本发明涉及电涌保护装置，更具体地涉及包括热隔离开关和报警机构的电涌保护装置。
背景技术
过大的电压或电流经常施加在将电能输送到住宅和工商业设施的供电线上。这种过电压或过电流尖峰(暂态过电压和浪涌电流)例如可能由雷击引起。在电信分配中心、医院和其它设施中，上述事件可能特别地关系重大，在这些地方，由过电压和/或电流浪涌引起的设备损坏是不可接受的，并且导致的停电时间的成本可能很高。
典型地，可以使用电涌保护装置(spd)保护敏感的电子设备免于暂态过电压和浪涌电流。例如，过电压保护装置可以安装在所要保护的设备的电源输入处，以典型地在其故障时保护设备免于过电流。spd的典型故障模式是短路。典型使用的过电流保护是内部的热隔离开关(thermaldisconnector)和外部的熔断器的组合，该热隔离开关用于保护装置免于由于增大的泄漏电流而过热，该熔断器用于保护装置免于更高的故障电流。不同的spd技术可以避免使用内部的热隔离开关，因为在故障的情况下，它们将其工作模式变为低欧姆电阻。
在线路l(例如三相电源电路的电压线)中的浪涌电流的情况下，电力系统负载装置的保护可能需要为浪涌电流的过电流提供到地的电流通路。浪涌电流可能在线路l和中性线n(中性线n可以导电地耦合到接地pe)之间产生暂态过电压。由于暂态过电压显著超过spd的工作电压，spd将变得导电，允许过电流从线路l经过spd流到中性线n。当浪涌电流已经传导到中性线n时，过电压条件结束，spd可以再变得不导电。然而，在一些情况下，即使在比spd的工作电压更低的电压下，一种或多种spd也可能开始允许传导泄漏电流。这些条件可能在spd老化的情况下发生。
技术实现要素：
根据本发明的实施例，电涌保护装置(spd)模块包括模块壳体、安装在模块壳体中的第一和第二模块电端子、电连接在第一和第二模块电端子之间的过电压箝位元件和热隔离开关机构。热隔离开关机构就位成预备构型，其中，过电压箝位元件与第二模块电端子电连接。热隔离开关机构能够重新就位成使过电压箝位元件与第二模块电端子电分离。热隔离开关机构包括：电连接到过电压箝位元件的电极；分离弹簧，该分离弹簧在预备构型中弹性偏置和电连接到电极；焊合物，该焊合物在预备构型中将分离弹簧固定成与电极电连接；和散热构件，该散热构件热地插入电极和焊合物之间，散热构件具有热容量。焊合物可以响应于过电压箝位元件的过热而熔化。分离弹簧构造成在焊合物熔化时，使过电压箝位元件与第二模块电端子电分离。散热构件的热容量缓冲和消散来自于过电压箝位元件的热量，以防止焊合物响应于至少一些通过spd模块的浪涌电流而熔化。
在一些实施例中，散热构件的热容量在约0.2j/k至约2.0j/k的范围内。
在一些实施例中，散热构件的热容量至少是电极的热容量的约0.15倍。在一些实施例中，过电压箝位元件是变阻器。
根据一些实施例，散热构件贴附到电极，焊合物直接接合散热构件。在一些实施例中，散热构件通过铆钉贴附到电极。
根据一些实施例，电极包括接合过电压箝位元件的基部部分，和将基部部分连接到散热构件的整体式直立终端突片。
根据一些实施例，spd模块包括支承框架，支承框架包括整体式支承结构，该整体式支承结构构造成抵抗散热构件相对于分离弹簧的位移。
在一些实施例中，spd模块包括补充弹簧。在预备构型中，补充弹簧电连接到电极，向分离弹簧施加弹簧负载，并且提供热容量以冷却分离弹簧。
在一些实施例中，分离弹簧由具有大于300℃的软化温度的材料构成。
根据一些实施例，热隔离开关机构包括：第一故障保险机构，该第一故障保险机构包括焊合物和分离弹簧的接合焊合物的接触部分；和第二故障保险机构，该第二故障保险机构包括分离弹簧中的在分离弹簧的接触部分和近端部分之间的薄弱区域，其中，分离弹簧构造成响应于通过分离弹簧的电流而在薄弱区域处断裂。在一些实施例中，与近端部分的横截面积相比，薄弱区域具有减小的横截面积。在一些实施例中，spd模块包括补充弹簧，该补充弹簧向近端部分施加弹簧负载。
根据一些实施例，spd模块包括接触构件，其中：接触构件包括第二模块端子；分离弹簧贴附到接触构件。在一些实施例中，分离弹簧通过铆钉而粘合到接触构件。
根据一些实施例，spd模块包括指示器机构，该指示器机构构造成在热隔离开关机构使过电压箝位元件与第二模块电端子分离时，对spd模块已经故障提供报警。在一些实施例中，指示器机构包括本地报警机构，该本地报警机构包括：模块壳体中的窗口；可以相对于窗口在预备位置和指示位置之间移动的指示器构件；和指示器弹簧，该指示器弹簧构造成在热隔离开关机构使过电压箝位元件与第二模块电端子分离时，迫使指示器构件从预备位置到达指示位置。在一些实施例中，指示器机构包括远程报警机构，该远程报警机构包括：开关开口，该开关开口在模块壳体中，以从外部的基部组件接收开关销；覆盖开关开口的阻挡构件；和指示器弹簧，该指示器弹簧构造成在热隔离开关机构使过电压箝位元件与第二模块电端子分离时迫使阻挡构件远离开关开口，以允许开关销延伸穿过开关开口。
根据本发明的实施例，电涌保护装置(spd)模块包括模块壳体、安装在模块壳体上的第一和第二模块电端子、电连接在第一和第二模块电端子之间的过电压箝位元件和就位成预备构型的热隔离开关机构，其中，过电压箝位元件与第二模块电端子电连接。热隔离开关机构能够重新就位成使过电压箝位元件与第二模块电端子电分离。热隔离开关机构包括：电连接到过电压箝位元件的电极；分离弹簧，该分离弹簧在预备构型中弹性偏置并电连接到电极；包括焊合物的第一故障保险机构，该焊合物在预备构型中将分离弹簧固定成与电极电连接，其中：焊合物可以响应于过电压箝位元件的过热而熔化；分离弹簧构造成在焊合物熔化时使过电压箝位元件与第二模块电端子电分离；和包括分离弹簧中的薄弱区域的第二故障保险机构，其中，分离弹簧构造成响应于通过分离弹簧的电流而在薄弱区域处断裂，以使过电压箝位元件与第二模块电端子电分离。
根据本发明的方法实施例，一种用于构成电涌保护装置(spd)系统的方法包括提供spd模块，该spd模块包括：模块壳体；安装在模块壳体上的第一和第二模块电端子；和电连接在第一和第二模块电端子之间的过电压箝位元件。spd模块具有规定的最大连续工作电压(mcov)水平。spd模块具有规定的类型。该方法还包括提供spd基部，该spd基部包括：基部壳体；安装在基部壳体上的第一和第二基部电端子。spd基部具有规定的最大连续工作电压(mcov)水平。spd基部具有规定的类型。该方法还包括：在一所选位置将模块电压指示器构件安装在模块壳体上，其中，所选位置对应于spd模块的规定的mcov水平，并且是各自对应于不同的规定的mcov水平的多个可选位置中的一个；在一所选位置将模块类型指示器构件安装在模块壳体上，其中，所选位置对应于spd模块的规定的类型，并且是各自对应于不同的类型的多个可选位置中的一个；在一所选位置将基部电压指示器构件安装在基部壳体上，其中，所选位置对应于spd基部的规定的mcov水平，并且是各自对应于不同的规定的mcov水平的多个可选位置中的一个；和在一所选位置将基部类型指示器构件安装在基部壳体上，其中，所选位置对应于spd基部的规定的类型，并且是各自对应于不同的类型的多个可选位置中的一个。spd模块可以在安装位置被塞入spd基部中，其中，第一和第二模块电端子电接合第一和第二基部电端子，模块电压指示器构件与基部电压指示器构件配对，模块类型指示器构件与基部类型指示器构件配对。如果使用者试图将第二spd模块塞入spd基部中，而该第二spd模块具有就位成对应于与spd基部的mcov水平不同的mcov水平的模块电压指示器构件和/或就位成对应于与spd基部的类型不同的类型的模块类型指示器构件，则基部电压指示器构件和/或基部类型指示器构件将防止将第二spd模块安装在安装位置。
在一些实施例中，模块电压指示器构件和模块类型指示器构件各自包括整体式插脚，基部电压指示器构件包括整体式插座，该插座构造成接收模块电压指示器构件的插脚，基部类型指示器构件包括整体式插座，该插座构造成接收模块类型指示器构件的插脚。
通过阅读下面的优选实施例的附图和详细描述，该领域的普通技术人员将意识到本发明的其它特征、优点和细节，该描述只是本发明的示例。
附图说明
附图构成说明书的一部分，示出本发明的实施例。
图1是安装在din轨道上的根据本发明的实施例的spd组件的顶部、正面透视图。
图2是构成图1的一部分spd组件的spd模块的分解右前侧透视图。
图3是图2的spd模块的分解左后侧视图。
图4是构成图2的一部分spd模块的过电压箝位元件组件的分解右前侧视图。
图5是图4的过电压箝位元件组件的分解左前侧视图。
图6是图2的spd模块的左侧视图，其盖子被移除。
图7是图2的spd模块沿着图6的直线7-7的剖视图。
图8是图2的spd模块的正面底部透视图，其盖子被移除。
图9是图2的spd模块的右侧视图，其盖子被移除，并且其热隔离开关机构处于预备构型。
图10是图2的spd模块的右侧视图，其盖子被移除，并且其热隔离开关机构处于第一跳闸构型。
图11是图2的spd模块的右侧视图，其盖子被移除，并且其热隔离开关机构处于第二跳闸构型。
图12是构成图1的一部分spd组件的基部组件的分解正面右底部透视图。
图13是图12的基部组件沿着图1的直线13-13的剖视图。
图14是包括图1的spd组件的电路的示意性电路图。
图15是图2的模块的放大的片段后视图，示出其指示器插脚。
图16是图12的基部的放大的片段正视图，示出其指示器插座。
图17是根据本发明的另一实施例的弹簧/接触组件的透视图。
图18是图17的弹簧/接触组件的侧视图。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本发明，图中示出本发明的示意性实施例。图中，为了清楚，可能夸大区域或结构的相对尺寸。然而，本发明可以实施成多种不同的形式，而不应被解释成局限于本文提出的实施例；更确切地说，这些实施例被提供成使得本发明将彻底和完整，并且将向该领域的技术人员充分表达本发明的范围。
将理解，当一个元件被称为“耦合”或“连接”到另一元件时，它可以直接耦合或连接到另一元件，或也可以存在中间元件。与此相反，当一个元件被称为“直接耦合”或“直接连接”到另一元件时，不存在中间元件。在全文中，相似的附图标记指的是相似的元件。
另外，为了便于描述，本文可以使用诸如“下面”、“下方”、“下部”、“上面”、“上部”等空间相对术语来描述一个元件或结构与另一元件或结构如图所示的关系。将理解，除了图中所示的取向之外，空间相对术语意在包含装置在使用或工作中的不同取向。例如，如果图中的装置颠倒，被描述成在其它元件或结构“下面”或“下方”的元件将取向成在其它元件或结构“上面”。因此，示例性术语“下面”可以包含上面和下面的取向。装置可以以其它方式取向(旋转90度或其它取向)，本文使用的空间相对描述符被相应地解释。
为了简洁和/或清楚，可能不详细描述众所周知的功能或结构。
如本文所使用的那样，表述“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何或全部组合。
本文使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，不意在限制本发明。如本文所使用的那样，单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文以其它方式明确指出。还将理解，当在该说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括有”列举了存在的所述结构、完整物、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加一种或多种其它结构、完整物、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
除了以其它方式限定，本文使用的全部术语(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。还将理解，诸如常用词典中定义的术语那样的术语应当被解释成具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，而将不在理想化或过于正式的意义上被解释，除非本文明确地如此定义。
如本文所使用的那样，“单块体”意味着一种物体，该物体是由没有接头或焊缝的材料构成或组成的单个的单一件。可选择地，单一件可以是由在接头或焊缝处固定在一起的多个部分或部件组成的合成体。
参考图1-13，其中示出根据本发明的实施例的暂态电压浪涌抑制器(tvss)或电涌保护装置(spd)组件101和spd系统103。spd组件101和系统103包括spd模块100和底座或基部200。spd模块100插接式连接在基部200中。
根据一些实施例，如图所示，spd组件101构造成以及尺寸和形状被确定成安装在支承轨道10(例如图1所示的din轨道10)上，并且符合相应的可适用的din要求或标准。din轨道10可以固定(例如通过螺钉5或其它紧固件)到诸如墙壁w那样的适当的支承结构，例如供电设施柜的后壁。基部200可以移动式安装在din轨道10上。插接式电涌保护装置(spd)模块100可以移动式安装在基部200上。
在一些实施例中，spd组件101的最大尺寸符合下列din(deutschesinstitutfürnormunge.v，德国标准化学会)标准中的至少一个：din43880(1988年12月)。在一些实施例中，组件101的最大尺寸服从这些标准中的每个。
根据一些实施例，如图所示，轨道10是din轨道。即轨道10是这样一种轨道，该轨道的尺寸被确定成和构造成满足用于安装模块化电气设备的轨道的din规格。
din轨道10具有后壁12和从后壁12向外延伸的整体式纵向凸缘14。每个凸缘14包括向前延伸的壁部14a和向外延伸的壁部14b。壁部12、14一起构成纵向延伸的正面中心通道13和相对的纵向延伸的背面边沿通道15。安装孔16可以设置成完全延伸穿过壁部12和接收用于将轨道10固定到支承结构(例如墙壁或面板)的紧固件(例如螺纹紧固件或铆钉)。din轨道10限定了din轨道平面e-f，并且具有在平面e-f上延伸的纵轴线f1-f1。这种类型的din轨道可以被称为“礼帽”支承轨道。
根据一些实施例，轨道10是35mm(宽)的din轨道。根据一些实施例，轨道10由金属和/或复合或塑料材料构成。
组件100具有din轨道装置组件轴线a-a(图1)，该轴线a-a横向于并且在一些实施例中基本上垂直于din轨道10的轴线f1-f1延伸。在一些实施例中，din轨道安装轴线a-a横向于并且在一些实施例中基本上正交于din轨道10的平面e-f延伸。如本文所使用的那样，“正面”或“远端”指的是，当组件101安装在din轨道10上时，远离din轨道10的一端，“背面”或“近端”指的是靠近din轨道10的一端。
基部200(图1、12和13)包括背面的壳体件182b和正面的壳体件或盖子182a，该壳体件182b和182a共同构成壳体182。壳体182包括背面区段183a、上支柱或区段183b和下支柱或区段183c。壳体182限定了封闭的内部空间。根据一些实施例，壳体件182a、182b由电绝缘聚合物材料构成。
壳体件182a、182b可以由任何适当的材料或多种材料构成。在一些实施例中，各壳体件182a、182b由刚性聚合物材料或金属(例如铝)构成。适当的聚合物材料例如可以包括聚酰胺(pa)、聚丙烯(pp)、聚苯硫醚(pps)或abs。
din轨道接收通道182f被限定在背面区段183a的后侧接收。整体式轨钩结构182h位于通道182f的一侧，弹簧式din轨扣机构182g安装在通道182f的另一侧。结构和部件182f、182g、182h被构造成且尺寸被确定成将基部200固定地且可释放地安装在如该领域已知的标准din轨道10上。
在基部200的正面通过区段183a-c定义接收槽183d。接收槽183d具有正面的开口，并且在两侧都是开放的。接收楷183d从该开口沿着轴线a-a轴向延伸，结束在背面区段183a的正面侧。
基部端子电连接器组件184、186安装在上区段和下区段183b、183c中的每个中。各连接器组件184、186包括电缆夹连接器185a和端子接触连接器插座185b。在上区段和下区段183b、183c中的每个中限定电缆端口182c，以将电缆20、22的端子接收到相应的电缆夹连接器185a中。在各区段183b、183c中设置驱动器端口185c，以接收驱动器来操作相关联的电缆夹连接器185a的螺纹件(例如螺钉)185d。
在背面区段183a的正面或壁部中确定上接触开口和下接触开口182e。在背面区段183a的正面或壁部中还限定指示器插脚开口182v和182t。
电压指示器插座件或插件109v固定在(例如压配合到)开口182v中。类型指示器插座件或插件109t固定在(例如压配合到)开口182t中。插件109v和109t分别包括在其中限定的插座109vs和109ts。
开关188布置在壳体182中。开关188包括弹簧式远程控制销188a，该控制销188a从背面区段183a的正面向前突出。开关188还包括开关电子器件188b，该开关电子器件188b安装在pcb188e上，并且连接到控制销188a和输出电连接器188d。
spd模块100包括壳体110和布置在壳体110中的过电压箝位元件组件130、整体式热隔离开关机构140、整体式指示器机构170(包括本地报警机构170a和远程报警机构170b)、第一故障保险机构102和第二故障保险机构104，如下面更详细所述。spd模块100还包括电压指示器插脚件或插件106v、类型指示器插脚件或插件106t、灌封p(仅图7所示)、硅胶s、第一电接触构件166和第二电接触构件168。
壳体110包括内壳体件或框架114和外壳体件或盖子112，框架114和盖子112共同构成壳体110(图1-13)。壳体110限定了内室或腔体。
在盖子112的前壁上设置正面指示器开口或窗112b。指示器窗112b可以用于在视觉上指示模块100的状态变化，如下文所述。
框架114包括隔断壁116a，该隔断壁116a将相对的腔体118a和118b隔开。在隔断壁116a上限定电极槽120，电极槽120连接腔体118a和118b。框架114包括前壁116b和后壁116c。在后壁116c中限定开关开口122。针式插件106v和106t分别固定在(例如压配合到)后壁116c上的插座105v和105t中。
整体式加强结构124、整体式弹簧锚柱126a、整体式枢轴柱126b和弹簧支柱126c各自从隔断壁116a横向突出到腔体118b中。加强结构124具有基本上平面的平台或接合表面124a。
壳体件112、114可以由任何适当的材料或多种材料构成。在一些实施例中，各壳体件112、114由刚性聚合物材料构成。适当的聚合物材料例如可以包括聚酰胺(pa)、聚丙烯(pp)、聚苯硫醚(pps)或abs。
在一些实施例中，如图所示，过电压箝位元件组件130是包括变阻器132、第一电极134和第二电极136的变阻器组件。变阻器132具有相对的接触表面132a、132b。金属化层133覆盖接触表面132a、132b。第一电极134通过焊合物结合到接触表面132a的金属化层133，第二电极136通过焊合物结合到接触表面132b的金属化层133，从而电极134和136分别电连接到接触表面132a和132b。
第一电极134包括外围部分134a、交叉柱或支撑柱134b、和终端突片134c。第一电极134导电。在一些实施例中，第一电极134由金属构成。适当的金属可以包括镍黄铜或铜合金，诸如cusn6或cu-etp。在一些实施例中，第一电极134是单一件(合成体或单块体)，在一些实施例中，第一电极134是单块体。
第二电极136包括外围部分136a、交叉柱或支撑柱136b和终端突片138。终端突片138具有大体上平面的接触表面138a，该接触表面138a限定了突片平面t-t(图9)。在一些实施例中，突片平面t-t基本上正交于由接触表面132b限定的平面m-m(图7和9)。
第二电极136导电。在一些实施例中，第二电极136由金属构成。适当的金属可以包括镍黄铜或铜合金，诸如cusn6或cu-etp。在一些实施例中，第二电极136是单一件(合成体或单块体)，在一些实施例中，第二电极136是单块体。
变阻器132的厚度和直径将取决于具体应用所需的变阻器特性。在一些实施例中，变阻器132的宽度w1(图5)与厚度t1之比至少为2。在一些实施例中，变阻器132的厚度t1在约0.75至15mm的范围内。
变阻器132的变阻器材料可以是通常用于变阻器的任何适当的材料，即，随着施加的电压显示出非线性电阻特性的材料。在一些实施例中，变阻器132是金属氧化物变阻器(mov)。优选地，当超过规定的电压时，电阻变得非常低。变阻器材料例如可以是掺杂金属氧化物或碳化硅。适当的金属氧化物包括锌氧化物。
变阻器组件130包含在腔体118a中，使得终端突片138延伸穿过槽120并进入腔体118b。硅胶s包围槽120。腔体118a中的剩余空间填充有灌封p。硅胶s防止灌封进入槽120周围的区域，从而灌封不侵入腔体118b中，灌封在该腔体118b中可能妨碍腔体118b中存在的接合和机构。
热隔离开关机构140包括散热构件142、分离弹簧150、补充弹簧160和焊合物层148。
散热构件142具有相对的内表面和外表面142a和142b。散热构件142贴附在突片138的表面138a上，以在突片138和散热构件142的内表面142a之间提供良好的导电性和导热性。散热构件142可以通过任何适当的技术固定到突片138。在一些实施例中，如图所示，散热构件142通过多个铆钉144固定到突片138。在突片138上设置有孔138a，以接收和固定铆钉144。在一些实施例中，散热构件142通过多个tox或弯头铆钉固定到突片138。在一些实施例中，散热构件142通过焊接固定到突片138。
如本文所使用的那样，术语“热容量”意味着物体的材料的比热乘以物体的材料的质量的结果。即，热容量是使物体的1克材料升高1摄氏度所需的能量乘以物体中材料的质量。
根据一些实施例，散热构件142的热容量在从约0.2至2.0焦耳/开尔文(j/k)的范围内。
根据一些实施例，散热构件142的热容量基本上大于第二电极136的热容量。根据一些实施例，散热构件142的热容量基本上小于第二电极136的热容量。根据一些实施例，散热构件142的热容量至少是第二电极136的热容量的0.15倍，在一些实施例中，在第二电极136的热容量的约0.15至2.5倍的范围内。
根据一些实施例，散热构件142的热容量基本上大于电极突片138的热容量。根据一些实施例，散热构件142的热容量至少是电极突片138的热容量的3倍，在一些实施例，在电极突片138的热容量的约3至10倍的范围内。
根据一些实施例，散热构件142的热容量基本上大于分离弹簧150的接触部分154b(下文讨论)的热容量。根据一些实施例，散热构件142的热容量至少是接触部分154b的热容量的3倍，在一些实施例中，在接触部分154b的热容量的约3至10倍的范围内。
根据一些实施例，散热构件142的热容量基本上大于电极突片138和接触部分154b的组合热容量。根据一些实施例，散热构件142的热容量至少是电极突片138和接触部分154b的组合热容量的3倍，在一些实施例中，在电极突片138和接触部分154b的组合热容量的从约3至8倍的范围内。
根据一些实施例，散热构件142具有在约0.5至2.5g的范围内的质量。根据一些实施例，散热构件142的质量在电极突片138的质量的约0.2至10倍的范围内。在一些实施例中，在电极突片138的质量的约5至10倍的范围内。
根据一些实施例，散热构件142由金属构成。在一些实施例中，散热构件142由从包括铜、黄铜或其它适当的铜合金或具有适当的热容量和导热性的其它金属或合金的组中选择的金属构成。
根据一些实施例，构成散热构件142的材料的比热容在约100至1200j/kg-k的范围内。
散热构件142可以通过任何适当的技术构成。在一些实施例中，散热构件142是单块体。
在一些实施例中，散热构件142由具有至少约200w/mk的导热性的材料构成。
在一些实施例中，散热构件142由具有至少约2.5×107s/m的电导率的材料构成。
分离弹簧150包括基部支柱152和悬臂式自由支柱154，该自由支柱154通过倒圆的弯曲件153连接到基部支柱152。自由支柱154包括接近弯曲件153的下部154a和远离弯曲件153的上部接触部分154b。接触部分154b包括朝向散热构件142的内接触面。薄弱区域156在弹簧150中位于下部154a和接触部分154b之间。薄弱区域156包括限定在弹簧150的侧边缘上的凹口156a。因此，弹簧150在薄弱区域156处具有减小的横截面积。
根据一些实施例，弹簧150具有在约0.2mm至1mm的范围内的厚度t2(图9)。根据一些实施例，弹簧150的厚度t2从头到尾基本上是均匀的。
根据一些实施例，弹簧150具有在约3mm至10mm的范围内的宽度w2(图7)。根据一些实施例，弹簧150的宽度w2从头到尾基本上是均匀的。
根据一些实施例，下部154a的长度l2a(图2)在约15mm至35mm的范围内。
根据一些实施例，接触部分154b的长度l2b(图2)在约2mm至15mm的范围内。
弹簧150可以由任何适当的材料构成。在一些实施例中，弹簧150由金属构成。适当的金属材料例如可以包括cusn0.15合金(青铜)、镍黄铜、cusn6、cu-etp、无氧铜。根据一些实施例，弹簧150在预备位置(图9)具有在约5n至30n的范围内的回复力。根据一些实施例，弹簧由具有大于300℃的软化温度的材料(例如金属)构成。在一些实施例中，弹簧150是单一件(合成体或单块体)，在一些实施例中，弹簧150是单块体。在一些实施例中，弹簧150由片状金属构成(例如切割和弯曲而成)。
根据一些实施例，弹簧150具有至少14nω·m(在20℃下)的电导率。
补充弹簧160包括基部支柱162和悬臂式自由支柱164，该自由支柱164通过倒圆的弯曲件163连接到基部支柱162。自由支柱164从弯曲件163延伸到远处的终端164a。终端164a定位成靠近薄弱区域156。自由支柱164大体上可以与下部支柱154a具有同等的延伸范围。
根据一些实施例，弹簧160具有在约0.2mm至0.9mm的范围内的厚度t3(图9)。根据一些实施例，弹簧160的厚度t3从头到尾基本上是均匀的。
根据一些实施例，弹簧160具有在约3mm至10mm的范围内的宽度。根据一些实施例，弹簧160的宽度从头到尾基本上是均匀的。
根据一些实施例，自由支柱164的长度在约5mm至15mm的范围内。
弹簧160可以由任何适当的材料构成。在一些实施例中，弹簧160由金属构成。适当的金属材料例如可以包括cusn0.16合金(青铜)、cusn6、cu-etp、无氧铜。根据一些实施例，弹簧160在预备位置(图9)具有在从约0.5n至5n的范围内的回复力。在一些实施例中，弹簧160由具有大于300℃的软化温度的材料(例如金属)构成。在一些实施例中，弹簧160是统一件，在一些实施例中，弹簧160是单块体。在一些实施例中，弹簧160由片状金属构成(例如切割和弯曲而成)。在一些实施例中，弹簧160由与弹簧150的材料不同的材料构成。
根据一些实施例，弹簧160具有至少14nω·m(在20℃下)的电导率。
第一电接触构件166(图4)包括基部166a和整体上呈u形的端子连接器166b。基部166a例如在接头j1处通过焊接或熔焊固定到第一电极134的接触突片134c。
在制造期间，当构成接头j1时，可以调节或改变部件134c和166a的相对位置。例如，接触构件166相对于第一电极件134的横向位置可以被调节和然后固定(例如通过焊接或熔焊)，以容纳具有不同厚度的变阻器132。这种浮动接触或接头可以允许使用相同的电极134来装配具有不同厚度的变阻器132。
第二电接触构件168(图3)包括基部168a和整体上呈u形的端子连接器168b。弹簧150和160通过铆钉169固定到基部168a。由此装配的弹簧150、160和基部168a共同构成弹簧/接触子组件151。
接触构件166、168可以由任何适当的材料构成。在一些实施例中，接触构件166、168由金属构成。适当的金属材料例如可以包括镍黄铜、cusn0.15、cusn6、cup0.008。在一些实施例中，各接触构件166、168是单一件，在一些实施例中是单块体。
焊合物148可以由任何适当的材料构成。在一些实施例中，焊合物148由金属构成。适当的金属材料例如可以包括58bi42sn。
根据一些实施例，焊合物148被选择为，其熔点高于规定的最大标准工作温度，但是低于或等于规定的断开温度。最大标准工作温度可以是在正常工作期间(包括在模块100的设计范围内处理过电压浪涌)，在焊合物148中预期的最高温度。规定的断开温度是焊合物148的温度，焊合物148在该温度下将要释放弹簧150，以致动第一故障保险机构102。
根据一些实施例，焊合物148具有在约109℃至160℃的范围内的熔点，在一些实施例中，在约85℃至200℃的范围内。
根据一些实施例，焊合物148具有在约100西门子/米(s/m)至200s/m的范围内的电导率，根据一些实施例，在从约50s/m至500s/m的范围内。
根据一些实施例，焊合物层148具有在约0.05mm至0.5mm的范围内的厚度t4(图9)。根据一些实施例，厚度t4从头到尾基本上是均匀的。
根据一些实施例，焊合物层148具有在约25mm2至45mm2的范围内的面积。根据一些实施例，焊合物层148覆盖散热构件142和接触部分154b之间的重叠面积的至少约85％。
指示器机构170包括摆臂172、指示器梭或元件174和指示器弹簧176。摆臂172包括枢轴孔172a，触发器支柱172b、指示器支柱172c和开关支柱172d从该枢轴孔172a径向延伸出。在开关支柱172d上设置整体式弹簧锚柱172e。
指示器支柱172c上的支柱172f将指示器构件174耦合到支柱172c。指示器构件174包括指示器表面174a。指示器构件174可滑动地固定到轨道或框架前壁116b，以沿着指示器轴线i-i(图9)滑动。
指示器弹簧176在两端处固定到锚柱172e和锚柱126a，并且被弹性拉伸，从而其在开关支柱172d上施加持久的牵引力。
摆臂172和指示器构件174可以由任何适当的材料构成。在一些实施例中，部件172、174由刚性聚合物材料构成。适当的聚合物材料例如可以包括聚酰胺(pa)、聚丙烯(pp)、聚苯硫醚(pps)或abs。
当模块100装配成预备构型时(如图7-9所示)，分离弹簧150弹性弯曲、变形或偏置，从而其在焊合物148上持久地施加偏置负载，沿着释放方向dr将其拉离散热构件142。补充弹簧160同样弹性弯曲、变形或偏置，从而其沿着释放方向dr持久地施加抵抗分离弹簧150的偏置负载。
在预备构型中，摆臂172通过分离弹簧150锁定在图9所示的位置。指示器弹簧176弹性延长或拉伸，从而其持久地施加偏置负载，沿着枢转方向dp(即朝向前壁116b)拉动支柱172d。指示器构件174由此固定在预备位置，其中，指示器表面174a不与窗口112b对齐，并且通过窗口112b不可见。
可以根据本发明的方法如下使用系统101。
参考图14，其中示出示意性电路15，在该电路15中可以使用一个或多个spd组件101。spd组件101可以安装在din轨道10上(图1)。所示电路15是使用“3+1”保护配置的三相系统。在所示电路15中，存在三个spd组件101(分别用s1、s2、s3标出)，各spd组件101连接在各自的线路l1、l2、l3和n之间(即l-n)。附加的spd模块spe连接在n和pe之间(即n-pe)。spd模块spe可以通过局部接地端子ebb(例如等电位联结母线)连接到pe。spd模块spe还可以是本文所述的spd组件101。各线路l1、l2、l3可以设置有主断路器或熔断器fm和外部的隔离开关，例如线路和其spd组件s1、s2、s3之间的补充熔断器fs。在其它实施例中，一个或多个spd组件s1、s2、s3、spe可以具有与本文公开的spd组件101不同的结构。
下文将描述spd组件s1的工作和线路l1上的情况或暂态过电压事件。然而，将意识到，该描述同样适用于spd组件s2、s3和线路l2、l3。
在变阻器132故障的情况下，故障电流将在相应的线路(例如图14的线路l1)和中性线n之间传导。如众所周知的那样，变阻器具有固有标称箝位电压vnom(有时称为“击穿电压”或简称“压敏电压”)，变阻器在该vnom下开始导电。在vnom以下，变阻器实际上不导电。在vnom以上，变阻器将导电(即泄漏电流或浪涌电流)。典型地规定变阻器的vnom为在1ma的直流电流下，变阻器两端的测量电压。
如众所周知的那样，变阻器具有三种工作模式。在第一正常模式(如上所述)中，变阻器实际上是电绝缘体，直到标称电压。在第二正常模式(也如上所述)中，当变阻器经受过电压时，变阻器在过电压情况期间暂时且可逆地变成导电体，并且在在过电压情况之后返回第一模式。在第三模式(所谓的寿命终止模式)中，变阻器实际上被耗尽，并且变成永久不可逆的导电体。
变阻器还具有固有箝位电压vc(有时简称为“箝位电压”)。箝位电压vc被定义为当根据标准协议向变阻器施加规定的电流一段时间时，变阻器两端的最大测量电压。
在没有过电压条件时，变阻器132提供高电阻，使得几乎没有电流流经模块100，如同其在电学上显示为开路。即变阻器通常几乎不通过电流。在过电流浪涌事件(典型地是短暂的；例如雷击)或超过vnom的过电压情况或事件(典型地在持续时间上比过电流浪涌事件更长)的情况下，变阻器片的电阻迅速减小，允许电流流经模块100，产生用于使电流流过的分路，以保护相关电力系统的其它部件。通常，变阻器从这些情况下恢复，而模块100不明显地过热。
变阻器具有多种故障模式。故障模式包括：1)变阻器故障成短路；和2)变阻器故障成线性电阻。可能由传导具有足够大小和持续时间的一次或多次浪涌电流或由一次或多次连续的过电压事件(该过电压事件将驱使足够的电流通过变阻器)导致变阻器故障成短路或线性电阻。
短路故障典型地表现为延伸穿过变阻器厚度的局部针孔或击穿点(本文中的“故障点”)。该故障点产生使电流在两个电极之间流动的通路，这两个电极的电阻较低，但是足够高到即使在低故障电流下也产生欧姆损耗和导致装置过热。通过变阻器的足够大的故障电流能够使故障点的区域中的变阻器熔化和产生电弧。
作为线性电阻的变阻器故障将导致有限的电流传导通过变阻器，这将导致热量积聚。该热量积聚可能导致灾难性热逃逸，装置温度可能超过规定的最大温度。例如，可能通过准则或标准来设置装置外表面的最大可允许温度，以防止相邻的部件燃烧。如果在一段时间内不中断泄漏电流，过热将最终导致变阻器故障成如上所述的短路。
在一些情况下，通过故障变阻器的电流还可能受到电力系统自身(例如系统中的地电阻，或在光伏(pv)电源应用中，故障电流取决于系统在故障时刻的发电容量)的限制，导致温度逐渐升高，即使变阻器故障是短路。存在这样的情况，其中，例如由于电力系统故障导致的时间延长的过电压条件，有限的泄漏电流流经变阻器。这些条件可能导致装置中的温度升高，例如当变阻器故障成线性电阻并且可能导致变阻器如上所述故障成线性电阻或短路时。
如上所述，在一些情况下，模块100可以呈现“寿命终止”模式，其中，变阻器132完全或部分耗尽(即处于“寿命终止”状态)，导致寿命终止故障。当变阻器达到其寿命尽头时，模块100将基本上变成具有非常低但非零的欧姆电阻的短路。因此，在寿命终止条件下，即使没有过电压条件，故障电流也将连续地流经变阻器。
在使用中，基部200安装在din轨道10上，如图1所示。din轨道10被接收在通道182f中，通过轨钩182h和锁闩机构182g固定。
电缆20、22(图1中虚线所示)被插入穿过电缆端口182c并固定在电缆夹连接器185a。在一些实施例中，电缆20连接到线路l1，电缆22连接到保护接地(pe)。
模块100然后通过正面开口在沿着轴线a-a的插入方向上轴向塞入或插入接收槽183d中。将模块100向后推入接收槽183d中，直到模块100的后端基本上接合背面壳体区段183a的正面，如图1所示。
将模块100插入槽183d中导致端子166b和168b沿着插入轴线i-i被插入插座184b和186b中。将模块100插入槽183d中还导致插脚106vp和106tp分别插入插座109vs和109ts中，如下文更加详细所述。
由于热隔离开关机构140处于其预备位置，指示器构件174保持在内缩位置(图8和9)。另外，当模块100被插入接收槽183d中时，远程控制销188a由此插入并延伸穿过端口122，但是受到覆盖端口122的支柱172d的端部172g按压。模块100由此通过按压的远程控制销188a提供模块100已经位于基部200中且模块100处于其预备或工作(未故障)条件的反馈。
通过相反地执行上述过程可以从基部200释放和移除模块100。可以多次重复上述将模块100或其它适当构造的模块安装到基部200和从基部200移除的步骤。例如，在模块100的变阻器132降级或破坏或不再具有适合于预期应用的规格的情况下，可以使用新的或适当构造的模块代替模块100。
根据变阻器132的状态和外部事件情况，spd组件101具有多种工作模式。
在一些模式中，第一故障保险机构102通过加热焊合物148工作，直到焊合物熔化，允许弹簧150、160的弹性弹簧负载导致接触部分154b从散热构件142拉开并由此失去与电极136的电连接。变阻器132由此从接触构件168电分离，在端子166b、168b之间产生开路。
在一些模式下，第二故障保险机构104通过在薄弱区域156处加热弹簧150工作，直到薄弱区域足够热软化，以允许弹簧150、160的负载导致弹簧150在薄弱区域156处断裂。接触部分154b可以通过焊合物148保持贴附到散热构件142，但是将下部154a从接触部分154b拉开并由此失去与电极136的电连接。变阻器132由此从接触构件168电分离，在端子166b、168b之间产生开路。
在正常工作(本文称为模式1)期间，模块100起到中性电缆20和pe电缆22之间的开路的作用。热隔离开关机构140保持在预备位置(图8和9)，分离弹簧150的接触部分154b通过焊合物148粘合到散热构件142并与其电连接。在该正常模式下，变阻器132是绝缘体，直到标称箝位电压vnom(因此，spd模块100也是绝缘体)。在该模式下，故障保险机构102、104未致动(即热隔离开关140保持在预备位置(图8和9))。
在线路l1中的暂态过电压或浪涌电流的情况下，电力系统负载装置的保护可能必需为浪涌电流的过电流提供到地的电流通路。浪涌电流可能在线路电缆20和pe电缆22之间产生暂态过电压，该暂态过电压可能克服变阻器132的绝缘。在该事件和模式下(本文称为模式2)，变阻器132经受超过vnom的过电压，暂时地、可逆地变成低电阻导电体。变阻器132然后将转移、分流或允许高浪涌电流或脉冲电流短时间内从线路电缆20经过接触构件166、经过连接器184、经过电极134、经过变阻器132、经过电极136、经过散热构件142、经过焊合物148、经过弹簧150、160、经过接触构件168、经过连接器186流入保护接地电缆22。
在模式2中，故障保险机构102不工作，因为过电压事件持续时间很短，由浪涌电流产生的热量不足以熔化焊合物148。变阻器132(例如由欧姆损耗)产生的热量被传递到散热构件142并在散热构件142中被吸收或缓冲并消散，而不使焊合物148的温度升高得足够高以使焊合物148熔化到破坏弹簧150和散热构件142之间的粘合的程度。散热构件142可以减弱从变阻器132到焊合物148的热传递，从而焊合物148的温度不超过焊合物148的熔点。散热构件142可以缓冲来自于变阻器132的热量。如本文所使用的那样，缓冲热量意味着散热构件142暂时存储热量。这允许热量消散到环境中而不是焊合物148中。另外，散热构件142延伸、延长或伸长从电极134到焊合物148的热传递路径，由此延长弹簧150跳闸所需的时间，并且扩大热量消散的表面积。
在模式2中，故障保险机构104不工作，因为弹簧150中产生的热量不足以使薄弱区域156削弱到断裂的程度。
如果浪涌或脉冲电流低于spd模块100额定的最大浪涌/脉冲电流，外部熔断器fs将不熔断，变阻器132将保持功能性。在这种情况下，由于故障保险机构102、104不跳闸，spd模块100可以保持就位以用于未来的过电压事件。
如果浪涌或脉冲电流超过spd模块100额定的最大浪涌/脉冲电流，熔断器fs典型地将熔断或跳闸。变阻器132也将内部故障为短路(有针孔)或具有有限的电阻。在这种情况下，工作模式将是故障模式，如下面对于模式3、4或5的所述。
在第三模式(图3)中，变阻器132是寿命终止模式，在线路l1和pe之间具有低的泄漏电流。变阻器132故障为线性电阻。该类变阻器故障可以是多个浪涌/脉冲电流的结果。泄漏电流通过欧姆损耗在变阻器132中产生热量。在一些情况下，泄漏电流在正常工作期间产生，并且很低(从约0至0.5a)。变阻器132中产生的热量使变阻器132逐渐老化，并且随着延长的持续时间而积聚。
在模式3中，故障保险机构102工作。更具体地，热量(例如来自于变阻器132中的欧姆损耗)从变阻器132传递到电极136、到散热构件142，然后到焊合物148。经过延长的时间周期(例如在从约60秒至48小时的范围内)，热量在散热构件142和焊合物148中积聚，直到焊合物148熔化。熔化的焊合物148将弹簧150释放到打开或释放构型，以打开spd模块100中的电路，如图10所示。由此防止变阻器132破坏性的过热。
在模式3中，故障保险机构104不工作，因为弹簧150中产生的热量不足以使薄弱区域156削弱到断裂的程度。
在模式3中，必须更换spd模块100，因为故障保险机构102已经跳闸。
在第四模式(模式4)中，变阻器132处于良好的情况(即不处于寿命终止条件)，但是存在暂态过电压(tov)事件，其中，端子166b、168b两端的电压迫使变阻器132传导增加的泄漏电流(典型地，在从约0至10a的范围内)。该泄漏电流使热量在一段持续时间内(例如在从约5秒至120分钟的范围内)积聚，该持续时间比在模式3中触发故障保险机构102的泄漏电流的持续时间更短，但是比在模式2中由变阻器132传导的脉冲电流的持续时间长得多。
在模式4中，故障保险机构102跳闸(即，焊合物148释放弹簧150)，以与如模式3所述相同的方式打开穿过spd模块100的电路，如图10所示。
在模式4中，故障保险机构104不工作，因为弹簧150中产生的热量不足以使薄弱区域156削弱到断裂的程度。
在模式4中，必须更换spd模块100，因为故障保险机构102已经跳闸。
在第五模式(模式5)中，变阻器132作为短路或线性电阻而处于寿命终止模式，其允许将电流从电源传导穿过其中。传导电流的值可以介于约10amps和电源的最大短路电流(应当小于spd模块100的短路电流额定值)之间。这取决于电气装置的具体构型和变阻器故障的严重性。
对于模式5，存在两种操作位用于保护spd模块100的机构：即，如上所述的外部熔断器fs和故障保险机构104。对于介于10amps和中级电流水平(典型地是外部熔断器fs的额定值的5倍)之间的电流水平，故障保险机构104跳闸。对于更高的电流水平，外部熔断器fs将首先跳闸以保护spd100。例如，对于高达1000a的电流水平，可以通过故障保险机构104保护spd100，对于高达25ka的电流水平，可以通过200a的外部熔断器fs保护spd100。
在模式5中，对于中级电流，电流水平不足以高到在合理的时间内(例如在从约50ms至5000ms的范围内)使外部熔断器fs跳闸。另外，故障保险机构102太慢，不能保护spd模块100。等到故障保险机构102跳闸，将对spd模块100产生显著的内部损坏。
因此，在模式5中，故障保险机构104跳闸，以开断通过spd模块100的电流，如图11所示。更具体地，电流在薄弱区域156处加热弹簧150，直到弹簧150、160的负载导致弹簧150在薄弱区域156处断裂，在电极之间产生使相关联的电弧熄灭所需的距离。由于薄弱区域156处的导电横截面积小于弹簧150的其余部分的导电横截面积，且由于散热构件142和补充弹簧160有效地补充了弹簧150的其余部分的导电横截面积，并且由于补充弹簧160和用作散热器的散热构件142使弹簧150的其它的其余部分冷却，弹簧150将在薄弱区域156处不成比例地加热和削弱。变阻器132由此与接触构件168电分离，在端子166b、168b之间产生开路。在发生任何内部故障之前，仅故障保险机构104及时工作并使spd100断开。
可选择地，可以使用额定值更低的熔断器fs，使得即使在中级电流水平下，熔断器fs也将更快跳闸并保护spd100。例如，可以使用10a的熔断器fs，并且可以省略故障保险机构104。但是由此，这种额定值更低的熔断器fs将在浪涌/脉冲电流低于spd100实际上能够承受的水平时跳闸。因此，通过使用故障保险机构104，扩展了spd100在浪涌/脉冲电流中的性能。
如上所述(通过致动故障保险机构102或故障保险机构104)释放分离弹簧150还致动本地报警机构107。弹簧150、160沿着释放方向dr的位移使摆臂支柱172b摆脱弹簧150、160。弹簧176沿着枢转方向dp(图9)将摆臂172从锁定位置(图7-9)驱动到指示位置(图10和11)。弹簧176由此驱动指示器构件174在信号方向ds(图9)上沿着轨道116b滑动。指示器构件174由此位移到如图10或11所示的报警位置，其中，指示器表面174a与模块壳体110的正面窗口112b对齐，并且通过正面窗口112b可见。指示器表面174a具有通过正面窗口112b的与壳体指示器表面116c明显不同的视觉外观，提供视觉报警或指示，从而操作员可以容易地确定本地报警机构107已经激活。例如，壳体指示器表面116c和指示器表面174a可以具有不同的颜色(例如绿对红)。以这种方式，本地报警机构107可以对模块100已经呈现其开路构型或状态提供方便的指示。
如上所述释放摆臂172还致动了远程报警机构108。在模块100的预备位置，开关支柱172d的端部172g覆盖背面的开口122，从而基部200的开关销188a保持被压缩。当摆臂172枢转到指示位置时，开关支柱172d移动远离背面的开口122，使得不再覆盖背面端口122。由此允许开关销188a穿过开口122进一步延伸到模块100中，延伸到报警信号位置。远程销188a连接到开关电子器件188b或传感器，其检测销188a的位移，并经由连接器188d向远程装置或终端提供电信号。以这种方式，远程报警机构108可以对模块100已经呈现其开路构型或状态提供方便的远程指示。
如上所述，在电流流经变阻器132时，热隔离开关机构140响应于spd模块100中的温度上升，将变阻器132从电力线路隔离。通常，热隔离开关机构140可以构造成令人满意地平衡spd组件100和熔断器fs对脉冲或浪涌电流与泄漏电流的响应。变阻器132的故障模式可能是上述模式中的一种，例如：变阻器132的逐渐老化，这将在正常工作中导致增大的泄漏电流(例如0-0.5a)；暂态过电压(tov)事件，这将导致增大的泄漏电流传导(例如0.5a-10a)；或变阻器132短路，这可能导致明显的电流传导(几安培，直到电力线路的完全预期短路电流，例如高达200ka)。
当变阻器132具有增大的泄漏电流传导时(上述模式3和4)，变阻器132将在一段延长的时间内逐渐过热。最终，热隔离开关机构140将由此对变阻器132通过电极突片138和散热构件142传递到焊点j2的温升作出反应。对于变阻器132的给定的温度曲线，热隔离开关机构140将对此事件作出反应的速度取决于热隔离开关机构140的部件的材料、焊合物148的熔点和散热构件142的质量和形状。这些参数，包括散热构件142的热容量，可以被选择以调整热隔离开关机构140对不同事件描述或事件类型的响应。
另外，热隔离开关机构140的反应时间不应当太快，因为在变阻器132传导具有增大的能量的浪涌电流的情况下，即使变阻器132未受损坏，变阻器132将过热且隔离开关机构140可能跳闸。因此，希望或必须精细调整热隔离开关机构140的反应时间。因此，对于在spd模块100可能面对的全部种类的事件/风险过程中的合适操作，选择组成热隔离开关机构140的元件的材料和形状很重要，并且可能很关键，因为反应时间取决于该选择。
在变阻器132突然故障成短路期间，通过变阻器132的电流可能从中级数值(几ka)达到电力线路的最大短路电流。对于中级电流值，典型地，热隔离开关的薄弱位置156将首先过热、熔化和经由第二故障保险机构104断开电流。这是由于热隔离开关机构140的薄弱位置156具有高电阻的减小的横截面积。薄弱区域156的材料的选择对于其快速响应时间也很重要，如在热隔离开关机构140的第二故障保险机构104必须非常快速反应的情况下那样。第二故障保险机构104不响应于浪涌电流，因此其响应时间没有下限。另外，如果第二故障保险机构104的反应不够快速，spd模块100可能由于传导高电流而损坏。另外，在这些事件期间，焊合物148将不熔化，因为第一故障保险机构102花费了较长的时间响应(秒)，而第二故障保险机构104更快速地执行，薄弱位置156将在几毫秒(ms)内熔化。
当短路电流足够高时，通过外部熔断器fs保护spd模块100。通常，当短路电流足以使熔断器fs跳闸时，外部熔断器fs将跳闸。当短路电流不足以使熔断器fs跳闸时，热隔离开关机构140(第一故障保险机构102或第二故障保险机构104)将跳闸。
如上所述，希望焊合物148不响应于模式2或模式5而熔化和释放弹簧150。在没有散热构件142时，将必须使用具有较高的熔点的焊合物148，以防止焊合物148响应于模式2事件而熔化和释放弹簧150。这是因为变阻器132中产生的热量(热能)将经由电极突片138较快地传递(传导)到焊合物148，以较少的时间和表面积来散热，由此使焊合物148升高到其熔点以上。
然而，由于散热构件142被设置在变阻器132和焊合物148之间，来自于变阻器132的热量被散热构件142吸收和缓冲，这提供了热容量。由于散热构件142基本上具有比电极突片138更大的热容量，响应于从变阻器132传递的热量时，散热构件142的温度增加得基本上比电极突片138自身增加得更少。该热量的一部分转而传递到焊合物148，一部分随着时间(例如通过辐射和对流)消散到环境空气中。因此，允许冷却电极136，焊合物148的温度不由于模式2事件而超过焊合物熔点。即，尽管变阻器132的发热曲线保持不变，传递到焊合物148的热量曲线和焊合物148的温度曲线减弱或衰减，从而焊合物148的温度保持低于其熔点。散热构件142由此用于调节从变阻器132到焊合物148的热传递。
另一方面，希望焊合物148响应于模式3或模式4事件而熔化和释放弹簧150。由于传递到焊合物148的热量如上所述通过散热构件142衰减，可以使用具有较低熔点的焊合物148，而没有第一故障保险机构102将被模式2事件跳闸的风险。使用较低熔点的焊合物148可以是有利的，因为它使得第一故障保险机构102能够在spd模块100的较低的规定温度下致动，由此防止spd模块100进一步过热。
在一些实施例中，如图所示，散热构件142是独立部件，与电极突片138分离地构成并且固定到电极突片138。该结构可以具有多个优点。
在一些情况下，可能希望用与电极突片138不同的材料构成散热构件142。例如，可能希望用第一材料构成散热构件142，该第一材料与焊合物148良好地粘合且具有优选的热性能(例如，比焊合物148的材料更大的比热容)，和用第二材料构成电极突片138，该第二材料较廉价或以其它方式更适合于构成电极136。通过将散热构件142和电极突片138构成为单独的部件，散热构件142和电极突片138可以由彼此不同的材料构成和由最适合于其各自的功能的材料构成。
将散热构件142构成为独立部件可以使得模块100的制造更容易和/或更廉价。例如，散热构件142可以提供所需的热质量和容量，同时允许电极突片138与电极136的其余部分单一地构成(例如通过冲压和弯曲金属板)。
独立的散热构件142可以在spd模块100的设计中提供柔性。可以根据模块100的期望性能特征选择具有不同尺寸和材料的散热构件142。例如，如果希望通过在散热构件142中缓冲更多来自于变阻器132的热量，提供更大的时间延时来致动第一故障保险机构102，可以使用具有更大的热容量和/或散热表面积的散热构件142。
整体式电极突片加强结构或柱124机械支承或强化电极突片138、散热构件142和弹簧接触部分154b，以抵抗这些部件的变形或偏置，该变形或偏置可能损坏焊接接头j2。在没有结构124时，可能通过由浪涌电流在电极136上产生的电动负载引起这种变形或偏置。
电极134、136的形状可以在电极134、136和金属化层133之间提供良好的电接触，同时使所需材料最少。电极134、136可以容纳和有效地覆盖和接触具有一定尺寸范围的mov(例如75v至880v)。对角线式交叉柱134b、136b可以抵抗由浪涌电流在电极136上产生的电动负载在电极134、136和变阻器132中引起的变形或偏置。特别地，交叉柱136b可以抵抗电极突片138的旋转或其它相对位移。
在一些实施例中，散热构件142通过多个接附点固定到电极突片138。例如，在所示实施例中，散热构件142通过两个铆钉144固定到电极突片138。多个接附点可以抵抗散热构件142和突片138之间的相对位移，其可能以其它方式由浪涌电流在电极136上产生的电动负载引起。
补充弹簧160用作散热构件，以在高电流流经弹簧150、160时为分离弹簧150提供冷却。弹簧160还增大了spd模块100的短路容量。弹簧160在弹簧150(以及由此薄弱区域156和焊接接头j2)上提供附加的偏置力。由于弹簧160结束在薄弱区域156下面，因此弹簧160不增加薄弱区域156的有效横截面积。
由于补充弹簧160是与分离弹簧150分离地构成的独立部件，弹簧150和160可以各自由最适合于其各自的功能的材料和尺寸构成。同样，可以更加成本有效地制造spd模块100。
在一些实施例中，当隔离机构140处于预备位置时，弹簧150、160一起在焊合物148上施加在从约0.5n至1.5n的范围内的弹簧力。
在一些实施例中，模块100是i级电涌保护装置(spd)。在一些实施例中，模块100符合iec61643-11基于由iec61643-11中8.1.1条限定的脉冲放电电流波形(通常称为10/350微秒(“μs”)电流波形(“10/350μs电流波形”))对spd的“i级试验的补充负载试验”(8.3.4.4条)。10/350μs电流波形的特征可以在于这样的电流波，其中，在约10μs达到最大电流(100％)，电流在约350μs是最大值的50％。在10/350μs电流波形下，对spd的电荷转移量q和比能w/r应当与根据一种或多种标准的峰值电流相关。例如，下表1示出iec61643-11对于i级spd试验的参数：
表1i级spd试验的参数
希望spd模块具有小的外形规格。特别地，根据1992年11月1日发布的din标准43871，在一些应用中，希望各spd模块具有1te的尺寸。根据一些实施例，模块100具有与轴线f1-f1平行的约18mm的最大宽度w9(图1)。
如本文所公开的具有故障保险机构、报警机构和连接器系统的模块可以包括不同类型的过电压箝位元件来代替变阻器132。该过电压箝位元件可以是暂态电压抑制器(tvs)，例如tvs二极管(例如，硅雪崩二极管(sad))。
如上所述，在一些实施例中，弹簧150、160由金属构成，在一些实施例中由cusn0.15构成。通过使用金属弹簧150、160，提高了spd模块100的可靠性以及由此安全性，因为模块100不依靠塑料部分(该塑料部分可能熔化或卡住)的操作将热隔离开关机构140推到打开位置。金属弹簧150、160可以在比塑料弹簧高得多的温度下维持其弹簧力。另外，cusn0.15弹簧可以在比由其它典型的弹簧铜材料(例如cu/etp)构成的弹簧高得多的温度(例如高达400℃)下维持其弹簧力或特性，由弹性铜材料构成的弹簧在约200℃下失去其弹簧特性。。
参考图8、12、13、15和16，spd系统103还可以使用指示器系统来保证spd模块和基部适当地匹配。指示器系统包括针式插件106v、106t和插座插件109v、109t。
针式插件106v包括插脚106vp和整体式基部106vb。基部106vb轴向且旋转地在插座105中固定就位。针式插件106t同样包括插脚106tp和固定在插座105t中的整体式基部106tb。在一些实施例中，如图所示，基部106vb、106vt和插座105v、105t具有互补的几何形状(例如刻面六边形)。在一些实施例中，如图所示，针式插件106v、106t基本上相同。
各插脚106vp、106tp具有旋转对称的横截面形状。在一些实施例中，横截面形状大体上是非等边三角形。
各插座插件109v、109t包括相应的基部或主体109vb、109tb和在其中限定的相应的插座109vs、109ts。基部109vb和109tb分别轴向且旋转地固定在插座182v和182t中。在一些实施例中，如图所示，基部109vb、109tb和插座182v、182t具有互补的几何形状(例如刻面六边形)。在一些实施例中，如图所示，插座插件109v、109t基本上相同。
插座109vs具有旋转对称的横截面形状，该形状被限定成在一个相对旋转取向上接收插脚106vp。同样，插座109ts具有旋转对称的横截面形状，该形状被限定成在一个相对旋转取向上接收插脚106tp。在一些实施例中，插座109vs、109ts是非等边三角形。
各基部200将具有两个规定的特定的特征：
1)最大连续工作电压水平(mcov水平)。例如，为120vac的额定电压和150v的mcov水平设计、适应或额定一种给定的基部200，而为240vac的额定电压和300v的mcov水平匹配另一基部200。给定的基部200的mcov水平可以随着其变阻器132的特征(例如vnom)而变化；和
2)类型。例如，可以准确地为av或dc或中性保护接地(n-pe)或特殊专利技术中的一个设计、适应或额定各基部。各模块100同样将具有相同的两个规定的特定的特征(即mcov水平和类型)。
插脚106vp用作电压指示插脚。插座109vs用作电压指示器插座。插脚106tp用作类型指示器插脚。插座109ts用作类型指示器插座。
插脚106tp旋转取向成与模块100的指定的mcov水平相对应的规定位置。插座109vp同样旋转取向成与基部200的mcov水平相对应的规定位置。插脚106tp旋转取向成与模块100的类型相对应的规定位置。插座109ts旋转取向成与基部200的类型相对应的规定位置。
实际上，完整的spd系统103和spd组件101将包括基部200和(mcov水平和类型)匹配模块100。插脚106vp、106tp和插座109vs、109ts的旋转取向设置成使得当模块100插入接收槽183d且接触构件166a、168a插入插座185b时，插脚106vp可以容易地插入插座109vs，并且插脚106tp可以容易地插入插座109ts。
当spd模块100故障时，使用者可以将模块100从基部200拔出，将新的模块100插入基部200，因为在大多数情况下，基部200仍然未受损坏并且能用，不必更换基部200。新的模块100必须具有与“旧的”(已有)基部200相同的mcov水平和类型。如果新的模块100具有相同的mcov水平和类型，其插脚106vp、106tp将旋转取向成相同的、正确的位置，以与插座109vs、109ts的旋转取向相匹配，由此允许将新的模块100插入接收槽183d和将接触构件166a、168a插入插座185b。
另一方面，如果使用者(或制造商)试图插入具有与基部200不同的mcov水平和/或类型的模块100，一个或全部插脚106vp、106tp将防止模块100全部插入接收槽183d(足以将接触构件166a、168a插入插座185b中)，因为插脚106vp与插座109vs之间和/或插脚106tp与插座109ts之间的旋转取向不匹配(即相对偏移的旋转取向)将阻碍或防止将插脚106vp、106tp插入插座109vs、109ts。因此，具有150v的mcov水平的模块100不能安装在具有300v的mcov水平的基部200上。类似地，具有ac类型的模块100不能安装在具有dc类型的基部200上。
在一些实施例中，如上所述，插脚插件106vp、106tp相同，插座插件109vs、109ts基本上相同，从而只需要制造一种形状的插脚插件和一种形状的插座插件。然后通过选择插脚插件106v、106t在插座105v、105t中的旋转位置和选择插脚插件109v、109t在插座182v、182t中的旋转位置，将插脚和插座区分和设置成其适当的规定取向(对应于相关联的模块或基部的mcov水平和类型)。将意识到，在所示实施例中，对于六边形插座中的各插件，多达6种不同的位置是可能的。
参考图17和18，其中示出根据本发明的其它实施例的弹簧/接触组件251。可以使用弹簧/接触组件251代替spd模块100中的弹簧/接触组件151。
弹簧/接触组件251包括分别大体上对应于第二接触构件168、弹簧150和弹簧160的第二接触构件268、分离弹簧250和补充弹簧260。弹簧250与弹簧150的不同之处在于弹簧250包括向后而不是横向延伸的基部支柱252。
第二电接触构件268包括基部268a和整体上呈u形的端子连接器268b。补充弹簧260的基部支柱262通过tox铆钉或铆钉接头267固定到基部268a的正面区段268d。分离弹簧250的基部支柱252通过tox铆钉或铆钉接头269固定到基部268a的支柱268c。由此装配的弹簧250、260和接触构件268共同构成弹簧/接触子组件251。
弹簧/接触组件251可以比弹簧/接触组件151更廉价地制造。
考虑到本发明的利益，在不背离本发明的精神和范围的情况下，该领域的普通技术人员可以进行多种修改和改变。因此，必须理解，已经提出的所示实施例仅出于示例的目的，而不应被认为如由下列权利要求限定那样限制本发明。因此，下列权利要求将被理解成不仅包括字面上提出的元件的组合，而且包括全部等同元件，该等同元件用于基本上以基本上相同的方式执行相同功能以得到基本上相同的结果的。权利要求由此将被理解成包括上文明确示出和描述的内容、从概念上等同的内容和体现本发明的基本思想的内容。