火花隙的串联电路，所述角火花隙具有压敏电阻，所述压敏电阻通过自己的、例如热分离装置；

图12示出具有评估单元和分离元件的角火花隙的串联电路，所述分离元件用于中断触发电路，在压敏电阻过载时能激活分离元件；

图13示出根据本发明的类型的角火花隙的串联电路，所述角火花隙具有压敏电阻，所述压敏电阻具有独立于角火花隙作用的短路装置；以及

图14示出根据本发明的角火花隙的串联电路，所述串联电路带有基于与角火花隙不同的功能原理的火花隙，例如使用硬气排放的火花隙。

具体实施方式

根据图1的过压保护装置以火花隙1为基础，所述火花隙具有触发电路2。所述火花隙具有两个示意性示出的、弧形的角电极30、31，这两个角电极围成一个电弧运行区域3。点火或辅助电极、即触发电极7位于角电极30；31的底脚区域中并且与触发电路2连接。

例如构造成开关的分离元件6可以使点火电极或辅助电极与触发电路2之间的连接中断。

电弧运行区域3与去离子或熄弧室4邻接，所述去离子或熄弧室容纳多个去离子或熄弧板(未示出)。

在熄弧室4的区域内设有评估单元5。

所述评估单元5包括金属丝形式的熔断导体。在熔断导体过载时，通过箭头图示意性示出地实现分离元件6或开关的激活，以便中断触发电路。

在图1中未示出的熔断导体作为评估单元5的主要组成部分优选设置在火花隙1的去离子室4中。

火花隙1这里设计成，使得短时间的脉冲电流不会进入去离子室4，并且对于时间较长的脉冲电流，只能在确定条件下或与电流相关地实现进入。

持续电流由于例如通过集中器板(未示出)实现的自有磁场的辅助即使在只有几个10A的很小电流强度时也能在几毫秒之内进入去离子室4。

图2示出基于针对图1所述原理的熔断导体8；81的布置结构的构成方案。

据此，也是以具有角电极30；31的火花隙1为基础，这里，在外电接线端与点火电极之间存在已经提及的触发电路2，所述触发电路能通过开关装置断开。

熔断导体81作为触发熔丝位于去离子室4(见图1)的内部，所述去离子室包括具有入口区9b和出口区9a的熄弧板9。

附图标记10表示通常具有脉冲电弧的体积。附图标记13指示持续电流电弧的电弧运行区域。

电极30和31发散地构成，这里，所述体积10位于点火区域的上方，在所述体积中，脉冲电弧导致强烈的离子化并且导致火花隙的热负荷。

如果熔断导体8设置在这个体积中，则这样的尺寸设计是必要的，在存在标称范围的多个脉冲电流时这种尺寸设计不会导致触发。只有在存在高于标称范围的脉冲电流时或由于持续电流才会发生触发。熔断导体8例如根据图2夹紧在火花隙1的滑轨或角电极30；31之间并至少在一侧设有绝缘结构11。通过位于电弧区域之外的弹簧12机械地预紧熔断导体或触发熔丝8。

在这个区域内熔断导体的触发特别是可以在低能量脉冲、如与压敏电阻相结合出现的脉冲下实现。在单一火花隙出现高能量的脉冲电流和由于运行条件出现的电源持续电流时，这种设计较为困难，从而必要时要采取附加的用于保护熔丝的措施。因此，根据附图标记81的熔断导体定位是优选的。

在体积10上在角电极30；31之间连接火花隙1内部的区域13。在所述火花隙中，只有沿滑轨、即电极移动的电弧到达这个区域中。对应于前面的实施形式，只有在存在电源持续电流时才在区域13中出现电弧。

随着电弧在区域9b中进入，电弧作用于熔断导体81，由此所述熔断导体熔化并且操作分离元件6或开关。

通过熔断导体81的电流可以有目的地辅助实现该熔断导体的过载，但这不是强制性必需的。

根据图2a或2b所示出的布置形式可以在曲折腔室或绝缘条腔室形式的熄弧室中使用。

在图2a和2b中，示例性示出在体积10中的电弧40的位置和在区域13中的电弧50的位置。

去离子板9根据图2b具有入口区9b，所述入口区在体积13中开始。熔丝81这里绝缘地保持在滑轨中并且由弹簧12预紧。

熔断导体81与滑轨的绝缘除了可以避免发生短路以外还承担电压开关的元件的功能，从而实现了一种安全性功能。如果所施加的电压例如高于放电器规定的保护水平，则可以触发关断。

备选地存在这样的可能性，即，熔断导体80；81在两侧还与角电极30；31相对置地绝缘地固定。在电弧进入时，熔断导体受到电弧的热作用。在图2b中，熔丝81仅示例性地在去离子室入口区9b附近在火花隙的滑轨或电极之间分布。

图2b示出带有体积10和13以及去离子室的熄弧板9的角火花隙的横截面。图2b这里示出熔断导体8或81横向于去离子室的定位，同时示出相对于电弧运行区域的边界壁60侧向的连接部和机械预紧件12。

根据对图2a和2b的解释，熔断导体8；81或其部分始终受到电弧、但至少是持续电流电弧的直接作用。在目的是区分持续电流或脉冲电流时，这并不重要。但在多次加载持续电流时，必须考虑到出现老化的情况。可以将熔断导体设置成，使得基本上仅通过流经熔断导体的电流而不是通过电弧作用实现过载。

除了在运行区域13或在去离子室的入口区中直接接触熔丝81，也可以在利用滑轨或角电极中的中断部或者利用绝缘地引入的触点，以便在出现持续电流和在确定的运行路段上才对熔断导体加载。

这种原理性的布置形式在图3a/3b中示例性示出。

在角电极30中，为此引入中断部14或绝缘结构。但也存在这样的可能性，即在角电极上或中设置带绝缘结构的触点。接触区域位于体积10的上方并且因此位于体积13中(见图2a)，但不是紧密地位于去离子室4旁边。

在这个区域或体积13中，所出现的持续电流几乎不会降低，这是有利的。

在图3a和3b中示出的滑动件16弹簧预紧地固定在熔断导体8上并通过滑块结构16引导。所述滑动件15在触发时打开开关6并使火花隙1的触发装置2中断。

根据图3b的侧视图示出滑动件15在熔丝8上示例性的固定结构。

操作所述开关也可以通过被触发的撞针或类似机构进行。也可以锁定开关。

侧向设置在去离子室旁边的触发电路具有空间需求小和部件数量少的优点并且不需要进行力转向或作用方向转向。与此相关地，必须相应地引导熔断导体。

熔断导体给定的不利的负荷状态可以通过用于调整触发特性的可能性来克服。

在一个设计方案中，熔断导体可以直接与去离子室4内部的熄弧板接触并且桥接至少两个熄弧板，由此，在电弧与相应的熄弧板接触时，至少一个分流或者也可以是全部电流流动经过熔断导体。

与此相关的原理上的布置结构在图4中示出。

触发电路的构造成开关的分离元件6例如可以设计成接线柱，所述接线柱在熔断导体8被触发时通过处于弹簧力12作用下的滑动件15断开。

所述滑动件15这里具有足够的预紧力，以便克服开关的触点的接触力。

滑动件16设计成滑块式的并且作为绝缘部件移入接触区域中，从而在使用环境中除了火花隙以外还通过触发电路打开的开关保持要求的最小耐电压强度。

图4还示出另一个滑动件17，该滑动件例如可以响应于以下触发条件：脉冲负荷或串联的构件的负荷。

这个滑动件17可以独立于熔丝8的状态使触发电路中断。

熔丝8除了电路负荷也可以响应于热负荷或压力负荷，从而可以使用火花隙或串联的设备负荷的不同评判标准，用以使触发电路断开。

图5示出滑动件15在熔断导体8上的示例性侧向固定结构和滑动件在去离子室的去离子板上的引导和接触的图示。

这种接触在所示情况下在四个板件之间发生，从而在熄弧室中分配电弧时以约60v的电压加载熔断导体，由此，对应于电阻产生用于熔断导体的电流负荷。

总电流在值较小时可以完全被引导通过所述熔丝，而在电流强度高时，在电弧进入时和在电弧分配之后对电流进行分配。这里在分配成分电弧之前很短的时间内得出熔丝最高的电流负荷，因为对于这个过程电弧电压有确定的超高是必要的。在绝缘条腔室或曲折腔室中，当然不会出现电弧的电压的这种短时间超高并且在熔断导体设计时不需要附加地对此加以考虑。

如果所示的布置形式设计成用于多次持续电流负荷，则熔丝在这个分配阶段还不允许发生过载，而是例如在熄弧室中电弧持续时间较长时以及由此导致向熔断导体进行电流分配或者也在熄弧板升温时才发生过载。

在熔丝的电阻约为100mΩ时，明显低于1kA的电流已经发生分配，由此几乎不会对去离子室的熄弧能力产生不利影响。

这里电流或分电流使得熔断导体熔化或变形，由此可以触发用于使触发电路断开的开关。

除了直接接触熄弧板或去离子板之外，还可以采取这样的布置形式，其中，熔断导体在电弧在熄弧室中到达确定的位置之后才受到加载。

为此，可以在接触部下方实现至少一个熄弧板的中断。同样可以将至少一个熔丝端部类似于作为电势探针引入两个去离子板之间。熔断导体此外可以以最低的程度相对于去离子板绝缘。

前面说明的变型方案只有发生充分的电离或在这个区域中直接接触时才允许出现电流。这种实施形式特别是在电弧点火区域与去离子板的间距较小时是有利的，因为这样即使在有大脉冲电流时也可以避免出现电流，所述脉冲电流可以直到去离子板处使这个空间发生电离。

根据按图5的图示，在熄弧板上发生相应的接触时，熔断导体8的侧向分布是优选的，但此时，原则上也可以选择轴向的预紧。

熔断导体的侧向分布连同径向载荷特别是由此是有利的，即，在很多情况下，用于火花隙的触发电路侧向设置在火花隙的旁边并且由此处于作用方向上。

在直接接触熄弧板并由此桥接各熄弧板时要注意的是，在熔丝的电阻较低时，特别是在电流较小时，在桥接的熄弧板之间在一些情况下不能形成电弧，因为熔断导体上的电压降过小。由此，熔断导体可能使电流极限降低。由于这个原因，应保持桥接的熄弧板数量较小。

当熔断导体为了关于弹簧预紧的分离元件实现机械的固定功能而例如构造成滑动件时，例如在去离子室之外分布时，则必须注意的是，在电流完全转换到熔断导体上时，可能在电弧燃烧室或者说去离子室之外形成电弧，并且特别是在熔断导体受到机械载荷的区域内形成电弧。

为了使在电弧室之外的电弧不会造成损坏或腔室的桥接，特别是在去离子室中，附加的措施可以促使在桥接的熄弧板之间点燃分电弧。为此，可以在熄弧板之间从熔断导体分布的区域中引出气体通道，从而在形成外部电弧时，等离子体到达熄弧板之间。

图6示出这种原理性的实施形式。

根据这里的图示，存在流入口或流入通道18。在机械固定这里示出的滑动件的区域内，利用弹簧力12在去离子室4之外相对于熔丝的分布沿径向使熔丝8受到加载并且将其固定在导向件19上。这在非绝热的载荷下可能会导致机械应变，这种应变使得在应变20的区域内形成电弧。所述区域20可以通过覆盖件21遮蔽，由此所形成的等离子体可以被引导通过去离子板9之间的开口。即使在电流较小时，这也有助于在这个区域中形成电弧。

此外，还存在这样的可能性，即，熔丝8的一些部分设计成以及在板件之间这样分布，使得直接在板件9之间实现形成电弧。这例如通过熔断导体上的狭窄部位或通过去离子板9中的孔或缝隙形式的开口来实现，熔丝或另一个事后熔化的辅助丝线22被引导通过所述开口。

图7示出本发明的这种改进方案，该改进方案带有去离子板9中示例性的开口23和24。

去离子室中电弧的点燃也可以这样来实现，即，当在电弧室之外的熔丝上形成电弧时，所述电弧在所接触的第一去离子板和较为靠近的角电极之间再次点燃并且在桥接的熄弧板的区域内电弧重新进入腔室。这特别是当在腔室的一个边缘桥接熄弧板时可以实现，所述边缘处，电弧电压在再次点火时几乎没后降低或仅短时间降低。

通过至少通向电弧室的部分区域的旁路的阻抗，除了对电流分配的调整之外，还存在电压控制，所述电压控制通过必要的电弧电压和阻抗上的电压降来实现。与阻抗本身一样，这种电压控制同样是与电流相关的。

用于通过熔丝材料、熔丝、即熔断导体的接触和几何形状来调整阻抗以及通过桥接的熄弧板的数量来调整电压负荷的实施形式仅应视为示例性的实施形式。当然这里也可以使用具有线性或非线性特性的不同的辅助构件用于对负荷进行大小或时间控制。同样可以替代由于桥接不同数量的熄弧板而实现的电压分接而使用限制电压或电压开关的元件，用于控制熔丝负荷，而不会改变本发明的基本构思。

根据图4至7的布置形式特别适于在时长、大小、但也有熔化积分方面对电源电流特性进行评估。因此，这个实施形式不仅特别是适用于单个能触发的火花隙，但也特别是适用于所述火花隙的串联电路。

如果已经出现了大小充分小于故障判断标准的持续电流，则可以利用根据图2和3的构成方案。

例如在由压敏电阻与可触发的火花隙的串联电路组成的布置形式中就是这种情况。这里，与脉冲电流不同，电源持续电流进入熄弧室中已经可以用作充分的触发条件，由此可以保持熔断导体的I²t值特别小。

如果对于火花隙的串联电路或对于单个火花隙应检测过载风险，则有必要对故障引起的持续电流特性与在功能正常时处于允许的运行或性能范围内的持续电流特性进行区分。

火花隙对于持续电流在其正常的熄弧特性方面具有所出现的最大熄弧积分，所述熄弧积分一般在允许的运行电压和电网最大允许的预期的短路电流下出现。这个已知的值主要用于规定在纵向分支中最小的备用保险件的可选择性。在两个值之间通常还要考虑保险系数。

如果存在可能达到甚至超过前面所述的值的风险，则有必要使火花隙断开。因此熔断导体的负荷大小设计成，使得在超过放电器的电流极限积分时实现触发。

要指出的是，这个极限值不能等同于火花隙的性能。火花隙原则上仍能够使这个并且还有更高的负荷多次可靠地熄灭。例如，去离子室中熄弧板的尺寸设计成，使得积分具有约两倍至三倍的值时熄弧板的温度才短时间达到壳体或其他载体邻接的绝缘材料的熔点。

熔断导体希望的触发特性可以通过材料以横截面的电阻值等的方式进行影响。在比电阻较高或电流负荷的电阻提高时，有利的是，推动电流通过熔丝的电压具有确定的大小，由此，电流在存在正温度梯度时不会由于电阻升高而降低到非临界值。

两个去离子板之间的电压在一定范围内与材料、电流和冷却条件相关。在最不利的情况下，所述电压可能降低到低于20V。为了在这样的情况下可以地引起熔断导体的过载，可以使多个去离子板之间发生接触，由此，可以将驱动电压提高到数倍。

但也可以使用具有较小的温度相关性或关于电阻值具有负温度梯度的材料。

熔丝本身可以在接触时夹紧、熔焊或钎焊到板件上。

个别接触部还允许附加地实现热触发，这种热触发可以与火花隙的总负荷相关联。

这种热触发可以随着熔断导体的状态变化、例如延长或缩短形式的状态变化而实现。

除了使用通过电流发生过载或能热触发的熔丝以外，也可以使用形状变化的材料。基于形状记忆合金的材料可以例如如熔丝那样绝热地过载，但还具有这样的优点，即，例如小电流已经可以产生足够的拉力。熔丝可以沿轴向方向、但也可以沿径向方向被机械地预紧。对于直径为≤200μm的直径的金属丝可以持久地承受高达多个牛顿的拉力，这种拉力可以用于操作分离装置或开关。

在下面说明的图8至14中，当没有特别说明时，相同的附图标记用于相同的技术手段和元件，如已经在图1至7的范围内用于说明和介绍的那样。

借助于图8至14应说明的是，在使用根据本发明的采用用于断开触发电路的评估单元的原理的情况下可以如何实现具有另一个放电器的串联电路。这里原则上存在这样的可能性，即，在串联电路的另一个过压保护元件过载时或者所述能触发的火花隙过载时，使火花隙的至少一个触发电路失效。

能触发的火花隙与另一个过压保护元件的串联电路具有较小的保护水平，例如保护水平在从275V至≤1.5kV的电源电压下。必要的持续电流抑制或持续电流熄灭优选仅或主要通过所述另一个过压保护元件实现。能触发的火花隙的负荷在串联电路的正常功能中明显低于其工作能力。串联电路根据按图11-14的实施形式持续电流抑制中基本上对应于这种“单方的”任务分配。

在所述另一个过压保护元件发生热过载或动态过载时，例如由于老化或暂时的过压，或者也在存在不同于正常负荷的负荷时，发生触发电路的断开。

可能在分离的时刻已经流经串联电路的故障电流与所述另一个过压保护元件无关地可靠地通过现在不再能触发的火花隙中断。在这种准最终中断之后，这种具有高的最低耐电压强度的布置结构从电网上断开。

在火花隙的触发电路断开之后，所述火花隙具有这样的耐电压强度，所述耐电压强度根据安装地点对应于最小耐电压强度，例如为2.5；4；6kV。这里实现了对于污染和电极灼烧不敏感的相应的漏电路径和空气间隙。

相反，图8示出两个根据本发明的角火花隙的串联电路，所述角火花隙具有开关式的分离元件6、触发电路2、角电极30和31、触发电极7以及第一评估单元50和第二评估单元51，所述第一评估单元设置在用于熄弧的腔室4的区域内，所述第二评估单元响应于电弧运行区域中的能量过程。

在检测到有故障的持续电流时，操作用于相应分离电路2的开关并使触发电路2与触发电极7分离。各评估单元可以对应于如针对图2、3或4已经说明的评估单元并且优选设计成，使得所述评估单元仅响应于持续电流的出现或持续电流的大小或能量并由此对持续电流进行评估。

分离元件6可以利用单滑动件方案实现，也可以利用双滑动件方案实现，如已经说明的那样。滑动件或分离元件6的触发可以按“和-或”关系与压力相关地、与温度相关地或者与熔化积分相关地实现。

两个等同的根据本发明的具有相应分离装置的火花隙的串联电路当然也是可能的。但这里，在存在持续电流时可以实现火花隙均匀的负荷并且实现均匀的老化。在达到一个火花隙负荷极限时，其评估单元5或51响应并且实现了串联电路的分离。没有设置对第二火花隙的分离装置的强制操作。对希望的分离功能的要求因此分别仅由首先响应的火花隙承担。因此，在这种串联电路的一个火花隙中原则上可以这样省去一个评估单元和一个分离装置，即，所述一个火花隙在持续电流特性或性能上是超尺寸的(überdimensioniert)。在这种情况下只有相对于其性能能力更强地承受负荷的火花隙需要进行评估和分离。

图9同样示出两个角火花隙1的串联电路，其中，这里第二火花隙(在右侧示出)的评估单元5；51作用于第一火花隙(左侧)的触发电路2的分离元件6。

没有分离装置的第二火花隙的评估单元对第一火花隙的分离装置的作用同样使得可以省去一个分离装置并不需要超尺寸或改变第二火花隙的持续电流特性。由此，可以实现各火花隙等同地参与持续电流熄灭，由此可以在正常运行时提高这种布置系统的性能。这里可以省去为了改变性能而附加地对第二火花隙的部件进行的改动。

图10也示出两个角火花隙1的串联电路，所述角火花隙具有共同的评估单元5；51，所述评估单元作用于相应火花隙1各自的分离元件。

这种构成特别是对于火花隙具有相同的工作分配时是有利的，就是说，对于两个火花隙共同地熄灭持续电流并且两个火花隙作为串联电流在触发电路断开之后确保实现希望的耐电压强度或绝缘强度。

强制性地操作串联电路的两个火花隙的两个分离装置不仅使得在关断持续电流时将负荷分配到两个火花隙上，而且对于“被动”火花隙的分离装置和尺寸设计还使得可以对要求或者说所需耐电压强度进行分配。

在这种布置形式中，例如也可以使用所谓的桥电路用于导出操控条件，所述桥电路确定单个火花隙希望的按比例的电压构成之间较长时间的不平衡负荷，以便熄灭持续电流。为此，也可以通过相应的传感器直接控制希望的电流或电压分配。

除了直接利用这种偏差以外，也可以使用用于间接地使用的电子的检测单元。用于评估串联的过压放电器的示例性的桥电路是本领域技术人员已知的并且可以针对相关的应用场合毫无问题地对其进行适应性调整。

图11示出角火花隙1与压敏电阻100的串联电路，所述压敏电阻例如具有热分离装置101。

在这种简单的串联电路中，非常小的电流就已经可以用于激活火花隙的分离装置，由此对评估单元5或51的要求很低。因此，在压敏电阻发生会“立即”导致持续电流的损坏、过载或破坏时，可以确保激活火花隙的分离装置。但简单的热分离装置具有在这种简单的串联电路中必须加以注意的缺点。有时，热分离装置的延迟较为明显。在使压敏电阻强烈升温、但不会立即导致升高的持续电流的负荷下，热分离装置101可能被触发，但由于没有出现持续电流而不能操作触发电路的分离元件6。为了使这种串联电路在这种情况下也满足涉及希望的高耐电压强度方面的要求，必须将压敏电阻的分离装置101设计成，使得所述分离装置在断开时能够至少在不形成电弧的情况下满足这些要求。为此可以设置相应的空气间隙和漏电路径。这些要求可以利用相应长的行程或利用分离滑动件来实现。在使用钎焊点时，应避免形成焊片等，或应对此加以考虑。

因此，由于用于这种特殊的分离装置可能很高的附加支出或位置需求，可能有利的是，完全避免使用压敏电阻的独立的分离装置。

图12示出一个角火花隙1与压敏电阻100的串联电路，不同的过载判断条件不是作用于压敏电阻特有的单独的分离装置，而是直接操作分离元件6，这例如根据已经说明的实施例能够通过滑动件实现。

图13涉及一个角火花隙1与压敏电阻100的串联电路，所述压敏电阻具有独立于火花隙1作用的短路装置102。

这种布置形式在压敏电阻100过载时引起确定的短路电流，由此即使在低功率电网中也可以在角火花隙1中可靠地对故障的持续电流进行评估。

同样限制了通过可能出现的电弧对压敏电阻100造成可设想的其他损坏。压敏电阻100的短路装置102可能具有阻抗，所述阻抗在高功率的电网中降低短路电流，而不会在具有小的预期的短路电流的电网中导致明显的限制。

图14涉及一个角火花隙1与另一个火花隙200的串联电路，所述另一个火花隙以不同的作用原理为基础，例如释放用于抑制电弧的硬气的原理。这种火花隙200具有非常强的持续电流限制功能或者在标称条件下通常或完全是没有持续电流的。

根据图14的功能类似于具有一个压敏电阻的所示出的串联电路中的功能。

角火花隙1在正常状态下不参与或仅很少地参与对电源持续电流的熄灭。

只有在串联的火花隙200的使用寿命即将结束之前，才在火花隙1中出现明显的持续电流，这种持续电流可以由评估单元5；51检测并且必要时可以将其评估为过载电流。

用于使火花隙1的触发电路2断开的分离元件除了自己的评估单元以外还可以备选地由第二火花隙2的评估单元操控。

如果串联的火花隙200如图中所示设有触发电路202，则存在这样的可能性，即将这种触发电路202的过载指示用于操控角火花隙1的分离元件6。为此例如直接或间接利用火花隙200的触发电路202的保险装置201的撞针。

在根据图14的串联电路中，火花隙200也可以通过触发电路激活，所述触发电路直接与角火花隙的触发电路2耦合。同样存在这样的可能性，即火花隙200仅具有明显简化的触发电路或者设计成纯“被动”的。这种单火花隙在较小的过压下或在电源电压下已经发生点火。这种简化的触发电路或“被动”点火的火花隙通常采用由导电或半导电的材料、例如由聚合物或陶瓷制成的元件，并且特别是在串联电路中是由现有技术已知的。但重要的是，这种“被动”点火的火花隙200在根据图14的串联电路中对于耐电压强度不能作出贡献，并且由此根据本发明的火花隙1在触发电路2的和火花隙1的分离元件6中必须单独地实现希望的耐电压强度和绝缘强度。

Claims (20)

1.过压保护装置，所述过压保护装置包括位于壳体中的角火花隙(1)，所述角火花隙具有用于熄弧的腔室(4)，在角火花隙(1)的点火区域内设有触发电极(7)，其特征在于，设有分离元件(6)，所述分离元件使通向触发电极(7)的触发电路(2)的连接中断并且由此将触发电极(7)断开，所述分离元件(6)由评估单元(5；51)触发或控制，所述评估单元处于电源持续电流引起的负荷下并响应于所述负荷。

2.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，所述触发电极(7)通过限制电压的或电压开关的元件与角火花隙(1)的一个主电极连接并且这种连接能通过分离元件(6)中断。

3.根据权利要求1或2所述的过压保护装置，其特征在于，所述评估单元(5；51)设计成熔断导体(8；81)。

4.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，所述评估单元(5)位于用于熄弧的腔室(4)的区域内或与所述腔室连接。

5.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，所述评估单元(51)位于角火花隙(1)的持续电流电弧的电弧运行区(3)中或与所述电弧运行区连接。

6.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，设有至少一个另外的过压保护元件，所述另外的过压保护元件可以具有独立起作用的用于分离或短接所述元件或所述元件的部件的保护措施，并且所述另外的过压保护元件与所述角火花隙(1)电串联。

7.根据权利要求6所述的过压保护装置，其特征在于，所述至少一个另外的过压保护元件是压敏电阻或火花隙。

8.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，设有至少一个另外的过压保护元件，所述另外的过压保护元件与所述角火花隙(1)电串联并且具有用于评估自身负荷的装置，所述装置能够独立于分离元件的评估单元(5、51)作用于角火花隙(1)的触发电路的开关式的分离元件(6)。

9.根据权利要求8所述的过压保护装置，其特征在于，所述至少一个另外的过压保护元件是压敏电阻或火花隙。

10.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，至少一个另外的过压保护元件(1)电串联地连接，串联电路的各所述元件分别具有至少一个评估单元(5、51)、触发电路(2)和开关式的分离元件(6)，在至少一个任意的评估单元响应时，串联连接的各过压保护元件的分离元件(6)被操作。

11.根据权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，分离装置具有熔断导体(8；81)，所述熔断导体位于所述腔室(4)的区域内并且在这里受到电源持续电流引起的负荷，所述熔断导体(8；81)将有弹簧力辅助的分离元件(6)保持在第一位置中并且在熔化时释放所述分离元件(6)，使得所述分离元件(6)占据第二位置，随着到达第二位置中断与触发电极(7)的电连接并由此将触发电极(7)断开。

12.根据权利要求11所述的过压保护装置，其特征在于，所述熔断导体(8；81)与所述腔室(4)的间隔开的熄弧板(9)接触。

13.根据权利要求11或12所述的过压保护装置，其特征在于，所述熔断导体(81)设置在所述腔室(4；9)的入口区域(9b)内。

14.根据权利要求11或12所述的过压保护装置，其特征在于，所述分离元件(6)能由熔断导体(8)触发，所述熔断导体处于存在于角火花隙(1)的点火区域上方的体积(10)中。

15.根据权利要求11或12所述的过压保护装置，其特征在于，所述熔断导体(8)连接在火花隙(1)的滑轨或角电极(30；31)之一上。

16.根据上述权利要求11或12所述的过压保护装置，其特征在于，沿侧向在所述腔室(4)的旁边设置滑动件(15)，所述滑动件操作所述分离元件(6)。

17.根据权利要求16所述的过压保护装置，其特征在于，所述滑动件(15)基本上设置在所述腔室(4)的内部。

18.根据权利要求11所述的过压保护装置，其特征在于，所述熔断导体(8)无电势地设置在入口区域(9b)或腔室(4)中。

19.根据权利要求11或12所述的过压保护装置，其特征在于，所述熔断导体(8；81)是热敏地固定的。

20.根据权利要求12所述的过压保护装置，其特征在于，当所述熔断导体(8)部分地在所述腔室(4)之外分布时，为了激活分离元件(6)，构成用于在形成外部电弧时出现的等离子体的流入口或流入通道(18)。

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