專利名稱：用于封裝式電涌放電器的有源器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1的前序部分所述的用于封裝式電涌放電器的有源器件。本發(fā)明還涉及用于制造此類有源器件的方法，同樣還涉及帶有此種有源器件的封裝式電涌放電器，其用于限制中壓和高壓輸電線路或系統(tǒng)中的電壓。
背景技術(shù)：
此種有源器件在制造電涌放電器的過(guò)程中插入到一個(gè)被保護(hù)的封裝中，其中所述封裝通常由金屬(例如鋁、鋁合金或鋼)、覆有導(dǎo)電層的絕緣材料或?qū)щ娝芰蠘?gòu)成。所述有源器件包含一個(gè)可連接至高壓的電極(高壓電極)和一個(gè)可連接至地電位的電極(接地電極)，以及一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述兩個(gè)電極之間的變阻器列。
所述變阻器列通常包含幾個(gè)彼此疊置的、基于摻雜氧化鋅的圓柱形變阻器。也可以在至少兩個(gè)變阻器之間設(shè)置用于吸收熱量或延伸所述列的金屬元件。如果設(shè)置有兩個(gè)或更多的變阻器列，還可以在兩個(gè)變阻器之間設(shè)置絕緣元件。然后不同列的變阻器可以串聯(lián)連接。
所述封裝充有可以是固體、液體或氣體的絕緣材料。采用此封裝保護(hù)電涌放電器免遭意外接觸。為了使封裝的尺寸保持較小同時(shí)使各個(gè)變阻器承受均勻的負(fù)載，所述封裝還容置有一個(gè)連接至高壓電極的元件，該元件用于在電涌放電器工作的時(shí)候，控制作用于封裝內(nèi)部的電場(chǎng)。
在所述有源器件的制造中，一疊變阻器以及兩個(gè)接觸電極(其中一個(gè)是高壓電極)被夾緊在一起，從而形成一個(gè)含有變阻器列或此列之一部分的預(yù)裝配單元，其中，所述場(chǎng)控制元件接著固定在預(yù)裝配單元上。在電涌放電器的制造中，預(yù)裝配的有源器件和場(chǎng)控制元件插入到封裝內(nèi)。
在專利文獻(xiàn)EP 0 036 046 B1、EP 0 050 723 B1、EP 0 630 030 B1以及US 5,585,996A中描述了最初所述類型的有源器件。這些有源器件安裝在電涌放電器內(nèi)，該電涌放電器各自帶有充有絕緣氣體(例如SF6)或者絕緣油的金屬封裝。根據(jù)需限制的電壓，在金屬封裝中設(shè)置一個(gè)變阻器列或幾個(gè)串聯(lián)的變阻器列。為了使封裝的尺寸保持相當(dāng)小，在每一個(gè)電涌放電器中，在封裝壁和變阻器列之間分別設(shè)置有一個(gè)場(chǎng)控制元件，即使得該場(chǎng)控制元件環(huán)繞所述列。在電涌放電器工作時(shí)所述場(chǎng)控制元件使得作用在封裝內(nèi)部的電場(chǎng)均勻，從而設(shè)置在變阻器列內(nèi)的變阻器承受或多或少均勻一些的負(fù)載。場(chǎng)控制元件可以由導(dǎo)電電容膜構(gòu)成，其中導(dǎo)電電容膜相對(duì)于列軸線而同軸設(shè)置并保持在絕緣元件中(EP 0 036 046B1)；場(chǎng)控制元件可以包括沿著列軸線設(shè)置并在軸線方向彼此間隔開(kāi)的電容屏蔽(EP 0 050 723 B1)；場(chǎng)控制元件還可以由帶有維持在高電位的球形曲面部分的屏蔽電極構(gòu)成。
在EP 1 083 579 A2中已經(jīng)公開(kāi)的封裝式電涌放電器中，場(chǎng)控制元件能夠省去，因?yàn)檫m當(dāng)設(shè)計(jì)的殼體使得可以使變阻器列的高壓部分內(nèi)的電場(chǎng)均勻。
還已知使用電壓控制材料來(lái)進(jìn)行電壓控制，該材料特別是基于聚合物和填充于聚合物內(nèi)的適當(dāng)填料的復(fù)合物。在此方面，我們參引由R.Strümpler等著的“智能變阻器復(fù)合物(Smart Varistor Composite)”，第8屆CIMTEC材料研討會(huì)陶瓷會(huì)議和論壇論文集(1994)(Proceedings of the 8thCIMTEC Ceramic Congress and Forum on Material Symposium(1994))，以及US 6,124,549A和EP 1 337 022 A1。在此情況下，填料由小的、基本上為球形的氧化鋅顆粒形式的微變阻器組成。這些顆粒摻雜有不同的金屬氧化物，例如Sb2O3、Bi2O3、Cr2O3以及Co3O4，并且在900℃至1300℃的溫度之間燒結(jié)。類似于一個(gè)變阻器，燒結(jié)的顆粒具有取決于電場(chǎng)強(qiáng)度的非線性的電特性。所述顆粒在低電場(chǎng)強(qiáng)度下性能類似于絕緣體，并且隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增大導(dǎo)電性逐漸增強(qiáng)。由于該非線性的電特性，所述聚合物具有良好的場(chǎng)控制特性。

發(fā)明內(nèi)容
在權(quán)利要求中指出的本發(fā)明的特征基于開(kāi)發(fā)用于封裝式電涌放電器的最初所述類型的有源器件的目的，其具有簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，其封裝具有顯著減小的尺寸，另外給出了一種用于簡(jiǎn)單地與廉價(jià)地制造此種有源器件的方法。
在根據(jù)本發(fā)明的有源器件中，場(chǎng)控制元件固定至變阻器列并包括一個(gè)由聚合物基質(zhì)和嵌入在所述基質(zhì)內(nèi)的填料構(gòu)成的復(fù)合物。當(dāng)施加一個(gè)頻率達(dá)100Hz的交變電場(chǎng)時(shí)，此復(fù)合物具有5和45之間的電容率和/或非線性電流-電壓特性。所述由復(fù)合物制造的場(chǎng)控制元件的導(dǎo)電性低于通常由金屬或?qū)щ娝芰现圃斓膱?chǎng)控制元件的導(dǎo)電性。這意味著，場(chǎng)控制元件能夠定位為非常靠近變阻器列。相應(yīng)地，有源器件在垂直于變阻器列方向的直徑較小，并且能夠減小封裝的尺寸和用于固定有源器件的絕緣物的尺寸。場(chǎng)控制元件的相對(duì)高的電容率和/或非線性電流-電壓特性還導(dǎo)致電場(chǎng)的均勻化，從而防止變阻器列的各個(gè)變阻器過(guò)載。如果場(chǎng)控制元件具有非線性電流-電壓特性，根據(jù)本發(fā)明的有源器件具有特別高的浪涌能力，例如，電涌放電器絕緣型式試驗(yàn)中所需的浪涌能力。
能夠得到用于多種應(yīng)用場(chǎng)合的一個(gè)足夠的場(chǎng)控制，如果填料包含帶有高導(dǎo)電性的材料，特別是導(dǎo)電炭黑(conductive soot)、和/或具有高電容率的材料，諸如鈦酸鹽(優(yōu)選鈦酸鋇(barium titanate))、和/或微變阻器。
如果至少部分填料含有微變阻器，那么根據(jù)本發(fā)明的有源器件或含有此有源器件的電涌放電器的電氣特性分別能夠很好地再現(xiàn)。這是因?yàn)槲⒆冏杵?特別是，以摻雜和燒結(jié)氧化鋅為基礎(chǔ)的微變阻器)的電氣特性能夠根據(jù)填料的化學(xué)成分和燒結(jié)條件進(jìn)行調(diào)整。相應(yīng)地，形成所述場(chǎng)控制元件之聚合物復(fù)合物(the polymer composite)的電氣特性，特別是其電阻作為場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)，可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)奈⒆冏杵饕约斑x擇微變阻器在聚合物中的適當(dāng)濃度而進(jìn)行調(diào)整。既然電阻是微變阻器的固有特性，并且不取決于(或僅僅非常輕微地取決于)微變阻器在聚合物基質(zhì)內(nèi)的分散度，微變阻器的此特性能夠以高度可再現(xiàn)的方式進(jìn)行調(diào)整。良好的可再現(xiàn)性另外還可以由于下面的原因而得到提高填充有微變阻器的聚合物具有比未填料的聚合物或絕緣氣體更高的熱傳導(dǎo)性。如果變阻器列承受更高的負(fù)載，此良好的熱傳導(dǎo)性也有助于熱量從變阻器列傳出。
為了解決困難的場(chǎng)控制任務(wù)，如果根據(jù)本發(fā)明的有源器件或含有此有源器件的電涌放電器分別延伸于變阻器列的縱向至少一部分就可實(shí)現(xiàn)，所述縱向部分典型地達(dá)到變阻器列整個(gè)長(zhǎng)度的四分之一并連接至高壓電極。
為了以足夠的精度控制變阻器列的其余部分，場(chǎng)控制元件優(yōu)選地延伸于變阻器列的整個(gè)長(zhǎng)度。此種場(chǎng)控制元件在制造工藝方面也具有一定的優(yōu)點(diǎn)，即，因?yàn)槠淠軌蛉菀椎赜绵徑性雌骷膬蓚€(gè)電極的鑄模制造。這相應(yīng)地減少有源器件的制造成本。
如果至少一部分的場(chǎng)控制元件位于變阻器列的表面區(qū)域上，那么能夠降低空間需求并且使場(chǎng)控制元件的效率特別高。以此方式有效地防止了在變阻器列區(qū)域內(nèi)的局部場(chǎng)不均勻。
然而，如果場(chǎng)控制元件由保持或固定在變阻器列的表面區(qū)域上的絕緣元件承載，通常也可獲得適當(dāng)?shù)膱?chǎng)控制特性。一個(gè)這樣設(shè)計(jì)的有源器件在制造工藝方面也具有一定的優(yōu)點(diǎn)，即，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將一個(gè)無(wú)填料的聚合物(能夠容易地處理)鑄造至一個(gè)變阻器列上(或如果可行的話，鑄造至幾個(gè)變阻器列上)而得到一個(gè)固體圓柱。在此情況下，場(chǎng)控制元件通過(guò)卷繞或噴施至包括填料和聚合物的復(fù)合物上而能夠容易地施加至此固體圓柱上。
對(duì)于一定的場(chǎng)控制任務(wù)，可以利用具有至少兩個(gè)由電絕緣層彼此分隔開(kāi)的場(chǎng)控制層的場(chǎng)控制元件。其優(yōu)點(diǎn)在于這些層具有不同的電氣特性和/或在變阻器列上延伸不同長(zhǎng)度。
由于制造工藝方面的原因，所述場(chǎng)控制元件在垂直于列軸線方向的厚度通常大致在變阻器列的長(zhǎng)度上恒定。然而，如果所述厚度在變阻器列的長(zhǎng)度上變化以執(zhí)行一定的場(chǎng)控制任務(wù)，這可以是有利的。例如，能夠有利地增加在有源器件的一端的電傳導(dǎo)性——如果場(chǎng)控制元件在此位置的截面面積更大并且截面面積在有源器件的長(zhǎng)度上連續(xù)減小。
在用于制造根據(jù)本發(fā)明的有源器件的方法中，一疊變阻器以及兩個(gè)接觸電極夾緊在一起，從而形成一個(gè)包含變阻器列或此列之一部分的預(yù)裝配單元。接下來(lái)，通過(guò)將場(chǎng)控制元件施加至變阻器列上或一個(gè)環(huán)繞此變阻器列的絕緣元件上，而將場(chǎng)控制元件固定至預(yù)裝配單元上。由于此應(yīng)用通過(guò)鑄造或注射模制已填料的聚合物，或通過(guò)熱裝或卷繞支持構(gòu)件(支持構(gòu)件承載所述已填料聚合物)而有利地發(fā)生，有源器件能夠低成本地批量制造。
為了使含有根據(jù)本發(fā)明有源器件的電涌放電器具有高的電絕緣強(qiáng)度，在將有源器件插入封裝后剩余的容積能夠填充固體、液體和/或氣體絕緣材料。


下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在所述附圖中圖1是一個(gè)電涌放電器的軸向延伸側(cè)視截面圖，該電涌放電器帶有圓柱形對(duì)稱的封裝以及設(shè)置在所述封裝內(nèi)的、根據(jù)本發(fā)明的有源器件，其中，所述有源器件含有一個(gè)場(chǎng)控制元件，該場(chǎng)控制元件覆蓋高壓電極以及位于鄰近該高壓電極的變阻器列的一部分；圖2是圖1中電涌放電器的側(cè)視截面圖，其中，與圖1中的實(shí)施例不同，場(chǎng)控制元件覆蓋了整個(gè)變阻器列以及接地電極的一部分；圖3是圖1中電涌放電器的側(cè)視截面圖，其中，與前述實(shí)施例不同，場(chǎng)控制元件設(shè)置在環(huán)繞所述變阻器列的絕緣元件上；
圖4是圖1中電涌放電器的側(cè)視截面圖，其中，與前述實(shí)施例不同，場(chǎng)控制元件垂直于變阻器列軸線的厚度從高壓電極處開(kāi)始而在所述列軸線上減??；圖5是圖1中電涌放電器的側(cè)視截面圖，其中與前述實(shí)施例不同，場(chǎng)控制元件含有兩個(gè)由一絕緣層彼此分隔開(kāi)的、并沿變阻器列軸線延伸了不同長(zhǎng)度的場(chǎng)控制層；以及圖6是一個(gè)電涌放電器的軸向延伸部分的側(cè)視截面圖，該電涌放電器帶有圓柱形對(duì)稱的封裝，具有設(shè)置在所述封裝內(nèi)的根據(jù)本發(fā)明的有源器件，并帶有兩個(gè)(替代地，帶有三個(gè))變阻器列和一個(gè)場(chǎng)控制元件。
具體實(shí)施例方式
在所有附圖中，相同作用的元件用相同的標(biāo)號(hào)指示。在圖1至圖5中示出的電涌放電器分別包含一個(gè)圓柱形對(duì)稱的金屬封裝1，金屬封裝1的形式為一個(gè)開(kāi)口的罐并且其中設(shè)有一個(gè)有源器件2。該有源器件包含一個(gè)變阻器列3、一個(gè)可以連接至高電位的電極4(高壓電極4)、一個(gè)可以連接至地電位的電極5(接地電極5)、以及一個(gè)用于在電涌放電器工作時(shí)控制作用于封裝1內(nèi)部之電場(chǎng)的場(chǎng)控制元件6，其中所述元件設(shè)置在變阻器列3和封裝1之間，并且以導(dǎo)電方式連接至高壓電極4。
變阻器列3包括幾個(gè)固體圓柱形式的變阻器元件7，所述變阻器元件7彼此疊置并包括非線性高電阻率材料，例如基于金屬氧化物(特別是適當(dāng)摻雜ZnO)的材料。變阻器列3借助于電絕緣環(huán)型夾8而保持機(jī)械穩(wěn)定，電絕緣環(huán)型夾8以一定的預(yù)應(yīng)力支撐在兩個(gè)電極4和5上(圖1-3和圖5)或支撐在兩個(gè)任意的電極上，一個(gè)可以是高壓電極4，另一個(gè)可以是接地電極5(圖4)，即由此形成穩(wěn)定的預(yù)裝配單元。
借助于一個(gè)延伸穿過(guò)所述罐的開(kāi)口的導(dǎo)電體9，高壓電極4以導(dǎo)電的方式連接至設(shè)置在封裝1外側(cè)的插頭型觸點(diǎn)10。借助于一個(gè)延伸穿過(guò)設(shè)置在所述罐底部的開(kāi)口并相對(duì)于封裝1電絕緣的導(dǎo)電體11，接地電極5連接至設(shè)置在封裝1外側(cè)的接地電流連接件或端子12。一個(gè)絕緣體13(例如基于硅樹(shù)脂)相對(duì)于封裝1絕緣穿過(guò)所述罐開(kāi)口的導(dǎo)電體9以及有源器件2。
場(chǎng)控制元件6直接或間接地固定在變阻器列上。其包括內(nèi)嵌填料的聚合物基質(zhì)形式的復(fù)合物。當(dāng)充以達(dá)100Hz的交變電場(chǎng)時(shí)，此復(fù)合物的介電常數(shù)在5至45之間，優(yōu)選地在8至30之間，并/或具有非線性電流-電壓特性。
聚合物基質(zhì)可以由基于固體硅樹(shù)脂的彈性體形成，但是也可以由任何其它彈性體形成，例如EPDM或丁基橡膠。其它可以用于聚合物基質(zhì)的聚合物是熱塑性塑料(例如PE、PVC、PBT或EVA)、硬質(zhì)體(例如環(huán)氧化物、聚氨脂)、或熱塑性彈性體。聚合物基質(zhì)可以由共聚物或不同聚合物成分的混合物組成。
微變阻器用作嵌入聚合物基質(zhì)內(nèi)的填料的材料。導(dǎo)電炭黑是另一種適合的填料，但是其嵌入聚合物中的濃度需要高達(dá)可以使所得復(fù)合物的介電常數(shù)或電容率在50Hz時(shí)大致在10到30之間。具有高的介電常數(shù)的陶瓷材料，例如鈦酸鋇，也適于用作填料。
微變阻器由摻雜或燒結(jié)氧化鋅的顆粒構(gòu)成。典型的組成成分、顆粒尺寸以及燒結(jié)條件公開(kāi)在最初描述的現(xiàn)有技術(shù)中。摻雜氧化物(通常包括Bi、Co、Cr、Mn以及Sb的氧化物，以及諸如Al、B、Fe、Ni及Si的其它元素的氧化物)的ZnO顆粒在900℃至1300℃的溫度之間燒結(jié)。在燒結(jié)過(guò)程中形成的微變阻器粉末被篩選至所需的顆粒尺寸級(jí)別，例如100μm。附加的金屬填料可以選擇性地混合至此粉末粒子中并燒結(jié)在微變阻器上。篩選出的粉末例如在磨粉機(jī)內(nèi)摻入至所述聚合物基質(zhì)(例如HTV硅樹(shù)脂)。取決于彈性體的類型，其它的添加劑(例如輔助的交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑)可以在此時(shí)加入。填料在復(fù)合物中的體積比率通常在20％至45％之間。
這樣制造的復(fù)合物通過(guò)傳統(tǒng)的注射模制方法而被施加到變阻器列3上或其一部分上，或者被施加到環(huán)繞所述變阻器列的絕緣元件14上(圖3)，即使得形成場(chǎng)控制元件6。如果使用液態(tài)硅樹(shù)脂，可以通過(guò)直接澆注而施加硅樹(shù)脂填料混合物。由硅樹(shù)脂形成的絕緣材料體13能夠在復(fù)合物交聯(lián)之后的第二工藝步驟中注射模制。
由所述復(fù)合物制造的場(chǎng)控制元件的導(dǎo)電性低于通常由金屬或?qū)щ娝芰现圃斓膱?chǎng)控制元件的導(dǎo)電性。這意味著所述場(chǎng)控制元件能夠定位得非?？拷冏杵髁?，并且在有源器件2安裝到封裝1內(nèi)之后，該封裝以及用于固定有源器件2的絕緣體的尺寸減小。所述場(chǎng)控制元件的相當(dāng)高的電容率和/或非線性的電流-電壓特性也導(dǎo)致電場(chǎng)均勻化，從而防止變阻器列3的各個(gè)變阻器7在電涌放電器工作的過(guò)程中過(guò)載。由于使用陶瓷微變阻器，所述場(chǎng)控制元件6復(fù)合物的熱傳導(dǎo)性相比于無(wú)填料的聚合物顯著增加。因此，從變阻器列2向外的熱傳導(dǎo)得到改善，并且各個(gè)變阻器相應(yīng)地能夠承受更高的熱負(fù)載。包含根據(jù)本發(fā)明的有源器件的電涌放電器與具有常規(guī)設(shè)計(jì)有源器件的電涌放電器相比，具有明顯加大的浪涌能力(surge capacity)。結(jié)果，用減小的尺寸實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)?shù)男阅堋?br> 在根據(jù)圖1的實(shí)施例中，場(chǎng)控制元件6還通過(guò)涂覆粘合劑設(shè)置在高壓電極4的外表面上以及設(shè)置在連接至高壓電極4的變阻器3的一部分表面上。既然場(chǎng)控制元件6延伸于有源器件2承受高電位的區(qū)域，那么在這些高應(yīng)力區(qū)域的電場(chǎng)被均勻化。
場(chǎng)控制元件在變阻器列上的排列構(gòu)成了節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，有效地在變阻器列3的范圍內(nèi)防止局部場(chǎng)不均勻，并且同時(shí)良好地將變阻器列3內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳送到外部。
在根據(jù)圖2的實(shí)施例中，施加在變阻器列3上的場(chǎng)控制元件6從高壓電極4至接地電極5延伸遍布整個(gè)變阻器列3。因此，在整個(gè)變阻器列電場(chǎng)均勻分布，并且變阻器列內(nèi)的所有變阻器7能夠以高精確度的方式控制。另外，可以容易地制造一個(gè)帶有一個(gè)此種類型場(chǎng)控制元件的有源器件，因?yàn)樵谀Ｖ频倪^(guò)程中能夠使用鄰近有源器件2的電極4和5的澆注模具。
對(duì)帶有一個(gè)根據(jù)圖2的有源器件的電涌放電器的電涌能力按照IEC規(guī)范60099-4以及60071-1進(jìn)行測(cè)試，并與采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)但是不含有場(chǎng)控制元件的電涌放電器相應(yīng)測(cè)試得到的電涌能力進(jìn)行比較。在此情況下，兩種電涌放電器分別充以15個(gè)連續(xù)的1/50的高電壓正極性脈沖和15個(gè)相應(yīng)的負(fù)極性脈沖。脈沖的形狀由1μs的上升至脈沖最大值的時(shí)間以及501μs的下降至最大脈沖一半的時(shí)間限定。此比較顯示帶有根據(jù)本發(fā)明的有源器件的電涌放電器能夠承受更高的電壓，比不帶場(chǎng)控制元件的電涌放電器高至少1.7倍。
在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，場(chǎng)控制元件6由固定在變阻器列表面區(qū)域上的絕緣元件14承載。一個(gè)此種設(shè)計(jì)的有源器件2在制造工藝方面具有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將無(wú)填料的聚合物(其容易進(jìn)行處理)鑄造到變阻器列3上而得到一個(gè)固體圓柱。所述場(chǎng)控制元件6然后能夠容易地置于此固體圓柱上，例如，通過(guò)卷繞或噴施到復(fù)合物上，或熱裝在包含所述復(fù)合物的支撐構(gòu)件上。
為了制造工藝方面的原因，所述場(chǎng)控制元件6在垂直于變阻器列3軸線方向的厚度通常在變阻器列的長(zhǎng)度上是恒定的。然而，為了執(zhí)行特定的場(chǎng)控制任務(wù)，所述場(chǎng)控制元件6的厚度在變阻器列3的長(zhǎng)度上變化是有利的。例如，能夠有利地增加在有源器件承受高電壓(電極4)的一端的電傳導(dǎo)性——如果場(chǎng)控制元件6在此位置截面面積更大，并且截面面積在有源器件2的一部分長(zhǎng)度上(或如果需要的話，在整個(gè)長(zhǎng)度上)連續(xù)減小。在圖4中示出了此種實(shí)施例。此圖還說(shuō)明變阻器列3可以包括兩個(gè)預(yù)裝配單元31和32，預(yù)裝配單元31和32分別帶有兩個(gè)電極、一疊變阻器7’和7”，所述變阻器7’和7”分別設(shè)置在所述電極和一個(gè)環(huán)形夾緊元件8’和8”之間。在預(yù)裝配單元31中，兩個(gè)電極為高壓電極4和中間電極15，其中，預(yù)裝配單元32的兩個(gè)電極是中間電極15和接地電極5。這意味著中間電極15能夠以分隔開(kāi)的方式實(shí)現(xiàn)，使得預(yù)裝配單元31、32都能夠分別地運(yùn)輸。在非常長(zhǎng)的變阻器列3中，預(yù)裝配單元僅僅含有中間電極。
在根據(jù)圖5的實(shí)施例中，所使用的場(chǎng)控制元件6包含兩個(gè)由一個(gè)電絕緣層61彼此隔離開(kāi)的場(chǎng)控制層62和63。層62和63允許特別精確地場(chǎng)控制并且可以具有不同的電氣特性和/或可在變阻器列3上延伸不同的長(zhǎng)度，如所述附圖所示。
根據(jù)圖6的實(shí)施例說(shuō)明有源器件2可以不僅含有一個(gè)變阻器列，也可以含有兩個(gè)變阻器列3’、3”，或者，如果可行也可以含有三個(gè)變阻器列(設(shè)置在列3’、3”后的變阻器列3”’)或更多變阻器列。由于在此實(shí)施例中兩列的變阻器7通過(guò)連接件16串聯(lián)連接，這些列不僅含有多個(gè)變阻器7以及在所述變阻器列的端部接通所述列的兩個(gè)電極17’、17”、17”’，而且也含有分別將在所述列內(nèi)彼此鄰近設(shè)置的變阻器7的電位分隔開(kāi)及將變阻器7與電極17”’的電位分隔開(kāi)的多個(gè)絕緣部分18。上述的電極17’以導(dǎo)電的方式連接到高壓電極4或者集成在其中，借助于在被穿過(guò)的絕緣體91的輔助下以電絕緣的方式導(dǎo)出封裝1的導(dǎo)電件9，以導(dǎo)電的方式連接到諸如防止過(guò)電壓的導(dǎo)線的高電壓源。相應(yīng)地，電極17”以電導(dǎo)通的方式連接至接地電極5或集成在其中，并且通過(guò)導(dǎo)電件11接地，該導(dǎo)電件11以絕緣的方式伸出封裝1之外。
在此情況下，場(chǎng)控制元件6由包圍電極4、17’以及17”’的一個(gè)部分場(chǎng)控制元件6’、以及包圍變阻器列3’承受高電壓之部分的一個(gè)相鄰的部分場(chǎng)控制元件6”構(gòu)成。如圖所示，所述兩個(gè)部分的場(chǎng)控制元件由不同的復(fù)合物材料構(gòu)成。部分場(chǎng)控制元件6”’能夠通過(guò)鑄造施加，而部分場(chǎng)控制元件6”可以通過(guò)熱裝或卷繞形成。
如果場(chǎng)控制元件6由僅僅一個(gè)部件構(gòu)成，那么還可以實(shí)現(xiàn)為以鑄造的方式包圍所有的變阻器列3’、3”、3”’。
氣密封裝1的剩余容積19填充通常為SF6的絕緣氣體。
附圖標(biāo)記表1 封裝2 有源器件3、3，、3″、3″‘ 變阻器列4 高壓電極5 接地電極6、6，、6″場(chǎng)控制元件7、7，、7″變阻器8、8，、8″環(huán)型夾9、11 導(dǎo)電體10 插頭型觸點(diǎn)12 電流連接件、端子13、14 絕緣元件15 中間電極16 連接件17、17’、17″、17″‘ 電極18 絕緣部分19 剩余容積31、32 預(yù)裝配單元61 絕緣元件62、63 場(chǎng)控制層91 被穿過(guò)的絕緣體
權(quán)利要求
1.一種用于封裝式電涌放電器的有源器件(2)，包括至少一個(gè)變阻器列(3、3’、3″、3″’)、一個(gè)可以連接至高電位的電極(4)以及一個(gè)可以連接至地電位的電極(5)、以及一個(gè)用于在所述電涌放電器工作時(shí)控制作用于封裝(1)內(nèi)部之電場(chǎng)的場(chǎng)控制元件(6、6’、6″)，其中在有源器件(2)安裝至電涌放電器的封裝(1)中之后，所述場(chǎng)控制元件(6、6’、6″)位于所述變阻器列(3、3’、3″、3″’)和封裝(1)之間，并且連接至所述高壓電極(4)，其中所述場(chǎng)控制元件(6、6’、6″)保持在至少一個(gè)變阻器列(3、3’、3″、3″’)上，并含有包括聚合物基質(zhì)及內(nèi)嵌于其中的填料的復(fù)合物，所述復(fù)合物在承受100Hz的交變電場(chǎng)時(shí)的介電常數(shù)介于5至45之間，和/或具有非線性的電流-電壓特性。
2.如權(quán)利要求1所述的有源器件，其中，所述填料包括具有高導(dǎo)電性的材料和/或具有高介電常數(shù)的材料和/或微變阻器。
3.如權(quán)利要求2所述的有源器件，其中，所述場(chǎng)控制元件(6、6’、6″)包括導(dǎo)電性炭黑或鈦酸鹽，特別是鈦酸鋇，并且其中至少一部分微變阻器由摻雜和燒結(jié)氧化鋅形成。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的有源器件，其中，所述場(chǎng)控制元件(6、6’、6″)延伸于所述變阻器列(3、3’、3″、3″’)縱向的至少一部分，所述部分連接至高壓電極(4)。
5.如權(quán)利要求4所述的有源器件，其中，所述場(chǎng)控制元件(6)延伸于所述變阻器列(3)的整個(gè)長(zhǎng)度。
6.如權(quán)利要求4或5中任一項(xiàng)所述的有源器件，其中，所述場(chǎng)控制元件(6、6’、6″)的至少一部分位于所述變阻器列(3、3’、3″、3″’)的表面區(qū)域上。
7.如權(quán)利要求4或5中任一項(xiàng)所述的有源器件，其中，所述場(chǎng)控制元件(6)由一個(gè)保持在所述變阻器列(3)的表面區(qū)域上的絕緣元件(14)承載。
8.如權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的有源器件，其中，所述場(chǎng)控制元件(6)含有至少兩個(gè)通過(guò)一個(gè)電絕緣層(61)彼此分隔開(kāi)的場(chǎng)控制層(62、63)。
9.如權(quán)利要求8所述的有源器件，其中，所述場(chǎng)控制層(62、63)具有不同的電氣特性和/或在所述變阻器列(3)上延伸不同長(zhǎng)度。
10.如權(quán)利要求4-9中任一項(xiàng)所述的有源器件，其中，所述場(chǎng)控制元件垂直于所述列軸線的厚度在變阻器列的長(zhǎng)度上變化。
11.一種用于制造如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的有源器件(2)的方法，其中一疊變阻器(7、7’、7″)和兩個(gè)接觸電極(4、5、15、17、17’、17″、17’″)夾緊在一起，從而形成一個(gè)包含所述變阻器列(3、3’、3″、3″’)或此列之一部分的預(yù)裝配單元(31、32)，并且場(chǎng)控制元件(6、6’、6″)隨后固定至所述預(yù)裝配單元(31、32)上，其中場(chǎng)控制元件(6、6’、6″)施加至所述變阻器列(3、3’、3″、3″’)或一個(gè)環(huán)繞所述變阻器列(3)的絕緣元件(14)上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述場(chǎng)控制元件通過(guò)鑄造或注射模制已填料的聚合物，或者通過(guò)熱裝或卷繞含有已填料的聚合物的支持構(gòu)件而施加。
13.一種帶有封裝(1)的電涌放電器，所述封裝(1)保護(hù)所述電涌放電器免遭意外接觸，所述封裝容置有如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的有源器件(2)。
14.如權(quán)利要求13所述的電涌放電器，其中，在所述封裝(1)中，在該封裝(1)和所述有源器件(2)之間的剩余容積(19)以固體、液體和/或氣體絕緣材料填充。
全文摘要
一種用于封裝式電涌放電器的有源器件(2)，其包括變阻器列(3)、可接高電位的電極(4)以及可接地電位的電極(5)。另外，有源器件包括場(chǎng)控制元件(6)，該場(chǎng)控制元件(6)連接所述高壓電極(4)并且設(shè)置為在有源器件插入電涌放電器封裝后位于變阻器列(3)和封裝之間，該場(chǎng)控制元件用于在電涌放電器工作時(shí)控制封裝(1)內(nèi)的電場(chǎng)。場(chǎng)控制元件(6)固定在變阻器列(3)上并包括含有聚合物基質(zhì)及嵌于聚合物基質(zhì)內(nèi)填料的復(fù)合材料。復(fù)合材料在100Hz交變電場(chǎng)的電負(fù)載下的介電常數(shù)在5至45之間和/或具有非線性電流－電壓特性。由于此結(jié)構(gòu)，場(chǎng)控制元件(6)可非?？拷冏杵髁?3)。從而有源器件(2)垂直變阻器列(3)的直徑較小并可使封裝(1)的尺寸較小。
文檔編號(hào)H02B13/02GK1707704SQ20051007358
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者漢斯約爾格·格拉默斯帕謝, 貝恩哈德·德澤, 馬倫·尤斯林得, 尼爾斯·魏斯 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司