过压放电器的制作方法

本发明涉及一种用于使用在低压电网的电流供给部中的过压放电器，其带有壳体、两个彼此相对的电极和构造在壳体的内部中的电弧燃烧室，其中，在两个电极之间构造有火花间隙，从而在点燃火花间隙的情况中在两个电极之间形成电弧。

背景技术：

这里所谈及类型的过压放电器的主要组成部分是火花间隙，其在确定的过压的情况中响应，其中，在点燃火花间隙时在两个电极之间形成电弧。这种类型的过压放电器尤其地使用在低压电网的主电流供给部的区域中，因为其具有高的放电能力。在此，非常高的且急剧上升的具有直至数千kA范围的值的电流可流动越过火花间隙。由于在此在过压放电器的内部中出现的压力和力，这种类型的过压放电器通常布置在耐压的壳体中。

带有火花间隙的过压放电器虽然具有高的冲击电流承载能力的优点，然而也具有相对高且不是特别恒定的动作电压的缺点。因此，长期以来为了点燃火花间隙已使用不同类型的点火辅助部，借助于该点火辅助部降低火花间隙或过压放电器的动作电压。

在所谈及类型的过压放电器中(带有或者没有使用点火辅助部)，在点燃火花间隙的情况中，经由电弧在两个电极之间形成低阻抗的连接，期望地，待导出的瞬态冲击电流流动越过该连接。然而，在存在电网电压的情况中，非期望的电网后继电流(Netzfolgestrom)也可流动越过该低阻抗的连接，从而力求在放电过程结束之后尽可能快速地消除电弧。一种用于实现该目标的可能性在于，增大电弧长度并且由此增大在火花间隙响应之后的电弧点火电压。另一在放电过程之后消除电弧的可能性在于，通过绝缘材料壁的冷却作用以及通过使用产气绝缘材料冷却电弧。由此也提高了电弧点火电压。

用于抑制电网后继电流所期望的高的电弧点火电压与待导出的非常高的电流共同导致，在电弧燃烧室中的功率转换非常高。视外加电流的振幅和脉冲形式以及相应的电弧电压而定，引入到过压放电器中的能量在此可为几10kJ。该能量部分地被发出到包围电弧室(Lichtbogenkammer)的绝缘材料处，其中，被吸收的能量导致材料部分烧损。为了不由此过快和过强地损坏包围电弧室的绝缘材料，该绝缘材料须具有非常高的热和机械耐久性。能量的另一部分经由热传导被发出到环境中，其中，该过程关于待放电的脉冲的长度持续时间很长，从而由此在放电过程期间被引入电弧燃烧室中的能量仅非常缓慢地减少。

由文件DE 103 38 835 A1已知一种过压放电器，在其中，电极彼此轴向相对而置，并且电弧燃烧室径向地至少部分地被绝缘材料包围。在该过压放电器的情况中由此来防止电网后继电流的出现，即如此大地选择在两个电极之间的距离，使得电弧点火电压大于预期的电网电压。为了使该过压放电器的动作电压不会由于火花间隙的两个电极的相对大的距离而过大，设置点火辅助部，通过该点火辅助部可调整过压放电器的期望的动作电压。

为了防止火花间隙的重新点燃，在已知的过压放电器的情况中，在壳体中设置有冷却通道，在放电过程的情况中，在电弧燃烧室中通过电弧产生的、热的离子化的气体应通过该冷却通道从壳体中被导出。为了使得从壳体中流出的气体不具有过高的温度，冷却通道必须足够长。在由文件DE 103 38 835A1已知的过压放电器的情况中，这由此来实现，即壳体构造成两件式的，其中两个半壳彼此同轴地布置。在此，在两个半壳之间布置有螺旋形的冷却通道，等离子体可流过该冷却通道且同时该冷却通道可用于使两个半壳相互旋接。

由于壳体由两个彼此同轴地布置的、相互旋接的壳体件组成，为了保证足够的机械稳定性，两个壳体件的壁厚必须相对大，这总体上导致壳体相对增大的外直径。然而，由于期望的高的电弧电压，在过压放电器之内的能量转换也非常高，从而使壳体和所使用的材料，尤其地在电弧燃烧室的区域中暴露在高的热和机械负载下。

技术实现要素：

因此本发明的目的在于提供一种过压放电器，在其中尽可能地避免了以上所述的缺点。尤其地，在此在放电过程期间通过高能脉冲引入电弧燃烧室中的能量应尽可能快速地被发出到环境中。

在带有权利要求1所述的特征的开头所说明的过压放电器的情况中，该目的由此来实现，即电弧燃烧室至少部分地被透明的材料包围，从而在点燃火花间隙之后，使通过电弧的辐射放射的能量可从电弧燃烧室中通过该透明的材料到达壳体的方向。通过使电弧燃烧室至少部分地被绝缘的、透明材料限制，在放电过程的情况中被引入电弧燃烧室中的能量的一部分可更快速地从电弧燃烧室中移出，由此，减小了包围电弧燃烧室的材料的负载。由此，也减小了对过压放电器的结构要求。

为了使通过电弧放射的辐射尽可能大部分地穿过透明材料，在电弧的辐射的波长范围中透明材料的透射率平均非常高，其中，透射率优选地大于70%、尤其地大于80%。由于电弧等离子体或电弧的辐射的大部分在100nm至4500nm的波长范围中，透明材料应优选地在该波长范围中平均具有80%或更高的高透射率。由于材料的透射率与波长相关，这意味着，材料的透射率在电弧等离子体或电弧的辐射的整个波长范围上不是均匀高的。然而当透射率平均相应高时，是足够的，从而使得在电弧辐射的波长范围的部分区域中的透射率也可具有较低的透射率。在此重要的是，通过电弧的辐射放射的尽可能多的能量可从电弧燃烧室中通过透明的材料到达壳体的方向。

在本发明的范围中已证实，对于该透明材料，可使用尤其优良的透明陶瓷、尤其地氧化陶瓷，因为其具有在相关波长范围之内高的透明度并且此外也具有高的热和机械负载性。在此证实为尤其有利的是使用氧化锆(ZrO₂)、尤其地多晶的氧化锆以及使用透明的尖晶石陶瓷(MgO-Al₂O₃)。总地来说，存在多种高效能陶瓷，其不仅具有所需的高的透明性而且具有足够高的热和机械负载性，从而其在根据本发明的过压放电器中可用作包围电弧燃烧室的材料。此外备选地，该透明的材料也可由塑料、尤其地可透过UV的塑料制成。

根据本发明的尤其有利的设计方案，电弧燃烧室不仅由透明的材料包围，而且部分地也由产气材料包围，其中，产气材料优选地布置在电弧点火部的区域中。那么，在轴向方向上，电弧燃烧室在第一较小的区域中由产气材料包围并且在联接到该处的第二较大的区域中由透明的材料包围。通过将产气材料布置在电弧点火部的区域中，在点燃电弧的情况中，通过产气材料在电弧燃烧室之内产生高压，该高压引起离子化的气体远离电弧点火部的区域定向的流动。在未被产气材料包围而是被透明材料包围的电弧燃烧室的区域中，相反地在出现电弧的情况中实现材料的大多时候相对少的除气(Ausgasen)，从而在该区域中较少地影响离子化的气体的流动。例如，可使用热塑性的塑料、尤其地PBT或POM作为产气材料。

通过使电弧燃烧室根据本发明至少部分地被透明的材料包围，该材料的透射率在电弧辐射的波长范围中非常高，辐射最大部分仅仅在邻接的材料的最上层中被吸收。由于该邻接的层的体积相对小，导致在该区域中相应剧烈的加热，例如，在壳体的邻接到透明材料处的内面中。

为了防止在该区域中过度剧烈地加热壳体，根据本发明的另一尤其优选的设计方案设置成，透明的材料被经着色的材料包围，其中，该经着色的材料的透射率小于透明材料的透射率。使用具有较低透射率的经着色的材料导致，经过透明材料的辐射的能量的一部分在该包围透明材料的经着色的材料中被吸收。那么，仅仅还有很少的能量渗入壳体的邻接到经着色的材料处的区域中，从而在该处仅仅也还必须吸收从电弧燃烧室中离开的辐射的能量的很小部分。壳体的该区域由此相应地不那么强地被加热。通过使用经着色的材料，由此显著增大了在其中吸收辐射的能量的材料的体积，从而在相同的能量引入的情况中显著减小了不仅在经着色的材料中而且在邻接的壳体中的温度上升。

经着色的材料的着色可基本上在材料的整个厚度上是均匀的。然而优选地，使用逐渐或逐级地被着色的材料，其包围透明的材料。在此，逐渐或逐级地被着色的材料的透射率从内向外向壳体的方向减小。由此，在其中在逐渐或逐级地被着色的材料的邻接到透明的材料处的区域中，透射率最大，其中，在该区域中的透射率也小于透明的材料的透射率。通过使用逐渐或逐级地被着色的材料代替均匀着色的材料实现，辐射的能量的仅仅较少的部分在邻接透明的材料处被吸收，而辐射的能量的较大部分在经着色的材料的更加远离的区域中或者在壳体的邻接的区域中被吸收。

不仅在使用均匀着色的材料情况中而且在使用逐渐或逐级地被着色的材料的情况中进一步优选地设置成，该材料具有尽可能高的热容量。由此保证，整体上不导致材料且由此过压放电器的过强加热。

根据本发明的过压放电器优选地具有布置在壳体之内的点火辅助部，其包括至少一个点火元件和点火电极。点火元件和点火电极在此与电弧燃烧室处于接触，其中，点火元件在一侧上与一个电极并且在另一侧上与点火电极导电地相连接。在点燃辅助点火部的情况中，首先电流从过压放电器的第一联接部经由壳体、点火电极和点火元件流向第二电极或第二联接部。在此，电流流(Stromfluss)经由点火元件引起放电或引起在点火电极与关联于点火元件的电极之间的初始电弧，之后这导致在两个电极之间的火花间隙的点燃。

为了保证高的机械稳定性并且能可靠地掌控在放电过程的情况中出现的力，壳体优选地由金属、尤其地由钢制成。此外，壳体优选地是圆柱形的，从而电弧燃烧室优选地也构造成圆柱形。那么电弧燃烧室轴向地被两个电极包围并且径向地被透明的材料或透明的材料和产气材料包围。此外，壳体优选地构造成两件式的，其中，例如壳体可由罐式的第一壳体件和与其对应的壳体盖部组成，壳体盖部具有外螺纹，从而使得其可被拧入第一壳体件的对应的端部中。

按照根据本发明的过压放电器的另一有利的设计方案，过压放电器具有至少一个流出通道，离子化的气体可通过该流出通道从电弧燃烧室中穿过壳体流出。由此，不仅可防止在电弧燃烧室中过高的压力增加而且可实现在导出冲击电流之后电弧燃烧室的更快速的去离子化，由此可防止火花间隙的重新点燃。优选地，在此至少一个流出通道构造在电弧燃烧室的背对电弧点火部的侧的区域上并且沿着电极被引导，从而使得通过流出通道从电弧燃烧室中流出的热气沿着电极流动并且通过电极的大的金属表面被冷却。

附图说明

现在，详细地存在多种设计和改进根据本发明的过压放电器的可能性。为此，不仅参考权利要求1的从属权利要求而且还参考接下来结合附图对优选的实施例的说明。其中，

图1以纵截面图显示了过压放电器的第一实施例的示意图，

图2以横截面图显示了根据图1的过压放电器的示意图，

图3以纵截面图显示了过压放电器的第二实施例的示意图，

图4以纵截面图显示了过压放电器的第三实施例的示意图，

图5以横截面显示了根据图4的过压放电器的简化图，以及

图6以纵截面图显示了过压放电器的第四实施例的示意图。

具体实施方式

附图显示了根据本发明的过压放电器1的不同实施变形方案的简化的示意图，其中，过压放电器1具有带有两个形成火花间隙的电极3，4的壳体2，在壳体2的内部中在两个电极之间构造有电弧燃烧室5。两个电极3，4的联接区域3a，4a作为联接部从优选地由金属制成的壳体2中引导出来，从而使过压放电器1例如可与相L和零线N或者与零线N和地线PE电连接。

在图1和2中示出的过压放电器1的实施例中，电弧燃烧室5在径向方向上被绝缘的透明材料6包围，其中，透明材料6利用其外面6a邻接到壳体2的内面2a处。通过透明的材料6在径向方向上在电弧燃烧室5与壳体2之间的布置，通过出现的电弧的辐射放射的能量大部分从电弧燃烧室5到达壳体2，而不在透明的材料6之内吸收辐射。在图2和5中通过箭头7指出的辐射的能量在壳体2的邻接到内面2a处的区域中被吸收，这导致壳体2在内面2a附近的区域中被加强地加热。那么，经由在由金属、尤其地由钢制成的壳体2中进行的热引导将能量发出到过压放电器1的周围环境中。

在图3中示出的过压放电器1的实施例与根据图1的过压放电器1的区别在于电弧燃烧室5仅仅一部分被透明的材料6包围而另一部分被产气材料8包围。在电弧燃烧室5的轴向方向上，电弧燃烧室5在此在电弧点火部的区域中被产气材料8包围，并且在邻接的较大的区域中被透明的材料6包围。通过产气材料8在电弧点火部的区域中的布置，在点燃电弧的情况中通过产气材料8在电弧燃烧室5之内产生高压，使得离子化的气体有针对性地远离电弧点火部的区域流动。

在根据图4和5的过压放电器1的实施例中，透明的材料6不是直接被壳体2而是被经着色的材料9包围。通过将经着色的材料9使用在透明的材料6与壳体2之间，显著地增大了在其中吸收辐射的体积，从而仅仅导致经着色的材料9或壳体2的很少加热，并且尤其地导致壳体2的邻接到经着色的材料9处的内面2a的很少加热。经着色的材料9或可为均匀着色的材料或可为逐渐或逐级地被着色的材料。在此，经着色的材料9的透射率始终小于透明的材料6的透射率。如果经着色的材料9是逐渐或逐级地被着色的材料，则透射率从内向外，向壳体2的方向减小。

在图6中示出的根据本发明的过压放电器1的实施例是在图3和4中示出的两个实施例的组合。在图6中示出的过压放电器中，电弧燃烧室5在较大的区域中被透明的材料6包围而在电弧点火部的区域中被产气材料8包围。此外，透明的材料6和产气材料8还共同被经着色的材料9包围，那么，经着色的材料9被壳体2围住。

此外，在附图中示出的根据本发明的过压放电器1的实施例中共同的是，还分别设置有流出通道10，离子化的气体可通过该流出通道10从电弧燃烧室5中通过透明的材料6且必要时还存在的经着色的材料9以及壳体2流出。在此，流出通道10尤其地用于在放电过程之后电弧燃烧室5的去离子化，以避免火花间隙的重新点燃且由此避免电网后继电流的流动。如可从图中看出的那样，流出通道10沿着一个电极3被引导，从而使离子化的气体被引导经过电极3的金属表面处，由此实现了从电弧燃烧室5中离开的气体的最优的冷却。