具有短路功能用于保護(hù)系統(tǒng)和人員的過電壓保護(hù)裝置的制造方法
【專利說明】具有短路功能用于保護(hù)系統(tǒng)和人員的過電壓保護(hù)裝置
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有短路功能的過電壓保護(hù)裝置，其用于對(duì)低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)和人 員提供保護(hù)，其中在共同的殼體中既布置了至少一個(gè)過電壓保護(hù)元件又布置了可熱觸發(fā)的 短路裝置，這是專利權(quán)利要求1的前序內(nèi)容。
[0002] 在工業(yè)設(shè)施中，不同制造商的組件常常會(huì)結(jié)合使用并適于在正常條件下無故障地 運(yùn)行。關(guān)于過電壓保護(hù)，許多電壓供給設(shè)備、操作設(shè)備和控制器都具有在內(nèi)部特別適配的保 護(hù)措施。
[0003] 這些措施涉及在操作時(shí)、臨時(shí)和瞬時(shí)過電壓條件下提供保護(hù)。通過使用例如時(shí)序 控制半導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生在操作條件下很高的開關(guān)過電壓，該過電壓一般早就要求內(nèi)部或外部過 電壓裝置。在復(fù)雜的系統(tǒng)中這些具體措施很難適配，從而使得可能會(huì)因相互干擾，例如由于 工作區(qū)域重疊而產(chǎn)生非期望的干擾。
[0004] 但是在系統(tǒng)和人員保護(hù)彼此緊密相關(guān)的電力系統(tǒng)中，各種保護(hù)措施的適配卻變得 更加重要。因此避免干擾以及有針對(duì)性且安全地消除干擾對(duì)這些系統(tǒng)是絕對(duì)必要的。
[0005] 特別是在這樣的系統(tǒng)中，要不斷提高對(duì)所述措施安全性和有效性的要求，在所述 系統(tǒng)中即使電源電壓已切斷仍然可能會(huì)在例如消除干擾時(shí)危害人身。
[0006] 這些可以是具有電氣、化學(xué)或機(jī)械儲(chǔ)能器的系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能器具有網(wǎng)絡(luò)緩沖器、應(yīng) 急裝置或多路供電裝置。例如旋轉(zhuǎn)機(jī)械在發(fā)生故障時(shí)可從電機(jī)運(yùn)行切換到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行并且 經(jīng)過很長一段時(shí)間直到停機(jī)為止提供大量電壓和能量。在故障時(shí)，即發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的 電壓，根據(jù)對(duì)機(jī)器的控制甚至可能比實(shí)際的工作電壓高得多。
[0007] 為了保護(hù)系統(tǒng)常常會(huì)設(shè)置保護(hù)裝置，當(dāng)?shù)竭_(dá)電壓極限時(shí)所述保護(hù)裝置會(huì)實(shí)現(xiàn)短路 形式的狀態(tài)。因此已知這樣的電子電路，其會(huì)在偏離正常運(yùn)行時(shí)通過控制功率半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn) 低電阻狀態(tài)。這些設(shè)備往往具有復(fù)雜的測(cè)量和評(píng)估裝置，因此例如除了電壓電平外還可評(píng) 估電流和頻率以便評(píng)價(jià)系統(tǒng)狀態(tài)。有利的是這些設(shè)備可逆地工作并且可對(duì)其響應(yīng)特性進(jìn)行 非常精確的調(diào)節(jié)。但是不利的是，復(fù)雜的評(píng)估會(huì)導(dǎo)致時(shí)間滯后，并且對(duì)于可接受的價(jià)格/性 能比方面會(huì)通過組件大大限制運(yùn)行效率。這在嚴(yán)重的運(yùn)行故障時(shí)也可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。 此外幾乎不可能迅速更換設(shè)備。特別是設(shè)備過載常常會(huì)導(dǎo)致其它裝置的未定義的過載，從 而使得在通常低效的設(shè)備過載之后有必要對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查。
[0008] 已知可用具有簡(jiǎn)單過電壓保護(hù)裝置（例如基于火花間隙）的解決方案來替代所述 復(fù)雜的電子設(shè)備。在火花間隙響應(yīng)后，其通常通過焊接或通過熔融構(gòu)成電極的低熔點(diǎn)的材 料或另外引入的材料來形成載流短路。
[0009] 被動(dòng)的火花間隙，其通?；诨芯嚯x來實(shí)現(xiàn)，在主電極之間具有相對(duì)短的分離 距離。所述設(shè)備的響應(yīng)電壓高度分散，取決于梯度（steilheitsabh如gig)且也取決于環(huán) 境條件。在復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)的具有大量其它過電壓保護(hù)措施的已描述應(yīng)用環(huán)境中，通過所述解 決方案來實(shí)施定義的操作只有在下述條件下才有可能，即工作電壓與系統(tǒng)和人員保護(hù)所需 的電壓之間存在足夠的差距。
[0010] 從DE42 35 329A1中已知一種短路裝置，特別用于熄滅低壓開關(guān)設(shè)備中的故障 電弧以分布電能。這在現(xiàn)有技術(shù)中涉及一種解決方案，其會(huì)限制因故障電弧造成的人身傷 害和物質(zhì)損失，也就是說是通過使得上級(jí)斷路器迅速關(guān)閉。在這種情況下提出一種空間需 求很小的短路裝置。所述短路裝置具有至少一個(gè)開關(guān)元件和至少一個(gè)短路器，其中短路器 由兩個(gè)電極以及導(dǎo)電部分或?qū)щ妳^(qū)域所構(gòu)成，其中通過電動(dòng)力作用將可移動(dòng)或可變形的導(dǎo) 電區(qū)域壓靠電極并從而引起金屬短路。開關(guān)元件在兩個(gè)短接的電勢(shì)或電流導(dǎo)軌之間通過短 路器來連接，其中在開關(guān)元件中流過的電流也流到電極的導(dǎo)電部分或區(qū)域中。至少一個(gè)所 述開關(guān)元件以至少一個(gè)或兩個(gè)反向并聯(lián)連接的晶閘管形式來構(gòu)造，其通過外部點(diǎn)火脈沖來 點(diǎn)火。所述點(diǎn)火脈沖又由故障電弧引發(fā)。
[0011] 因此基于上述情況，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種經(jīng)過改進(jìn)的具有短路功能的過 電壓保護(hù)裝置，其用于對(duì)低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)和人員提供保護(hù)，所述過電壓保護(hù)裝置在對(duì)其它 系統(tǒng)組件采取特定過電壓保護(hù)措施的環(huán)境下在常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生故障并且其會(huì)在 響應(yīng)時(shí)實(shí)現(xiàn)所定義的具有高載流能力的低電阻狀態(tài)。此外還應(yīng)保護(hù)現(xiàn)有的過電壓保護(hù)裝置 免受因重大故障引起的過載。此外在響應(yīng)后還可簡(jiǎn)單、快速和安全地更換過電壓保護(hù)裝置。
[0012] 本發(fā)明的任務(wù)通過根據(jù)專利權(quán)利要求1所述特征組合的過電壓保護(hù)裝置得以實(shí) 現(xiàn)，該過電壓保護(hù)裝置具有短路功能用于對(duì)系統(tǒng)和人員提供保護(hù)，其中從屬權(quán)利要求至少 具有有利的結(jié)構(gòu)形式和改進(jìn)形式。
[0013] 因此，從具有短路功能的、用于對(duì)低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)和人員提供保護(hù)的過電壓保護(hù) 裝置出發(fā)，其中在共同的殼體中既布置了至少一個(gè)過電壓保護(hù)元件又布置了可熱觸發(fā)的短 路裝置。根據(jù)本發(fā)明，所述裝置被設(shè)計(jì)用于插入NH熔斷器底座中并且共同的殼體被構(gòu)造成 在空間和幾何形狀上與NH恪斷件相似具有觸頭閘刀（Kontaktmessern)。
[0014] 在一種實(shí)施形式中，短路裝置被構(gòu)造成具有固定部分和可移動(dòng)部分的機(jī)械短路 器，其中在固定部分和可移動(dòng)部分之間為犧牲元件（Opferelement)，其在第一次到達(dá)預(yù)定 的I2t值時(shí)觸發(fā)或釋放這些部分的不可逆的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0015] 另外還設(shè)置了具有遙信功能（Fernmeldefunktion)的狀態(tài)指示器。此狀態(tài)指示不 僅包括監(jiān)控（即監(jiān)控過電壓保護(hù)裝置插入NH熔斷器底座到何種程度）的可能性，還包括實(shí) 際的運(yùn)行狀態(tài)。
[0016] 狀態(tài)指示器除了微型開關(guān)外還具有機(jī)械觸發(fā)的銷，其中在觸發(fā)狀態(tài)下，所述銷阻 止裝置重新插入到NH熔斷器底座中。
[0017] 在本發(fā)明的一種實(shí)施形式中，在過電壓保護(hù)裝置的共同的殼體中布置了一并聯(lián)電 路，其由在第一支路中的電壓開關(guān)元件、犧牲元件和短路裝置的串聯(lián)電路和在第二支路中 的至少一個(gè)限壓的元件所構(gòu)成。
[0018] 電壓開關(guān)元件可被構(gòu)造成（也是可觸發(fā)的）火花間隙、氣體放電管、半導(dǎo)體開關(guān)或 二極管。
[0019] 限壓的元件例如被構(gòu)造成變阻器或PTC元件，或者具有由變阻器或PTC元件組成 的串聯(lián)電路。
[0020] 犧牲元件優(yōu)選被構(gòu)造成金屬部件，其具有在電負(fù)荷時(shí)的定義熔融性能。
[0021] 犧牲元件可替代地或附加地被溫度敏感地固定并且獨(dú)立于其熔斷積分 (Schmelzintegral)在到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)被觸發(fā)。
[0022] 在本發(fā)明的一種實(shí)施形式中，通過殼體的開口通道可調(diào)節(jié)所述裝置的工作范圍和 靈敏度范圍。
[0023] 響應(yīng)電壓的調(diào)節(jié)能夠通過可調(diào)的分壓器，通過橋接或通過分離預(yù)設(shè)的開關(guān)元件或 通過去激活或激活電子組件來進(jìn)行。
[0024] 實(shí)現(xiàn)狀態(tài)指示的銷，其優(yōu)選被構(gòu)造成彈簧預(yù)張緊的撞針，其運(yùn)動(dòng)在短路情況下由 短路裝置的可移動(dòng)部分來釋放，否則其運(yùn)動(dòng)被阻止。撞針的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)路徑的長度可 獨(dú)立于短路裝置的可移動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量來選擇。
[0025] 將功率半導(dǎo)體用作電壓開關(guān)元件時(shí)，可以在相關(guān)的待保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生電氣或機(jī)械干 擾時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行有針對(duì)性的控制。
[0026] 在本發(fā)明的變體形式中，具有犧牲元件的短路器可以集成到火花間隙中作為要使 用的過電壓保護(hù)元件?；鸹ㄩg隙在這種情況下可設(shè)計(jì)成具有觸發(fā)單元或不具有觸發(fā)單元。
[0027] 所提出的過電壓保護(hù)裝置盡管主要是無源結(jié)構(gòu)但對(duì)工作條件下的干擾量和低能 量的瞬態(tài)負(fù)載并不敏感。保護(hù)裝置的響應(yīng)值在較寬的頻率范圍內(nèi)保持相對(duì)恒定。在另一種 實(shí)施形式中，即使環(huán)境條件強(qiáng)烈波動(dòng)，然而響應(yīng)值的偏差仍會(huì)被大大限制。當(dāng)激活過電壓保 護(hù)裝置時(shí)，會(huì)實(shí)現(xiàn)定義的動(dòng)態(tài)和持久的短路負(fù)載狀態(tài)。短路器的這種狀態(tài)會(huì)發(fā)出信號(hào)并指 示出來。短路的過電壓保護(hù)裝置即使在不小心更換時(shí)，例如系統(tǒng)處于電壓狀態(tài)下不會(huì)造成 任何人身危險(xiǎn)。
[0028] 過電壓保護(hù)裝置具有NH熔斷器的幾何尺寸并且優(yōu)選用在NH熔斷器式隔離開關(guān) (NH-Siche