CN112868151A - 用于点燃火花隙的点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于点燃火花隙的点火装置，其具有位于主电极上或主电极中的、与该主电极绝缘的触发电极，其中，该触发电极能与另外的主电极经由至少一个切换电压的或监视电压的元件电气连接，并且在触发电极与另外的主电极之间存在气隙，其中，触发电极与绝缘层和由电导率比主电极之一的材料低的材料制成的层一起形成夹层结构。此外，绝缘层构造为箔膜或漆层，并且由较低电导率的材料制成的层与主电极之一接触或者支承在该主电极之一上。根据本发明，夹层结构的绝缘层在点火区域之外中断，以对能量弱的过电压事件进行放电而无主电极之间形成的火花隙响应，和/或影响响应特性的电气构件连接在触发电极与相关主电极之间。

Description

用于点燃火花隙的点火装置

技术领域

本发明涉及一种用于点燃火花隙的点火装置，其具有位于主电极上或主电极中的、与该主电极绝缘的触发电极，其中，该触发电极可与另外的主电极经由至少一个切换电压的或监视电压的元件电气连接，并且在主电极与另外的主电极之间存在气隙，其中，触发电极与绝缘层和由电导率比主电极之一的材料低的材料制成的层一起形成夹层结构，根据权利要求1的前序部分，绝缘层构造为箔膜或漆层，并且由较低电导率的材料制成的层与主电极之一接触或者支承在该主电极之一上。

背景技术

在火花隙的特性方面，火花隙可以被区分为击穿火花隙或表面火花隙。这种火花隙既可以以触发方式来实施，也可以以非触发方式来实施。在触发火花隙的情况下，除了主电极之外还存在至少一个触发电极。在触发的火花隙中的点火或者通过使用点火变压器来实现(其结果是相应绝缘良好的触发电极的响应电压较高)，或者备选地通过触发电极相对于主电极的特殊布置来实现，而无需点火变压器。

触发的火花隙原则上具有可控的响应行为。

在按照DE 200 20 771 U1的用于导出由于过电压引起的有害的干扰参量的压力密封耦合的火花隙装置中，可以直接在存在于此处的导电壳体上施加触发电压，以在放电室中形成局部火花隙。通过局部火花隙，点燃主电极之间的主火花隙。此外，此处使用点火变压器，该点火变压器是触发装置的组成部分。

然而，点火变压器需要不小的结构空间。此外，在点火变压器次级侧生成的点火电压的大小取决于初级侧的电流变化di/dT。如果这种电流脉冲不具有足够的斜率，则次级侧出现的电压不足以可靠地点燃火花隙。

如果触发电极与主电极之一连接，则可以省去点火变压器。在点火过程期间，在这种解决方案中在主电极之一与触发电极之间触发表面放电，该表面放电在特定时间后到达另外的主电极并且触发点火过程。

例如，在DE 101 46 728 B4中公开了这种解决方案。

这种触发电极具有与两个主电极之一的永久性电气接触。这意味着不存在与主电位的电流隔离。由于该原因，必须在触发电路中连接例如以气体放电保护装置的形式的切换电压的元件。

从DE 10 2011 102 937 A1已知一种用于点燃火花隙的点火装置，该点火装置具有位于主电极之一上或主电极之一中的、与这些主电极绝缘的触发电极，并且利用该触发电极可在大范围内预先给定响应特性。

关于此点，通用的解决方案具有触发电极，该触发电极与绝缘层和由电导率比主电极之一的材料低的材料制成的层一起形成夹层结构。绝缘层优选地构造为箔膜或漆层。由低电导率的材料制成的层与主电极之一接触或者支承在该主电极之一上。

夹层结构的层电介质表示为具有绝缘路径的电介质的第一子电容与具有电导率比电介质低的材料的第二子电容的串联电路，其中子电容被选择得非常低。

夹层结构的材料M具有比主电极之一的材料差很多的电导率。通过由材料M制成的层的厚度实现了点火电弧的延长。

优选地可以通过电路板来实现触发电极与由导电性差的材料制成的层之间的薄绝缘路径。因此，触发电极对应于所施加的印制导线，并且绝缘层对应于位于其上的漆层，其中，端面侧部段保持无漆层。

按照DE 10 2011 102 937 A1的先前已知的解决方案(该解决方案的公开内容被阐述为本申请的主题)，在装置的基点区域中实现了等离子射流或等离子束，该装置优选构造为角形火花隙。该射束导致离子化气体和电荷载流子的强的并且快速对准目标的运动。该传输被用于显著地加速对主电极之间的主路径的点火，由此可以减小触发电极与夹层结构的负载，并且火花隙的残留电压下降。

先前所阐述的等离子射流效应的特征在于形成了离子化气流的优选的方向。根据现有技术，可以采取措施，这些措施一方面影响射束的出现，但是也影响了方向，使得产生了迅速点燃主路径的效果。为了克服主电极之间的气隙，所提出的射束以其非常有效的空气距离电离是特别合适的，这又确保了优选的角形火花隙的有效运行。通过电极装置以及绝缘层和由具有较低电导率的材料制成的层，得到了等离子射流的优选的定向而不是仅随机的等离子射流。特别地，具有较低电导率的材料可以适合于放气，使得能够实现进一步有针对性地产生等离子射流。

相对于经典的非绝缘的电流触发方法，按照DE 10 2011 102 937 A1的解决方案提供了以下优点：主火花隙的点火非常快，由此火花隙装置的所有另外的组件在能量上的负荷较低，并且由此可以以小型化的方式设计。

然而，缺点在于以下事实：即使是最小的、相对低能量的过电压事件脉冲也足以点燃整个火花隙。由此导致对应的过电压放电器装置的可能的不利的老化。

发明内容

因此，从上述出发，本发明要解决的技术问题是，提供一种进一步开发的点火装置，该点火装置用于在使用触发电极的条件下点燃火花隙，其中在这方面，应当利用等离子射流点火的基本原理，以便利用由此获得的优点；而另一方面，通过在过电压事件能量含量低的情况下防止了激活主电极、特别是角形火花隙的主电极之间的实际过载区域，还能够确保带有这种火花隙的对应装备的过电压放电器不会过早地老化。

本发明的技术问题的解决方案利用根据按照权利要求1的特征组合的点火装置来实现，其中，从属权利要求至少是有利的设计方案和扩展方案。

因此，本发明从一种用于点燃火花隙的具有触发电极的点火装置出发，该触发电极位于主电极之一上或中并且与该主电极绝缘。

触发电极可以经由至少一个开关电压的或监视电压的元件与另外的主电极电气连接。

主电极和另外的主电极之间存在气隙。

触发电极与绝缘层和由电导率比主电极之一的材料低的材料制成的层一起形成夹层结构。

绝缘层优选构造为箔膜或漆层。由低电导率的材料制成的层与主电极之一接触或者支承在该主电极之一上。

根据本发明，现在改进该点火装置，使得可以确定能量极限或能量阈值，其中，在所确定的边界值或阈值以下，对能量弱的过电压事件进行放电，而无主电极之间的火花隙响应。如果超过边界值或阈值，则通过点燃主火花隙来进行对应触发的放电过程。

现在，本发明的基本思想还在于，仅使用可以在空间和结构上集成到火花隙本身中的那些构件来确定极限值或阈值以及待为此提供的手段。在必要时需要外壳套管和其他结构措施的情况下，必须明确排除附加的外部电路。

因此，根据本发明，在点火区域之外中断夹层结构的绝缘层，以对能量弱的过电压事件进行放电，而无主电极之间形成的火花隙的响应。作为补充或备选，在触发电极与主电极之间连接有影响响应特性的电子构件并且该电子构件集成到火花隙中。

通过中断绝缘层，形成触发电极与较低电导率的层之间的电气连接，其中，可以通过较低电导率的层的有限的电导率或电阻来确定过电压事件的可放电的能量含量。由此，进而可以确定上述边界值或阈值。

在一个实施方式中，上述电气构件是可集成的、小型化的电阻。

具有最小能量含量的过电压事件、例如猝发脉冲通常不再导致整个火花隙的点火，因为在电导率较低的层中耗散了低脉冲能量或最小脉冲能量。

如果过电压或过电压事件的能量含量较高，则整个火花隙几乎延迟地点火。如果脉冲的能量超过预先给定的量，则这样高的电压在较低的电导率的层上下降，使得点火辅助火花隙点火，并且由此可以点燃主火花隙。延迟量会受到结构设计和材料尺寸或材料性能的影响。通过在点火区域中的绝缘路径的闪络，实现点火辅助火花隙的点火。

在所有具有较高能量含量的过电压的情况下，例如在直接或间接的闪电脉冲的情况下，如从现有技术中已知的，主火花隙相对较快地点火。

在一种优选的设计方案中，触发电极由箔膜电路板的印制导线形成，并且绝缘层由绝缘覆盖装置、特别是由漆层形成在印制导线上。

为了进行中断，暴露绝缘覆盖，使得印制导线的暴露部段能够与较低电导率的层连接。

较低电导率的层可以优选地由导电塑料材料制成，或者可以由具有碳纤维含量的材料形成。

附图说明

在下文中应当根据实施例并借助附图来更详细地阐述本发明。

在此，附图中:

图1示出了等效电路图，其具有主电极、火花隙以及夹层结构的基本装置，该装置包括触发电极，该触发电极具有绝缘层以及由电导率比主电极之一的材料低的材料制成的层；以及触发电极与相关主电极之间的电阻形式的电气组件的并联电路；以及

图2示出了类似于图1的图示，然而具有绝缘层的示意性中断，使得点火区域外部的触发电极与具有较低电导率的材料的层接触，以便在过电压事件能量含量低时实现直接放电，而无整个火花隙的响应。

具体实施方式

按照图1和图2的图示包括导电的触发电极T，其在主电极H2的方向上被绝缘层I覆盖。

在绝缘层I之后是由具有较低电导率的材料M制成的层。

由材料M制成的层支承在第二主电极H2的表面上。

经由连接装置A，外部元件可以连接在触发电极T与主电极H1之间。设置在那里的部件例如可以包括气体放电器、压敏电阻、二极管或类似的电气构件。

由主电极H1和H2形成的火花隙可以构造为角形火花隙，并且电气连接在线路L与N/PEN之间。

所示出的配置原理上对应于按照DE 10 2011 102 937 A1的用于产生等离子射流的装置及在那里给出的对结构构造的阐述。就此而言，在公开方面，参考DE 10 2011 102937 A1中的相关陈述，其体现了本领域技术人员的知识。

根据本发明，按照图1，影响响应特性的电气构件R连接在触发电极T与主电极H2之间。电阻R的值确定响应特性，并因此确定与对应火花隙的点火过程有关的能量边界值。

在对应的过电压事件能量含量低的情况下，在电阻R上产生的电压降不足以实现在点火装置的点火区域中点火。因此，可以通过电阻R的布置来直接对低能量的过电压事件进行放电，而无需主火花隙响应并由此不必要地老化。

根据按照图2的图示，示出了完全集成的解决方案，而不是电阻R的并联电路。

在这方面，薄的绝缘层I在点火区域和闪络区域之外被中断，从而实现触发电极T与较低电导率的材料M的导电连接。由此，由材料M的电阻值决定地产生了经由线路触发电极、较低电导率的材料M和主电极H2对过电压事件进行放电而不会导致电极H1与H2之间的主火花隙的响应的可能性。

因此，在这种情况下，过电压的能量含量低到只有很小的电流流动并且导电性差的材料M中下降的电压不足以在绝缘层I上闪络。由此，闪络区域不会响应，并且过电压仅通过能量映射区域(Energieabbildbereich)被放电。

反之，如果电流由于过电压事件而非常强烈地上升，使得材料M中下降的电压在绝缘层I上闪烁并产生点火火花，则导致整个火花隙的点火。

在本发明的该实施例变形中，由材料M制成的层不仅具有通过延长从触发电极T到主电极H2的直接闪络间隙从而延长点火电弧的作用，更确切地说，导电性差的材料的电阻值通过触发电极与层M的接触来使用，以便对弱过电压事件进行放电。通过这种设计，特别是在非常弱的过电压事件的情况下，可以完全省去用于控制响应特性的任何单独的电气构件或电子构件。

Claims (7)

1.一种用于点燃火花隙的点火装置，所述点火装置具有位于主电极(H2)上或主电极(H2)中的、与所述主电极(H2)绝缘的触发电极(T)，其中，所述触发电极(T)能够与另外的主电极(H1)经由至少一个切换电压的或监视电压的元件(A)电气连接，并且在所述触发电极(T)与所述另外的主电极(H1)之间存在气隙，其中，所述触发电极(T)与绝缘层(I)和由电导率比主电极(H1、H2)之一的材料低的材料(M)制成的层一起形成夹层结构，所述绝缘层(I)构造为箔膜或漆层，并且由较低电导率的材料(M)制成的层与主电极(H2)之一接触或者支承在主电极之一上，

其特征在于，

夹层结构的绝缘层(I)在点火区域之外中断，以对能量弱的过电压事件进行放电而无主电极(H1；H2)之间形成的火花隙响应，和/或影响响应特性的电气构件连接在所述触发电极(T)与所述主电极(H2)之间。

2.根据权利要求1所述的点火装置，

其特征在于，

通过中断(U)所述绝缘层(I)，形成触发电极(T)与层(M)之间的电气连接，其中，层(M)的有限电导率或电阻确定过电压事件的可放电的能量含量。

3.根据权利要求1所述的点火装置，

其特征在于，

所述电气构件是电阻(R)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的点火装置，

其特征在于，

在过电压事件能量含量低的情况下，电流流经所述电气构件(R)和/或层(M)到达所述主电极(H2)，其中，所述电气构件(R)上和/或层(M)上的电压降的量确定，是否过电压直接被放电，或者电压降是否导致绝缘路径(I)在点火区域或闪络区域(Z)中的闪络并且由此导致主电极(H1和H2)之间火花隙的点火。

5.根据上述权利要求中任一项所述的点火装置，

其特征在于，

所述触发电极(T)由箔膜电路板的印制导线形成，并且在印制导线上，所述绝缘层(I)由绝缘覆盖装置、特别是由漆层形成，其中，暴露所述绝缘覆盖装置以进行所述中断(U)，并且暴露区域与层(M)连接。

6.根据上述权利要求中任一项所述的点火装置，

其特征在于，

层(M)由导电塑料材料制成。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的点火装置，

其特征在于，

层(M)由具有碳纤维含量的材料制成。

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