CN110800177B - 放电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于保护以防过压的放电器（1），其具有：至少一个第一和至少一个第二电极（2、3）；和陶瓷体（5），用于所述电极（2、3）的电隔离，其中所述电极（2、3）彼此间在所述放电器（1）的横轴（Q）的方向上具有距离（A）而且其中在所述电极（2、3）之间的距离（A）沿着所述放电器（1）的纵轴（L）发生变化。

Description

放电器

技术领域

本发明涉及一种用于保护以防过压的放电器、尤其是气体放电过压放电器。

背景技术

过压放电器、简称放电器，用于限制在电线和设备中的危险的或者不符合期望的过压。由此，可以避免电线和设备的由于过压而造成的损坏。

也被称作气体放电器的填充气体的放电器是如下放电器，其中在气体放电器中通过气体放电的自动点火来减小过压。这些放电器根据电弧放电的气体物理原理来工作，其中在达到放电器响应电压（简称为响应电压或简称为点火电压）之后，在几纳秒之内在气密的放电空间内形成电弧。由于电弧的载流能力高，过压有效地被短接。

如果放电器在冲击电流负荷期间被激活，则阴极的载流子、一般是电子打到阳极上，这一方面呈现出对阳极材料的强烈的负荷。也表现出：放电器的电特性、尤其是在冲击电流负荷之后的绝缘电阻随着激活次数的增加而变差。在常规的具有两个电极的气体放电器的情况下，尤其可能发生导电的电极材料对陶瓷内壁的蒸镀。这导致放电器的绝缘电阻的降低。由此，还可能在额定交变电压上运行时引起不容许地高的漏电。

文献EP 2 648 292 A2和EP 2 648 293 A2描述了一种气体放电管，该气体放电管具有所使用的陶瓷的特殊形状，由此防止了陶瓷的扁平的蒸镀并且提高了在负荷之后的绝缘电阻。

发明内容

所要解决的任务在于：说明一种经改善的放电器、例如特别节省空间和/或冲击电流承受能力很高和/或绝缘电阻高的放电器。

该任务通过一种具有按照本发明的特征的放电器来被解决。

按照一个方面，说明了一种放电器。放电器构造用于保护以防过压。例如，放电器用于在电信领域中应用的情况下保护以防过压。优选地，放电器具有多达20kA电流负荷以及8/20μs脉冲波的应用范围。

放电器具有第一电极。放电器还具有第二电极。放电器也可具有其它电极、例如第三电极。这些电极具有导电材料、例如铜或者铁-镍合金。

放电器还具有本体、尤其是陶瓷体本体。陶瓷体构造并且布置用于这些电极的电隔离。陶瓷体还用于这些电极的机械连接。陶瓷体具有简单的基本形状、例如圆柱形或环形。

这些电极和陶瓷体围出用稀有气体填充的空腔。优选地，放电器是气体放电过压放电器。

这些电极彼此间在放电器的横轴的方向上具有距离A。在这些电极之间的距离A沿着放电器的纵轴发生变化。在此，纵轴垂直于横轴地延伸。

这些电极的形状或外形能以简单的方式和方法与放电器的特殊要求适配。通过这些电极的特殊造型，防止了陶瓷体的扁平的蒸镀。由此，确保了放电器在负荷之后的高绝缘电阻。

陶瓷可以在其造型方面非常简单地被保持。尤其是，并不需要陶瓷的特殊造型来提高绝缘电阻。省去了对于花费高的陶瓷来说昂贵的制造成本。

这些电极还可以保持得窄或扁平。例如，这些电极在其基本形状方面构造为盘状或片状。借此，实现了放电器的小的结构高度。因此，提供了一种节省空间、成本低廉并且特别有效的放电器。

按照一个实施例，相应的电极具有至少一个凹陷部。该凹陷部是中央凹陷部。尤其是，该凹陷部构造在相应的电极的中央区域或中间区域并且借此构造在放电器的中央区域。该凹陷部可以被理解为翘曲。

优选地，放电器旋转对称地来构造。这些电极的凹陷部绕着放电器的纵轴彼此对置地来构造。优选地，这些凹陷部通过冲压工艺来构造。

相应的凹陷部使空腔沿着横轴的伸展增大。通过这些凹陷部，使这些电极彼此间的距离A（这些电极沿放电器的横向的距离）增大。尤其是，在这些凹陷部的区域，在这些电极之间的距离最大。

按照一个实施例，放电器具有至少一个电弧点火区。放电器也可具有超过一个电弧点火区、例如两个电弧点火区。放电器还具有至少一个电弧燃烧区。优选地，在电弧燃烧区布置有激活材料。激活材料、例如碱金属的硅酸盐和/或卤化物在空间上规定了电弧燃烧的区域。

电弧点火区和电弧燃烧区空间上彼此分开。优选地，电弧燃烧区布置在这些凹陷部之间的区域。因此，这些电极在电弧燃烧区的距离最大并且尤其是大于这些电极在电弧点火区的距离。此外，优选地，电弧燃烧区布置在放电器的中央区域或中间区域。该至少一个电弧点火区紧挨着电弧燃烧区并且优选地布置在放电器的侧面区域。借此，电弧点火区在空间上比电弧燃烧区离陶瓷体更近。

在激活放电器时，有阳极材料可能从阳极中分离出。该分离出的阳极材料可能沉积在将这两个电极电隔离的陶瓷体上。借此，随着激活次数增加，在这两个电极之间形成电桥、也就是说电阻变得越来越小的电流连接，由此绝缘电阻减小。

由于放电器被分成两个不同的区域并且尤其是电弧点火区与电弧燃烧区在空间上分开，电荷转移集中在位于中央的电弧燃烧区。这样来保护陶瓷体，以防阳极的导电颗粒的蒸镀。虽然阳极材料还可以分布在放电器的内部。但是，由于电弧燃烧区与电弧点火区分开，在此基本上只有在中央燃烧区的表面、即基本上这些电极本身被蒸镀。由此，陶瓷体未被短接而且放电器的绝缘电阻也可以在多次冲击电流负荷之后可靠地进行工作。借此，提供了一种特别可靠的并且耐用的放电器。

按照一个实施例，相应的电极具有至少一个凹陷部和至少一个凸起部或者隆起部的序列。相应的电极的特定形状防止了陶瓷体的扁平的蒸镀并且借此确保了在负荷之后的高绝缘电阻。

按照一个实施例，放电器具有第三电极。第三电极布置在第一电极与第二电极之间。第三电极具有简单的并且尤其是直的形状。第三电极具有平坦的表面。尤其是，第三电极没有凹陷部。借此，第三电极比第一和第二电极的造型简单得多。

第三电极可具有缺口或留空部。该缺口用于在第一与第三电极之间的填充气体的空腔和在第二与第三电极之间的填充气体的空腔的连接。由此，在过压的情况下，可以使放电器的两个区段点火。

第一和第二电极彼此间在放电器的横轴的方向上具有最小距离A。因此，除了最大距离的区域之外，还存在其中在这些电极之间的距离最小的区域。优选地，第一电极和第二电极分别具有至少一个隆起部。该隆起部例如具有环形槽。相应的隆起部例如被冲压。该隆起部沿着放电器的横轴延伸到相应的填充气体的空腔内。最小距离构造在该隆起部的区域。

替选地或附加地，第一电极和第三电极彼此间在放电器的横轴的方向上具有最小距离。优选地，第一电极在该最小距离的区域具有隆起部或凸起部。优选地，第三电极没有凸起部或隆起部。

替选地或附加地，第二电极和第三电极彼此间在放电器的横轴的方向上具有最小距离。优选地，第二电极在该最小距离的区域具有隆起部或凸起部。

该至少一个电弧点火区布置在该最小距离的区域。通过这些电极的最小距离，使电弧的点火变得容易。借此，提供了一种特别有效的放电器。

按照一个实施例，相应的中央凹陷部具有直径D1。这些电极还具有内径D2。在此，电极内径D2表示相应的电极的在侧面通过陶瓷体来限制的内部区域。电极内径D2通过相应的电极在填充气体的空腔的区域内的伸展来表征。优选地，适用0.7 ≤ (D2/D1)• A≤1.3。特别优选地，适用(D2/D1)• A= 1.1。

附图说明

在下文，本发明依据实施例和所属的附图进一步予以阐述。

随后描述的附图不能被理解为按正确比例。更确切地说，为了更好地呈现，可以放大、缩小或者也可以失真地示出各个量纲。

彼此相同或承担相同功能的元件用相同的附图标记来表示。

图1示出了用于保护以防过压的双电极放电器的截面图；

图2示出了用于保护以防过压的三电极放电器的截面图；

图3示出了按照图1的双电极放电器的透视图；

图4示出了对按照图1的双电极放电器的俯视图。

具体实施方式

图1、3和4示出了用于保护以防过压的双电极放电器1。放电器1具有第一电极2和第二电极3。放电器1还具有陶瓷体5，用于电极2、3的电绝缘。陶瓷体5还用于电极2、3的机械连接。陶瓷体5具有非常简单的形状、例如环形或圆柱形，就像例如从图3中可见的那样。

放电器1具有空腔10（图1）。空腔10填充有气体、尤其是稀有气体。放电器1尤其是填充气体的过压放电器。空腔10在放电器1的横轴Q的方向上由这两个电极2、3在空间上限制。借此，这两个电极2、3形成空腔10的上边界以及下边界。在放电器1的纵轴L的方向上，空腔10通过陶瓷体5来在空间上限制。借此，陶瓷体5是空腔10的侧面边界。在空腔10内可布置辅助点火装置12。辅助点火装置12例如具有用石墨铅笔涂覆到陶瓷体5的内壁上的线（点火线）。

空腔10具有直径或沿着纵轴L的（最大）伸展。空腔1的直径对应于相应的电极2、3的电极内径D2。在此，电极内径D2表示相应的电极2、3的在侧面通过陶瓷体5来限制的内部区域。电极内径D2通过相应的电极2、3在空腔10的区域内的伸展来表征。

电极2、3具有导电材料。相应的电极2、3例如可具有铜或者铁-镍合金。优选地，相应的电极2、3的材料可塑性变形。在基本形状方面，电极2、3优选地构造为盘状或片状。尤其是，相应的电极2、3扁平地来构造。换言之，相应的电极2、3具有沿着横轴Q的微小的伸展。尤其是，相应的电极2、3的纵向伸展（即电极2、3沿着纵轴L的伸展）为横向伸展的多倍。

相应的电极2、3具有弯曲的形状。相应的电极2、3的表面不平坦。尤其是，相应的电极的朝向空腔的表面和背离空腔的表面不平坦。也就是说，这些表面至少没有沿着纵轴径直地延伸。在此，相应的电极2、3可具有倒圆的或有棱角的表面。例如，相应的电极2、3具有弯曲的和/或被冲压的金属条或弯曲的和/或被冲压的金属片。

电极2、3彼此间具有距离A。尤其是，A表示电极2、3沿着横轴Q的距离。由于电极2、3的特殊造型，距离A沿着纵轴L发生变化。换言之，在沿着纵轴L的不同的位置，电极2、3彼此间具有不同的距离，如稍后详细地予以描述的那样。

这两个电极2、3可以环绕着纵轴L和/或横轴Q对称地来构造。然而，在该实施例中，第一电极2沿着纵轴L具有比第二电极3更大的伸展14。伸展14构造为带状。伸展14具有弯曲的形状。通过更大的纵向伸展14，可以实现或简化放电器1的电接触。尤其是，伸展14用于第一电极2的接触、例如在SMD垫上的接触。

每个电极2、3都具有凹陷部7。在图1中示出的截面图中能看出：凹陷部7可以被视为相应的电极2、3的翘曲。在这种情况下，在电极2、3的表面、尤其是朝向空腔10的表面，能看出在横轴Q的方向上的凹陷部7，而在电极2、3的背离空腔10的表面（外表面）存在隆起部/凸起部。优选地，凹陷部7构造为圆形（参见图3）。

这两个电极2、3的凹陷部7分别环绕着放电器1的纵轴L地构造在中央。凹陷部7朝向空腔10敞开。因为相应的凹陷部7布置在放电器1的填充气体的空腔10中央或中间，所以相应的凹陷部7是中央凹陷部7。这两个电极2、3的凹陷部7彼此对置地布置。

凹陷部7使这两个电极2、3在与纵轴L横向的方向上、即在横轴Q的方向上的距离A增大。换言之，通过凹陷部7，在空间上受限制的区域内增大了空腔10沿着横轴的伸展。尤其是，电极2、3在凹陷部7的区域具有最大距离A。

每个电极2、3还具有至少一个隆起部11。当然，也可以设置多个隆起部11，例如两个、三个、四个或五个隆起部11。

在图1中示出的截面图中能看出：隆起部11同样可以被视为相应的电极2、3的翘曲。然而，与上文所描述的凹陷部7的翘曲方向相比，这里翘曲方向反过来。尤其是，在电极2、3的朝向空腔10的表面，能看出在横轴Q的方向上的隆起部11/凸出部，而在相应的电极2、3的背离空腔10的表面（外表面）存在凹陷部。

隆起部11构造为环形（图3）。隆起部11具有环形槽。隆起部11例如被冲压到相应的电极2、3中。通过该冲压工艺，同时构造出上文所描述的凹陷部7。

相应的电极2、3的隆起部11围绕着凹陷部7。换言之，在纵轴L的方向上，相应的电极2、3的凹陷部7在所有方向上都通过隆起部11来限制。相应的隆起部11构造在空腔10的边缘区域。尤其是，相应的隆起部11比凹陷部7构造得不那么中央。

这两个电极2、3的隆起部11彼此对置地布置。相应的隆起部11伸入到空腔10中。因此，相应的隆起部11沿着横轴Q朝着放电器1的中间区域的方向延伸。相应的隆起部11使这两个电极2、3在横轴Q的方向上的距离A减小。换言之，通过隆起部11，在空间上受限制的区域内减小了空腔10沿着横轴Q的伸展。通过隆起部11，减小了电极2、3在横轴Q的方向上的距离A。尤其是，电极2、3在隆起部11的区域具有最小距离A。

相应的隆起部11沿着横轴Q的厚度或伸展优选地对应于相应的凹陷部7的深度。这两个电极2、3分别具有沿着横轴Q的厚度或伸展。在此，沿着相应的电极2、3的整个纵向伸展，相应的电极2、3具有相同的厚度。换言之，由于如上文那样所描述的凹陷部7或隆起部11，相应的电极2、3的厚度不受影响。更确切地说，通过凹陷部7和隆起部11来影响电极2、3的距离以及空腔10的横向伸展。由此，放电器1的电弧燃烧区和电弧点火区可以在空间上彼此隔离，如在下文所描述的那样。

放电器1具有电弧点火区8。电弧点火区8是其中用于在电极2、3之间的放电的电弧被点火的那个区域。电弧点火区8是放电器1的第一活跃区。电弧点火区8布置在电极2、3之间的最小距离A的区域。因此，电弧点火区8布置在隆起部11的区域。电极2、3的最小距离A使电弧的点火变得容易。

电弧点火区8构造在空腔10的侧面区域。电弧点火区8布置得比在下文所描述的电弧燃烧区9离陶瓷体5更近。

放电器1还具有上文所提及的电弧燃烧区9或第二活跃区，用于在有过压时实现在电极2、3之间的放电。因此，在有过压时，在电弧燃烧区9应该进行在用于放电的电极2、3之间的放电、尤其是电弧放电。电弧点火区8和电弧燃烧区9空间上彼此分开。电弧燃烧区9尤其是布置在电极2、3之间的最大距离A的区域。因此，电弧燃烧区9布置在凹陷部7的区域。

电弧燃烧区9构造在空腔10或放电器1的中央区域。尤其是，距陶瓷体5的间距在电弧燃烧区9最大。

在电弧燃烧区9,布置激活材料6，例如碱金属的硅酸盐和/或卤化物。电弧在其中燃烧的区域通过激活材料6来规定。激活材料6例如构造在相应的电极2、3的表面的部分区域。

通过电极2、3的特殊造型，电弧燃烧区9和电弧点火区8可以以简单的方式彼此分开。还可以防止电极材料对陶瓷体5的扁平的蒸镀。由此，确保了在负荷之后的高绝缘电阻。

在此，放电器1的功能性可以通过比例(D2/D1)• A来表示，其中D1表示相应的凹陷部7的直径，D2表示相应的电极2、3的内径而A表示电极2、3彼此间的距离。优选地，适用0.7≤ (D2/D1)• A≤ 1.3。特别优选地，适用(D2/D1)• A= 1.1。

图2示出了用于保护以防过压的三电极放电器1。不同于图2中的双电极放电器1，在图3中示出的放电器1具有第三电极或中间电极4。

第三电极4布置在第一与第二电极2、3之间。不同于第一和第二电极2、3，第三电极没有弯曲的形状。更确切地说，第三电极4直地构造或沿着纵轴L来构造。第三电极4具有平坦的表面。第三电极4没有凹陷部7并且没有隆起部11。

而第一和第二电极2、3的形状对应于结合图1来描述的形状。尤其是，只要在下文不另作说明，所有结合图1来描述的结构上的和功能上的特征就也应用于图2中的放电器1。借此，在下文仅仅描述了与图1中的放电器的区别。

第三电极4具有中央留空部13（缺口）。留空部13完全穿过第三电极4。留空部13与第一和第二电极2、3的凹陷部7对置地来布置。留空部13用于在第一电极2与第三电极4之间的填充气体的空腔10和在第二电极3与第三电极4之间的填充气体的空腔10的连接。由此，在过压的情况下，三电极放电器1的两个区段应该点火。

第三电极4被引导穿过陶瓷体5。换言之，陶瓷体5环绕着第三电极4地布置。通过陶瓷体5，电极2、3、4彼此电隔离并且彼此空间隔离。

电极2、3、4彼此间具有最小距离A。尤其是，在其中布置有第一和第二电极2、3的隆起部11的那个区域，距离A最小。换言之，在第一电极2的隆起部11的区域，第一电极2和第三电极4彼此间具有最小距离A。在第二电极3的隆起部11的区域，第二电极3和第三电极4彼此间同样具有最小距离A。在最小距离A的区域分别布置电弧点火区8。

在第一电极2的凹陷部7的区域，第一电极2和第三电极4彼此间具有最大距离A。在第二电极3的凹陷部7的区域，第二电极3和第三电极4彼此间同样具有最大距离A。在最大距离A的区域布置电弧燃烧区9。该电弧燃烧区通过布置激活材料6来在空间上规定。在最大距离A的区域，还设置第三电极4的中央留空部13。

所有其它特征都对应于结合图1所描述的特征。尤其是，放电器1的功能性这里也通过比例(D2/D1)• A来表示，其中D1表示相应的凹陷部7的直径，D2表示相应的电极2、3的内径而A表示相应的电极2、3距第三电极4的距离。优选地，这里也适用0.7 ≤ (D2/D1)• A≤ 1.3。特别优选地，适用(D2/D1)• A= 1.1。

本发明并不限于依据这些实施例的描述。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合，这尤其是包含在专利权利要求书中的特征的每个组合，即使该特征或该组合本身没有明确地在专利权利要求书或实施例中被说明。

附图标记列表

1 放电器

2 第一电极

3 第二电极

4 第三电极/中间电极

5 陶瓷体

6 激活材料

7 凹陷部

8 电弧点火区

9 电弧燃烧区

10 气体放电区/空腔

11 凸出部/隆起部

12 辅助点火装置

13 留空部

14 伸展

D1 凹陷部的直径

D2 电极内径

A 电极的距离

L 纵轴

Q 横轴。

Claims (9)

1.一种用于保护以防过压的放电器（1），其具有：

- 至少一个第一电极（2）和至少一个第二电极（3）；

- 陶瓷体（5），用于所述第一电极（2）和所述第二电极（3）的电隔离，

其中所述第一电极（2）和所述第二电极（3）彼此间在所述放电器（1）的横轴线（Q）的方向上具有距离而且其中在所述第一电极（2）和所述第二电极（3）之间的距离沿着所述放电器（1）的纵轴线（L）发生变化，其中所述横轴线（Q）沿着所述第一电极（2）和所述第二电极（3）彼此间的最小距离的方向延伸，其中所述纵轴线（L）垂直于所述横轴线（Q）地延伸，

其中所述第一电极（2）和所述第二电极（3）分别具有中央凹陷部（7），其中所述第一电极（2）和所述第二电极（3）的凹陷部（7）绕着所述放电器（1）的纵轴线（L）彼此对置地来构造，

其中所述放电器具有第三电极（4），其中所述第三电极（4）布置在所述第一电极（2）和所述第二电极（3）之间，而且其中所述第三电极（4）没有凹陷部，

其中所述中央凹陷部（7）具有直径（D1），其中所述第一电极（2）和所述第二电极（3）具有内径（D2），而且其中0.7 ≤ (D2/D1)• A≤ 1.3，其中A表示所述第一电极（2）或所述第二电极（3）距所述第三电极（4）的距离，其中所述内径（D2）通过电极在填充气体的空腔的区域内的伸展来表征，

其中所述放电器（1）具有多达20kA电流负荷以及8/20μs脉冲波的应用范围，

其中所述第一电极（2）和所述第二电极（3）构造为盘状或片状并且由此是扁平的，

其中所述放电器（1）——为了保护所述陶瓷体（5）以防阳极的导电颗粒的蒸镀——被分成两个不同的区域，使得电弧点火区与电弧燃烧区在空间上分开，并且电荷转移集中在位于中央的电弧燃烧区，其方式是所述空腔在所述放电器（1）的横轴线（Q）的方向上由所述第一电极（2）和所述第二电极（3）在空间上限制，其中所述第一电极（2）和所述第二电极（3）形成所述空腔的上边界以及下边界，其中在所述放电器（1）的纵轴线（L）的方向上，所述空腔通过所述陶瓷体（5）来在空间上被限制。

2.根据权利要求1所述的放电器（1），

其中在所述第一电极（2）和所述第二电极（3）之间的距离在所述凹陷部（7）的区域最大。

3.根据权利要求1或2所述的放电器（1），

所述放电器具有至少一个电弧点火区（8）和至少一个电弧燃烧区（9），其中电弧点火区（8）和电弧燃烧区（9）在空间上彼此分开。

4.根据权利要求3所述的放电器（1），

其中所述电弧燃烧区（9）布置在所述凹陷部（7）之间的区域。

5.根据权利要求3所述的放电器（1），

其中在所述电弧燃烧区（9）布置激活材料（6）。

6.根据权利要求3所述的放电器（1），

其中所述第一电极（2）和所述第二电极（3）和/或所述第一电极（2）和所述第三电极（4）和/或所述第二电极（3）和所述第三电极（4）彼此间在所述放电器（1）的横轴线（Q）的方向上具有最小距离。

7.根据权利要求6所述的放电器（1），

其中所述至少一个电弧点火区（8）布置在所述最小距离的区域。

8.根据权利要求6所述的放电器（1），

其中所述第一电极（2）和所述第二电极（3）分别具有至少一个隆起部（11），而且其中在电极（2、3、4）之间的最小距离构造在所述隆起部（11）的区域。

9.根据权利要求1或2所述的放电器（1），

其中电极（2、3、4）和陶瓷体（5）围出用稀有气体填充的空腔（10），而且其中所述放电器（1）是气体放电过压放电器。

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