CN101345417B - 复合间隙电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合间隙电涌保护器，具有外壳，外壳内设置有第一电极、第二电极及压敏电阻，外壳内设置有放电器，所述的放电器由一个长间隙和至少1个短间隙构成，长间隙上设有相邻两个电极片，长间隙的相邻两个电极片上并联有至少一个压敏电阻，在长间隙中还设置有导电性栅片，相邻两导电性栅片之间设有用于隔离两导电性栅片的绝缘片，放电器两端(的两个电极接点)分别与第一电极和第二电极连接(接第一电极与第二电极)。本发明放电能力强，在器件最大工作电压下无续流，且击穿电压低，击穿导通时电流电压的变化速率较小。

Description

复合间隙电涌保护器

技术领域

本发明涉及一种过电压保护器件，尤其是一种具有防雷击的复合间隙电涌保护器。

背景技术

雷击电涌不能被阻止，因为它包含的能量太强，正是由于这种原因，保护敏感电气设备免受电涌损坏的策略是把电涌从设备外分流。尤其是电涌保护器中的气体放电管和空气间隙(火花隙)放电器具有大的放电能力，但存在有三个主要问题，制约着它们的推广应用：一是脉冲放电后的续流造成对系统电压的短路；二是存在着降低击穿电压和提高工作可靠性和寿命的矛盾，因为降低击穿电压要求减小间隙长度，而这将使可靠性和寿命下降；三是气体击穿导通时电流电压的变化速率大，产生较强的电磁干扰。近十多年来，人们对气体放电管和空气间隙(火花隙)放电器件进行了很多改进，保持了它们放电能力大的优点，在相当大的程度上克服了上述三方面的缺点。

改进措施之一是采用主间隙和辅助间隙分开的复合间隙，用短间距的辅助间隙来降低击穿电压，用长间距的主间隙来保证可靠性和寿命。但仅仅这一措施还不能解决续流问题。

改进措施之二是将多个基本上相同的间隙串联起来，使各串联间隙电弧电压之和大于系统电压峰值，从而避免了续流。但是为了保证各间隙的击穿，必须对每个间隙采取均压，或触发等措施，使整个器件变得相当复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种放电能力强，在器件最大工作电压下无续流，且击穿电压低，击穿导通时电流电压的变化速率较小的脉冲过电压保护器件的复合间隙电涌保护器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合间隙电涌保护器，具有外壳，外壳内设置有第一电极、第二电极及压敏电阻，外壳内设置有放电器，所述的放电器由一个长间隙和至少1个短间隙构成，长间隙上设有相邻两个电极片，长间隙的相邻两个电极片上并联有至少一个压敏电阻，在长间隙中还设置有导电性栅片，相邻两导电性栅片之间设有用于隔离两导电性栅片的绝缘片，放电器两端(的两个电极接点)分别与第一电极和第二电极连接(接第一电极与第二电极)。

所述的在长间隙的相邻两个电极片上并联有至少1个压敏电阻或压敏电阻与电容器的并联组合。

所述的放电器所配备的短间隙的数量为1个以上，(如是多个应分设于长间隙(6)的两侧)。

所述放电器的工作介质是惰性气体或空气。

所述的长间隙中的导电性栅片的材质为金属或石墨或其他导电材料。

所述的绝缘片材质为陶瓷片或玻璃釉或其他绝缘材料。

所述的绝缘外壳材料为陶瓷，但不限于陶瓷，也可以是其他绝缘材料。

本发明的有益效果是：本发明的放电能力强，在器件最大连续工作电压下无续流，且击穿电压低，击穿导通时电流电压的变化速率较小的脉冲过电压保护器件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的放电器的结构示意图。

图3为短间隙击穿时的电压分配的电路图。

图4为长间隙击穿前的电压的电路图。

图中：1.外壳 2.第一电极 3.第二电极 4.压敏电阻 5.放电器 6.长间隙 7.短间隙 8.电极片 9.导电性栅片 10.绝缘片。

具体实施方式

如图1所示的复合间隙电涌保护器，具有外壳1、第一电极2、第二电极3、压敏电阻4，还设置有起保护作用的放电器5，放电器5两端分别与第一电极2和第二电极3连接。

如图2所示复合间隙电涌保护器中的放电器5是由一个长间隙6，和二个短间隙7构成，长间隙6上设有相邻两个电极片8，长间隙6的相邻两个电极片8上并联有一个压敏电阻4，且在长间隙6中设有导电性栅片9，相邻两导电性栅片9之间设有用于隔离两导电性栅片9的绝缘片10。

本发明的复合间隙放电器的参数设计要满足四个基本关系：A.所有短间隙7的击穿电压之和U_bG1应小于带导电性栅片9的长间隙6的击穿电压U_bG2；B.压敏电阻4在其标称放电电流I_N下的限制电压U_cla应高于U_bG2；C.带导电性栅片9的长间隙6的电弧电压Ua应高于本器件的最大连续工作电压U_C的峰值；D.所有短间隙7的击穿电压之和U_bG1应大于本器件的最大系统工作电压的峰值

这四个基本关系可用下面三个不等式来表达：

U_cla＞U_bG2＞U_bG1                                       A

$U_a>\sqrt{2}{\·U}_C---B$

$U_{\mathrm{bG}1}>\sqrt{2}{\·U}_{\mathrm{CS}}---C$

这种器件的工作状态可分为等待状态，和抑制脉冲工作状态。当没有过电压加在器件上时，器件上只有系统电压，整个器件处在等待状态，没有漏电流。由于短间隙7与压敏电阻4串联，压敏电阻4的电容量对系统工作没有影响；且系统电压(

)都加在短间隙7上，压敏电阻4上没有电压，因此避免了电压老化问题。

如图3所示的短间隙击穿时的电压分配的电路图，G1表示短间隙，C_G1表示G1的电容，C_V表示压敏电阻电容(或压敏电阻的电容与外接电容之和)，当脉冲电压加在器件上时，在该电压的波前时刻，这个电压按压敏电阻器4的电容量(或压敏电阻4的电容与外接电容之和)C_V与短间隙G1的电容量C_G1之间的比例关系，分配在G1和VR上，见图2。短间隙G1上的电压U_G1由式(4)确定：

$U_{G1}=U_S\×\frac{C_V}{C_V+C_{G1}}---D$

式中，U_S是外部脉冲电压值。由于C_V＞＞C_G1，因此脉冲电压几乎都加在间隙G1上。当G1上的电压上升到超过它的击穿电压U_bG1时，间隙G1击穿，进入电弧放电状态，这时G1上的电压大体在30V～50V。G1击穿后脉冲电流流入压敏电阻器VR，而脉冲电压U_S几乎都降在压敏电阻VR上，这个电压同时加到长间隙G2的两端。

如图4所示的长间隙击穿前的电压的电路图，G2表示长间隙，G1击穿后，随着外部脉冲源流入压敏电阻器4的电流的增大，它两端的电压也上升，由于长间隙G2的击穿电压U_bG2设计为小于等于压敏电阻器VR在其标称放电电流I_N下的限制电压U_cla，因此只要脉冲电流小于I_N，VR两端的电压就低于U_bG2，长间隙G2就不会击穿导通，这时过电压保护功能仅有G1-VR来承担。

当脉冲电流大于I_N后，VR的限制电压高于长间隙G2的击穿电压U_bG2，迫使G2击穿并进入电弧放电状态，泄放绝大部分脉冲电流，所以大脉冲电流不会流入压敏电阻器。需要注意的一点是在G2击穿以前，G2两端的电压，即压敏电阻的限制电压，是按G2两端的电极片与导电性栅片(2、5、…3)之间的分布电容(图4)进行分配的，可以肯定地一点是分布电容最小者，其上的电压最高，因而它首先击穿，并引燃整个长间隙G2，使之进入电弧放电状态。

上面的分析表明：由于压敏电阻4的限制电压持续加在长间隙G2上，因而有利于降低长间隙G2的击穿电压，因为气隙的击穿取决于“伏-秒值”，而不仅仅是电压；长间隙G2内，各电极片和导电性栅片之间分布电容是不同的，这有利于一点先击穿而引燃整个间隙，也有利于降低击穿电压。长间隙G2击穿后，多栅片结构能加速熄灭电弧，且由于整个长间隙G2的电弧电压高于系统电压值，因此不会出现续流。这样，本发明就达到了预期的目标。

实施过程中，实际测试参数如下：

U_bG1：659V；U_bG2：1321V；U_cla：1426V；U_a：699V；Up：1200V，Iimp：50kA(10/350μs)，在Uc～：255V条件下无续流；对于放电器的尺寸，直径可取为Φ30mm，长度可取为31mm。

Claims (4)

1.一种复合间隙电涌保护器，具有外壳(1)，外壳(1)内设置有第一电极(2)、第二电极(3)及压敏电阻(4)，其特征在于：外壳(1)内设置有放电器(5)，所述的放电器(5)由一个长间隙(6)和短间隙(7)构成，所述的短间隙(7)的数量为1个以上，如是多个应分设于长间隙(6)的两侧，长间隙(6)由相邻两个电极片(8)形成，形成长间隙(6)的两个电极片(8)上并联有至少一个压敏电阻(4)或压敏电阻(4)与电容器的并联组合，所述的短间隙(7)与压敏电阻(4)串联，在长间隙(6)中电极片(8)上还设置有导电性栅片(9)，相邻两导电性栅片(9)之间设有用于隔离两导电性栅片(9)的绝缘片(10)，放电器(5)两端分别与第一电极(2)和第二电极(3)连接。

2.根据权利要求1所述的复合间隙电涌保护器，其特征在于：所述放电器(5)的工作介质是惰性气体或空气。

3.根据权利要求1所述的复合间隙电涌保护器，其特征在于：所述的长间隙(6)中的导电性栅片(9)的材质为金属或石墨或其他导电材料。

4.根据权利要求1所述的复合间隙电涌保护器，其特征在于：所述的绝缘片(10)材质为陶瓷片或玻璃釉或其他绝缘材料。

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