CN1286232C

CN1286232C - 承载雷电流的火花间隙装置

Info

Publication number: CN1286232C
Application number: CNB021078564A
Authority: CN
Inventors: J·梅佩林克
Original assignee: AUBAUTETMANN KG
Current assignee: AUBAUTETMANN KG
Priority date: 2001-03-24
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: FR2822600B1; ES2192149A1; GB2376139A; GB2376139B; FR2822600A1; ES2192149B1; NL1019801A1; GB0204105D0; HK1049743B; CN1377108A; DE10114592A1; NL1019801C2; HK1049743A1

Abstract

为了构造具有多个串联分火花间隙装置的承载雷电流的火花间隙装置，其中火花间隙装置包括n个分火花间隙装置(FS)，其电弧点火电压由于分火花间隙装置(FS)的串联而达到分火花间隙装置的电弧点火电压的n倍值，并且除了在发生雷电流的情况下动作的第一分火花间隙装置(FS1)外，通过电容连接分火花间隙装置(FS)，从而逐渐地接通分火花间隙装置(FS)，其中第二和全部另外的分火花间隙装置(FS2-FSN)通过电容直接连接到公共的参考电位，即仅在闪电过电压的情况下引弧该火花间隙装置，建议，按照下面的公式进行均压电容器的参数选择：(n-1)×CE＝k×CL×/U_s。

Description

承载雷电流的火花间隙装置

技术领域

本发明涉及承载雷电流的火花间隙装置，其具有多个串联的分火花间隙装置，该火花间隙装置包括n个分火花间隙装置，且n≥2，其电弧点火电压由于分火花间隙装置的串联而达到分火花间隙装置的电弧点火电压的n倍值，并且除了在发生雷电流的情况下动作的第一分火花间隙装置外，通过阻抗、特别是电容布置分火花间隙装置，如此逐渐地接通分火花间隙装置，其中第二和全部另外的分火花间隙装置通过阻抗直接连接到公共的参考电位、特别是地电位，并且分别使用相同的阻抗。

背景技术

例如通过DE 197 42 302 A1和DE 197 55 082 A1已知如此的火花间隙装置。

已知，一个火花间隙装置或者多级火花间隙装置可以用于瞬态的电位平衡，其中也消除了后面的网络续流。如此火花间隙装置的功能可以划分为四种基本功能：

1.在闪电过电压的情况下引弧火花间隙装置。

2.旁路或者引导在地和导体之间的雷电流，并保证沿着电弧的低电压降。

3.引导并消除网络续流。

4.火花间隙装置的再巩固并承受在火花间隙装置的位置上的回程电压。

在下面描述的改善仅仅涉及在瞬态过电压的情况下和在主雷电的闪电过电压的情况下引弧火花间隙装置，以及涉及特别是在如此闪电过电压的情况下火花间隙装置的引弧，这个闪电过电压在连续闪电的情况下出现并具有与如此主闪电相比增高的陡度。

就第一个子问题说明，在所有以前的技术解决方案中，如果过电压的高度超过放电器的火花间隙装置的引孤电压，则由于每个瞬态的过电压、比如在最广泛的意义上由于在断开电感负载时的突发脉冲、由于安全装置的分离和由于开关浪涌电压、实现避雷器的火花间隙装置的引弧。这意味着，在如此过电压的情况下每次一个避雷器动作。因此，在引孤时刻可能会出现网络续流，按避雷器的结构由该避雷器或由在前面连接的安全装置来中断该网络续流。可是根据任务提出其实仅仅在闪电过电压的情况下引弧避雷器。这是有益的，如果可以避免由于另外的过电压的引弧，由此保护避雷器并清除网络的不必要的电压波动或者避免熔断器断开。

发明内容

因此本发明的任务是，如此构造火花间隙装置，即仅仅在闪电过电压的情况下引弧该火花间隙装置。

就第二子问题说明，已知，90％较大部分的闪电是不利的云-地雷电放电。在不利的云-地雷电放电的情况下还有大约50％的部分出现不利的连续放电，其陡度显著大于第一主雷电。可是关于其动作以第一主雷电的闪电过电压检验火花间隙装置。在不利的连续闪电情况下按照目前的标准不检查动作特性。因为虽然终止这个负载的火花间隙装置，可是关于这个负载必须优化火花间隙装置的动作特性。

因此目标是，按要求由于不利的连续闪电扩大火花间隙装置的安全电平、迄今仅仅对于1.2/50μs的雷电冲击电压给出安全电平、并且对此达到同样的安全电平。

根据本发明由此达到这个目标，按照下面公式实现均压电容器的参数选择：

(n - 1) \times CE = k \times CL \times \hat{U} / U_{s},

其中n是分火花间隙装置的数目，并且n≥2，CE是每个均压电容器的电容，k是≥1的安全系数，CL是从火花间隙装置到过电压源的线路的线路电容，

是过电压的峰值，U_s是火花间隙装置的安全电平。

因此如此调整多级火花间隙装置的动作特性，如果过电压的信号能量是足够高的，由于换向操作的瞬态过电压不触发多级火花间隙装置，可是总是闪电过电压触发多级火花间隙装置，以便引弧分火花间隙装置。如果例如由于非常远的雷击引起的闪电过电压的信号能量不足以引弧整个多级火花间隙装置，则电压还是限制在处于安全电平之下的值。

在消除网络续流之后加重了避雷器的逆弧，因为均压电容器耗尽瞬态的回程电压。

本发明的另外的目的是，按照要求由于不利的连续雷击扩大火花间隙装置的安全电平、迄今仅仅对于1.2/50μs的雷电冲击电压给出的该安全电平、并且对此达到同样的安全电平。

所有火花间隙装置基于气体放电过程指出了或多或少清楚表明的惰性特性，该惰性特性由于放电延迟基于起始电子的统计是由气体引起的。因此放电延迟对于所有具有仅仅一个火花间隙装置的避雷器是不利的。在多级火花间隙装置中也出现这个效果。多级火花间隙装置的最后引弧的分火花间隙装置因此确定动作电压。每个火花间隙装置在脉冲特性曲线中指出了这个特性，该脉冲特性曲线给出在击穿电压和击穿时间之间的联系。随着冲击电压的陡度的增加因此火花间隙装置的动作电压也增加。这在极陡的过电压的情况下可能导致，超过在1.2/50.μs的雷电冲击电压下从动作特性中得出的安全电平。一个如此的超过在如此的、从不利的连续雷击中产生的过电压的情况下是可能的。

为了修改火花间隙装置适合于如此的条件，建议，以压敏电阻布置除了第一分火花间隙装置外的分火花间隙装置，这些压敏电阻分别并联于分火花间隙装置，其中按照下面的关系式进行压敏电阻的参数选择：

(n-1)U_r+U_AK＜U_S

其中n是分火花间隙装置的数目，U_r是压敏电阻的剩余电压，U_AK是在第一分火花间隙装置FS1上的电压、通过阳极和阴极电压降给出该电压，U_S是火花间隙装置的安全电平。

通过具有压敏电阻的线路布置有益地实现在冲击电压的非常大的陡度的情况下仍然保证安全电平。

附图描述

在图中图解描述了本发明的实施例并且下面详细说明该实施例。

图1指出了包括等效电路图在内的根据本发明的第一电路布置；

图2指出了包括等效电路图在内的火花间隙装置的修改的构成。

优选实施形式

图1指出了一个多级火花间隙装置的布置。过电压U(t)处于整个多级火花间隙装置上并首先仅引弧具有固有电容C12的第一分火花间隙装置FS1。在引孤第一分火花间隙装置之后在分火花间隙装置FS2上存在电压

U_{FS 2} (t) = U (i) \frac{C_{2 E}}{C_{23} + C_{2 E}} \approx U (t) da C_{23} < < C_{2 E}

因此也引弧分火花间隙装置FS2。相应地逐渐引弧所有另外的分火花间隙装置。

可是随着每个分火花间隙装置的引弧从脉冲电压U(t)的信号能量中推断出均压电容器C1E……CNE的充电的能量份额。如果信号能量、比如所有由于换向操作引起的瞬态过电压是有限的，则在相应数值的参数的均压电容器C1E……C(N-1)E的情况下，可完全耗尽该信号能量。

可以按照下面的准则进行均压电容器的参数选择。

·线性控制。所有CE是相同数值的。可以按照下面的考虑如下确定均压电容器的数值：

在火花间隙装置的一侧上存在线路电容CL，其由于瞬态的过电压充电到U。然后对于这个导体上的电荷，当存在多级火花间隙装置时，由于多级火花间隙装置的引弧均压电容器，会耗完这些电荷，因此电荷仅分布在n-1个分火花间隙装置上。在电荷分配后在多级火花间隙装置上还存在安全电平高度的电压。在均压电容器上存在电荷Q＝(n-1)^*C_E ^*U_S。通过电荷相等Q＝Q_L和考虑安全系数能够确定均压电容的数值。

(n - 1) * CE = k * CL * \hat{U} / U_{S}

U_S＝火花间隙装置的安全电平

k＝安全系数≥1

其中CL是从火花间隙装置到过电压源的线路的线路电容。

在雷击的情况下产生实际无限大的信号能量，该信号能量在所有情况下使所有分火花间隙装置动作。

因此有益地如此调整多级火花间隙装置动作特性，即

·由于换向操作的瞬态过电压不触发多级火花间隙装置。

·如果过电压的信号能量是足够大的，则总是闪电过电压触发，以便引弧所有分火花间隙装置。如果闪电过电压(例如由于非常远的远距雷击引起的)的信号能量不足以引弧整个多级火花间隙装置，则电压仍然限制在处于安全电压之下的值。

·在消除网络续流之后加重避雷器的逆弧，因为均压电容器耗尽瞬态的回程电压。

图2指出了具有压敏电阻的补充电路。

通过具有压敏电阻的线路布置避免由于分火花间隙装置的放电延迟的电压的上升。压敏电阻并联于分火花间隙装置FS2…FSN，并且对于直到延迟引弧分火花间隙装置的时域在这个分火花间隙装置上的电压几乎恒定地维持在通过压敏电阻的特性曲线预定的电平。因为对空气火花间隙装置压敏电阻几乎不引起延迟，得出几乎不依赖于电压的陡度的脉冲特性曲线。通过自然气体放电仅仅引弧第一分火花间隙装置FS1。在多级火花间隙装置中可以把第一分火花间隙装置FS1的引弧电压调至远低于安全电平的值。

按照下面的关系式进行压敏电阻的参数选择：

(n-1)U_r+U_AK＜U_S

n：火花间隙装置的数目

U_r：压敏电阻上的剩余电压

U_AK：通过阳极和阴极电压降得出的、在最上面的分火花间隙装置FS1上的电压。

U_S：多级火花间隙装置的安全电平

通过具有压敏电阻的线路布置有益地实现，在冲击电压非常大的陡度的情况下仍然保证安全电平。

本发明不局限于实施例，而且在公开的范围内多种多样地变化。

所有新的、在描述和/或图中公开的单个和组合特征看作根据本发明的特征。

Claims

1.具有多个串联分火花间隙装置的承载雷电流的火花间隙装置，该火花间隙装置包括n个分火花间隙装置(FS)，且n≥2，其电弧点火电压由于分火花间隙装置(FS)的串联而达到分火花间隙装置的电弧点火电压的n倍值，并且除了在发生雷电流的情况下动作的第一分火花间隙装置(FS1)外，通过电容构成的阻抗连接分火花间隙装置(FS)，从而逐渐地接通分火花间隙装置(FS)，其中第二和全部另外的分火花间隙装置(FS2-FSN)通过所述阻抗直接连接到公共的参考电位即地电位，并且分别使用相同的阻抗，其特征在于按照下面的公式进行均压电容器的参数选择：

(n - 1) \times CE = k \times CL \times \hat{U} / U_{s},

其中CE是每个均压电容器的电容，k是≥1的安全系数，CL是从火花间隙装置到过电压源的线路的线路电容，

是过电压的峰值，U_s是火花间隙装置的安全电平。

2.按照权利要求1的火花间隙装置，其特征在于，除了第一分火花间隙装置(FS1)外，以压敏电阻连接分火花间隙装置，压敏电阻分别并联于分火花间隙装置(FS2-FSN)，其中按照下面的关系式进行压敏电阻的参数选择：

(n-1)U_r+U_AK＜U_S

其中U_r是压敏电阻的剩余电压，U_AK是在第一分火花间隙装置(FS1)上的电压，通过阳极和阴极电压降给出该电压。