過電壓保護元件的制作方法
【專利摘要】示出并且描述了一種過電壓保護元件，其具有殼體和具有至少一個布置在殼體中的限制過電壓的部件、尤其是充氣式電涌保護器（1）、抑制二極管（2）或者壓敏電阻。根據(jù)本發(fā)明，通過使限制過電壓的部件與檢測流經(jīng)限制過電壓的部件的電流（i）的監(jiān)控部件相關(guān)并且通過設(shè)置有分析監(jiān)控部件的信號的分析單元，能夠在運行期間實現(xiàn)對過電壓保護元件的高效能性和狀態(tài)的控制。
【專利說明】過電壓保護元件
[0001]本申請是申請日為2010年I月7日、申請?zhí)枮?01080004305.X、國際申請?zhí)枮镻CT/EP2010/000041、發(fā)明名稱為“過電壓保護元件”的專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種過電壓保護元件，其具有殼體和具有至少一個布置在殼體中的限制過電壓的部件、尤其是充氣式電涌保護器(UeberspannungsabIeiter )、放電間隙(Funkenstrecke )、抑制二極管或者壓敏電阻。

【背景技術(shù)】
[0003]過電壓保護可以劃分成不同的使用領(lǐng)域。在此，尤其是在用于電源、用于測量、控制和調(diào)節(jié)技術(shù)(MSR技術(shù))和用于信息技術(shù)和電信的過電壓保護之間予以區(qū)分。MSR技術(shù)的接口比電源系統(tǒng)對過電壓敏感得多。因而，針對過電壓保護，在MSR領(lǐng)域中大多使用具有組合的保護電路的過電壓保護元件，其中至少一個限制過電壓的部件用于粗略保護而至少一個限制過電壓的部件用于精細(xì)保護。常常在此使用充氣式電涌保護器和抑制二極管的間接并聯(lián)電路，其中在充氣式電涌保護器和抑制二極管之間布置有去耦電阻。
[0004]公知的過電壓保護元件常常被構(gòu)造為“保護插頭(Schutzstecker)”，這些過電壓保護元件與設(shè)備下部共同形成過電壓保護設(shè)備。為了安裝這樣的過電壓保護設(shè)備，在殼體下部上針對單個導(dǎo)體設(shè)置有相對應(yīng)的連接端子。為了簡單地機械接觸和電接觸設(shè)備下部與相應(yīng)的過電壓保護元件，在過電壓保護元件中將連接元件構(gòu)造為插銷，對于所述插銷在設(shè)備下部中布置有對應(yīng)的與連接端子連接的插孔，使得過電壓保護元件可以簡單地插到設(shè)備下部上。
[0005]在這樣的過電壓保護設(shè)備中，安裝和裝配由于過電壓保護元件的可插接性而可以非常簡單且省時地執(zhí)行。附加地，這樣的過電壓保護設(shè)備在過電壓保護元件中還部分地具有遠(yuǎn)距離指示裝置(Fernmeldung)以及光學(xué)狀態(tài)顯示器，所述遠(yuǎn)距離指示裝置作為過電壓保護元件的狀態(tài)的信號發(fā)生器，所述遠(yuǎn)距離指示裝置通常被實施為轉(zhuǎn)換接觸部(Wechselkontakt)0通過狀態(tài)顯示器顯示，布置在過電壓保護元件中的限制過電壓的部件是否還是高效能的。根據(jù)過電壓保護元件的使用目的，作為限制過電壓的部件采用壓敏電阻、充氣式電涌保護器、放電間隙或者二極管、尤其是抑制二極管。
[0006]由于老化、通過放電過程和在數(shù)秒范圍中的暫時出現(xiàn)的過電壓(TOV)造成的初期損傷(Vorschaedigung)，尤其是在具有壓敏電阻作為限制過電壓的部件的過電壓保護元件中發(fā)生壓敏電阻的泄漏電流在工作電壓的情況下不希望地升高。具有壓敏電阻作為放電器的過電壓保護元件因而目前常常具有熱分離裝置，通過該熱分離裝置將不再完好地運行的壓敏電阻與要監(jiān)控的電流路徑在電方面分離。此外，即使在具有放電間隙作為放電器的過電壓保護元件的情況下也使用熱分離裝置。
[0007]這樣的過電壓保護元件例如從DE 20 2004 006 227 Ul中公知。在公知的過電壓保護元件中，根據(jù)溫度開關(guān)的原理來對限制過電壓的部件(尤其是壓敏電阻)的狀態(tài)進行監(jiān)控，使得設(shè)置在壓敏電阻和分離元件之間的焊接連接在壓敏電阻過熱時拆開，這導(dǎo)致壓敏電阻的電氣分離。此外，在拆開焊接連接時，塑料元件通過彈簧的復(fù)位力從第一位置移動到第二位置，在該第二位置，構(gòu)造為有彈性的金屬簧片的分離元件通過塑料元件與壓敏電阻在熱學(xué)上和在電方面隔離。由于塑料元件具有兩個并排布置的有色標(biāo)記，所以該塑料元件附加地也用作光學(xué)狀態(tài)顯示器，由此過電壓保護元件的狀態(tài)可以直接在現(xiàn)場簡單地讀取。然而，通過這樣的集成的顯示器只能用信號通知過電壓保護元件的故障。
[0008]由于過電壓保護設(shè)備遭受高沖擊電流負(fù)荷，所以根據(jù)載荷(Beanspruchung)的大小和頻率可使各個限制過電壓的部件受損害，使得應(yīng)有規(guī)律地控制過電壓元件的高效能性。為了控制可插接的過電壓保護元件的高效能性，本 申請人:以名稱“CHECKMASTER”銷售一種便攜式放電器測試設(shè)備(Ableiterpruefgeraet)(目錄TRABTECH 2007,第166至173頁)，該便攜式放電器測試設(shè)備具有分別要檢查的保護插頭可以被插入到的測試容納部(Pruefaufnahme)。在此，確定限制過電壓的部件的當(dāng)前的電參數(shù)，并且將這些電參數(shù)與參考值相比較，其中通過公差值測量將承受重負(fù)荷的部件標(biāo)識為受初期損傷。放電器測試器因此(除了顯示有故障的過電壓保護元件之外)也能夠?qū)崿F(xiàn)過電壓保護元件的預(yù)防性檢驗。然而不利的是，為此必須將過電壓保護元件從設(shè)備下部取下，使得不可能在運行期間進行測試。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因而，本發(fā)明所基于的任務(wù)是提供一種開頭所描述的過電壓保護元件，該過電壓保護元件能夠?qū)崿F(xiàn)對過電壓保護元件在運行期間的高效能性(Funkt1nstuechtigkeit)和狀態(tài)的控制。
[0010]該任務(wù)在開頭所描述的過電壓保護元件的情況下通過如下方式來解決:使限制過電壓的部件與檢測流經(jīng)限制過電壓的部件的電流的監(jiān)控部件相關(guān)，并且設(shè)置有分析監(jiān)控部件的信號的分析單元。
[0011]通過使限制過電壓的部件與檢測流經(jīng)限制過電壓的部件的電流(尤其是放電電流)的監(jiān)控部件相關(guān)，能檢測運行中的限制過電壓的部件的載荷。通過使用相對應(yīng)的分析單元，其中該分析單元分析由監(jiān)控部件由于流經(jīng)限制過電壓的部件的電流而提供的信號，在發(fā)生部件故障之前，能斷言(Aussage)限制過電壓的部件的負(fù)荷。因此，可以及時識別和更換初期損傷的過電壓保護元件。分析單元在此優(yōu)選地被構(gòu)造為使得該分析單元除了分析限制過電壓的部件的負(fù)荷的頻率和大小之外也分析負(fù)荷的持續(xù)時間(也就是放電電流的持續(xù)時間)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的有利的擴展方案，分析單元與以下放電電流路徑電(galvanisch)隔離:由監(jiān)控部件檢測的電流經(jīng)過該放電電流路徑流動。由于在施加過電壓時非常高的電流可流經(jīng)限制過電壓的部件、尤其是充氣式電涌保護器或者放電間隙，所以分析單元與放電電流路徑的電隔離保護分析單元免受損傷并且能夠?qū)崿F(xiàn)減小要由分析單元分析的信號的幅度。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的第一優(yōu)選變形方案中，線圈被用作監(jiān)控部件，該線圈電感性地與放電電流路徑耦合，其中線圈與積分器相連。通過使用線圈可以檢測放電電流，而不影響真正的保護回路、即放電電流路徑。通過使用積分器不僅確定由于放電電流引起的流經(jīng)線圈的電流脈沖強度而且檢測該電流脈沖的能量。從這樣所確定的脈沖能量能夠單獨地或合計地確定和分析限制過電壓的部件的負(fù)荷，尤其是確定和分析充氣式電涌保護器的負(fù)荷。
[0014]在最簡單的情況下，電容器可以用作積分器，該電容器通過流經(jīng)線圈的電流充電，使得緊接著分析該電容器上的電壓。替換于此地，也可以將帶有優(yōu)選地集成的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的微控制器用作積分器。
[0015]依照根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的第二變形方案，光電元件被用作監(jiān)控部件，其中在該變形方案中作為限制過電壓的部件而設(shè)置有充氣式電涌保護器或者放電間隙。在充氣式電涌保護器或者放電間隙的情況下，在施加過電壓時在放電電流流經(jīng)的兩個電極之間形成電弧。光電元件在此在光學(xué)上與充氣式電涌保護器或者放電間隙相連接，使得光電元件檢測到即將發(fā)生的(anstehend)電弧。通過光電元件在放電電流路徑與連接在光電元件下游的分析單元之間進行電隔離。
[0016]分析單元在根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的該變形方案中被構(gòu)造為使得優(yōu)選地可以不僅分析電弧的強度而且可以分析電弧的持續(xù)時間。該變形方案的優(yōu)點在此尤其是在于，可以通過對電弧的持續(xù)時間進行分析來識別，在真正的放電過程之后何時不發(fā)生電弧的熄滅，這導(dǎo)致電網(wǎng)續(xù)流(不希望地)通過即將發(fā)生的電弧流動。
[0017]依照根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的另一變形方案，光電耦合器被用作監(jiān)控部件，該光電耦合器與串聯(lián)于限制過電壓的部件的電阻并聯(lián)并且該光電耦合器檢測流經(jīng)該電阻的電流。將光電耦合器用作監(jiān)控部件不僅適于用于粗略保護的限制過電壓的部件，例如適于充氣式電涌保護器或者放電間隙，而且適于用于精細(xì)保護的限制過電壓的部件、例如抑制二極管。
[0018]如果光電耦合器被用于對充氣式電涌保護器或者放電間隙進行功能監(jiān)控，則與限制過電壓的部件串聯(lián)的電阻具有分流器的功能，其中該電阻與光電耦合器并聯(lián)。該電阻因此具有相對小的值，使得該電阻不影響限制過電壓的部件的功能。
[0019]根據(jù)第三變形方案的優(yōu)選的擴展方案，其中過電壓保護元件不僅具有充氣式電涌保護器或者放電間隙而且具有抑制二極管作為限制過電壓的部件并且其中在充氣式電涌保護器或者放電間隙與抑制二極管之間布置有去耦電阻，光電耦合器與去耦電阻并聯(lián)。帶有充氣式電涌保護器、抑制二極管和去耦電阻的過電壓保護元件在現(xiàn)有技術(shù)中、尤其是在MSR領(lǐng)域中是公知的。為了對抑制二極管進行狀態(tài)監(jiān)控，光電耦合器作為監(jiān)控部件簡單地與本來就有的去耦電阻并聯(lián)。在過電壓保護元件的高電阻負(fù)載的情況下，通過去耦電阻的電流對應(yīng)于通過抑制二極管的電流，使得通過借助光電耦合器檢測通過去耦電阻的電流可以確定抑制二極管的負(fù)荷并且由此可以斷言其預(yù)計的使用壽命。此外，可以識別超過流經(jīng)去耦電阻的允許的負(fù)載電流，使得可以顯示或防止電阻的損傷。
[0020]與是否借助光電耦合器對充氣式電涌保護器或者抑制二極管就其功能進行監(jiān)控?zé)o關(guān)地，通過光電耦合器建立與分析單元的電隔離并且將通過放電電流路徑的所測量的電流變換成更小的、容易測量和分析的電流。在此，自然也可能的是，在具有充氣式電涌保護器或者放電間隙并且具有抑制二極管的過電壓元件的情況下，充氣式電涌保護器的高效能性被光電耦合器監(jiān)控，而抑制二極管的高效能性被另一光電耦合器監(jiān)控。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的可替換的實施形式，前述的任務(wù)在具有抑制二極管作為限制過電壓的部件的過電壓保護部件的情況下通過如下方式來解決:抑制二極管被布置在二極管橋式電路的橋臂中并且電容測量設(shè)備被連接到抑制二極管上，其中通過電容測量設(shè)備檢測抑制二極管的電容或電容變化。作為電容測量設(shè)備例如可以使用振蕩器。通過將抑制二極管布置在二極管橋式電路的橋臂中能測量抑制二極管的電容或電容變化，而不影響抑制二極管作為限制過電壓的部件的功能。抑制二極管的電容的變化在此是抑制二極管的變化的標(biāo)志并且由此是抑制二極管的所實現(xiàn)的負(fù)荷的標(biāo)志。
[0022]有利地，二極管橋式電路的四個二極管分別具有比抑制二極管明顯更低的電容。由此，二極管橋式電路的總電容降低，由此能夠?qū)崿F(xiàn)所連接的電路的較高的最大信號頻率。
[0023]依照根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的擴展方案，該擴展方案不僅在第一替換方案中而且在第二替換方案中有利地被實現(xiàn)，用于至少一個限制過電壓的部件的至少一個光學(xué)狀態(tài)顯示器被布置在殼體中，使得過電壓保護元件或限制過電壓的部件的狀態(tài)可以直接在現(xiàn)場顯示。狀態(tài)顯示器在此優(yōu)選地可以具有帶有不同的標(biāo)記的三個區(qū)域，尤其是具有帶有不同的顏色(例如綠色、黃色和紅色)的三個區(qū)域，使得不僅可以顯示限制過電壓的部件的故障而且已經(jīng)可以顯示初期損傷。如果過電壓保護元件具有多個限制過電壓的部件，則針對每個部件可以單獨地顯示該部件的狀態(tài)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一有利的擴展方案，過電壓保護元件除了具有光學(xué)狀態(tài)顯示器之外也具有遠(yuǎn)距離指示接觸部，用于遠(yuǎn)距離指示過電壓保護元件的狀態(tài)或各個限制過電壓的部件的狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]具體而言，現(xiàn)在存在多種可能性來擴展和改進根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件。為此，不僅參閱從屬于專利權(quán)利要求1和10的專利權(quán)利要求，而且參閱以下結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的描述。在附圖中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的第一實施變形方案的簡化的電路圖，
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的第二實施變形方案的簡化的電路圖，
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的第三實施變形方案的簡化的電路圖，
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的第四實施變形方案的簡化的電路圖，以及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的另一實施變形方案的簡化的電路圖。

【具體實施方式】
[0026]附圖分別示出了根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護元件的不同的實施變形方案的簡化電路圖，其中在這些電路圖中分別僅僅示出了一個或多個限制過電壓的部件以及監(jiān)控部件。圖1至3在此分別示出了如下實施例，在該實施例中，充氣式電涌保護器I被設(shè)置為限制過電壓的部件。在根據(jù)圖4和5的實施例中，除了充氣式電涌保護器I作為粗略保護之外還設(shè)置抑制二極管2作為精細(xì)保護。在附圖中示出的簡化的電路分別具有用于連接兩個線路的兩個輸入端子3以及具有用于連接要保護的設(shè)備(例如傳感器或者控制裝置)的兩個輸出端子4?？梢栽O(shè)置其他端子、尤其是接地端子，即使這些端子在附圖中未示出。
[0027]根據(jù)圖1至4的實施例的共同之處在于:充氣式電涌保護器I (圖1至3)或抑制二極管2 (圖4)與監(jiān)控部件相關(guān)，其中該監(jiān)控部件檢測流經(jīng)充氣式電涌保護器I或抑制二極管2的電流i。根據(jù)電流i由監(jiān)控部件產(chǎn)生的信號在(此處未示出的)分析單元中予以分析，其中分析單元在根據(jù)圖1至4的實施例中與如下放電電流路徑5電隔離:通過充氣式電涌保護器I或抑制二極管2的電流i經(jīng)過該放電電流路徑5流動。
[0028]在根據(jù)圖1的實施例中，監(jiān)控部件是線圈6，該線圈6電感性地與放電電流路徑5耦合，使得由線圈6檢測通過充氣式電涌保護器I的電流i。線圈6與積分器7相連，由此電流脈沖的能量可以通過充氣式電涌保護器I來確定。根據(jù)脈沖能量能通過放電電流i來確定充氣式電涌保護器I的負(fù)荷。
[0029]在根據(jù)圖2的實施例中，光電元件8用作監(jiān)控部件，其中光電元件8相鄰于充氣式電涌保護器I地被布置，使得由光電元件8來檢測到在施加過電壓時在充氣式電涌保護器I中即將發(fā)生的電弧。通過合適的信號處理可能的是，借助由光電元件8檢測到的電弧確定放電過程的強度和持續(xù)時間并且由此確定充氣式電涌保護器I的負(fù)荷的量度。
[0030]在根據(jù)圖3和4的兩個實施例中，光電耦合器9被用作監(jiān)控部件，其中光電耦合器9在根據(jù)圖3的變形方案中與串聯(lián)于充氣式電涌保護器I的電阻10并聯(lián)地被布置。在根據(jù)圖3的實施例中利用光電耦合器9來監(jiān)控充氣式電涌保護器I的運行能力，而在根據(jù)圖4的實施例中，光電稱合器9用于監(jiān)控抑制二極管2。為此,光電稱合器9與去稱電阻11并聯(lián)，該去耦電阻11被布置在充氣式電涌保護器I和抑制二極管2之間。
[0031]在光電耦合器9的電流路徑中，還布置有另一電阻12，該另一電阻12的電阻值明顯大于電阻10或去耦電阻11的電阻值。在根據(jù)圖4的實施例中，去耦電阻11在數(shù)歐姆的范圍中，而電阻12例如在數(shù)百歐姆的范圍中。
[0032]光電耦合器9在此用于檢測流經(jīng)電阻10或去耦電阻11的電流，其中利用光電耦合器9或連接在下游的分析單元不僅檢測流經(jīng)電阻10或去耦電阻11并且由此在高電阻負(fù)載的情況下也流經(jīng)充氣式電涌保護器I或抑制二極管2的電流脈沖i的幅度而且檢測該電流脈沖i的持續(xù)時間。
[0033]圖5示出了帶有充氣式電涌保護器I和抑制二極管2的過電壓保護元件的實施變形方案，其中抑制二極管2的狀態(tài)通過檢測抑制二極管2的電容Cx或電容變化來被檢驗，為此電容測量設(shè)備13 (例如振蕩器和/或微控制器)被連接到該抑制二極管2上。如從圖5中可看到的是，抑制二極管2被布置在具有四個二極管的二極管橋式電路15的橋臂14中，由此能測量電容Cx，而不影響抑制二極管2作為限制過電壓的部件(即作為過電壓保護元件的精細(xì)保護)的功能。二極管橋式電路15的各個二極管具有比抑制二極管2明顯更小的電容。
[0034]即使在圖1至5中分別僅設(shè)置了一個用于控制限制過電壓的部件的高效能性的監(jiān)控部件，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言仍清楚的是，為了監(jiān)控多個限制過電壓的部件也可以設(shè)置多個相同的或者不同的監(jiān)控部件。
[0035]這樣，例如在根據(jù)圖4的過電壓保護部件中，其中該過電壓保護部件不僅具有充氣式電涌保護器I而且具有抑制二極管2，充氣式電涌保護器I的高效能性借助第一光電耦合器9來監(jiān)控,而抑制二極管2的高效能性借助第二光電稱合器9來監(jiān)控。同樣例如也可能的是，在圖4和5中所示的過電壓保護元件的情況下，充氣式電涌保護器I的高效能性利用根據(jù)圖1的線圈6或者利用根據(jù)圖2的光電元件8來監(jiān)控。
【權(quán)利要求】
1.一種過電壓保護元件，該過電壓保護元件具有殼體并且具有至少一個布置在所述殼體中的抑制二極管(2)作為限制過電壓的部件， 其特征在于， 所述抑制二極管(2)被布置在二極管橋式電路(15)的橋臂(14)中，并且電容測量設(shè)備被連接到所述抑制二極管(2)上，其中通過所述電容測量設(shè)備(13)檢測所述抑制二極管(2)的電容或電容變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護元件，其特征在于，振蕩器和/或微控制器被用作電容測量設(shè)備(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過電壓保護元件，其特征在于，所述二極管橋式電路(15)的二極管分別具有比所述抑制二極管(2)小的電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過電壓保護元件，其特征在于，在所述殼體中布置有用于至少一個限制過電壓的部件的光學(xué)狀態(tài)顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過電壓保護元件，其特征在于，在所述殼體中布置有遠(yuǎn)距離指示接觸部，用于遠(yuǎn)距離指示至少一個限制過電壓的部件的狀態(tài)。
【文檔編號】H02H9/04GK104078965SQ201410317284
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2009年1月12日
【發(fā)明者】B.珀奇, F-E.布蘭德, S.普弗爾特納 申請人:菲尼克斯電氣公司