CN100353625C - 无续流金属陶瓷气体放电管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及放电管技术领域，特指一种在强电电源系统中雷击过电压过后无续流的金属陶瓷气体放电管，其包括内电极、外电极以及金属化陶瓷绝缘件，三者结合形成一密闭充满惰性气体的空间，该空间内有一放电间隙，内电极有一端位于由内电极、外电极以及金属化陶瓷绝缘件三者结合后形成的密闭空间内，并在其中设有与内电极同轴的中心孔及数个与中心孔连通的进气孔，其中进气孔、中心孔及放电间隙之间形成一气体环流通路。本发明可以解决金属陶瓷气体放电管应用于电子设备电源系统中存在的续流问题。

Description

无续流金属陶瓷气体放电管
技术领域：
本发明涉及放电管技术领域，特指一种在强电电源系统中雷击过电压过后，无续流的金属陶瓷气体放电管。
背景技术：
习知，金属陶瓷放电管作为一个仅依赖于电压的开关元件，凭借其超强的过电流能力、快速的响应时间及极小的极间电容，广泛的应用在电子设备信号系统中防护雷击及电磁脉冲带来的过电压对电子设备所造成的损害；而在目前电子设备电源系统中的应用仅限于等电位隔离接地，用来解决电子设备电源及信号雷击过电压防护方案中公共接地带来的串音干扰问题。
据不完全统计，目前全球范围内使用的金属陶瓷气体放电管都存在一共同的缺陷：在强电电源系统防雷中，金属陶瓷气体放电管雷击过电压过后由于电源系统能够提供其维持放电的电压及电流，致使过电压过后不能自行关闭(即续流)。
另外，金属陶瓷气体放电管不能直接应用在电子设备电源系统中的根本原因在于金属陶瓷气体放电管在强电电源系统中存在续流。该续流能导致电源短路使电源系统不能正常工作或使放电管自身损坏。
由于该问题的存在，现有的防雷方案只好采用金属氧化物压敏电阻-MOV。但从此前长时期的使用情况来看，金属氧化物压敏电阻作为一非线性电阻存在如下根本无法解决的问题：
其一，由于MOV固有特性---漏电流的存在，使得MOV在电源系统中长时间的漏电流环境下，漏电流越来越大(即所谓的老化)，至致MOV因热击穿短路，并由此带来火灾的隐患，这也是电源防雷箱时常起火的根本原因。广大防雷工程技术人员作出了各种努力虽有很大改善，但无法从根本上解决这一问题。
其二，MOV作为非线性电阻，雷击过电流时电压降高，在电源系统雷击防护中没有续流问题，这是其优点，但同时也带来了功耗大，当通过无法承受的过电流时，MOV将炸碎而开路。
其三，从上面情况来看MOV的失效模式不确定，给应用带来无法预知的结果。
其四，由于MOV固有特性---压比的存在，其残余传输电压高，单级防雷无法保证电子设备的过电压防护要求，且一般用在第二级、第三级、第四级防雷箱中，带来安装的不便及成本的增高。
其五，由于MOV是氧化锌陶瓷结构，其过电流能力与其截面积成正比，但截面积越大，在其烧制过程中越易变形，一般40KA(8/20μS电流波)以上其通电流能力就很难再做大。
由以上所述，可以看出MOV用于电子设备电源过电压的防护是无奈而勉强的做法。
因此，制造出过电流能力远大于雷击及电磁脉冲带来的过电流、残余传输电压对电子设备绝对安全、在电源系统中过电压过后能自行关闭(没有续流)、没有漏电流长时间稳定工作的过电压防护元件是全球雷击及电磁脉冲过电压防护行业迫在眉睫的技术需求。
众所周知，金属陶瓷气体放电管的过电流能力没有极限，理论上可以做到无穷大，完全可以一步到位的将雷击及电磁脉冲造成的过电流泄漏干净。在世界上雷击最严重地区探测到的雷击峰值电流不过300KA(8/20μS电流波)，而金属陶瓷气体放电管目前已轻松做到500KA(8/20μS电流)完全能满足应用要求；金属陶瓷气体放电管的残余传输电压，对于220V，50HZ而言使用标称值为直流击穿电压为600V的金属陶瓷气体放电管，其脉冲击穿电压≤1200V(电压上升率为1000V/μS时)，其残余传输电压为小于1200V的脉冲尖峰，该脉冲宽度约1.2μS，不会对电子设备带来伤害，即使要彻底解决该脉冲残余传输电压，使用简单的L、C滤波回路即可达到目的；金属陶瓷气体放电管的寿命目前已能轻松达到20年以上。
综上所述，金属陶瓷气体放电管应用于电子设备电源系统存在的问题即通电流能力和续流问题。解决了金属陶瓷气体放电管的通电流能力和续流问题即解决了目前困扰防雷行业的防护方案中的潜在隐患，也达到了电源防雷的最佳方案的要求，这也正是本发明将要解决的问题。
如图1所示，为现有技术中普遍使用的一种金属陶瓷气体放电管的结构剖面示意图，其包括，两个放电电极01、一只金属化瓷管02、一个气体放电间隙03、四条脉冲点火电极04、两层电子发射材料涂层05。
但是，该结构有如下缺点：首先，电流能力无法做大。因为该结构的气体放电间隙03与金属化陶瓷管02的轴线垂直，雷击放电时电弧直接在金属化陶瓷管02内壁中部形成，由于电弧温度高达几千～上万度使得金属化陶瓷产生巨大的热应力，同时因电弧温度的作用，金属陶瓷气体放电管内气体迅速膨胀，内部压力迅速上升，金属化陶瓷管02较小的通流能力下即炸裂而使金属陶瓷气体放电管失效；其次，该结构在强电电源系统中雷击过电压过后不能熄弧，将继续放电至致金属陶瓷气体放电管失效损坏或引起电源线路因过电流而导致火灾；最后，由于该结构金属化陶瓷管02端面与金属电极密闭封接，承受金属陶瓷气体放电管内部因电弧温度产生的气体膨胀力较弱，容易使金属化陶瓷管02与电极01的连接处拉断而使其失效。
如何解决现有技术中金属陶瓷气体放电管的上述问题，成了本发明的关键。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种金属陶瓷气体放电管，极好地解决电子设备交流110V、220V、380V，50HZ电源系统中雷击过电压及电磁脉冲的防护问题。
本发明的技术方案为：包括内电极、外电极以及金属化陶瓷绝缘件，三者结合形成一密闭充满惰性气体的空间，该空间内有一放电间隙，内电极有一端位于由内电极、外电极以及金属化陶瓷绝缘件三者结合后形成的密闭空间内，并在其中设有与内电极同轴的中心孔及数个与中心孔连通的进气孔，其中进气孔、中心孔及放电间隙之间形成一气体环流通路。
所述中心孔沿中心线轴向设计，而进气孔为径向设计，并与中心孔垂直交叉连通。
所述内电极和外电极构成的放电间隙为圆形平行间隙，内电极之内嵌部分为倒锥台形。
所述内电极和外电极构成的放电间隙为锥台间隙，内电极之内嵌部分或内电极和外电极内嵌部分(镜像)为锥台形。
所述内电极和外电极构成的放电间隙为球台形，内电极内嵌部分或内电极和外电极内嵌部分(镜像)为球台形。
所述金属化陶瓷绝缘件为内嵌式金属化陶瓷片。
本发明通过以上技术方案解决了金属陶瓷气体放电管应用于电子设备电源系统中，存在的问题即续流问题，解决了目前困扰防雷行业的防护方案中的潜在隐患，同时也解决了金属陶瓷气体放电管大通流时金属化陶瓷管炸裂的问题，使金属陶瓷气体放电管通流能力可以做到无穷大，达到了电源防雷的最佳方案的要求。
附图说明：
图1为现有技术的金属陶瓷气体放电管的结构剖示图；
图2为本发明之实施例的结构剖面示意图；
图3为本发明之一较佳实施例的结构剖视图；
图4为本发明之另一较佳实施例的结构剖视图。
具体实施方式：
见附图2，本发明包括内电极10、外电极30以及金属化陶瓷绝缘件20，三者结合后形成一密闭且填充有惰性气体的空间，该空间内设置有一放电间隙40，内电极10有一端嵌置于密闭的气体空间内，并在嵌入端设有一中心孔11及数个与中心孔11连通的进气孔12，其中进气孔12、中心孔11及放电间隙40之间形成气体环流通路。
所述中心孔11沿中心线轴向设计，而进气孔12为径向设计，并与中心孔11垂直交叉连通。
由上述部件构成的内部设置有闭合气体环流通路的气体放电装置即无续流金属陶瓷气体放电管。
当上述无续流金属陶瓷气体放电管因雷击过电压击穿时，在放电间隙40中形成电弧，在电弧温度、电离气体产生的电子流及离子流的电磁力作用下，放电间隙40间的气体爆炸性的由间隙中心向外膨胀，在放电间隙40中心形成一低压区域，同时向外膨胀的气体通过内电极10和外电极30间的间隙压缩内电极10与金属化瓷片20之间的气体，使该区域的气体迅速由多个进气孔12流向中心孔11，由于管导中的流体因管导阻力的变化，由多个进气孔12流入中心孔11的气体在中心孔11中被加速并喷向放电间隙40，在放电间隙40间形成由放电间隙40中心向外的喷射气体流，放电电弧在该喷射气流作用下，电弧被迅速拉长，维持放电的电压迅速升高，至致电弧熄灭，从而切断金属陶瓷气体放电管的续流。
本发明除达到了上述切断续流的目的外，在结构上较目前使用的放电管还做了如下的改进：
首先，本发明中外电极30的设计解决了目前放电管放电时，放电电弧对金属化瓷管的辐射炸裂问题。
其次，本发明内电极10与外电极30之间绝缘密封的金属化陶瓷件20，一改目前的金属化陶瓷管，进而采用金属化陶瓷片，且该金属化陶瓷件20镶嵌在外电极30内部后与内电极10进行气密性封接。当雷击过电流产生的温度使放电管内部气压迅速升高时，金属化陶瓷件20承受的是均匀压力，而金属化陶瓷件20可以承受巨大的均匀压力而不损坏。
上述两点改进使得本发明的过电流能力可以做到无穷大，目前已轻松做到500KA(8/20μS电流)，完全满足了目前最佳电子设备电源系统防雷方案的需要，使电子设备电源系统防雷达到了新的最好效果。
另外，本发明为了更方便的解决续流的问题，使电弧更易拉长而切断续流，根据不同要求可以将内电极10和外电极30构成的放电间隙40，制作为圆形平行间隙，内电极10之内嵌部分13为倒锥台形；也可以制作为锥台间隙，内电极10之内嵌部分13或内电极10和外电极30内嵌部分13(镜像)为锥台形，如附图3所示；还可以制作为球台形，内电极内嵌部分或内电极10和外电极30内嵌部分13(镜像)为球台形，如附图4所示。
以上所述之实施例只为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1、无续流金属陶瓷气体放电管，包括内电极(10)、外电极(30)以及金属化陶瓷绝缘件(20)，三者结合形成一密闭充满惰性气体的空间，该空间内有一放电间隙(40)，其特征在于：内电极(10)有一端位于由内电极(10)、外电极(30)以及金属化陶瓷绝缘件(20)三者结合后形成的密闭空间内，并在其中设有与内电极(10)同轴的中心孔(11)及数个与中心孔(11)连通的进气孔(12)，其中进气孔(12)、中心孔(11)及放电间隙(40)之间形成一气体环流通路。
2、根据权利要求1所述的无续流金属陶瓷气体放电管，其特征在于：所述中心孔(11)沿中心线轴向设计，而进气孔(12)为径向设计，并与中心孔(11)垂直交叉连通。
3、根据权利要求1或2所述的无续流金属陶瓷气体放电管，其特征在于：所述的内电极(10)的内嵌部分(13)为倒锥台形。
4、根据权利要求1或2所述的无续流金属陶瓷气体放电管，其特征在于：所述的内电极(10)的内嵌部分(13)为锥台形。
5、根据权利要求1或2所述的无续流金属陶瓷气体放电管，其特征在于：所述的内电极的内嵌部分(13)为球台形。
6、根据权利要求1所述的无续流金属陶瓷气体放电管，其特征在于：所述金属化陶瓷绝缘件(20)为内嵌式金属化陶瓷片。
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