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火花隙

阅读：640发布：2020-05-11

IPRDB可以提供火花隙专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且为了提供一种用于过压保护的带有相互面对的电极(3,4,20)的火花隙(1)，所述火花隙具有短的去电离时间，本发明建议，所述电极(3,4,20)本身至少部分具有用于在所述电极(3,4,20)中强制形成期望电流路径的电流路径限定器件(7,16,17)。，下面是火花隙专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于提供过压保护的火花隙(1)，所述火花隙(1)具有电极装置(2)，所述电极装置具有彼此面对的电极，其中，所述电极至少部分具有用于在所述电极中强制形成电流路径的电流路径限定器件，其特征在于，流动的电流产生磁场，所述磁场从产生电弧的位置驱动电弧，以便放大电弧，并且，所述电极具有在所述电极装置(2)的一个共同的火花燃烧侧延伸的电极臂。

2.按权利要求1所述的火花隙(1)，其特征在于，所述电流路径限定器件限定分别对应配设的电极的内部的凹处(18)。

3.按权利要求1所述的火花隙(1)，其特征在于，所述电流路径限定器件具有导电性分别与分别对应配设的电极的其余材料的导电性不同的电流路径限定销(7)和/或电流路径限定板(24)。

4.按权利要求2所述的火花隙(1)，其特征在于，每个电极都具有金属的电极基座(5)以及由帽材料制成的电极帽(6)，该帽材料比电极基座(5)的基座材料具有更小的导电性。

5.按权利要求4所述的火花隙(1)，其特征在于，所述电极帽(6)由石墨组成。

6.按权利要求4所述的火花隙(1)，其特征在于，所述电极帽(6)设计成蘑菇帽形并且具有分别限定所述凹处(18)的半球形的屏蔽区段(17)以及长形的柄区段(16)。

7.按权利要求6所述的火花隙(1)，其特征在于，在所述电极基座(5)与所述电极帽(6)之间设置电流路径限定板(24)并且电流路径限定销(7)在所述柄区段(16)中延伸穿过所述电流路径限定板(24)，其中，所述电流路径限定板(24)和所述电极销(7)分别由一种导电性不同于所述电极帽(6)的材料和/或所述电极基座(5)的材料的材料制成。

8.按权利要求7所述的火花隙(1)，其特征在于，所述电极装置(2)所具有的电极包括两个沿纵向彼此对置的纵向电极(3,4)和与之相关地沿横向错移的用于对所述火花隙(1)进行主动点火的侧向电极(20)，其中，所述电流路径限定销(7)沿纵向延伸并且比所述电极帽(6)和所述电流路径限定板(24)的材料具有更大的导电性。

9.按权利要求8所述的火花隙(1)，其特征在于，所述沿纵向延伸的电流路径限定销(7)和所述电流路径限定板(24)由不导电的绝缘材料组成，其中，所述电流路径限定板(24)仅部分地在所述电极基座(5)与所述电极帽(6)之间延伸。

10.按权利要求1所述的火花隙(1)，其特征在于，所述电极臂通过增大它们之间的间距朝它们的自由端(12,13)逐渐张开。

11.按权利要求10所述的火花隙(1)，其特征在于，所述电极装置(2)所具有的电极包括两个沿纵向彼此对置的纵向电极(3,4)和侧向电极(20)，所述侧向电极(20)关于所述纵向电极(3,4)沿横向朝火花燃烧侧错移地设置并且具有沿横向在火花燃烧侧延伸的电极臂。

12.按权利要求11所述的火花隙(1)，其特征在于，所有的电极臂在一个共同的平面中延伸。

13.按权利要求11所述的火花隙(1)，其特征在于，具有至少一个反电极(23)，所述反电极(23)处于与所述纵向电极(3,4)之一相同的电位，其中，各反电极(23)关于纵向电极(3,4)的所述自由端部这样布置，使得在所述电极臂之间燃烧的电弧越过所述反电极(23)。

说明书全文

火花隙

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有电极装置的用于提供过压保护的火花隙，该电极装置具有彼此面对的电极。

背景技术

[0002] 火花隙使用在电能传输和分配领域内，例如在串补装置中。这种串补设备一般用于在交流电压网中进行无功功率补偿并且落入所谓的柔性交流输电系统(FACTS)的概念中。为了进行串补，电容器组一般串接入交流电压导线，其中，保护的放电器组与电容器组并联地设置。火花隙用于保护电容器组和电器组。它可以与机械断路器相似地非常快点燃，以便可以避免在放电器和电容器组上的过压。

[0003] 已知的火花隙具有至少一个由彼此对置的电极构成的电极装置，所述电极的间距设定为，使得火花隙在一定电压以下不被自己击穿，以便能够进行火花隙的主动点火。火花隙的点火导致在电极之间形成电弧。电弧形成之后闭合与火花隙并联布置的断路器并因此熄灭电弧。

[0004] 适宜的是，火花隙具有较短的去电离时间，以便在熄灭电弧之后迅速地又达到其耐压强度。若已设定耐压强度，则又可以打开并联的断路器。然后，火花隙又做好了使用准备。

[0005] 电弧首先在最小电极间距处产生。为实现短的去电离时间，需要电弧尽可能快速地离开最小间距处。此外已知，电弧可通过由流经电极装置和电弧的电流引起的磁场力驱动。同样已知，由电流流经的、移动的导体回路试图扩大，因为由电流产生的磁场在导体回路内部比外边更密。电流强度确定磁场强度并因此驱动电弧的磁力的数值。所述磁力的方向由电流路径确定。

[0006] 在实践中，这种类型的电极装置安设在至少一个火花隙壳体中，以便保护电极不受有害的环境影响。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种开头所述类型的火花隙，其中，已形成的电弧尽可能快速地离开最小电极间距处并且在此放大。

[0008] 该技术问题由此解决，电极至少部分地具有用于在电极中强制形成期望的电流路径的电流路径限定器件。

[0009] 按本发明，电极的至少一部分本身具有用于限定或确定在电极中期望的电流路径的电流路径限定器件。本发明基于这个思想，与电弧非常近适宜地延伸的电流路径在电弧上施展一个比更远的电流路径大很多倍的力作用，这个更远的电流路径例如通过引线的结构设计提供并且由于要保持的耐压强度而不可以随意设置在电弧产生位置的附近。电极的间距选择得越大，电流在电引线中的影响就越小，因此，越需要具有尤其是从一定的电极间距起逐渐增大的电极间距的电流路径限定器件，以便沿期望的方向驱动并且在此放大电弧。因此，按本发明的火花隙的这种结构设计尤其适合高压。在此，也可行的是，火花隙具有多个彼此串联的电极装置。若流动经由所述电流路径的电流产生一个磁场，该磁场从自其产生位置驱动电弧，以便放大，则实现期望的电流路径。这种本身导引经由电弧的电流路径形成例如导体回路区段。

[0010] 按本发明的一种适宜的结构设计，电流路径限定器件限定在电极内部的凹处。由于在电极内部的凹处，火花流被迫使环绕所述凹处流动。电流路径限定器件形成凹处的限定区段，在限定区段中形成电流路径。限定区段这样设计，使得期望的电流路径在紧邻电弧的周围环境中形成。那么，流动经由电流路径的电流产生一个从电弧产生处，也就是最小电极间距处驱出电弧的磁场，其中，结果电弧以较短的去电离时间增大。

[0011] 适宜地，电流路径限定器件具有分别有导电性的电流路径限定销和/或电流路径限定板，该导电性不同于分别对应的纵向电极其余材料的导电性。通过电流路径限定销可以实现，在电极中的电流路径限定到一个确定的区域内或束缚在纵向电极的区域内，其中，按一种变型的所述区域本身是电流路径限定销，亦即，在该电流路径限定销具有比在其中延伸的电极材料更高的传导性时。与之不同的，电流路径限定销由一种比包围它的电极材料传导电流更差的绝缘材料制成。按这种结构方案，迫使电流围绕电流路径限定销流动并且在电极的其余区域内传输。电流路径限定板适宜地由一种具有比其中设有电流路径限定板的电极的其余材料传导性更小的材料组成。

[0012] 在一种变型中，每个纵向电极都具有一个金属的电极基座以及由帽材料制成的电极帽，该帽材料具有比电极基座的基座材料更小的导电性。

[0013] 适宜地，电极帽由石墨组成。

[0014] 按本发明的一种优选的结构设计，电极帽设计成蘑菇帽形并且具有半球形的屏蔽区段以及与屏蔽区段连接的柄区段。在此，屏蔽区段和柄区段限定内部的空心腔，该空心腔也可以称作凹处。如上面已阐述那样，内部的空心腔或凹处强制电流在柄区段或屏蔽区段中传输，以便强制形成一个确定的适宜的电流路径。

[0015] 按本发明的一种与此有关的适宜的结构设计，在电极基座与电极帽之间设置电流路径限定板，其中，电流路径限定销穿过电流路径限定板在柄区段中延伸，其中，电流路径限定板和电流路径限定销分别由一种导电性与电极帽的材料和/或电极基座的材料不同的材料制成。借助电流路径限定销、电流路径限定板和内部的空心腔可以完全有针对性地实现，让来自电极基座的电流要么经过柄区段中心流入电极帽的屏蔽区段，要么在整个长度上流过电极帽的半球形屏蔽区段。因此，可以给予电流这一个方向，使得电弧快速地从初始的电极腔中驱出，以便扩大，其中，为火花隙设定例如更短的去电离时间。

[0016] 适宜地，电极装置具有两个沿纵向彼此面对的纵向电极和与此相关地沿横向错移的用于对火花隙进行主动点火的侧向电极，其中，电流路径限定销沿纵向延伸并且具有比电极帽和电流路径限定板的材料更大的传导性。在与之不同的变型中，不设置侧向电极。而火花隙具有两个或更多串联的电极装置。该串联电路的各电极装置分别具有两个电极。在串联电路中相互连接的纵向电极在火花隙工作时位于一个共同的平均电压电位上。该串联电路的电极装置一般设置在单独的壳体中。

[0017] 若在本发明的框架内，设置仅一个电极装置，则它适宜地具有就纵向电极而言沿横向错移设置的所述侧向电极。在这种电极装置中，纵向电极适宜地具有电极销，该电极销沿纵向延伸并且具有比电极帽和电流路径限定板的材料更高的导电性。在采用侧向电极时，初始的电弧不在纵向电极之间产生，而分别在纵向电极与侧向电极之间燃烧。侧向电极设置在火花燃烧侧并因此设置在纵向电极的侧面。由于更高的导电性，火花流流经沿纵向并因此朝对置的纵向电极的方向延伸的电流路径限定销。在此，电流路径限定销以一端伸入半球形的屏蔽区段中，并且从该处侧向流出至由于侧向电极在纵向侧面形成于纵向电极上的、初始电弧的根部。电流路径限定板使电极基座与电极帽分离，因此，在电极基座与用于构成电流路径的电极帽之间不存在直接的接触。以这种方式防止寄生的电流路径。当电流从纵向指向的电流路径限定销流出时，该电流侧向流动经过电极帽至纵向电极上的电弧根部。因此，电流路径关于流出点张成一个角度，该角度与与180°相差甚远并且例如在10°与90°之间变化。由此，由电弧和帽区段组成的、电流路径的一部分形成由于磁力而将趋势驱散开的导体回路，结果电弧从初始位置，也就是从纵向电极最小间距处驱出至侧向电极。

[0018] 若在本发明的框架内设置电极装置的串联电路，则采用与此相关地不同的结构方案。在该结构方案中，沿纵向延伸的电极销和电流路径限定板由不导电的绝缘材料组成，其中，电流路径限定板使仅在一部分面积上的电极基座与电极帽分离。分离区域设置在各纵向电极的火花燃烧侧。其余面积供电流路径的构造使用。在本发明的该结构设计中，不设置侧向错移的侧向电极，因此电弧起初沿纵向形成于纵向电极之间。

[0019] 通过绝缘的电流路径限定销和绝缘的电流路径限定板，该绝缘的电流路径限定板仅在各纵向电极的火花燃烧侧防止电极基座与电极帽之间的直接接触，迫使电流在引线侧侧向流经电极帽半球形的屏蔽区段到达电弧根部，其中，又张成一个关于在电流路径的电弧根部上的转向点的角度，该该角度在130°与10°之间变化。如上面已阐述那样，又在此通过电流路径的一部分形成导体回路，由此将电弧从初始的电极燃烧位置驱入电极臂。

[0020] 适宜地，电极具有在电极装置的一个共同的火花燃烧侧延伸的电极臂。纵向电极的电极臂和必要时侧向电极的电极臂有利地设置在一个共同的平面内。若电极装置具有侧向电极，则它适宜地同样设置在由纵向电极的电极臂张成的平面内。

[0021] 适宜地，纵向电极的电极臂通过增大它们彼此间的间距朝其自由端逐渐张开。按该有利的方式，电极臂彼此间的间距朝它们的自由端增大。因此，通过磁力从电极装置中驱出的电弧结果以还进一步缩短的去电离时间传播至在电极臂的自由端上的增大的间距的位置。

[0022] 适宜地，两根用于火花隙的电极装置的纵向电极的电引线共同设置在此处称作引线侧并且与火花燃烧侧对置的同一侧。在此，引线有利地基本上横向于在电极装置中形成的电弧。由于电引线共同地布置在各电极装置的引线侧以及同时在所述的横向上取向产生一个磁场，该磁场将在电极装置上产生的电弧从电极之间最小的间距位置驱动到设置在电极装置的背对引线侧的火花燃烧侧的电极臂中。

[0023] 适宜地，设置至少一个处于与纵向电极相同电位的反电极，其中，各反电极关于电极臂这样设置，使得在电极臂之间燃烧的电弧越过反电极。

[0024] 又如上面所描述，按本发明的用于保护不受环境影响的电极装置设置在至少一个壳体中，该壳体由于位置的原因不允许任意大。该壳体例如是金属壳体，其中，壳壁可以在一个电位上并且同样为电弧表示电极。因此，传播太远的电弧可以达到壳体并且由于其大量的热损坏壳体。此外，电流要经过壳体。这同样是不期望的。电弧无控制的构造是不利的。出于此原因，设置至少一个适宜地位于高压电位上的反电极。由于反电极几何的布置和与之有关的改变的电流引线，电弧从反电极又回投到电极装置的电极臂上或另一反电极上。因此，在本发明的该结构方案的框架中，电弧从电极腔驱入电极臂中，然后电弧从其端部过渡到至少一个反电极上。因此，在电弧越过壳壁之前，该反电极必要时借助另一个反电极截住电弧。

附图说明

[0025] 本发明其他适宜的结构方案和优点是本发明的实施例参照附图下列描述的主题，其中，相同的附图标记表示作用相同的部件，并且其中：

[0026] 图1是按本发明的火花隙的电极装置的实施例，

[0027] 图2是按本发明的火花隙的电极装置的另一个实施例，

[0028] 图3是按图2的火花隙的纵向电极的俯视图，其中，移除了电极帽，[0029] 图4是具有侧向电极的按本发明的火花隙的电极装置的另一个实施例，[0030] 图5是按本发明的火花隙的电极装置的另一个实施例，以及

[0031] 图6按本发明的火花隙的电极装置的另一个实施例。

具体实施方式

[0032] 图1示出按本发明的火花隙1的第一个实施例，该火花隙1具有一带有第一纵向电极3和第二纵向电极4的电极装置2。该电极装置2与另一个图中未示出的电极装置串联。在此，每个电极装置2设置在单独的壳体中。串联电路的两个纵向电极在火花隙1工作中处于中间电压电位。在图1示出的电极装置2中，纵向电极3处于一个高压电位，而纵向电极4处于中间电压电位。清楚可见，每个纵向电极3或4具有一个电极基座5以及电极帽6。在此，纵向电极3和4沿纵向彼此对置。更准确地说，纵向延伸经过各纵向电极上的彼此间具有最小间距的点。各纵向电极3,4还具有沿所述纵向延伸的、铜制的电极销7作为电流路径限定销。电极基座5由铝制成，其中，电极帽6由石墨组成。在图1中也可以清楚可见，电引线8和9横向于所述的纵向在电极装置的一个共同的引线侧延伸并且与各纵向电极3和/或4的电极基座5连接。

[0033] 在电极装置2的背对引线侧的火花燃烧侧，电极臂10,11同样沿横向延伸，其中，各电极臂10,11与分别对应配设的纵向电极3或4的电极基座5连接。电极基座5的引线8,9和电极臂10,11分别由铝组成并且所有都位于一个共同的平面内。在各电极臂10和
11的自由端部上分别构造由高耐热性的材料组成的烧损段12和13，以便在该处燃烧的电弧引起最小的损坏。在图1中还简略地表示出初始电弧14，该初始电弧14形成于纵向电极
3和4之间最小间距的部位处。此外，画出电流路径15，以及通过箭头表示出电流方向。

[0034] 清楚可见，在点火火花隙1之后流动的电流首先在电极基座5的铝中流动，然后在由铜组成的电极销7中沿纵向流动，从该处同样沿纵向流出进入电弧14中，然后又通过纵向电极4的电极销7流走。由于电引线8和9设置在电极装置2的相同侧，亦即，引线侧和引线8,9平行地取向，因而产生将电弧14从起初始点火位置驱动至电极臂10或11的自由端12或13的磁场。出于此原因，在该火花隙1中电弧快速地从起产生位置快速地驱入电极臂。

[0035] 图2示出按本发明的火花隙1的另一个实施例，其中，各纵向电极3或4都具有由电极销7、部分设置在电极基座5与电极帽6之间的电流路径限定板24以及电极帽6适宜的几何结构构成的电流路径限定器件。电极帽6分别设计成蘑菇帽形并且具有内部的长形柄区段16以及设计成半球形的屏蔽区段17。该柄区段16和屏蔽区段17限定也可以称作凹处的、内部的空心腔18。该电极销7在此由不导电的绝缘材料组成。电流路径限定板24也具有比电极基座5和电极帽6明显更小的导电性。在此，电流路径限定板24仅设置在电极帽6与电极基座5之间的火花燃烧侧并且防止在该侧与所述部件的直接接触。因此，电流路径15由于电极销7和电流路径限定板24与屏蔽区段17的石墨相比导电性更差而形成于屏蔽区段17中的引线侧并且从此处过渡到电弧14中并且从该处再进入纵向电极4的屏蔽区段17。在此，在转向点处发生电流路径的方向变化。因此，电流路径关于该转向点张成一个角度，该角度在所示的实施例中应当为约130°。相对图1在电流路径中朝出电弧点移动的拐点使电流环路朝电弧逐渐变细并且由此在该部位处压缩在环路内部由电流产生的磁场并因此有助于使电弧从初始点火位置驱入电极臂10或11。火花隙1的去电离时间甚至比图1所示的实施例还缩短，因为该有利的电流路径走向紧邻电弧出现。

[0036] 图3示出按图2的火花隙1的纵向电极4的俯视图，其中，去掉了电极帽6。明显可见，电流路径限定板24在所示的实施例中仅由圆弓形组成，并因此不完全遮盖电极基座5，而仅部分地并且设置在火花燃烧侧，换句话说，面朝电极臂10,11。因此，在引线侧提供一种在电极基座5与电极帽6之间的直接接触。作为该结构设计的备选，电流路径限定板可以设计成两段式的并且在此在引线侧具有导电性很好的用于形成电流路径的圆弓形。

[0037] 图4示出按本发明的火花隙1的另一个实施例，其中，电极装置2如按图4的实施例又具有纵向电极3或4以及侧向电极20。电极装置2的电流路径限定器件通过电流路径限定板24、沿纵向穿过电流路径限定板24延伸的电极销7以及通过电极帽6的蘑菇帽形的结构设计实现。在图4所示的实施例中，每个电极销7由铜组成，也就是相比电极基座5的铝、电极帽6的石墨和电流路径限定板24的材料导电性更好的材料，因此，电流路径15首先在电引线8的铝、电极基座5的铝和铜制的电极销7中沿纵向构造，以便然后通过形成第一转向点侧向过渡到半球形的屏蔽区段17中并且在出弧点19处通过形成另一个转向点成角度地流入电弧14。在电弧附近部位相应大的角度变化出现在纵向电极4上。由于这个强烈的角度变化分别大概形成导体回路，由此电弧特别快速地并且也在更大的电极间距中驱入电极臂10,11。

[0038] 图5示出按本发明的火花隙1的另一个实施例，其中，反电极23设置在电极装置2旁边。反电极23关于电极臂10或11设置为，使得由按本发明设计的磁场加速的电弧驱入电极臂10,11中，最后可控地被反电极23截获。为了说明该效果，在图6中示出不同时刻的电弧走向，其中，指数随着增长的电弧14的燃烧持续时间上升。初始的电弧又配有附图标记14。它产生于纵向电极3与4之间的最小间距处。电弧14由于磁力从电极区域中驱出并且如从走向142，143，144和145中得知地传播至电极臂10或11的自由端12或13。在此，电弧从用附图标记145标识的走向到走向146进一步凸出并且最后燃烧(如用走向147表示那样)在反电极23与纵向电极4的电极臂11之间。反电极23处于与纵向电极3相同的电位。在此，电流走向变化，因为火花流(如在图5中通过箭头表示)现在流动经由反电极。然后，由于出现的磁场，电弧从反电极又投射回到电极臂10和11上并且具有例如走向148。走向149表明在反电极23与电极臂10之间出现变化交替。

[0039] 图6示出按本发明的火花隙1的另一个实施例，但其中，电极臂10,11不再(如图5所示)彼此平行延伸，而它们彼此间的间距朝其自由端部增大。为了使在彼此张开的电极臂10,11中的电弧也能够可靠地被截获，设置两个反电极23，这两个反电极23同样关于电极臂10和11的自由端部布置成，使得电弧14被截获。也在图6中表示不同时刻的电弧走向，其中，附图标记14的指数随着电弧燃烧持续时间的增大而上升。从走向14，142，143，
144和145中可得知，电弧由按本发明的引起的磁力驱动至电极臂10,11的自由端部。从走向146中得知，最后电弧这样大大凸出，使得存在电弧越过图中未示出的火花隙1的壳体的风险。但这通过图6中上面示出的反电极23阻止，电弧147首先越过该反电极23。然后由于新的电流方向，电弧148投射到下部的反电极23上，紧接着，重新出现新的电流。该电流导致电弧149弹回到上部的反电极23上，以便在上部和下部的反电极23之间出现交替串动。反电极23能够实现壳体的并因此实现整个火花隙紧凑的结构形状。

标题	发布/更新时间	阅读量
火花隙-专利编号CN104364875B	2020-05-12	678
充气火花隙-专利编号CN105981242B	2020-05-13	887
充气火花隙-专利编号CN105981242A	2020-05-13	72
火花隙-专利编号CN102934303A	2020-05-11	565
火花隙-专利编号CN102934303B	2020-05-11	640
火花隙-专利编号CN104364875A	2020-05-13	596
火花隙-专利编号CN1450696A	2020-05-12	99
火花间隙-专利编号CN101233659B	2020-05-11	845
火花间隙-专利编号CN101233659A	2020-05-11	731
火花隙-专利编号CN100379107C	2020-05-12	810

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