CN105428174B - 旨在集成于电路中的切断件及包括该切断件的组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旨在集成于电路中的切断件及包括该切断件的组件，该电路包括用于保护电气设备免受雷电的装置，切断件(1)包括：‑第一导电电枢(7)，与耦合到电路的第一耦合端子(3)电连接；以及第二导电电枢(9)，与用于耦合到电路的第二耦合端子(5)电连接；‑至少一个熔丝元件(11)，设置于第一导电电枢(7)和第二导电电枢(9)之间并与第一导电电枢(7)和第二导电电枢(9)电连接，该至少一个熔丝元件(11)布置为当阈值强度的电流在阈值时间段内穿过它时熔化；‑用于在至少一个熔丝元件(11)熔化的情况中增加第一导电电枢(7)和第二导电电枢(9)之间的峰值电弧电压的装置(15)。
Description
技术领域
本发明涉及一种旨在防止异常电流强度升高且更特别地是防止短路的切断件、一种用于保护电气设备免受雷电(lightening，闪电)的装置。
背景技术
已知使用商店出售的熔丝元件或标准断路器来防止用于保护电气设备的装置(例如避雷器)短路。然而，这些熔丝元件或断路器并不适合于保护避雷器。实际上，它们并不是专门设计为抵抗由于雷电而产生的电击，也不是专门设计为在足够短的时间内断开电路以有效地保护避雷器。结果，需要避雷器的内部连接件技术是超大型的，以补偿切断件的反应性的缺失，从而导致这些装置的额外成本和更长的实现时间。
发明内容
本发明的目的是解决所有或部分的上述缺点。
本发明涉及一种旨在集成于电路中的切断件，该电路包括用于保护电气设备免受雷电的装置，切断件相对于该用于保护电气设备的装置串联安装，切断件包括：
-第一导电电枢，与用于耦合到电路的第一耦合端子电连接；以及第二导电电枢，与用于耦合到电路的第二耦合端子电连接；
-至少一个熔丝元件，设置于第一导电电枢和第二导电电枢之间并与第一导电电枢和第二导电电枢电连接，该至少一个熔丝元件布置为当阈值强度的电流在阈值时间段内穿过它时熔化；
-用于在至少一个熔丝元件熔化的情况中增加第一导电电枢和第二导电电枢之间的峰值电弧电压的装置。
由于根据本发明的配置，切断件特别适合于保护电气设备免受雷电。用于增加峰值电弧电压的装置和熔丝的组合允许在避雷器短路的情况中同时获得改进的切断短路电流的能力和提高的反应性。
根据本发明的一个方面，切断件相对于待保护以免受雷电的电气设备分叉(branch，分岔)安装。
根据按照本发明的切断件的一个方面，至少一个熔丝元件布置为当具有能够损坏用于保护电气设备的装置的强度的电流在阈值时间段内穿过它时熔化。
根据按照本发明的切断件的一个方面，至少一个熔丝元件布置为当阈值强度的电流在能够损坏用于保护电气设备的装置的时间段内穿过它时熔化。
根据按照本发明的切断件的一个方面，该阈值时间段低于一秒且高于几微秒。
根据本发明的一个方面，该阈值时间段是几十毫秒的量级。
根据本发明的一个方面，该阈值时间段在50毫秒到200毫秒之间。
根据本发明的一个方面，该阈值时间段是120毫秒的量级。
根据本发明的一个方面，构成熔丝元件的材料的特征在于30微欧/毫米到300微欧/毫米之间的电阻率。
根据本发明的一个方面，构成熔丝元件的材料的特征在于50微欧/毫米到150微欧/毫米之间的电阻率。
根据本发明的一个方面，构成熔丝元件的材料的特征在于100微欧/毫米的量级的电阻率。
根据本发明的一个方面，熔丝元件截面在1mm2到3mm2之间。
根据本发明的一个方面，熔丝由黄铜构成。实际上，黄铜具有3.91×10-5ohm/mm的电阻率。
根据本发明的一个方面，由黄铜构成的熔丝元件截面是1mm2。
根据本发明的一个方面，熔丝由软钢构成。实际上，软钢具有1.1×10-4ohm/mm的电阻率。
根据本发明的一个方面，由软钢构成的熔丝元件截面是1.5mm2。
根据按照本发明的切断件的可选特征：
-用于增加峰值电弧电压的装置包括多个消电离板，这多个消电离板设置为面向在第一导电电枢和第二导电电枢之间限定的开口；
-第一导电电枢和第二导电电枢的几何形状允许电弧朝着消电离板移动；
-更靠近消电离板，电弧的长度增加。因此，第一导电电枢和第二导电电枢之间的峰值电弧电压增加且所形成的电弧趋向于切断；
-也可放大电弧，直到它到达消电离板为止。在此情况中，该电弧可变得分成几个小电弧，每个小电弧形成于两个连续的消电离板之间。因此，第一导电电枢和第二导电电枢之间的峰值电弧电压等于由此形成的小电弧的峰值电弧电压的总和，
-消电离板是导电的；
-消电离板在其间限定空间，该空间面向第一导电电枢和第二导电电枢之间的开口打开；
-第一导电电枢在第一连接部分和第一端部部分之间延伸，第一连接部分使第一耦合端子与电路连接；
-第二导电电枢在第二连接部分和第二端部部分之间延伸，第二连接部分使第二耦合端子与电路连接；
-熔丝元件在第一端部部分和第二端部部分处设置在第一导电电枢和第二导电电枢之间；
-根据第一种可能性，用于增加峰值电弧电压的装置包括至少一个副导电电枢，该至少一个副导电电枢通过第一熔丝元件与第一导电电枢电连接并通过第二熔丝元件与第二导电电枢电连接；
-根据第二种可能性，用于增加峰值电弧电压的装置包括至少两个副导电电枢，该至少两个副导电电枢通过熔丝元件彼此电连接。几个熔丝元件串联安装。当熔丝元件熔化时，主导电电枢之间的峰值电弧电压等于导电电枢之间的峰值电弧电压的总和；
-副导电电枢是基本上平行的。
本发明还涉及一种组件，包括：
-用于保护电气设备免受雷电的装置；
-符合任何一个上述特征的切断件，相对于保护装置串联安装。
根据按照本发明的组件的可选特征：
-切断件可从电路移除，从而，易于进行切断件的更换和维护；
-用于耦合到电路的耦合端子由管脚构成，从而允许容易地放置切断件和将切断件从电路移除。
附图说明
根据以下描述并当查看附图时，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1示出了根据第一实施例的切断件；
-图2示出了根据第二实施例的切断件；
-图3示出了根据第三实施例的切断件。
具体实施方式
遍及所有这些图，相同或相似的参考符号表示相同或相似的构件或构件的组件。
在图1上示出了切断件1。切断件1包括旨在与电路连接的第一耦合端子3和第二耦合端子5。电路包括用于保护电气设备免受雷电的装置，这里是避雷器。切断件1旨在与避雷器串联安装，以防止其短路。因此，切断件1在电路中设置于避雷器的上游。电路还包括相对于切断件1和相对于避雷器分叉安装的电气设备。避雷器旨在保护电气设备免受由雷电导致的过电压。
切断件1包括两个主导电电枢：与耦合端子3电连接的第一导电电枢7和与耦合端子5电连接的第二导电电枢9。熔丝11一方面与导电电枢7电连接且另一方面与导电电枢9电连接。
当穿过切断件1的电流的强度在阈值时间段内达到阈值强度时，熔丝11能够熔化。
该阈值时间段是用于保护电气设备的装置开始变得受损的时间段。该阈值时间段低于一秒且高于几十微秒，优选地是几十毫秒的量级。例如，阈值时间段可以是120毫秒的量级。
熔丝11能够承受由于雷电引起的过电压。实际上，这种过电压仅在低于阈值时间段的破坏熔丝11所必需的时间段内才会出现。这种过电压出现几十微秒，例如在50微秒量级的时间段内出现。
当避雷器短路且熔丝11熔化时，导电电枢7、9不再电连接且在其间限定开口13。
将用于增加导电电枢7、9之间的峰值电弧电压的装置(这里是电弧控制装置15)设置为面向开口13。电弧控制装置15由多个消电离板17组成。消电离板17在其间限定空间19，面向开口13打开。消电离板17是基本上平行的。
在避雷器短路的情况中，高于阈值强度的强度的电流穿过切断件1。熔丝变得被破坏且在仅由开口13隔开的导电电枢7、9之间建立电位差。从阈值电位差(被叫做峰值电弧电压)开始，在导电电枢7、9之间形成电弧。电弧的形成允许电流继续在电路中循环，到达避雷器并将其破坏。
电弧控制装置15允许通过增加导电电枢7、9之间的峰值电弧电压来切断电弧。实际上，消电离板17允许通过朝着它们吸引电弧而延长电弧。当电弧到达它们时，将电弧分成几个部分，每个部分形成在两个连续的消电离板17之间。以此方式，导电电枢7、9之间的峰值电弧电压增加且电弧趋向于切断。
熔丝11的温升公式如下：其中：Δθ是温升；ρ是材料的电阻率；I是强度；t是持续时间；s是截面；ω是材料的质量密度，并且C是材料的热容。
优选地，构成熔丝11的材料的特征在于30微欧/毫米到300微欧/毫米之间的电阻率，优选地是100微欧/毫米的量级，像例如钢。
优选地，熔丝11的截面在1mm2到3mm2之间。
根据本发明的一个实施例实例，熔丝11由黄铜构成，黄铜具有3.9×10-5Ohm/mm的电阻率、376J/kg/°K的比热容、8.5×10-6kg/mm3的质量密度、1300℃的熔化温度和200N/mm2的弹性极限。对于对雷电的热阻来说，即，对于大约200℃的温升、对于波8/20和在大约40kA的电流下来说，熔丝11必须具有1mm2的截面。这种熔丝11在1000A的电流下的燃烧时间是0.12s。对这种熔丝11的牵引的机械阻力是200N。
根据本发明的另一实施例实例，熔丝11由软钢构成，软钢具有1.1×10-4Ohm/mm的电阻率、480J/kg/°K的比热容、7.8×10-6kg/mm3的质量密度、1300℃的熔化温度和240N/mm2的弹性极限。对于对雷电的热阻来说，即，对于大约200℃的升温、对于波8/20和在大约40kA的电流下来说，熔丝11必须具有1.5mm2的截面。这种熔丝11在1000A的电流下的熔化时间是0.12s。对这种熔丝11的牵引的机械阻力是360N。
更低电阻率的材料(例如铜)的使用将意味着更小的熔丝截面11，由此意味着更小的机械阻力。
更高电阻率的材料(例如不锈钢)的使用将意味着更大的熔丝截面11，由此意味着大体积的熔化材料，容易污染切断件的内部。
例如黄铜和软钢的材料的使用允许在限制熔丝截面的同时获得明显的机械阻力，从而获得合理体积的熔化材料。
根据图2上所示的第二实施例，切断件1设置于可移除的盒子中。耦合端子7、9由管脚3、5组成，允许盒子与电路耦合和在更换或维护切断件1的情况中轻松地从电路移除盒子。
根据按照第一实施例和第二实施例的本发明的一个方面，按照星形结构来设置实现板17。在这种结构中，两个连续的消电离板17之间的间隔在熔丝11的方向上减小。
根据图3所示的第三实施例，用于增加峰值电弧电压的装置15由设置于导电电枢7、9之间的多个副导电电枢组成。这里，示出了四个基本上平行的副导电电枢31、33、35、37。副导电电枢31、33、35、37设置于导电电枢7、9之间。熔丝39使导电电枢7和副导电电枢31电连接；熔丝41使副导电电枢31和副导电电枢33电连接；熔丝42使副导电电枢33和副导电电枢35电连接；熔丝45使副导电电枢35和副导电电枢37电连接；熔丝47使副导电电枢37和导电电枢9电连接。在避雷器短路的过程中，熔丝39、41、43、45、47熔化并变得被破坏。导电电枢7、9和副导电电枢31、33、35、37由开口49隔开。导电电枢7和导电电枢9之间的峰值电弧电压等于两个导电电枢7、9和/或相邻的副导电电枢31、33、35、37之间的峰值电弧电压的总和。因此，增加副导电电枢31、33、35、37可允许增加导电电枢7和导电电枢9之间的峰值电弧电压。
本实施例中使用的熔丝具有与第一实施例中描述的熔丝相同的特征。
根据本发明的一个优选实施例，用于增加峰值电弧电压的装置15包括大约12个副导电电枢，这些副导电电枢基本上平行且设置于导电电枢7和9之间。
根据本发明的配置有利地允许使用商店出售的标准熔丝或断路器。例如，22×58的圆柱形125A gG熔丝的使用适合于实现根据本发明的切断件。
明显地，本发明不限于通过图示和非限制性实例提供的所述和所示的实施例。
Claims (6)
1.一种旨在集成于电路中的切断件，所述电路包括用于保护电气设备免受雷电的装置，所述切断件相对于所述用于保护电气设备的装置串联安装，并且所述切断件(1)包括：
-第一导电电枢(7)，与用于耦合到所述电路的第一耦合端子(3)电连接；以及第二导电电枢(9)，与用于耦合到所述电路的第二耦合端子(5)电连接；
-至少一个熔丝元件(11)，设置于所述第一导电电枢(7)和所述第二导电电枢(9)之间并与所述第一导电电枢(7)和所述第二导电电枢(9)电连接，所述至少一个熔丝元件(11)布置为当阈值强度的电流在阈值时间段内穿过它时熔化；
-用于在所述至少一个熔丝元件(11)熔化的情况中增加所述第一导电电枢(7)和所述第二导电电枢(9)之间的峰值电弧电压的装置(15)，所述用于增加峰值电弧电压的装置(15)包括设置在所述第一导电电枢(7)和所述第二导电电枢(9)之间的多个副导电电枢(31、33、35、37)，所述副导电电枢(31、33、35、37)由开口(49)隔开，
所述用于增加峰值电弧电压的装置(15)包括通过所述至少一个熔丝元件(11)中的第一熔丝元件(39)与所述第一导电电枢(7)电连接的副导电电枢(31)以及通过所述至少一个熔丝元件(11)中的第二熔丝元件(47)与所述第二导电电枢(9)电连接的另一副导电电枢(37)，
所述用于增加峰值电弧电压的装置(15)包括至少两个另外的副导电电枢(33、35)，每个副导电电枢(31、33、35、37)通过所述至少一个熔丝元件(11)中的对应熔丝元件(41、43、45)与对应的相邻副导电电枢(31、33、35、37)电连接。
2.根据权利要求1所述的切断件，其中，构成所述熔丝元件(11)的材料的特征在于30微欧/毫米到300微欧/毫米之间的电阻率。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的切断件，其中，所述熔丝元件(11)截面在1mm2到3mm2之间。
4.一种组件，包括：
-集成至电路的用于保护电气设备免受雷电的装置；
-符合前述权利要求中任一项的切断件(1)，集成至所述电路并相对于所述用于保护电气设备的装置串联安装。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述切断件(1)能从所述电路移除。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，用于耦合到所述电路的所述耦合端子(3、5)由管脚构成。
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