会员体验
专利管家(专利管理)
工作空间(专利管理)
风险监控(情报监控)
数据分析(专利分析)
侵权分析(诉讼无效)
联系我们
交流群
官方交流:
QQ群: 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利库 / 绝缘 / 火花隙 / 火花间隙

火花间隙

阅读:846发布:2020-05-11

IPRDB可以提供火花间隙专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明涉及火花间隙(1;21;50),具有空腔(3;23;43),该空腔被两个连接电极(7a、7b;27a、27b;47a、47b)和设置在其间的电绝缘体(2;22;42)包围;具有伸入到管状电极(5;25;45)中的棒状电极(4;24;44)。在一种方案中,在空腔侧(3;43)设置连接电极的凹陷部(11;41),在绝缘体的内壁上设置连接电极的导引机构。在另一方案中设置有加固电极(12a、12b;27c,27d),这些加固电极分别和连接电极之一连接。两种方案可以组合。,下面是火花间隙专利的具体信息内容。

1.火花间隙(1;30、50),它具有空腔(3;33、43),该空腔被第一与第二连接电极(7a、

7b;37a、37b、47a、47b)和设置在其间的电绝缘体(2;32、42)包围,并包括布置在第一电极和第二电极之间的电放电空间(8;38;48),第一电极与第一连接电极(7a、37a、47a)连接,第二电极与第二连接电极(7b、37b、47b)连接;并在空腔(3;33、43)侧具有第一与第二连接电极的凹陷部(10、31、41),以及在绝缘体(2;32、42)的内壁旁具有第一与第二连接电极(7a、7b;37a、37b、47a、47b)的导引机构,其中该导引机构借助于凹陷部(10、31、41)中的凹槽(11)实现。

2.按照权利要求1所述的火花间隙,其中,在第一与第二连接电极(7a、7b、37a、37b、

47a、47b)上安装有连接螺栓(13a、13b)。

3.火花间隙(1;30),具有空腔(3;33),该空腔被第一与第二连接电极(7a、7b;37a、

37b)和设置在其间的电绝缘体(2;32)包围,并包括布置在第一电极和第二电极之间的电放电空间(8;38),第一电极与第一连接电极(7a、37a、47a)连接,第二电极与第二连接电极(7b、37b、47b)连接;并具有两个加固电极(12a、12b;40a、40b),这些加固电极分别与第一与第二连接电极(7a、7b;37a、37b)之一连接,其中第一与第二连接电极(7a、7b;37a、37b)和加固电极(12a、12b;40a、40b)具有空腔侧的凹陷部(10、31)。

4.按照权利要求1或3所述的火花间隙,其中,绝缘体(2、32、42)为圆柱形的,并且在绝缘体(2、32、42)的每个端面上设置有第一与第二连接电极(7a、7b、37a、37b、47a、47b)。

5.按照权利要求1或3所述的火花间隙,其中,第一电极被构造成棒状电极(4、34、

44),第二电极被构造成管状电极(5、35、45),其中棒状电极(4、34、44)插入到管状电极(5、

35、45)中,并且棒状电极(4、34、44)和第一连接电极(7a、37a、47a)连接,而管状电极(5、

35、45)和第二连接电极(7b、37b、47b)连接。

6.按照权利要求1或3所述的火花间隙,其中,绝缘体(2、32、42)的内表面(2a)具有点火辅助物(9、39、49)。

7.按照权利要求1或3所述的火花间隙,其中,空腔(3、33、43)对外是密闭密封的。

8.按照权利要求7所述的火花间隙,其中,第一与第二连接电极(7a、7b、37a、37b、47a、

47b)气密地封闭绝缘体(2、32、42)。

9.按照权利要求1或3所述的火花间隙,其中,空腔(3、33、43)充注有气体(14)。

10.按照权利要求9所述的火花间隙,其中,气体(14)包含下述组成成分的至少一种:

35%至95%之间的氩,5%至15%之间的氢以及0至40%的氖。

11.按照权利要求5所述的火花间隙,其中,管状电极(5、35、45)和绝缘体(2、32、42)彼此相距地设置。

12.按照权利要求5所述的火花间隙,其中,棒状和管状电极(4、5、34、35、44、45)分别具有处在空腔(3、33、43)中的端部(4a、5a),这些端部被倒棱。

13.按照权利要求5所述的火花间隙,其中,在棒状电极(4、34、44)和/或管状电极(5、

35、45)上设置有活化物质(6、36、46)。

说明书全文

火花间隙

[0001] 本发明涉及一种火花间隙,特别是用于保护供电导线或者交流电网防止闪电影响。
[0002] 火花间隙作为防止过电压的保护部件本身已公开。WO2004/017479A1描述了一种混合式的过电压保护部件。在该保护部件中,压敏电阻和过压放电器并联。
[0003] 特别是电网保护装置中需要对这种类型的部件,特别是在电流承载能力和灭弧特性方面加以改进。原则上讲,具有触发器装置的空气火花间隙适合用于高电流和高电压,然而这种触发器装置费事、昂贵并且体积大。
[0004] 本发明的任务是提供一种改进的,特别是结构形式紧凑的火花间隙。这种火花间隙适合用于高的电流负荷。
[0005] 本发明用一种火花间隙完成此任务。该火花间隙具有空腔,该空腔被两个连接电极和设置在其间的电绝缘体包围,并包括布置在第一电极和第二电极之间的电放电空间;并在空腔侧具有连接电极的凹陷部,以及在绝缘体的内壁旁具有连接电极的导引机构,其中该导引机构借助于凹陷部中的凹槽实现。
[0006] 在本发明的第一方案中提出具有空腔的火花间隙。该空腔被两个连接电极和设置在期间的电绝缘体包围。该火花间隙具有伸入到管状电极中的棒状电极,以及连接电极的在空腔侧的凹陷部或者突出部,以及在绝缘体的内壁旁具有连接电极的导引机构。
[0007] 这种构造的火花间隙具有极其紧凑的结构,同时总体性能良好。连接电极在端部侧封闭绝缘体,并且和绝缘体一起形成空腔。从连接电极与绝缘体的相应边缘侧的过渡区域,连接电极的突出部延伸到空腔中。
[0008] 通过上述措施,在制造这种很紧凑的火花间隙时,就可使承载着火花放电的电极无论是在所使用的材料方面,还是在它和连接电极的连接方面,都能很精确地和该连接电极及其突出部相适配。此外,作为火花间隙的外部接头的连接螺栓,可在突出部内和连接电极连接,以得到更加紧凑的结构和进一步优化的材料适配。
[0009] 此外,连接电极的突出部或者突出部中的凹槽可允许连接电极在绝缘体的内壁上精确和可靠地导引。因此,连接电极和绝缘体甚至可在小型化的火花间隙中在安装时可很精确地彼此校准。甚至这些连接电极可以彼此自校准地和绝缘体连接。
[0010] 在本发明的第二方案中,设置有具有空腔的火花间隙,该腔室被两个连接电极和设置在期间的电绝缘体包围。火花间隙具有伸入到管状电极中的棒状电极以及加固电极,这些加固电极分别与连接电极之一连接。
[0011] 这个方案具有极其紧凑的火花间隙结构,同时具有良好的总体特性。因此例如连接电极很薄,并且由高导电性材料制成。优选连接电极具有低的热容。棒状电极或者管状电极、连接电极、加固电极和可能的在外部和它们相连的连接螺栓的材料组合,使得火花间隙在它的紧凑性方面以及电、热和机械性能方面的最佳化成为可能。连接电极和加固电极的形状优选相互适配。这样,既是稳定的外部电极,同时也在放电时能很好地散热。
[0012] 即使当火花间隙仅通过连接电极无法拥有必要的稳定性时,加固电极也保证火花间隙的稳定性和完整性,特别是当加固电极由比连接电极更加坚硬的材料制成时。
[0013] 火花间隙的要求保护的这些构造中的单个的,并且就其总体被优化的部件,一方面使结构形式紧凑,另一方面特别是对热特性和电特性的改进起作用。因此改进了火花间隙的电流负载能力以及动态点火条件。
[0014] 作为第一电极的棒状电极和作为第二电极的管状电极设置在绝缘体的空腔中。第一和第二电极彼此伸入,并且在空间上彼此分开。第二电极位于绝缘体和第一电极之间,并且和空间上和二者分开。通过这一措施,产生了一种以简单的方式实现的嵌套结构。
[0015] 每个就其外观而言具有销形或者棒形的电极形状,都可以被看作棒状电极。在端侧具有至少一个法兰的管子也属于此列。管状电极也具有封闭的或者部分中断的管形。随后第一电极和棒状电极,以及第二电极和管状电极在概念上用作同义词。
[0016] 通过嵌套式的结构,棒状电极优选如此地伸入到管状电极中,使得优选为管形的、且包围着电极的绝缘体的内壁通过管状电极至少部分地相对棒状电极被遮住。
[0017] 绝缘体借助于管状电极遮住棒状电极,在火花间隙点火时,可优选允许绝缘体保持结构的完整性和必要时在安置其上的点火辅助物,例如石墨带,以及绝缘体的绝缘特性的稳定性。
[0018] 火花间隙的内腔优选充注气体,特别是包含有惰性气体的混合气体。这一方面有利地支持火花间隙的灭弧特性,并且另一方面当火花间隙再次点火时,提供比较适度的动态点火条件。
[0019] 根据火花间隙的另一实施方式,在放电空间中将一个或者两个电极的端部进行倒棱。在这种情况中,这些端部具有修圆的或者平整的外表面是优选的,这样就避免局部的电场超高。
[0020] 当电极中至少一个具有活化物质也是有利的。通过这种活化物质,可保证火花间隙具有更高的交流电承载能力。特别是当将活化物质设置在棒状电极的自由端部,和/或设置在管状电极的底部时可做到这一点。
[0021] 优选安装在绝缘体的每个端面的各个连接电极使火花间隙实现向外的电连接。在这种情况中,连接电极相应和棒状式者管状电极连接。如此地构造电极的接触,即一方面准确地定位每个电极,另一方面能可靠地导走所出现的电流。
[0022] 为了形成火花间隙的优选密闭的,也就是对外气体密封的内腔,连接电极可将绝缘体的端面完全遮盖住。
[0023] 特别有利地可将本发明的这两个方案组合起来。
[0024] 火花间隙的要求保护的方案的单个的,并且总体被优化的部件一方面结构形式紧凑,另一方面特别是对改进热特性和电特性起有利的作用。因此改进了火花间隙的电流承载能力以及动态点火条件。
[0025] 下面借助于实施例和附图对本发明进行更加详细的说明。这些附图是:
[0026] 图1根据本发明的第一火花间隙的截面图;
[0027] 图2根据本发明的第二火花间隙的截面图;
[0028] 图3根据本发明的第三火花间隙的截面图;
[0029] 图4根据本发明的第四火花间隙的截面图;
[0030] 图5根据图1的在端面具有连接螺栓的火花间隙的三维视图。
[0031] 图1示出特别是作为强电流火花间隙的火花间隙。该火花间隙包含特别是由陶瓷制成的管形的绝缘体2。在端面该火花间隙具有连接电极7a和7b。这些连接电极具有空腔侧的突出部。这些突出部在图1的实施例中为盆形构造。它们单独地或者如图1所示与加固电极12a、12b相结合地,与待保护的电网电连接。
[0032] 在火花间隙的由绝缘体和连接电极所形成的壳体的内腔中,是充注了气体、优选充注了与惰性气体的混合气体且对外密封的空腔3。在该空腔中设置第一电极4和第二电极5。它们分别固定在连接电极7a或7b之一上,并且和相应连接电极导电连接。以部分截面图示出的第一电极4优选为棒形,第二电极5优选为管形。火花间隙优选具有高度和直径,分别在25mm至35mm之间,特别是30mm。
[0033] 棒形和管状电极的布置是如此选择的,使得棒状电极4用它的自由端部分地伸入或者插入到管状电极5中。这样,管状电极5部分地和棒状电极4交叠,并且在绝缘体的内壁的这个区域中,管状电极遮住棒状电极。这种布置形成嵌套的几何形状。
[0034] 在这个嵌套的区域中,棒状电极和管状电极同心地如此定位,使得在棒状电极的外壳面和管状电极的内表面之间存在距离或者空间8。这个空间8用作一次放电空间,其中,二次放电也可在第一和第二电极4和5之间的其他空间中进行。
[0035] 棒状电极和管状电极分别在空腔中具有自由端部。棒状电极或管状电极各自的另一端部和连接电极7a或7b固定连接,特别是借助于过共晶的硬钎焊。
[0036] 优选电极的所有端部的棱边4a和5a为倒角或者修圆,这样,避免在这些边缘上的电场的超高。通过这一措施,达到在空腔3中,特别是在放电空间8中更加均匀地放电。从而避免局部高度集中的电磁场和因此也形成伴随的温度峰值。特别是降低了棒状电极和管状电极的电流载荷。相反,未经倒棱的电极会在电极的棱边产生不允许的高电流密度。这会导致电极所不希望地熔化。
[0037] 棒状电极和管状电极的优选材料是铜、铁或者钨-铜混合物,或者至少是这些材料的组份。电极也可相对地彼此包含不同的材料,例如棒状电极由钨-铜构成,管状电极由铜构成。其中,昂贵的钨-铜在冲击电流负载时烧损最小,因此这种材料也对于两个电极是优选的。由铁或者铜构成的电极烧损率较高,但是价格较低,因此也是有利的。
[0038] 各自按照要求,由第一和第二电极4和5形成的嵌套结构允许在放电区域中使用这样的材料,即这些材料本身不适合于形成可靠的陶瓷-金属连接,例如铁或者钨-铜。
[0039] 适合用于绝缘体2的陶瓷是氧化铝(Al2O3)。绝缘体的壁厚为4mm到6mm,壁厚优选为5mm,为的是在火花间隙的内腔中在冲击电流放电时,可安全地控制住巨大的压力波,并且绝缘体不开裂,或者不形成裂纹。
[0040] 在绝缘体的内壁2a上涂覆点火辅助物9,例如一个或者多个含有石墨的点火带。它们主要是保证良好的动态点火特性(例如在<1500V时用5KV/μsec上升时间进行点燃)。此外保证稳定的特征值,例如点火电压和绝缘电阻。通过管状电极的遮挡作用有效护保点火带,防止其烧损。
[0041] 当两种材料的热膨胀系数相同或者相似时,则在绝缘体2和连接电极7a或7b之间产生一种最佳的陶瓷-金属连接。当绝缘体由氧化铝构成时,陶瓷-金属连接优选通过FeNi合金或者铜制造。在根据实施例的组合的电极中,棒状电极和管状电极由耐电流的材料构成,并且和连接电极固定连接,例如通过熔焊或者硬钎焊。因此连接电极包含有既能和棒状电极和管状电极,也能和绝缘体的材料很好连接的材料。分别由第一或者第二电极、连接电极以及由图1的实施例中所示分别具有优化的材料和结构的加固电极所组成的组合电极,显著地在机械和电方面优化了火花间隙。
[0042] 优选给棒状电极和/或管状电极设置活化物质,为的是安全地控制住高的交流电载荷。其中,根据图1在棒状电极的自由端部设置活化物质。也可以在管状电极5的壁之间,将活化物质涂覆到和管状电极连接的连接电极7b的内侧面上,也就是管状电极的底部上。该活化物质优选是一种硅酸盐涂层。该硅酸盐涂层例如以网纹图样的形状涂覆到棒状电极的位于内部的自由端部4a的凹坑中。
[0043] 连接电极7a和7b优选由铜制成。这些连接电极沿圆周具有多个,优选六个凹槽11。这些凹槽在陶瓷管2的内部对连接电极进行准确和安全的导引,而使这些连接电极不必完全地紧靠在整个陶瓷内壁上。每个连接电极例如借助于过共晶硬钎焊,或者是和棒状电极,或者是和管状电极机械和电连接。也可使用连接电极本身的盆形状在绝缘体中进行导引,即没有凹槽。
[0044] 连接电极由铜制成,原则上讲可以构造得如此的厚,即它们和所出现的压力载荷和热载荷相应。连接电极可以比较薄,其措施是根据图1设置附加的加固电极12a和12b。这些加固电极特别是包含有铁-镍合金。这些附加的加固电极12a、12b和所配属的连接电极7a、7b以类似夹层结构进行硬钎焊,并且形成复合的电极。这些加固电极例如可为约1mm厚。
[0045] 加固电极优选具有和连接电极互补的形状,因此它们也有凹陷部,并且和连接电极的形状相适配。在薄的连接电极中设置加固装置,以防止在冲击电流放电时,火花间隙的开裂或者连接电极的挤出。
[0046] 然而,当连接电极得到相应的加强,例如增强到1mm时-也请参见图4-对于小于50KA的小冲击电流要求时,可以省掉这些加固电极12a、12b。在这种情况中,优选选择铜或者在安装前镀铜的FeNi合金用作电极材料。在此方案中,必需保留气体密封的陶瓷-金属连接的可靠性。
[0047] 火花间隙的内腔3充注混合气体。这种混合气体包括大约35%到95%的氩成分、5%到20%的氢成分和直到40%的氖成分。这样就达到了动态的点火电压和安全的灭弧特性。用这种混合气体,当棒状电极和管状电极之间的距离或者放电空间8的宽度为2mm时,能安全地出现约600V的静态点火电压。
[0048] 通过火花间隙放电的典型过程如下:电流从加固电极12a和连接电极7a流向棒状电极4,通过放电空间8的火花放电到管状电极5和到连接电极7b。在加固电极12b处电流离开火花间隙,为的是在那里例如借助于外部导线继续导出。在放电空间8中,主要以径向方式进行冲击电流放电,其中,绝缘体2大部分借助于管状电极和棒状电极被屏蔽。
[0049] 电流也可以反向流动,其中,电流通过电极12b、7b流入管状电极5,从那里经过放电空间8到棒状电极4,并且最后到电极7a和12a。
[0050] 图2示出根据本发明的火花间隙21的另一实施方式。相互伸入或者嵌套且确定了主放电空间28的棒状电极24和管状电极25延伸到由绝缘体22和连接电极27a、27b所形成的空腔23中。例如以网纹式表面结构的活化物质26设置在棒状电极24的自由端部上。绝缘体的内壁上涂覆有点火带29。加固电极27c或27d与连接电极27a或27b以夹层方式例如通过钎焊固定连接。关于材料的选择和气体的选择,为了避免重复请参见图1的构造。这个实施方式形成具有良好的电、热和机械特性的极为紧凑的结构形式。
[0051] 根据图2的构造和根据图1的结构的区别,一方面在于结构高度更小。另一方面连接电极和加固电极是平面的,并且在空腔侧没有突出部。具有10mm的结构高度的结构总体极为紧凑,其中,直径例如为30mm和图1的直径相当。这种结构方式适合将多个,特别是3个或者4个火花间隙进行电串联接通。在没有电流限制的结构部件,例如电阻或者压敏电阻的230V的电网上,当雷击时可直接消除电网后续电流。通过比例为89/1/10的氖-氩-氢(Ne/Ar/H2)的混合气体和1mm的电极距离8,保证约为200V的降低的点火电压。
[0052] 图3示出本发明的一个实施例,具有火花间隙30。在该火花间隙中,如在图1中一样将本发明的两个方案组合起来。相互伸入或者嵌套且确定了主放电空间38的棒状电极34和管状电极35延伸到由绝缘体32和连接电极37a、37b所形成的空腔33中。例如有网纹式的表面结构的活化物质36设置在棒状电极34的自由端部。绝缘体的内壁上涂覆有点火带39。该点火带通过管状电极35在很大程度上相对棒状电极34被挡住。
[0053] 圆柱形的绝缘体32端面上的连接电极37a、37b在空腔33的外边缘具有环形的突出部31。每个突出部给对应的连接电极相对于绝缘体起导引作用。代替地也可将这些突出部如此构造,使得在连接电极的突出部中的一列凹槽承担导引作用。管状电极35和连接电极37b的突出部熔焊或者钎焊,而在连接电极37a的中心区域中的棒状电极34和这个连接电极熔焊或者钎焊。
[0054] 加固电极40a或40b和连接电极37a或37b夹层式地固定连接,例如熔焊或者钎焊。可能设置的连接螺栓优选设置在加固电极40a、40b的突出部中。为了避免重复,有关材料和气体的选择请参见图1的说明。
[0055] 这个实施例达到了火花间隙的很紧凑的结构形式,且具有优化的性能。这样可以使电极的材料和专门的要求相协调,并且可以预制完整的电极。通过环形的凹陷部或者凹槽,可进行自校准的或简单校准的安装。以与其它图中的相应特征的相同方式得到其它优点。
[0056] 图4示出所提任务的第二种方案。火花间隙50具有空腔43。该空腔由绝缘体42和连接电极47a、47b构成。相互伸入或者嵌套且确定了放电空间48的棒状电极44和管状电极45延伸到空腔43中。在棒状电极44的自由端部例如以网纹式的表面结构设置有活化物质46。在管状电极45的底部设置活化物质19。绝缘体的内壁涂覆有点火带29。
[0057] 连接电极47a或47b具有环形的突出部41。每个突出部给相应的连接电极相对于绝缘体42进行导引作用。也可代替地如此构造这些突出部,使得连接电极的突出部中的一列凹槽承担导引作用。管状电极45和连接电极47b的突出部相熔焊或者钎焊,而棒状电极44在连接电极47a的中心区域和这个连接电极熔焊或者钎焊。
[0058] 关于电极材料的选择和气体的选择,为避免重复请参阅图1的说明。与图1的不同之处在于,连接电极的材料厚度更大,并且是如此选择的,即能安全地控制住在放电时所出现的压力和温度。该实施方式导致一种极为紧凑的结构形式,且具有良好的电、热和机械的特性。所述火花间隙的功能性和图2中所示的火花间隙的功能性相当。根据图2和图4的本发明的方案是本发明的两个主要方案。
[0059] 根据图5的火花间隙为三维图。该火花间隙就其结构而言和图1的火花间隙相当,并且具有附加的连接螺栓13a、13b。这些附加的连接螺栓或者直接和连接电极7a、7b连接,或者优选在其相应的凹陷部中和加固电极12a、12b连接。可通过钎焊或者熔焊实施这种连接。
[0060] 所述火花间隙优选用于引走直接的闪电电流。它们也可用作输气管道、水管和输油管的防腐蚀的装置或者分离火花间隙。此外,它们可用作室内布线中的电网保护的放电器。
[0061] 根据本发明的这些火花间隙具有非常紧凑的结构形式,例如30mm直径以及30mm或者更小的高度。它们具有例如在0.2秒的持续时间中承载例如300安培的交流电承载能力,并且可导走直到200千安培的闪电电流。它们适用于具有8/20(上升时间8微秒和下降时间20微秒)和10/350的标准化曲线的冲击电流波的负载。它们响应也很快,例如当电压小于1500伏时,在电流负载荷前后其互导约为5KV/微秒。静态点火电压例如在600和900伏之间。当交流电压为255伏时,这些火花间隙具有良好的消弧特性,其中,在约100安培的范围内,在第一半波长之后就能安全地对电网后续电流进行消弧。
[0062] 附图标记列表
[0063] 1、21、30、50 火花间隙
[0064] 2、22、32、42 绝缘体
[0065] 3、23、33、43 空腔
[0066] 4、24、34、44 棒状电极/第一电极
[0067] 4a、44a 棒状电极的倒棱的端部
[0068] 5、25、35、45 管状电极/第二电极
[0069] 5a 管状电极的倒棱的端部
[0070] 6、19、26、36、46 活化物质
[0071] 7a、27a、37a、47a 第一连接电极
[0072] 7b、27b、37b、47b 第二连接电极
[0073] 8、28、38、48 放电空间
[0074] 9、29、39、49 点火带
[0075] 10 加强电极的凹陷部
[0076] 11 连接电极的凹槽
[0077] 12a、27c、40a 第一加强电极
[0078] 12b、27d、40b 第二加强电极
[0079] 13a、13b 连接螺栓
[0080] 14 气体
高效检索全球专利

IPRDB是专利检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,专利查询、专利分析

电话:13651749426

侵权分析

IPRDB的侵权分析产品是IPRDB结合多位一线专利维权律师和专利侵权分析师的智慧,开发出来的一款特色产品,也是市面上唯一一款帮助企业研发人员、科研工作者、专利律师、专利分析师快速定位侵权分析的产品,极大的减少了用户重复工作量,提升工作效率,降低无效或侵权分析的准入门槛。

立即试用