電壓浪涌保護裝置和高電壓斷路器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于保護高電壓裝置的電壓浪涌保護裝置1、21、31。電壓浪涌保護裝置1、21、31包括變阻器2、22、32，變阻器具有由變阻器材料4、24、34隔開的第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b。電壓浪涌保護裝置1、21、31進一步包括可擴張部件5、25、35，可擴張部件布置成在變阻器2、22、32的第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b之間施加閾值電壓之后，作用于可動電觸頭7、27、37上，以使電壓浪涌保護裝置1、21、31短路。本發(fā)明還涉及高電壓斷路器。
【專利說明】電壓浪涌保護裝置和高電壓斷路器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明大體涉及高電壓裝置的領域，并且更特別地，涉及保護這樣的高電壓裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]大多數(shù)電力系統(tǒng)和裝置有時候都會經(jīng)受施加的過度瞬態(tài)電壓，而且例如由于雷擊的原因而產生的這樣的電壓浪涌可導致代價非常高的損害和后續(xù)服務中斷。因此需要用于保護電力系統(tǒng)和裝置的器件。
[0003]常常使用依賴于電壓的電阻器即變阻器來保護電力裝置免受電壓浪涌的影響。變阻器還被稱為非線性電阻器，因為它具有非線性電流-電壓特性。如果施加的電壓小于某個電壓，則變阻器基本是絕緣體。如果施加的電壓高于某個電壓(開關電壓)，則變阻器電阻下降，并且允許增加的電流流過它。變阻器并聯(lián)地連接到待保護的裝置上，并且布置成在被過電壓觸發(fā)時，使高電壓產生的電流分流離開裝置。
[0004]另外，可利用各類斷路器來中斷故障電流。但是，針對DC電流設計斷路器是困難的，因為電流高，沒有中斷電流時的任何零電流穿越。
[0005]基于絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的一種已知的高電壓直流(HVDC)斷路器技術包括多個堆疊地安裝的IGBT單元。各個單元包括并聯(lián)連接的若干IGBT模塊，各個模塊又包括多個并聯(lián)的半導體芯片，半導體芯片通常僅承受線電壓的一小部分。如果一個這種半導體芯片(IGBT芯片)被過電壓破壞，則內部裝置使其短路，內部裝置必須經(jīng)受住滿線電流。短路裝置具有有限的電流承受容量，而且必須在短時間內更換整個IGBT單元。
[0006]對于DC斷路器應用，由于連續(xù)的大DC電流沒有任何零電流穿越(這將加強從一個失效IGBT芯片到另一個的過渡)，所以失效的IGBT芯片無法長時間停留在短路模式中。因而必須使DC斷路器跳脫，而且必須更換失效裝置。
[0007]因而在這方面需要改進。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目標是提供一種用于高電壓裝置的使得能夠進行安全短路功能的電壓浪涌保護裝置，諸如斷路器。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目標由用于保護高電壓裝置的電壓浪涌保護裝置實現(xiàn)。電壓浪涌保護裝置包括變阻器，變阻器具有由變阻器材料隔開的第一部分和第二部分。電壓浪涌保護裝置包括可擴張部件，可擴張部件布置成在變阻器的第一部分和第二部分之間施加閾值電壓之后，作用于可動電觸頭上，以使電壓浪涌保護裝置短路。本發(fā)明提供電壓浪涌保護裝置，其使用變阻器的熱能來觸發(fā)旁通過程，由此就不需要外部控制或輔助功率供應來形成旁路。
[0010]在實施例中，當經(jīng)受閾值電壓時，變阻器材料產生熱和/或氣體，從而使可擴張部件擴張。
[0011]在實施例中，可動電觸頭布置成能夠在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置上，電壓浪涌保護裝置未啟動，而在第二位置上，電壓浪涌保護裝置被啟動。當可動電觸頭在其第二位置上時，第一部分和第二部分通過可動電觸頭電連接。
[0012]在實施例中，變阻器包括至少部分地沿電壓浪涌保護裝置的長度方向包圍變阻器的電絕緣殼體?？蓜与娪|頭布置成能夠沿著電絕緣殼體在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置上，電壓浪涌保護裝置未啟動，而在第二位置上，電壓浪涌保護裝置被啟動，其中，當可動電觸頭在其第二位置上時，第一部分和第二部分通過可動電觸頭電連接。
[0013]在實施例中，可動電觸頭包括可動螺旋彈簧或可動金屬環(huán)。
[0014]在實施例中，電壓浪涌保護裝置包括布置在可擴張部件和電觸頭之間的可動電絕緣環(huán)?？蓴U張部件布置成通過可動電絕緣環(huán)作用于可動電觸頭上?？蓜与娊^緣環(huán)可布置成能夠沿著電絕緣殼體移動，電絕緣殼體至少部分地沿電壓浪涌保護裝置的長度方向包圍變阻器。
[0015]在實施例中，可動電觸頭布置在可擴張部件和電絕緣環(huán)之間。當在第二位置上時，可動電觸頭接觸螺旋彈簧，螺旋彈簧布置在下部部分上。
[0016]在實施例中，可動電觸頭布置在通過至少部分地沿長度方向包圍變阻器的電絕緣殼體且進入到變阻器材料中的膛孔中，以及，可動電觸頭的一個側端接觸可擴張部件，可擴張部件布置成圍繞變阻器材料且部分地在膛孔中的殼，可動電觸頭布置成沿徑向方向移動。
[0017]在實施例中，可擴張部件包括在經(jīng)受溫度升高和/或壓力時能夠擴張的材料。
[0018]在實施例中，可擴張部件包括硅酮凝膠、硅酮糊或硅酮脂。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，目標由一種高電壓斷路器實現(xiàn)，該高電壓斷路器包括串聯(lián)連接的一個或多個半導體單元，其中，以上所述的電壓浪涌保護裝置并聯(lián)地連接到各個這種半導體單元上。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，目標由一種高電壓斷路器實現(xiàn)，該高電壓斷路器包括兩個或更多個半導體單元，其中，半導體單元反串聯(lián)地連接成對，以及其中，以上所述電壓浪涌保護裝置并聯(lián)地連接到各個這種成對的半導體單元上。
[0021]在閱讀以下描述和附圖之后，本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點將變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1a和Ib示出在啟動之前和之后的、根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電壓浪涌保護
>J-U ρ?α裝直。
[0023]圖2示出圖1a和Ib的電壓浪涌保護裝置的變阻器的上部部分。
[0024]圖3a和3b示出在啟動之前和之后的、根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電壓浪涌保護
>J-U ρ?α裝直。
[0025]圖4示出本發(fā)明的實施例的特征。
[0026]圖5a、5b和5c在不同視圖中不出在啟動之前和之后的、根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電壓浪涌保護裝置。
[0027]圖6示出包括保護裝置的HVDC斷路器的第一實施例。
[0028]圖7示出包括保護裝置的HVDC斷路器的第二實施例?！揪唧w實施方式】
[0029]在以下描述中，為了闡明而不是限制，闡述了具體細節(jié)，諸如特定的設計等，以便提供對本發(fā)明的徹底理解。但對本領域技術人員顯而易見的將是，可在脫離這些具體細節(jié)的其它實施例中實踐本發(fā)明。在其它情況下，省略了對眾所周知的裝置和電路的詳細描述，以防止不必要的細節(jié)使本發(fā)明的描述模糊不清。相同標號在描述中指示相同元件。
[0030]圖1a和Ib示出在啟動之前和之后的、根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電壓浪涌保護裝置。在圖1a中以橫截面視圖示出啟動之前的電壓浪涌保護裝置1，在下面表示為保護裝置I。電壓浪涌保護裝置I適于保護高電壓裝置、高電壓直流裝置以及高電壓交流裝置。
[0031]保護裝置I包括變阻器2，變阻器2具有優(yōu)選為圓柱形的密封絕緣殼體3。變阻器2包括第一部分2a (在下面表示為上部部分2a)和第二部分2b (在下面表示為下部部分2b)。上部部分2a和下部部分2b由金屬制成且構成電極。上部部分2a和下部部分2b由變阻器材料4隔開。變阻器2例如可為金屬氧化物變阻器(MOV)。因而在保護裝置I的長度方向L上，變阻器2包括上部部分2a、變阻器材料4和下部部分2b。
[0032]變阻器2的變阻器材料4和上部部分2a被可擴張部件5沿周向和長度方向L包圍。因而可擴張部件5沿保護裝置I的徑向方向r布置在一側上的包圍的圓柱形絕緣殼體3的至少一部分和另一側上的變阻器2的變阻器材料4和上部部分2a之間。可擴張部件5包括具有超過變阻器2的保護水平的電壓承受力的材料。在變阻器2失效之前，可擴張部件5在熱、化學和電方面是穩(wěn)定的，并且選擇可擴張部件5，以便經(jīng)受住在變阻器2吸收其額定能量時出現(xiàn)的溫度，例如250°C。變阻器材料4在變阻器2失效之后產生的熱快速且高效地傳遞到可擴張部件5。
[0033]在變阻器2失效之后(例如由超過300°C的變阻器溫度限定，或者由變阻器2的套環(huán)內部或沿著套環(huán)發(fā)生的起弧限定)，可擴張部件5發(fā)生熱擊穿，從而通過化學分解產生氣體。包圍變阻器材料4的可擴張部件5具有使得氣體壓力能夠啟動電觸頭裝置的粘度，這將在下面更詳細地描述。
[0034]變阻器2的上部部分2a設計成以便在離保護裝置I的中心徑向的一距離處包括環(huán)形第一通道8，第一通道8具有適當?shù)牡谝粚挾葁l，并且部分地被填充。為了清楚，在圖2中單獨示出第一通道8，而且可在圖1a和Ib中看出，可擴張部件5布置在第一通道中。
[0035]可動絕緣環(huán)6布置成圍繞絕緣殼體3的套環(huán)。絕緣環(huán)6能夠沿保護裝置I的長度方向1，即，沿著絕緣殼體3，在第一位置和第二位置之間移動。絕緣環(huán)6的上表面接觸可擴張部件5。因而可擴張部件5被變阻器的上部部分2a、變阻器材料4和絕緣環(huán)6包圍。
[0036]絕緣殼體3可具有圖1a和Ib中示出的階梯形狀，其在上部端處具有位于絕緣環(huán)6上的凸出部分3a。絕緣環(huán)6具有第一位置，在第一位置處，絕緣環(huán)6的上表面的一部分貼靠凸出部分3a。可擴張部件5包圍絕緣殼體3的凸出部分3a。絕緣殼體的階梯形狀具有下部凸出部分3b，下部凸出部分3b被變阻器2的下部部分2b包圍，從而使得能夠從第二通道9接近下部部分2b的一部分。
[0037]在徑向方向r上，第二環(huán)形通道9形成于第一通道8中。第二通道9形成于絕緣殼體3和上部部分2a的最外部分之間。第二環(huán)形通道9具有第二寬度《2。變阻器2的下部部分2b與絕緣殼體3共同組成第二通道9的第一壁。變阻器2的上部部分2a的最外部分組成第二通道9的相對的第二壁。[0038]在第二通道9中布置有可動導電觸頭裝置7，例如螺旋彈簧。觸頭裝置7能夠沿保護裝置I的長度方向L，即，部分地沿著絕緣殼體3，在第一位置Pl和第二位置P2之間移動。在保護裝置I的長度方向L上，觸頭裝置7位于絕緣環(huán)6下面。為了描述本發(fā)明，觸頭裝置7在下面由螺旋彈簧例示，但要注意的是，觸頭裝置7可為使得能夠進行電接觸的任何適當?shù)难b置，例如金屬環(huán)。螺旋彈簧7提供穩(wěn)定短路，因為在第二位置P2上，它與上部部分2a和下部部分2b兩者具有若干個接觸表面。另外，容易使螺旋彈簧7就位，從而使得制造保護裝置I簡單。
[0039]圖1b示出保護裝置I處于其啟動狀態(tài)。如提到的那樣，絕緣環(huán)6是可動的，并且在其未啟動狀態(tài)中具有上部位置(在圖1a中在Pl處示出)，以及具有下部位置P2(在圖1b中示出)，當保護裝置I啟動時，絕緣環(huán)6在下部位置P2上。螺旋彈簧7可動地布置在絕緣環(huán)6下面，而且當可擴張部件5作用于絕緣環(huán)6上時，絕緣環(huán)6因而向下移動，螺旋彈簧7也向下移動。
[0040]在圖1a中示出的正常運行中，絕緣環(huán)6和螺旋彈簧7在它們的上部位置Pl上，從而在變阻器2的上部部分2a和下部部分2b之間留下空氣間隙?？諝忾g隙包括寬度w2的第二通道9。
[0041]當變阻器2失效時，變阻器材料4產生熱，而且很可能產生氣體。然后可擴張部件5由于溫度和氣體壓力升高而擴張。如提到的那樣，可擴張部件5因而作用于絕緣環(huán)6上，絕緣環(huán)6使螺旋彈簧7移動，然后它們兩者在它們的下部位置P2上。在下部位置P2上，螺旋彈簧7與變阻器2的上部部分2a電接觸，而且也與變阻器2的下部部分2b電接觸。因而螺旋彈簧7通過在上部部分2a和下部部分2b之間提供電接觸來使保護裝置I短路。
[0042]圖3a和3b示出在啟動之前和之后的、根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電壓浪涌保護裝置21。電壓浪涌保護裝置21 (在下面是保護裝置21)類似于第一實施例，其包括變阻器22，變阻器22具有由變阻器材料24隔開的第一部分22a(在下面表示為上部部分22a)和第二部分22b (在下面表示為下部部分22b)。
[0043]在第二實施例中，電觸頭27包括可動金屬環(huán)27，可擴張部件25以類似于上面描述的第一實施例的方式作用于可動金屬環(huán)27上。僅在下面描述各實施例之間的主要差別。可動絕緣環(huán)26布置在金屬環(huán)27下面，并且確保所需的電壓承受力。在第一位置P1’上，當保護裝置21未啟動時(圖3a)，絕緣環(huán)26貼靠布置在下部部分22b上的螺旋彈簧28。
[0044]在第二位置P2’上，可動金屬環(huán)27接觸布置在變阻器22的下部部分22b上的螺旋彈簧28。螺旋彈簧28提供穩(wěn)定短路，因為它與上部部分22a和下部部分22b兩者具有若干個接觸表面。
[0045]像在第一實施例中那樣，當變阻器22失效時，變阻器材料24產生熱和氣體。然后可擴張部件25由于溫度和氣體壓力升高而擴張且移動?？蓴U張部件25作用于金屬環(huán)27上，金屬環(huán)27使下部位置P2’移動。在下部位置P2’上，金屬環(huán)27通過在變阻器22的上部部分22a和下部部分22b之間提供電接觸來使保護裝置I短路。
[0046]在實施例中，電壓浪涌保護裝置I包括布置在可擴張部件5、25和電觸頭7、27之間的可動電絕緣環(huán)6。然后可擴張部件5、25布置成通過可動電絕緣環(huán)6來作用于可動電觸頭7、27上。可動電絕緣環(huán)6可布置成沿著電絕緣殼體3、23移動。
[0047]在另一個實施例中，可動電觸頭7布置在可擴張部件5、25和電絕緣環(huán)26之間。當在第二位置P2、P2’上時，可動電觸頭7接觸螺旋彈簧28。然后螺旋彈簧28布置在下部部分 2b, 22b 上。
[0048]圖4示出本發(fā)明的實施例的特征。變阻器2、22可由于內部起弧而失效。為了確保在變阻器失效之后產生的氣體壓力在氣體從變阻器的上部部分2a和下部部分2b的水平表面泄漏的情況下也將作用于周圍的可擴張部件5、25上，可如圖4中示出的那樣加工與變阻器材料4、24接觸的表面。也就是說，表面包括突出部分，其大小為幾毫米，從而產生供氣體作用于可擴張部件5、25上的道路，同時仍然允許與變阻器2、22可靠地電接觸。
[0049]圖5a、5b和5c示出電壓浪涌保護裝置I的又一個實施例。特別地，圖5a和5b示出在啟動之前的根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電壓浪涌保護裝置31，而圖5c則示出在啟動之后的電壓浪涌保護裝置31。電壓浪涌保護裝置31 (在下面是保護裝置31)類似于前面的實施例，因為它包括變阻器32，變阻器32具有由變阻器材料34隔開的第一部分32a和第二部分32b。與前面的實施例相反，可動電觸頭37布置成沿水平方向而非沿豎向方向移動。
[0050]圖5a和5b示出保護裝置31處于未啟動位置，圖5a為橫截面?zhèn)纫晥D，而圖5b為橫截面俯視圖。如在徑向方向上看到的那樣，可擴張部件35設置在變阻器材料34和電絕緣殼體33之間。在豎向方向上，變阻器材料34設置在變阻器32的第一部分32a和第二部分32b之間。因而可擴張部件35布置成圍繞變阻器材料34的圓柱形殼，如在圖5b中最佳地看到的那樣。
[0051]可動電觸頭37可動地布置在第一位置Ρ1'和第二位置P2〃之間，在第一位置上，保護裝置31未啟動，而在第二位置上，保護裝置31被啟動。當在第一位置Pl"上時，即，當可擴張部件35尚未由于來自變阻器材料34的氣體和壓力而擴張時，可動電觸頭37布置成部分地通過包圍變阻 器32的電絕緣殼體33，以及部分地在電絕緣殼體33外部，從而從殼體33突出。
[0052]可動電觸頭37的端側39與可擴張部件35接觸?？煽吹娇蓜与娪|頭37布置在通過電絕緣殼體33的膛孔中。膛孔一直持續(xù)到可擴張部件35的殼，從而可擴張部件35填充這個膛孔的一部分，以及從而與可動電觸頭37的端側39接觸。因而可擴張部件35在擴張之后可作用于可動電觸頭37上。
[0053]至于上面描述的實施例，當變阻器32失效時，可擴張部件35擴張，并且使可動電觸頭37移動到其第二位置P2〃，在第二位置上，第一部分32a和第二部分32b借助于可動電觸頭37如之前提到的那樣沿徑向方向移動來進行電接觸，并且從而使保護裝置31短路。
[0054]因而可動電觸頭37布置在通過至少部分地沿長度方向包圍變阻器32的圓柱形電絕緣殼體33的膛孔中?？蓜与娪|頭37的端側與可擴張部件35接觸，可擴張部件35布置成圍繞變阻器材料34且部分地在膛孔中的圓柱形殼。可動電觸頭37布置成沿徑向方向，即，沿垂直于保護裝置31的長度方向的方向移動。
[0055]已經(jīng)在上面參照圖la、lb、2、3a、3b和5a、5b、5c描述了三個特定實施例,但在其最一般的實施例中，保護裝置1、21、31包括變阻器2、22、32，變阻器具有由變阻器材料4，24，34隔開的第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b。保護裝置1、21、31包括布置成作用于可動電觸頭7、27、37上的可擴張部件5、25、35。當在變阻器2、22、32的第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b之間施加閾值電壓時，電壓浪涌保護裝置1、21、31短路。
[0056]這可由在經(jīng)受閾值電壓時產生熱和/或氣體(一種或多種)的變阻器材料4、24、34實現(xiàn)，并且產生的熱和/或氣體使可擴張部件5、25、35擴張。
[0057]可動電觸頭7，27，37布置成能夠在第一位置Ρ1、Ρ1’、Ρ1〃和第二位置Ρ2、Ρ2’、Ρ2〃之間移動，在第一位置PU Ρ1’、Pr上，電壓浪涌保護裝置1、21、31未啟動，而在第二位置?212’、？2〃上，電壓浪涌保護裝置1、21、31被啟動。在第一位置Ρ1、Ρ1’、Ρ1’上，變阻器且特別是變阻器材料4、24、34基本是不導電的。在可動電觸頭7，27，37的第二位置Ρ2、Ρ2’、Ρ2〃上，第一部分2a、22a、32a和第二部分2b、22b、32b通過可動電觸頭7、27、37電連接。
[0058]可動電觸頭7、27、37可布置成能夠沿著電絕緣殼體3、23、33移動，電絕緣殼體3、23,33至少部分地沿保護裝置I的長度方向L包圍變阻器2、22、32。
[0059]如之前描述的那樣，可動電觸頭例如可包括可動螺旋彈簧7或可動金屬環(huán)27。
[0060]圖6示出包括上面描述的保護裝置1、21、31的HVDC斷路器的第一實施例。HVDC斷路器40包括若干個串聯(lián)連接的半導體，例如IGBT單元411;412，…，41n。各個IGBT單元可包括若干并聯(lián)連接的IGBT模塊。描述的一個保護裝置1、21、31并聯(lián)地連接到各個這種IGBT單元411;412，…，41n。要注意的是，雖然IGBT單元在這里用作示例，以示出和描述本發(fā)明，但其它半導體裝置也可受到有創(chuàng)造性的概念的保護。另外，除了半導體裝置之外的其它開關應用以及甚至其它裝置可受到本發(fā)明的各方面中的保護裝置的保護。
[0061]圖7示出包括保護裝置的HVDC斷路器的第二實施例。這個實施例的HVDC斷路器50還包括多個串聯(lián)連接的IGBT單元511;512，…，51n_1; 51n，其中，IGBT單元反串聯(lián)地連接成對，使得能夠在兩個電流方向上中斷電流。描述的一個保護裝置1、21、31并聯(lián)地連接到兩個這樣的IGBT單元。
[0062]在失效之后，IGBT單元應當進入短路失效模式(SCFM)。保護裝置1、21、31提供這種SCFM。當IGBT單元失效時，保護裝置1、21、31從圖1a和3a和5a、5b中示出的狀態(tài)變成圖1b和3b和5c中示出的啟動 狀態(tài)，如關于這些圖所描述的那樣。
[0063]在變阻器失效之后，保護裝置1、21、31的行為如下:
-如果變阻器溫度超過450-500°C，則包圍變阻器2、22、32的可擴張部件5、25、35會以熱的方式擊穿，從而通過化學分解產生氣體。產生的氣體應當不是有毒或腐蝕性的。
[0064]-包圍變阻器的可擴張部件5、25、35應具有使得氣體壓力能夠啟動電觸頭7、27、37的粘度。
[0065]-殼體應在機械上經(jīng)受住由于發(fā)氣或起弧而產生的內部氣體壓力。
[0066]-保護裝置1、21、31且特別是變阻器2、22、32借助于電觸頭7、27、37而永久地短路，并且氣體壓力將降低。
[0067]如之前提到以及如在上面明顯的那樣，可擴張部件5、25、35應當滿足幾個要求。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以下聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料組具有所需的電、熱和粘度屬性:
1)硅酮凝膠:兩個成分，在室溫下凝固；非常軟(凝膠硬度<100g，穿透率>5mm);高達+250°C時熱穩(wěn)定；在大約400°C下開始的無氧環(huán)境中加熱期間，硅酮凝膠分解成三甲基環(huán)硅氧烷(tricyclosilicone) (Si (CH3) O) 3和其它分子重量低的環(huán)硅氧烷；
2)硅酮糊:由PDMS和增稠劑組成，例如無定形二氧化硅(SiO2);以類似于硅酮凝膠的方式分解；比硅酮凝膠更好地傳遞液壓；
3)硅酮脂:由硅酮油和增稠劑組成，例如無定形二氧化硅和其它填充劑；以類似于硅酮凝膠的方式分解；像硅酮糊那樣傳遞液壓。[0068]在變阻器失效之后，很可能的是可擴張部件5、25、35快速分解。然后分解氣體將主要由分子重量低的聚硅氧烷(cyclosilicone)組成,其中三環(huán)硅氧烷(TCDMS)構成最大體積。因為TCDMS的沸點為133°C，所以它在變阻器2、22、32的失效溫度下氣化?？晒烙嫯a生的氣體(TCDMS)量，以便確定確保電觸頭7、27、37啟動所需的材料量。根據(jù)材料量，可計算出包圍變阻器塊2a、4、2b的硅酮凝膠、膠糊或油脂的層厚。
[0069]理論上，對各個摩爾的PDMS產生I摩爾TCDMS。作為保守假設，材料包括50%的PDMS0假設50%的擊穿產物的也包括TCDMS。這意味著僅使用25%的材料來產生氣體。在下面的表中，針對兩個實施例(分別關于圖la、Ib和3a、3b所描述的實施例1、實施例2)來
估計所需層厚
【權利要求】
1.一種用于保護高電壓裝置的電壓浪涌保護裝置(1，21，31)，所述電壓浪涌保護裝置(1,21,31)包括變阻器(2，22，32)，所述變阻器具有由變阻器材料(4，24，34)隔開的第一部分(2a，22a，32a)和第二部分(2b，22b，32b)，其特征在于，可擴張部件(5，25，35)布置成在所述變阻器(2，22，32)的所述第一部分(2a，22a，32a)和所述第二部分(2b，22b，32b)之間施加閾值電壓之后，作用于可動電觸頭(7，27，37)上，以使所述電壓浪涌保護裝置(1，21，31)短路。
2.根據(jù)權利要求1所述的電壓浪涌保護裝置(1，21，31)，其特征在于，當經(jīng)受所述閾值電壓時，所述變阻器材料(4，24，34)產生熱和/或氣體，從而使所述可擴張部件(5，25，35)擴張。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電壓浪涌保護裝置(1，21，31)，其特征在于，所述可動電觸頭(7，27，37)布置成能夠在第一位置(Pl，P1’，Pl")和第二位置(P2，P2’，P2〃)之間移動，在所述第一位置上，所述電壓浪涌保護裝置(1，21，31)未啟動，而在所述第二位置上，所述電壓浪涌保護裝置(1，21，31)被啟動，其中，當所述可動電觸頭(7，27，37)在其第二位置(P2，P2’，P2〃)上時，所述第一部分(2a，22a，32a)和所述第二部分(2b，22b，32b)通過所述可動電觸頭(7，27，37)電連接。
4.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的電壓浪涌保護裝置(1，21)，其特征在于，所述可動電觸頭包括可動螺旋彈簧(7)或可動金屬環(huán)(27)。
5.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的電壓浪涌保護裝置(1，21)，其特征在于，所述變阻器(2，22)包括至少部分地沿所述電壓浪涌保護裝置(1，21)的長度方向(L)包圍所述變阻器(2，22)的電絕緣殼體(3，23)，以及其中，所述可動電觸頭(7，27)布置成能夠沿著所述電絕緣殼體(3，23)在第一位置(Ρ1，Ρ1’)和第二位置(Ρ2，Ρ2’)之間移動，在所述第一位置上，所述電壓浪涌保護裝置(1，21)未啟動，而在所述第二位置上，所述電壓浪涌保護裝置(1，21)被啟動，其中，當所述可動電觸頭(7，27)在其所述第二位置(Ρ2，Ρ2’)上時，所述第一部分(2a，22a)和所述第二部分(2b，22b)通過所述可動電觸頭(7，27)電連接。
6.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的電壓浪涌保護裝置(I)，其特征在于，所述電壓浪涌保護裝置包括布置在所述可擴張部件(5)和所述電觸頭(7)之間的可動電絕緣環(huán)(6)，以及其中，所述可擴張部件(5)布置成通過所述可動電絕緣環(huán)(6)來作用于所述可動電觸頭(7)上。
7.根據(jù)權利要求6所述的電壓浪涌保護裝置(I)，其特征在于，所述可動電絕緣環(huán)(6)布置成能夠沿著電絕緣殼體(3)移動，所述電絕緣殼體(3)至少部分地沿所述電壓浪涌保護裝置(I)的長度方向(I)包圍所述變阻器(2)。
8.根據(jù)權利要求3或5所述的電壓浪涌保護裝置(21)，其特征在于，所述可動電觸頭(27)布置在所述可擴張部件(25)和電絕緣環(huán)(26)之間，以及其中，當在所述第二位置(P2’)上時，所述可動電觸頭(27)接觸螺旋彈簧(28)，所述螺旋彈簧(28)布置在所述第二部分(22b)上。
9.根據(jù)權利要求1至4中的任一項所述的電壓浪涌保護裝置(31)，其特征在于，所述可動電觸頭(37)布置在通過電絕緣殼體(33)的膛孔中，所述電絕緣殼體(33)至少部分地沿長度方向包圍所述變阻器(32)，所述可動電觸頭(37)的一個端部接觸所述可擴張部件(35)，所述可擴張部件(35)布置成圍繞所述變阻器材料(34)且部分地在所述膛孔中的殼，所述可動電觸頭(37)布置成沿徑向方向移動。
10.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的電壓浪涌保護裝置(1，21，31)，其特征在于，所述可擴張部件(5，25，35)包括當經(jīng)受溫度升高和/或壓力時能夠擴張的材料。
11.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的電壓浪涌保護裝置(1，21，31)，其特征在于，所述可擴張部件(5，25，35)包括硅酮凝膠、硅酮糊或硅酮脂。
12.一種高電壓斷路器(40)，包括串聯(lián)連接的一個或多個半導體單元(411;412，…，41n)，其中，權利要求1至11中的任一項所述的電壓浪涌保護裝置(1，21，31)并聯(lián)地連接到各個這樣的半導體單元(411；412,…，41n)上。
13.一種高電壓斷路器(50)，包括兩個或更多個半導體單元(511;512，…，51n_1;51n)，其中，所述半導體單元(511;512，…，51n_1;51n)反串聯(lián)地連接成對，以及其中，權利要求1至11中的任一項所述的電壓浪涌保護裝置(1，21，31)并聯(lián)地連接到各個這種成對的半導體單兀(511;512,…，51^, 51η)上。
【文檔編號】H01C7/12GK103620704SQ201180071870
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2011年6月27日 優(yōu)先權日:2011年6月27日
【發(fā)明者】J.倫德奎斯特, J.赫夫納, L.斯科爾德, H.維伊克, D.安德斯森 申請人:Abb 技術有限公司