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火花隙的觸發裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201180040061.5

申請日:

2011.07.13

公開號:

CN103098322B

公開日:

2015.01.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01T 2/02申請日:20110713|||公開
IPC分類號: H01T2/02 主分類號: H01T2/02
申請人: 德恩及索恩兩合股份有限公司
發明人: S·希爾; M·瓦夫勒; U·施特朗費爾德; A·埃爾哈特; S·施賴特爾
地址: 德國諾伊馬克特
優先權: 2010.08.17 DE 102010034586.5; 2011.05.31 DE 102011102937.4
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038 代理人: 董華林
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201180040061.5

授權公告號:

103098322B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.21|||2013.06.12|||2013.05.08

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種火花隙觸發裝置,其包括處在主電極之一(H2)上或處在該主電極中的、相對于該主電極絕緣的觸發電極(T),觸發電極與另一個主電極(H1)經由至少一個電壓切換元件或電壓監控元件電連接并且在觸發電極與所述另一個主電極之間存在空氣隙。觸發電極與絕緣間隙(I)和由具有比主電極之一的材料較小的電導率的材料M構成的層形成夾層結構,其構成按串聯結構的層狀電介質,其包括具有絕緣間隙的電介質的第一分電容(CI)和具有材料M作為電介質的第二分電容(CM),第一和第二電容串聯,第一電容大于第一或第二分電容,在觸發電弧中在根點區域內在兩個主電極上形成等離子體射束,通過電弧根點擴展可能性的強限制能影響電弧收縮及其滯留時間。

權利要求書

權利要求書火花隙的觸發裝置,其包括處在主電極之一(H2)上或該主電極中的、相對于該主電極(H2)絕緣的觸發電極(T),觸發電極(T)與另一個主電極(H1)經由至少一個電壓切換元件或電壓監控元件電連接并且在觸發電極(T)與所述另一個主電極(H1)之間存在空氣隙,其特征在于,觸發電極(T)與絕緣間隙(I)和由具有比主電極(H1、H2)之一的材料小的電導率的材料(M)構成的層形成夾層結構,該夾層結構構成按串聯結構的層狀電介質,該串聯結構包括具有絕緣間隙(I)的電介質的第一分電容(CI)和具有該材料(M)作為電介質的第二分電容(CM),并且分電容(CI)和/或(CM)選擇得很小。
按照權利要求1所述的裝置,其特征在于,絕緣間隙(I)構成為薄膜層或薄漆層。
按照權利要求2所述的裝置,其特征在于,絕緣間隙的厚度為百分之幾毫米。
按照上述權利要求之一項所述的裝置,其特征在于,材料(M)具有比各主電極的材料差多倍的電導率。
按照上述權利要求之一項所述的裝置,其特征在于,材料(M)由設有導電的顆粒或纖維的塑料或陶瓷構成。
按照上述權利要求之一項所述的裝置,其特征在于,經由材料(M)的層厚度實現觸發電弧的延長。
按照上述權利要求之一項所述的裝置,其特征在于,夾層結構具有階梯形的構造,緊接著觸發電極(T)的是較寬的絕緣間隙(I),并且緊接著絕緣間隙的是相對于絕緣間隙(I)又較寬的材料(M)的層。
按照權利要求7所述的裝置,其特征在于,夾層結構成階梯形對稱地或不對稱地構成。
按照上述權利要求之一項所述的裝置,其特征在于,夾層結構由漆絕緣的印刷電路板構成。

說明書

說明書火花隙的觸發裝置
技術領域
本發明涉及按照權利要求1所述的火花隙的觸發裝置,其包括處在主電極之一上或處在該主電極中的相對于該主電極絕緣的觸發電極,觸發電極與另一個主電極經由至少一個電壓切換元件或電壓監控元件電連接并且在觸發電極與所述另一個主電極之間存在空氣隙。
背景技術
火花隙關于其性能可以區分為擊穿火花隙或表面放電火花隙。這樣的火花隙可構成觸發的、但也可構成非觸發的。在觸發的火花隙中除各主電極外存在至少一個觸發電極。在觸發的火花隙中例如經由觸發變壓器的使用而因相應好絕緣的觸發電極的高響應電壓實現觸發。
在一種方案中存在可能性,通過觸發電極關于主電極的特別的設置無觸發變壓器地進行觸發。對此在許多情況下保證在觸發電極與主電極之間的導電連接。
原則上適用的是,觸發的火花隙具有可控的響應性能。
按照DE20020771U1在耐壓封裝的火花隙裝置中為了排走因過電壓引起的有害的干擾量,直接經由在那里存在的導電的殼體為在放電空間內形成分火花隙可建立觸發電壓。然后經由分火花隙對在各主電極之間的主火花隙觸發。此外使用觸發變壓器,即觸發器的組成部分。
但觸發變壓器的使用造成可觀的結構空間。此外在觸發變壓器中在次級則產生的觸發電壓值取決于初級側的電流變化di/dt。如果該電流脈沖不具有足夠的陡度,則為了電弧穿過火花隙,在次級側產生的電壓是不夠的。這意味著,過電壓保護裝置盡管產生的過電壓仍然是無效的。
控制火花隙的另一種可能性在于,觸發電極與主電極之一處于連接。在這里可以取消觸發變壓器。在觸發過程中在這些現有技術的解法中在一個主電極與觸發電極之間起動表面放電,它在確定時間以后到達另一個主電極。
DE10146728B4中公開這樣的解法。在該過電壓保護裝置中在兩個主電極上連接電壓切換元件與觸發元件的串聯結構。電壓切換元件的響應電壓低于擊穿火花隙的響應電壓。觸發元件與為觸發元件配置的電極之間的接觸點上提供接觸電阻。在電壓切換元件響應時首先放電電流流過觸發元件,將在那里觸發元件構成使在較大的放電電流時由于在接觸點上的接觸電阻形成放電,其導致圍繞接觸點的接觸區域的預電離。
這樣的觸發電極具有向兩個主電極之一的永久的電觸點。這意味著,主電位不存在電流分離。因此在觸發電路中必須連接電壓切換構件,例如形式為氣體放電器。在DE102004006988A1或DE10245144B3中披露相對于包括在一個或多個主電極上的直接導電接觸的觸發電極的解法的進一步方案。
按照DE102004006988A1的過電壓保護裝置在火花隙基礎上包括至少兩個處于壓力密封的殼體中的主電極和至少一個觸發輔助電極。在殼體容積中安裝功能組件用以降低火花隙的響應電壓,它與一個主電極和觸發輔助電極處于連接。
用于降低火花隙的響應電壓的功能組件包括電壓切換元件、阻抗和中斷部的處在電弧燃燒室之外的串聯結構,通過觸發輔助電極到最近的主電極的間距形成中斷部。在出現過電壓時,它超出切換元件和中斷部的響應電壓的總和,電流從第一主電極向第二主電極流動因而跨越中斷部的電弧為各主電極之間的中斷部的立即電離提供載流子。
按DE10245144B3的觸發裝置具有輔助電極,它與觸發器連接。該觸發器具有非線性的依賴于溫度的帶有正溫度系數的電阻。依賴于溫度的該電阻的電阻增加在火花隙加負荷時控制觸發和熄滅性能。
在上述包括觸發電極的火花隙中在觸發區域內存在火花放電隙的小型化,借此觸發脈沖付出小的功率。因此電弧的長度實際上處在十分之幾毫米內。觸發電弧還必須在觸發火花隙的區域內如此長時間地燃燒,直到在各主電極之間的空間完全電離并且電弧完全擊穿到達第二主電極上。由此對觸發電極很長時間和能量豐富地加負荷。此外存在危險,即在觸發過程中完全的放電電流在較長的時間間隔內經由觸發輔助電極流動。這產生的后果是,必須使用特別耐燒損的和因而昂貴的材料。最后經由觸發分支以及在那里存在的電壓切換元件和電壓限定元件的電壓降是如此之大,以致不可能實現實際上需要的最大的安全電平。
發明內容
因此由以上所述背景出發本發明的目的是,提供進一步開發的火花隙的觸發裝置,其包括處在主電極之一上或處在該主電極中的相對于該主電極絕緣的觸發電極,其中,應在大的范圍內可預定響應性能并且可以使用成本有利的材料,而不損害這樣配備的火花隙的工作可靠性和長時間穩定性。
通過按照權利要求1的特征組合的火花隙的觸發裝置達到本發明的目的,從屬權利要求描述至少符合目的的實施形式和進一步構成。
據此從火花隙的觸發裝置出發,其包括處在主電極之一H2或處在該主電極中的相對于該主電極H2絕緣的觸發電極T,觸發電極T與另一個主電極H1經由至少一個電壓切換元件或電壓監控元件電連接并且在觸發電極T與所述另一個主電極H1之間存在空氣隙。
按本發明,觸發電極T與絕級間隔I和由具有比主電極H1、H2之一的材料較小的電導率的材料M構成的層形成夾層結構,該夾層結構構成按串聯結構的層狀電介質,所述串聯結構包括具有絕緣間隙I的電介質的分電容CI和具有材料M作為電介質的第二分電容CM。應該選擇特別小的分電容CI和CM,由此在火花隙中立即達到火花形成。
在本發明的一種實施形式中,絕緣間隙構成為薄的薄膜層或漆層。
在本發明的一種優選的實施形式中,絕緣間隙的厚度只為百分之幾毫米。
夾層結構的材料M具有比主電極之一的材料差多倍的電導率并且例如由塑料構成,該塑料具有導電的顆粒,例如碳或金屬顆粒。
按照本發明經由材料M的層厚度實現觸發電弧的延長。補充地或按選擇也可以關于多個鄰接的層重疊地構成材料M,從而再次加大從觸發電極到最近的主電極的距離并且增加觸發電弧等離子體的載流子的數目。
在該目的上夾層結構可以具有階梯形的構造,緊接著觸發電極T的是較寬的絕緣間隙I,并且緊接著絕緣間隙的是相對于絕緣間隙I又較寬的材料M的層。
也可以階梯形對稱地構成該夾層結構。
在一種優選的技術轉化中,夾層結構可以由漆絕緣的印刷電路板構成或包括這樣的印刷電路板的多個元件。對此可以涉及薄膜印刷電路板或由剛性載體材料構成的印刷電路板。
附圖說明
以下要借助實施例參照附圖更詳細地說明本發明。其中:
圖1火花隙的觸發裝置的原理圖,該火花隙包括兩個主電極和一個觸發電極;
圖2按圖1的裝置得出的電容式的分壓器的視圖;
圖3觸發裝置的層狀電介質的視圖;
圖4觸發裝置的一種特殊幾何形狀的俯視圖和側視圖,包括觸發電弧的期望的延長,用于在各主電極之間的電極裝置中啟動加強的電弧等離子體;
圖5按照本發明的裝置的實現的實施形式的視圖,示出各角形的主電極和去電離室,未示出頂蓋件;
圖6按照本發明的角形火花隙的觸發裝置的詳圖。
具體實施方式
按圖1的視圖示出兩個基本上對置的主電極H1和H2以及處在兩個主電極之間的空氣電介質。
觸發裝置的大大放大的視圖包括導電的觸發電極T,它向主電極H2的方向被絕緣間隙I覆蓋。絕緣間隙I接著由具有微小電導率的材料M構成的層。材料M的層支承在第二主電極H2的表面上。
經由連接件A可以在觸發電極T與主電極H1之間連接各外部的元件。在那里設置的各器件可以包括例如氣體放電器、可變電阻、二極管或類似元件。
按照圖1的視圖的總裝置這樣構成,即其首先在觸發電極T與主電極H2之間導致擊穿火花或者說火花放電。向主電極H1的擊穿火花在該狀態下仍不存在。為了確保上述性能,在觸發電極T與主電極H1的表面之間存在空氣隙。對于作用、特別是對于觸發器并從而火花隙功能的快速響應很重要的是,參與觸發過程的各部件的存在的寄生的電容的分配。
如圖2所示,得出電容式的分壓器,其首先可以分成兩個主電容。
對于在連接件A中的各控制部件的電容CA和對于真正的觸發裝置的各部件的電容CP串聯。
按照圖3的視圖觸發裝置由絕緣間隙I和不良導電的材料M形成一個層狀電介質、亦由各具有不同絕緣電阻的材料構成的電介質。
由此由按圖3的分電容CI和CM的串聯結構得出按圖2的電容CP。
電容CA大于分電容CM或大于分電容CI。絕緣層按照本發明構成很薄的。
絕緣間隙I的電介質的層厚越薄,電容越大并且經由電容CM電壓降越多。
在按照本發明可作為等離子體噴射觸發說明的裝置中,將絕緣層I構成為在觸發電極T上的薄膜或漆層并因此可以很薄,例如百分之幾毫米。據此該絕緣層主要確定總裝置的響應性能。
層M的材料的選擇對觸發速度和由此產生的總火花隙的性能具有直接影響。
具體地利用不良導電的材料M的厚度,通過從觸發電極T到主電極H2的直接的火花放電隙的延長,產生觸發電弧的延長。
由于觸發電弧的延長,在電極裝置中噴射較大量的電弧等離子體,從而在主電極H1與H2之間可以在很短的時間內實現火花放電。
在電弧中在根點區域內在兩個電極上形成等離子體噴射或等離子體射束。該射束導致電離的氣體和載流子的強的和快速的指向目標的運動。按照本發明為此可以利用該傳送,以便明顯地加速在電極H1與H2之間的主火花隙的觸發,借此減小觸發電極T、層I和M以及連接件A中的各構件的負荷并且降低火花隙的剩余電壓。
還通過影響電離的氣體流的優選的方向表明等離子體噴射效果的特征。按照本發明可以采取措施,其一方面形成射束,但也影響方向,以便形成主火花的迅速的觸發的效果。建議的射束以其很有效的空氣距離的絕緣特別適用于對付空氣隙,這又保證角狀火花隙的有效工作。
雖然在現有技術中在各主電極觸發以后應盡可能沒有等離子體噴射形成,以便滯留脈沖電弧,但形成針對性的噴射流用于主火花隙的觸發按照本發明是符合要求的。
為了構成有效的等離子體射束使用電極材料,它們在根點區域內很好地冷卻電弧。這促進電弧根點的收縮。強收縮的根點是為很受影響的等離子體噴射的最好前提。通過電弧根點或整個電弧的擴展可能性的強限制可以影響電弧的收縮及其滯留時間。通過強收縮的電弧根點,由于固有的磁性力可以大大和針對性改變電弧的運動。
通過電極裝置和中間層I和M得出否則很隨機的等離子體噴射的優選定向。同樣中間層的材料的選擇,例如適合于氣體釋放,不僅通過然后形成的外來流影響等離子體噴射的定向,而且可以影響總流動強度并且直接改變噴射的氣體成分和隨同它的流動。
在一種實施形式中觸發電極由銅材料構成,這引起根點的強冷卻。由此存在可能性,將觸發電極按尺寸構成很薄的,借此可限制電弧的根點直徑和遷移。
層I和M向電極T和H2可以這樣構成,即材料影響等離子體噴射的原則上定向可能性和氣體流。除影響等離子體噴射外,通過幾何形狀可改變電弧的根點的遷移。通過在T與H2之間觸發電弧的強制的長度和必要時觸發電弧通過臺階向要求的運行方向的強制彎曲,可以將熱升力和固有磁性的力作用用于通過電弧擴展的指向目標的回環形成或也用于在相應的滯留時間以后隨根點運動的遷移。
由于等離子體噴射在兩電極上形成,在強噴射構成時在短的或也彎折的設置中導致各單流的彼此相遇。這在各直接彼此相遇的類似強的流動時在共同的軸上導致所謂等離子體圓盤,它強地向兩側拱起并且整個周圍電離、亦即也使得向H2那邊的間隙電離。在角形的軸時試圖在側面并排偏離各噴射流。不過該狀態是很不穩定的,從而持續地變換偏離方向。在通過室壁的側面的限定時加強該效果。最后在這里也看到間隙的更好的和快速的電離。
如圖4中原則性示出的,通過幾何的實施形式的改變可以進一步加強觸發電弧的作用和構成。
對此不僅增加不良導電的材料層M的厚度,而且存在構成重疊層或實現階梯形的夾層結構的可能性。由此再次加大從觸發電極到主電極的距離并且增加進入火花隙中的載流子的數目。在圖4的視圖(俯視圖)中夾層結構及其階梯的構造是可理解的。在側面由各薄的絕緣間隙I覆蓋觸發電極T并且在這里導致正面齊平地結束。成階梯縮進地緊接著絕緣間隙I的又是分別由不良導電材料M構成的層。
按圖4的側視圖可看出主電極H2、不良導電的材料M構成的層、絕緣間隙I和觸發電極T的梯級狀的層順序。觸發電極T的埋進和在側面用絕緣層材料I限定構成觸發裝置的進一步構成的非強制方案。
在觸發電極T與由不良導電的材料M構成的層之間的薄的絕緣間隙I優選通過印刷電路板來實現。觸發電極I則對應于施設的印制導線和絕緣層I對應于處在其上面的漆層,端面部分保留無漆層。在這里可以涉及包括薄膜載體材料的柔性的印刷電路板;或也可以涉及剛性的印刷電路板,印刷電路板載體材料可以是具有較不良電導率的材料M。
關于不良導電材料的特征的說明應該如此解釋,在這里應該涉及這些材料,它們與銅相比不良地導電。可設想導電塑料或導電陶瓷。理想地在這里使用具有高表面電導率和高體積電阻的材料。具有高體積電阻的材料易于,與電流流過體積相比,更傾向于在其表面上形成電流。在實施例中由于要求的不良導電的材料的微小的柔性,動用導電的塑料,其電阻在觸發區域內為大于10Ω且小于100kΩ。在材料的2/10mm的厚度上1kΩ的電阻時最好地構成觸發作用。根據使用的材料改變該層次的電阻值,通過不良導電的材料的厚度可控制電弧長度。
圖5示出按照本發明的解決的實際上實現的實施形式,包括各角狀電極和特殊的觸發區域,它詳細示于圖6中。對于相同的或相同作用的元件采用在以上描述中相同的標記。

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