CN203747397U - 用于保护过压保护元件的过流保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于保护过压保护元件(2)的过流保护装置，其带有熔断元件(4)，该熔断元件(4)关联有I2t值(A)，其特征在于，熔断元件(4)并联联结有部件(5)，其中部件(5)关联有I2t值(B)，该I2t值(B)大于熔断元件(4)的I2t值(A)，使得与经由熔断元件(4)相比较经由部件(5)可传导更大的I2t，且熔断元件(4)和部件(5)如此地设计，即使得带有高频部分和高I2t值的、短而相对高的脉冲电流基本上仅流动经过部件(5)，而低频电流尤其通常的低压电网的电流仅流动经过熔断元件(4)。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种尤其用于保护过压保护元件的过流保护装置，该过流保护装置带有熔断元件(Schmelzelement)。此外本实用新型还涉及一种由过流保护装置和过压保护元件形成的功能单元。
背景技术
在测量、控制和调节技术中以及在信息技术和远程通信技术中使用过压保护仪器以用于保护设备、仪器以及用电器。在此在过压保护仪器中作为过压保护元件尤其使用火花间隙(Funkenstrecke)、变阻器、抑制二极管(Suppressordioden)和气体放电器(üsAg)，其通常具有非线性响应特性或非线性特征线。
过压保护仪器用于，在由于例如大气放电引起的瞬态的过压时将电压限制到对于设备和仪器不危险的值上。这通常由此实现，即在过压事件中产生的脉冲电流通过布置在并列支路(Querzweig)中的过压保护仪器(其在超过确定的响应电压时是低阻抗的)来导出(ableiten)，使得通常与过压保护仪器并联布置的仪器不由脉冲电流流过。在过压事件中对于相对短的时间-通常最大数毫秒-相当大的电流流动通过那时低阻抗的过压保护仪器，而在额定运行(有时称为正常运行)中理想地无电流流动通过过压保护仪器，因为在额定电压中过压保护仪器是高阻抗的。
在过压保护元件经常响应时或者在由于过高或者持续过长的过压或者过流引起的过载时可导致过压保护元件逐渐老化并且由此导致损伤或者甚至损坏过压保护元件。随着过压保护元件逐步的老化在此首先在“不导电”的状态中过压保护元件的电阻降低，从而在额定运行中直到为驱动电网的短路电流的大小的泄漏电流可流动经过过压保护仪器。
为了阻止这种情况，过压保护仪器通过保险装置(Sicherung)来保护，该保险装置在故障情况中可中断自确定的大小起的泄漏电流。为此通常不使用主保险装置所谓的保险装置F1，而是使用附加的保险装置F2，其特别用于保护过压保护仪器且因此与过压保护仪器一同布置在导出支路中。
作为后备保险装置F1和F2在现有技术中使用熔断保险装置，其必须与过压保护仪器的导出能力相匹配。如果除了保险装置F1之外在导出支路(Ableitzweig)中还使用保险装置F2，则两个保险装置必须彼此匹配，其中在50Hz电网频率的情况下主保险装置F1与保险装置F2的关系应为1.6/1。此外保险装置F2必须能够无阻碍地允许大的脉冲电流(其应通过过压保护仪器导出)通过，从而通过激活保险装置F2不阻碍经由过压保护仪器以期望的方式导出脉冲电流。
每个熔断保险装置关联有I2t值-其在保险装置中称为熔断积分(Schmelzintegral)，其表明保险装置在其激活前可接收或引导多少能量。因此在选择适合的保险装置时还应注意，熔断保险装置的I2t值不小于应由过压保护仪器导出的最大脉冲电流的能量。如果应通过过压保护仪器可导出较大的脉冲电流，则这意味着，相应的保险装置例如F2必须具有相应大的I2t值，以便脉冲电流可流经熔断保险装置。
再则这种保险装置也具有相对高的额定电流值-也称作保险额定值(Sicherungsnennwert)，其在长的持续时间期间可流经保险装置，而保险装置不激活。
但是高的额定电流值导致，在过压保护仪器受到损伤时可流经过压保护仪器的小的故障电流不通过保险装置切断，虽然这本来是希望的。在使用带有较低I2t值的熔断保险装置时虽然切断较小的故障电流，然而在脉冲电流中也激活熔断保险装置，其本来应由下游的过压保护仪器导出。
实用新型内容
因此本实用新型的目的在于，提供一种尤其用于保护过压保护元件的过流保护装置，一方面相对高的脉冲电流可无阻碍流动通过该过流保护装置，另一方面该过流保护装置然而具有尽可能小的保险额定值，使得其在相对小的故障电流中已经激活。
该目的在开头所描述的带有熔断元件的过流保护装置的情况下由此实现，即熔断元件并联联结有部件，其中该部件关联有I2t值(B)，该I2t值(B)大于熔断元件的I2t值(A)，使得与经由熔断元件相比经由部件可传导更大的I2t，并且熔断元件和部件如此地设计，即使得带有高频部分和高I2t值的、短而相对高的脉冲电流基本上仅流动经过部件，而低频电流尤其为通常的低压电网的电流仅流动经过熔断元件。优选与经由熔断元件相比经由并联联结的部件可传导明显更大的I2t，即与经由熔断元件相比经由部件可传导或导出明显更大的能量。
取决于电流类型电流因此仅流过熔断元件(低频电流)或者基本上仅流过并联联结的部件(带有高频部分的、短时而相对大的脉冲电流)。与熔断导体并联联结的部件因此用于在高脉冲电流流动时减轻熔断元件的负担，因为该高脉冲电流不流过熔断元件而流过部件。因为与部件关联的I2t值(B)高于、优选明显高于与熔断元件关联的I2t值(A)，因此在以下情况下部件不会由带有相应高I2t值的脉冲电流损伤，即当该脉冲电流流过部件时。
通过根据本实用新型的熔断元件和部件的并联联结熔断元件可具有相对小的I2t值(A)，因为熔断元件现在不必再传导大的脉冲电流。这导致，熔断元件(所期望的)在具有低频(典型电网频率)的相对小的额定电流时已经激活，由此相对快地中断故障电流流过熔断元件。
由此低频电流流过熔断元件且不(也)流过并联联结的部件，部件首先是高阻抗的。控制部件从高阻抗状态进入到低阻抗状态中在此优选自动经由电压来实现，该电压通过流经熔断元件的、短而相对高的、带有高频部分的脉冲电流来产生。部件和熔断元件在此如此相互匹配，即使得在脉冲电流已经到达大于熔断元件(4)的I2t值(A)的I2t值之前，部件变成低阻抗的。
在此重要的是，在还流过熔断导体的脉冲的部分的I2t值大于熔断元件的I2t值(A)前，部件变成低阻抗的。由此保证，在熔断元件由于脉冲电流的能量损坏前，部件变成低阻抗的且由此脉冲电流流过部件。响应电压或者切换电压(由于其部件变成低阻抗的)因此通过在并联联结的熔断元件处的电压降来产生。
作为与熔断元件并联联结的部件，可优选使用气体放电器(üsAg)。备选地作为与熔断元件并联联结的部件也可使用电压控制的开关，尤其为带有绝缘的门电极(IGBT)的双极晶体管。
作为熔断元件可基本上使用熔断导体或者通常的熔断保险装置(有时称为保险丝)。优选然而设置成，线圈熔断导体使用为熔断元件，使得通过将熔断导体设计为线圈来提升熔断元件的感应率，线圈熔断导体的感应率Ｌ在此提升感应的电压降，该电压降是电流时间变化率dI/dt和感应率Ｌ的乘积(Uind=dI/dt*L)。通过选择线圈熔断导体的相应高的感应率Ｌ，大的电流时间变化率dI/dt在线圈熔断导体处和由此也在并联联结的部件处感应高的Uind，由此电压(在该电压时部件变成低阻抗的)快速达到，从而部件变成低阻抗的。
标准的8/20脉冲电流在大约10μs后达到其最大值，由此产生相当大的dI/dt。在线圈熔断导体处的感应电压由此快速到达并联联结的部件的响应电压或控制电压，使得部件变得比线圈熔断导体为更低阻抗的。脉冲电流然后基本上流过部件且不再流过线圈熔断导体，由此实现所期望的对熔断元件的负担的减轻。另一方面在电网条件(50Hz)下出现的故障电流在大约5ms后才达到其最大值，从而由此导致的小的电流时间变化率dI/dt不足以在熔断元件处感应足够以便并联联结的部件变成低阻抗的电压Uind。因为部件通过施加的电网电压也不被控制进入到低阻抗状态中，因此故障电流完全流过熔断元件，由此熔断元件被加热。如果由故障电流产生的能量超过最大值即熔断元件的I2t值(A)，则线圈熔断导体熔断，从而导出支路(在其中布置由熔断元件和部件形成的并联联结电路以及起保护作用的过压保护元件)断开；故障电流中断。
通过将部件与熔断元件并联联结可如此设计熔断元件，即使得其具有相对小的I2t值(A)(保险额定值)，从而在相对小的故障电流时已经导致激活熔断元件。然而通过部件和熔断元件的并联联结相对大的脉冲电流也可流过并联电路且由此由下游联结的过压保护元件导出，熔断元件不事前断开导出支路。如之前已经实施的那样，带有高幅度和带有高频部分的脉冲电流具有大的电流时间变化率dI/dt，从而由于在熔断元件处感应的高电压快速达到部件的响应电压或控制电压，由此减轻熔断元件的负担，使得不会导致熔断元件的显著加热并且由此不会导致熔断元件的激活。
脉冲电流的最大幅度越小，电流时间变化率dI/dt也越小。在阈值以下在熔断元件处下降的电压不再足够点燃并联联结的部件或将控制部件进入到低阻抗状态中。因此在故障电流(其在电网条件下流过并联电路)的情况中并联联结的部件不变成低阻抗、即不导致点燃气体放电器，从而电流(期望地)完全流过线圈熔断导体。通过熔断元件具有相对小的I2t值(A)(保险额定值)，这样的故障电流然后通过根据本实用新型的过流保护装置快速切断。
通过以下方式还可进一步改进根据本实用新型的过流保护装置的切断特性，即对于熔断元件使用带有高的比电阻的材料，由此电压降和在熔断元件中转换的能量提升，其导致快速分开熔断元件。当过流保护装置尤其作为保护元件在过压保护仪器前使用或与过压保护仪器连接来一起使用时，与传统的熔断保险装置不同，熔断元件高阻抗的构造方案在此是不成问题的，因为无额定电流流过过压保护仪器。
首先实施成，作为与熔断元件并联联结的部件根据优选的设计方案使用气体放电器且作为熔断元件使用线圈熔断导体。该优选设计方案的变型设置成，气体放电器是三极气体放电器，其中间的第三电极经由线圈联接，其中线圈熔断导体如此构造和布置，即使得线圈和线圈熔断导体作为互感器(Transformator，有时称为变压器)起作用。该设计方案具有的优点为，经由互感器和尤其线圈(经由该线圈联接三极气体放电器的第三电极)的选择可良好地调节电压(在这种电压下应点燃气体放电器)。通过线圈和线圈熔断导体作为互感器起作用，由于流过线圈熔断导体的脉冲电流感应的电压相当快地足以导致点燃气体放电器。这样的三极放电器由于两个主电极的较大的间隔而具有的较高的绝缘电压，然而可在过压情况中通过中间的第三电极利用小的响应电压被点燃。
根据另一有利的根据本实用新型的过流保护装置的优选的设计方案设置成，由熔断元件和部件形成的并联联结电路布置在共同的罩壳中，其中罩壳填充有灭弧介质。由此可明显提升可实现的灭弧能力。
根据本实用新型的另一附加优选的设计方案，设置热分离装置，其与部件尤其气体放电器热耦联。在此优选将相应的带有低共熔合金(eutektischen Legierung)的分离机构固定在部件处。如果部件的温度提升超过阈值，那么低共熔合金熔化，这导致以机械的方式中断电流连接和由此导致分离过强加热的部件。使用热分离装置尤其在以下情况下是有意义的，即当根据本实用新型的过流保护装置在相对大功率的电网中使用，从而存在这样的危险，即在点燃部件后流动的电网续流不可单独通过部件熄灭。
在开头阐述了根据本实用新型的过流保护装置尤其用于保护过压保护元件。本实用新型的对象因此不仅是过流保护装置自身，而且也是由根据本实用新型的过流保护装置和与其串联联结的过压保护元件形成的功能单元。在此过压保护元件中可例如为变阻器。然而也可考虑使用火花间隙或者其它的过压保护元件。
即使这为过流保护装置的优选应用，其它应用也是可行的。根据本实用新型的过流保护装置也可例如与马达串联联结，在一些情况下短而相对高的起动电流可流过马达。这样的马达也可串联联结有用作保险装置的熔断元件。与熔断元件并联联结的部件则用于保护熔断元件免于高起动电流，其在根据本实用新型的过流保护装置中则基本上流过部件且不流过熔断元件。
根据优选的设计方案过压保护元件与热分离装置热耦联，由此可阻止对过压保护元件进行的不允许的加热。如实际上由现有技术已知的那样，热分离装置在此可根据热开关原理来监视过压保护元件，使得在过压保护元件过热时在过压保护元件与分离元件之间设置的焊接连接分开，这然后导致过压保护元件的电切断。这样的过压保护元件例如由文件DE 20 2004 006227 U1已知。
最后根据本实用新型的功能单元或者根据本实用新型的过流保护装置还可串联联结有熔断保险装置，其中熔断保险装置和过流保护装置优选布置在共同的罩壳中。在此根据应用情况过压保护元件可优选与热分离装置一同布置在独立的罩壳中或者与过流保护装置一同布置在共同的罩壳中。
附图说明
现在详细来说存在设计和改进根据本实用新型的过流保护装置和由过流保护装置和过压保护元件形成的功能单元的多种可能性。对此不仅参考从属于权利要求1和12的权利要求而且参考接下来与附图相结合对优选的实施例进行的描述。其中：
图1显示在现有技术中实现的过压保护元件的保险装置的示意性的图示，
图2显示根据本实用新型的过流保护装置的第一实施例的两个变型的示意性的图示，
图3显示根据本实用新型的过流保护装置的第二实施例的两个变型的示意性的图示，
图4显示根据本实用新型的过流保护装置的第三实施例的示意性的图示，
图5显示根据本实用新型的过流保护装置的另一实施例的两个变型的示意性的图示，
图6显示根据本实用新型的过流保护装置的第五实施例的两个变型的示意性的图示，以及
图7显示根据本实用新型的功能单元的两个变型的示意性的图示。
具体实施方式
图2到图6显示根据本实用新型的过流保护装置1的不同实施例的示意性的图示，该过流保护装置1用于保护过压保护元件2，其中过流保护装置1和过压保护元件2共同布置在导出支路3中。在出现过压事故时由此保护与导出支路3并联联结的用电器，即过压保护元件2导电，使得产生的脉冲电流流出经过导出支路3且由此不经过用电器。
图1显示了布置在导出支路3中的过压保护元件2，在该过压保护元件2之前串联有熔断保险装置F2，由此保护过压保护元件2免于短路电流引起的过载。如果过压保护元件2的电阻由于经常响应或者由于过载而降低，从而即使在额定运行中电流也流过过压保护元件2，那么自确定的大小和持续时间起的电流通过然后激活的保险装置F2中断。然而由于在过载情况中待导出的脉冲电流应流过导出支路3，因此保险装置F2必须也能够允许这样的脉冲电流无阻碍地通过。熔断保险装置F2(其可传递高脉冲电流)然而通常也有相对高的保险额定值，这导致，较小的故障电流(其在导出支路3中流动经过过压保护元件2)不通过熔断保险装置F2切断，或者至少不足够快地切断。
在根据本实用新型的过流保护装置1中因此与熔断元件4并联联结有部件5，其从确定的响应电压开始变成低阻抗的。如果在熔断元件4上下降的电压高于部件5的响应电压，从而部件5变成低阻抗的，则电流基本上完全流过部件5，由此减轻熔断元件4的负担。
作为部件5在此例如根据图2a可使用电压控制的开关，尤其为带有绝缘门电极(IGBT)的双极晶体管。然而优选根据其它附图使用气体放电器作为部件5，其并联联结熔断元件4。熔断元件4可根据图3a通过串联联接熔断导体6和线圈7或者优选通过在其它附图中显示的线圈熔断导体4来形成，其根据图3b围绕气体放电器5卷绕。
在图4中所示的根据本实用新型的过流保护装置1的实施形式中并联联结线圈熔断导体4的部件5由三极气体放电器形成，其中中间的第三电极8经由线圈9联接。线圈9和线圈熔断导体4在此作用为互感器，使得由于流过线圈熔断导体4的脉冲电流感应的电压相当快地足够用于导致点燃气体放电器5。
如尤其由图3b显而易见的是，线圈熔断导体4和气体放电器5优选布置在共同的罩壳10中，该罩壳10为了改进灭电弧特性优选填充有灭弧介质，尤其填充有石英砂。
根据图5的两个实施例由此与根据图3b的实施例区不同，即过流保护装置1附加还具有热分离装置11，其与气体放电器5热耦联。如果气体放电器5的温度上升超过阈值，则热分离装置11的优选经由低共熔合金实现的分离机构导致，中断过流保护装置1的电流连接。在图5a和图5b中所示的实施例之间的区别在此仅在于，在根据图5a的实施形式中仅气体放电器5和线圈熔断导体4布置在共同的罩壳10中，而在根据图5b的实施例中附加也还将热分离装置11集成在罩壳10中。
在根据图6的过流保护装置1的实施例中由气体放电器5和线圈熔断导体4形成的并联电路附加还串联联结有熔断保险装置12，其中熔断保险装置12可或者布置在过流保护装置1的罩壳10外(图6a)或者同样布置在过流保护装置1的罩壳10内(图6b)。
最后在图7中显示由根据本实用新型的过流保护装置1和与其串联联结的过压保护元件2形成的功能单元的两个实施例。过流保护装置1在此相应于图5b来构造，使得该过流保护装置1除线圈熔断导体4和气体放电器5的并联电路之外还具有热分离装置11。
在图7中所示的功能单元的两个变型中作为过压保护元件2分别设置变阻器，其中除了热分离装置11(其与气体放电器5热耦联)之外设置第二热分离装置13，其与变阻器2热耦联。在根据图7a的实施例中一方面过流保护装置1和另一方面带有热分离装置13的变阻器2分别布置在专用罩壳10,14中，而在根据图7b的实施例中功能单元的全部部件布置在共同的罩壳15中。
Claims (13)
1.一种过流保护装置，尤其用于保护过压保护元件(2)，该过流保护装置带有熔断元件(4)，该熔断元件(4)关联有I2t值(A)，其特征在于，与所述熔断元件(4)并联联结有部件(5)，其中所述部件(5)关联有I2t值(B)，该I2t值(B)大于所述熔断元件(4)的I2t值(A)，使得与经由所述熔断元件(4)相比经由所述部件(5)可传导更大的I2t，且所述熔断元件(4)和所述部件(5)如此地设计，即使得带有高频部分和高I2t值的短而相对高的脉冲电流基本上仅流动经过所述部件(5)，而低频电流尤其为通常的低压电网的电流仅流动经过所述熔断元件(4)。
2.根据权利要求1所述的过流保护装置，其特征在于，使用电压控制的开关作为部件(5)。
3.根据权利要求1所述的过流保护装置，其特征在于，使用气体放电器作为部件(5)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的过流保护装置，其特征在于，使用带有提升的感应率的线圈熔断导体作为熔断元件(4)，该线圈熔断导体优选围绕所述部件(5)卷绕。
5.根据权利要求4所述的过流保护装置，其特征在于，所述熔断元件(4)具有提升的欧姆电阻，使得所述熔断元件(4)关联有较小的I2t值(A)。
6.根据权利要求3所述的过流保护装置，其特征在于，使用三极气体放电器作为部件(5)，其中所述第三电极(8)经由线圈(9)来联接，并且其中所述线圈(9)和所述线圈熔断导体(4)作为互感器起作用。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的过流保护装置，其特征在于，所述熔断元件(4)和所述部件(5)布置在共同的罩壳(10)中，其中所述罩壳(10)填充有灭弧介质。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的过流保护装置，其特征在于，设置有热分离装置(11)，该热分离装置与所述部件(5)热耦联。
9.根据权利要求8所述的过流保护装置，其特征在于，将所述熔断元件(4)、所述部件(5)以及所述热分离装置(11)布置在共同的罩壳(10)中，其中所述罩壳(10)填充有灭弧介质。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的过流保护装置，其特征在于，所述过流保护装置(1)串联联结有熔断保险装置(12)，其中所述过流保护装置(1)和所述熔断保险装置(12)优选布置在共同的罩壳(10)中。
11.根据权利要求2所述的过流保护装置，其特征在于，所述电压控制的开关为IGBT。
12.一种由根据权利要求1至11中任一项所述的过流保护装置(1)和过压保护元件(2)尤其为变阻器形成的功能单元，其中所述过流保护装置(1)和所述过压保护元件(2)串联联结。
13.根据权利要求12所述的功能单元，其特征在于，设置有热分离装置(13)，该热分离装置(13)与所述过压保护元件(2)热耦联，其中优选至少所述过压保护元件(2)和所述热分离装置(13)布置在共同的罩壳(14)中。
Applications Claiming Priority (2)
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