一种用于封装式电涌放电器的有源器件（２），包括至少一个变阻器列（３、３’、３″、３″’）、一个可以连接至高电位的电极（４）以及一个可以连接至地电位的电极（５）、以及一个用于在所述电涌放电器工作时控制作用于封装（１）内部之电场的场控制元件（６、６’、６″），其中在有源器件（２）安装至电涌放电器的封装（１）中之后，所述场控制元件（６、６’、６″）位于所述变阻器列（３、３’、３″、３″’）和封装（１）之间，并且连接至所述高压电极（４），其中所述场控制元件（６、６’、６″）保持在至少一个变阻器列（３、３’、３″、３″’）上，并含有包括聚合物基质及内嵌于其中的填料的复合物，所述复合物在承受１００Ｈｚ的交变电场时的介电常数介于５至４５之间，和／或具有非线性的电流－电压特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及权利要求1的前序部分所述的用于封装式电涌放电器的有源器件。本专利技术还涉及用于制造此类有源器件的方法，同样还涉及带有此种有源器件的封装式电涌放电器，其用于限制中压和高压输电线路或系统中的电压。
技术介绍
此种有源器件在制造电涌放电器的过程中插入到一个被保护的封装中，其中所述封装通常由金属(例如铝、铝合金或钢)、覆有导电层的绝缘材料或导电塑料构成。所述有源器件包含一个可连接至高压的电极(高压电极)和一个可连接至地电位的电极(接地电极)，以及一个或多个设置在所述两个电极之间的变阻器列。所述变阻器列通常包含几个彼此叠置的、基于掺杂氧化锌的圆柱形变阻器。也可以在至少两个变阻器之间设置用于吸收热量或延伸所述列的金属元件。如果设置有两个或更多的变阻器列，还可以在两个变阻器之间设置绝缘元件。然后不同列的变阻器可以串联连接。所述封装充有可以是固体、液体或气体的绝缘材料。采用此封装保护电涌放电器免遭意外接触。为了使封装的尺寸保持较小同时使各个变阻器承受均匀的负载，所述封装还容置有一个连接至高压电极的元件，该元件用于在电涌放电器工作的时候，控制作用于封装内部的电场。在所述有源器件的制造中，一叠变阻器以及两个接触电极(其中一个是高压电极)被夹紧在一起，从而形成一个含有变阻器列或此列之一部分的预装配单元，其中，所述场控制元件接着固定在预装配单元上。在电涌放电器的制造中，预装配的有源器件和场控制元件插入到封装内。在专利文献EP 0 036 046 B1、EP 0 050 723 B1、EP 0 630 030 B1以及US 5,585,996A中描述了最初所述类型的有源器件。这些有源器件安装在电涌放电器内，该电涌放电器各自带有充有绝缘气体(例如SF6)或者绝缘油的金属封装。根据需限制的电压，在金属封装中设置一个变阻器列或几个串联的变阻器列。为了使封装的尺寸保持相当小，在每一个电涌放电器中，在封装壁和变阻器列之间分别设置有一个场控制元件，即使得该场控制元件环绕所述列。在电涌放电器工作时所述场控制元件使得作用在封装内部的电场均匀，从而设置在变阻器列内的变阻器承受或多或少均匀一些的负载。场控制元件可以由导电电容膜构成，其中导电电容膜相对于列轴线而同轴设置并保持在绝缘元件中(EP 0 036 046B1)；场控制元件可以包括沿着列轴线设置并在轴线方向彼此间隔开的电容屏蔽(EP 0 050 723 B1)；场控制元件还可以由带有维持在高电位的球形曲面部分的屏蔽电极构成。在EP 1 083 579 A2中已经公开的封装式电涌放电器中，场控制元件能够省去，因为适当设计的壳体使得可以使变阻器列的高压部分内的电场均匀。还已知使用电压控制材料来进行电压控制，该材料特别是基于聚合物和填充于聚合物内的适当填料的复合物。在此方面，我们参引由R.Strümpler等著的“智能变阻器复合物(Smart Varistor Composite)”，第8届CIMTEC材料研讨会陶瓷会议和论坛论文集(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。在此情况下，填料由小的、基本上为球形的氧化锌颗粒形式的微变阻器组成。这些颗粒掺杂有不同的金属氧化物，例如Sb2O3、Bi2O3、Cr2O3以及Co3O4，并且在900℃至1300℃的温度之间烧结。类似于一个变阻器，烧结的颗粒具有取决于电场强度的非线性的电特性。所述颗粒在低电场强度下性能类似于绝缘体，并且随着电场强度增大导电性逐渐增强。由于该非线性的电特性，所述聚合物具有良好的场控制特性。
技术实现思路
在权利要求中指出的本专利技术的特征基于开发用于封装式电涌放电器的最初所述类型的有源器件的目的，其具有简单的设计，其封装具有显著减小的尺寸，另外给出了一种用于简单地与廉价地制造此种有源器件的方法。在根据本专利技术的有源器件中，场控制元件固定至变阻器列并包括一个由聚合物基质和嵌入在所述基质内的填料构成的复合物。当施加一个频率达100Hz的交变电场时，此复合物具有5和45之间的电容率和/或非线性电流-电压特性。所述由复合物制造的场控制元件的导电性低于通常由金属或导电塑料制造的场控制元件的导电性。这意味着，场控制元件能够定位为非常靠近变阻器列。相应地，有源器件在垂直于变阻器列方向的直径较小，并且能够减小封装的尺寸和用于固定有源器件的绝缘物的尺寸。场控制元件的相对高的电容率和/或非线性电流-电压特性还导致电场的均匀化，从而防止变阻器列的各个变阻器过载。如果场控制元件具有非线性电流-电压特性，根据本专利技术的有源器件具有特别高的浪涌能力，例如，电涌放电器绝缘型式试验中所需的浪涌能力。能够得到用于多种应用场合的一个足够的场控制，如果填料包含带有高导电性的材料，特别是导电炭黑(conductive soot)、和/或具有高电容率的材料，诸如钛酸盐(优选钛酸钡(barium titanate))、和/或微变阻器。如果至少部分填料含有微变阻器，那么根据本专利技术的有源器件或含有此有源器件的电涌放电器的电气特性分别能够很好地再现。这是因为微变阻器(特别是，以掺杂和烧结氧化锌为基础的微变阻器)的电气特性能够根据填料的化学成分和烧结条件进行调整。相应地，形成所述场控制元件之聚合物复合物(the polymer composite)的电气特性，特别是其电阻作为场强度的函数，可以通过选择适当的微变阻器以及选择微变阻器在聚合物中的适当浓度而进行调整。既然电阻是微变阻器的固有特性，并且不取决于(或仅仅非常轻微地取决于)微变阻器在聚合物基质内的分散度，微变阻器的此特性能够以高度可再现的方式进行调整。良好的可再现性另外还可以由于下面的原因而得到提高填充有微变阻器的聚合物具有比未填料的聚合物或绝缘气体更高的热传导性。如果变阻器列承受更高的负载，此良好的热传导性也有助于热量从变阻器列传出。为了解决困难的场控制任务，如果根据本专利技术的有源器件或含有此有源器件的电涌放电器分别延伸于变阻器列的纵向至少一部分就可实现，所述纵向部分典型地达到变阻器列整个长度的四分之一并连接至高压电极。为了以足够的精度控制变阻器列的其余部分，场控制元件优选地延伸于变阻器列的整个长度。此种场控制元件在制造工艺方面也具有一定的优点，即，因为其能够容易地用邻近有源器件的两个电极的铸模制造。这相应地减少有源器件的制造成本。如果至少一部分的场控制元件位于变阻器列的表面区域上，那么能够降低空间需求并且使场控制元件的效率特别高。以此方式有效地防止了在变阻器列区域内的局部场不均匀。然而，如果场控制元件由保持或固定在变阻器列的表面区域上的绝缘元件承载，通常也可获得适当的场控制特性。一个这样设计的有源器件在制造工艺方面也具有一定的优点，即，因为通过将一个无填料的聚合物(能够容易地处理)铸造至一个变阻器列上(或如果可行的话，铸造至几个变阻器列上)而得到一个固体圆柱。在此情况下，场控制元件通过卷绕或喷施至包括填料和聚合物的复合物上而能够容易地施加至此固体圆柱上。对于一定的场控制任务，可以利用具有至少两个由电绝缘层彼此分本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于封装式电涌放电器的有源器件(2)，包括至少一个变阻器列(3、3’、3″、3″’)、一个可以连接至高电位的电极(4)以及一个可以连接至地电位的电极(5)、以及一个用于在所述电涌放电器工作时控制作用于封装(1)内部之电场的场控制元件(6、6’、6″)，其中在有源器件(2)安装至电涌放电器的封装(1)中之后，所述场控制元件(6、6’、6″)位于所述变阻器列(3、3’、3″、3″’)和封装(1)之间，并且连接至所述高压电极(4)，其中所述场控制元件(6、6’、6″)保持在至少一个变阻器列(3、3’、3″、3″’)上，并含有包括聚合物基质及内嵌于其中的填料的复合物，所述复合物在承受100Hz的交变电场时的介电常数介于5至45之间，和/或具有非线性的电流-电压特性。2.如权利要求1所述的有源器件，其中，所述填料包括具有高导电性的材料和/或具有高介电常数的材料和/或微变阻器。3.如权利要求2所述的有源器件，其中，所述场控制元件(6、6’、6″)包括导电性炭黑或钛酸盐，特别是钛酸钡，并且其中至少一部分微变阻器由掺杂和烧结氧化锌形成。4.如权利要求1-3中任一项所述的有源器件，其中，所述场控制元件(6、6’、6″)延伸于所述变阻器列(3、3’、3″、3″’)纵向的至少一部分，所述部分连接至高压电极(4)。5.如权利要求4所述的有源器件，其中，所述场控制元件(6)延伸于所述变阻器列(3)的整个长度。6.如权利要求4或5中任一项所述的有源器件，其中，所述场控制元件(6、6’、6″)的至少一部分位于所述变阻器列(3、3’、3″、3″’)的表面区域上。7.如权利要求4或5中任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯约尔格·格拉默斯帕谢，贝恩哈德·德泽，马伦·尤斯林得，尼尔斯·魏斯，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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