專利名稱：用于防雷電及過壓保護的裝置和模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于防雷電及過壓保護的裝置，該裝置帶有兩個電極，這兩個電極以
氣密的方式封閉由絕緣材料制成的圓柱體的兩個端面并且在如此形成的腔室內部中限定
放電空間(Entladungsraum)，此外涉及帶有這種裝置的模塊。
背景技術：
此外，這種裝置在建筑設施的主電流供應系統中作為防雷電和/或過壓保護裝 置，其中，外部導體分別通過雷電電流放電器(Blitzstromableiter)與中性導體相連件。 這種裝置還稱為火花間隙布置或放電器布置(Ableiteranordnung)。 放電器(Ableiter)用來避免生命受到傷害，設備器械損壞以及火災的發生。 防雷電和過壓保護的任務是將過電壓降至1. 5kV的防護水平，以及將高達50kA的強脈 沖電流引開。在此，可避免火焰進發(Stichflamme)和壓力波(Druckwelle)，以使得 在無需注意特別安全距離和被動防火措施的情況下安裝在典型的儀器中成為可能。滅 弧能力和電源頻率持續電流的界限必須如此地設計，即，使得不觸發用戶線保險裝置 (Hausanschlusssicherung)。最后，還要求對于標準化裝配系統的兼容性和對于氣候影響 和污染的不敏感性。 這種防雷電和過壓保護裝置的典型參數是直流擊穿電壓 (Ansprechgleichspannung)Uag > 600V，在電壓呈5kV/ii s增長時浪涌擊穿電壓 (Ansprechstossspannung)Uas《1. 5kV，在8/20 y s和10/350 y s的標準浪涌電流特性曲線 且分別為15倍負荷下標稱浪涌電流ISN為50kA，以及電源頻率持續電流《50kA。
在放電器作用(Ansprechen)時產生電弧，電弧生成燃燒產物，燃燒產物可作為導 電汽化物(Bedampfung)沉積在陶瓷或絕緣材料制成的內圓柱體上并造成絕緣失效。
為了實現保護功能要求低的動態擊穿電壓。對于整個結構元件來說，當施加斜坡 形的、以5kV/ii s增長的電壓時，所要求的值為1500V。對于單個放電器來說，這種防護水平 和其余參數意味著必須使用輔助點火部件。 一種用于改善點火性能的方法是引入例如由石 墨制成的點火條(Zuendstrich)，該點火條提供初始載流子，使電場變形(verzerren)，并 通過沿圓柱體內壁的陶瓷表面的沿面放電(Gleitentladung)來改善動態點火性能。
發明內容
本發明的目的在于，提供開頭所提及的那種類型的裝置，利用該裝置可實現或優 于所要求的參數。 本發明利用獨立權利要求的特征而實現該目的。本發明的設計方案由從屬權利要 求中體現特征。 用于防雷電和過壓保護的裝置設置有兩個電極，該兩個電極以氣密的方式封閉圓 柱體(其由絕緣材料、尤其由氧化鋁陶瓷所制成)的兩個端面，并且在由此形成的腔室的內 部中限定放電空間。在腔室內，在圓柱體和電極中的至少一個的接觸區域中如此地設置至少一個凸肩部(Abstufimg)，即，使得腔室延伸越過圓柱體的內壁。 電極優選地由銅或銅合金制成。腔室為整個充滿氣體的內部空間，該內部空間在 將圓柱體與電極相焊接或利用電極封閉圓柱體之后形成。放電空間基本上為腔室區域，然 而用于防雷電和過壓保護的高能量放電(Entlad皿g)發生在在彼此帶有較小間距對置的 電極表面之間、尤其在裝置的中間區域中形成的放電路段(Entladungsstrecke)中。圓柱 體的端側的區域稱為接觸區域，在該區域處基本上圓柱體可與電極相連接或相焊接。因此， 接觸區域延伸至少超過圓柱體內壁的厚度。 通過凸肩部，相對于各電極的絕緣路段至少延伸了凸肩部的長度和高度。由此，使 得即便在反復的浪涌電流和持續電流負荷下，裝置或放電器在整個使用壽命期間實現高絕 緣水平。 設置的是，凸肩部布置在圓柱體的端側內壁中。備選地或補充地，凸肩部布置在至 少一個電極中。 安置在圓柱體內壁上且在一實施形式中延伸至圓柱體的端側內壁的輔助點 火部件(尤其如由石墨制成的點火條)改善裝置或放電器的點火性能和負荷能力 (Belastbarkeit)。輔助點火部件通過尤其提供初始載流子、使電場變形以及改進沿陶瓷圓 柱體的表面的沿面放電從而改善放電器的動態點火性能。 備選地或者補充地，在輔助點火部件處設置，使電極覆蓋(b印asten)有活化物 (Aktivierungsmasse)，這同樣可改善點火性能。 當輔助點火部件在圓柱體內壁上延伸至圓柱體端側內壁中的凸肩部時，可進一步 改善裝置的點火特性。由此，可調整點火條端部與金屬電極(半絕緣(Restisolation))的 間距并且將該間距保持成如此地小，即，使得優化點火條功能。尤其在一實施形式中設置， 輔助點火部件在從圓柱體內壁至端側內壁的過渡區域中變寬。 點火條的幾何形狀的其它變型可如此地設置，S卩，其使得放電器的動態點火性能
進一步改善。 在一實施形式中，如此形成的點火條以45。的間距分布在圓柱體的內圓周上。 裝置如此地設計，S卩，使得為了堆疊多個類似裝置，裝置構造成可堆疊的。由此，可
以簡單的方式構造帶有多個可單獨更換且具有不同擊穿電壓的裝置的模塊。 在一實施形式中，至少一個電極不僅具有盆狀區域而且具有凸筋狀
(sickenfoermig)區域，這些區域在裝置的縱軸線方向上分別在圓柱體和電極的接觸面的
平面的兩側延伸。這使得尤其有效的堆疊成為可能，因為兩個放電器的中間電極只需存在
一次，但是作為電極供兩個放電器使用。 在一實施形式中，如此地構造放電器，S卩，使得電極在裝置的橫軸線處呈鏡像對 稱，這使得帶有如此形成的模塊的小尺寸的有效堆疊成為可能。 在模塊中，多個裝置或放電器串聯聯接。當兩個串聯聯接的裝置具有中間公共的、
構造成兩個裝置中每一個的兩個電極中的一個的電極時，則特別節省空間。 當以與串聯聯接的裝置的至少一部分并聯的方式聯接壓敏電阻(Varistor)時，
可優化由串聯聯接的放電器組成的模塊的特性。根據需要也可以與放電器的組合物并聯的
方式聯接多個壓敏電阻。 在模塊的一實施形式中，串聯聯接多個帶有不同擊穿電壓的放電器。
4
應用帶有不透氣密閉的充滿氣體的殼體的一個或多個放電器使得避免火焰進發或壓力波成為可能。 在模塊內串聯聯接帶有不同性質的多個放電器使得要求的直流擊穿電壓，浪涌擊
穿電壓和電源頻率持續電流的控制(Beherrschimg)成為可能。附加的這樣的布線(即，串
聯聯接的多個元件帶有與其并聯布置的壓敏電阻)有助于在加載所要求的直流擊穿電壓
和浪涌擊穿電壓時的性能。單個放電器的高電弧電壓限制了電源頻率持續電流。 通過高熱容量的布置(尤其在應用銅電極時)以及填充氣體良好的導熱性，使電
弧有效冷卻并改善滅弧性能。 在實際實施形式中，模塊包括帶有布置在模塊兩側的兩個導電保持器的保持裝置，保持器通過間隔絕緣件(Abstandsisolator)連接并夾持模塊。放電器以及在根據需要夾持在兩個接觸元件之間的模塊中的放電器的串聯聯接的盡可能低的結構高度簡化了裝置的裝配。 放電器的結構和帶有多個放電器的模塊化結構的可能性使得裝置的優化成為可
能。點火條的應用和造型支持了裝置的限定的作用。 放電器與壓敏電阻的組合改善了對待保護設備的保護。
通過下文附圖和實施例進一步闡明上述內容。 下文所描述的附圖并非按實際比例加以理解。相反地，為了更好的圖示，可將單個尺寸以放大、縮小或甚至變形的方式示出。相同或具有相同功能的元件使用相同的參考標號加以標示。 圖la顯示了帶有由絕緣材料制成的圓柱體中的凸肩部的放電器， 圖lb顯示了帶有在兩個電極的每一個中的凸肩部的放電器， 圖lc顯示了帶有凸肩部的絕緣圓柱體和在內壁和凸肩部上的點火條， 圖Id在透視圖中顯示了根據圖lc的圓柱體， 圖2顯示了帶有堆疊的放電器的串聯聯接的第一模塊， 圖3顯示了帶有堆疊的放電器的串聯聯接的第二模塊， 圖4a_c顯示了帶有與放電器并聯的壓敏電阻的模塊的等效電路圖， 圖5顯示了處于夾持中的、帶有壓敏電阻的第三模塊。
具體實施例方式
根據圖la的放電器包括殼體，該殼體由圓柱體1 (其由絕緣材料、例如由A1203構成的陶瓷所制成)和兩個電極2， 3 (其尤其帶有有利的流動特性和高導熱性，例如由銅所制成)形成。電極尤其對稱。放電空間處于由殼體形成的腔室7的內部中。通過陶瓷中的凸肩部4，保證了即使在反復的浪涌電流和持續電流負荷下，放電器在其整個使用壽命內也可達到足夠的高絕緣水平。凸肩部延長了電極間的壁側絕緣路段。 根據圖lb，作為放電器的另一個實施例，放電器包括殼體，殼體由圓柱體ll(其由絕緣材料、例如由A1203構成的陶瓷所制成)和兩個電極21， 31 (其尤其帶有有利的流動特性和高導熱性，例如由銅所制成)形成。電極尤其對稱。放電空間處于由殼體形成的腔室71的內部中。通過分別在電極中的凸肩部41，保證了即便在反復的浪涌電流和持續電流負荷下，放電器在其整個使用壽命內也可達到足夠的高絕緣水平。凸肩部延長了電極間的壁側絕緣路段。 根據圖la和lb，放電器具有例如30mm的外直徑D，以及例如3mm或4mm的高度H。
在陶瓷中的凸臺部(Stufe)4或者電極中的凸臺部41阻止了放電器中電弧放電(Lichtbogenentladung)時的連續汽化物層和由此可導致功能減弱或不可用的放電器絕緣問題。 通過在殼體的內面上應用點火條5或51并且利用活化物覆蓋電極，可進一步優化放電器的點火性能和負荷能力。 在此，對于裝置或每個放電器的點火條的功能而言，點火條與放電器的金屬電極的間距為重要的。在根據圖la的實施形式中，優選地使點火條成形直到陶瓷中的凸肩部中是有利的，因為這改善點火條的連結。由此，可優化點火條端部到電極的路徑。
圖lc以細節圖顯示了圓柱體內壁和凸肩部4上的點火條52，并且圖ld以透視圖顯示。點火條在圓柱體內壁和凸肩部4之間的棱邊區域加寬。當然設置其它的點火條幾何形狀。為了與電極中的一個進行封閉焊接，將金屬噴涂物6施加到圓柱體端側的一部分上。
在這種封閉焊接(在其中，有利地應用具有高的導熱性和可取決于壓力而容易調節的介電強度(Durchschlagsfestigkeit)的混合氣體，例如Ar_/H2-/Ne-混合物)之后，形成帶有限定調節的靜態和動態點火特性和高電弧電壓的、氣密的、充有氣體的放電器。
為了實現防雷電和較高電壓防護，優選地將多個根據圖la或圖lb所構造的放電器串聯聯接并形成模塊。為了優化結構體積和生產工藝，設置根據圖2或圖3的其它實施例，在其中，絕緣陶瓷12， 14， 16以及18相對于電極22， 32或電極23a，23b相對于絕緣陶瓷13，15和17帶有凸肩部。 根據圖2和圖3，電極中的至少一個不僅具有盆狀區域25， 35或27， 28而且具有凸筋狀區域24， 34或26，這些區域在裝置的縱軸線方向上分別在圓柱體和電極的接觸面的平面的兩側延伸。這就使得特別有效的堆疊成為可能，因為兩個放電器的中間電極25或28只需存在一次，但可作為電極供兩個相關聯的放電器使用。 放電器應如此地構造，既，使得電極在裝置的橫軸線處呈鏡像對稱。這就使得帶有如此形成的模塊的小尺寸的有效堆疊成為可能。 在根據圖2或圖3的模塊中，多個裝置或放電器串聯聯接。當兩個串聯聯接的裝置具有中間公共電極(其構造為兩個裝置中的每一個的兩個電極中的一個)時，則特別節省空間。 根據圖4，總體布置由帶有相同特性(FS200)或者不同特性(例如直流擊穿電壓為200V或600V)的單個放電器FS200和FS600串聯聯接組成。不同的局部路段(Teilstrecke)的外部布線是有利的。該布線實現優選地帶有壓敏電阻V1，V2，V3。但是，還可通過其它方式以這樣的目的實現布線，即，在動態負荷下實現一個或多個單個放電器處的快速勢能增長。 圖4a顯示了包括帶有Uag = 200V的六個元件FS200和帶有Uag = 600V的一個元件FS600、結合兩個壓敏電阻V1(帶有250V)和V2 (帶有420V)優選的實施形式。圖4b顯示了與圖4a相同的放電器布置，但帶有兩個各帶有200V的壓敏電阻V3 ，兩個電阻器V3以
6分別與串聯聯接的三個放電器FS200相并聯且彼此相串聯的方式而聯接。圖4c顯示了與 圖4a相同的放電器布置，但帶有壓敏電阻V2 (帶有420V)，該壓敏電阻V2以與六個放電器 FS200并聯的方式而聯接。 圖5顯示了由單個放電器FS200和FS600的串聯聯接，該串聯聯接在考慮標準化 的匯流排系統(Schienensystem)中的可裝配性的情況下優選地通過夾持在導電的、鉗子 狀的保持器61，62，63中來實現。保持器61和63通過間隔保持器(Abstandshalter)而彼 此絕緣。與放電器FS200相并聯聯接有壓敏電阻V。 通過可改變或更換單個放電器并可實行不同的局部路段的外部布線，夾持使得電 氣特性與應用情況的簡單匹配成為可能。布線實現優選地帶有壓敏電阻，但是，還可通過其 它方式以這樣的目的實現布線，即，在動態負荷下實現一個或多個單個放電器處的快速勢 能增長。
權利要求
一種用于防雷電和過壓保護的裝置，所述裝置帶有兩個電極(2，3；21，31；22，32)，所述兩個電極(2，3；21，31；22，32)以氣密的方式封閉由絕緣材料制成的圓柱體(1；11；12)的兩個端面并且在如此形成的腔室中限定放電空間(7；71)，其中，在所述腔室內在至少一個所述電極和所述圓柱體的接觸區域中如此地設置至少一個凸肩部(4；41；42)，即，使得所述腔室延伸越過所述圓柱體的內壁。
2. 根據權利要求l所述的裝置，其特征在于，凸肩部布置在所述圓柱體的端側內壁中和/或至少一個所述電極中。
3. 根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述圓柱體的內壁具有輔助點火部件 (5 ;51)，所述輔助點火部件(5 ;51)延伸至所述圓柱體的端側內壁上。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述輔助點火部件(5 ;51)為條狀，并且 延伸至所述圓柱體的端側內壁的凸肩部上。
5. 根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述輔助點火部件在從所述圓柱體的 內壁至端側內壁的過渡區域中變寬。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置構造成可堆疊的， 以用于堆疊多個類似的裝置。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，至少一個所述電極不僅具有盆狀區域 (25,35)而且具有凸筋區域(24，34)，所述區域在所述裝置的縱軸線方向上分別在所述圓 柱體和所述電極的接觸面的平面的兩側延伸。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述電極在所述裝置的橫軸 線處呈鏡像對稱。
9 一種模塊，所述模塊包括多個根據權利要求1至8中任一項所述的、串聯聯接的裝置 (FS200， FS600)。
10. 根據權利要求9所述的模塊，其特征在于，兩個串聯聯接的裝置具有中間公共的電極(32， 35， 36 ;28)，所述電極(32， 35， 36 ;28)構造為兩個裝置中每一個的兩個電極中的一 個。
11. 根據權利要求9或10所述的模塊，其特征在于，所述模塊包括帶有兩個布置在所 述模塊兩側的導電保持器(61,62)的保持裝置，所述保持器(61,62)通過間隔絕緣件(63) 連接并且夾持所述模塊。
12. 根據權利要求9至11中任一項所述的模塊，其特征在于，以并聯于串聯聯接裝置的 至少一部分的方式聯接有壓敏電阻(V ;V1， V2 ;V3)。
13. 根據權利要求9至12中任一項所述的模塊，其特征在于，串聯聯接多個帶有不同擊 穿電壓的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種防雷電和過壓保護裝置，該裝置帶有兩個電極(2，3；21，31；22，32)，該兩個電極(2，3；21，31；22，32)以氣密的方式封閉由絕緣材料制成的圓柱體(1；11；12)的兩個端面并且在如此形成的腔室中限定放電空間(7；71)，其中，在腔室內在圓柱體和電極中的至少一個的接觸區域中如此地設置至少一個凸肩部(4；41；42)，即，使得腔室延伸越過圓柱體的內壁。一種模塊包括多個這種裝置或放電器。
文檔編號H01T4/16GK101779349SQ200880103508
公開日2010年7月14日 申請日期2008年6月20日 優先權日2007年6月21日
發明者G·茲梅曼恩, J·博伊, T·維斯特貝 申請人:埃普科斯股份有限公司