JP2888754B2 - 過電圧保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、２本の電極、これら両電極間に
おいて作用する空気裂開スパークギャップおよび両電極
を収容するケーシングを具備し、この各電極が接続脚部
と、これに対し鋭角を成して延びるスパークホーンを具
備し、相互に間隔をおいて配置される両電極のスパーク
ホーンが、その間に空気裂開スパークギャップを形成す
る、過渡的過電圧誘導用過電圧保護装置に関するもので
ある。

【０００２】電気的、ことに電子的測定、制御、調節お
よび切換回路、ことに電話通信装置ないし設備は、こと
に雰囲気的放電、電力供給回路網における短絡、切換処
理によりもたらされる過渡的過電圧に対して脆弱であ
る。この脆弱性は、エレクトロニクス的構成部材、こと
にトランジスタ、サイリスタなどが使用される場合に量
的に増大する。ことに次第に大量に使用される集積回路
は、過渡的過電圧により著しい障害を受ける。

【０００３】

【従来技術】本発明の出発点を成す過電圧保護装置（西
独特許３７１６９９７号）、すなわち空気裂開スパーク
ギャップを有する装置のほかに、応答に際して浮動放電
をもたらす空気弧絡スパークギャップを有する過電圧保
護装置も公知である（西独特許出願公開２７１８１８８
号、２９３４２３６号、３１０１３５４号各公報参
照）。

【０００４】本発明の出発点を成す過電圧保護装置、す
なわち空気裂開ないし破裂スパークギャップを有する装
置は、空気弧絡スパークギャップを有する過電圧保護装
置に対して、高いサージ電流キャパシティを示す利点が
あるが、また高い、しかも定常的でない動作電圧をもた
らす欠点もある。

【０００５】この動作電圧に関して改善された、空気裂
開スパークギャップを有する各種の過電圧保護装置が、
すでに開発されている（西独特許出願公開４１４１６８
１号、４１４１６８２号、４２４４０５１号各公報参
照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなこの分
野の技術水準下にあって、本発明の目的とするところ
は、過電圧保護機能、ことに動作電圧、スパークサージ
電流、回路続流保持キャパシティおよび回路続流消滅挙
動に関して全体的に改善された過電圧保護装置を供給す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】しかるに上述した目的
は、基本的に２本の電極（２）、これら両電極間におい
て作用する空気裂開スパークギャップ（３）および両電
極（２）を収容するケーシング（４）を具備し、この各
電極（２）が接続脚部（５）と、これに対し鋭角を成し
て延びるスパークホーン（６）を具備し、相互に間隔を
置いて配置される両電極（２）のスパークホーン（６）
が、その間に空気裂開スパークギャップ（３）を形成す
る、過渡的過電圧誘導用保護装置において、電極（２）
のスパークホーン（６）に、接続脚部（５）に接する一
定帯域において、貫通して延びる、ことに２ｍｍより小
さい寸法、ことにほぼ１．５ｍｍの直径を有する孔
（７）が穿設されていることを特徴とする、過電圧保護
装置により達成されることが本発明者らによって見出さ
れた。

【０００８】本発明の特徴は以下の諸点に在る。

【０００９】第１の特徴によれば、電極のスパークホー
ンは、その接続脚部から上方に向けて一定の範囲にわた
り複数本の孔が形成されている。これら孔は、過電圧保
護装置の応答の瞬間において、改善された放電、電弧移
行がもたらされ、ことに孔近辺の電弧が熱空気的吹き飛
ばしにより移行状態にもたらされるようにするためであ
る。

【００１０】第２の特徴によれば、両電極の各接続脚部
の対向端部間に、浮動スパークを消滅させる放電補助部
材が設けられる。この特徴により形成される過電圧保護
装置においては、空気裂開ないし破裂スパークギャップ
の最狭部分、すなわち応答が存在する位置において、同
時に補助的空気裂開スパークギャップが一体的に設けら
れている。この一体的に形成された補助的スパークギャ
ップは、本来的に過電圧保護機能を果たす空気裂開スパ
ークギャップに対して、比較的に定常的で、ことに低い
動作電圧を示す。定常的で低い動作電圧による応答が一
旦なされると、放電された補助的スパークギャップは、
比較的高い電流保持キャパシティを有する、すなわち比
較的高いスパークサージ電流、回路続流保持キャパシテ
ィを示す、空気裂開スパークギャップの「衝撃的」電弧
をもたらす、本発明による過電圧保護装置のこの実施態
様においては、空気裂開スパークギャップおよび、空気
弧絡スパークギャップの利点を示し、後者の欠点が回避
される。

【００１１】本発明の第３の特徴によれば、ケーシング
は、少なくとも部分的に燃焼に際して炭素をもたらさな
い合成樹脂から構成され、あるいは少なくとも部分的に
このような合成樹脂により被覆されている。これまで一
般的に、空気裂開スパークギャップを形成し、スパーク
ホーンを具備する電極は、温度上昇ないし燃焼に際して
炭素をもたらす合成樹脂から構成されていたので種々の
問題があった。ことに応答にもとずいて生起する、極め
て高温の電弧により、合成樹脂が燃焼し、これにより大
量の炭素がもたらされた。これにともなって、電極が焼
尽し、絶縁性が保持され得なくなる。さらにまた混合気
体中における多量の炭素は、電極の消火挙動に悪影響を
及ぼす。本発明によりケーシングが、少なくとも部分的
に、温度上昇ないし燃焼に際して炭素をもたらさない合
成樹脂から構成され、あるいは少なくともこのような合
成樹脂により被覆されていれば、このような、また前述
したような欠点はもたらされない。

【００１２】本発明の第４の特徴によれば、ケーシング
の側壁は、電極のスパークホーン近くまで突出するよう
に形成される。これにより電弧に対する極めて良好な雰
囲気吹付けがもたらされ、極めて迅速に、もはやスパー
ク範囲に属しないスパークホーン尖端まで移行せしめら
れる。

【００１３】さらに第５の特徴によれば、電弧スパーク
ホーンに隣接可能のケーシング被蓋は、導電性材料、こ
とに銅タングステン合金により構成され、このケーシン
グ被蓋と、これに隣接可能のスパークホーン端部との間
隔は、これらの間に電弧が形成され得るように選定され
る。この本発明過電圧保護装置の実施態様において、電
弧はまずスパーク帯域からスパークホーン先端に移行す
る。この場合スパークホーン先端と、導電性材料から成
るケーシング被蓋との間には、２つの電弧が形成され、
これによりもたらされる導電性ループは、両電弧をスパ
ークホーン後方に移行させるように作用する。その結
果、両電弧は全体的に回路続流による極めて高い電弧バ
ーニング電圧をもたらす。その結果として再び続流消滅
挙動が本質的に変えられる。両電弧はスパークホーン後
方に存在するから、これによりスパークホーン間におけ
る敏感な点弧帯域は極めてよく保護される。

【００１４】

【実施例】上述した本発明特徴を実現するためには各種
各様の実施態様が存在し得るが、その若干の態様につき
添附図面を参照しながら例示的に説明する。

【００１５】部分的に図１から図４に、全体的に図５、
図６および図７から図１０に示されている、本発明によ
る過電圧保護装置（１）は、過渡的な過電圧を誘導し、
かつサージ電流を限定する作用を有し、本質的構成体と
して２本の電極（２）、両電極（２）間において作用す
る空気裂開ないし破裂スパークギャップ（３）および電
極（２）を収納するケーシング（４）を有する。各電極
（２）は、接続脚部（５）およびこれに対し鋭角をなし
て延びるスパークホーン（６）を有する。図１から３お
よび図６に示されるように、接続脚部（５）とスパーク
ホーン（６）の間の鋭角は、スパークホーン（６）の作
用面に関連する。相互に間隔を置いて配置される両電極
（２）のスパークホーン（６）は、その間に空気破裂ス
パークギャップ（３）を形成する。電極（２）のスパー
クホーン（６）は、前述したように鋭角をなして接続脚
部（５）まで延びているが、この角度はほぼ３０°であ
るのが好ましい。

【００１６】ことに図１、２および４に示されるよう
に、電極（２）のスパークホーン（６）は、接続脚部
（５）に隣接する範囲において、接続脚部（５）に平行
に延びる孔（７）を穿設具備する。この孔（７）は、実
施態様として示されるところによれば（ことに図４、５
参照）スパークホーン（６）中において共心的に穿設形
成されている。

【００１７】本発明により過電圧保護装置（１）の図１
に示される実施態様では、スパークホーン（６）にはた
だ１本の孔（７）が穿設されるに止まるが、これに対し
て図２においては、２本の孔（７）が隣接して穿設され
ている。図１の電極（２）と図２の電極（２）とを対比
すれば、後者においては図１における孔（７）の下方に
さらに第２の孔（７）が穿設されていることが明らかで
ある。

【００１８】本発明による過電圧保護装置（１）の電極
（２）に穿設されたスパークホーン（６）の孔（７）
は、過電圧保護装置（１）の応答、すなわち点弧の瞬間
に、熱的かつ／もしくは電気的かつ／もしくは磁気的な
力作用、圧力作用により、この孔（７）に隣接して生起
する電弧をその生起位置から移行させるためのものであ
る。

【００１９】なお図示された実施態様において、電極
（２）のスパークホーン（６）対向面には傾斜面（８）
が形成され、その下方には凸面が形成され、またその裏
面にはスパークホーン（６）の長手方向に直交して延び
る条溝（９）が設けられている。図示された横方向に延
びる条溝（９）の代りに、縦方向に延びる間隙を設ける
ことも可能である。電極（２）におけるスパークホーン
（６）の傾斜面（面取り部）の形成により、このスパー
クホーンの縁辺における構成材料の摩削減が阻止され
る。また両スパークホーン（６）の相互に対向する側の
面に凸面を形成し、本発明による過電圧保護装置の応答
により生起する電弧を特にスパークホーン（６）の幅方
向の中央部分に生起させ、この中央部分からその端部な
いし頂部に移行させるのが好ましい。電極（２）の両ス
パークホーン（６）対向面とは反対側に形成された条溝
（９）により、電流は空気破裂スパークギャップ（３）
のＶ字形状に正確に追随し、対向両電極（２）の脚部間
の電弧を通って流れることになる。これにより電弧の磁
気吹きが、対向両電極（２）の脚部にもたらされる。さ
らに、条溝（９）は、これを包囲するスパークホーン構
成材料をことに有効に冷却する手段として作用し、同時
にスパークホーン（６）を換気する利点を有する。本発
明の図示実施態様において、両電極（２）の各接続脚部
（５）の対向端部間には、浮動放電を消滅させるための
放電補助部材（１０）が設けられる。この放電補助部材
は板状の部材であって、絶縁材料から構成されるのが好
ましく、温度上昇のような状態変化に際して、機能に悪
影響をおよぼす量の炭素をもたらさないものが好まし
い。この放電補助部材は両スパークホーン（６）の間に
挟まれ且つ両スパークホーンに接触して配置されてお
り、しかも両スパークホーンにより形成される空気破裂
スパークギャップ（３）内に０．１ｍｍ以上突出してい
る。図４、５に示されるように、この放電補助部材（１
０）は、その空気破裂ないし裂開スパークギャップ
（３）に対向する方の側がＶ字形になされ、このＶ字形
部分の中央屈曲部は切り込まれ、裂開スパークギャップ
（３）に連通する幅の狭い間隙（１１）が形成されてい
る。間隙（１１）は放電補助部材（１０）に正の動作電
圧を附与する。

【００２０】本発明の図示実施態様において、過電圧保
護装置（１）は、応答ないし放電が行われる空気裂開ス
パークギャップ（３）の最狭部分において、上述構造に
より、補助的空気裂開スパークギャップと一体的になさ
れる。この補助的空気裂開スパークギャップは上記の放
電補助部材（１０）との関係では、接続脚部（５）と放
電補助部材（１０）とによって画定され、両接続脚部
（５）の間の最短距離を放電補助部材（１０）の上面に
沿って延びている。この一体的になされた補助的空気破
裂スパークギャップは、比較的定常的で、ことに本来的
に過電圧保護作用する空気破裂スパークギャップ（３）
よりも低い動作電圧を有する。比較的定常的な低動作電
圧において一旦応答がなされると、放電された補助空気
破裂スパークギャップは、空気破裂スパークギャップ
（３）を、比較的高い電流量で「衝撃性」放電に導く。

【００２１】図５および６、ならびに図７から１０は、
ケーシング（４）についても特別の配慮がなされ得るこ
とを示している。すなわち、ケーシング（４）は、図示
されていないが、部分的に温度上昇ないし燃焼の際に
も、炭素を発生しない合成樹脂、あるいは裏装された合
成樹脂で構成され得る。ケーシングが合成樹脂から構成
されている場合に、温度上昇ないしその燃焼時に生ず
る、前述の諸問題は回避され得る。

【００２２】図５および６、図７から１０は、さらに、
本発明過電圧保護装置におけるケーシング（４）の側壁
（１２）が、電極（２）のスパークホーン（６）にまで
達することを示している。これにより電弧の極めて良好
な移行挙動がもたらされる。すなわち、電弧は極めて迅
速にスパークホーン先端に移行する。

【００２３】図５、６に示される本発明過電圧保護装置
（１）には、電極（２）のスパークホーン（６）に隣接
して、導電性材料、好ましくは耐焼損性材料、ことに銅
タングステン合金から成るケーシング被蓋（１３）が設
けられている。ケーシング被蓋（１３）に隣接し得るス
パークホーン（６）の端部と、被蓋（１３）との間にお
ける間隙は、これらの間に電弧が生起し得るように選択
される。上述した構造にすることにより、本発明過電圧
保護装置（１）の応答により生起する電弧は、まず放電
部分からスパークホーン（６）の先端に移行する。この
場合、スパークホーン（６）の先端と、導電性材料から
成るケーシング被蓋（１３）との間には２つの電弧が形
成される。この場合に形成される導電性ループは、両電
弧をスパークホーン（６）後方に移行させる作用を果た
す。要約すれば、まず２つの電弧が形成され、極めて高
い電弧バーニング電圧のために回路続流がもたらされ、
回路続流の消弧挙動が本質的に変えられる。

【００２４】なお図２には１個の電極（２）のスパーク
ホーン（６）に２本の条溝（７）が穿設されている点に
留意され度い。この２番目の下方条溝（７）は、両電極
（２）の各接続脚部（５）間の放電補助部材（１０）が
燃尽した場合に機能するものであって、本発明による過
電圧保護装置（１）がこのような事態になってもなお機
能することを保証するためのものである。

【００２５】図５および図６は、本発明による過電圧保
護装置（１）の好ましい実施態様を略図的に示すに過ぎ
ないが、図７から図１０は、このような好ましい実施態
様を詳細に図示している。まず図１から図６に示される
電極（２）は、空気破裂スパークギャップ（３）が下方
から上方に向けて開放されるように配置される。これに
対して、図７から図１０において構造的に詳細に図示さ
れた実施態様では、電極（２）は空気破裂スパークギャ
ップ（３）が上方から下方に向けて開放されるように配
置されている。構造的に詳細に示されている図７から図
１０は、機能的に重要な部材、すなわちスパークホーン
（６）と放電補助部材（１０）を具備する電極（２）
は、図１から６に関連して詳述したところとほぼ同様で
あるから、ここにあらためて、図７から図１０に関連し
て再度説明することを省略する。ここではケーシング
（４）に関連して、ことに構造的に説明する。

【００２６】図７および図１０に示されるように、ケー
シング（４）は、特殊な構成の被蓋（２３）を有し、そ
の上方にはドーム状部分（１４）が形成されている。こ
れには電極（２）を保持し得る保持部材（１５）が装着
されている。被蓋（２３）は、その内部に設けられるね
じ（１６）により、ケーシング本体（４）と結合され
る。

【００２７】すでに前述したように、ケーシング（４）
は少なくとも部分的に、温度上昇ないし燃焼に際して炭
素を形成しない合成樹脂で構成され、あるいは少なくと
も部分的にこのような合成樹脂により被蓋されている。
図７から１０に図示されている実施態様では、ケーシン
グ（４）が、温度上昇ないし燃焼に際して炭素をもたら
さない合成樹脂から成る被覆（１７）を有する態様も可
能である。

【００２８】図５および６と合体して、ケーシング
（４）の側壁（１２）を電極（２）のスパークホーン
（６）まで延ばし、これにより同様に著しく良好な電弧
移行挙動をもたらすことも可能である。図７から１０に
構造的に詳細に示した本発明による過電圧保護装置
（１）の実施態様において、スパークホーン（６）によ
り形成される空気破裂スパークギャップ（３）側方に境
界部材（１８）を配置することにより、同様に良好な電
弧移行挙動を達成することが可能である。

【００２９】図５および６に関連してすでに詳述したよ
うに、電極（２）のスパークホーン（６）に隣接するこ
とができ、かつ導電性材料から成るケーシング被蓋（１
３）が設けられ得る。この場合、ケーシング被蓋（１
３）と、これに隣接し得るスパークホーン（６）の端部
との間の間隔は、これらの間に電弧が生起し得るように
選定される。同様の結果は、図７から１０に詳細に図示
された構造の実施態様においてスパークホーン（６）の
端部と、導電性、かつ不燃性の材料から成る部材（１
９）とがケーシング（４）内において対向して配置され
ることにより達成される。

【００３０】図７から１０、ことに図７から９は、ケー
シング（４）、従ってまたその被蓋（２３）が、非対称
的に構成され得ることを示す。すなわち、ねじ（１６）
はまず主垂直面の一方の面に位置し、次いでその他方の
面に位置し、これによりケーシング（４）はケーシング
被蓋（２３）と結合されるが、他方において、図示され
ていない導電体と接続されている結合部材（２０）に結
合される。ケーシング被蓋（２３）をケーシング（４）
と結合するねじ（１６）の下方には、吹付け空気開口
（２１）が穿設されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による過電圧保護素子の好ましい第
１実施態様を示す側面図である。

【図２】 同じく第２実施態様を示す側面図である。

【図３】 図１の電極２本による協働作用状態を示す
側面図である。

【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ線で見た電極断面図であ
る。

【図５】 本発明による過電圧保護素子のことに好ま
しい実施態様を示す、図４と同様の図面である。

【図６】 図５による過電圧保護素子の縦断面図であ
る。

【図７】 本発明による過電圧保護素子の好ましい実
施態様を詳細に示す断面図、

【図８】 図７による過電圧保護素子の部分的平面図
である。

【図９】 図７による過電圧保護素子を、図８のＩＸ
−ＩＸ線により切断して示す断面図である。

【図１０】 同じく図７による過電圧保護素子を、図
８のＸ−Ｘ線により切断して示す断面図である。

【符号の説明】

１‥‥‥過電圧保護装置 ２‥‥‥電極 ３‥‥‥空気裂開スパークギャップ ４‥‥‥ケーシング ５‥‥‥接続脚部 ６‥‥‥スパークホーン ７‥‥‥条溝 ８‥‥‥傾斜面 ９‥‥‥間隔 １０‥‥放電補助部材 １１‥‥間隙 １２‥‥側壁 １３‥‥ケーシング被蓋 １４‥‥被蓋ドーム状部分 １５‥‥電極ドーム状部分 １６‥‥ねじ １７‥‥被覆 １８‥‥境界部材 １９‥‥不燃性材料部材 ２０‥‥結合部材 ２１‥‥吹付け空気開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲールハルト、エルテル ドイツ、32825、プロムベルク、ランガ ー、シュタインヴェーク、24 (72)発明者 ホルガー、アルトマイァー ドイツ、32839、シュタインハイム、ロ ルフツェンザー、シュトラーセ、99 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01T 1/00 - 4/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本の電極（２）、これら両電極間にお
   いて作用する空気裂開スパークギャップ（３）および両
   電極（２）を収容するケーシング（４）を具備し、この
   各電極（２）が接続脚部（５）と、これに対し鋭角を成
   して延びるスパークホーン（６）を具備し、相互に間隔
   を置いて配置される両電極（２）のスパークホーン
   （６）が、その間に空気裂開スパークギャップ（３）を
   形成する、過渡的過電圧誘導用保護装置において、電極
   （２）のスパークホーン（６）に、接続脚部（５）に接
   する一定帯域において、貫通して延びる、ことに２ｍｍ
   より小さい寸法、ことにほぼ１．５ｍｍの直径を有する
   孔（７）が穿設されていることを特徴とする、過電圧保
   護装置。