CN1894834B - 用于通过夹紧提供电压浪涌保护的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保护电气设施免受过载的设备(1)，包括：保护单元(2)，其具有至少第一和第二电极(2A，2B)，这些电极(2A，2B)通过连接装置(3)电连接到所述设施上；保护单元(2)的功能耦合装置(5)，用于与连接装置(3)耦合；以及热断路器装置(4)，其与所述保护单元(2)功能连接，用于当该单元的温度达到预定临界值时中断单元(2)和所述设施之间的电连接。本发明的特征在于所述耦合装置(5)设计成对保护单元(2)施加紧固力，从而确保所述电极(2A，2B)与连接装置(3)之间的电连接。本发明还涉及用于过载保护的电气装置。

Description

用于通过夹紧提供电压浪涌保护的设备

技术领域

本发明涉及用于保护电气装置或设施(诸如电器、电路或配电网)在其电力供应中免受干扰(可能是瞬态干扰)的设备的通用技术领域。

更具体地，本发明涉及用于保护电气设施免受诸如浪涌(尤其是由于闪电引起的浪涌)的电压干扰的设备。

本发明涉及用于保护电气设施免受电压浪涌的设备，该设备包括：

·保护单元，其具有至少第一电极和第二电极，所述电极通过连接装置电连接到所述电气设施上；

·功能耦合装置，用于使保护单元和连接装置耦合；以及

·热断路器装置，其与所述单元功能连接，用于在该单元的温度达到预定临界值时中断该单元与设施之间的电连接。

背景技术

已知用于保护电气设施免受电压浪涌的设备，并且正在广泛使用。

这种设备有时被称为“避雷器”或“浪涌抑制器”，它们用于使得闪电感应电流流向地面，并且还可用于对感应电压浪涌进行峰值限制，从而使其保持在与保护设备下游连接的设施兼容的水平内。

已知避雷器可基于多种技术，这取决于它们采用的有源保护元件的性质。

具体地，已知使用火花隙的避雷器，即，其中有源保护元件使用具有两个在它们之间触发电弧的相对电极的设备，从而在电压浪涌一达到预定临界水平时就构成短路。

这种火花隙避雷器受到两种主要的致命故障。

在避雷器与其中要保护的一相及地相连时通常会遇到的第一种致命情形中，火花隙可能会遭受可致使其毁坏的强度巨大(几百或几千安培)的短路电流。为了防止这样的事件，在避雷器内集成或与避雷器结合断路构件(其为保险丝或断路器类型)，其在开始作用时中断短路电流，从而维护设备的完整性。

在尤其是避雷器连接在中线和地之间时会发现的第二种致命情形中，避雷器可能会遭受到致使其破坏的相对较低(即，强度例如位于几安培到200安培的范围内)的短路电流。例如当闪电致使火花隙中触发电弧时会产生这种情形，跟随或伴随这种情形的是供电网事故(失相、电网失衡)，这致使短路电流接在连续基底(continuous basis)上，由于该电流最终会导致火花隙发热，因而即使很低也是破坏性的。

为了弥补与该第二情形相关的安全困难，已知的是设置火花隙避雷器，更具体地是设置通过热断路系统保护中线的火花隙避雷器。

这种设有热断路系统的火花隙避雷器通常为由介电材料制成的封装件形式，火花隙在其内焊接到包括断路器以及连接装置的电路上，所述连接装置使避雷器能够连接到要保护的装置上。热断路器本身包括焊料，当火花隙中达到预定临界温度时，焊料会熔化从而使电路断开。

尽管这些已知设备通常是令人满意的，然而它们也具有某些缺点。

第一种缺点来自对使用不同焊接材料的需求，首先是为了在热断路装置中提供焊料，其次是为了提供其它的焊点。当达到临界安全温度时，应当只有热断路器中的焊料熔化，这意味着该焊料的熔点必须低于为了组装目的而在该设备中使用的任何其它焊料的熔点。

在制造期间需要使用两种不同的焊接材料导致不容忽视的焊料被互换的危险，焊料互换会在使用中产生安全问题。为了避免在制造期间发生这种问题，通常强制这些已知保护设备的制造商在制造过程中执行监督和核查工序，这致使避雷器的价格上升，但是并不能完全消除热断路器使用组装焊料而不是断路器用的特殊焊料的所有风险。

而且，这些已知避雷器的结构和制造使得当其火花隙达到其寿命极限时该避雷器难以或者甚至不可能修理。

这可致使仅仅是有源元件退化就要废弃设备。

发明内容

因此，本发明的目的是设法弥补现有技术的上述各种缺陷，并提出一种用于保护电气设施免受电压浪涌的新颖设备，该设备在设计和制造方面非常简单和低廉。

本发明的另一目的在于设法提出一种用于为电气设施提供电压浪涌保护的新颖设备，该设备可轻松快捷地修理。

本发明的另一目的在于设法提出一种用于为电气设施提供电压浪涌保护的新颖设备，该设备组装起来特别简捷。

本发明的另一目的在于设法提出一种用于为电气设施提供电压浪涌保护的新颖设备，该设备的设计非常紧凑。

本发明的另一目的在于设法提出一种用于为电气设施提供电压浪涌保护的新颖设备，该设备具有改进的安全使用水平。

本发明的这些目的借助用于保护电气设施免受电压浪涌的设备来实现，该设备包括：

·保护单元，其具有至少第一电极和第二电极，所述电极通过连接装置电连接到所述设施上；

·功能耦合装置，用于使保护单元与连接装置耦合；以及

·热断路器装置，其与所述单元功能连接，用于在该单元的温度达到预定临界值时中断该单元与设施之间的电连接；

该设备的特征在于，所述耦合装置设计成以这样的方式在保护单元上施加夹紧力，从而确保所述电极和连接装置之间的电连接。

附图说明

通过阅读参照附图以非限制性说明方式给出的以下描述，将更加详细地显示本发明的其它目的和优点，在这些附图中：

·图1是根据本发明的保护设备的示意性纵向剖视图；

·图2是表示在图1所示的设备上的组装操作的示意性剖视图；以及

·图3是表示安装在图1和图2所示设备上的热断路器的原理的示意性局部纵剖视图。

具体实施方式

图1表示用于保护电气设施抗电压浪涌尤其是瞬态浪涌的设备1。

本文所用的术语“电气设施”是指可能会遭受电压形式的不定电力供应(尤其是雷电引起的电压浪涌)的任何类型的设备、仪器、装置、网络、电路、或者远程通讯电路。

根据本发明的用于提供浪涌保护的设备1因此有利地构成为避雷器。

根据根发明，设备1包括避雷器单元或保护单元2。

按照传统方式，保护单元2包括至少第一电极2A和第二电极2B，所述电极通过连接装置3电连接到要保护的设施(未示出)上。

所述保护单元2包括至少一个非线性电气部件，例如，变阻器、齐纳二极管、或者火花隙(例如，在空气或气体中)。本发明并不局限于一种具体类型的部件。

下面，尤其对包括火花隙2C的保护单元2，更具体的是对火花隙2C进行描述，该火花隙2C具体设计用于保护中线，即，用于连接在中线和地之间。

这样的火花隙2C有利地为单个柱状封装件的形式，该封装件具有分别支撑第一电极2A和第二电极2B的两个平行平面20A、20B，以及在所述平面之间延伸的侧罩。

连接装置3由连接器元件构成，这些连接器元件使得由火花隙2C构成的避雷器单元2能够电连接到要保护的装置上。

根据本发明，保护设备1还包括热断路器装置4，其与单元2功能连接，以当单元2的温度达到预定临界值时中断单元2和要保护的设施之间的电连接，保护单元2发出的热超过预定临界值时就有破坏或烧掉周围元件的危险。

热断路器装置4因此相对于保护单元2设置，从而对由该单元发出的热敏感，这样在过热时就能够触发从而中断电流流动。

设备1还包括功能耦合装置5，其用于使保护单元2与连接装置3耦合。功能耦合装置5用于提供电极2A和2B中的每一个与连接装置3之间的电连接，该设备3用于插到电气装置(例如，在中线和地之间)内。

上述所有元件，即：保护单元2、连接装置、热断路器装置4、以及功能耦合装置5优选安装在由绝缘材料制成的封装件1A(图1所示)中，从而形成单元式整体局部组件。

优选地，功能耦合装置5不仅用于提供单元2和连接装置3之间的热连接，而且使所述单元2在封装件1A内保持适当的位置。

根据本发明的重要特征，耦合装置5用于对保护单元2施加夹紧力，从而确保所述电极2A和2B与连接装置3之间的电连接。

因此，与利用焊料使保护单元2和连接装置3耦合的现有技术的设备相比，根据本发明的设备1仅通过在保护单元2上施加合适的夹紧力就实现了该耦合，而不需使用焊料。

这样，设备1中可能存在的唯一焊料对应于热断路器装置。因而单一类型焊料的存在使得能够限制制造过程中混淆的风险，从而确保根据本发明设备的良好质量，并且以较少的成本就可做到。

因此，本发明的基本原理在于通过产生优选直接施加在单元2上的夹紧力而获得的“冷”组装来代替焊接连接。

因而，耦合装置5设计成在保护单元2本身上施加夹紧或卡紧应力，该卡紧用于使保护单元2与连接装置3进行电接触。有利地，该卡紧还使得保护单元2能够相对于连接装置3并相对于封装件1A保持在适当位置。

因此，有利地，耦合装置5通过其夹紧动作同时执行电极2A、2B与连接装置3之间的电连接功能、以及对于封装件1A中的保护单元2的位置保持功能(固定功能)。

耦合装置5优选还设计成允许保护单元2与连接装置3可释放地耦合。换言之，耦合装置5允许用户随意以简捷方式连接和断开保护单元2和连接装置3。

这样的技术处理使得当保护单元2自身失效时，设备1容易修理，因为本发明使得可基本上立即更换保护单元2，而不需要专用工具(例如，焊铁和去焊带)。

优选地，耦合装置5包括设置成支靠第一电极2A的第一保持件5A以及设置成支靠第二电极2B的第二保持件5B，第一保持件5A和第二保持件5B配合以在保护单元2上施加优选沿穿过电极2A、2B的轴线X-X′的压力。

在附图所示的实施例中，第一保持件5A和第二保持件5B配合以向承载火花隙2C的电极2A、2B的相应面20A、20B施加大小相等方向相反的力，从而使火花隙保持在适当位置并与连接装置3电接触。

保持件50A、50B因而沿轴线X-X′在单元2上施加夹紧力，所述夹紧力用于同时提供电连接和机械保持。

有利地，连接装置3首先包括与至少局部由第一导电材料制成的第一保持件5A电连接的第一连接器3A，其次包括与至少局部由第二导电材料制成的第二保持件5B电连接的第二连接器3B。

优选地，第二保持件5B和第二连接器3B制成单个部件50B，如图1至图3所示。

还可以设想第一保持件5A和第一连接器3A由单个部件构成。

有利地，热断路器装置4热连接(尤其是导电连接)到第二连接器3B和/或第二保持件5B上。换言之，第二连接器3B和/或第二保持件5B用于从单元2向热断路器装置4传导温度信息。

有利地，第一保持件5A在功能和结构上不同于第二保持件5B。

特别地，第一保持件5A更具体地用于在单元2上产生正夹紧动作，而第二保持件5B更具体地用于向热断路器4传递可能由单元2产生的热。

优选地，第一保持件5A因而包括夹型按压部50A，其为具有变形能力的弹性件形式，该变形能力用于在受压时产生施压反作用力。

优选地，按压部50A为U形截面的弹簧片形式，U形的一个臂6支靠第一连接器3A，而另一臂7支靠第一电极2A，臂6和7通过腹板51成为一体。

用于制造按压部50A的第一材料有利地选择为呈现良好的弹性特征。作为示例，该第一材料可基于铜合金。

第二保持件5B优选包括热传递部50B，其用于通过将由保护单元2发出的热向热断路器装置4传导而进行传送。

有利地，热传递部50B还形成用于单元2的抵靠部，即：通过按压部50A抵靠着抵靠部50B而沿轴线X-X′纵向按压所述单元，所述抵靠部优选具有刚性特征。

有利地，抵靠部50B形成为使得保护单元2和所述抵靠部50B之间的接触界面在设计设备1的固有尺寸限制条件下提供尽可能大的面积，从而优化在单元2和抵靠部50B之间通过传导而进行的热传递。

为此，抵靠部50B可以有利地提供平坦支承面8，其大小足以完全覆盖单元2承载第二电极2B的面20B，从而形成如图1和图2所示的平坦支承面。

为了优化上述热传递，用于制造抵靠部50B的第二材料选择为呈现良好的热传导性。作为示例，该第二材料可基本上为纯铜。

有利地，连接装置3还包括第三连接器3C，所述第一连接器3A和第三连接器3C设计成与要保护的设施电连接。

有利地，热断路器装置4设计成能够从在第二连接器3B和第三连接器3C之间形成电接触的闭合结构(附图中所示)转到断开第二连接器3B和第三连接器3C之间的所述电接触的断开结构。

优选地，热断路器装置4包括优选具有刚性特征的滑动件4A，其安装成在第一位置或返回位置与第二位置之间沿轴向方向弹性滑动，所述第一位置对应于使单元2和要保护的设施之间的电连接中断的位置，滑动件4A在所述第二位置建立第二连接器3B和第三连接器3C之间的电接触，所述滑动件通过焊料型的可熔装置4B而在第二位置中保持静止。

如在图3中示意性示出的，滑动件4A优选安装成在来自弹簧9(例如，压缩弹簧)的驱动下沿轴向方向弹性滑动。

优选地，滑动件4A还具有擦拭边缘4C，用于当滑动件4A从其第二位置返回其第一位置时刮除焊料4B，从而去除可能会在第二连接器3B和第三连接器3C之间形成多余连接的任何残余液态焊料。

因而，热断路器装置4能够在相对于第二连接器3B和相对于第三连接器3C的两个位置处同时断开接触。由于这说明两倍于滑动件4A从其第二位置行进到其第一位置的距离，因此断开距离增加了。当要中断的电流大小在较高范围内(例如，对于保护中线的避雷器来说，在100安培(A)到200A的范围内)时，所述技术处理尤其有利。

然而，本发明并不限于上述具体热断路器装置。作为替换，所述热断路器装置可使用具有柔性传导带的系统，或者实际上只使用可熔装置来代替刚性滑动件。还可以设想使用完全具有附图所示形式的热断路器装置，但是使用双金属带代替用于将滑动件4A保持在第二位置的可熔装置，所述双金属带设置成当其温度达到预定临界值时偏转，该偏转释放滑动件4A。

以下基于对应于图1至图3的实施例简要描述如何制造和使用根据本发明设备。

在避雷器1的制造过程中，用力将保护单元2(在本示例中由火花隙2C构成)插在按压夹50A和抵靠部50B之间。在该插入阶段期间，火花隙2C的第一平面20A朝另一臂6推动按压部的臂7。臂7由于反作用而向所述面20A施加基本线性或似线性的力，所述施加的力足以确保在火花隙2C和按压部50A之间的合适电连接。在插入阶段期间，第二平面20B以平面的方式支靠抵靠部50B的支承面8。该大面积的支承用于增强单元2和抵靠部50B之间的热传递。在插入阶段结束时，火花隙2C因而被夹紧在适当的位置内。该夹紧动作同时使得与火花隙2C形成电连接，将其保持在适当位置，并在此形成热连接。

然后闭合封装件1A，从而构成具有由第一连接器3A和第三连接器3C形成的两个连接管脚的单元盒。然后将该盒连接到要保护装置(例如，在中线和相之间)的电板上。

当火花隙2C异常发热时，该热借助于为此专门设置的抵靠部50B通过传导而传送到焊料4B。焊料4B熔化，从而释放滑动件4A，该滑动件在来自弹簧9的驱动下返回其返回位置。这样就中断了装置和火花隙2C之间的电接触，从而使火花隙停止发热，因此而避免了任何着火的危险。

可非常容易地用新火花隙更换不能工作的火花隙2C，这是因为仅需要打开封装件1A，将旧火花隙2C手动拆除，并将新火花隙插设在按压部50A和抵靠部50B之间。

因此，本发明可获益于在其保护单元2和设备1的其余部分之间呈现极好的电连接和热连接的模块化避雷器，而无需使用用于组装的焊料。

工业应用敏感性

本发明的工业应用在于设计、制造和使用用于提供浪涌保护的避雷器型设备。

Claims (18)

1.一种用于保护电气设施免受电压浪涌的设备(1)，该设备包括：

保护单元(2)，其具有至少第一和第二电极(2A，2B)，所述第一和第二电极(2A，2B)通过连接装置(3)电连接到所述设施上；

功能耦合装置(5)，其用于使所述保护单元(2)与所述连接装置(3)耦合；以及

热断路器装置(4)，其与所述保护单元(2)功能连接，用于当该保护单元的温度达到预定临界值时中断该保护单元(2)和所述设施之间的电连接；

其中，所述功能耦合装置(5)设计成以这样的方式对所述保护单元(2)施加夹紧力，即确保所述第一和第二电极(2A，2B)与所述连接装置(3)之间的电连接，所述耦合装置(5)包括设置成支靠所述第一电极(2A)的第一保持件(5A)以及设置成支靠所述第二电极(2B)的第二保持件(5B)，所述第一保持件(5A)和第二保持件(5B)配合以在保护单元(2)上施加压力，并且

所述设备被设计成使得能用力将所述保护单元(2)插在所述第一保持件(5A)和第二保持件(5B)之间，所述第一保持件(5A)包括夹型按压部(50A)。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述连接装置(3)包括第一连接器(3A)，所述按压部(50A)为U形截面的弹簧片，U形的一个臂(6)支靠所述第一连接器(3A)，而另一臂(7)支靠所述第一电极(2A)。

3.根据权利要求1所述的设备(1)，该设备包括封装件(1A)，所述保护单元(2)、所述连接装置(3)、所述热断路器装置(4)以及所述功能耦合装置(5)安装在该封装件(1A)中，以形成单元式整体局部组件，该封装件(1A)被闭合而构成设有两个连接管脚并适于连接至要被保护的装置的电板上的单元盒。

4.根据权利要求2所述的设备(1)，该设备包括封装件(1A)，所述保护单元(2)、所述连接装置(3)、所述热断路器装置(4)以及所述功能耦合装置(5)安装在该封装件(1A)中，以形成单元式整体局部组件，该封装件(1A)被闭合而构成设有两个连接管脚并适于连接至要被保护的设施的电板上的单元盒。

5.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述耦合装置(5)设计成使得可释放地耦合在所述保护单元(2)和连接装置(3)之间。

6.根据权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述耦合装置(5)设计成使得可释放地耦合在保护单元(2)和连接装置(3)之间能可释放地耦合。

7.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述连接装置(3)首先包括与由第一导电材料制成的所述第一保持件(5A)电连接的第一连接器(3A)，其次包括与由第二导电材料制成的所述第二保持件(5B)电连接的第二连接器(3B)。

8.根据权利要求7所述的设备(1)，其特征在于，所述第二保持件(5B)和第二连接器(3B)由单个部件(50B)构成。

9.根据权利要求7所述的设备(1)，其特征在于，所述热断路器装置(4)热连接到所述第二连接器(3B)和/或第二保持件(5B)上。

10.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，所述热断路器装置(4)热连接到所述第二连接器(3B)和/或第二保持件(5B)上。

11.根据权利要求7所述的设备(1)，其特征在于，所述第一保持件(5A)用于在所述保护单元(2)上产生正夹紧动作，而第二保持件(5B)用于向所述热断路器装置(4)传递可能由所述保护单元(2)产生的热。

12.根据权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，所述第二保持件(5B)包括热传递部(50B)。

13.根据权利要求12所述的设备(1)，其特征在于，所述热传递部(50B)形成用于所述保护单元(2)的抵靠部(50B)，该热传递部(50B)具有刚性特征。

14.根据权利要求12所述的设备(1)，其特征在于，所述热传递部(50B)为抵靠部，其形成为使得所述保护单元(2)和所述抵靠部(50B)之间的接触界面具有尽可能大的面积。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述第二导电材料选择成具有优异的导热性。

16.根据权利要求9至14中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述第一连接器(3A)设计成与所述设施相连；所述连接装置(3)还包括设计成与所述设施相连的第三连接器(3C)；所述热断路器装置(4)设计成适于从在第二连接器(3B)和第三连接器(3C)之间形成电接触的闭合结构转到断开第二连接器(3B)和第三连接器(3C)之间的所述电接触的断开结构。

17.根据权利要求16所述的设备(1)，其特征在于，所述热断路器装置(4)包括滑动件(4A)，其安装成在第一位置或返回位置与第二位置或抵靠位置之间沿轴向方向弹性滑动，所述第一位置对应于使所述所述保护单元(2)和所述设施之间的电连接中断的位置，所述滑动件(4A)在所述第二位置或抵靠位置建立所述第二连接器(3B)和第三连接器(3C)之间的电接触，所述滑动件通过可熔装置(4B)保持在该第二位置或抵靠位置中。

18.根据权利要求1至14中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述保护单元(2)包括火花隙(2C)。