过压保护装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于保护用电器的过压保护装置，具有过压器件，尤其是火花隙或充气式过压放电器，具有用于点燃过压器件的点火装置并且具有探测装置，其中探测装置探测在过压保护装置上存在的干扰事件并且在输出侧与点火装置连接。


背景技术：

2.如果出现高于相应额定电压公差上限的过压，则必须在尽可能短的时间内将涉及的设备、装置和电路-统称用电器-与补偿电位短路。为此，根据使用地点(保护区域)和待保护的设备和装置的类型使用不同的过压器件。在此，各个过压器件的区别主要在于其响应表现和其放电能力。
3.在低压电网中，为了防护过压通常使用基于火花隙的过压放电器，即主要组件为火花隙的过压放电器，该火花隙在特定过压情况下响应。在此，在点燃火花隙时，在两个电极之间产生电弧。因为具有火花隙的过压放电器尤其用于在高能的事件、例如闪电电击的情况下进行保护，所以直至三位数的ka范围内的非常高并陡然上升的电流可以流经火花隙。
4.火花隙以及充气式过压放电器(其也被称为气体放电器或gdt (gas discharge tube，气体放电管))都具有两个彼此对置的电极，在这些电极之间构成放电空间。如果两个电极之间的电压上升到击穿电压，则产生的电场导致位于放电空间中的气体的电离，使得气体变得导电，并且两个电极之间的距离由于碰撞电离在几分之一微秒内通过火花、所谓的电弧被短路。
5.气体放电器与火花隙的区别还在于响应电压被更严格地指定并更严格地规定公差，这通过严密的封装和定义的气体填充实现。具有火花隙的过压放电器尽管具有冲击电流承载能力强的优点，但也具有响应电压相对高的缺点。因此，尤其为了点燃火花隙、但也为了点燃充气式过压放电器，多年以来就已经使用不同类型的点火辅助器，借助其降低火花隙或者说过压器件的响应电压。
6.由ep 0 933 860 b1例如已知一种具有火花隙的过压保护装置，在该过压保护装置中设置点火辅助器。点火辅助器具有带有点火电极和点火变压器的点火电路，该点火变压器在输出侧与点火电极连接。此外点火电路还具有点火开关元件，它与点火变压器的初级绕组连接。在已知的过压保护装置中，过压导致点火开关元件的响应，从而使电流流过点火变压器或其初级绕组，该电流在点火变压器的次级绕组中产生高电压，这导致火花隙的两个主电极之一与点火电极之间的点火火花隙的响应。
7.de 103 38 835 a1公开了一种过压放电器，其同样具有作为过压器件的火花隙。在该过压放电器中设置有点火辅助器，其包括电阻式的点火元件和点火电极，这两者与电弧燃烧室处于接触。电阻式点火元件在此在一侧与第一电极导电连接，并且在另一侧与点火电极导电连接。附加地，该已知的点火辅助器还具有电压开关元件，其在存在相应的过压时作出响应，从而电流经由电压开关元件、点火电极和点火元件从一个电极流向另一电极。
由于点火元件的较小的电流承载能力，在点火元件的区域中出现在电弧燃烧室中的电离，这最终导致在两个电极之间的电弧的点火。
8.在此，由现有技术已知的点火辅助器的共同之处在于，其引起火花隙的响应电压的减小。为了使点火辅助器本身响应，需要施加相应的过压，其中，用于产生点火火花或初始电弧的能量从存在的瞬时的过压中获取。这导致，在瞬时过压出现和过压器件点火之间存在(即使相对较小的)时间延迟。这种时间延迟可能导致在过压保护装置响应之前，过压保护装置要保护的用电器就已经损坏。


技术实现要素：

9.因此，本实用新型的目的是，提供一种过压保护装置，利用该过压保护装置可以进一步改善对用电器的保护。在此，所述过压保护装置尤其应该具有尽可能低的保护电平。
10.在根据本实用新型的过压保护装置中，该目的借助根据本实用新型的过压保护装置的特征实现。根据本实用新型，过压保护装置具有能量存储器，在施加工作电压时，在能量存储器中存储用于点燃过压器件的能量。在探测装置探测到干扰事件、例如瞬时过压的情况下，直接从能量存储器为点火装置提供点燃过压器件所需的能量，为此该能量存储器与点火装置相连。通过存储在能量存储器内的能量，在此能够一旦由探测装置确定相应的干扰事件并随之进行相应的点火指令就使过压器件非常快速地借助点火装置点燃。过压器件的快速点火促使在其他方面设计相同的情况下，相比于现有技术已知的过压保护装置，在过压保护装置上的残余电压能够降低，因为在过压负荷以及过电流负荷还很低时，过压器件就已经基于快速的点火而进行响应，在现有技术已知的过压保护装置中，用于产生点火火花或者说初始电弧的能量从出现的过压获取。
11.根据本实用新型的过压保护装置的一种优选的设计方案，所述能量存储器构造得使其在施加工作电压时由工作电压馈电。由此可以特别简单地维持点燃过压器件所需的能量，而无需在正常运行中采取额外的措施。同时可以由此保证，在探测到相应的干扰事件时由点火装置所需的能量存储在能量存储器中，从而不出现时间延迟，因为不需要首先给能量存储器充电。
12.在此有利地，电容器设置为能量存储器。由此可以非常简单地实现能量存储器，其中通过相应地设计电容器的尺寸可以确保在能量存储器中存储足够的能量以用于点燃过压器件。根据一种设计方案，在此，电容器在输入侧与整流器电路连接，使得即使在施加交流电压的情况下也对作为能量存储器的电容器充电。
13.如果设置电容器作为能量存储器，则根据一种设计方案规定，能量存储器在施加工作电压时充电到工作电压。根据一个替代的设计方案，能量存储器被构造为使得其在施加工作电压的情况下被充电到大于工作电压的电压。为此，能量存储器能够具有相应的电子电路、例如倍压器或级联电路。
14.根据原则上另一变型方案，代替电容器，设置电池作为能量存储器。由此，也可以与施加工作电压无关地提供点燃过压器件所需的能量。
15.在开头已经提到过压保护装置具有探测装置，其探测在过压保护装置上存在的干扰事件。按照本实用新型的过压保护装置的一个有利的设计方案，探测装置具有电压测量单元，其检测在过压器件上存在的电压。当由电压测量单元测量的电压超过极限值时，触发
点火指令，使得然后从能量存储器为点火装置提供点燃过电压器件所需的能量。
16.根据另一有利的设计方案，探测装置具有电流测量单元，其检测在待保护的系统中流动的或流向待保护的用电器的电流。在此也适用的是，当由电流测量单元测得的电流超过极限值时，由能量存储器为点火装置提供点燃过压器件所需的能量。优选地，在此由电流测量单元测量电流变化，而不是、无论如何不仅仅是测量恒定的电流。
17.根据一个特别优选的设计方案，探测装置不仅具有电压测量单元、而且具有电流测量单元。由此存在能够及早探测不同的干扰事件的可能性。在此特别有利的是，探测装置附加地具有分析单元和连接在分析单元上游的a/d转换器。由此存在这样的可能性，即在探测装置中已经可以对由电压测量单元和/或电流测量单元所测定的测量值进行预处理。
18.为了能够尽可能快速且可靠地探测干扰事件、尤其是出现的瞬时过压，根据另一优选的设计方案设置逻辑单元，该逻辑单元在输入侧与探测装置连接，并且在输出侧与点火装置连接。在此，逻辑单元具有至少一个存储器和分析单元，从而在分析单元中可以分析或比较由探测装置提供的测量值与存储的测量值。通过这种方式和方法也可以对不同的干扰事件进行评估或者分类，从而在特别重要或者严重的干扰事件中相应更快地输出点火指令，并且由此从能量存储器为点火装置提供点燃过压器件所需的能量。
附图说明
19.具体来说，存在多种设计和改进根据本实用新型的过压保护装置的可能性。为此，结合附图参考优选实施例的以下描述。附图中示
20.出了
21.图1示出了根据本实用新型的过压保护装置的第一实施例的高度简化的电路图，
22.图2示出了根据本实用新型的过压保护装置的第二实施例的简化电路图，
23.图3a-3c示出了过压保护装置的能量存储器的三种变型方案的三个电路图，和
24.图4a-4b示出了过压保护装置的点火装置的两种变型方案的两个电路图。
具体实施方式
25.图1和图2分别示出了根据本实用新型的过压保护装置1的一种实施例的简化电路图。过压保护装置1尤其具有过压器件2，在所示的实施例中过压器件2分别是火花隙。此外，属于过压保护装置1 的还有点火装置3和探测装置4，该点火装置用于点燃火花隙，该探测装置探测过压保护装置1上存在的干扰事件。此外，过压保护装置 1还具有能量存储器5，在施加工作电压的情况下，用于点燃过压器件2的能量被存储在该能量存储器中。如从图1中可看到的那样，探测装置4和能量存储器5两者都在输出侧与点火装置3连接，从而在由探测装置4探测到点火装置3的干扰事件时从能量存储器5中提供点燃过压器件2所需的能量。
26.在根据本实用新型的过压保护装置1的在图2中示出的优选的实施例中，作为能量存储器5设置了电容器6，该电容器由工作电压馈电，从而使得所述电容器6在施加工作电压时充电到工作电压。在图3a-3c中示出了能量存储器5的三个可能的替代方案。根据在图 3a中示出的实施例，在电容器6的输入侧在上游连接有整流器电路7。在根据图3b的变型方案中，在整流器电路7的输入侧还在上游连接有变压器8，使得能量存储器5具有电容器6、整流器电路7和变压器8。在图3c所示的变型实施方案中，设置电池9作为能量存储器5，从而在能
量存储器5中存储的能量可以与所施加的工作电压无关。
27.此外，从图2中所示的电路图可以看出，探测装置4不仅具有电压测量单元10、而且具有电流测量单元11。借助电压测量单元10 检测在过压器件2上存在的电压，以便尽可能快速地探测偏离运行电压的过压、尤其是瞬时的过压。附加地，由电流测量单元11检测在连接导线中流动的电流，尤其是电流变化，由此可以推断出干扰事件的类型。
28.除了电压测量单元10和电流测量单元11之外，探测装置4此外还具有a/d转换器12和第一分析单元13。借助于第一分析单元13 在此已经可以对由电压测量单元10和电流测量单元11确定的测量值进行预处理。在所示的实施例中，这样由探测装置4确定的测量值在接下来的逻辑电路14中被进一步处理，其中，该逻辑电路14尤其具有存储器15和第二分析单元16。附加地，在逻辑电路14中还可以在输入侧对由探测装置4提供的测量值进行预处理或分类。
29.然后，基于由探测装置4提供的测量值和由逻辑电路14对测量值进行的分析，由逻辑电路14输出点火指令，该点火指令导致，在由探测装置4探测并且由逻辑电路14分析的点火装置3的干扰事件的情况下，由能量存储器5提供点燃过压器件2所需的能量。这在图 2所示的电路图中借助于开关17示出，点火装置3在点火指令出现时可以通过该开关17与能量存储器5连接。
30.如前所述，附图中所示的过压器件2涉及火花隙，该火花隙具有两个彼此对置的电极18、19。火花隙在此可具有点火装置3，其原则上像根据图4a的电路图中那样构造。在此，点火装置3尤其具有电阻式点火元件20，其在一侧与第一电极18相连。此外，还设置点火电极21，其与点火元件20的另一侧导电连接。在所示实施例中，点火装置3还具有气体放电器22和压敏电阻23，它们与点火电极21 串联连接。
31.当在点火装置3中在气体放电器22处存在高于气体放电器22 的响应电压的电压时，气体放电器22导通，从而首先电流从电极19 经由由气体放电器22、压敏电阻23、点火电极21和点火元件20构成的串联电路流到电极18。由于点火元件20的较小的电流承载能力在点火元件20的区域中发生电离，该电离于是导致在两个电极18、 19之间点燃电弧。
32.在图4b所示的点火装置的实施例中，该点火装置同样具有点火电极21。点火电极21在此与点火变压器24的输出端相连接，点火变压器的输入侧或初级绕组通过气体放电器25与分压器26相连接，该分压器与火花隙并联。例如由ep 0 933 860 b1已知这种点火装置 3。
33.附图标记说明
34.1.过压保护装置
35.2.过压器件
36.3.点火装置
37.4.探测装置
38.5.能量存储器
39.6.电容器
40.7.整流器电路
41.8.变压器
42.9.电池
43.10.电压测量单元
44.11.电流测量单元
45.12.a/d转换器
46.13.第一分析单元
47.14.逻辑电路
48.15.存储器
49.16.第二分析单元
50.17.开关
51.18、19.电极
52.20.点火元件
53.21.点火电极
54.22.
55.23.压敏电阻
56.24.点火变压器
57.25.
58.26.分压器

技术特征：
1.用于保护用电器的过压保护装置(1)，所述过压保护装置具有过压器件(2)，具有用于点燃过压器件(2)的点火装置(3)，并且具有探测装置(4)，其中，探测装置(4)探测在过压保护装置(1)上存在的干扰事件并且在输出侧与点火装置(3)连接，其特征在于，设置有能量存储器(5)，在施加工作电压的情况下，用于点燃过压器件(2)的能量被存储在所述能量存储器中，所述能量存储器(5)与所述点火装置(3)连接，并且在由探测装置(4)探测到干扰事件的情况下，从所述能量存储器(5)为点火装置(3)提供点燃过压器件(2)所需的能量。2.根据权利要求1所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述能量存储器(5)由工作电压馈电。3.根据权利要求1或2所述的过压保护装置(1)，其特征在于，设置电容器(6)作为能量存储器(5)。4.根据权利要求3所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述电容器(6)在输入侧与整流器电路(7)连接。5.根据权利要求2所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述能量存储器(5)在施加工作电压的情况下充电到工作电压。6.根据权利要求2所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述能量存储器(5)在施加工作电压的情况下充电到大于工作电压的电压。7.根据权利要求1所述的过压保护装置(1)，其特征在于，设置电池(9)作为能量存储器(5)。8.根据权利要求1所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述探测装置(4)具有电压测量单元(10)，所述电压测量单元检测施加在过压器件(2)上的电压，并且当由电压测量单元(10)测得的电压超过极限值时，从能量存储器(5)为点火装置(3)提供点燃过压器件(2)所需的能量。9.根据权利要求8所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述探测装置(4)具有电流测量单元(11)，所述电流测量单元检测在待保护的系统中流动的电流，并且当由所述电流测量单元(11)测得的电流超过极限值时，从所述能量存储器(5)为所述点火装置(3)提供点燃所述过压器件(2)所需的能量。10.根据权利要求9所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述探测装置(4)具有a/d转换器(12)和第一分析单元(13)，所述第一分析单元处理由所述电压测量单元(10)和/或所述电流测量单元(11)测定的测量值。11.根据权利要求1所述的过压保护装置(1)，其特征在于，设置逻辑单元(14)，所述逻辑单元在输入侧与探测装置(4)相连，并且在输出侧与点火装置(3)相连，其中，所述逻辑单元(14)具有至少一个存储器(15)和第二分析单元(16)。12.根据权利要求1所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述过压保护装置具有带有两个电极(18、19)的火花隙作为过压器件(2)，所述点火装置(3)具有电阻式的点火元件(20)和点火电极(21)，其中，所述点火元件(20)在一侧与一个电极导电地连接，并且在另一侧与所述点火电极(21)导电地连接。
13.根据权利要求1所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述过压保护装置具有带有两个电极(18、19)的火花隙作为过压器件(2)，所述点火装置(3)具有点火电极(21)和点火变压器(24)，其中，所述点火电极(21)与所述点火变压器(24)的输出端电连接。14.根据权利要求1所述的过压保护装置(1)，其特征在于，所述过压器件是火花隙或充气式过压放电器。

技术总结
用于保护用电器的过压保护装置(1)，所述过压保护装置具有过压器件(2)、尤其是火花隙或充气式过压放电器，具有用于点燃过压器件(2)的点火装置(3)，并且具有探测装置(4)，其中，探测装置(4)探测在过压保护装置(1)上存在的干扰事件并且在输出侧与点火装置(3)连接，其特征在于，设置有能量存储器(5)，在施加工作电压的情况下，用于点燃过压器件(2)的能量被存储在所述能量存储器中，所述能量存储器(5)与所述点火装置(3)连接，并且在由探测装置(4)探测到干扰事件的情况下，从所述能量存储器(5)为点火装置(3)提供点燃过压器件(2)所需的能量。能量。能量。


技术研发人员：马丁
受保护的技术使用者：菲尼克斯电气公司
技术研发日：2021.05.20
技术公布日：2022/5/25