CN103931064A - 用于断开两个连接点之间的电连接的方法和电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将连接在两个连接点(16，18)之间的过压保护元件(12)与连接点中的一个连接点(16)的电连接断开的方法，该电连接具有第一供给路径(20)，其将过压保护元件(12)的接口与连接点中的一个连接点(16)点连接，其中在第一供给路径(20)中设置有断开的第一开关(24)，该第一断开的开关由过压保护元件(12)的压力变化和/或温度变化触发断开。本发明提出，在第一开关(24)断开时切换至与第一开关(24)并联连接的第二供给路径(22)，其中，在第二供给路径(22)中设置有用于安全地断开续流的断开的第二开关(26)，并且其中第二开关(26)的断开相对于第一开关(24)的断开延迟地实现。此外，本发明还涉及一种电路装置(12)和用于在该方法中作为第二开关(26)应用的开关装置(40)。

Description

用于断开两个连接点之间的电连接的方法和电路装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法，一种根据权利要求3的前序部分所述的电路装置和一种开关装置。

背景技术

这种类型的方法和电路装置例如由过压保护电路(过压放电器)所公开，其中设计成压敏电阻的过压保护元件和开关在电流路径中串联连接并且在压敏电阻的温度超过触发阈值时触发该开关的断开。该开关如整个电流通路一样设计用于承受过压保护元件的浪涌电流。典型地在断开时出现电弧。在此，燃烧的电弧呈现出巨大的危险。

由于对电压进行限制的过压保护电路，特别是在其中应用有例如金属氧化物压敏电阻(MOVs)的压敏电阻(VDR：Voltage DependentResistor)的过压保护电路的老化，随着老化，有更多的电流流过过压放电器，这导致在运行过程中越来越强烈的加热。同样，在对电压进行限制的过压保护电路中，尤其是应用直流分量(DC应用)时，可能出现连续的电流，该电流与电压降(例如在过压放电器的电弧上)一同导致巨大的能量交换并进而导致电组件的(不可靠的)加热以及导致燃烧的危险。

视老化的速度而定，设计成压敏电阻的过压放电器的退化/加热能够如此迅速地实现，即在该过压放电器的外接口之间产生电弧，该电弧导致巨大的能量交换以及在封闭的气体体积中导致压力上升(压敏电阻的击穿)。

如果在电压***中应用断开装置，其中待断开的电压是交流电压，那么电弧问题就非常轻微，因为交流电压具有过零，其通常导致电弧的熄灭。

相反，在通过直流电压替代交流电压的情况中是完全不同的。在那里并不强制地出现过零。在相应高的直流电压分量的情况中，熄灭燃烧的电弧并不容易，而必须通过另外的结构性措施来进行灭弧。

尤其在直流电网(DC电网)中通过缺失的自然过零，以及此外在由光电装置供电的DC电网中通过光电电源的特别的非线性特性使得安全地将过压保护元件与进行供给的电网断开变得困难。此外，在DC电路中的寄生的或者集中的电感使得电流中断变得困难。在故障的情况中可能断开产生的短路电流的已知的过流保护元件(例如熔断保险装置)在光电设备中的应用可能变得极为受限，因为在此运行电流已经非常接近可能的短路电流。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于将过流保护元件与连接点的电连接断开的方法和相应的电路装置，其将该连接安全地和完全地断开。

本发明的目的根据本发明通过独立权利要求的特征实现。优选的设计方案在从属权利要求中给出。

在根据本发明的方法中提出，在断开第一开关时，尤其是通过断开该第一开关切换到第二供给路径上，该第二供给路径并联于第一供给路径，其中，在第二供给路径中布置有用于安全地断开续流的第二断开的开关，该第二断开的开关相对于第一开关延迟地断开。

如果基于过压保护元件的压力变化和/或温度变化来触发第一开关的断开，那么电流就转换到第二供给路径上。因为在第一开关断开的时间点上没有实现电流中断，因此第一开关也必须设计成安全地中断直流(DC电流)。

根据本发明的方法的一个优选的设计方案提出，第二供给路径永久地并联于第一供给路径，其中第二供给路径的阻抗在闭合的开关的情况下高于第一供给路径的阻抗。通过第二供给路径的阻抗在断开的开关的情况下高于第一供给路径的阻抗，在闭合的开关时，也就是在电路装置的输出状态时，在并联的供给路径中的电流通过第一供给路径流动。如果第一开关断开，那么电流仅仅通过第二供给路径流动。

第二供给路径的阻抗明显高于第一供给路径的阻抗应该被理解为至少高出十倍的阻抗。在闭合的开关时，比通过第二供给路径的电流高出十次幂的电流通过第一供给路径流动。在这种比例时，通过第二供给路径的电流极小。特别优选的是，第二供给路径的阻抗在闭合的开关时高于第一供给路径的阻抗至少一百倍。

在根据本发明的电路装置中提出，该电路装置还包括以下组件：(a)与第一供给路径并联的第二供给路径，在第二供给路径中设置有用于安全地断开续流的第二断开的开关，其中第二供给路径的阻抗在闭合的开关时明显高于第一供给路径的阻抗，以及(b)延迟装置，用于相对于第一开关的断开来延迟第二开关的断开。

第一开关设计为能够承载为过压保护元件指定的电流脉冲，也就是说在这种类型的电流脉冲时不断开。如果现在出现过压保护元件的压力和/或温度变化，其超过预设的/可预设的界限并且因此指明在过压保护元件的接口之间的电弧和/或由于该压力和/或温度变化导致超过预定的压力和/或温度界限，那么触发装置至少触发第一(浪涌电流承载能力的)开关。在连接点之间流动的电流接下来仅仅通过第二供给路径和还闭合的第二开关，因为第一开关已经断开。通过延迟装置，第二开关以相应的延迟时间Δt迟于第一开关断开。该第二开关配置用于安全地断开续流。

通过两个分开的供给路径和两个开关在时间上延迟的断开，过压放电器的和消除电弧的功能彼此分开。由此，可以一方面通过常规的第一开关来提供过压放电功能，该第一开关也在没有DC分量应用的电网中使用。另一方面，第二断开的开关设计用于安全地断开对于浪涌电流无承受能力的过压保护元件的续流。第二开关尤其设计成-不像第一开关-不能够承受为过压保护元件指定的浪涌电流。

通过连接点，过压保护元件能够连接至或者连接至供给网络/电网。具有用于过压保护元件的两个供给路径的该电路装置在此尤其用于将过压保护元件与电网安全地断开。

过压保护元件尤其是压敏电阻。该压敏电阻是取决于电压的电阻。在确定的、对于相应的压敏电阻是典型的阈值电压之上时，其电阻突然地变小。

第二供给路径的阻抗尤其作为单位长度阻抗分布到第二供给路径的线路中。

根据本发明的一个优选的设计方案提出，第二开关的触发直接或者间接地通过触发装置实现和/或通过在第一开关断开之后通过第二供给路径的电流的变化实现。第二开关的触发例如通过(集成地)具有延迟装置的触发装置直接地实现并且通过连接在触发装置的下游的延迟装置间接地实现。该间接对第二开关的触发产生作用的、连接在下游的分开的延迟装置可以例如自身是第二供给路径的热容，其根据通过触发装置实现的初始的触发来延迟第二开关的相应的触发。

根据本发明的另一个优选的设计方案，电路装置具有包括第二开关和延迟装置的随动接触装置。

有利地提出，第二开关设计为熔断保护装置或者具有熔断保护装置，其包括至少一个熔断保险丝。熔断保护装置具有相应的熔断保险丝，其用于在第二供给路径中出现过流时熔断时，通过熔断来断开第二开关。

此外，同样有利地提出，第二开关具有电解质填充的体积。该体积在第二开关的壳体的内部中。该壳体优选具有预断裂位置。

根据本发明的另一个优选的设计方案提出，第二开关具有用于限制在第二开关的对断开的切换起作用的触点的区域中，尤其是熔断保护装置的保险丝的熔断区域中的电弧的装置。尤其优选的是，用于限制相应的电弧的装置围绕保险丝设置并且在第二开关断开时或者之后将电绝缘的组件移动到该保险丝上。在随动接触装置中，该装置优选地由该随动接触装置包围，其由要求中断(DC)电流的介质(例如砂子)形成，该介质在第二开关断开时侵入到火花间隙中。

根据本发明的电路装置的一个优选的设计方案提出，第二开关具有用于限制电弧的、带有至少三个绝缘的板的装置，这些板基本上在其平面延伸上彼此平行地布置。在此提出，第二开关的电线(i)利用第一部段在第一外板和中间板之间延伸，(ii)此外利用第二部段越过中间板的接下来的端侧并且在第二部段中在第一外板的第一固定点处和第二外板的第二固定点处导引，以及(iii)接下来利用第三部段基本上平行于第一部段在第二外板和中间板之间延伸。电线尤其是熔断保险丝。

特别提出，在触发第二开关时，电线的第二部段通过中间板相对于第一和/或第二外板的移动而机械地断开。

此外，有利地提出，绝缘的板具有相应的***部和凹进部，二者能够啮合，其中在第二开关的闭合的初始状态中，这些板相对彼此分别布置为，使得各个***部至少区段地重叠放置，并且其中在第二断开的状态中，这些板彼此基本上布置为，使得相应的***部位于相对布置的对应的凹进部中，其中，还设置有至少一个力部件，力部件在从闭合的初始状态转变到断开的状态时允许这些板相对彼此的运动。

此外，本发明还涉及一种在前述的方法中用于作为第二开关应用的开关装置，该开关装置设计成随动接触装置并且具有用于限制电弧的装置。该开关装置优选地附加设计成熔断保护装置。通过该开关装置可以对用于将在两个连接点之间连接的过压保护元件与连接点之一断开的常规的电路装置补充成为安全地和完全地断开的电路装置。

根据本发明的一个优选的设计方案提出，用于限制电弧的装置具有至少三个绝缘的板，这些板基本上在其平面延伸上彼此平行地布置，其中，第二开关的电线(i)利用第一部段在第一外板和中间板之间延伸，(ii)此外利用第二部段越过中间板的接下来的端侧并且在第二部段中在第一外板的第一固定点处和第二外板的第二固定点处导引，以及(iii)接下来利用第三部段基本上平行于第一部段在第二外板和中间板之间延伸。电线尤其是熔断保险丝。由此，开关装置附加地获得熔断保险装置的功能。

接下来参考附图，并根据优选的设计方案对本发明进行详尽说明。

附图说明

图中示出：

图1是根据本发明的一个优选的设计方案的电路装置的电路图，该电路装置具有两个开关，用于将利用两个连接点与电网连接的过压保护元件与电网断开；

图2是根据第一实施例的、用于作为在图1中示出的电路装置的第二开关的开关装置；

图3是根据第二实施例的、用于作为在图1中示出的电路装置的第二开关的开关装置；

图4是根据第三实施例的、用于作为在图1中示出的电路装置的第二开关的开关装置；

图5在图4中示出的开关装置的侧视图；

图6是图4中示出的开关装置的截面图；以及

图7是在图4至6中示出的开关装置的局部细节图。

具体实施方式

图1示出了(过压放电器的)过压保护电路10的电路图，具有过压保护元件12和(在图1中通过框架标出的)电路装置14，该电路装置用于将过压保护元件12与电流和/或电压网断开。过压保护电路10为此通过两个连接点16、18与该电网(未示出)连接。过压保护元件12和电路装置14串联地电连接在两个连接点之间。为此，过压保护元件12的接口之一通过电路装置14的两个并联的供给路径20、22与两个连接点中的第一连接点16电连接。过压保护元件12的两个连接点中的另一个与连接点中的第二连接点18连接。在两个供给路径20、22中分别设置有断开的开关24、26，即在第一供给路径20中的第一开关24和在第二供给路径22中的第二开关26。电路装置14是用于将在两个连接点16、18之间连接的过压保护元件12与连接点中的第一连接点16断开的电路装置14。当过压保护元件不在正常工作并且在运行中具有过高的热转换时，该电路装置作为用于过压保护元件12的紧急断开装置应用。该过压保护元件12尤其是压敏电阻28。

电网尤其是具有DC电流分量或者DC电压分量以及AC电流分量或者AC电压分量的电网。

电路装置14的第一开关24如此设计，即该第一开关能够承受指定给过压保护元件12的浪涌电流。第二开关26不必具有这样的浪涌电流承受能力。第二开关26相反是一种在切断时用于安全地断开续流的第二开关26。

此外，电路装置14具有用于根据过压保护元件12的压力变化和/或温度变化来触发第一开关24的断开的触发装置。该触发示意性地作为箭头32示出。触发装置30布置在过压保护元件12中或者上。第一开关24借助于该触发装置30通过过压保护元件12的温度T或者可选地通过在过压保护元件12的壳体中的压力P来触发(断开)。

电路装置14还具有用于相对于第一开关24的断开来延迟第二开关26的断开的延迟装置34。通过该延迟装置34，第二开关26也被触发(箭头36)并且相对于第一开关24的断开而时间上延迟地断开。形成第二开关26的开关元件不必与过压保护元件12一样具有相同的浪涌电流承受能力。

第二开关26的触发直接或者间接地通过触发装置34实现。间接的触发例如通过在第一开关24断开之后流过第二供给路径22的电流的变化实现。

第一供给路径20的阻抗Z1明显低于第二供给路径22的阻抗Z2。第二供给路径22的阻抗Z2能够由寄生的组件形成，也可以由至少一个集中的组件38形成，其中，在示出的实施例中，组件38的阻抗确定了第二供给路径22的阻抗Z2。

这获得了以下功能：

在基于安装在壳体中的过压保护元件12的超温或者压力增长而断开过压保护元件12的情况中，首先触发第一开关24的断开。这实现将电流转移到第二供给路径22上。因为在该供给路径22中在该时间点上还还没有实现电流中断，所以第二开关26不必承受用于指定给过压保护元件12的浪涌电流。在电流转移到第二供给路径22上之后，以时间上的延迟实现第二开关26的断开。第二开关26的断开(a)-如第一开关24的断开一样，但是与之相比时间上延迟地-直接通过过压保护元件12的温度或者内部压力的变化来实现，或者(b)通过有条件地借助于可能的电流转移到第二路径22上来自动地触发第二开关26(间接触发)。

对于形成第二开关26的开关装置40可以考虑不同的设计方案。在一个特别简单的设计方案中，该开关装置40设计成熔断保护装置。在熔断保护装置的合适的尺寸时，该熔断保护装置在电流转移到第二供给路径22上之后自动地使得电流通过过压保护元件12。熔断保护装置的响应时间确定了第一开关24的触发和第二开关26的触发之间的时间上的延迟。

优选的，形成第二开关26的开关装置40也具有延迟装置34。

形成第二开关26的开关装置40的另一个设计方案在图2中示出。其形成作为随动接触装置42并且集成地具有开关26以及延迟装置34。为此，在利用要求中断电流的介质44填充的体积46中一方面设置有位置固定的郁金香触头48。通过在操纵第一开关24时时间上延迟的耦合而能够与郁金香触头48断开的接触销50来时间上延迟地断开(箭头52)第二开关26。郁金香触头48和接触销50是第二开关26的对断开切换起作用的触点54，56。挤入到触点54，56之间的介质44抑制在触点54，56之的区域中产生的电弧。开关装置40因此具有用于限制第二开关26的、在对断开切换起作用的触点54，56的区域中的电弧。该介质尤其是砂子。

图3还示出了开关装置40的另一个设计方案。该开关装置由利用两个形成触点54，56的电极设置在由电解质60填充的体积46中的布置构成，该体积在产生内部过压时允许包含的电解质60溢出。如果通过电路装置14的电流转移到该开关装置40上，那么电流一方面导致电解质60的电解质分解并且进而导致产生气体，另一方面电流也导致电解质60的加热并最后导致电解质的蒸发。通过产生的过压使得电解质60(液态介质的气相或者其气相分解产物)不可逆地从体积46中溢出，从而通过导电的电解质60的缺失导致电流的中断。第二开关26断开。为了使电解质60良好限定地溢出，限定体积46的壳体具有预断裂位置62。

在图4至7中示出了开关装置40的另外的设计方案。该开关装置40具有用于限制电弧的装置58，该装置包括至少三个绝缘的板64，66，68。这些板64，66，68基本上以其平面延伸彼此平行地布置，其中第二开关26的电线70：

-利用第一部段72在第一外板64和中间板66之间延伸；

-此外，利用第二部段74越过中间板66的接下来的端侧并且在第二部段74中在第一外板64的第一固定点76处和第二外板68的第二固定点78处导引，以及

-接下来利用第三部段80基本上平行于第一部段72在第二外板68和所述中间板66之间延伸。

电线70是熔断保险丝。第二部段74在固定点76，78之间在中间板66的联动结构82中引导，从而使得电线70在中间板66相对于第一和/或第二外板64，68运动时被扯断。被扯断的电线70的同时产生的端部形成了第二开关26的对断开的切换起作用的触点54，56。

换句话说，当熔断保险丝因为高的电流而不能切断时，为了触发第二开关26，电线70的第二部段74在紧急的情况中通过中间板66相对于第一和/或第二外板64，68的运动而机械地断开。

绝缘的板64，66，68具有相应的***部和凹进部，二者能够啮合，其中在第二开关26的闭合的初始状态中，这些板64，66，68相对彼此分别布置为，使得各个***部至少区段地重叠放置，并且其中在第二开关26的第二断开的状态中，这些板64，66，68彼此基本上布置为，使得相应的***部位于相对布置的对应的凹进部中。

此外，设置有至少一个力部件84，该力部件在从闭合的初始状态转变到断开的状态时允许这些板64，66，68相对彼此的运动。由此，在对断开的切换起作用的触点54，56的区域中可能产生的电弧被限制或者灭弧。力部件以该力部件的压力弹簧的复位力为基础。

参考标号列表

过压保护电路                    10

过压保护元件                    12

电路装置                        14

连接点                          16

连接点                          18

供给路径                        20

供给路径                        22

开关                            24

开关                            26

压敏电阻                        28

触发装置                        30

箭头                            32

延迟装置                        34

箭头                            36

组件                            38

开关装置                        40

随动接触装置                    42

介质                            44

体积                            46

郁金香触头                      48

接触销                          50

箭头                            52

触点                            54

触点                            56

装置                            58

电解质                          60

预断裂位置                      62

板                              64

板                              66

板                              68

电线                            70

第一部段                        72

第二部段                        74

第一固定点                      76

第二固定点                      78

第三部段                        80

联动结构                        82

力部件                          84

Claims (14)

1.一种用于将连接在两个连接点(16，18)之间的过压保护元件(12)与所述连接点中的一个连接点(16)的电连接断开的方法，所述电连接具有第一供给路径(20)，所述第一供给路径将所述过压保护元件(12)的接口与所述连接点中的一个连接点(16)电连接，其中，在所述第一供给路径(20)中设置有断开的第一开关(24)，所述第一开关由所述过压保护元件(12)的压力变化和/或温度变化触发地断开，其特征在于，在断开所述第一开关(24)时切换到与所述第一供给路径(20)并联的第二供给路径(22)上，其中，在所述第二供给路径(22)中设置有用于安全地断开续流的断开的第二开关(26)，并且所述第二开关(26)的断开相对于所述第一开关(24)的断开延迟地实现。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二供给路径(22)恒定地并联于所述第一供给路径(20)，其中，所述第二供给路径(22)的阻抗(Z2)在所述开关(24，26)闭合时明显高于所述第一供给路径(20)的阻抗。

3.一种用于将连接在两个连接点(16，18)之间的过压保护元件(12)与所述连接点中的一个连接点(16)的电连接断开的电路装置(14)，具有第一供给路径(20)，所述第一供给路径将所述过压保护元件(12)的接口与所述连接点中的一个连接点(16)电连接，并且在所述第一供给路径中布置有断开的第一开关(24)，以及具有用于根据所述过压保护元件(12)的压力变化和/或温度变化来触发地断开所述过压保护元件的第一开关(24)的触发装置(30)，其特征在于:

-与所述第一供给路径(20)并联的第二供给路径(22)，在所述第二供给路径中设置有用于安全地断开续流的断开的第二开关(26)，其中所述第二供给路径(22)的阻抗在(Z2)在所述开关(24，26)闭合时明显高于所述第一供给路径(20)的阻抗(Z1)，以及

-延迟装置(34)，用于相对于所述第一开关(24)的断开来延迟所述第二开关(26)的断开。

4.根据权利要求3所述的电路装置，其中，所述第二供给线路(22)的阻抗(Z2)作为单位长度阻抗分布到所述第二供给路径(22)的线路中。

5.根据权利要求3或4所述的电路装置，其中，所述第二开关(26)的触发直接或者间接地通过所述触发装置(34)实现和/或通过在断开所述第一开关(24)之后流过所述第二供给路径(22)的电流的变化来实现。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电路装置，其中，所述第二开关(26)设计成熔断保护装置或者具有熔断保护装置，其包括至少一个熔断保险丝。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的电路装置，具有包括所述第二开关(26)和所述延迟装置(34)的随动接触装置(42)。

8.根据权利要求3至5中任一项所述的电路装置，其中，所述第二开关(26)具有由电解质(60)填充的体积(46)。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的电路装置，其中，所述第二开关(26)具有用于限制在所述第二开关(26)的对断开的切换起作用的触点(54，56)的区域中的电弧的装置(58)。

10.根据权利要求9所述的电路装置，其中，用于限制电弧的所述装置具有至少三个绝缘的板(64，66，68)，三个所述板基本上在其平面延伸上彼此平行地布置，其中，所述第二开关(26)的电线(70)：

-利用第一部段(72)在第一外板(64)和中间板(66)之间延伸，

-此外利用第二部段(74)越过所述中间板(66)的接下来的端侧并且在所述第二部段(74)中在所述第一外板(64)的第一固定点(76)处和所述第二外板(68)的第二固定点(78)处导引，以及

-接下来利用第三部段(80)基本上平行于所述第一部段(72)在所述第二外板(68)和所述中间板(66)之间延伸。

11.根据权利要求10所述的电路装置，其中，在触发所述第二开关(26)时，所述电线(70)的所述第二部段(74)通过所述中间板(66)相对于所述第一外板和/或所述第二外板(64，68)的移动而机械地断开。

12.根据权利要求10或11所述的电路装置，其中，所述绝缘的板(64，66，68)具有相应的***部和凹进部，二者能够啮合，其中在所述第二开关(26)的闭合的初始状态中，所述板(64，66，68)相对彼此分别布置为，使得各个所述***部至少区段地重叠放置，并且其中在第二断开的状态中，所述板(64，66，68)彼此基本上布置为，使得相应的所述***部位于相对布置的对应的所述凹进部中，其中，还设置有至少一个力部件(84)，所述力部件在从所述闭合的初始状态转变到所述断开的状态时允许所述板(64，66，68)相对彼此的运动。

13.一种在根据权利要求1或2所述的方法中用于作为第二开关(26)应用的开关装置，所述开关装置设计成随动接触装置(42)并且具有用于限制电弧的装置(56)。

14.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述用于限制电弧的装置具有至少三个绝缘的板(64，66，68)，三个所述板基本上在其平面延伸上彼此平行地布置，其中，所述第二开关(26)的电线(70)：

-利用第一部段(72)在第一外板(64)和中间板(66)之间延伸；

-此外利用第二部段(74)越过所述中间板(66)的接下来的端侧并且在所述第二部段(74)中在所述第一外板(64)的第一固定点(76)处和所述第二外板(68)的第二固定点(78)处导引，以及

-接下来利用第三部段(80)基本上平行于上升第一部段(72)在所述第二外板(68)和所述中间板(66)之间延伸。