CN102545196B - 一种多层放电间隙型电涌保护器 - Google Patents
一种多层放电间隙型电涌保护器 Download PDFInfo
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Abstract
一种多层放电间隙型电涌保护器，适用于交流或直流电路的过电压保护，包括n个放电隙和n-1条触发电路，所述n为≥2的整数，n个放电隙串联连接构成过电压泄放电路，所述过电压泄放电路两端设有连接端子，用于连接被保护的交流或直流电路，n-1条触发电路中的每一条的一端分别与对应的放电隙之间的导电件连接，它们的另一端连接在一起并与第一个放电隙F1外端部连接，各条触发电路的结构相同，均为由电容器和电阻器并联构成的RC电路。
Description
技术领域
本发明属于抑制过电压的电涌保护器，特别涉及一种多层放电间隙型电涌保护器，主要用于抑制雷电过电压，使各类通讯基站、变电站、电力电子设备免遭直击雷或雷电感应的破坏。
背景技术
授权公告号为CN 100530868C的专利公开了一种高效层叠式石墨放电隙装置，包括N+1个放电隙、N个电容值相同的电容构成的π形连接电容组，各放电隙串联连接，第一个放电隙F1与火线连接，最末一个放电隙FN+1接地，π形连接电容组中各电容的一端与两放电隙之间的导电件连接，另一端接地。该装置是一种多层放电间隙型电涌保护器，各触发电路均仅由电容器构成。雷击闪电持续平均3～4次冲击，冲击的时间间隔为10～250ms，典型间隔时间为50ms，在雷电的过电压冲击下，其触发电路中的电容器在触发过程中会被充入电荷，而仅由电容器构成的触发电路，由于电荷没有良好的泄放通道，不能在雷电冲击的间隔时间内充分泄放，故存在残余电荷影响电涌保护器的下一次触发，造成电涌保护器点火电压升高和工作不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的多层放电间隙型电涌保护器，以便使触发电路中被充入的电荷在雷电冲击的间隔时间内充分泄放，提高电涌保护器工作的稳定性。
本发明的技术方案：对现有多层放电间隙型电涌保护器的触发电路进行改进，将所述触发电路设计成阻容电路。
本发明所述多层放电间隙型电涌保护器适用于交流或直流电路的过电压保护，包括n个放电隙和n-1条触发电路，所述n为≥2的整数，n个放电隙串联连接构成过电压泄放电路，所述过电压泄放电路两端设有连接端子，用于连接被保护的交流或直流电路，n-1条触发电路中的每一条触发电路的一端分别与对应的放电隙之间的导电件连接，它们的另一端连接在一起并与第一个放电隙F1外端部连接，各条触发电路的结构相同，均为由电容器和电阻器并联构成的RC电路。
为了保证触发电路中被充入的电荷在雷电冲击的间隔时间内充分泄放，所述RC电路的时间常数的3倍或4倍或5倍或6倍应小于两次雷击之间的间隔时间。
本发明所述多层放电间隙型电涌保护器，其RC电路中，电容器的电容量为100PF～100nF，优选500PF～3nF，耐受电压为100V～10kV，电阻器的电阻值为10kΩ～200MΩ，优选500kΩ～20MΩ，功率为1/8W～10W。
为了进行过流保护，本发明所述多层放电间隙型电涌保护器设置有电流保险器，所述电流保险器的一端连接在第一个放电隙F1外端部，其另一端连接在各条触发电路的公共端。
为了显示所述多层放电间隙型电涌保护器的工作状态，设置了指示电路，所述指示电路的一端连接在最末一个放电隙Fn外端部，其另一端连接在各条触发电路的公共端，或指示电路的一端连接在最末一个放电隙Fn外端部，其另一端连接在第一个放电隙F1外端部。
本发明所述多层放电间隙型电涌保护器，其放电隙为开放式结构或密封式结构。所述开放式结构的放电隙由n+1个电极片和相邻两电极片之间放置的绝缘环状垫片组成；电极片为正方形或圆形或腰形或椭圆形，以及其它适于使用的形状，绝缘环状垫片与电极片的形状匹配，同样为正方形环或圆环或腰形环或椭圆形环，以及其它适于使用的环形。所述密封式结构的放电隙由n+1个电极片和n个密封容器组成，所述电极片位于密封容器内且由密封容器固定。
组成放电隙的电极片由石墨、铜钨合金或其他耐高温导电复合材料制成，电极片之间的间距为0.1毫米～0.6毫米。绝缘环状垫片用聚四氟乙稀、云母或其他耐高温绝缘材料制作。
本发明所述多层放电间隙型电涌保护器工作原理：
雷电来时，若电涌电压超过放间隙的击穿电压，各级放间隙依次被击穿后形成通路，阻抗很小，因而快速泄放电涌过电压能量，抑制过电压；在各级放间隙依次被击穿的同时，与各级放间隙组配的触发电路的电容器两端瞬时充电，充电后电容电压迅速升高，所述电容器在触发过程中被充入的电荷由两端并联的电阻器在雷电冲击的间隔时间内充分泄放，不会存在残余电荷对再次触发造成影响，因而当雷电产生的过电压再次到来时，触发电路能够稳定的辅助放电隙再次点火。
本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明所述多层放电间隙型电涌保护器中的触发电路为电容器和电阻器并联构成的RC电路，因而在触发过程中电容器被充入的电荷可由电阻器在雷电冲击的间隔时间内充分泄放，不会存在残余电荷对再次触发造成影响，当雷电产生的过电压再次到来时，电涌保护器点火电压低，启动放电稳定，能更好的适用于雷电过电压环境，对各类电子、电气设备起到保护作用。
2、本发明所述多层放电间隙型电涌保护器的触发电路结构简单，便于制作，与现有多层放电间隙型电涌保护器相比，具有更高的性价比。
3、触发电路中电容器电容量和电阻器电阻值的优选，能保证触发过程中电容器被充入的电荷可由电阻器在雷电冲击的间隔时间内充分泄放。
4、放电隙为开放式结构或密封式结构，可用于不同环境中的电子、电气设备的防雷，增强多层放电间隙型电涌保护器的适应性。
5、由于设置了电流保险器，若触发电路电流过大、温度过高，电流保险器的保险丝则会被熔断，可实现过流保护。
6、由于设置了指示电路，可显示本发明所述多层放电间隙型电涌保护器的工作状态，便于及时发现问题。
附图说明
图1是本发明所述多层放电间隙型电涌保护器的一种基本电路结构原理图；
图2是本发明所述多层放电间隙型电涌保护器的又一种基本电路结构原理图，设置有电流保险器；
图3是实施例1中的多层放电间隙型电涌保护器的电路结构原理图；
图4是实施例2中的多层放电间隙型电涌保护器的电路结构原理图；
图5是实施例3中的多层放电间隙型电涌保护器的电路结构原理图；
图6是实施例4中的多层放电间隙型电涌保护器的电路结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明所述多层放电间隙型电涌保护器的结构作进一步说明。
本发明所述多层放电间隙型电涌保护器的基本电路结构如图1所示。在图1中，F1～Fn为n个放电隙，C1～Cn-1为n-1条触发电路中的电容器，R1～Rn-1为n-1条触发电路中的电阻器，所述n为≥2的整数。每个放电隙有两个电极，n个放电间隙串联连接构成电涌保护器的过电压泄放电路。所述过电压泄放电路有两个端子，连接第一个放电隙F1外端部的端子定义为A端子；连接最末一个放电隙Fn外端部的端子定义为B端子。A端子和B端子并联于被保护电路中的两条线路之间。各条触发电路的结构相同，均为由电容器和电阻器并联构成的RC电路；各条触发电路的一端分别与对应的放电隙之间的导电件连接，它们的另一端连接在一起并与第一个放电隙F1外端部连接。
图2所示电路结构原理图在图1的基础上增加了电流保险器FU1，所述电流保险器FU1的一端连接在与A端子连接的第一个放电隙F1外端部，其另一端连接在各条触发电路的公共端，以实现过流保护。
实施例1
本实施例中，多层放电间隙型电涌保护器应用于交流电路的过电压保护，电涌保护器的电路结构如图3所示，由11个石墨放电隙F1～F11、10条触发电路、电流保险器FU1和指示电路构成。各石墨放电隙串联连接，其中，连接第一个石墨放电隙F1外端部的端子与火线连接，连接最末一个石墨放电隙F11外端部的端子与零线或地线连接。各条触发电路的结构相同，均为由电容器和电阻器并联构成的RC电路；C1、R1并联构成的第1条触发电路的一端与连接石墨放电隙F1、F2的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接；C2、R2并联构成的第2条触发电路的一端与连接石墨放电隙F2、F3的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接；……，以此类推，C10、R10并联构成的第10条触发电路的一端与连接石墨放电隙F10、F11的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接(见图3)。指示电路由电流保险器FU2、限流电感L1、限流电阻R11、保护二极管VD1、保护二极管VD2、发光二极管HL1、泄放电阻R12和降压电容C11构成；电流保险器FU2、限流电感L1、限流电阻R11、保护二极管VD1、发光二极管HL1和降压电容C11串联连接，保护二极管VD2并联在保护二极管VD1和发光二极管HL1的两端，泄放电阻R12与降压电容C11并联连接构成RC电路；所述指示电路中，电流保险器FU2的一端连接在放电隙F11外端部，降压电容C11的一端连接在各条触发电路的公共端(见图3)。
上述各条触发电路中，其电容器的电容量均为620PF、耐受电压均为3kV，其电阻器的电阻值均为3.0MΩ、功率均为1/4W。
本实施例中，石墨放电隙为开放式结构，由12个石墨电极片和相邻两电极片之间放置的绝缘环状垫片组成，所述石墨电极片为圆形，其厚度为1.8毫米，两石墨电极片之间的间距为0.25毫米，放置在各石墨放电隙的石墨电极片之间的绝缘环状垫片为圆环形，用聚四氟乙烯制作，其厚度为0.25毫米。上述电路中的电子元器件组装在盒体内。
本实施例中，如果触发电路短路，电流保险器FU1将熔断，发光二极管HL1灭，指示电涌保护器存在故障。
实施例2
本实施例中，多层放电间隙型电涌保护器应用于交流电路的过电压保护，电涌保护器的电路结构如图4所示，由11个放电隙F1～F11、10条触发电路和电流保险器FU1构成。所述放电隙F1～F11为封闭式结构的气体放电管，各放电隙串联连接，其中，连接第一个放电隙F1外端部的端子与火线连接，连接最末一个放电隙F11外端部的端子与零线或地线连接。各条触发电路的结构相同，均为由电容器和电阻器并联构成的RC电路；C1、R1并联构成的第1条触发电路的一端与连接气体放电管构成的放电隙F1、F2的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接；C2、R2并联构成的第2条触发电路的一端与连接气体放电管构成的放电隙F2、F3的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接；……，以此类推，C10、R10并联构成的第10条触发电路的一端与连接气体放电管构成的放电隙F10、F11的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接(见图4)。
上述各条触发电路中，其电容器的电容量均为680PF、耐受电压均为3kV，其电阻器的电阻值均为2.7MΩ、功率均为1/4W。
本实施例中，电子元器件组装在盒体内。如果触发电路短路，电流保险器FU1将熔断，起到过流保护的作用。
实施例3
本实施例中，多层放电间隙型电涌保护器应用于交流电路的过电压保护，电涌保护器的电路结构如图5所示，由8个石墨放电隙F1～F8、7条触发电路、电流保险器FU1和指示电路构成。各石墨放电隙串联连接，其中，连接第一个石墨放电隙F1外端部的端子与火线连接，连接最末一个石墨放电隙F8外端部的端子与零线或地线连接。各条触发电路的结构相同，均为由电容器和电阻器并联构成的RC电路；C1、R1并联构成的第1条触发电路的一端与连接石墨放电隙F1、F2的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接；C2、R2并联构成的第2条触发电路的一端与连接石墨放电隙F2、F3的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接；……，以此类推，C7、R7并联构成的第7条触发电路的一端与连接石墨放电隙F7、F8的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与火线连接(见图5)。指示电路由电流保险器FU2、限流电感L1、限流电感L2、限流电阻R11、限流电阻R13、保护二极管VD1、保护二极管VD2、发光二极管HL1、泄放电阻R12和降压电容C11构成；电流保险器FU2的一端连接在放电隙F8外端部，另一端与限流电感L1、限流电阻R11、降压电容C11、限流电阻R13、限流电感L2、发光二极管HL1、保护二极管VD1串联连接后连接在放电隙F1外端部，降压电容C11和限流电阻R13之间的连接点连接在各条触发电路的公共端，泄放电阻R12与降压电容C11并联连接构成RC电路，保护二极管VD2并联在保护二极管VD1和发光二极管HL1的两端(见图5)。
上述各条触发电路中，其电容器的电容量均为750PF、耐受电压均为3kV，其电阻器的电阻值均为2.4MΩ、功率均为1/4W。
本实施例中，石墨放电隙为开放式结构，由9个石墨电极片和相邻两电极片之间放置的绝缘环状垫片组成，所述石墨电极片为圆形，其厚度为2.0毫米，两石墨电极片之间的间距为0.40毫米，放置在各石墨放电隙的石墨电极片之间的绝缘环状垫片为圆环形，用聚四氟乙烯制作，其厚度为0.40毫米。上述电路中的电子元器件组装在盒体内。
本实施例中，如果触发电路短路，电流保险器FU1将熔断，发光二极管HL1亮，指示电涌保护器存在故障。
实施例4
本实施例中，多层放电间隙型电涌保护器应用于直流电路的过电压保护，电涌保护器的电路结构如图6所示，由8个铜钨合金放电隙F1～F8、7条触发电路和电流保险器FU1构成。各铜钨合金放电隙串联连接，其中，连接第一个铜钨合金放电隙F1外端部的端子与V+连接，连接最末一个铜钨合金放电隙F8外端部的端子与V-连接。各条触发电路的结构相同，均为由电容器和电阻器并联构成的RC电路；C1、R1并联构成的第1条触发电路的一端与连接铜钨合金放电隙F1、F2的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与V+连接；C2、R2并联构成的第2条触发电路的一端与连接铜钨合金放电隙F2、F3的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与V+连接；......，以此类推，C7、R7并联构成的第7条触发电路的一端与连接铜钨合金放电隙F7、F8的导电件连接，其另一端接电流保险器FU1后与V+连接(见图6)。
上述各条触发电路中，其电容器的电容量均为1.1nF、耐受电压均为3kV，其电阻器的电阻值均为1.8MΩ、功率均为1/4W。
本实施例中，铜钨合金放电隙为开放式结构，由9个铜钨合金电极片和相邻两电极片之间放置的绝缘环状垫片组成，所述铜钨合金电极片为正方形，其厚度为2.2毫米，两铜钨合金电极片之间的间距为0.50毫米，放置在各铜钨合金放电隙的铜钨合金电极片之间的绝缘环状垫片为正方形环，用陶瓷制作，其厚度为0.50毫米。上述电路中的电子元器件组装在盒体内。
本实施例中，如果触发电路短路，电流保险器FU1将熔断，起到过流保护的作用。
Claims (7)
1.一种多层放电间隙型电涌保护器，包括n个放电隙和n-1条触发电路，所述n为≥2的整数，n个放电隙串联连接构成过电压泄放电路，所述过电压泄放电路两端设有连接端子，用于连接被保护的交流或直流电路，n-1条触发电路中的每一条触发电路的一端分别与对应的放电隙之间的导电件连接，它们的另一端连接在一起并与第一个放电隙(F1)外端部连接，其特征在于各条触发电路的结构相同，均为由电容器和电阻器并联构成的RC电路；
所述RC电路的时间常数的3倍或4倍或5倍或6倍应小于两次雷击之间的间隔时间，所述RC电路中，电容器的电容量为100PF～100nF，电阻器的电阻值为10kΩ～200MΩ。
2.根据权利要求1所述多层放电间隙型电涌保护器，其特征在于所述RC电路中，电容器的电容量为500PF～3nF，电阻器的电阻值为500kΩ～20MΩ。
3.根据权利要求1或2所述多层放电间隙型电涌保护器，其特征在于设置有电流保险器，所述电流保险器的一端连接在第一个放电隙(F1)外端部，其另一端连接在各条触发电路的公共端。
4.根据权利要求3所述多层放电间隙型电涌保护器，其特征在于设置有指示电路，所述指示电路的一端连接在最末一个放电隙(Fn)外端部，其另一端连接在各条触发电路的公共端，或所述指示电路的一端连接在最末一个放电隙(Fn)外端部，其另一端连接在第一个放电隙(F1)外端部。
5.根据权利要求1或2所述多层放电间隙型电涌保护器，其特征在于所述放电隙为开放式结构或密封式结构。
6.根据权利要求5所述多层放电间隙型电涌保护器，其特征在于所述开放式结构的放电隙由n+1个电极片和相邻两电极片之间放置的绝缘环状垫片组成。
7.根据权利要求5所述多层放电间隙型电涌保护器，其特征在于所述密封式结构的放电隙由n+1个电极片和n个密封容器组成，所述电极片位于密封容器内且由密封容器固定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SICHUAN ZHONGGUANG LIGHTING PROTECTION TECHNOLOGIE Free format text: FORMER OWNER: YANG GUOHUA Effective date: 20130301 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 610051 CHENGDU, SICHUAN PROVINCE TO: 611731 CHENGDU, SICHUAN PROVINCE |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130301 Address after: Tianyu Chengdu road 611731, Sichuan province high tech Zone West Park No. 19 Applicant after: Sichuan Zhongguang Lightning Protection Technologies Co., Ltd. Address before: The three section of the 610051 Sichuan province Chengdu City Construction Road No. 2 Longhu Street three thousand block a room 2202 Applicant before: Yang Guohua |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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