具有转盘且具有用于延长过压元件的寿命的额外的电子组装的冗余过压电路断路器

摘要

本发明属于用于保护敏感电气/电子设备的过压保护设备领域以及对抗增加的电压的影响的组装领域，更准确地，属于具有用于延长基本组件的寿命并确保对电子设备更高质量等级的保护的电子组装的过压保护设备领域。具有转盘且具有用于延长过压组件的寿命的额外的电子组装的冗余过压断路器的特征在于：其具有气体放电管（3）以及气体放电管（6），所述气体放电管（3）与线圈（5）和具有正热特性的变阻器（4）串联连接，所述气体放电管（6）与所述气体放电管（3）并联连接；在于：这两个分支的公共点经由端子之间的气体放电管（3）阻断漏电流路径，所述气体放电管（3）可经由连接至接地点的变阻器而连接至导线或中性线；在于：由于所述变阻器在线夹端子和所述接地点之间电隔离，在这两个分支之间不存在漏电流；在于：在增加的电流浪涌的情况下，所述气体放电管（6）通过所述变阻器（7和8）的分支对所述接地点放电；在于：所述变阻器（7和8）中的每个具有其自己的旋转断路器（9和10）。

说明书

技术领域

本发明属于用于保护敏感的电气/电子设备的过压保护设备领域以及 对抗增加的电压的影响的组装领域，更准确地，属于具有用于延长基本组 件的寿命并确保对电子设备更高质量等级的保护的电子组装的过压保护 设备领域。

技术问题

本发明解决的技术问题是过压组件的电子和机械关断结构，该结构将 在产生电弧且该组件因此变得热加载或过载时迅速并可靠地限制输电线 上增加的瞬时电压。本发明的任务和目标是用于确保过压组件的更长寿命 的另外的电子组装，这意味着，需要防止优选为变阻器的组件的较低的漏 电流进入接地点。该保护系统应为冗余的：应存在借助于远程信号的有效 触发实现的至少双重的保护，该远程信号将机械地显示出该过压组件的哪 部分出现故障。该解决方案必须确保在最坏的场景的情况下，即，组件的 热过载会导致起火时，快速响应瞬时电压的发生，并且还要确保过压防护 装置或与电子组装连接的机械断开的安全操作。

背景技术

过压防护装置是用于限制电能系统中的过压的电子设备；它们可使用 AC或DC，且更多更常使用结合这两种电压类型的系统。过压在其持续时 间的长度上有所不同且可分为两组：由开关操作引起的瞬态和由因大气放 电引起的过压而引起的瞬态；以及由于输电线中的错误而出现的所谓的暂 态过压，输电线中的错误例如为短路、与高压系统的接触、不稳定的输电 线和电源中类似的异常。

已知的过压防护装置的组件例如为放电器、变阻器以及二极管，所提 到的仅为使用最广的那些。它们全部具有以下共同特性：在一定的增加的 电压下，它们转换到传导状态，并经由保护导体朝向接地方向释放增加的 电压。

最常见的问题是在电压长时间增加时出现的，这可能持续几个小时或 甚至几天，导致过压防护装置的毁坏并且在最坏的场景下甚至会导致起 火。已知解决这些情形/问题的几种方式且其全部具有以下共同特性：它们 将上述组件转变为其传导状态。在其转变为传导状态后，该过压防护装置 通过过流保护或通过不同的电流开关或甚至通过适用于此目的的设备断 开与输电线的连接，该设备检测朝向该保护导体方向而增加的电流/减小的 电阻。这些额外的解决方案可为外部的且此时其安装于过压防护装置；或 为内部的且此时其他保护元件内置于唯一的外壳中。但是，这些额外的解 决方案存在几个问题，例如，当其之前已经用新的解决方案升级时，过压 防护装置不保持同样的特性。

市场上存在几种解决变阻器中的电弧问题以及热过载问题的解决方 案。在专利US6,430,019和专利NO.SI23043中公开了一种已知的解决方 案，其中，在变阻器的临界加热情况下，由屏障来防止产生电弧的危险， 该屏障通过平移至断开的电极和该变阻器体之间的间隙中来将该变阻器 的过热主体与连接电极分开。

DE102007051854的解决方案公开了一种基于至少一个过压防护装 置的关断以及一种分离设备，该过压防护装置例如为变阻器，该分离设备 用于将电涌保护器与输电线分开。所提到的解决方案的一个缺陷是:其在该 变阻器上电压增加时的所有变阻器过压模式中都缺少可靠的关断。在热关 断之前，转到短路状态的变阻器应是可运行的，这一系列中的过流保护将 可能以受限的方式或无效率地作用。

专利申请DE102008013448公开了一种与设备串联连接的电涌保护 器，当在该电涌保护器中到达预定的分开距离时，该电涌保护器执行保护 并关闭。

所述已知的解决方案不能以理想的方式解决与包含变阻器的过压保 护设备中的电弧的产生相关的问题。仍存在漏电流的问题，漏电流的出现 使变阻器电热过载，且如果未充分关断，还会产生电弧，电弧的产生会导 致毁灭性的损失。

发明内容

具有旋转盘且具有用于延长过压组件的寿命的额外的电子组装的过 压断路器的本质在于：所述系统为冗余的且在同样的电路中设置两个单 元；如果一个单元故障，另一个仍然可运行。在这样的情形下，触发远程 信号并机械地显示所述过压组件的哪一半故障了。通过与线圈和具有正热 特性的变阻器串联的额外的气体放电元件来增加所述过压组件的寿命，所 述额外的气体放电元件阻断使所述变阻器的较小的漏电流进入接地点的 路径。

在已经检测到电压增加并且该增加已引起所述变阻器中的一个处的 断开的电极的助焊剂融化后，立即由气体放电管和/或具有正热特性的变阻 器触发所述变阻器的所述冗余过载断路器。所述转盘被设计为将此距离扩 展到标准规定的距离。微开关触发指示器的卡合板的移动，由此推动所述 指示器朝向外壳上的开口移动，并清楚地指示：所述变阻器从传输线的有 源部分断开，以及仅所述变阻器的第二旋转断路器可运行。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明的具有转盘且具有用于延长过 压组件的寿命的电子组装的冗余过压断路器，其中：

图1-本发明的冗余过压断路器的组装；

图2-本发明的电子断路器的原理。

发明的详细描述

本发明的冗余过压断路器具有气体放电管3以及气体放电管6，气体 放电管3与线圈5和电阻器4串联连接，电阻器4具有正热特性，气体放 电管6与气体放电管3并联。这两个分支的公共点经由各端子中的一个端 子的气体放电管3来阻断漏电流路径，该气体放电管3可经由接至接地点 的变阻器而连接至导线或中性线，这意味着不会因为该变阻器的漏电流现 象导致该变阻器的老化。由于该变阻器在线夹端子和接地点之间电隔离， 此连接的结果是在这两个分支中的任一个中都不存在漏电流。电路的这种 配置的另一个优点在于,在增加的电流浪涌的情况下，气体放电管6通过变 阻器7和8的分支对该接地点放电。在该过压防护装置的端子和该接地点 之间的电压增加的情况下，激活第二电流路径，所述电流路径由线圈5、 气体放电管3和变阻器4组成。此分支用于防止在过压负载的情况下（各 端子之间的电压超过该过压防护装置的设定值时）该变阻器的热耗散。在 极端过载情况下，由于当增加的瞬变电流高于该标称值（标示为Imax和Iimp） 时该热线夹端子开始断开，该变阻器的该热断路器为额外的保险丝。变阻 器7和8中的每个具有旋转断路器9和10。

该冗余过压断路器包括外壳1，外壳1包含变阻器7的第一旋转断路 器9、变阻器8的第二旋转断路器10、过压气体放电管3、线圈5、印刷 电路板11上的变阻器4以及板11的另一个面上的多个微开关12。在变阻 器7和变阻器8之间存在电极13，电极13用作气体放电管6的屏障。由 盖子2覆盖外壳1，盖子2的形状与外壳1的底部的形状以及各内置元件 的形状相符。通过第一旋转断路器9的开口91提供该热断路器的弯曲部 分711到变阻器7的主体上的接触，所述断路器同时还为连接电极71。借 助于温敏助焊剂实现变阻器7和弯曲部分711的该接触。在这个位置，电 极71将转盘92保持在其初始位置，并将螺旋弹簧93保持在张拉状态。 将卡合板94的顶部941以卡在指示初始状态的指示器105的边缘1051后 面的方式插入。连接电极71的另一端72固定到线夹端子14上。第二线 夹端子15与气体放电管6的电极61相连。

通过第二旋转断路器10的开口101来实现该热断路器(其同时也为连 接电极81)的弯曲部分811的接触。用温敏助焊剂实现变阻器8和弯曲部 分811的接触。在这个位置，电极81将转盘102保持在其初始位置，还 将螺旋弹簧103保持在张拉状态。卡合板104的顶部1041插到指示初始 状态的指示器的轴承中。连接电极81的另一端固定到线夹端子14上。第 二线夹端子15与气体放电管6的电极61相连。

当穿过变阻器7的主体的电流浪涌和增加的电流使变阻器7的主体的 加热达到临界水平时，粘合断开的电极711和变阻器7的主体的该温敏助 焊剂开始融化。其结果是，断开的电极71被释放并通过旋转断路器9的 开口91移动到不张拉的位置，由此释放转盘92，转盘92到此刻为止处于 初始位置。在螺旋弹簧93的弹力的影响下，转盘92以高的角速度从一个 端位置移动到另一个端位置并覆盖旋转断路器9的屏障的开口91，由此防 止电弧的产生。转盘92的移动触发卡合板94用其耳状物941推动指示器 105，指示器105从垂直位置移动至水平位置，其中，该指示器105用其 耳状物1051推动标示板106。当红色的标示板106移动时，在盖子2的透 明窗21上出现该过压防护装置故障的标示。指示器105的移动推动微开 关12，微开关12经由线夹端子16向装置的控制系统发送关于该过压防护 装置的状态的信号。

当穿过变阻器8的主体的电流浪涌和增加的电流，使变阻器8的主体 的加热达到临界水平时，粘合断开的电极811和变阻器8的主体的该温敏 助焊剂开始融化。其结果是，断开的电极81被释放并通过旋转断路器10 的开口101移动到不张拉的位置，由此释放转盘102，转盘102到此刻为 止处于初始位置。在螺旋弹簧103的弹力的影响下，转盘102以高的角速 度从一个端位置移动到另一个端位置并覆盖旋转断路器10的屏障的开口 101，由此防止电弧的产生。转盘102的移动触发卡合板104用其耳状物 1041推动指示器105，指示器105从垂直位置移动至水平位置，其中，卡 合板104用其耳状物1041推动标示板107。当红色的标示板107移动时， 在盖子2的透明窗22上出现该过压防护装置故障的标示。指示器105的 移动推动微开关12，微开关12经由线夹端子16向装置的控制系统发送关 于该过压防护装置的状态的信号。

本发明的过压断路器为冗余系统，如上面描述的那样在同一电路中包 含两个独立的旋转断路器，当一个断路器故障时，另一个运行，且使得对 耗能负载的抗过载防护成为可能。当一个或另一个旋转断路器断开时，触 发远程信号，该远程信号机械地显示哪个过压断路器故障。通过与线圈5 和变阻器4串联的另一个气体放电管3来延长该过压防护装置的寿命，以 这样的方式，防止较小的漏电流从变阻器7溢出至该接地点，其中变阻器 4具有正热特性，且气体放电管3与气体放电管6并联。

本发明的冗余过压断路器的一个优点在于：只有在更可观的电流浪涌 出现时其才触发关断，这引起与旋转组装9或10相结合的变阻器7或8 中的一个的热夹的关断。在该螺旋弹簧的弹力的影响下，转盘9或10在 电极71或81断开后以高的角速度从一个端位置移动到另一个端位置，并 覆盖转盘的屏障的开口，由此防止电弧的产生。

根据实施例1的冗余过压断路器可具有三个或更多个并联连接在一个 并联电路的输出公共点之间的旋转断路器，该并联电路为气体放电管6与 串联连接的线圈5、气体放电管3和变阻器4的并联电路。

通过设计该变阻器的体积大小、使用金属变阻器连接电极以及选择热 断路器的助焊剂的熔点来准确设置超过标称值的负载阈值。变阻器的主体 和变阻器电极的金属的选择额外有助于变阻器的安全关断阈值的准确设 置。