CN116711168A - 用于过电压保护和浪涌放电器的火花间隙组件 - Google Patents

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CN116711168A CN202180085850.4A CN202180085850A CN116711168A CN 116711168 A CN116711168 A CN 116711168A CN 202180085850 A CN202180085850 A CN 202180085850A CN 116711168 A CN116711168 A CN 116711168A
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巴斯蒂安·胡贝图斯·范贝索
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Abstract

一种火花间隙组件，其包括第一火花间隙区段和与该第一火花间隙区段串联电连接的第二火花间隙区段。第一火花间隙包括第一火花间隙和与该第一火花间隙并联电连接的第一分级电路。第二火花间隙区段包括第二火花间隙和与该第二火花间隙并联电连接的第二分级电路。

Description

用于过电压保护和浪涌放电器的火花间隙组件
相关申请
本申请要求2020年12月18日提交的美国临时专利申请号63/127,468的权益，该申请的全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
实施例涉及用于过电压保护和浪涌放电器(surge arresters)的火花间隙组件(spark gap assemblies)。
发明内容
浪涌放电器，其提供了从导体到地面的电流路径，为电力系统和部件提供保护以防止由雷电、电气开关事件和/或其他原因引起的电涌(power surges)。浪涌放电器设计可以包括金属氧化物变阻器(metal oxide varistor，MOV)堆叠件，它是高度非线性的陶瓷半导体，从正常工作期间的绝缘状态切换到出现电涌时的导电状态。在电涌期间，MOV堆叠件的电阻下降，使得放电器将浪涌电流传导到地面。因此，在电涌期间，导体上的电压增加可以被限制到将不会对电力系统或部件造成损害的水平。
如上面所描述的，包括在浪涌放电器中的MOV盘能够保护设备免受由雷电或电气开关引起的短期间电涌的影响。然而，浪涌放电器的MOV盘可能无法有效防止在典型线路频率(诸如50-60Hz)下出现的持续过电压状况。持续的过电压可能导致放电器过热，这增加MOV盘的导电性，从而增加电力耗散。结果是，该放电器可能达到临界温度，在该临界温度下，放电器内可能发生热失控和短路故障。放电器中的短路故障可能导致严重的电弧(power arcing)或热碎片到环境中的偶然排放，对附近的人员和设备造成危险状况。
第一方面提供了一种火花间隙组件，该火花间隙组件包括第一火花间隙区段和与该第一火花间隙区段串联电连接的第二火花间隙区段。第一火花间隙包括第一火花间隙和与第一火花间隙并联电连接的第一分级电路。第二火花间隙区段包括第二火花间隙和与第二火花间隙并联电连接的第二分级电路。
第二方面提供了一种包括火花间隙组件的放电器。火花间隙组件包括第一火花间隙区段和与第一火花间隙区段串联电连接的第二火花间隙区段。第一火花间隙包括第一火花间隙和与第一火花间隙并联电连接的第一分级电路。第二火花间隙区段包括第二火花间隙和与第二火花间隙并联电连接的第二分级电路。
第三方面提供了一种附件装置，该附件装置与放电器串联电连接，并且包括火花间隙组件。火花间隙组件包括第一火花间隙区段和与第一火花间隙区段串联电连接的第二火花间隙区段。第一火花间隙包括第一火花间隙和与第一火花间隙并联电连接的第一分级电路。第二火花间隙区段包括第二火花间隙和与第二火花间隙并联电连接的第二分级电路。
本发明的其他方面将通过对详细描述和附图的考虑而变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据一些实施例的放电器的示意图。
图2示出了根据一些实施例的放电器的示意图。
图3示出了图1的放电器的示例性配置。
图4A-4D示出了图1的放电器的示例性配置。
图5A-5C示出了图2的放电器的示例性配置。
图6示出了根据一些实施例的放电器的示意图。
图7示出了根据一些实施例的放电器的示意图。
图8示出了图7的放电器的示例性配置。
图9示出了图8的放电器的电压-电流特性。
图10示出了根据一些实施例的附件装置。
图11示出了根据一些实施例的附件装置。
具体实施方式
在详细说明任何实施例之前，应当理解，实施例在其应用方面并不局限于以下描述中阐述的或附图中示出的各部件的配置和布置的细节。这些实施例能够以各种方式实践或进行。另外，应当理解，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应该被视为限制性的。“包括”、“包含”或“具有”及其变型的用途意味着包含其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛使用，并且包含直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。
另外，应该理解的是，实施例可以包括硬件、软件、和电子部件或模块，出于讨论的目的，它们可以被示出和描述得像是大多数部件仅在硬件中实施。然而，本领域普通技术人员基于对本详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以在软件(例如，存储在非暂时性计算机可读介质上)中实施，这些软件可由一个或多个电子处理器诸如微处理器和/或专用集成电路(application specific integrated circuits，“ASICs”)执行。像这样，应该注意的是，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件可以被利用以实施实施例。例如，本说明书中描述的“服务器”、“计算设备”、“控制器”、“处理器”等可以包括一个或多个电子处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接这些部件的各种连接件(例如，系统总线)。
图1示出了根据本申请的一些实施例的放电器，诸如浪涌放电器100。浪涌放电器100包括外壳105、从外壳105的上部延伸的第一螺柱110和从外壳105的下部延伸的下螺柱115。第一螺柱110将浪涌放电器100电连接到电力系统120。第二螺柱115将浪涌放电器100电连接到地面125。外壳105可以例如由任何合适的材料制成，诸如但不限于陶瓷、玻璃和/或尼龙。
浪涌放电器100还包括火花间隙组件130，该火花间隙组件130包括多个彼此串联电连接的火花间隙区段135A-135N。例如，如图1所示，至少两个火花间隙区段135A和135B被包括在火花间隙组件130中。然而，该火花间隙组件130可以包括任何所需数量N个的火花间隙区段135A-135N。例如，图2示出了包括火花间隙组件230的浪涌放电器200的实施例。火花间隙组件230包括三个彼此串联电连接的火花间隙区段135A-135C。在其他实施例中，火花间隙组件可以包括三个以上的火花间隙区段，诸如四个、五个、六个或更多个火花间隙区段。
每个火花间隙区段135包括与相应的分级电路145并联电连接的相应的火花间隙140。每个分级电路145可以包括一个或多个无源分级元件(passive grading element)，诸如电阻器、电容器或电感器。例如，第一火花间隙区段135A包括与第一分级电路145A并联电连接的第一火花间隙140A。相似地，第二火花间隙区段135B包括与第二分级电路145B并联电连接的第二火花间隙140B。如下面将更详细描述的，分级电路145可以包括所需的任何数量和/或组合的无源分级元件。
每个火花间隙140与分级电路145中包括的部件之间的间距或长度可以被选择，使得火花间隙组件130的火花放电(sparkover)特性取决于火花间隙组件130两端的电压的变化率dV/dt。例如，这些火花间隙140可以被分级，使得在电力系统120处于正常工作频率(例如，50-60Hz)的同时，每个火花间隙140A-140N内的电场近似相等。也就是说，与相应火花间隙140并联电连接的相应分级电路145可以被设计，使得当电力系统120中的浪涌在正常工作频率下发生时，每个火花间隙140A-140N两端的电压相等。
另外，火花间隙140可以被分级，使得火花间隙组件130的第一火花放电电压最大化。第一火花放电电压被定义为火花间隙组件130两端的电压，在该电压处，火花放电将最初发生在该火花间隙组件内的一个火花间隙135两端。在电涌事件期间，火花间隙组件130两端的电压变化率的增加可以导致多个火花间隙140两端的不相等的电位降。此外，火花间隙140两端的电压变化率的增加可以降低火花间隙组件130的第一火花放电电压。
当第一火花放电事件发生时，火花间隙组件130两端的电压可能会降低。也就是说，当电流火花放电，或在火花间隙140中的第一个之间流动时，火花间隙组件130的剩余电压得以被重新分布在尚未火花放电的剩余火花间隙140两端。如果过电压状况持续，使得浪涌能量的继续输入被提供到火花间隙组件130，则额外的火花放电事件可能会发生。例如，浪涌能量的继续输入可能导致额外的火花放电事件，使得组件130中的所有间隙140都火花放电。在这种情况下，火花间隙组件130的总阻抗将会大大降低。
图3示出了浪涌放电器100中包括的火花间隙组件130的示例性示意图。如上面所描述的，火花间隙组件130包括串联电连接的第一火花间隙区段135A和第二火花间隙区段135B。第一火花间隙区段135A包括与第一分级电路145A并联电连接的第一火花间隙140A。在所示的实施例中，第一分级电路145A包括电阻器R1，由此第一火花间隙140A由电阻器R1分级。另外，第二火花间隙区段135B包括与第二分级电路145B并联电连接的第二火花间隙140B。在所示的实施例中，第二分级电路145B包括电容器C1，由此第二火花间隙140B由电容器C1分级。
电压V1表示第一火花间隙140A两端的电压降。当电压V1大于或等于第一火花间隙140A的火花放电电压VS1时，火花放电事件发生在第一火花间隙140A处。相似地，电压V2表示第二火花间隙140B两端的电压降。当电压V2大于或等于第二火花间隙140B的火花放电电压VS2时，火花放电事件将发生在第二火花间隙140B处。
当构造火花间隙组件130时，第一火花间隙140A和第二火花间隙140B之间的相应间距可以被选择为相等或不相等。另外，用于电阻器R1和电容器C1的相应值可以被选择，使得当电力系统120在正常工作频率f0下工作时，电阻器R1和电容器C1具有几乎相等的阻抗ZR1和ZC1。正常工作频率f0的值典型地为50-60Hz；然而，取决于间隙组件的应用，不同的值可以针对f0选择。
下面提供的等式1和等式2定义了当电力系统100在正常工作频率f0下工作时，火花间隙组件130内的各种电压之间存在的关系。如等式1所定义的，当电压在正常工作频率f0下被施加到浪涌放电器100时，第一火花间隙140A两端的第一电压V1与第一火花间隙140A的火花放电电压VS1的比率近似等于第二火花间隙140B两端的电压V2与第二火花间隙140B的火花放电电压VS2的比率。此外，如等式2所定义的，当电压在正常工作频率f0下被施加到浪涌放电器100时，火花间隙组件130两端的电压VA近似等于第一火花间隙140A两端的电压V1与第二火花间隙140B两端的电压V2的比率。
等式1：其中f＝f0
等式2：其中f＝f0
通过结合上面的等式1和等式2，当电压在正常工作频率f0下被施加到浪涌放电器100时，火花间隙组件130的第一火花放电电压VAS1可以通过使用等式3来确定。
等式3：
在浪涌事件期间，第一火花间隙140A或第二火花间隙140B中的任一个都可以首先火花放电。取决于第一火花间隙140A和第二火花间隙140B中哪一个首先火花放电，火花间隙组件130的第二火花放电电压VAS2将等于VS1或VS2。例如，如果第一火花间隙140A在第二火花间隙140B火花放电之前进行火花放电，则火花间隙组件130的第二火花放电电压VAS2将等于VS2。相反，如果第二火花间隙140B在第一火花间隙140A火花放电之前进行火花放电，则火花间隙组件130的第二火花放电电压VAS2将等于VS1。
参照图3所示的火花间隙组件130，当浪涌事件在正常工作频率f0下发生时，由浪涌事件引起的火花间隙组件130两端的电压变化率的显著增加增加了电阻分级的火花间隙140A两端的电位。也就是说，由于电容器C1的阻抗ZC1的频率依赖性，第一火花间隙140A两端的电压V1增加。因此，火花间隙组件130的第一火花放电电压VAS1降低，使得VAS1近似等于第一火花间隙140A的火花放电电压VS1。此外，火花间隙组件130的第二火花放电电压VAS2将等于VS2。如果图3的火花间隙组件130被构造成使得第一火花间隙140A和第二火花间隙140B在间距上相等，则当电力系统120在正常工作频率f0下工作时，VAS1和VAS2可以减少到VAS1值的大约71％。
图3所示和上面所描述的示例性火花间隙组件130可以有助于保护免受在正常工作频率f0下发生的持续过电压状况。另外，图3所示和上面所描述的示例性火花间隙组件130可以有助于保护电力系统100免受导致电力系统100中的DC电压(例如，f＝0)的故障状况。在这样的故障中，第二火花间隙140B首先火花放电，其中VAS1≈VS2且VAS2≈VS1。
应该理解的是，图3所示的火花间隙组件的实施例仅仅是示例，并且不将火花间隙组件130限制到图3所示的构造。更确切地说，火花间隙组件130可以包括火花间隙140，该火花间隙140由任何数量和/或组合的无源部件诸如电阻器、电容器和电感器分级。换言之，与给定的火花间隙140并联电连接的分级电路145可以包括所需的任何数量和/或组合的无源分级部件。图4A-4D示出了火花间隙组件130的若干额外的示例性配置。这些配置仅仅旨在作为示例性火花间隙组件配置。图4A-4D未示出的许多其他配置也可以被实施。
在图4A-4D所示的火花间隙组件130的实施例中，每个分级电路145的电阻抗可以被选择，使得该火花间隙组件130的第一火花放电电压VAS1与频率相关。另外，每个分级电路145的电阻抗可以被选择，使得VAS1在脉冲(f>1kHz)或DC电压(f＝0Hz)的条件下降低了至少25％。图4A-4D所示的相对更复杂的分级电路的使用在浪涌事件期间限制单个分级元件(例如，分级电路145中包括的电阻器、电容器和电感器)的功耗方面提供了优势。作为一个示例，图4A中的电容器C3两端的电压可以比图3的电容器C1两端的电压V1小得多。因此，可以为图4A-4D所示的分级电路145选择更小和/或更便宜的电容器。
图2示出了包括火花间隙组件230的浪涌放电器200的实施例，火花间隙组件230由三个串联电连接的火花间隙区段135A-135C组成。与上面所描述以及图1、图3和图4A-4D所示的实施例相似，浪涌放电器200包括外壳105、从外壳105的上部延伸的第一螺柱110和从外壳105的下部延伸的下螺柱115。第一螺柱110将浪涌放电器200电连接到电力系统120。第二螺柱115将浪涌放电器200电连接到地面125。外壳105可以例如由任何合适的材料构成，诸如但不限于陶瓷、玻璃和/或尼龙。
浪涌放电器200还包括火花间隙组件230，该火花间隙组件230包括三个彼此串联电连接的火花间隙区段135A-135C。虽然被示出为仅包括三个火花间隙区段，但应该理解的是，火花间隙组件230可以包括任何所需数量N个的火花间隙区段135A-135N。每个火花间隙区段135包括与分级电路145并联电连接的火花间隙140。例如，第一火花间隙区段135A包括与第一分级电路145A并联电连接的第一火花间隙140A。相似地，第二火花间隙区段135B包括与第二分级电路145A并联电连接的第二火花间隙140B。同样地，第三火花间隙区段135C包括与第三分级电路145C并联电连接的第三火花间隙140C。分级电路145A-145C可以包括所需的任何数量和/或组合的无源分级元件(例如，电阻器、电容器、电感器等)。
图5A-5C示出了火花间隙组件230的示例性配置。图5A-5C所示的配置仅仅旨在作为火花间隙组件230的示例性配置。应该理解的是，图5A-5C的图示配置不以任何方式限制火花间隙组件230。此外，任何所需数量和/或组合的无源分级元件可以被包括在火花间隙组件230的分级电路145中。
关于图5A所示的火花间隙组件230的示例性配置，火花间隙140A-140C具有相应的火花放电电压VS11、VS12和VS13。也就是说，当第一火花间隙140A两端的电压V11大于或等于火花放电电压VS11时，第一火花间隙240A将会火花放电。相似地，当第二火花间隙140B两端的电压V12大于或等于火花放电电压VS12时，第二火花间隙140B将会火花放电。同样地，当第三火花间隙140C两端的电压V13大于或等于火花放电电压VS13时，第三火花间隙140C将会火花放电。在图5A所示的火花间隙组件230的示例性实施例中，下面提供的等式4和等式5定义了当电压在正常工作频率f0下被施加到组件230时，在火花间隙组件230内的各种电压之间存在的关系。
等式4：其中f＝f0
等式5：其中f＞＞f0
关于图5A所示的火花间隙组件230，当浪涌事件在火花间隙组件230两端诱发第一火花放电电压VAS1时，火花间隙145A-145C中的第一个将会火花放电。当浪涌事件在火花间隙组件230两端诱发第二火花放电电压VAS2时，三个火花间隙145A-145C中的两个将会火花放电。当浪涌事件在火花间隙组件230两端诱发第三火花放电电压VAS3时，火花间隙组件230中包括的所有三个火花间隙145A-145C都将会火花放电。
等式6：其中f＝f0
等式7：VAS1>VAS2>VAS3…>VASN，其中f＞＞f0
第三火花间隙区段135C的使用提供了随着电力系统120的工作频率增加的火花放电电压的更大降低，使得在火花间隙组件230两端的电压变化率足够高的情况下，VAS1、VAS2和VAS3全都可以降低至VAS1(f＝f0)值的40-50％之间。当火花间隙组件230受到电涌时，诸如雷电冲击，所有三个间隙140A-140C将依次火花放电，使得火花间隙组件电压VA可以保持在VAS1(f＝f0)值的40-50％以下。
如上面所描述的，火花间隙组件在其构造方面不局限于仅包括两个或三个火花间隙区段。在一些实施例中，与上面描述的火花间隙组件130和230相似的火花间隙组件可以包括多个N个火花间隙区段。在这样的实施例中，包括在火花间隙组件中的N个火花间隙区段中的每一个都包括相应火花间隙以及与相应火花间隙并联电连接的分级电路。下面提供的等式8和等式9定义了在包括多个N个火花间隙区段的火花间隙组件内的各种电压之间存在的关系。
如等式8所定义的，包括在火花间隙组件的分级电路中的无源分级元件被选择，使得当火花间隙组件在正常工作频率f0下工作时，对于包括在火花间隙组件中的所有N个火花间隙，特定火花间隙两端的电压VN与该特定火花间隙的相应火花放电电压VSN之间的比率近似相等。例如，当火花间隙组件在正常工作频率f0下工作时，第一火花间隙两端的电压V1与第一火花间隙的火花放电电压VS1的比率近似等于第N火花间隙两端的电压VN与第N火花间隙的火花放电电压VSN的比率。
等式8：其中f＝f0
等式9：其中f＞＞f0
等式10：其中f＝f0
等式11：VAS1>VAS2>VAS3…>VASN，其中f＞＞f0
另外，包括在火花间隙组件的分级电路中的无源分级元件被选择，使得火花间隙组件的每个顺序的火花放电电压VASN(例如，VAS1、VAS2、VAS3、……、VASN)在高频浪涌事件期间被降低。也就是说，当火花间隙组件受到高频(例如，>1kHz)浪涌事件时，火花组件的第一火花放电电压VAS1大于第二火花放电电压VAS2，该第二火花放电电压VAS2大于第三火花放电电压VAS3，该第三火花放电电压VAS3大于第N火花放电电压VASN。在一些实施例中，无源分级元件被选择，使得高频(例如，f>1kHz)浪涌事件期间的火花放电电压被抑制到正常工作频率(例如，f＝50-60Hz)下的浪涌事件期间的火花放电电压的40％以下。
在一些实施例中，诸如上面描述的示例性实施例，火花间隙组件可以是浪涌放电器中包括的唯一有源部件。在这样的实施例中，浪涌放电器能够保护免受电涌事件诸如雷电或开关浪涌，而不需要任何金属氧化物变阻器(MOV)盘或其他非线性电阻部件。在这样的实施例中，包括在火花间隙组件的分级电路中的无源分级元件由它们相应的火花间隙保护免受过压负荷。因此，这种实施例的浪涌放电器不太可能因为脉冲负荷而故障。此外，这种实施例的浪涌放电器不太可能经历热失控故障，因为包括在火花间隙组件的分级电路中的无源分级元件(例如，电阻器、电容器、电感器等)的相应阻抗几乎与温度无关。
在一些实施例中，本文中描述的和/或在图1-5中示出的火花间隙组件(例如，火花间隙组件130、火花间隙组件230和包括N个火花间隙区段的火花间隙组件)可以作为包括在浪涌放电器中的单个部件来实施。火花间隙组件可以与浪涌放电器中包括的一个或多个线性和/或非线性电阻元件诸如MOV盘串联电连接。在这样的实施例中，MOV盘在电涌期间为浪涌放电器提供了额外的阻抗，致使包括在火花间隙组件中的每个火花间隙都火花放电。另外，MOV盘协助重新密封火花间隙组件(例如，清除短路故障)比没有与将会被重新密封的MOV盘串联电连接的火花间隙组件更快。另外，MOV盘可以协助在最大连续工作电压(MCOV)下限制通过浪涌放电器的电流。
图6示出了浪涌放电器300的示例性实施例。浪涌放电器300在构造方面与本文中描述的浪涌放电器100相似；然而，浪涌放电器300另外还包括MOV盘的堆叠件或MOV堆叠件305，其与火花间隙组件130串联电连接。相似地，图7示出了浪涌放电器400的示例性实施例。浪涌放电器400在构造方面与本文中描述的浪涌放电器200相似；然而，浪涌放电器400另外还包括与火花间隙组件230串联电连接的MOV堆叠件305。在一些实施例中，浪涌放电器包括与火花间隙组件串联电连接的MOV堆叠件，该火花间隙组件包括本文中描述的多个N个火花间隙区段。
图8示出了浪涌放电器400的示例性示意图，该浪涌放电器400包括与火花间隙组件230串联电连接的MOV堆叠件305。图8所示的火花间隙组件230的配置与图5A所示的火花间隙组件230的配置相同。如图8所示，火花间隙组件230包括第一火花间隙区段135A、第二火花间隙区段135B和第三火花间隙区段135C。第一火花间隙区段135A包括第一火花间隙140A，该第一火花间隙140A与电容器C8并联电连接，或由电容器C8分级。第二火花间隙区段135B包括由电容器C7和电阻器R8的串联组合分级的第二火花间隙140B。第三火花间隙区段135C包括由电阻R8分级的第三火花间隙140C。
当设计要与MOV堆叠件串联电连接的火花间隙组件时，用于包括在分级电路中的无源电路元件(例如，电阻器、电容器、电感器等)的值被选择，使得火花间隙组件的总阻抗在电涌经过后增加。火花间隙组件总阻抗的增加使重新密封火花间隙组件的各个火花间隙所需的时间最小化，并且使发生危险电弧期间的时间长度最小化。因此，包括与MOV堆叠件串联电连接的火花间隙组件的浪涌放电器当在高火灾危险区域中使用时提供了显著的性能优势。
图9示出了图8所示的浪涌放电器400的示例性电压-电流(voltage-current，V-I)特性的曲线图。特别地，图9示出了浪涌放电器400在各种工作频率下的V-I特性与标准的基于MOV的浪涌放电器(不包括火花间隙组件)的V-I特性之间的比较。在本示例中，浪涌放电器400被配置成使得R8＝150千欧，R9＝75千欧，C7＝17.7纳法，以及C8＝17.7纳法。另外，在本示例中，浪涌放电器400被配置成使得第一火花间隙140A、第二火花间隙140B和第三火花间隙140C各自具有相当于浪涌放电器400的最大连续工作电压的每单位0.47的火花放电电压。
在图9中，浪涌放电器400的电压被表示为浪涌放电器的最大连续工作电压(P.U.MCOV)的每单位值。如图9中的第一曲线900所示，常规的基于MOV的浪涌放电器(不包括火花间隙组件)在10kA下具有2.4P.U.MCOV的保护电压电平，而不管常规的基于MOV的浪涌放电器的工作频率如何。
相反，浪涌放电器400的保护电压电平与频率相关。如图9中的第二曲线905所示，当在60Hz频率(f＝f0)下工作时，浪涌放电器400可以承受2.75P.U.MCOV而没有间隙火花放电。此外，当在60Hz下工作时，与常规的基于MOV的浪涌放电器相比，浪涌放电器400可以承受大得多的过电压电平。
图9中的第三曲线910表示浪涌放电器400在受到雷电脉冲时的特性，该雷电脉冲被建模为31kHz的脉冲信号。在雷电脉冲下，浪涌放电器400在火花间隙组件230完全火花放电之前不超过2P.U.MCOV。因此，火花间隙组件230不会干扰由常规的基于MOV的放电器针对10kA的典型雷电脉冲电流提供的2.4P.U.MCOV保护电平。
第四曲线915表示浪涌放电器400在受到高压电力线上遇到的开关浪涌时的特性，该开关浪涌被建模为165Hz的信号。在开关浪涌状况下，火花间隙组件230两端的最大电压在第二火花放电点遇到，达到2.05P.U.的电平。
在一些实例中，可以期望将由本文中描述的火花间隙组件给予的保护提供给不包括其自身的火花间隙组件的已存在的和/或新的浪涌放电器。因此，在一些实施例中，本文中描述和/或图1-8中示出的火花间隙组件(例如，火花间隙组件130、火花间隙组件230和包括N个火花间隙区段的火花间隙组件)可以被包括在附件装置中，该附件装置被配置为与不包括其自身的火花间隙组件的浪涌放电器串联电连接。
图10和图11示出了火花间隙组件附件装置1000的示例性实施例。该附件装置1000包括外壳1005、从外壳1005的上部延伸的第一螺柱1010、和从外壳1005的下部延伸的下螺柱1015。第一螺柱1010将附件装置1000电连接到浪涌放电器1100，该浪涌放电器1100不包括其自身的火花间隙组件。例如，浪涌放电器1100可以是常规的基于MOV的放电器，其包括一个或多个电阻部件(诸如MOV堆叠件1105)，但是不包括火花间隙组件。第二螺柱1015将附件装置1000电连接到地面125。附件装置1000的外壳1005可以例如由任何合适的材料制成，诸如但不限于陶瓷、玻璃和/或尼龙
图10示出了附件装置1000的实施例，该附件装置1000包括本文中描述的火花间隙组件130。相似地，图11示出了包括本文中描述的火花间隙组件230的附件装置的示例性实施例。在一些实施例中，附件装置1000可以包括火花间隙组件，该火花间隙组件包括本文中描述的多个N个火花间隙区段。
因此，除了其他方面以外，本公开还提供了一种包括在浪涌放电器中的火花间隙组件。本申请的各种特征和优点在以下权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种火花间隙组件，包括
第一火花间隙区段，包括：
第一火花间隙；和
第一分级电路，其与所述第一火花间隙并联电连接；和
第二火花间隙区段，其与所述第一火花间隙区段串联电连接，所述第二火花间隙区段包括：
第二火花间隙；和
第二分级电路，其与所述第二火花间隙并联电连接。
2.根据权利要求1所述的火花间隙组件，其中，所述火花间隙组件与金属氧化物变阻器(MOV)串联电连接。
3.根据权利要求1所述的火花间隙组件，其中，所述第一分级电路包括选自由电阻器、电容器和电感器组成的组中的至少一个；并且
所述第二分级电路包括选自由电阻器、电容器和电感器组成的组中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的火花间隙组件，其中，所述火花间隙组件被包括在与浪涌放电器串联电连接的附件装置中。
5.根据权利要求1所述的火花间隙组件，其中，所述火花间隙组件被包括在浪涌放电器中。
6.根据权利要求1所述的火花间隙组件，其中，当所述火花间隙组件在第一工作频率下工作时，所述第一火花间隙两端的电压与所述第一火花间隙的火花放电电压的第一比率近似等于所述第二火花间隙两端的电压与所述第二火花间隙的火花放电电压的第二比率。
7.根据权利要求6所述的火花间隙组件，其中，所述第一工作频率为60Hz。
8.根据权利要求1所述的火花间隙组件，其中，当所述火花间隙组件在第二频率下工作时，所述第一火花间隙两端的电压与所述第一火花间隙的火花放电电压的第一比率大于所述第二火花间隙两端的电压与所述第二火花间隙的火花放电电压的第二比率。
9.根据权利要求1所述的火花间隙组件，还包括：
第三火花间隙区段，其与所述第一火花间隙区段和所述第二火花间隙区段串联电连接，第三火花间隙组件包括：
第三火花间隙；和
第三分级电路，其与所述第三火花间隙并联电连接。
10.一种放电器，包括：
火花间隙组件，包括：
第一火花间隙区段，包括：
第一火花间隙；和
第一分级电路，其与所述第一火花间隙并联电连接；以及
第二火花间隙区段，其与所述第一火花间隙区段串联电连接，所述第二火花间隙区段包括：
第二火花间隙；和
第二分级电路，其与所述第二火花间隙并联电连接。
11.根据权利要求10所述的放电器，还包括：与所述火花间隙组件串联电连接的金属氧化物变阻器(MOV)。
12.根据权利要求10所述的放电器，其中，所述第一分级电路包括选自由电阻器、电容器和电感器组成的组中的至少一个；并且
所述第二分级电路包括选自由电阻器、电容器和电感器组成的组中的至少一个。
13.根据权利要求10所述的放电器，其中，当所述火花间隙组件在第一工作频率下工作时，所述第一火花间隙两端的电压与所述第一火花间隙的火花放电电压的第一比率近似等于所述第二火花间隙两端的电压与所述第二火花间隙的火花放电电压的第二比率。
14.根据权利要求13所述的放电器，其中，所述第一工作频率为60Hz。
15.根据权利要求10所述的火花间隙组件，其中，当所述火花间隙组件在第二频率下工作时，所述第一火花间隙两端的电压与所述第一火花间隙的火花放电电压的第一比率大于所述第二火花间隙两端的电压与所述第二火花间隙的火花放电电压的第二比率。
16.根据权利要求10所述的放电器，其中，所述火花间隙组件还包括：
第三火花间隙区段，其与所述第一火花间隙区段和所述第二火花间隙区段串联电连接，第三火花间隙组件包括：
第三火花间隙；和
第三分级电路，其与所述第三火花间隙并联电连接。
17.一种与放电器串联电连接的附件装置，所述附件装置包括：
火花间隙组件，包括：
第一火花间隙区段，包括：
第一火花间隙；和
第一分级电路，其与所述第一火花间隙并联电连接；和
第二火花间隙区段，其与所述第一火花间隙区段串联电连接，所述第二火花间隙区段包括：
第二火花间隙；和
第二分级电路，其与所述第二火花间隙并联电连接。
18.根据权利要求17所述的附件装置，其中，所述放电器包括金属氧化物变阻器(MOV)盘。
19.根据权利要求17所述的附件装置，其中，所述火花间隙组件还包括：
第三火花间隙区段，其与所述第一火花间隙区段和所述第二火花间隙区段串联电连接，第三火花间隙组件包括：
第三火花间隙；和
第三分级电路，其与所述第三火花间隙并联电连接。
20.根据权利要求17所述的附件装置，其中，所述放电器不包括火花间隙。
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