[发明专利]用于保护电气设施免受瞬态电压浪涌的设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于保护电气设施免受显著地由于雷击引起的瞬态电压浪涌的设备。这类设备此外被称为避雷器或浪涌保护设备。更特别地，本发明涉及这样的保护设备：其包括一个或多个用于限制在瞬态电压浪涌的情况下施加到电气设施的电压的压敏电阻器。还更特别地，本发明涉及预期用于低压电气设施的保护设备。

背景技术

一般地，这些保护设备包括压敏电阻器，其在单相设施的情况下连接在向要保护的设施提供功率的电网的相与中性点之间。在三相或多相设施的情况下，这些设备包括若干压敏电阻器，使得各个压敏电阻器连接在为要保护的设施供应动力的电网的每相与中性点之间。替选地或另外地，压敏电阻器可被设置在每对相之间。另外，这些设备一般包括火花隙(spark-gap)，其连接在中性点与地之间。如已知的那样，在正常工作期间，压敏电阻器是非导电的或阻塞的，换句话说，它们具有高电阻。相反，在电网上出现瞬态电压浪涌的情况下，压敏电阻器具有降低的电阻，并且变得导电，这从而使得限制它们连接到的电线之间的过电压。然后，可能非常高的瞬态电流穿过压敏电阻器。当供电网上的电压再次变得正常时，压敏电阻器返回到非导电状态。瞬态电压浪涌的典型示例是由于击中一个或多个电网线或与其接近的雷击。在这种情况下穿过压敏电阻器的瞬态电流被称为雷电流。

在使用中，保护设备的压敏电阻器由于其可允许通过的雷电流而可能基本退化，或者甚至变成故障。存在两种主要的压敏电阻器失效模式：短路和热击穿(thermal runaway)。

例如在过高的雷电流之后，压敏电阻器可变得永久短路。在这种情况下，通过压敏电阻器来建立短路电流，其中，压敏电阻器由它连接在其之间的电网线供电。该短路电流持续直到它例如被断开设备(cut-off device)断开。为此，诸如国际标准IEC 61643-1的标准预见避雷器应该设置有免受过强度的保护，还被称为短路情况下的切断器(disconnector)，其具有在由短路造成的压敏电阻器失效的情况下从电网切断压敏电阻器的功能。

热击穿与如下情况对应：当压敏电阻器在非导电状态中时，换句话说，当它连接到的电网在额定电压下并且没有电压浪涌时，由于通过压敏电阻器的漏电流而导致压敏电阻器过度发热。压敏电阻器的该过度发热是由于漏电流的增加(一般为几十毫安)，其是因为压敏电阻器的老化，显著地因为它允许通过的雷电流。因为由该发热代表的危险，诸如国际标准IEC61643-1的标准预见用于保护免受电压浪涌的设备应该设置有免受热击穿的保护，此外被称为热切断器。热切断器具有如下功能：当压敏电阻器在热击穿情形中时，切断电网的压敏电阻器。例如，可设置使得当压敏电阻器的温度超过150℃时，热切断器切断电网的压敏电阻器。

图1和2示出了通常在现有技术中使用的保护设备1和1a的两个电气图。在这两种情况下，作为示例，保护设备连接在用于为要保护其免受瞬态电压浪涌的设施供应动力的电网的相Ph与中性点N之间。保护设备包括压敏电阻器2，其借助于热切断器和短路情况下的切断器连接在电网的相与中性点之间。

热切断器包括触头3，其在压敏电阻器2的正常工作条件下闭合，并且当检测到压敏电阻器2的热击穿时被控制断开。由图1和2中的以虚线形式的连接4来符号化热击穿的检测。然后，触头3的断开从电网切断压敏电阻器2。热切断器通常包括将弹性加压的元件维持在适当位置的一个或多个低温焊接点，焊接点的熔化使得该元件的位移具有断开压敏电阻器的电路的效果。显著地在EP-A-0716493、EP-A-0987803以及EP-A-0905839中描述该类热保护。有时热保护还基于如例如在FR-A-2873510中描述的流过压敏电阻器的电流的电测量。

在图1的情况下，短路情况下的切断器是单极磁热断路器5。断路器通常包括断开构件或触头6，其断开由具有检测流过断路器5的过强度的功能的热触发器7和磁触发器8控制。在下面，由热触发器和磁触发器形成的组件也将被指定为磁热触发器。在压敏电阻器2的正常工作条件下，断路器5的触头6闭合。在由短路造成的压敏电阻器2的失效的情况下，取决于该情况，热触发器8或磁触发器7使触头6断开。然后，触头6的断开从电网切断压敏电阻器2。

作为图1的替选，从EP-A-1447831和EP-A-1607995已知保护设备，其中，热切断器还使得用作短路情况下的切断器的断路器断开。还在国际申请PCT/FR2008/001777中描述了这样的设备。