具有消電離室的角形火花隙的製作方法
2023-05-16 23:50:16 1
專利名稱：具有消電離室的角形火花隙的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的具有非排氣結構形式的消電離室的角形火花隙，其包括多件式的絕緣材料殼體作為支撐和接納體，所述支撐和接納體用於角形電極和消電離室以及由電弧引起的氣流的引導構件，絕緣材料殼體在由角形電極構成的平面內被剖分並且構成第一以及第二半殼。
背景技術：
由EP1914850B1和EP1829176B1已知角形火花隙，其中電離氣體的排氣效應被減弱。
根據EP1914850B1，角形電極由廉價的材料製成，以便降低生產這種火花隙的成本。
此外EP1829176B1公開一種用於在過載時延長分離路段的裝置。
此外，已知具有角形火花隙和非氣密封裝的解決方案，其中支持自磁場，以便有針對性地加速電弧的移動。也已知構造用於內部有目的的氣體循環的通道，以便冷卻電離氣體。
已表明，角形火花隙中的壓力負荷在雷擊脈衝電流的負荷下尤為巨大，因此對封裝和在此所用材料的要求非常高。
DE102005015401. 8所示的火花隙因實現內部循環而具有如下缺點消電離室的幾何形狀和因此滅弧特性主要由角形電極的距離和幾何形狀決定。並不能毫無問題地相對自由選擇消電離室的數量或寬度，因為封裝情況下的作用方式要求那裡所示的有目的的氣體循環。但當電弧行進區域直至消電離室在側面不再被角形電極相對於回流屏蔽時，這種有目的的循環受到幹擾。因此當需要改變消電離室時，例如為了更高的運行電壓而需提高消電離片數量時，則必須改變數量眾多的部件並適配高成本的電極。發明內容
有鑑於此，本發明的任務是提供一種改進的具有非排氣結構形式的消電離室的角形火花隙，該角形火花隙包括多件式的絕緣材料殼體，該角形火花隙廉價、節省空間並且可在結構上模塊化和柔性地設計。提供的解決方案應可通過稍加修改零件使火花隙適配不同的功率參數以及不同的電網情況和電網電壓。
本發明任務通過根據權利要求1的特徵組合來解決,從屬權利要求構成至少有利的方案和改進方案。
據此出發點為一種具有非排氣結構形式的消電離室的角形火花隙，該角形火花隙包括多件式的絕緣材料殼體作為支撐和接納體，所述支撐和接納體用於角形電極和消電離室以及由電弧弓I起的氣流的弓丨導構件，絕緣材料殼體在由角形電極構成的平面內被剖分並且構成第一以及第二半殼。
根據本發明，角形 電極具有不對稱形狀，包括一個長電極和一個短電極。在觸發區域中、即直至觸發位置和其後的一個區段中，兩個電極幾乎平行或僅以極小的發散或擴張延伸。
電極之間的電弧行進區域向消電離室方向通過板狀的絕緣材料限定，該板狀的絕緣材料分別形鎖合地嵌入相應半殼的第一成型部中。
此外，第一成型部接納鐵磁嵌件、優選為板狀且類似於電弧行進區域成形，所述板狀的絕緣材料使相應的嵌件與電極電隔離。
半殼具有另外的第二成型部，這些第二成型部形鎖合地固定可嵌入那裡的消電離室部件。在第一和第二成型部之間在相應的半殼中設置通孔或開口。短電極終止於消電離室部件前方，以致氣流僅部分進入消電離室。
根據本發明，角形火花隙具有夾層式結構並且所述半殼通過螺絲或鉚釘力鎖合連接。
半殼的背離電極的外側至少在通孔或開口的區域中分別具有第三成型部，這些第三成型部形鎖合地接納外側絕緣材料板。
第三成型部補充地具有用於劃分氣流的板條或分流器，並且由第三成型部和外側絕緣材料板構成的區段形成氣體釋壓室。
氣體釋壓室又具有用於將氣體導回燃弧室的優選縫槽狀的通過間隙，為了通過氣流輔助推動電弧，電極在觸發區域上方具有開口或縮回部。
連接至長電極的電流弓I線在儘可能大的區段上反向平行地導向。
短電極具有高阻抗。
角形火花隙的觸發或引弧通過具有導體區段的柔性印刷電路板進行，該印刷電路板設置在電極之間的觸發區域中。
此外，在一種方案中，角形火花隙具有故障狀態指示器，該故障狀態指示器具有在溫度過高時熔化的或者變得形狀不穩定的成型件，指示器的該成型件處於彈簧預張緊下。
在壓力加載時變形的外側絕緣材料板可與用於檢測異常運行狀態的傳感裝置作用連接。
根據本發明的火花隙構成具有用於電極的外部連接端子的通用模塊，該模塊可根據客戶需要集成到插拔件或外部殼體中。
所有重要的組件、例如電極、觸發電極和/或消電離室都是可更換的並且可簡單地適配相應的電網情況，且無需改變根據本發明的角形火花隙的基本結構。
將所有功能組件在沒有外部殼體的情況下集成到本身已封裝的緊湊單元中能夠以最簡單的方式設計各種不同的用於不同電網配置的設備方案。在本來的設備殼體內無需構造附加的用於火花隙功能的元件。僅需在外部殼體中設置布線元件或通信埠。
如上所述，火花隙由極簡單的零件構成，所述零件可通過標準技術、例如鉚釘彼此連接。火花隙的功能已經通過裝配沒有外部殼體的內部模塊得以實現。可通過鉚接過程來進行裝配。
通過根據本發明的 由大面積零件構成的夾層式結構，在基於脈衝電流即將產生動態壓力負荷的情況下形成整體結構的半彈性特性。這允許在角形火花隙模塊的尺寸總體上較小的情況下使用簡單且廉價的材料。
由於氣體導向以多個循環迴路進行，所以幾乎所有構件都用於冷卻熱的電離氣體。當在更高的負荷下要求火花隙的耐燃性時，可根據需要用由可承受更大負荷的材料製成的電極來替換製造為衝壓彎曲件的角形電極。
也可通過更換消電離室控制更高的運行電壓或短路電流。基於角形電極的不對稱設計，可極其簡單地實現以絕緣材料室或具有更多數量的消電離片的消電離室來更換消電離室。
藉助純機械地轉換物理極限參數、尤其是溫度，故障狀態指示器得以非常節省空間地實現並且無需附加的能量需求。
所有帶功能的構件可通過一個共同的接合步驟、尤其是模塊的鉚接彼此連接。
可在一個幾乎可自由選擇的外部殼體內為任何應用、電網類型或特定客戶的設計方案將一個或多個功能完整的模塊自由布線。
下面參考附圖藉助實施例詳細說明本發明。附圖如下
圖1為具有絕緣材料板和鐵磁嵌件的夾層式殼體的半殼；
圖2為具有不對稱的角形電極和消電離室的火花隙的原理結構；
圖3為半殼之一的外側俯視圖，其中以虛線顯示出殼體後面的電極的位置；
圖4為具有消電離室和電極·的火花隙的橫截面圖。
具體實施方式
圖1示出半殼之一，其設計為具有外側絕緣材料板23、例如構造為硫化纖維板的注塑件2。也可看到鐵磁板狀部件21，其通過內側硫化纖維板20覆蓋。
在半殼22的圖示中也可看到成型部，它們適配於鐵磁材料21的輪廓，這也適用於內側硫化纖維板20。
在外側硫化纖維板23中可見的孔接收鉚釘，所述鉚釘將殼體的兩個半殼以及位於其中的元件連接起來。
在根據圖2的圖示中可見角形火花隙模塊的基本結構，其燃弧室受兩個電極I和 2影響。
電極I構造為長電極並且電極2構造為短電極。
電極I和2的電弧行進區域直至滅弧室或者說消電離室8在側面通過耐燃並且僅少量產氣的絕緣材料(參見圖1)限定，所述絕緣材料例如由硫化纖維製成。
這種硫化纖維板可構造為簡單的廉價的衝壓板。零件通過鉚釘固定且不再需要其它連接。
此外，硫化纖維板20還將鐵磁的鐵嵌件21絕緣固定在每個半殼22中，所述鐵嵌件位於電弧行進區域中。
鐵嵌件21被嵌入並導向於半殼22中，但也可直接被注塑包封。
相應半殼22同時實現電極I和2、位於電極之間的觸發輔助裝置、故障狀態指示器和消電離室8的固定。
此外，注塑件22或者說相應半殼具有空隙和轉向裝置，其用於轉向、分配和導回在電弧觸發時產生的氣體。也構造有擋壁，其用於避免金屬顆粒或碳黑顆粒被導回電弧行進區域中，從而防止復燃或絕緣值惡化。
上述內容在空間條件減少和高負荷時尤為有利。
用於部分被電離的氣體的釋壓室分別形成於半殼部件22和外側絕緣材料板23之間。這兩個板同時也構成已經具有功能性的模塊的外壁並且與其餘部件鉚接。
通過將部件插入注塑件或者說半殼22中的簡單技術，可將不同的消電離室或者說滅弧室、又例如絕緣板條或曲折形室集成到火花隙中。但也可想到，在注塑時直接將滅弧室構造為一體的構件。
這樣選擇電極之間的觸發區域，使得通過電弧自磁場就已經有相當大的力作用於電弧，以致電弧從觸發位置迅速離開並且因此確保火花隙的迅速觸發。觸發位置位於兩個間距很小的電極平行或僅以最小發散延伸之後幾個毫米處。由於電極間距很小，因導電而產生巨大的力作用。
可這樣選擇觸發輔助裝置或觸發電極的材料，使得電弧的初始移動、例如通過產氣得到支持。也可通過使觸發電弧已經向行進方向預彎曲、例如通過構造超出部來支持初始移動。
為了進一步提高作用於電弧的力，長電極I的接頭在很大範圍上反向平行於該電極I被導向。
在兩側使用的在側壁中的鐵磁嵌件21支持電弧按希望迅速移動至滅弧室8。可省略電極附加絕緣的鐵磁的鐵嵌件，這有利於希望的小結構尺寸。但在需要時電極本身的材料也可具有鐵磁特性或可將鐵磁芯集成到電極中或使電極本身具有夾層式結構。
兩個電極I和2在觸發位置或觸發區域4上的間距在幾個毫米的路段上僅具有極小發散或幾乎平行延伸。主電極這種設計的優點在於，在過載時無需附加措施就可實現火花隙定義的短路特性。在電極持續過載時可形成金屬間隙，該金屬間隙大面積地且有電流承載能力地跨接兩個電極之間的小間距並且引起已有過電流保護裝置的可靠觸發。
為了在構造消電離室方面具有更大的設計自由度，有利的是，使短電極2在電弧進入的區域中就已經終止。電弧始終努力降低其起弧電壓，也就是說，必須強迫電弧以使電弧根部從具有實際上較低起弧電壓的點A (尖端)轉移到具有較高起弧電壓的點B (引線)。
圖2中所示的較短的角形電極2須被這樣導向得這樣遠，以致不會有過多的其它消電離板因該電極通往各個消電離板的直接路徑而未被使用，以便儘可能利用消電離室的全部工作能力。
僅在短電極2上的持續的電弧根部過於靠近觸發區域並且導致多次復燃或在進入區域中跨接消電離室8下方的其它板。為了在整個消電離室8中實現迅速且可靠的電弧劃分，短電極的幾何形狀和材料及其引線設計用於高阻抗。
在電弧觸發後，作為電流產生明顯的電壓降，該電壓降除了電弧延長外還有利於電弧根點迅速從短電極2的尖端(A)轉移到電極引線(B)。鋼適合用作電極材料或者說電極引線材料。為了進一步改進上述效果，有利的是，引線或電極的材料在電流中附加變熱， 由此進一步增大了電壓降。通過這些措施可簡單地使滅弧室中可達到的電弧電壓在其它尺寸相同下增加數十至數百伏，從而能夠 用於更高的運行電壓或改善電流限制。為了進一步節省安裝空間，長電極I可在滅弧室範圍中構造為薄的導向片。
由於在一側使用短電極2並且由此產生電極的不對稱配置，來自行進區域的氣流不再完全進入到滅弧室(消電離室)8中。來自電弧行進區域的氣流因此可已經洩漏到滅弧室下方。該氣體也通過相應半殼22中的流出口 14用於氣體循環。由於續流電弧到滅弧室中的進入時間僅佔整個起弧時間的一部分並且電弧電壓在消電離室之外尚且很小、即還沒有劃分為子電弧，所以該氣體僅具有少量能量。也還不存在太強烈的氣體電離。該氣體在與電極引線以及短電極2的接觸中達到充分冷卻，因此該氣體可經過相對短的行程。
由於氣體通過上述開口在一定程度上被抽取到消電離室8下方，同時減小了剩餘氣體在消電離室中的流動阻力。消電離室中流動阻力的減小使得電弧更加迅速地進入該室本身中，因為反射減小。電弧劃分也更快地進行並且因此電流限制更加有效。
也可利用流動阻力的減小來改變消電離室8中的消電離片的間距、即使用更多的片或進一步減小消電離室尺寸，以便在相同的外部尺寸下實現更高的電弧電壓。
使用印刷電路板3來觸發具有角形電極I和2的火花隙。印刷電路板3用於固定觸發過程所需的構件並且同時確定電極I和2之間的觸發位置4。
觸發所需的阻抗一方面可通過離散的結構元件形成或者也可通過印刷電路板材料本身形成。藉助這種印刷電路板觸發輔助裝置可實現小於IkV的安全電平。
主電極I和2之間的區域5用於雷擊衝擊電流和續流之間的功能劃分。
電極I和2中的空隙6用於將氣體導回到電弧行進區域中並且位於觸發區域5上方。
長電極I的連接供電線7在很大範圍上反向平行於相應電極導向。
長電極I被側嚮導向直至滅弧室或者說消電離室8。
短電極2以尖端A已經終止於電弧行進區域11中。在一種優選功能方式中，電弧的根點在到達位置A後向位置B、即向電極2的接頭區域轉移。
穿過消電離室8的氣體或在消電離室8的電弧劃分之後從側面離開的氣體通過開口 9進入用於冷卻的釋壓區域26。
消電離室在端面上具有一個中間的橫向板條和一個連續的縱向板條，通過該縱向板條可使氣體分散並轉向，從而避免角形火花隙模塊整體結構的單側加載。
被冷卻且釋壓的氣體通過開口 10和電極I和2中的空隙6重新被饋入行進區域 11中。
除了消電離室8端面的開口 12和側面的開口 13之外，一部分氣體已在進入消電離室時通過開口 14被導入釋壓室中。來自消電離室8側面開口 13以及端面開口 12的氣體因其在電弧劃分後較強地變熱而被饋入流入口 9和在硫化纖維板和半殼注塑件22之間的轉向裝置 。
氣體通過該較長的行程已經在金屬電極I和2或電極引線上獲得冷卻。
圖4示出用於排出的氣體的釋壓區域26。該釋壓區域26位於注塑件22和外側硫化纖維板23之間。
用於氣體饋入的開口 9和14也通入該空間中。
該氣體藉助分流器16 (參見圖3)轉向。分流器16同時防止汙物經過流出口 10 回流。
分流器16及其所述的在使熱氣體轉向和分配以及避免燃燒產物進入方面的作用有利於希望的緊湊結構方式的實現。分流器可在無複雜措施的情況下允許氣體回流，儘管消電離室的排出口和電極中的空隙6之間的行程較短。此外，分流器確保了足夠的冷卻和最終電離，因此不會出現復燃並且支持了續流電弧的移動。
在相應的圖示中，在火花隙的有效區域中示意示出消電離室8和角形電極I和2 的位置。
貫通部15設置用於鉚接零件。
圖4示出角形火花隙根據本發明的實施方式的橫截面圖。
消電離室8在流出區域中除橫向板條25外還具有連續的縱向板條24。該縱向板條用於雙側確保流體動力學，以便使回流不僅在一側進行。由此能夠均勻地冷卻氣體並且更好地利用封裝火花隙的熱容量。但原則上也可想到單側導流。
穿過消電離室8並強烈變熱的氣體在每一側通過位於釋壓室26中的分流器16(參見圖3)在通過電極I的空隙6直接被饋入消電離室8之前被劃分。
同時分流器16如上所述防止燃燒產物直接饋入。由此避免復燃。
在進入區域中——在該區域中氣體尚且相對冷——消電離室8側面的流出通道 14直接向下向分流器方向向流動循環中排氣。由此產生流動阻力較小的短流動行程。
消電離室8側面的流出通道13通過單獨的通道27向上向消電離室的流出區域方向排氣。因此熱氣體在較長的流動行程上更大程度地被冷卻。消電離室的排氣口、即開口12、13和14可存在於每單個具有V形區段的消電離片之間或者錯開地實現在一側的每隔一個片上。可根據給定的空間條件和希望的功率參數有針對性地調整消電離室的排氣口。
在火花隙經過大量加載後而老化的情況下，特性的改變可通過光學指示器或故障報告來表現。
在上述火花隙中，由於結構尺寸小，所以有利於儘可能簡單且低成本地監測火花隙的狀態。表示火花隙即將過載的特徵參數通常是電極I或2上電弧觸發區域中的溫度、 電極2上電弧回跳位置B上的溫度或消電離室上的溫度。為了溫度監測，可在相應的區域內形鎖合地安放溫度敏感材料、例如焊劑成型件或蠟製件，其藉助彈簧預張緊被加載壓力或剪切作用。作為替換方案，所述溫度敏感材料也可定位在電極I或2熱耦合良好的接頭部件上。因此焊劑成型件可直接與供給線7接觸，該供給線又與電極I直接連接。
當達到成型件相應的極限溫度時，在變形例如壓縮或擴張、熔化或切斷之後，操作或釋放機械顯示元件。各個部件的加熱需要一定的時間、即基於給定的導熱率或現有的熱容量。為了檢測尤其因脈衝電流引起的迅速的動態過程，壓力或者說力的監測可用於指示器。
適合於此的是行進區域中的電弧壓力、滅弧室區域中尤其是氣體轉向區域上方的動壓頭和氣體釋壓室中的氣壓。在實踐中，相應室的外側絕緣材料板可用作用於壓力測量的膜片。同樣也可在所述區域中安裝機械規定斷裂位置，其從一定的壓頭起操作指示器或者同時在過 載時用於釋壓，以便形成斷裂保護。
附圖標記列表
I 長電極
2 短電極
3 印刷電路板
4 觸發位置
5觸發區域
6電極I和2中的空隙
7連接至長電極I的連接導線
8消電離室
9電極區域中的流出口
10短電極內的流出口
11電弧行進區域
12消電離室的後面的流出口
13消電離室的側面的流出口
14進入區域中的流出口
15貫通部
16分流器
20內側硫化纖維板
21鐵磁材料
22注塑件
23外側硫化纖維板
24橫向板條
25縱向板條
26釋壓區域
27消電離 室絕緣區域中的空隙
權利要求
1.具有非排氣結構形式的消電離室的角形火花隙，所述角形火花隙包括多件式的絕緣材料殼體作為支撐和接納體，所述支撐和接納體用於角形電極和消電離室以及由電弧引起的氣流的引導構件，絕緣材料殼體在由角形電極構成的平面內被剖分並且構成第一以及第二半殼;其特徵在於角形電極具有不對稱形狀，包括一個長電極和一個短電極，在觸發區域中，兩個電極幾乎平行或以微小發散延伸，電極之間的電弧行進區域向消電離室方向通過板狀的絕緣材料限定，該板狀的絕緣材料分別形鎖合地嵌入相應半殼的第一成型部中，此外，各第一成型部接納電弧行進區域的鐵磁嵌件，所述板狀的絕緣材料使相應的嵌件與電極電隔離；兩個半殼具有另外的第二成型部，這些第二成型部形鎖合地接納可嵌入的消電離室部件，在各半殼中在第一和第二成型部之間設置通孔或開口，並且短電極終止於消電離室部件前方，以致氣流僅部分進入消電離室。
2.根據權利要求1的角形火花隙，其特徵在於角形火花隙具有夾層式結構，並且兩個半殼通過螺絲或鉚釘力鎖合連接。
3.根據權利要求1或2的角形火花隙，其特徵在於兩個半殼的背離電極的外側至少在通孔或開口的區域中分別具有第三成型部，這些第三成型部形鎖合地接納外側絕緣材料板。
4.根據權利要求3的角形火花隙，其特徵在於所述第三成型部具有用於劃分氣流的板條或分流器，並且由第三成型部和外側絕緣材料板構成的區段形成氣體釋壓室。
5.根據權利要求4的角形火花隙，其特徵在於所述氣體釋壓室具有用於將氣體導回燃弧室的縫槽狀的通過間隙，為了通過氣流輔助推動電弧，兩個電極在觸發區域上方具有開口或縮回部。
6.根據上述權利要求之一的角形火花隙，其特徵在於連接至長電極的電流引線在儘可能大的區段上反向平行地被導向。
7.根據上述權利要求之一的角形火花隙，其特徵在於短電極具有高阻抗。
8.根據上述權利要求之一的角形火花隙，其特徵在於觸發或引弧通過具有導體區段的柔性印刷電路板進行，該印刷電路板設置在電極之間的觸發區域中。
9.根據上述權利要求之一的角形火花隙，其特徵在於故障狀態指示器具有在溫度過高時熔化的或者變得形狀不穩定的成型件，該成型件處於彈簧力預張緊下。
10.根據權利要求3至9之一的角形火花隙，其特徵在於在壓力加載時變形的外側絕緣材料板與用於檢測異常運行狀態的傳感裝置作用連接。
11.根據上述權利要求之一的角形火花隙，其特徵在於所述角形火花隙構成具有用於電極的外部連接端子的通用模塊，該模塊能根據客戶需要集成到插拔件或外部殼體中。
全文摘要
本發明涉及一種具有非排氣結構形式的消電離室(8)的角形火花隙，其包括多件式的絕緣材料殼體作為支撐和接納體，所述支撐和接納體用於角形電極(1、2)和消電離室(8)以及由電弧引起的氣流的引導構件，絕緣材料殼體在由角形電極構成的平面內被剖分並且構成第一以及第二半殼。根據本發明，角形電極(1、2)構造為不對稱形狀。電極之間的電弧行進區域(11)向消電離室方向通過板狀的絕緣材料(20)限定，該板狀的絕緣材料分別形鎖合地嵌入相應半殼的第一成型部中。此外，第一成型部接納電弧行進區域(11)的鐵磁嵌件(21)，所述板狀的絕緣材料(20)使相應的嵌件與電極(1、2)電隔離。半殼具有另外的第二成型部，這些第二成型部形鎖合地包圍可嵌入的消電離室部件(8)，在各半殼中在第一和第二成型部之間設置通孔或開口，並且短電極(2)終止於消電離室部件(8)前方，以致氣流僅部分進入消電離室。
文檔編號H01T4/14GK103069672SQ201180038129
公開日2013年4月24日 申請日期2011年6月14日 優先權日2010年8月4日
發明者S·希爾, U·施特朗費爾德, A·埃爾哈特, S·施裡特 申請人:德恩及索恩兩合股份有限公司