專利名稱：電涌保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電涌保護裝置。
背景技術(shù)：
I型電涌保護裝置通常用于敏感的電カ干線上。這些電涌保護裝置必須轉(zhuǎn)移暫態(tài)事件(也稱為過電壓事件)的大部分功率。這些暫態(tài)事件包括例如雷擊。暫態(tài)事件通常在小于Ims的時間范圍內(nèi)發(fā)生。此種類型的暫態(tài)事件被規(guī)范地模型化為例如處于kA范圍內(nèi)的10/350 μ s參考浪 涌電流。通常使用變阻器和/或火花隙作為電涌保護裝置。然而，在使用這些變阻器或火花隙時，也會產(chǎn)生由低阻抗放電路徑引起的電網(wǎng)持續(xù)電流 kgrid follow current)。然而，電涌保護裝置也用于在電涌保護裝置或所保護設(shè)備的后備熔絲不被觸發(fā)的情況下防止或限制并切斷此種電網(wǎng)持續(xù)電流。傳統(tǒng)的火花隙具有低燃弧電壓，且因此不能夠控制電網(wǎng)持續(xù)電流。這些傳統(tǒng)的火花隙在交流電壓過零(電源電壓)時熄弧，但尤其在用于大功率電力干線上時會觸發(fā)后備熔絲。盡管如此，此種火花隙技術(shù)還是具有其組件很有功效的優(yōu)勢。此種可商購獲得的產(chǎn)品使得可轉(zhuǎn)移高達50kA的涌浪電流。

發(fā)明內(nèi)容
火花隙與分弧室一起能在電弧倍増的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對熄滅電網(wǎng)持續(xù)電流的能力的改善。然而，其具有使熱離子化氣體以爆炸方式被吹出的問題?？箟簹んw中被囊封的火花隙能實現(xiàn)對熄滅電網(wǎng)持續(xù)電流的能力的另ー改善。在具有這些被囊封的火花隙的情況下，火花隙中的壓カ積聚會使電弧電壓上升至電源電壓的范圍，并因此抑制電網(wǎng)持續(xù)電流的形成。然而，在暫態(tài)事件結(jié)束時，浪涌電流不再足以維持所述壓カ并因此不再足以維持電弧電壓，此時可形成電網(wǎng)持續(xù)電流。也就是說，不能可靠地切斷電網(wǎng)持續(xù)電流。此外，被囊封的火花隙具有大的電極間距，與“簡單”的火花隙相比，大的電極間距會造成更差的反應性能。在另ー技術(shù)領(lǐng)域中，即在電信領(lǐng)域中，將PTC與氣體放電管相組合地用于過電壓保護。然而，此為其中就電源而言不具有高的電功率的過電壓保護應用。在過電壓保護中，PTC用于持久性故障的電流限制，所述持久性故障是持續(xù)時間比暫態(tài)事件長得多的故障(即遠遠大于Ims)。所使用的PTC具有大于I歐姆(Ohm)的歐姆電阻，井能夠載送幾安培范圍內(nèi)的額定電流。由于功率低，所使用的PTC的這些歐姆電阻不會在開關(guān)柜溫度上表現(xiàn)出大的問題。本技術(shù)領(lǐng)域的制造商因此正努力以小的體積提供盡可能高的電流密度，以在PTC的開關(guān)閾值以下達到低的W/R值或i2t值(比能或焦耳積分)。本發(fā)明的目的是提供ー種改良的電涌保護裝置，所述電涌保護裝置的優(yōu)點是具有針對電涌保護的火花隙結(jié)構(gòu)及具有改良的電網(wǎng)持續(xù)電流熄滅性能。
此目的還在于避免不必要地觸發(fā)所述結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有后備熔絲。此目的可根據(jù)本發(fā)明通過獨立權(quán)利要求項的特征來實現(xiàn)。隨附權(quán)利要求書中給出了本發(fā)明的較佳實施例。


以下將參照附圖基于優(yōu)選實施例來更詳細地說明本發(fā)明。圖I為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電涌保護裝置內(nèi)部的示意圖；以及圖2為在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電涌保護裝置中所用的PTC的范圍分類。主要元件標記說明SPD電涌保護裝置SG火花隙CD總成D功能單元R隨溫度變化的電阻元件F1、F2 后備熔絲I配電區(qū)域/電カ干線2風カ發(fā)電范圍3過電壓保護4過電壓保護電信5發(fā)動機起動器6起始浪涌電流限制器7切換應用
具體實施例方式圖I顯示電涌保護裝置(SPD)。電涌保護裝置SPD具有火花隙(SG)及與所述火花隙SG串聯(lián)的隨溫度變化的電阻元件R，所述隨溫度變化的電阻元件R具有正溫度系數(shù)?；鸹ㄏ禨G具有一定的保持電流。一方面，電阻元件R的規(guī)格使得當達到切換溫度時，會限制電流而使火花隙的保持電流減小并被切斷。另ー方面，電阻元件R的規(guī)格使得在出現(xiàn)暫態(tài)事件的情況下，不會達到切換溫度。由于本實施例，一方面可通過使用有效的火花隙SG來提供針對暫態(tài)事件的保護，而另一方面，通過使用適宜規(guī)格的電阻元件R來確保電網(wǎng)持續(xù)電流熄滅能力。此外，可在放電路徑中設(shè)置后備熔絲Fl及/或可在工作路徑中設(shè)置后備熔絲F2。后備熔絲FI、F2的安裝位置取決于特定的應用。
當出現(xiàn)暫態(tài)事件(例如浪涌電流)時，電阻元件R是冷的，并因此而導電?；鸹ㄏ禨G在暫態(tài)事件的作用下點火，其中也可從外部觸發(fā)火花隙SG的點火?，F(xiàn)在，此種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移浪涌電流，且首先電阻元件R保持為低阻抗(遠遠小于I歐姆)。然而，如果形成無法被火花隙SG熄滅的電網(wǎng)持續(xù)電流，則在電阻元件R中損耗的功率P = UE*Ipowergrid會將電阻元件R加熱至切換溫度Tswitdl,并將電流限制在非臨界值。然后可通過過零的持續(xù)電壓或通過減小火花隙SG的保持電壓來切斷此電網(wǎng)持續(xù)電流。由此使火花隙SG熄滅，并重新建立啟動條件。隨后，電阻元件R獨自冷卻并從而再次變成低阻抗的。電阻元件R的規(guī)格使得為在暫態(tài)過電壓情形(切換)中使電阻元件R受熱，為獲得切換溫度而需要的比能i2(t)K,Switc;h被選擇成大于暫態(tài)的焦耳積分i2(t)Transimte。換言之，電阻元件R的規(guī)格必須使得在浪涌電流放電期間的能量輸入作用下，電阻元件R不會受熱至切換溫度Tswitdl，其中所述能量輸入會相對于靜止溫度Ttl而引起Δ Tftansimt的溫度増量。此可以數(shù)學方式表示如下T0+ATtransient < Tswitch因此靜止溫度Ttl不必為室溫或標準溫度(例如20°C )，而是根據(jù)位置及切換溫度而定，也可為設(shè)備柜中所普遍存在的典型溫度(例如60°で或80°C或以上)。由于可能發(fā)生的電網(wǎng)持續(xù)電流的額外能量輸入(其會導致溫度升高ΛΤρ?！?》，電阻元件R可進ー步受熱至超過溫度Tswitdl并從而使其電阻増大。由此，切換溫度例如為80°C或以上，優(yōu)選地為100°C，尤其優(yōu)選地為140°C。因此，電流得到限制，直到火花隙SG熄滅或電源電壓出現(xiàn)零電流為止。此可以數(shù)學方式表示如下Tswitch ^ T0+ Δ Tlransient+ Δ Tpowergrid由此，可將關(guān)于溫度的總體概念表示如下T0+Δ Ttransient < Tswitch ^ T0+
八 ^'Transient^- ^ ^Powergrid由此，使電阻元件R自其靜止溫度Ttl受熱至切換溫度Tswitdl所需的比能(以下也稱為焦耳積分i2tK,Switc;h)大于暫態(tài)的焦耳積分i2tftansimt，以防止電涌將電阻元件R加熱至切換溫度TSwitc;h。此可以數(shù)學方式表示如下I txransient く i tR, Switch此處，i2tTransient表示通過暫態(tài)的電流路徑中的比能，而i2tK,Switc;h表示為達到切換溫度所需的電阻元件R的比能大小。
為達到切換溫度所需的比能i2tK,Switc;h優(yōu)選地大于IOOA2S,尤其大于IOOOA2S,尤其優(yōu)選地大于100kA2s。此外，來自暫態(tài)的比能i2tTMnsimt與來自電網(wǎng)持續(xù)電流的比能i2tPOTOTgHd之和大于切換溫度所需的比能i\,Switc;h，從而使得電阻元件R被電網(wǎng)持續(xù)電流加熱至切換溫度Tswitah或超過切換溫度TSwitc;h。此可以數(shù)學方式表示如下i β, Switch く i ^Transient+i ^Powergrid 此處，i2tPowergrid表示電流路徑中歸因于電網(wǎng)持續(xù)電流的比能。為達到切換溫度所需的比能i2tK,Switc;h優(yōu)選地小于IMA2S,尤其小于900kA2s。
上述暫態(tài)的比能i2tftansimt與電網(wǎng)持續(xù)電流的比能i2tPOTOTgHd之和不應超過可能存 在的后備熔絲FI、F2的熔絲積分i2tF。此可以數(shù)學方式表示如下i tiransient + i ^Powergrid く i b此處，i2tF表示后備熔絲F1、F2熔絲積分，其值通常由熔絲制造商規(guī)定。由此，可將關(guān)于比能i2t的總體概念表示如下I txransient く i tR, Switch く i tTransient+i ^Powergrid く i b優(yōu)選地，電泳保護裝置具有后備熔絲Fl，后備熔絲Fl與電阻元件R或火花隙SG串聯(lián)地排列。可通過標準(例如DIN EN 60664-1)進ー步提供如下關(guān)系在放電操作期間，電阻元件R、火花隙SG及可能存在的后備熔絲F1、F2上的電壓降之和應不超過規(guī)范所要求的保護水平UP。此可以數(shù)學方式表示如下UE+USG+UF ^ Up例如，電阻元件R的起始電阻被選擇成使得在放電情形中施加于電阻元件的電壓Uk、施加于火花隙的電壓Usg及施加于熔絲的電壓Uf之和不超過4500V、優(yōu)選地不超過1500V、尤其優(yōu)選地不超過1000V的電壓UP。由此可推導出最大起始電阻Rmax的條件，在達到切換溫度Tswitah之前不得超過最大起始電阻Rmax。
權(quán)利要求
1.ー種電涌保護裝置(surge protection device !SF1D),其特征在于，具有火花隙(spark gap ；SG)及與所述火花隙(SG)串聯(lián)的隨溫度變化的電阻元件(R)，所述隨溫度變化的電阻元件具有正溫度系數(shù)，所述火花隙(SG)具有一定的保持電流，所述電阻元件(R)的規(guī)格使得當達到切換溫度時，所述電流被限制而使所述火花隙的所述保持電流減小并被切斷，且所述電阻元件的規(guī)格使得在出現(xiàn)暫態(tài)事件的情況下，不會達到所述切換溫度。
2.如權(quán)利要求I所述的電涌保護裝置，其特征在于，對于在暫態(tài)過電壓情形中使所述電阻元件受熱而言，為獲得所述切換溫度而需要的比能i2 (t) E, Switch被選擇成大于暫態(tài)的焦耳積分i2(t) Transiente°
3.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，所述電涌保護裝置是根據(jù)IEC61643的I類、2類或3類電涌保護裝置。
4.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，所述暫態(tài)過電壓是參考電流浪涌 10/350 μ S。
5.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，所述參考電流浪涌為IOkA或以上，具有10/350 μ s的脈沖波形。
6.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，所述電阻元件在室溫下的電阻小于或等于IOOm Ω。
7.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，為獲得所述切換溫度而需要的所述比能i2(t)K,Switc;h大于IOOA2S,尤其是大于IOOOA2S,尤其優(yōu)選地大于100kA2s。
8.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，為獲得所述切換溫度而需要的所述比能i2(t)K,Switc;h小于IMA2S,尤其是小于900kA2s。
9.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，所述電涌保護裝置還具有后備熔絲(Fl)，所述后備熔絲(Fl)與所述電阻元件(R)或所述火花隙(SG)串聯(lián)地排列。
10.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，所述電阻元件的規(guī)格使得在所述暫態(tài)過電壓情形中所述電阻元件的受熱期間，所述需要的比能i2(t)Tra—及電網(wǎng)持續(xù)電流的比能i2(t)POTOTgHd加起來小于使所述熔絲熔斷所需的比能i2(t)F。
11.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，所述切換溫度為80°C或以上，優(yōu)選地為100°C，特別優(yōu)選地為140°C。
12.如權(quán)利要求I或2所述的電涌保護裝置，其特征在于，所述電阻元件的起始電阻被選擇成使得在放電情形中施加于所述電阻元件、所述火花隙及所述熔絲的電壓之和不超過4500V、優(yōu)選地不超過1500V、尤其優(yōu)選地不超過1000V的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電涌保護裝置(SPD)，其具有火花隙(SG)及與所述火花隙(SG)串聯(lián)的隨溫度變化的電阻元件(R)，所述隨溫度變化的電阻元件(R)具有正溫度系數(shù)，其中所述火花隙(SG)具有一定的保持電流，其中所述電阻元件(R)的規(guī)格使得當達到切換溫度時，會限制電流而使所述火花隙的保持電流減小并被切斷，且其中所述電阻元件的規(guī)格使得在出現(xiàn)暫態(tài)事件的情況下，不會達到所述切換溫度。
文檔編號H02H5/04GK102694378SQ201210092200
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者J·塞爾尼, R·迪爾斯, T·梅耶斯 申請人:鳳凰通訊兩合有限公司