CN1659670A

CN1659670A - 电压浪涌保护装置

Info

Publication number: CN1659670A
Application number: CN038125900A
Authority: CN
Inventors: 埃里克·多米杰恩; 马克·里瓦尔
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: FR2840448B1; US20050174716A1; JP2005528752A; FR2840448A1; AU2003246796A1; CN1280861C; US6987657B2; WO2003102991A1; JP4170289B2; DE60335184D1; EP1508150B1; EP1508150A1

Abstract

本发明涉及一种电压浪涌保护装置，包括面向一个灭弧室(54)的固定电极(12)和可动电极(22)。可动电极(22)通过一个机构(32)由机电致动件和/或电磁电路(31)来操作。位于歇止位置时，可动电极(22)远离固定电极(12)。当电极之间发生电压浪涌时，电弧就会激发出来，并且延伸到室(54)中被熄灭。如果电弧持续不断，特别是对于高能电流，可动电极(22)将从固定电极后退，并被驱动到一个分离位置，结果是有利于将电弧延伸到所述室中，使其更容易熄灭并且保证电路的隔离。在需要时，一对触头(16，20)可以与电极(12，22)串联地连接，其中，一个触头被固定，而另一个触头被装配在可动电极上。电极还可连接一个火花隙(60)。

Description

电压浪涌保护装置

技术领域

本发明涉及一种当电线电压超过给定阈值时能够将电流波转向地线的设备。

技术背景

在文件EP0,071,956中描述了一种用于防止电压浪涌的电器设备，所述设备包括在两个接线端之间串联在一个公用壳体内中的火花隙、电路断路器可能还有压敏电阻，所述的接线端其中一个与电源线相连，另一个接地。电路断路器的电磁跳闸装置具有大于5毫秒的时间延迟功能。操作中，电路断路器是闭合的，而火花隙是断开的。如果发生电压浪涌，火花隙就会被接通，并使得对应的电流波转向地线。如果火花隙的接通状态持续超过5毫秒，电路断路器就会跳闸并断开电路。这种类型的设备是相当昂贵的，这是由于它要求将一些功能组合到一起，并不是这些功能之间真正的协同。而且，火花隙、电路断路器和连接它们的导体所积聚的阻抗很高，这就导致了很高的保护电压。

发明内容

因此本发明的目标在于矫正这些技术状况中的缺点，提出一种简单且紧凑的装置，所述装置能提供与现有技术状态中火花隙避雷器与电路断路器之间的联合的相同的功能。

为了达到这个目的，本发明的目标在于提供一种用于防止电压浪涌的装置，所述装置包括：

第一电极，

第二电极，

第一灭弧室，所述灭弧室配置有能量消散器，用于消散由第一电极和第二电极之间引起的电弧所产生的能量，

其特征在于，所述防止电压浪涌的装置还包括：

可动支撑件，所述可动支撑件牢固地固定到第二电极，且可相对于第一电极在歇止位置和回退位置间运动，当可动支撑件位于歇止位置时，第二电极处于离第一电极非零的第一距离，当可动支撑件从歇止位置移动到回退位置时，第二电极从第一电极移开，

用于将可动支撑件从歇止位置驱动到回退位置的驱动器。

所述装置的电极结合了避雷器的电极与电路断路器的触头的作用，使得装置接线端的阻抗能保持在低于避雷器与电路断路器串联连接时的阻抗。所述的驱动器组合了几种功能：在某些情况下，它们可熄灭由持续电流所产生的电弧。它们也可适用于当装置寿命结束时切断装置这一目的。所得的装置非常紧凑。

有利的是，所述装置还包括止动件，以防止可动支撑件驱动第二电极离第一电极的距离小于第一距离和/或用于将可动支撑件返回到歇止位置的复位弹簧。这些设置使得在歇止位置时第一电极和第二电极之间的距离能被精确控制。

有利的是，所述驱动器包含一个机构，所述机构包括：

储能装置，所述储能装置具有可在加载位置与释放位置间活动的弹簧，

联动装置，将储能装置连接到可动支撑件，从而当储能装置从加载位置运动到释放位置时，可将可动支撑件从歇止位置驱动到回退位置，

将储能装置锁在加载位置的擒纵器。

有利的是，所述机构是一个电路断路器机构，从而能利用一个可完全把握其可靠性的机构非常简单地获得所需要的功能。优选的是，所述机构还包括一个跳闸器，当电流流经第一电极和第二电极时和/或当检测器测得第一电极和第二电极间的电位差达到条件时，释放擒纵器。

有利的是，所述驱动器包括一个用于在第二电极和/或可动支撑件上感应电磁力的电磁电路，从而当电流流经第二电极时，趋向于将可动支撑件驱动到回退位置。通过这个装置，驱动器被赋予了很高的速度，这一速度能确保对持续电流的限制，从而加速其消失。

所述驱动器还可包括一个装配有撞击器的机电继电器，当检测到断开条件时，所述撞击器会撞击可动支撑件，从而将可动支撑件驱动到回退位置。所述继电器可以是任何适合的公知类型。特别的是，它可以是电磁继电器、压电致动器或汤姆森效应致动器。

优选的是，所述装置还包括用于在第一电极和第二电极之间引弧的引弧器。从而即使电极所处的环境具有波动的绝缘特性，也能精确控制电弧的点火。因此无需将电极设置在充有一种绝缘特性可被精确控制的气体的密封壳内。根据一个实施例，所述引弧器包括：

用于检测第一电极和第二电极间电位差的检测电路，以及

用于当第一电极与第二电极间的电位差达到预设条件时，在固定电极与可动电极之间引弧的引弧电路。

为了获得一个特别简单而且紧凑的引弧电路，该引弧电路包括：

位于第一电极和第二电极之间、用于点燃电弧的引弧电极，

用于在引弧电极和第一电极与第二电极其中一个之间产生引弧电压的电路。

有利的是，所述驱动器包括用于将可动支撑件从回退位置驱动到歇止位置的重新初始化器。这样，获得了一个能进行重启的设备。可以手动实现返回歇止位置，由操作员使用手柄，或者自动地通过电动机来提供能量。根据一个实施例，所述的重新初始化器包括用于将可动支撑件返回到歇止位置的复位弹簧。所述复位弹簧可不同于储能系统的弹簧。在Tumbler型机构中，重新初始化器中的复位弹簧也可与储能系统的弹簧相同。

有利的是，所述装置还包括用于指示可动支撑件位于回退位置的显示器件。如果设备设置有连接到机构的手柄，这个手柄可用作显示器件。

有利的是，所述装置还包括一对用于将装置连接到电线以及地线的连接条，这对连接条由与第一电极永久电连接的第一连接条以及至少当可动支撑件位于歇止位置时与第二电极电连接的第二连接条所组成。

根据一个实施例，第二电极与第二连接条永久电连接。

为了增进对点火阶段的控制，设置了以下内容：

第三固定电极，设置在第一电极与第二电极之间，并与第一电极保持固定距离，

第四固定电极，设置在第三电极和第二电极之间，所述第四固定电极永久电连接于第三电极，位于歇止位置的第二电极与第四电极相接触，位于回退位置的第二电极与第四电极分离，灭弧室设置有能量消散器，用于消散由第三电极与第一电极之间引起的电弧所产生的能量。

这个实施例证明其能特别好地适用于低电力装置。

作为选择，特别对于高电力装置，可以提供以下内容：

第三电极；

第四电极，牢固地固定到可动支撑件且永久电连接于第二电极，当可动支撑件位于歇止位置时，第四电极位于与第三电极接触的位置，当可动支撑件位于回退位置时，第四电极位于离第三电极有一段距离的分离位置，

第二灭弧室，所述第二灭弧室设置有用于消散由第三电极和第四电极之间引起的电弧所产生的能量的能量消散器。

更准确的是，所述装置可包括：

一对用于将所述装置连接到电线与接地的连接条，这对连接条由与固定的第一电极永久电连接的第一连接条以及至少当可动支撑件位于歇止位置时与第二电极电连接的第二连接条组成，

固定的第三电极，永久电连接于第二连接条，

第四电极，牢固地固定到可动支撑件上，可动且永久电连接于第二电极，当可动支撑件位于歇止位置时，所述第四电极处于与第三电极接触的位置，当可动支撑件位于回退位置时，所述第四电极位于离第三电极有一段距离的分离位置，

附图说明

其它的优点以及特征将在以下对本发明的具体实施例的描述中变得更加清晰直观，所给出的具体实施例仅仅作为非限制性例子，且如附图所示。其中：

附图1表示根据第一实施例的装置，位于初始位置；

附图2表示附图1中的装置位于相斥位置；

附图3表示附图1中的装置位于跳闸位置；

附图4表示附图1中装置的接线图，所述装置被插入到电压浪涌保护电路中；

附图5表示根据第二实施例的装置，位于初始位置；

附图6表示附图5中的装置位于回退位置。

具体实施方式

参考附图1到附图3，根据本发明第一实施例的装置，包括位于绝缘合成材料10制成的壳体中的：连接到连接条14的固定电极12；连接到另一个连接条18的固定触头16；以及金属桥接器20，所述桥接器20在其一端包括面向固定电极12的可动电极22，在其相反端包括面向固定触头16的可动触头24。所述桥接器20借助复位弹簧28被安装在轴26上，所述复位弹簧趋向于在将可动触头24推向固定触头16的方向上偏置所述桥接器20。所述桥接器20可以相对轴26从附图1所示的歇止位置运动到附图2所示的回退位置。止动件30被牢固地固定到所述壳体，而且桥接器20会冲撞到该止动件，因此所述止动件30可以防止电极相互运动到比歇止位置更靠近的位置。连接条14和18呈C字型，当电流流经连接条时，可以将所感应出的磁力线集中起来。而且，所述连接条18围绕着一个U形磁路31，所述磁路31可以集中磁力线，在触头16、24所在区域还要集中得更多。轴26是通过一个机构32来驱动的，并且围绕一个假想的几何轴线34，在附图1所示的闭合位置与附图3所示的断开位置之间转动，所述几何轴线34垂直于附图所在平面。所述机构是一种已知类型的双断电路断路器机构，这种已知类型的机构在例如文献FR2,684,249中被详细地描述。这种机构包括一个围绕固定轴36转动的手柄34、一个围绕固定轴40转动的卡爪38、一个通过关节结合在卡爪38上的第一杆42、一个通过关节结合在第一杆42和轴26上的第二杆44、一个安装在手柄34和杆系统42、44的关节部之间的拉伸弹簧48，以及一个将卡爪38钩在附图1所示位置的擒纵器50。所述擒纵器是通过机电继电器来操作的。

将灭弧室54设置为面向电极12、22，使另一个室56面向触头。每个室54、56都设置有冷却翅片58，所述冷却翅片用于冷却电弧。

如在附图4中示意性地表示的那样，所述装置经由其中一个连接条连接到电线70，经由另一个连接条连接到地线72，而无须指定一个特定的连接方向。一个引弧电极60被设置在两个电极12、22之间。所述引弧电极60由电引弧电路74来控制，所述电引弧电路被连接在桥接器和固定电极之间。所述电引弧电路74检测可动电极22与固定电极12之间的电位差。跳闸器76通过测量环来检测流向地线的电流强度，并且命令机电继电器52。此外，还有一个与跳闸器相关联的系统，用于检测、记录以及传输所述装置端子处的电压浪涌的信息特征和所述装置中流动的电流的信息特征，并且特别是电闪的数量、所记录的电闪的最大值以及电闪的持续时间。

所述装置采用以下方式进行操作：

所述装置正常时位于附图1所示的歇止位置。由于电极12、22之间存在间隙，所以连接条14、18之间的电路是断开的。当线路中发生电压浪涌，例如由于闪电引起的电压浪涌，引弧电路74就会检测到一个电位差。如果所述电位差超过给定阈值，引弧电路74就会使引弧电极60升高到足够的电位从而在电极12、22间闪出一个电弧。无需桥接器20发生任何动作，这个电弧就可闭合连接条14、18之间的电路，并且使电流波流向地线。由于连接条14为C形结构，所以电弧会延伸到灭弧室54内，所述灭弧室54会吸收电弧所散发的部分能量，从而让弧压上升并且使电弧消散。

然而，如果电弧电流的强度很高，那么通过磁路31被加强的连接条14和连接条18将在接触式桥接器20上制造足够大的互斥电磁力，从而克服复位弹簧28的偏置力，引起接触式桥接器20绕枢轴转动，而无需轴26有任何动作，直到到达附图2中的位置。这个动作导致可动触头24与固定触头16之间的分离。触头16、24之间产生次级电弧。通过连接条18的C形结构所产生的电磁力效应，可使这个次级电弧伸到灭弧室56中。由于电极12、22之间以及触头16、24之间距离的增加，当桥接器20接近回退位置时，串联的两个电弧延长得甚至更多。从而当初始电流波流过时，连接条14、18之间的电压不会对初始电流波产生限制作用。另一方面，由两个串联电弧所积聚的电弧电压足以大大限制或者甚至完全消除所述持续电流。电流波一流过，电弧就会消失，并且所述装置就会恢复。

然而，如果电极间的电弧的持续时间高于预设时间，那么，跳闸器76就会检测到这个故障，并且命令机构32断开，以此将轴和桥接器驱动到附图3的位置。在这个位置，一方面通过桥接器20和固定电极12之间在空气中积聚的距离，另一方面通过桥接器20和固定触头16在空气中积聚的距离，确保电线与地线的断开。通过手柄34和/或任何适合的指示灯或指示器来指示断开状态。由此所述机构的跳闸由异常条件引起，从而确保设置在电线与地线间的电路断开器装置的选择性。

所述机构还设置了一个用于执行长延迟跳闸的释热器。这样，如果电极间发生故障，导致伪电弧在电线和地线之间产生电流时，所述机构断开并执行电线与地线间的断开。

如有需要，可通过手柄来使所述机构闭合，从而返回附图1所示的歇止位置。所述机构因而可在维护操作后被重新闭合。

可设想各种各样选择性的实施例。特别的是，用于确保可动电极和固定电极之间距离的止动件30，可被设置在能使其能执行其功能的任何位置。很明显，所述驱动机构可以是用于驱动电路断路器触头的任何已知类型。很明显，所述机构包括截然不同的闭合弹簧和断开弹簧。如有需要，可通过平动而非转动来驱动可动电极。

电磁互斥是可选择的。事实上，所述电磁互斥可以由电流流动状态直接产生，而无需电极通过所述机构运动到电极断开状态。

根据一个选择性的没有在图中表示出来的实施例，同样可想象，有一个装置相对旋转几何轴线34对称，其中，这对触头16、24会被一对与电极12和20相同的电极所代替，二者之间可设置一个与电极60相同的引弧电极。

同样可将所述原理换到一个单断路结构中，所述单断路结构不是包括一对触头，而是只包括一个固定电极和一个可动电极，所述固定电极和可动电极被设置为面向一个单独的灭弧室。

参考附图5和6，罩在由绝缘材料110制成的壳体内的根据本发明第二实施例的装置包括：一个连接到连接条114的固定电极112；一个由臂120支撑的可动电极122，所述臂120绕固定轴转动且被连接到连接条118；以及一个固定传导垫123，所述传导垫123存在一个构成固定电极且面向电极112的表面123A(附图6)以及一个构成接触电极且其上安置了可动接触电极122的相反表面123B(附图6)。这些电极被设置为面向一个装配有冷却翅片158的灭弧室154。所述室154设置有电连接到固定电极112的下消弧角158A以及一个连接到连接条118的上消弧角158B。

由引弧电路174控制的引弧电极160被设置在固定电极114与垫123之间，所述引弧电路174用于检测连接条与垫之间的电位差。机电继电器152被设置为面向转动臂。所述继电器包括串联连接在连接条114和固定电极112之间的线圈152A、形成磁路的轭152B、延伸出一个撞击器152D的可动衔铁152C以及通过弹性使衔铁返回到歇止位置即附图5和6中左侧的复位弹簧152E。

操作中，连接条114、118的一个被连接到电线，另一个被接地。由于固定电极112与垫123的电极123A之间设置了一段距离，所以所述装置未处于接通状态。如果所述固定电极112与垫123间的电位差超过了预设的阈值，那么，引弧电路174就会升高引弧电极160的电压，从而在引弧电极和一个电极间点燃一个电弧。所述电弧立即在固定电极112和垫123间生成，并且电流在连接条之间找到一条路径，流经固定电极112、垫123、可动电极122以及歇止位置的臂120。所述电极112的环形在电弧上感应出电磁力，从而将电弧推向所述室。所述电弧因而能在消弧角158A和158B上切换，且穿入室从而在电流波结束时消散在室中。电弧的消散断开了电路，并且使电线与地线隔离。所述电弧总寿命仅几十微秒，足够短，使继电器由于惯性而不能操作。

然而在某些环境中，电弧能持续存在于电极112和垫123之间，这是由于持续电流或是由于时间关系电极变差。在这种情况下，提供了一个机电继电器，以保证有足够长的时间来驱动可动组件152C，其端部152D撞击臂120，并且使臂120伸到回退位置，如图6所示。随后所述电弧在固定电极和可动电极之间切换，并伸长直到进入使它消散的室中。可设置一个卡爪用来防止臂120后退。一个复位机构被设置用来使臂返回歇止位置。

当然，各种各样的变型都是有可能的。

在第二个实施例中，无不一定要将上消弧角电连接到连接条。而且，在第二实施例中，还可以设置一个保证接触压力的装置。

引弧是可选择的。可以用任何适合的装置来执行引弧。特别是可通过一对能使固定电极与可动电极间的气体电离的引弧电极来实现引弧。

Claims

1.一种电压浪涌保护装置，包括：

第一电极(12，112)，

第二电极(22，122)，

第一灭弧室(54，154)，所述灭弧室配置有能量消散器(58，158)，用于消散由第一电极(12，112)和第二电极(22，122)之间引起的电弧所产生的能量，

其特征在于，所述装置还包括：

可动支撑件(20，120)，所述可动支撑件牢固地固定到第二电极(22，122)，且可相对于第一电极(12，112)在歇止位置和回退位置间运动，当可动支撑件位于歇止位置时，第二电极(22，122)处于离第一电极非零的第一距离，当可动支撑件从歇止位置移动到回退位置时，第二电极从第一电极移开，

用于将可动支撑件从歇止位置驱动到回退位置的驱动器(32，152)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括止动件(30，123)，以防止可动支撑件驱动第二电极到达离第一电极的距离小于第一距离的位置。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于将可动支撑件返回到歇止位置的复位弹簧(28)。

4.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述驱动器包含一个机构，所述机构包括：

储能装置，所述储能装置具有可在加载位置与释放位置间活动的弹簧(48)，

将储能装置锁在加载位置的擒纵器(50)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述机构还包括跳闸器(52)，所述跳闸器用于当电流流经第一电极和第二电极时和/或当检测器(174)测得第一电极和第二电极间的电位差达到条件时，释放擒纵器。

6.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述驱动器包括用于在第二电极(22)和/或可动支撑件(20)上感应电磁力的电磁电路(14，18，31)，从而当电流流经第二电极时，趋向于将可动支撑件(20)驱动到回退位置。

7.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述驱动器包括装配有撞击器(152D)的机电继电器(152)，当检测到断开条件时，所述撞击器会撞击可动支撑件，从而将可动支撑件驱动到回退位置。

8.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于在第一电极和第二电极之间引弧的引弧器(60)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述引弧器包括：

用于检测第一电极和第二电极间电位差的检测电路(74，174)，以及

引弧电路，用于当第一电极与第二电极间的电位差达到预设条件时，在固定电极与可动电极之间引弧。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述引弧电路包括：

位于第一电极和第二电极之间用于点燃电弧的引弧电极(60，160)，

用于在引弧电极和第一电极与第二电极其中一个之间产生引弧电压的电路(74，174)。

11.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述驱动器包括用于将可动支撑件从回退位置驱动到歇止位置的重新初始化器(34)。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的重新初始化器包括用于将可动支撑件返回到歇止位置的复位弹簧(28)。

13.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于指示可动支撑件位于回退位置的显示器件。

14.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

一对用于将所述装置连接到电线以及地线的连接条，这对连接条包括与第一电极永久电连接的第一连接条(14)以及至少当可动支撑件位于歇止位置时与第二电极电连接的第二连接条(18)。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，第二电极与第二连接条永久电连接。

16.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第三固定电极(123A)，设置在第一电极与第二电极之间，并与第一电极保持固定距离，

第四固定电极(123B)，设置在第三电极和第二电极之间，所述第四固定电极永久电连接于第三电极，位于歇止位置的第二电极与第四电极相接触，位于回退位置的第二电极与第四电极分离，灭弧室设置有能量消散器(158)，用于消散由第三电极与第一电极之间引起的电弧所产生的能量。

17.根据权利要求1到13中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第三电极(16)；

第四电极(24)，牢固地固定到可动支撑件且永久电连接于第二电极(22)，当可动支撑件位于歇止位置时，所述第四电极位于与第三电极接触的位置，当可动支撑件位于回退位置时，所述第四电极位于离第三电极有一段距离的分离位置，

第二灭弧室(56)，所述第二灭弧室设置有用于消散由第三电极和第四电极之间引起的电弧所产生的能量的能量消散器(58)。

18.根据权利要求1到13中任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

一对用于将所述装置连接到电线与接地的连接条，这对连接条包括与固定的第一电极永久电连接的第一连接条(14)以及至少当可动支撑件位于歇止位置时与第二电极电连接的第二连接条(18)，

固定的第三电极(16)，永久电连接于第二连接条(18)，

第四电极(24)，牢固地固定到可动支撑件上，可动且永久电连接于第二电极，当可动支撑件位于歇止位置时，所述第四电极处于与第三电极接触的位置，当可动支撑件位于回退位置时，所述第四电极位于离第三电极有一段距离的分离位置，

第二灭弧室(56)，所述第二灭弧室设置有用于消散由第三电极和第四电极之间引起的电弧所产生的能量的能量消散器(56)。