CN117747222A - 过压保护装置模块 - Google Patents

Abstract

一种过压保护装置模块，包括导电的第一电极、导电的壳体电极和由变阻器材料形成并且电连接在第一电极和壳体电极之间的变阻器构件。壳体电极包括共同限定壳体腔的壳体端壁和壳体侧壁，以及在联结部处联结在一起的第一壳体构件和第二壳体构件。第一壳体构件形成壳体侧壁的第一部分，且第二壳体构件形成壳体侧壁的第二部分。变阻器构件设置在壳体腔中。

Description

过压保护装置模块

技术领域

本发明涉及过压保护装置，且更具体地涉及包括变阻器的过压保护装置。

背景技术

许多应用在开关操作或电网故障期间生成具有高能量的临时过压。这些多余的能量必须由一装置吸收，而不会在设备或负载上产生高残余电压。

为满足以上要求，一个或多个金属氧化物变阻器(即压敏电阻)被用于吸收瞬态事件期间的电能并将电压保持在所需低值。变阻器具有特征箝位电压，使得响应于电压增加超过规定电压，变阻器为过压电流形成低电阻分流路径，这降低了对敏感设备造成损害的可能性。

变阻器已根据用于不同应用的若干设计被构造。对于重载应用(例如，浪涌电流能力在大约60至100kA的范围内)，诸如电信设施的保护，通常采用块式变阻器。块式变阻器通常包括装在塑料壳体中的盘形变阻器元件。变阻器盘通过压力铸造金属氧化物材料(诸如氧化锌)或其它合适的材料(诸如碳化硅)形成。铜或其它导电材料被火焰喷涂到盘的相对表面上。环形电极结合至涂覆的相对表面，并且盘和电极组件封闭在塑料壳体内。此类块式变阻器的示例包括可从Siemens Matsushita Components GmbH&Co.KG获得的产品号SIOV-B86OK250和可从Harris Corporation获得的产品号V271 BA60。

另一种变阻器设计包括容纳在盘式二极管壳体中的高能变阻器盘。二极管壳体具有相对的电极板并且变阻器盘位于电极板之间。电极中的一个或两个电极包括弹簧构件，该弹簧构件被设置在电极板和变阻器盘之间以将变阻器盘保持就位。一个或多个弹簧构件仅提供与变阻器盘的相对小的接触面积。

上述变阻器结构在使用中通常表现不佳。通常，变阻器过热并着火。过热可能导致电极与变阻器盘分离，引起电弧和进一步的火灾危险。可能存在变阻器盘的针孔(pinholing)出现的趋势，转而导致变阻器在其规定范围之外工作。在高电流脉冲期间，现有技术的变阻器盘可能由于压电效应而破裂，从而降低性能。此类变阻器的故障已导致用于最低性能规格的新政府规则。变阻器制造商已经发现难以满足这些新规则。

发明内容

根据一些实施例，过压保护装置模块包括：导电的第一电极；导电的壳体电极；和变阻器构件，变阻器构件由变阻器材料形成并且电连接在第一电极和壳体电极之间。壳体电极包括共同限定壳体腔的壳体端壁和壳体侧壁，以及在联结部处联结在一起的第一壳体构件和第二壳体构件。第一壳体构件形成壳体侧壁的第一部分，且第二壳体构件形成壳体侧壁的第二部分。变阻器构件设置在壳体腔中。

在一些实施例中，过压保护装置模块具有模块轴线，第一电极、变阻器构件和端壁沿着模块轴线轴向堆叠，第一壳体构件和第二壳体构件沿着模块轴线轴向堆叠。

根据一些实施例，第一壳体构件是基部壳体构件，基部壳体构件包括端壁和一体的基部侧壁，基部壳体构件限定基部腔，基部腔构成壳体腔的一部分。

在一些实施例中，变阻器构件设置在基部腔中。

在一些实施例中，第二壳体构件是延伸壳体构件，延伸壳体构件限定通道，通道构成壳体腔的一部分。

在一些实施例中，基部壳体构件由金属单件式地形成，且延伸壳体构件由金属单件式地形成。

根据一些实施例，第一壳体构件包括第一螺纹，第二壳体构件包括第二螺纹，并且第一壳体构件和第二壳体构件通过第一螺纹和第二螺纹在联结部处联结在一起。

根据一些实施例，过压保护装置模块包括插置在第一壳体构件和第二壳体构件之间的环形密封构件，以密封联结部。

根据一些实施例，第一壳体构件包括第一接触表面，第二壳体构件包括第二接触表面，并且第一接触表面和第二接触表面在联结部处相互接合，以提供第一壳体构件和第二壳体构件之间的电连续性。

在一些实施例中，第一电极设置在壳体腔中。

根据一些实施例，过压保护装置模块具有模块轴线，过压保护装置模块包括变阻器堆叠，变阻器堆叠包括由变阻器材料形成的变阻器构件的堆叠，变阻器堆叠电连接在第一电极和壳体电极之间，变阻器堆叠设置在第一电极和端壁之间的壳体腔中，第一电极、变阻器堆叠和端壁沿模块轴线轴向堆叠。

根据一些实施例，所述过压保护装置模块包括至少一个导电的互连构件，互连构件在第一电极和壳体电极之间电并联连接至少两个变阻器构件。

在一些实施例中，过压保护装置模块包括围绕变阻器堆叠的至少一部分的绝缘体构件，绝缘体构件由电绝缘材料形成，绝缘体构件包括接收器凹部，并且互连构件的一部分向外延伸超过多个变阻器并设置在接收器凹部中。

根据一些实施例，过压保护装置模块具有模块轴线，过压保护装置模块包括绝缘体堆叠组件，绝缘体堆叠组件包括沿模块轴线轴向堆叠的多个管状绝缘体构件，绝缘体堆叠组件设置在壳体腔中，绝缘体堆叠组件在变阻器构件和壳体电极之间围绕变阻器构件，绝缘体构件由电绝缘材料形成。

在一些实施例中，绝缘体堆叠组件至少一个垫圈，垫圈轴向插置在绝缘体构件中的相邻者之间。

在一些实施例中，绝缘体构件由陶瓷形成。

根据一些实施例，过压保护装置模块包括向变阻器构件施加轴向压缩载荷的加载装置。

在一些实施例中，加载装置包括弹性压缩构件，该弹性压缩构件将第一电极与壳体电极电绝缘，并且偏置(bias)第一电极和壳体电极以在变阻器构件上施加压缩载荷。

根据一些实施例，所述过压保护装置模块包括一体的故障安全(fail-safe)机构，该故障安全机构操作以通过使用电弧将所述过压保护装置模块中的第一和第二金属表面彼此熔合来使变阻器构件周围的所述第一电极和所述壳体电极电短路。

在一些实施例中，壳体电极包括从壳体侧壁径向向内突出的凸缘，第一金属表面是第一电极的表面，且第二金属表面是凸缘的表面。

在一些实施例中，过压保护装置模块包括一体的第二故障安全机构，该第二故障安全机构包括导电的可熔构件。可熔构件响应于过压保护装置模块中的热而熔化，并且在第一电极和壳体电极之间且绕过变阻器构件形成穿过可熔构件的短路电流流动路径。

根据一些实施例，过压保护装置模块包括一体的故障安全机构，该故障安全机构包括导电的可熔构件。可熔构件响应于过压保护装置模块中的热而熔化，并在第一电极和壳体电极之间且绕过变阻器构件形成穿过可熔构件的短路电流流动路径。

在一些实施例中，过压保护装置模块包括围绕第一壳体构件和第二壳体构件的电绝缘弹性绝缘罩套(electrically insulating,elastomeric insulating coversleeve)。

根据一些实施例，过压保护装置模块具有模块轴线，并包括：导电的第一电极；导电的壳体电极；变阻器构件；和绝缘体堆叠组件。壳体电极限定壳体腔。变阻器构件由变阻器材料形成并且电连接在第一电极和壳体电极之间。绝缘体堆叠组件包括沿着模块轴线轴向堆叠的多个管状绝缘体构件。变阻器构件设置在壳体腔中。绝缘体堆叠组件设置在壳体腔中。绝缘体堆叠组件在变阻器构件和壳体电极之间围绕变阻器构件。绝缘体构件由电绝缘材料形成。

在一些实施例中，绝缘体堆叠组件包括至少一个垫圈，垫圈轴向插置在绝缘体构件中的相邻者之间。

在一些实施例中，至少一个垫圈由弹性材料形成。

在一些实施例中，绝缘体构件由陶瓷形成。

根据一些实施例，过压保护装置模块具有模块轴线，并包括：导电的第一电极；导电的壳体电极；和变阻器构件。壳体电极限定壳体腔。变阻器构件由变阻器材料形成，并且电连接在第一电极和壳体电极之间。壳体电极包括侧壁和从壳体侧壁径向向内突出的凸缘。过压保护装置模块包括一体的故障安全机构，该故障安全机构操作以通过使用电弧将第一电极的表面熔合至凸缘的表面来使变阻器构件周围的第一电极和壳体电极电短路。

根据一些实施例，过压保护装置模块具有模块轴线，并包括：导电的第一电极；导电的壳体电极；变阻器构件和电绝缘弹性罩绝缘罩套。壳体电极限定壳体腔。变阻器构件由变阻器材料形成并且电连接在第一电极和壳体电极之间。绝缘弹性罩绝缘罩套围绕第一壳体构件和第二壳体构件。

附图说明

构成说明书一部分的附图图示了本发明的实施例。

图1为根据一些实施例的OVPD模块的顶部透视图。

图2为沿图1中线2-2截取的图1中OVPD模块的剖视图。

图3为图1中OVPD模块的分解顶部透视图。

图4为沿图1中线2-2截取的形成图1中OVPD模块一部分的壳体电极的剖视图。

图5为形成图4壳体电极一部分的基部壳体构件的顶部透视图。

图6为形成图4壳体电极一部分的延伸壳体构件的顶部透视剖视图。

图7为形成图1中OVPD模块一部分的变阻器堆叠的顶部透视图。

图8为图7中变阻器堆叠的局部分解透视图。

图9为形成图1中OVPD模块一部分的绝缘体堆叠组件的分解顶部透视图。

图10为形成图9所示绝缘体堆叠组件一部分的绝缘体套筒构件的顶部透视图。

图11为形成图9所示绝缘体堆叠组件一部分的顶端绝缘体套筒构件的顶部透视图。

图12为形成图1中OVPD模块一部分的压缩构件的底部透视图。

图13为形成图1中OVPD模块一部分的绝缘帽的底部透视图。

图14为形成图1中OVPD模块一部分的绝缘罩的剖视图。

图15为沿图1中线2-2截取的图1中OVPD模块的放大局部剖视图。

图16为沿图1中线2-2截取的图1中OVPD模块的放大局部剖视图。

具体实施方式

下文将参照附图对本发明进行更全面的描述，附图中示出了本发明的说明性实施例。在附图中，为清楚起见，区域或特征的相对尺寸可能被放大。然而，本发明可以以许多不同形式实施，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，这些实施例被提供以使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的范围完全传达给本领域技术人员

应当理解的是，当元件被称为“联接”或“连接”至另一元件时，其可直接联接或连接至另一元件，或也可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接联接”或“直接连接”到另一元件时，不存在中间元件。类似的附图标记始终指代类似的元件。

此外，为便于描述，本文可使用空间相关的术语，如“在……之下”、“下方”、“下部”、“在……之上”、“上部”等，以描述一个元件或特征与图中所图示的另外的(一个或多个)元件或特征的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方向之外，空间相关的术语旨在包括设备在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，那么被描述为在其它元件或特征“之下”或“下面”的元件将被取向在其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在……之下”可以包括“在……之上”和“在……之下”两种取向。该设备可以以其它方式取向(旋转90度或其它取向)，并且本文使用的空间相关的描述符被相应地解释。

为简洁和/或清晰起见，可不对众所周知的功能或结构进行详细描述。

本文使用的表述“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例并且无意限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。

除非另有限定，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解的是，术语，例如在常用词典中限定的那些术语，应当被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确限定，否则不应当以理想化或过于正式的意义来解释。

本文所使用的“整体”(monolithic)是指由无联结部或接缝的材料形成或组成的单个的单件式件(unitary piece)。可替代地，单件式物体可以是由在联结部或接缝处固定在一起的多个部分或部件组成的结构(composition)。

如本文所使用，术语“晶片”指具有的厚度与其直径、长度或宽度尺寸相比相对小的基材。

参考图1至图16，其中示出了根据本发明实施例的模块化电能吸收器、浪涌保护装置(SPD)或过压保护装置(OVPD)，附图标记为100。

本文公开的OVPD模块100包括变阻器150，并且可用于针对瞬态过压、暂时过压和浪涌/雷电流提供保护。例如，响应于瞬态过压和浪涌电流，对于从1kA至60kA范围内的电流，变阻器150可以在非常有限的时间段内(例如，在20微秒至1毫秒的范围内)处于导通模式；并且，响应于暂时过压，对于从100A至30kA范围内的电流，变阻器150可以在更长的时间段内(例如，在1毫秒至120秒的范围内)处于导通模式。因此，当OVPD模块100用于针对暂时过压提供保护时，变阻器150可以传导来自电源的相当大的电流，从而箝位由电源生成的过压。因此，它们可能需要在长时间吸收大量能量。此外，当此类变阻器发生故障时，故障模式可能是在装置寿命结束时的低阻抗(即短路)故障模式。

根据一些实施例，OVPD模块100被用作上述电路中的过压保护装置或能量吸收器。根据一些实施例，OVPD模块100被用作直流(DC)电路中的过压保护装置或能量吸收器。

OVPD模块100被配置成具有纵向轴线A-A的单元或模块(图1)。OVPD模块100具有第一端部102A和相对的第二端部102B。仅为了解释的目的，端部102A和102B以及其它特征在本文中被称为“顶部”、“底部”、“上部”或“下部”。应当理解的是，OVPD模块100可以采取任何取向，且因此这些特征不限于任何此类顶部/底部或上部/下部关系。

参考图2，OVPD模块100包括壳体组件111、变阻器堆叠151、电绝缘体堆叠组件160、电绝缘体膜170、绝缘罩176、绝缘帽178、第一故障安全机构106(其使用电弧熔合)和第二故障安全机构108(包括可熔构件172)。

模块壳体组件111包括下部壳体组件或壳体电极110、内电极140、端盖112、紧固件114和压缩构件148，并由它们共同形成。壳体电极110用作与内电极140相对的第二电极。壳体电极110用作外电极。

下部壳体组件或壳体电极110包括两个独立的壳体部分(即第一壳体部分或构件或基部壳体构件120和第二壳体部分或构件或延伸壳体构件130)和环形密封构件116。壳体电极110包括管状壳体侧壁117，并限定壳体腔119。

基部壳体构件120(图4和图5)为杯形金属结构。基部壳体构件120具有端壁或电极壁122以及从端壁122延伸的一体的管状柱形侧壁123。侧壁123的内表面是柱形的。侧壁123和端壁122形成与开口125A连通的室或基部腔125。螺纹接线柱124从端壁122轴向向外突出。端壁122具有面向内的基本平坦的接触表面122A。外螺纹126形成在侧壁123的在开口125A处的外表面上。环形的、基本平坦的接触表面123A设置在螺纹126下方，靠近侧壁123的上部端部。O形环槽128和罩***特征或槽127也被限定在侧壁123的外表面中。

根据一些实施例，基部壳体构件120由金属形成。根据一些实施例，基部壳体构件120由铝形成。根据一些实施例，基部壳体构件120是单件式的，并且在一些实施例中是整体的。所图示的基部壳体构件120是柱形的，但是可以是不同的形状。

延伸壳体构件130(图4和图6)包括柱形管状侧壁133，其限定通道135和相对的端部开口135A。内螺纹136形成在侧壁133的在下部开口135A处的外表面上。环形的、基本平坦的接触表面133A设置在螺纹136下方，在侧壁133的下部端部处。罩***特征或槽137和锁定槽139也被限定在侧壁133的外表面中。紧固件孔138(例如三个或更多)被限定在侧壁133的上部端部中。

延伸壳体构件130包括环形一体凸缘134，该环形一体凸缘从侧壁133的内表面径向向内突出。凸缘134包括圆形顶面134A、平坦底面134C和面向内的侧面134B。

根据一些实施例，延伸壳体构件130由金属形成。根据一些实施例，延伸壳体构件130由铝形成。根据一些实施例，延伸壳体构件130是整体的，并且在一些实施例中是整体的。所示的延伸壳体构件130是柱形的，但是可以是不同的形状。

在一些实施例中，凸缘134和侧壁133在凸缘134处的总厚度T1(图4)大于在凸缘134上方和下方的侧壁133的厚度T2。在一些实施例中，厚度T1比厚度T2大至少15％。

根据一些实施例，环形密封构件116为O形环。密封构件116可以是任何合适的材料。根据一些实施例，密封构件116由有弹性的材料形成，诸如弹性体。根据一些实施例，密封构件116由橡胶形成。密封构件116可以由含氟聚合物(例如，DuPont公司的VITON^TMFKM聚合物)形成。根据一些实施例，橡胶具有的硬度在大约60肖氏A硬度和90肖氏A硬度之间。

参考图4，O形环116(或其它密封构件)容置于槽128中。基部壳体构件120和延伸壳体构件130通过使螺纹126和136配合并拧紧在一起而牢固地固定在一起或联结在一起，以形成联结部HJ。构件120、130在联结部HJ处由O形环密封。构件120、130一起形成坚固、刚性的杯形结构。构件120、130通过接触表面123A、133A之间的接触配合而电连接。基部壳体构件120和延伸壳体构件130因此沿着模块轴线A-A轴向堆叠，并且彼此电连续。基部壳体构件管状侧壁123和延伸壳体构件管状侧壁133各自形成壳体侧壁117的一部分。基部壳体构件腔125和延伸壳体构件通道135形成壳体腔119的相应部分。

OVPD壳体组件111限定了环境密封的封闭模块室104，该封闭模块室包括腔125和通道135。模块室104被凸缘134、内电极140和阻挡凸缘166B分隔成上部或可熔构件室104U、下部或变阻器室104L和中间或膜室104M，如下文所讨论的。

内电极140(图2和图3)具有设置在中间室104M中的头部144和向外突出穿过上部开口135A的一体的轴142。

头部144具有面向电极壁122的接触表面122A的基本平坦的接触表面144A。头部144还具有环形外侧表面144B。

一体环形凸缘146从轴142径向向外延伸。由凸缘146和头部144在它们之间限定环形的、侧向开口的槽145。螺纹端子孔142A形成在轴142的端部中，以接收用于将电极140固定到例如电缆或母线的螺栓。

根据一些实施例，内电极140由铝形成。然而，可以使用任何合适的导电金属。根据一些实施例，内电极140是单件式的，并且在一些实施例中是整体的。

端盖112(图2和图3)基本为板状，并且具有的轮廓与延伸壳体构件130的顶端相匹配。轴开口112A和螺钉孔112B被限定在端盖112中。

根据一些实施例，端盖112由导电材料形成。在一些实施例中，端盖112由金属形成，并且在一些实施例中，它由铝形成。

可熔构件172(图2和图3)为环形，并且安装在内电极140上，在上部室104U内的槽145中。在一些实施例中，如图所示，可熔构件172是柱形、管状件或套筒。根据一些实施例，可熔构件172接触轴142，并且根据一些实施例，可熔构件172基本上沿着可熔构件172的全长和轴142的全长接触轴142。可熔构件172也可以接合凸缘134的下部表面和头部144的顶表面。可熔构件172与侧壁133间隔开一段距离，该距离足以将可熔构件172与侧壁133电绝缘。

可熔构件172由可热熔的导电材料形成。根据一些实施例，可熔构件172由金属形成。根据一些实施例，可熔构件172由导电金属合金形成。根据一些实施例，可熔构件172由选自铝合金、锌合金和/或锡合金的金属合金形成。然而，可以使用任何合适的导电金属。

根据一些实施例，可熔构件172被选择，使得其熔点高于规定的最高标准操作温度。最高标准操作温度可以是在正常操作期间(包括在OVPD模块100的设计范围内处理过压浪涌)可熔构件172中预期的最高温度，而不是在如果不进行检查则会导致热失控的操作期间。根据一些实施例，可熔构件172由熔点在大约80℃至160℃范围内的材料形成，并且根据一些实施例，熔点在大约80℃至120℃范围内。根据一些实施例，可熔构件172的熔点比延伸壳体构件130、内电极140和膜170的熔点低至少20℃，并且根据一些实施例，比这些部件的熔点低至少40℃。

根据一些实施例，可熔构件172具有的电导率在从约0.5×10⁶西门子/米(S/m)至4×10⁷S/m的范围内，并且根据一些实施例，在从约1×10⁶S/m至3×10⁶S/m的范围内。

可熔构件172可通过任何合适的方式安装在电极140上。根据一些实施例，可熔构件172被铸造或模制到电极140上。根据一些实施例，可熔构件172被机械地固定到电极140上。根据一些实施例，可熔构件172是单件式的，并且在一些实施例中是整体的。

第一环形间隙G1(图16)径向限定在头部144和凸缘侧面134B之间。根据一些实施例，间隙G1具有在从大约0.1mm到1.0mm范围内的径向宽度W3(图16)

第二环形间隙G2(图16)径向限定在可熔构件172和侧壁133之间。间隙G2限定了周向围绕可熔构件172的管状空隙105。间隙G2具有的径向宽度W4(图16)大于间隙G1的宽度W3。根据一些实施例，宽度W4在从大约1.5mm到20.0mm的范围内。根据一些实施例，宽度W4是宽度W3的至少6倍。

变阻器堆叠151(图7和图8)包括多个变阻器构件150和多个内部互连构件154。变阻器构件150和互连构件154轴向堆叠在电极头部144和电极端壁122之间的下部室104L中，并形成变阻器堆叠151。变阻器构件150和互连构件154沿着变阻器堆叠轴线V-V轴向对齐，该变阻器堆叠轴线V-V可以与OVPD模块轴线A-A平行或同轴。互连构件154将变阻器构件150和电极110、140电互连。

变阻器构件150和互连构件154的布置可将变阻器构件150在电极110、140之间电并联，在电极110、140之间电串联，或在电极110、140之间电并联和电串联。在图1至图3和图7所示的实施例中，变阻器堆叠151包括十五个变阻器构件150和十二个互连构件154，它们被布置成提供串联的三个变阻器子堆叠，每个变阻器子堆叠包括并联的五个变阻器150。然而，可以提供变阻器构件150和互连构件154的其它数量和布置。在替代实施例中，一些或所有变阻器构件150被堆叠而没有互连构件154。例如，OVPD模块可以被组装而不使用互连构件154。

根据一些实施例，每个变阻器构件150是变阻器晶片(即，晶片形或盘形)。在一些实施例中，每个变阻器晶片150是圆形的，并且具有基本均匀的厚度。然而，变阻器晶片150可以形成为其它形状。变阻器晶片150的厚度和直径将取决于特定应用所需的变阻器特性。

在一些实施例中，每个变阻器晶片150具有的直径D5(图8)与厚度T5(图8)之比至少为0.2。在一些实施例中，每个变阻器晶片150的厚度T5在大约1至30mm的范围内。在一些实施例中，每个变阻器晶片150的直径D5在大约20至150mm的范围内

每个变阻器晶片150具有第一和第二相对的、基本平坦的接触表面152。

变阻器材料可为变阻器常规使用的任何合适材料，随施加电压呈现非线性电阻特性的材料。优选地，当超过规定电压时，电阻变得非常低。例如，变阻器材料可以是掺杂的金属氧化物或碳化硅。合适的金属氧化物包括氧化锌化合物。

每个变阻器晶片150可包括变阻器材料的在任一侧上涂有导电涂层的晶片，因此涂层的暴露表面用作接触表面152。例如，涂层可以是由铝、铜或银形成的金属化层。可替代地，变阻器材料的裸露表面可以用作接触表面152。

互连构件154是导电的。每个互连构件154包括一对由桥部分156联结的轴向间隔开的盘形接触部分155。

根据一些实施例，每个接触部分155基本上是平面的，相对薄，并且呈晶片形或盘形。在一些实施例中，每个接触部分155具有的直径D6(图8)与厚度T6(图8)之比至少为10。在一些实施例中，每个接触部分155的厚度T6在从大约0.4mm到3.0mm的范围内。

根据一些实施例，每个接触部分155不具有任何贯穿该接触部分的厚度的通孔。

在一些实施例中，每个桥部分156的宽度W6(图8)在约4.0mm至30.0mm的范围内。每个桥部分156的截面面积应足够大，以承受在一个或多个变阻器晶片150的可能发生故障后可能流经OVPD的短路电流。

根据一些实施例，互连构件154由铜形成。然而，可以使用任何合适的导电金属。根据一些实施例，互连构件154是单件式的，并且在一些实施例中是整体的。

在变阻器堆叠151中，互连构件154的接触部分155插置或夹在变阻器晶片150之间。接触部分155接合相应的变阻器晶片接触表面152。每个所述接合在互连构件接触部分和变阻器接触表面之间形成紧密的物理或机械接触。每个所述接合在互连构件接触部分和变阻器接触表面之间形成直接的电连接或联接。

每个桥部分156包括一对片部段156A(从接触部分155径向向外延伸)，以及轴向延伸连接部段156B，轴向延伸连接部段连接片部段156A并与变阻器晶片150的相邻***边缘径向隔开。在一些实施例中，每个连接部段156B位于距离变阻器晶片150的相邻***边缘的距离E6(图16)处。在一些实施例中，距离E6在从大约1.0mm到20.0mm的范围内。

最末端的电接触表面151U和151L分别在变阻器组件堆叠151与电极144和110之间形成有效的电接触。最末端的电接触表面151U和151L可以分别是变阻器接触表面152、接触部分155或附加的导电部件(例如金属隔板159(图3和图16))。

绝缘体堆叠组件160(图9至图11)包括多个绝缘体或套筒162、164和多个垫圈168。绝缘体套筒162、164和垫圈168轴向堆叠在电极头部144和电极壁122之间的下部室104L中，并形成绝缘体堆叠组件160。绝缘体套筒162、164和垫圈168沿着变阻器堆叠轴线V-V轴向堆叠。

在图2和图9所示的实施例中，绝缘体堆叠组件160包括三个基部绝缘体套筒162以及顶端绝缘体套筒164。然而，可以提供其它数量和布置的绝缘体套筒。

每个绝缘体套筒162、164(图10和图11)均为管状并且包括侧壁166A，侧壁限定通道166B。每个绝缘体套筒162、164的外表面是柱形的，并且被定尺寸和形状以基本上匹配侧壁123的内表面的轮廓。每个绝缘体套筒162、164的内表面是部分柱形的，以匹配变阻器晶片150的轮廓。在侧壁166A的内表面166I中限定了轴向延伸的槽或接收器通道166D。每个绝缘体套筒162、164具有轴向相对的端面166E。每个绝缘体套筒162、164的外表面166J通常是柱形的。

顶端绝缘体套筒164(图11)还包括位于其上部端部上的环形阻挡凸缘166F。阻挡凸缘166F径向向内延伸。

绝缘体套筒162、164均由电绝缘材料形成。根据一些实施例，每个绝缘体套筒162、164由电绝缘陶瓷形成。合适的陶瓷绝缘材料可以包括氧化铝、氧化锆、氧化锆增韧氧化铝(ZTA)或氮化硅。根据一些实施例，每个绝缘体套筒162、164由电绝缘高温塑料形成。合适的高温绝缘材料可包括ULTEM 1000、KETRON 1000PEEK以及类似的材料。

根据一些实施例，每个绝缘体套筒162、164由每毫米厚度可承受至少10kV电压的材料形成。

根据一些实施例，每个侧壁166A具有的标称厚度T7(图10)至少为5mm，并且在一些实施例中在从约3至40mm的范围内。根据一些实施例，每个接收器通道166D的深度D7(图10)至少为3mm，并且在一些实施例中在从约4至30mm的范围内。

垫圈168为环形的并且可以是平的。一些或所有垫圈168可以包括侧凹口、切口或凹部168A。垫圈168的形状可以与绝缘体套筒162、164的接合端面166C的形状相同或相似。

在一些实施例中，垫圈168可由电绝缘的、弹性的、弹性体材料形成。根据一些实施例，垫圈168由橡胶形成。根据一些实施例，垫圈168由硅橡胶形成。合适的材料可包括硅橡胶(例如，VMQ硅橡胶)、丁苯橡胶(SBR)或聚氨酯(PU)弹性体。

在一些实施例中，每个垫圈168具有的厚度在从约1mm至3mm的范围内。

垫圈168轴向插置在绝缘体套筒162、164的端面166C之间。凹部168A与接收通道166D对齐。绝缘体堆叠组件160通过室104L周向围绕变阻器堆叠151。变阻器堆叠151因此通过径向插置于其间的绝缘体堆叠组件160与侧壁133分开。阻挡凸缘166F定位成紧接在凸缘134下方(immediately below)，并围绕头部144的底部。

膜170(图2、图3和图16)为管状，相对薄，并且通常为柱形。膜170周向围绕头部144。在一些实施例中，膜170基本上完全填充间隙G1。在一些实施例中，膜170从凸缘134上方(即，在上部室104U中)的顶部边缘170A延伸至凸缘134下方的底部边缘170B。在一些实施例中，底部边缘170B与头部144的底端重合。在一些实施例中，膜170周向围绕可熔构件172的下部部分。

膜170由具有高熔化和燃烧温度的介电或电绝缘材料形成，但在受到电弧或由电弧产生的高温时会分解(例如通过熔化、点着、燃烧或蒸发)。

根据一些实施例，膜170由高温聚合物形成，在一些实施例中，由高温热塑性塑料形成。在一些实施例中，膜170由聚醚酰亚胺(PEI)形成，例如可从沙特***的SABIC获得的ULTEM^TM热塑性塑料。在一些实施例中，膜170由非增强聚醚酰亚胺或聚丙烯形成。

根据一些实施例，膜170由具有的熔点高于可熔构件172熔点的材料形成。根据一些实施例，膜170由具有的熔点在从约120℃至200℃范围内的材料形成，并且根据一些实施例，由具有的熔点在从约140℃至160℃范围内的材料形成。

根据一些实施例，膜170材料可承受每毫米厚度25kV的电压。

根据一些实施例，膜170具有的标称厚度T8(图16)在从约0.1至0.4mm的范围内，在一些实施例中，约为0.25mm。

压缩构件148(图12)为环形并且包括轴开口148A。压缩构件148包括环形主体148B、一体的环形上部凸缘148C和一体的环形下部凸缘148D。

压缩构件148由电绝缘、有弹性的、弹性材料形成。根据一些实施例，压缩构件148由具有的硬度在从约60肖氏A到85肖氏A范围内的材料形成。根据一些实施例，压缩构件148由橡胶形成。根据一些实施例，压缩构件148由硅橡胶形成。

压缩构件148的主体148B轴向锁位在端盖112和电极上部凸缘146之间。上部凸缘148C延伸穿过端盖开口112A并且电极140的轴142延伸穿过开口148A，使得上部凸缘148C填充轴142和端盖112之间的周向间隙。下部凸缘148D围绕电极凸缘146，使得下部凸缘148D填充电极凸缘146和侧壁123之间的周向间隙。

压缩构件148用于将壳体电极110与内电极140电绝缘。被压缩的压缩构件148还可以形成密封，以限制或防止过压事件副产物(例如来自变阻器晶片150的热气和碎片)通过壳体电极开口135A逸出封闭室104。

压缩构件148的主体148B被锁位在端盖112和电极上部凸缘146之间，并被轴向压缩(即，轴向加载并从其松弛状态弹性变形)，因此压缩构件148用作偏置构件并向内电极140和端盖112施加持续的轴向压力或载荷。因此，压缩构件148沿着载荷或夹紧轴线C-C在会聚方向上持续地抵靠变阻器堆叠151偏置、挤压或加载电极头部144和端壁122，以确保电极头部144、端壁122、变阻器构件136和互连构件154的界面接触表面之间的牢固和均匀接合。在一些实施例中，夹紧轴线C-C基本上与轴线A-A重合。

罩176(图1、图2和图14)用于在壳体组件111和周围空间之间提供电绝缘。罩176是管状的，并且包括呈肋176A形式的一体的内部***特征。罩176被配置成紧贴地安装在壳体电极110周围，从端部102A延伸到端部102B。肋176A容置于槽128、138中。罩176包括将罩176锁定在壳体组件111上的一体的上部和下部锁定凸缘176B。

绝缘罩176可由任何合适的电绝缘材料形成。根据一些实施例，罩176由橡胶形成。根据一些实施例，罩176由硅橡胶形成。

绝缘帽178(图13)在内电极140、端盖112、壳体电极110和周围空间之间提供电绝缘。绝缘帽178通常是杯形的。帽178包括紧贴地容纳压缩构件上部凸缘148C的开口178A。帽178包括环形凸缘178B，其紧贴地插置在绝缘罩176和壳体构件130之间。凸缘178B设置有一个或多个闩锁特征178C，该闩锁特征178C与延伸壳体构件130的锁定槽139互锁以固定帽178。

绝缘帽178可由任何合适的电绝缘材料形成。根据一些实施例，绝缘帽178由橡胶形成。根据一些实施例，绝缘帽178由硅橡胶形成。

根据一些实施例，OVPD模块100可按如下方式组装。变阻器堆叠151和绝缘体堆叠160安装在基部壳体构件120的腔125中。O形环116安装在槽128中。然后，延伸壳体构件130被放置在变阻器堆叠151和绝缘体堆叠160上，并且被拧紧到基部壳体构件120上(使用螺纹126、136)直至接触表面123A、133A被压在一起。凸缘134压靠在绝缘体套筒164上，以将绝缘体堆叠160固定就位。在一些实施例中，部件被配置成使得垫圈168有弹性地或弹性地变形，并且倾向于将绝缘体套筒162、164推开。

然后将膜170和内电极140***室104M中。在一些实施例中，膜170结合或粘贴至内电极140或凸缘134。压缩构件148放置在内电极140上。然后，使用紧固件114和孔138将端盖112栓接至延伸壳体构件130的上部端部，从而对压缩构件148进行压缩，压缩构件148转而将内电极140压靠在变阻器堆叠151上。

然后将绝缘帽178安装在端盖112上并通过特征178C、139固定。然后，外罩176被安装在壳体组件111和绝缘帽178上并由特征176A、176B、127、137固定。

在使用中，OVPD模块100可跨交流或DC电线直接连接(例如，在电力服务箱中或在DC牵引网络中使用的组件中)。输入和输出线直接或间接地连接到内电极端子142A和端子柱124中的每一个，使得通过内电极140、变阻器堆叠151、壳体电极端壁122和端子柱124提供电流动路径。通常，在没有过压状态的情况下，变阻器堆叠151提供高电阻，使得没有显著的电流流经OVPD模块100，因为它在电学上表现为开路。在(相对于装置的设计电压)过压状态的事件中，变阻器构件150的电阻迅速降低，允许电流流经OVPD模块100，并为电流产生分流路径，以保护相关电气***的其它部件。诸如变阻器装置的过压保护器的一般使用和应用对于本领域技术人员来说是众所周知的，且因此在此不再赘述。

头部144、凸缘134、变阻器堆叠151和膜170被相对地构造和配置以形成第一故障安全***106。可熔构件172和电极140、110被相对地构造和配置以形成第二故障安全***108。第一故障安全***106和第二故障安全***108为OVPD模块100提供安全故障模式。故障安全***106、108适于防止或抑制OVPD模块100的过热或热失控，如下面更详细讨论的。

如众所周知的，变阻器具有固有的标称箝位电压VNOM(有时称为“击穿电压”或简称为“变阻器电压”)，变阻器在该电压下开始传导电流。在VNOM以下，变阻器将不会使电流通过。在VNOM以上，变阻器将传导电流(即泄漏电流或浪涌电流)。变阻器的VNOM通常被规定为在1mA的DC电流下在变阻器两端测得的电压。

如已知的，变阻器有三种工作模式。在第一正常模式(在上文讨论)中，直到额定电压，变阻器实际上是电绝缘体。在第二正常模式(也在上文讨论)中，当变阻器经受过压时，变阻器在过压状态期间暂时且可逆地变成电导体，并且在此后返回到第一模式。在第三种模式(所谓的寿命终止模式)中，变阻器被有效地耗尽，并且变成永久的、不可逆的电导体。

变阻器还具有固有的箝位电压VC(有时简称为“箝位电压”)。箝位电压VC被限定为根据标准协议，当规定电流(specified current)随时间施加到变阻器上时在变阻器两端测得的最大电压。

在不存在过压状态的情况下，变阻器晶片150提供高电阻，使得没有电流流经OVPD模块100，因为其在电气上表现为开路。也即，变阻器通常不使电流通过。电极110、140通过变阻器150、膜170和绝缘体套筒162、164彼此电绝缘。在过电流浪涌事件(通常是瞬时的；例如，雷击)或超过VNOM的过压状态或事件(持续时间通常长于过电流浪涌事件)的事件中，变阻器晶片的电阻迅速降低，从而允许电流流经OVPD模块100，并为电流产生分流路径，以保护相关电气***的其它部件。通常，变阻器150从这些事件中恢复，而不会使OVPD模块100明显过热。

给定变阻器的VNOM始于某一值且随着时间的推移作为变阻器老化的结果会降低到较低的有效VNOM值。通常，变阻器被初始认为额定为“最大连续工作电压”(MCOV)，表明变阻器的VNOM在首次投入使用时超过额定MCOV。例如，所选变阻器的额定MCOV可以是1500V，但是由于老化可能降到1300V。

变阻器老化(即，导致VNOM降低的劣化)可由施加在使用中的变阻器上的浪涌电流或连续泄漏电流(在连续过压事件期间)引起，也可由施加在变阻器上的标称电压的时间流逝引起(罕见情况，通常由低质量变阻器引起)。老化劣化通常是热诱发的。

变阻器具有多种故障模式。故障模式包括：1)变阻器作为短路故障；以及2)变阻器作为线性电阻故障。变阻器的短路或线性电阻的故障可能是由足够幅度和持续时间的单个或多个浪涌电流的传导引起的，或者是由驱动足够电流通过变阻器的单个或多个连续过压事件引起的。

短路故障通常表现为延伸穿过变阻器厚度的局部针孔或穿孔部位(在此为“故障部位”)。该故障部位在两个电极之间产生用于电流流动的路径，两个电极具有低电阻，但是该低电阻高到即使在低故障电流下也足以生成欧姆损耗并导致装置过热。通过变阻器的足够大的故障电流会使变阻器在故障部位的区域中熔化并生成电弧。

作为线性电阻的变阻器故障将导致有限电流通过变阻器传导，这将导致热积累。此热积累可能导致灾难性热失控，并且装置温度可能超过规定最高温度。例如，针对装置外表面的最大允许温度可由法规或标准设定，以防止相邻部件燃烧。如果泄漏电流在一定时间内未被中断，过热将最终导致上述限定的变阻器的趋于短路的故障。

在某些情况下，通过故障变阻器的电流也可能受到电力***本身的限制(例如，***中的接地电阻或光伏(PV)电源应用，其中故障电流取决于故障时***的发电能力)，导致温度逐渐升高，即使变阻器故障是短路。例如，存在由于电力***故障引起的长时间过压状态所致的有限的泄漏电流流经变阻器的情况。这些状态可能导致装置中的温度升高，例如当变阻器作为线性电阻故障时，并且可能导致如上所描述的变阻器作为线性电阻或作为短路的故障。

在某些情况下，OVPD模块100可采取“寿命终止”模式，其中变阻器晶片全部或部分耗尽(即处于“寿命终止”状态)，导致寿命终止故障。当OVPD模块100的变阻器150达到其寿命终止点时，OVPD模块100将基本上变成具有非常低但非零欧姆电阻的短路。

因此，在寿命终止状态下，故障电流将持续流经变阻器150，即使不存在过压状态也是如此。因此，尽管由寿命终止OVPD模块100提供短路，故障电流可能不足以使相关的断路器或保险丝跳闸或熔断。在该情况下，电流可以继续流经变阻器150，从而由变阻器150中的欧姆损耗生成热。如果允许该状态持续，在OVPD模块100中生成的热会积累，直到壳体组件111熔化或***。此类事件可能被认为是灾难性的。如果故障电流具有充足的幅度，故障电流将通过变阻器150及其周围感应或生成电弧(在此称为“电弧事件”)。此类电弧放电事件可在OVPD模块100中快速生成额外的热和/或可对OVPD模块100的其它部件造成局部损坏。

第一故障安全***106和第二故障安全***108均适于并且被配置成使变阻器150周围施加于OVPD模块100的电流电短路，以防止或减少变阻器中热的生成。以这种方式，故障安全***106、108可以作为开关操作，以绕过变阻器150并防止如上文所描述的过热和灾难性故障。根据本发明的实施例，故障安全***106、108彼此独立地操作。更具体地，在一些实施例中，当OVPD模块100经历第一类型或第一组操作条件时，故障安全***161将操作以使OVPD模块100短路，当OVPD模块100经历不同于第一类型操作条件的第二类型或第二组操作条件时，故障安全***106将操作以使OVPD模块100短路。也即，在不同的情况下，故障安全***108可以首先操作或执行，或者故障安全***106可以首先操作或执行。通常，尽管不是必须的，只有一个故障安全***将执行，因此调用另一故障安全***的必要条件将被阻止出现。

故障安全***106、108的操作将在下文中详细描述。如本文所使用的，在引发故障安全***如所描述地操作以使电极110、140短路所需的条件出现时，故障安全***被“触发”。

更详细地转向第二故障安全***108，当加热至阈值温度时，可熔构件172将流动以桥接并电连接电极110、140。可熔构件172由此改变施加到装置100的电流的方向以绕过变阻器150，使得变阻器150的电流感应加热停止。因此，故障安全***106可以用来防止或抑制热失控，而不需要中断通过设备100的电流。

更具体地，可熔构件172最初具有图2中所示的第一配置，因此除了通过头部144外，其不会将内电极140和壳体电极110电联接。一旦发生热积累事件，内电极140因此被加热。可熔构件172也直接加热和/或由内电极140加热。在正常操作期间，可熔构件172中的温度保持低于其熔点，使得可熔构件172保持固态。然而，当可熔构件172的温度超过其熔点时，可熔构件172(全部或部分)熔化并通过重力流入不同于第一配置的第二配置。当装置100竖直取向时，熔化的可熔构件172A积聚在室104U的下部部分中，作为重新配置的可熔构件(其可以全部或部分熔化)。重新配置的可熔构件172A使内电极140桥接或短路至壳体电极110，以绕过变阻器堆叠151。也即，通过重新配置的可熔构件172A，从内电极140的表面到壳体侧壁133的表面提供了新的直接流动路径。根据一些实施例，这些流动路径中的至少一些不包括变阻器堆叠151。

重新配置的可熔构件172A通常包含在室104U中。熔化的可熔构件172A在上部端部上由压缩构件148容纳。熔化的可熔构件172A在下部端部上由头部144、凸缘134和膜170容纳。阻挡凸缘166B可以防止可熔构件172A流入下部室104L和变阻器堆叠151中。

根据一些实施例，第二故障安全***108可由至少两个替代的触发操作条件组触发，如下。

第二故障安全***108可通过由泄漏电流在变阻器150中生成的热触发。更具体地，当变阻器150两端的电压超过标称箝位电压VNOM时，泄漏电流将经过变阻器150并在其中从欧姆损耗生成热。这可能是因为VNOM由于变阻器150老化而降低，和/或因为由电路施加在装置100两端的电压已增加。

当变阻器150短路故障时，第二故障安全***108也可被触发。在该情况下，变阻器150将从经过短路故障部位(例如变阻器中的针孔)的故障电流生成热。故障电流在变阻器150中以及附近(由于针孔处的高局部欧姆损耗)生成热。如下文所讨论的，根据故障电流的幅度和其它条件，故障短路变阻器可以触发第一故障安全***106，而不是第二故障安全***108。

当变阻器150短路故障时，第一故障安全***106也可被触发。在该情况下，电弧将在变阻器150中的短路故障部位附近和内部发生(即，电弧在变阻器150处开始)。更具体地，电弧FA将发生在变阻器150或互连构件154和一个或两个电极110、140之间。电弧将沿着头部144传播，并且在一些情况下，沿着变阻器堆叠151传播。最终，电弧直接在电极头部144的外周侧壁144B和凸缘134的相邻侧表面134B之间传播或发生。后一电弧导致头部侧壁144B的金属表面部分和凸缘侧壁134B的金属表面部分在结合或熔合部位106E处的规定区域中彼此直接熔合或结合，以形成结合或熔合的界面部分或区域106F(图16)。电弧FA使表面和部分134B、144B熔合或结合。在一些实施例中，电极110、140都由铝或铝合金形成，使得结合是直接的铝对铝结合，这可以提供特别低的欧姆电阻。熔合或结合可以通过由电弧引起的焊接来进行。以这种方式，电极110、140在界面106F处短路以绕过变阻器150，使得故障变阻器150的电流感应加热停止。

电绝缘膜170设置在凸缘侧表面134B和电极头部144之间，以在正常操作中提供电绝缘。然而，膜170由通过电弧快速分解、熔化或蒸发的材料形成，使得膜170不会过度阻碍如上所述的电弧的传播或电极110、140的结合。

室104U中内电极140周围凸缘134上方的空隙G2在内电极140和壳体电极110的相邻表面之间提供了间断(break)，以熄灭电弧(即，防止电弧继续沿侧壁133向上)。空隙G2减少了终止电弧所需的时间，并有助于更快速地形成结合的界面106F。

在故障短路变阻器的情况下，第一和第二故障安全***106、108中的一个或两个可被触发或激活。第一故障安全***106需要足以产生电弧的故障电流，而第二故障安全***141并不需要。当存在足够的故障电流来产生电弧时，第一故障安全***106通常会在第二故障安全***108能够形成可熔构件短路之前执行并形成电极短路。然而，如果施加的电流不足以产生电弧，故障电流将继续加热设备100，直到第二故障安全***108被激活。因此，在故障短路变阻器是触发器的情况下，第二故障安全***198将在相对低的电流下操作，而第一故障安全***106将在相对高的电流下操作。

因此，可熔构件172和熔合的界面106F均在内电极140和壳体电极110之间提供了直接电接触表面或低电阻桥部，并经由可熔构件172或熔合的部位106F提供了扩大的电流流动路径(即，低电阻短路)。以这种方式，故障或泄漏电流被引导远离变阻器堆叠151。电弧放电、欧姆加热和/或其它导致热生成的现象被减少或消除，并且可以防止OVPD模块100的热失控和/或过热。装置100由此可以转换成能够安全地维持相对高电流的相对低电阻的元件(即，没有装置的灾难性破坏)。因此，故障安全***106、108可以用来保护OVPD模块100在其寿命终止模式期间免于灾难性故障。本发明可以为基于变阻器的过压装置提供安全寿命终止机制。应当理解的是，OVPD模块100此后可能不能用作过压保护装置，但是避免了灾难性的破坏(例如，导致燃烧温度、***或来自OVPD模块100的材料释放)。

根据一些实施例，可熔构件172旁路和熔合的界面106F旁路均具有小于约1mOhm的欧姆电阻。

在一些实施例中，OVPD模块100可在任何取向上有效使用。例如，OVPD模块100可以在竖直取向或水平取向上部署。当可熔构件172由于过热生成事件而熔化时，可熔构件172将流到室104U的下部部分，在那里它形成如上文所讨论的桥接内电极140和壳体电极110的重新配置的可熔构件(其可以全部或部分熔化)。室104U被密封，使得熔化的可熔构件172不会流出室104U。

根据一些实施例，本发明的过压保护装置(例如，装置100)适于保护电气部件和组件免受AC和DC电路中的过压。

本文公开的过压保护装置(例如，OVPD模块100)在用于变阻器堆叠151传导的电流非常高的直流(DC)电路或***时特别良好适用或有利。根据一些实施例，OVPD模块100被配置成使得当故障安全***106被触发时，OVPD模块100可以承受至少12kA的短路电流超过200ms，以及至少1A的恒定电流流动而不会过热。在恒定电流流动期间，最大温升不应超过80开氏度，且装置故障后5分钟的温升不应超过120开氏度。

多部分下部壳体组件或壳体电极110在设计灵活性、可制造性和制造成本方面具有优势。在一些情况下，有必要或希望为OVPD模块100提供相对高的变阻器堆叠。例如，可能有必要提供较厚的变阻器和/或并联连接的若干变阻器，以适应高电压和/或吸收更多的能量而不发生故障。壳体电极110必须形成为具有较大的深度，以容纳高的变阻器堆叠。与形成为具有相同深度和/或具有其它特征(例如，凸缘134)的单件壳体电极相比，多部分壳体电极10制造起来更容易且更便宜，并且更坚固。例如，如果基于低密度金属(如铝)冲压或加工出深的壳体电极，所得的结构可能缺乏足够的刚性。

凸缘134可形成于在两端处开口的管状构件(壳体构件130)中，而不是必须形成于在一端处封闭的单个壳体构件中(例如，一件式壳体)。

多部分壳体电极110使制造商能够将变阻器堆叠151和绝缘体堆叠组件160安装在基部壳体构件120的腔125中，且然后将延伸壳体构件130安装在堆叠150、160上，以利用凸缘134将堆叠150、160锁位。

如以上所描述的，在一些实施例中，凸缘134和侧壁133在凸缘134处的总厚度T1大于凸缘134上方和下方的侧壁133的厚度T2。当电弧故障安全装置106被激活时，在熔合的部位106F位置处的该增加厚度可以消除或减少如下风险：电弧将熔透、穿孔或削弱侧壁133从而允许室104内的加压材料突破侧壁133并被排放到环境中的风险。

壳体部分120、130之间的O形环116提供适当的环境密封。

绝缘体堆叠组件160的绝缘体套筒162、164封装变阻器堆叠151，并在变阻器堆叠151与壳体电极110的侧壁123、133和凸缘134之间提供适当的电绝缘。绝缘体套筒162、164将变阻器堆叠151固定在壳体组件111中的适当位置中。

绝缘体套筒162、164可提供自下部室104L足够的导热性。在一些实施例中，绝缘体套筒162、164可以防止多个变阻器组件在连续TOV事件期间过热，其中变阻器受到自1ms-600ms的具有2-300kJ能量的高能脉冲的应力。

绝缘体堆叠组件160可提高OVPD模块100在搬运和使用期间的耐用性。在高变阻器堆叠的情况下，延伸整个长度的单个绝缘体套筒会是相对长的。具有此类长度且具有相对薄壁结构的陶瓷绝缘体套筒在使用中可能易于断裂或破裂。使用分立式绝缘体套筒162、164的堆叠可以减少或消除此类风险。

垫圈168用于吸收OVPD模块100运行期间的任何振动或冲击，从而保护陶瓷绝缘体套筒162，164。垫圈168用于防止陶瓷绝缘体套筒162、164的任何破裂或断裂，这些破裂或断裂否则的话可能由绝缘体套筒162、164之间或绝缘体套筒162、164与壳体部分120、140之间的相互作用引起。此外，垫圈168在变阻器堆叠151和下部壳体电极110之间提供电绝缘。

阻挡凸缘166B可防止火焰、熔化的金属或发光或燃烧颗粒从变阻器150散发到室104M、104U中。

外部弹性绝缘罩套176用于增加OVPD模块100和相邻装置之间的绝缘，并增加爬电距离和空气间隙距离。

根据一些实施例，OVPD模块100可包括许多电气并联(例如，经由互连构件154)的MOV，并且被用于低电压应用，这些低电压应用中需要实现高能量吸收或更高能量耐受。

在一些实施例中，OVPD模块可在长达300ms的持续时间内承受高达13.2kAdc的预期电流，长达300ms的持续时间是典型MV断路器的最大跳闸时间。

在使用过程中，变阻器晶片可能因过热而损坏，并可能在OVPD壳体组件111内生成电弧。OVPD壳体组件111可以将损坏(例如，碎片、气体和直接的热)限制在OVPD模块100内，使得OVPD模块100故障安全。以这种方式，OVPD模块100可以防止或减少对相邻设备(例如，机柜中的开关设备)的任何损坏和对人员的伤害。以这种方式，OVPD模块100可以增强设备和人员的安全性。

根据一些实施例，偏置电极(例如，电极110和140)沿V-V轴线向变阻器施加在5kN至100kN范围内的载荷(取决于其表面积)。

在替代实施例(未示出)中，OVPD模块100可被修改以使用偏置或加载装置(诸如金属弹簧垫圈)和单独的密封装置(诸如弹性O形环)。

在组装的OVPD模块100中，部件144、150、154、122的大平面接触表面可确保过压或浪涌电流事件期间部件之间的可靠且一致的电接触和连接。头部144和端壁122抵靠这些部件被机械加载，以确保在配合接触表面之间的牢固和均匀接合。

根据一些实施例，壳体(例如，壳体电极110)和电极(例如，电极140)的组合热质量显著大于锁位于其间的每个变阻器的热质量。在壳体和电极的热质量与变阻器的热质量之间的比率越大，变阻器在暴露于浪涌电流和TOV事件期间被保护得越好，且因此OVPD的寿命越长。所本文所使用的，术语“热质量”是指物体的(一种或多种)材料的比热乘以物体的(一种或多种)材料的质量的乘积。也即，热质量是将物体的一克(一种或多种)材料升高一摄氏度所需的能量乘以物体中(一种或多种)材料的质量。根据一些实施例，电极头部和电极壁中的至少一者的热质量显著大于变阻器的热质量。根据一些实施例，电极头部和电极壁中的至少一者的热质量是变阻器的热质量的至少两倍大，并且根据一些实施例是变阻器的热质量的至少十倍大。根据一些实施例，头部和电极壁的组合热质量显著大于变阻器的热质量，根据一些实施例，是变阻器的热质量的至少两倍大，并且根据一些实施例，是变阻器的热质量的至少十倍大。

鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员可进行许多变更和修改，而不背离本发明的精神和范围。因此，必须理解的是，所示的实施例仅仅是为了示例的目的而阐述的，并且不应该被认为是对由所附权利要求限定的本发明的限制。因此，下面的权利要求将被理解为不仅包括字面上阐述的元件的组合，而且包括用于以基本相同的方式执行基本相同的功能以获得基本相同的结果的所有等同元件。因此，权利要求应被理解为包括上面具体示出和描述的内容、概念上等同的内容以及结合了本发明的基本思想的内容。

Claims (29)

1.一种过压保护装置模块，包括：

导电的第一电极；

导电的壳体电极；和

变阻器构件，所述变阻器构件由变阻器材料形成并且电连接在所述第一电极和所述壳体电极之间；

其中，所述壳体电极包括：

共同限定壳体腔的壳体端壁和壳体侧壁；和

在联结部处联结在一起的第一壳体构件和第二壳体构件，其中所述第一壳体构件形成所述壳体侧壁的第一部分，且所述第二壳体构件形成所述壳体侧壁的第二部分；和

其中，所述变阻器构件设置在所述壳体腔中。

2.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，其中：

所述过压保护装置模块具有模块轴线；

所述第一电极、所述变阻器构件和所述端壁沿着所述模块轴线轴向堆叠；以及

所述第一壳体构件和所述第二壳体构件沿着所述模块轴线轴向堆叠。

3.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，其中：

所述第一壳体构件是基部壳体构件，所述基部壳体构件包括所述端壁和一体的基部侧壁；以及

所述基部壳体构件限定基部腔，所述基部腔形成所述壳体腔的一部分。

4.根据权利要求3所述的过压保护装置模块，其中，所述变阻器构件设置在所述基部腔中。

5.根据权利要求3所述的过压保护装置模块，其中，所述第二壳体构件是延伸壳体构件，所述延伸壳体构件限定通道，并且所述通道形成所述壳体腔的一部分。

6.根据权利要求3所述的过压保护装置模块，其中：

所述基部壳体构件由金属单件式地形成；和

所述延伸壳体构件由金属单件式地形成。

7.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，其中：

所述第一壳体构件包括第一螺纹；

所述第二壳体构件包括第二螺纹；和

所述第一壳体构件和所述第二壳体构件通过所述第一螺纹和所述第二螺纹在所述联结部处联结在一起。

8.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，包括插置在所述第一壳体构件和所述第二壳体构件之间环形密封构件，以密封所述联结部。

9.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，其中：

所述第一壳体构件包括第一接触表面；

所述第二壳体构件包括第二接触表面；和

所述第一接触表面和所述第二接触表面在所述联结部处相互接合，以提供所述第一壳体构件和所述第二壳体构件之间的电连续性。

10.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，其中，所述第一电极设置在所述壳体腔中。

11.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，其中：

所述过压保护装置模块具有模块轴线；

所述过压保护装置模块包括变阻器堆叠，所述变阻器堆叠包括由变阻器材料形成的变阻器构件的堆叠；

所述变阻器堆叠电连接在所述第一电极和所述壳体电极之间；

所述变阻器堆叠设置在所述第一电极和所述端壁之间的所述壳体腔中；和

所述第一电极、所述变阻器堆叠和所述端壁沿着所述模块轴线轴向堆叠。

12.根据权利要求11所述的过压保护装置模块，包括至少一个导电的互连构件，所述互连构件在所述第一电极和所述壳体电极之间电并联连接至少两个所述变阻器构件。

13.根据权利要求12所述的过压保护装置模块，其中：

所述过压保护装置模块包括围绕所述变阻器堆叠的至少一部分的绝缘体构件；

所述绝缘体构件由电绝缘材料形成；

所述绝缘体构件包括接收器凹部；和

所述互连构件的一部分向外延伸超过多个变阻器并设置在所述接收器凹部中。

14.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，其中：

所述过压保护装置模块具有模块轴线；

所述过压保护装置模块包括绝缘体堆叠组件，所述绝缘体堆叠组件包括沿所述模块轴线轴向堆叠的多个管状绝缘体构件；

所述绝缘体堆叠组件设置在所述壳体腔中；

所述绝缘体堆叠组件在所述变阻器构件和所述壳体电极之间所述围绕变阻器构件；和

所述绝缘体构件由电绝缘材料形成。

15.根据权利要求14所述的过压保护装置模块，其中，所述绝缘体堆叠组件包括至少一个垫圈，所述至少一个垫圈轴向插置在绝缘体构件中的相邻者之间。

16.根据权利要求14所述的过压保护装置模块，其中，所述绝缘体构件由陶瓷形成。

17.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，包括向所述变阻器构件施加轴向压缩载荷的加载装置。

18.根据权利要求17所述的过压保护装置模块，其中，所述加载装置包括弹性压缩构件，所述弹性压缩构件将所述第一电极与所述壳体电极电绝缘，并且偏置所述第一电极和所述壳体电极以在所述变阻器构件上施加压缩载荷。

19.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，包括一体的故障安全机构，所述故障安全机构操作以通过使用电弧将所述过压保护装置模块中的第一金属表面和第二金属表面彼此熔合来使所述变阻器构件周围的所述第一电极和所述壳体电极电短路。

20.根据权利要求19所述的过压保护装置模块，其中：

所述壳体电极包括从所述壳体侧壁径向向内突出的凸缘；

所述第一金属表面是所述第一电极的表面；和

所述第二金属表面是所述凸缘的表面。

21.根据权利要求19所述的过压保护装置模块，包括：

一体的第二故障安全机构，所述第二故障安全机构包括导电的可熔构件；

其中，所述可熔构件响应于所述过压保护装置模块中的热而熔化，并在所述第一电极和所述壳体电极之间且绕过所述变阻器构件形成穿过所述可熔构件的短路电流流动路径。

22.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，包括：

一体的故障安全机构，所述故障安全机构包括导电的可熔构件；

其中，所述可熔构件响应于所述过压保护装置模块中的热而熔化，并在所述第一电极和所述壳体电极之间且绕过所述变阻器构件形成穿过所述可熔构件的短路电流流动路径。

23.根据权利要求1所述的过压保护装置模块，包括围绕所述第一壳体构件和所述第二壳体构件的电绝缘弹性绝缘盖套。

24.一种过压保护装置模块，其具有模块轴线，并且所述过压保护装置模块包括：

导电的第一电极；

导电的壳体电极，所述壳体电极限定壳体腔；

变阻器构件，所述变阻器构件由变阻器材料形成并且电连接在所述第一电极和所述壳体电极之间；和

绝缘体堆叠组件，所述绝缘体堆叠组件包括沿着所述模块轴线轴向堆叠的多个管状绝缘体构件；

其中：

所述变阻器构件设置在所述壳体腔中；

所述绝缘体堆叠组件设置在所述壳体腔中；

所述绝缘体堆叠组件在所述变阻器构件和所述壳体电极之间围绕变阻器构件；和

所述绝缘体构件由电绝缘材料形成。

25.根据权利要求24所述的过压保护装置模块，其中，所述绝缘体堆叠组件包括至少一个垫圈，所述至少一个垫圈轴向插置在绝缘体构件中的相邻者之间。

26.根据权利要求24所述的过压保护装置模块，其特征在于，所述至少一个垫圈由弹性材料形成。

27.根据权利要求24所述的过压保护装置模块，其中所述绝缘体构件由陶瓷形成。

28.一种过压保护装置模块，其具有模块轴线，并且所述过压保护装置模块包括：

导电的第一电极；

导电的壳体电极，所述壳体电极限定壳体腔；和

变阻器构件，所述变阻器构件由变阻器材料形成并且电连接在所述第一电极和所述壳体电极之间；

其中：

所述壳体电极包括：

侧壁；和

从壳体侧壁径向向内突出的凸缘；且

所述过压保护装置模块包括一体的故障安全机构，所述故障安全机构操作以通过使用电弧将所述第一电极的表面熔合至所述凸缘的表面来使所述变阻器构件周围的所述第一电极和所述壳体电极电短路。

29.一种过压保护装置模块，其具有模块轴线，并且所述过压保护装置模块包括：

导电的第一电极；

导电的壳体电极，所述壳体电极限定壳体腔；

变阻器构件，所述变阻器构件由变阻器材料形成并且电连接在所述第一电极和所述壳体电极之间；和

围绕所述第一壳体构件和所述第二壳体构件的电绝缘弹性罩绝缘罩套。