CN112544022B

CN112544022B - 具有点火回路的火花间隙和火花间隙装置

Info

Publication number: CN112544022B
Application number: CN201980030710.XA
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·拉姆瑟尔; 汉斯·扎格比尔
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2039-07-22
Also published as: CN112544022A; SI3588706T1; EP3588706A1; BE1026431B1; EP3588706B1; WO2020003291A1; BE1026431A1

Abstract

本发明涉及具有点火回路的火花间隙和火花间隙装置，具有点火回路的火花间隙包括：具有第一主电极（E1）和第二主电极（E2）的第一火花间隙（FS1），以及第一点火辅助电极（H1）；还具有含有第一电压开关元件（GDT）的第一点火回路（Z1），所述第一点火回路（Z1）一端与所述第一主电极（E1）相连接，第一点火回路（Z1）另一端与所述第一点火辅助电极（H1）相连接；所述第一电压开关元件（GDT）两端并联电容器（C）。火花间隙装置包括有所述具有点火回路的火花间隙。

Description

具有点火回路的火花间隙和火花间隙装置

技术领域

本发明涉及一种具有点火回路的火花间隙和火花间隙装置。

背景技术

由法规、例如DIN EN 62305(VDE 0185-305：2006)已知用于雷击保护的设计。

其中，火花间隙用于所谓的粗保护级。所述粗保护级也被称作为1类。

为了用所述火花间隙达到更好的保护水平，要给这些接上外部的触发电路，这些触发电路能够在更低电压的情况下实现所述火花间隙的点火。

在这些触发电路中，经常要使用气体放电管（英文：Gas Discharge tube，简称GDT），以便在点火回路中提供隔离间隙。

对于这种点火回路装置而言，有各种不同的实施方式，例如：包括高圧点火或者具有极小起动电压的火花间隙。除了所述气体放电管以外，还必需要在所述触发电路中定位额外的元件、例如压敏电阻。

但在许多装置中，多个火花间隙被这样相互连接，使得它们至少作用于各自的负荷情况而言形成为串联电路。那么，在这样一种装置中，也就形成了所述点火回路同样就像串联电路一样工作。但这就导致所述被“串联”接通的点火回路的所述点火电压基本要被相加。

例如在n+1电路中、即相位导线与中性导线之间的火花间隙和中性导线与保护性导线之间的火花间隙的“串联电路”中，就形成这样一种情况。现如果在所述相位导线与所述保护性导线之间出现过压情况，那么，在230V/400V系统中的保护水平可大于2kV。也希望能够在该区域内提供小于2 kV的保护水平。

发明内容

本发明的目的解决方案是通过独立权利要求所述的装置得出的。进一步优化方案的从属权利要求在实施例、附图分别进行了详细说明。

附图说明

下面参照附图借助优选的实施方式进一步阐述本发明。

其中：

图1为本发明的实施方式的第一种示意性电路图；

图2为本发明的实施方式的第二种示意性电路图；

图3为本发明的实施方式的第三种示意性电路图；以及

图4为本发明的实施方式的第四种示意性电路图。

具体实施方式

下面更深入地参照附图说明本发明。在此要注意的是，所说明的不同方面可分别单独地或者相互组合地加以应用。也就是说，每个方面均可结合本发明的不同实施方式来使用，只要没有明确地说明作为纯粹的替选方案。

此外，为简便起见，实施例通常仅借助一个实体。但只要没有明确附注，本发明也可分别具有更多个相关实体。就这方面而言，使用语词“一个”仅应被理解为是指，在一种简单的实施方式中使用至少一个实体。

下面说到方法的各个步骤即可以任意顺序来布置和/或组合，只要通过相关性并没有明确地得出一些差异。此外，所述方法只要没有明确地另作标明，则可相互之间进行组合。

带有数值的说明通常并不应被理解为是确切的值，而是还包含+/-1%直至+/-10%的公差。

对于标准或规格或规范的参考应被理解为，参考的是在本发明申请的时间点和/或-只要要求优先权-在优先权申请的时间点适行的标准或规格或规范。但以此并不应理解为是整体排除了后续或替代性的标准或规格或规范的适用性。

“附近”一词在下面明确地包含了紧邻的接近关系，但并非仅限于此。“之间”一词在下面明确地包含了这样一种位置，在其上，位于其间的部件与周围的部件具有紧邻的接近度。

另外，在图1中示出了一种根据本发明的火花间隙。所述火花间隙含有第一火花间隙FS1和第一点火回路Z1。

第一火花间隙FS1具有第一主电极E1和第二主电极E2，可适当地来选择所述主电极E1和E2的形式。在所述两个主电极E1与E2之间具有空隙，所述主电极相互之间电气隔离，即第一火花间隙是由在第一主电极和第二主电极E2之间设置间隙形成。在外加足够高的电压时，形成等离子体，等离子体在所述主电极E1与E2之间建立电气连接，并且过电压冲击可放出。

此外，所述第一火花间隙FS1具有第一点火辅助电极H1。第一点火辅助电极H1可被布置在所述主电极E1与E2之间的适当位置上。所述第一点火辅助电极H1可被布置得相对于所述主电极E1而言和/或相对于所述主电极E2而言是隔离的。

此外，图1中所述第一点火回路Z1通过虚线框架被框出，具有第一电压开关元件GDT1。其中，所述第一点火回路Z1的一端、也就是第一电压开关元件GDT1一端与所述第一主电极E1相连接，第一点火回路Z1的另一端、也就是第一电压开关元件GDT1的另一端与所述第一点火辅助电极H1相连接。在不限制普遍性的条件下，所述第一点火回路Z1还可具有更多的元件，就像后面结合第二点火回路Z2所阐述的那样。

对于本实施例而言重要的是，所述第一电压开关元件GDT1并联连接有电容器C。

如果如上所述的含有第一点火回路Z1的这种第一火花间隙FS1与另一个火花间隙、即第二火花间隙FS2串联连接，那么，所述并联的电容器C在过压的情况下就导致这种情况发生，即所被施加的电压首先仅外加在另一个火花间隙处，即所述第二火花间隙FS2，如图2至4所示，因为所述电容器开始对于所述第一点火回路而言作为高频的短路。由此，不会形成所述各个电压开关元件GDT1、GDT2的点火电压的“相加”效应。因此，首先引起所述第二火花间隙FS2互连，所述点火电压结果就比此前装置中的更小。但现在，在所述第二火花间隙FS2点火后，接近等于所述原来电压的剩余电压就外加在所述第一火花间隙FS1或者说其第一点火回路Z1上，从而现这第一火花间隙FS1就以很小的延迟在所述第二火花间隙之后被引起互连。同时，不会形成所述各个电压开关元件GDT1、GDT2的点火电压的“相加”效应。现所述并联电路被整个地导通，从而过压能够由此被吸收。

也就是说，与在此前的解决方案中所不同，可例如在230/400V系统中，提供2.0kV以下的保护水平、尤其是1.8kV以下以及甚至1.5kV以下直至1.2kV以下的保护水平。

在根据本实施例的第一火花间隙FS1的一种设计中，所述第一电压开关元件GDT1是从包括充气式放电器、瞬态电压二极管、压敏电阻、PTC、晶体管、晶闸管的组类中选出的。

也就是说，本发明可有利地以不同的电压开关元件GDT1单独地或者相组合地来运行。

在根据本实施例的第一火花间隙FS1的另一种设计中，所述电容器C的电容量要大于或等于所述第一电压开关元件GDT1静止状态下自电容的9倍。

由此，可实现非常可靠地控制所述电压开关元件GDT1与GDT2之间的电压。其中，可以粗略的概括来假定，所述电容器C的电容量越大，上述在时间上相协调的电路的可靠性就升高。优选所述电容器C的电容量为所述第一电压开关元件GDT1静止状态下的自电容的至少10倍值、更好是100倍值。

在根据本实施例第一火花间隙FS1的另一种设计中，所述电容器C被焊接到所述第一电压开关元件GDT1两端的电极上。由此可避免寄生的线路电感，其将可能给开关特性带来负面影响。

在根据本实施例第一火花间隙FS1的另一种设计中，所述电容器C是表面贴装器件（英文即Surface Mounted Device）。也就是说，用极少的结构投入，就可实现所述协调的电路，从而即便是在限制的结构形式中，也能实现更安全的电路，并且保持现有的网格尺寸。

在根据本实施例第一火花间隙FS1的另一种设计中，在所述第二主电极E2与所述第一点火辅助电极H1之间设置绝缘材料，所述绝缘材料的设置使所述第一点火辅助电极H1上外加电压时导致沿着所述绝缘材料表面放电，所述放电使所述第二主电极E2和所述第一点火辅助电极H1相互之间被可导电地相连接。这些装置例如由本申请人的专利申请DE 102004 009 072 A1已知，在该处尤其是详见该专利申请中的图2a和2b，在此明确地要参照其说明。

使用如上所述的第一火花间隙FS1，就可实现不同类型的火花间隙装置。为此，下面参照图2至4，但并不是由此将排除其他可能的火花间隙装置。

一种火花间隙装置例如包括如上所述的、具有配属第一点火回路Z1的第一火花间隙FS1。此外，所述火花间隙装置还具有第二火花间隙FS2。所述第二火花间隙FS2具有第三主电极E3和第四主电极E4，以及第二点火辅助电极H2。其余的则适用之前对于所述第一火花间隙FS1以及对于所述第二火花间隙FS2的说明。此外，所述第二火花间隙FS2连接具有第二电压开关元件GDT2的第二点火回路Z2。所述第二点火回路Z2一端与所述第二火花间隙FS2的第三主电极E3相连接，第二点火回路Z2另一端与所述第二点火辅助电极H2相连接。所述第二火花间隙FS2的一个主电极与所述第一火花间隙FS1的一个主电极彼此相连接，在图中，所述第二火花间隙FS2主电极E4与第一火花间隙FS1主电极E1之间彼此电气地相连接。在所述主电极E4与E1之间，如图4中所示，可布置共同的导线，在此共同的导线即是中性导线N。

在所述火花间隙装置的一种设计中，所述第二电压开关元件GDT2是从包括充气式放电器、瞬态电压二极管、压敏电阻、PTC、晶体管、晶闸管的组类中选出的。

也就是说，本实施例可有利地以不同的第二电压开关元件GDT2单独地或者相组合地来运行。

在所述火花间隙装置的一种设计中，所述第二点火回路Z2具有第三电压开关元件VAR，第三电压开关元件VAR与第二电压开关元件GDT2串联，并且第三电压开关元件VAR类别不同于所述第二电压开关元件GDT2。替选方案或补充方案是，所述第一点火回路Z1当然也可具有串接的其他的不同于所述第一电压开关元件GDT1类别的电压开关元件。

在不限制普遍性的条件下，所述第一火花间隙FS1和所述第二火花间隙FS2可被构造为同类型。同样，在不限制普遍性的条件下，所述第一电压开关元件GDT1和所述第二电压开关元件GDT2可被构造为同类型。

在所述火花间隙装置的一种设计中，所述第一点火回路Z1和/或所述第二点火回路Z2具有与第二电压开关元件串接的可断开装置AE。可断开装置是例如通过施加预应力焊接来实现断开前连接的装置，预应力焊接连接在加热到一定温度时失去其粘接性能，并且在所述预应力的影响下通过机械性的分离移动而分离电接触。

如图4所示，所述火花间隙装置例如可被用于交流电压系统，其中，所述第一火花间隙FS1被布置在中性导线N与保护性导线PE之间，并且，所述第二火花间隙FS2被布置在中性导线N与相电位之间，例如L1与中性导线N之间。但在不限制普遍性的条件下，所述火花间隙连同所配属的点火回路也可不同地来加以应用，例如，所述第二火花间隙FS2可被布置在中性导线N与保护性导线（PE）之间，所述第一火花间隙FS1可被布置在中性导线N与相电位L1之间。就像从图4中可以看出的那样，所述火花间隙装置也可被用于包括三相电位L1、L2、L3的5导线交流电流系统。

标注说明

FS1、FS2 火花间隙；

Z1、Z2 点火回路；

E1...E4 主电极；

H1、H2 点火辅助电极；

GDT1、2 第一、第二电压开关元件；

C 电容器；

VAR 第三电压开关元件；

AE 可分离装置；

N 中性导线；

PE 保护性导线；

L1、L2、L3 相电位。

Claims

1.一种具有点火回路的火花间隙装置，包括具有第一主电极（E1）和第二主电极（E2）的第一火花间隙（FS1）和第一点火辅助电极（H1）；其特征在于，具有点火回路的火花间隙还包括第一点火回路（Z1），第一点火回路（Z1）带有第一电压开关元件（GDT1），所述第一点火回路（Z1）一端与所述第一主电极（E1）相连接，另一端与所述第一点火辅助电极（H1）相连接；所述第一电压开关元件（GDT1）并联有电容器（C）；所述装置另外包括第二火花间隙（FS2），第二火花间隙（FS2）具有第三主要电极（E3）和第四主要电极（E4），以及第二点火辅助电极（H2），所述装置还包括具有第二电压开关元件（GDT2）的第二点火回路（Z2），所述第二点火回路（Z2）一端与所述第三主要电极（E3）相连接，另一端与所述第二点火辅助电极（H2）相连接，所述第二火花间隙（FS2）的一个主电极与所述第一火花间隙（FS1）的一个主电极彼此相连接。

2.根据权利要求1所述的具有点火回路的火花间隙装置，其特征在于，所述第一电压开关元件（GDT1）是充气式放电器、瞬态电压二极管、压敏电阻、PTC、晶体管、晶闸管中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的具有点火回路的火花间隙装置，其特征在于，所述电容器（C）的电容量大于或等于所述第一电压开关元件（GDT1）静止状态下自电容的9倍。

4.根据上述权利要求中任一项所述具有点火回路的火花间隙装置，其特征在于，所述电容器（C）被焊接到所述第一电压开关元件（GDT1）的电极上。

5.根据权利要求1所述的具有点火回路的火花间隙装置，其特征在于，所述电容器（C）是表面贴装器件。

6.根据权利要求1所述的具有点火回路的火花间隙装置，其特征在于，在所述第二主电极（E2）与所述第一点火辅助电极（H1）之间布置绝缘材料，所述绝缘材料使所述第一点火辅助电极（H1）外加电压时导致沿绝缘材料表面放电，所述放电致使所述第二主电极（E2）和所述第一点火辅助电极（H1）之间形成导电连接。

7.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第二接通电压元件（GDT2）是充气式放电器、瞬态电压二极管、压敏电阻、PTC、晶体管、晶闸管中的一种。

8.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第二点火回路具有与第二电压开关元件串联的第三电压开关元件（VAR），第三电压开关元件类型不同于所述第二电压开关元件（GDT2）。

9.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第二点火回路（Z2）具有与第二电压开关元件串接的可断开装置（AE）。

10.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，在交流电压系统中，所述第一火花间隙（FS1）被布置在中性导线（N）与保护性导线（PE）之间，所述第二火花间隙（FS2）被布置在中性导线（N）与相电位（L1、L2、L3）之间。

11.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，在交流电压系统中，所述第二火花间隙（FS2）被布置在中性导线（N）与保护性导线（PE）之间，所述第一火花间隙（FS1）被布置在中性导线（N）与相电位（L1、L2、L3）之间。