JP2017534166A

JP2017534166A - 避雷器

Info

Publication number: JP2017534166A
Application number: JP2017543880A
Authority: JP
Inventors: ペーターボベルト，; フランクヴェルナー，
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: WO2016074909A1; CN107112724B; US20170324221A1; DE102014116440A9; DE102014116440A1; CN107112724A; EP3218971B1; DE102014116440B4; JP6434643B2; US10468855B2; EP3218971A1

Abstract

避雷器（１０）は、− １つの第１の電極（３）、１つの第２の電極（４）、および１つのスイッチ接点部（２）を備え、ここで第１の状態においては、当該第１の電極（３）および当該第２の電極（４）の内の少なくとも１つの電極は、当該スイッチ接点部（２）に電気的に導通して接続されておらず、第２の状態においては、当該少なくとも１つの電極は、当該スイッチ接点部（２）に電気的に導通して接続されており、−上記の第１の電極（３）と上記の第２の電極（４）との間に第１の放電空間（８）を備え、−上記の前記第１の電極（３）および上記の第２の電極（４）を短絡して、上記の状態を切り替えるのに適した短絡機構（５）を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は第１の電極および第２の電極ならびにスイッチ接点部を有する避雷器に関する。さらにこの避雷器には短絡機構が設けられる。

過負荷の虞がある分野に使用される避雷器は、「フェイルショート」とも呼ばれる短絡機構が設けられ、この短絡機構は、この避雷器が電気的に短絡されることで、過熱およびこの過熱による火災の虞を防止する。

１つの回路におけるこの避雷器の短絡機構の応答の際に、この回路の他の部位でスイッチ動作を行うために、この回路を有する回路基板上に１つのばね接点部が設けられてよい。このばね接点部は、ばね荷重下で上記の避雷器と接続されており、そして過熱の際に開かれ、このばねの静位置への戻りの際に接点部を閉じることができる。

本発明の課題は、このようなスイッチ動作の代替の方法を提供することである。

この課題を解決するために、１つの避雷器が提供され、この避雷器は、
−１つの第１の電極、１つの第２の電極、および１つのスイッチ接点部を備え、ここで第１の状態においては、この第１の電極および第２の電極の内の少なくとも１つの電極は、このスイッチ接点部に電気的に導通して接続されておらず、第２の状態においては、この少なくとも１つの電極は、このスイッチ接点部に電気的に導通して接続されており、
−上記の第１の電極と第２の電極との間に放電空間を備え、そして
−上記の第１の電極および第２の電極を短絡して、上記の状態を切り替えるのに適した短絡機構を備えている。

有利には、１つの第３の電極がスイッチ接点部として実装され、上記の避雷器には、
−１つの第１の電極と、１つの第２の電極と、スイッチ接点部として実装された１つの第３の電極とを備え、ここで第１の状態においては、この第１の電極および第２の電極の内の少なくとも１つの電極は、この第３の電極に電気的に導通して接続されておらず、第２の状態においては、この少なくとも１つの電極は、この第３の電極に電気的に導通して接続されて接続されており、
−上記の第１の電極と第２の電極との間に放電空間を備え、そして
−上記の第１の電極、第２の電極、および第３の電極を短絡して、上記の状態を切り替えるのに適した短絡機構を備えている。

上記の放電空間内には、上記の第１の電極と第２の電極との間で、これらの電極間の放電開始電圧が越えられた場合にスパーク放電（Funkenueberschlag）が起こる。放電空間は、スパークギャップとも呼ばれる。

上記の短絡機構は二重の機能を備えており、上記の第１の電極と第２の電極とを短絡し、そして同時にその状態を切り替える。これは、これらの電極の短絡によって、同時に上記のスイッチ接点部の短絡も行われることによって実施される。この場合、上記の第１の状態から第２の状態に切り替えられる。これは１つの自動的に閉じるスイッチに相当する。

１つの実施形態においては、本発明による避雷器は、１つの避雷器主部を備え、この避雷器主部には上記の放電空間が設けられている。上記の第１または第２の電極および上記のスイッチ接点部は、この避雷器主部の端面（複数）に配設されており、そしてこのスイッチ接点部は、放電空間の外に配設されている。この放電空間は、上記の第１の電極と第２の電極との間の領域である。この領域においては、上記のスパークも走る。この放電空間は、この避雷器主部の内壁および上記の電極が境界となっていてよい。

これらの電極の１つは、この避雷器主部の中央領域に配設されていてよく、こうしてこの放電空間は、この中央領域から上記の端面の１つまで延伸している。このような避雷器は、外観的に１つの中央電極および２つの端部電極を有する三極避雷器に類似しており、ここで上記のスイッチ接点部は、形状および位置が、三極避雷器の１つの端部電極に少なくとも類似している。

この少なくとも１つの電極は、上記の端面の電極、または上記の中央領域にある電極であってよい。この少なくとも１つの電極は、これら２つの電極を含んでいてもよく、これら２つの電極は、両方とも上記のスイッチ接点部に電気的に接続されているか、または両方がこのスイッチ接点部から分離されている。この第１の電極は端面に配設されていてよく、そして第２の電極は上記の中央領域に配設されていてよい。

上記の避雷器主部は、好ましくは１つの絶縁性の材料、たとえばセラミックから製造されており、管状またはシリンダ形状に形成されている。上記のスイッチ接点部および上記の第１の電極は、この避雷器主部での端面側のエンドキャップ（Abschlusskappen；複数）として機能する。

１つの実施形態においては、上記の第１の状態において、上記の第１の電極も、また上記の第２の電極も上記のスイッチ接点部と電気的に導通して接続されておらず、そして第２の状態において、この第１の電極も、またこの第２の電極もこのスイッチ接点部と電気的に導通して接続されており、こうしてこの動作開始した短絡機構を介してこの接続が行われる。

好ましくは、上記の第１の電極および上記の第２の電極の短絡によって、上記の第１の状態から上記の第２の状態に切り替えられる。

１つの実施形態においては、本発明による避雷器は、上記の避雷器主部において、上記のスイッチ接点部と、上記の第１の電極または上記の第２の電極との間に、もう１つの放電空間を備える。こうして上記の中央領域から、両方の端部側への分離された放電空間が延在し得る。有利にはこの放電空間は閉じており、すなわち上記の避雷器主部および上記の電極（複数）によって完全に包囲された空間となっている。

好ましくは、上記のもう１つの放電空間は、上記の放電空間よりも高い点火電圧を有しており、こうして避雷器機能は、上記の第１の電極と上記の第２の電極との間の上記の放電空間においてのみ提供される。これに対して、上記のもう１つの放電空間は、ダミー機能を有しており、このダミー機能によって、１つの二極避雷器が、上記の電極（複数）および放電空間によって形成されており、この二極避雷器は、１つの三極避雷器の外観を備える。これは、本来１つの三極避雷器用に設けられている短絡機構を、スイッチにも、また短絡にも使用することを可能とする。

有利には、上記の放電空間はガス充填されて、気密に封止されており、こうしてガスまたは混合ガスの選択によって、点火特性が制御可能となっている。

上記のさらなる放電空間は、たとえば１つの開口部を用いて通気されるようになっていてよい。これは上記の放電開始電圧を大きくする。この目的のため以下のように他の手段もまた可能である。上記の第１の電極および上記の第２の電極の互いに対向した面の間隔は、上記のさらなる放電空間における、互いに対向した上記のスイッチ接点部の面および電極の面の間隔よりも小さくなっている。

１つの実施形態においては、上記の短絡機構は、変位した接点部を備え、この接点部の変位は熱発生によって解消され、上記の電極への接触が生成されるが、それ以前はこの電極から離間している。以上により、この短絡機構は、上記の電極（複数）間の短絡を生成する。

上記の短絡機構は、１つのアームを備えてよく、このアームは、上記の第１および第２の電極と、上記のスイッチ接点部とを短絡するために適している。このような構成は、短絡ヨークとも呼ばれている。

このようなアームは、可融なスペーサによって、このアームが上記の第１および第２の電極の内の少なくとも１つから離間しており、そしてこのスペーサの融解の後、この第１および第２の電極を短絡するように変位している。これらの電極間の導通した接続が無い限り、たとえば低い融点を有する金属材料から成る１つのスペーサを介して、上記の電極の１つへの導通した接続が生成される実装が可能である。代替として、非導電性の材料、たとえばプラスチックから成るスペーサが設けられていてもよい。

上記のアームの移動ステップにより、このステップにおいて、このアームを介して上記のスイッチ接点部との短絡が実現される。この場合、上記の可融なスペーサによって、このアームは上記のスイッチ接点部から離間しており、そしてこのスペーサの融解後に、このスイッチ接点部を上記の電極（複数）と短絡するように、このアームは変位している。

好ましくは、上記の可融なスペーサは、上記のアームの中央領域と、上記の避雷器主部の中央領域にある電極との間に配設されており、そして、この避雷器主部の端面の方向に延伸している、このアームの端部（複数）は、上記のスイッチ接点部および他の上記の電極から離間している。

以下の図を参照して本発明を示す。
避雷器の１つの実施形態例の側面図を示す。この避雷器の実施形態例の断面図を示す。この避雷器の実施形態例の等価回路図を示す。

図１は、避雷器１０の１つの実施形態例の側面図を示す。この避雷器は、フェイルショートおよびスイッチ接点部を組み合わせたものを備えている。この避雷器１０は、好ましくはガス充填された放電空間８（図１には示されていない）を有するガス充填避雷器であり、サージ電圧インパルスに対する保護用のサージ電圧避雷器として用いられる。

この避雷器１０は、絶縁材料から成る１つのシリンダ状の避雷器主部を備える。この避雷器主部の端面（複数）には、１つのスイッチ接点部２および１つの第１の電極３が設けられている。このスイッチ接点部２およびこの第１の電極は、それぞれこの避雷器主部１の端面側のエンドキャップとして形成されている。この避雷器１の端面（複数）を封止する、スイッチ接点部２の外面および第１の電極３は、鏡面対称に形成されていてよい。

スイッチ接点部２も、また第１の電極３も、長く延伸した、たとえばワイヤ形状の接続領域２１，３１を備え、これらの接続領域でこの避雷器１０のはんだ接続を行うことができる。避雷器１の中央領域には、１つの第２の電極４が設けられている。この電極４も、１つの長く延伸した、ワイヤ形状の接続領域４１を備える。

さらに避雷器１０は、１つの変位したアーム６を有する短絡機構を備え、このアームは、スペーサ７を用いて、避雷器主部１から離間されており、こうしてスイッチ接点部２および第１の電極３の接続は成立していない。スペーサ７は、この実施形態例においては、低い融点を有する材料、たとえばいわゆるはんだ玉（Loetpille）であり、これは第２の電極４とアーム６の中央領域との間に、このアーム６の端部（複数）がスイッチ接点部２および第１の電極３から離間されているように、配置されている。

このスペーサ７の融解の際にばね力が作用して、アームは避雷器主部１の方に移動して、第１の電極３およびスイッチ接点部２に接触し、これにより第１および第２の電極３，４およびこのスイッチ接点部２が短絡される。このばね力は、たとえばアームのばね性および／または材料弾性によって生じるものであってよい。

ここに記載する短絡機構５は、スイッチ接点部２と第１および第２の電極３，４とが電気的に導通せずに接続されている第１の状態から、スイッチ接点部２と第１および第２の電極３，４との間の電気的に導通した接続、すなわち短絡が存在する第２の状態への切り替えを可能とする。

この短絡機構５は、過電流によって、そしてこれによる熱発生がもたらすスペーサ７の融解によって、動作開始される。

図２は、図１の避雷器の実施形態例の断面図を示す。

避雷器主部１には、第１の電極２と第２の電極３との間に１つの放電空間８が設けられており、この放電空間は、スパークギャップとも呼ばれている。この放電空間８は、避雷器１の内壁と、第１および第２の電極３，４の、この放電空間に向いた面３２，４３とによって画定されており、気密あるいはハーメチックに封止されており、そしてガス充填されている。放電空間８に向いた、第１および第２の電極３，４のこれらの面３２，４３は、これら２つの電極３，４の間の電圧の放電開始電圧への上昇の際に、発生する電界が、放電空間８に存在するガスにおけるイオン化をもたらすように構成および形成されている。このガスは導電性となり、上記のギャップはスパークによって短絡される。

避雷器主部１は、その中央領域とスイッチ接点部２との間に、１つの別の放電空間９を備える。この別の放電空間９、すなわち別のスパークギャップは、放電空間８から空間的に分離されており、こうして２つの分離されたスパークギャップが、電位点ｂ−ｃの間および電位点ａ−ｃの間に存在する。

放電空間８、すなわちスパークギャップｂ−ｃは、従来のスパークギャップの機能を満足し、放電開始電圧を越えた際に点火する。これに対し、別の放電空間９、すなわちスパークギャップａ−ｃは、上述の本来の避雷器機能の無いダミーとして機能する。この別の放電空間の点火は想定されていない。この別の放電空間９は、非常に高い点火電圧を有する。この別の放電空間は、通気されるように形成されていてよい。この点火ギャップは、開いたスイッチに対応する。代替として、または追加的に、第２の電極４およびスイッチ接点部２は、これらの間隔が、第１の電極と第２の電極３，４との間の間隔よりも大きくなるように形成されており、これによってその放電開始電圧が大きくなっている。上記の短絡機構が動作開始されると、アーム６の一方の側が、第１および第２の電極３，４を有する上記の二極避雷器を短絡し、このアーム６の他の側がこのスイッチを閉じて、これらの電極３，４への導通した接続が生成される。

図３は、上記の避雷器の実施形態例の等価回路図を示す。

電位点ｂ，ｃは、これらの間に避雷器１０が結合されており、第１および第２の電極３，４の接続領域３１，４１に対応している。スイッチ接点部２に対応する電位点ａと、電位点ｃとの間には、１つのスイッチが結合されている。電位点ｂ，ｃの間にも、１つのスイッチが結合されている。これらのスイッチ１１は、上述の電位点が同時に接続が遮断されるか、あるいは電気的に導通した接続が成立するように、互いに結合されている。

この回路図は、上記の避雷器の動作を示している。上記の短絡機構が動作開始されていない場合、これらのスイッチ１１は、開いている。上記の短絡機構が動作開始されることによって、これらのスイッチ１１は閉じる。

避雷器主部１０の外観およびその部品の寸法は、有利には従来の三極避雷器と同等となっている。スイッチ接点部２は、三極避雷器の外部電極のように形成されている。三極避雷器のデザインを維持することによって、三極避雷器用に構成された短絡機構を、スイッチを有する二極避雷器の機能を備えた、上述の避雷器にも使用することができる。

上記の実施形態例の特徴は、組み合わせることが可能である。

１：避雷器主部
２：スイッチ接点部
３，４：電極
２１，３１，４１：接続領域
３２，４２：内面
５：短絡ヨーク
６：アーム
７：スペーサ
８：放電空間
９：別の放電空間
１０：避雷器
１１：スイッチ

Claims

避雷器（１０）であって、
− １つの第１の電極（３）、１つの第２の電極（４）、および１つのスイッチ接点部（２）を備え、ここで第１の状態においては、当該第１の電極（３）および当該第２の電極（４）の内の少なくとも１つの電極は、当該スイッチ接点部（２）に電気的に導通して接続されておらず、第２の状態においては、当該少なくとも１つの電極は、当該スイッチ接点部（２）に電気的に導通して接続されており、
−前記第１の電極（３）と前記第２の電極（４）との間に第１の放電空間（８）を備え、
−前記第１の電極（３）および前記第２の電極（４）を短絡して、前記状態を切り替えるのに適した短絡機構を備えている、
ことを特徴とする避雷器。
請求項１に記載の避雷器において、
１つの避雷器主部（１）を備え、
前記避雷器主部には、前記第１の放電空間（８）が設けられており、
前記第１の電極（３）または前記第２の電極（４）および前記スイッチ接点部（２）は、前記避雷器主部の端面に配設されており、前記スイッチ接点部（２）は、前記第１の放電空間（８）の外に配設されていることを特徴とする避雷器。
請求項１または２に記載の避雷器において、
前記第１の状態において、前記第１の電極（３）も、また前記第２の電極（４）も前記スイッチ接点部（２）と電気的に導通して接続されておらず、そして前記第２の状態において、前記第１の電極（３）も、また前記第２の電極（４）も前記スイッチ接点部（２）と電気的に導通して接続されていることを特徴とする避雷器。
前記第１の電極（３）および前記第２の電極（４）の短絡によって、前記第１の状態から前記第２の状態に切り替えられることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の避雷器。
前記避雷器主部（１）において、前記スイッチ接点部（２）と、前記第１の電極（３）または前記第２の電極（４）との間に、第２の放電空間（９）を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の避雷器。
前記第２の放電空間（９）は、前記第１の放電空間（８）よりも高い点火電圧を有することを特徴とする、請求項５に記載の避雷器。
前記第１の放電空間（８）は、気密に封止され、ガス充填されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の避雷器。
前記第２の放電空間（９）は、通気されていることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか1項に記載の避雷器。
前記第１および前記第２の電極（３，４）の互いに対向した面（３２，４２）の間隔は、前記第２の放電空間（９）における、互いに対向した前記スイッチ接点部（２）の面および前記電極の面の間隔よりも小さくなっていることを特徴とする、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の避雷器。
前記短絡機構は、変位した接点部を備え、当該接点部の変位は熱発生によって解消されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の避雷器。
前記短絡機構（５）は、１つのアーム（６）を備え、当該アームは、前記第１および第２の電極（３，４）と、前記スイッチ接点部（２）とを短絡することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の避雷器。
前記アーム（６）は、可融なスペーサ（７）によって、当該アームが前記第１および第２の電極（３，４）の内の少なくとも１つから離間しており、そして当該スペーサ（７）の融解の後、前記第１および第２の電極（３，４）を短絡するように変位していることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の避雷器。
前記アーム（６）は前記可融なスペーサ（７）によって、前記スイッチ接点部（２）から離間しており、そして前記スペーサ（７）の融解後に、前記スイッチ接点部（２）を前記第１および第２の電極（３，４）と短絡するように、前記アームは変位していることを特徴とする、請求項１２に記載の避雷器。
前記可融なスペーサ（７）は、前記アーム（６）の中央領域と、前記避雷器主部（１）の中央領域にある電極（４）との間に配設されており、そして、前記避雷器主部（１）の端面の方向に延伸している、前記アーム（６）の端部は、前記スイッチ接点部（２）および他の前記電極（３）から離間していることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の避雷器。