CN101378178B - 带外接触发端子的多间隙金属陶瓷气体放电管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放电管技术领域，特指带外接触发端子的多间隙金属陶瓷气体放电管，其包括陶瓷定位钉，金属化陶瓷绝缘件，放电间隙电极隔离板，放电间隙过渡连接隔离板，螺杆电极，端子，至少有两层的环形金属化陶瓷绝缘件两端连接有螺杆电极，形成的密闭有惰性气体的多间隙空间，环形金属化陶瓷绝缘件一体成形有环形凸缘，环形凸缘上下两端面支承两个有放电间隙电极隔离板，放电间隙电极隔离板开设有陶瓷定位钉孔、放电延伸通孔，两个金属化陶瓷绝缘件之间设有放电间隙过渡连接隔离板，放电间隙过渡连接隔离板上开设有放电延伸通孔，放电间隙过渡连接隔离板上一体成型有端子过电压过后放电管将自行熄灭，达到没有续流的结果。

Description

带外接触发端子的多间隙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后，可以自熄的多间隙金属陶瓷气体放电管。 

背景技术：

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。 

目前全球范围内使用的单间隙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，单间隙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。 

所以单间隙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过电压后不能自行关闭，导致电源短路使电源系统不能正常工作或使单间隙放电管自身损坏。 

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： 

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。 

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。 

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。 

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。 

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40KA8/20μS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切的技术需求。 

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300KA8/20μS电流波，而金属陶瓷气体放电管目前已轻松做到500KA8/20μS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，单间隙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过电压过后不能自行关闭。解决金属陶瓷气体放电管过电压过后自行关闭的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单间隙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：其辉光电压仅70V、弧光电压在电流＜100A时仅30V，电流＞100A时仅15V。过电压后，电源系统将提供巨 大的短路电流给单间隙金属陶瓷气体放电管，产生高温热电子发射，同时由于交流电源系统功率因素的问题，电流电压不同步致使单间隙金属陶瓷气体放电管在电源电压过零后不能自行关闭。 

如何解决现有技术中单间隙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：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供带外接触发端子的多间隙金属陶瓷气体放电管，极好地解决电子设备交流110V、220V、380V，50～60HZ及直流电源系统中雷击过电压及电磁脉冲的防护问题。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括陶瓷定位钉，环形金属化陶瓷绝缘件，放电间隙电极隔离板，放电间隙过渡连接隔离板，螺杆电极，外接触发端子，其特征在于：至少有两层的环形金属化陶瓷绝缘件两端连接有螺杆电极，环形金属化陶瓷绝缘件与螺杆电极形成密闭有惰性气体的多间隙空间，环形金属化陶瓷绝缘件一体成形有环形凸缘，环形凸缘上下两端面分别支承有一个放电间隙电极隔离板，放电间隙电极隔离板开设有陶瓷定位钉孔、放电延伸通孔，陶瓷定位钉孔内安装有陶瓷定位钉，两层环形金属化陶瓷绝缘件之间设有放电间隙过渡连接隔离板，放电间隙过渡连接隔离板上开设有放电延伸通孔，放电间隙电极隔离板的放电延伸通孔、放电间隙过渡连接隔离板的放电延伸通孔形成气体关联通路，放电间隙过渡连接隔离板上一体成型有外接触发端子，该外接触发端子设于两层环形金属化陶瓷绝缘件之间，外接触发端子的一端引至环形金属化陶瓷绝缘件 外。 

所述的环形金属化陶瓷绝缘件、放电间隙电极隔离板、放电间隙过渡连接隔离板、螺杆电极构成放电间隙。 

所述的放电间隙电极隔离板的放电延伸通孔、放电间隙过渡连接隔离板的放电延伸通孔同轴线设计分布。 

所述的放电间隙电极隔离板的放电延伸通孔与放电间隙过渡连接隔离板的放电延伸通孔同轴线设计分布，也可以不同轴线设计分布，呈错位设计分布。 

本发明有益效果为：至少有两层的环形金属化陶瓷绝缘件两端连接有螺杆电极，形成的密闭有惰性气体的多间隙空间，环形金属化陶瓷绝缘件一体成形有环形凸缘，环形凸缘上下两端面支承两个有放电间隙电极隔离板，放电间隙电极隔离板开设有陶瓷定位钉孔、放电延伸通孔，陶瓷定位钉孔内安装有陶瓷定位钉，两个金属化陶瓷绝缘件之间设有放电间隙过渡连接隔离板，放电间隙过渡连接隔离板上开设有放电延伸通孔，放电延伸通孔、放电延伸通孔形成气体关联通路，放电间隙过渡连接隔离板上一体成型有端子。 

本发明通过多间隙金属陶瓷气体放电管的高弧光压降的技术方案解决了单间隙金属陶瓷气体放电管应用于电子设备电源系统中，存在的过电压过后单间隙金属陶瓷气体放电管在交、直流强电源系统中不能自行关闭的问题，解决了目前困扰防雷行业的防护方案中的潜在隐患，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视图。 

图2为本发明串联的弧光电压工作原理图。 

图3为本发明的结构剖视图。 

具体实施方式：

见图2、3所示，带外接触发端子的多间隙金属陶瓷气体放电管，其包括陶瓷定位钉1，环形金属化陶瓷绝缘件2，放电间隙电极隔离板3，放电间隙过渡连接隔离板4，螺杆电极6，外接触发端子9，至少有两层的环形金属化陶瓷绝缘件2两端连接有螺杆电极6，环形金属化陶瓷绝缘件2与螺杆电极6形成密闭有惰性气体的多间隙空间，螺杆电极6可根据需要制作成不同形状，环形金属化陶瓷绝缘件2一体成形有环形凸缘5，环形凸缘5上下两端面支承有两个放电间隙电极隔离板3，放电间隙电极隔离板3开设有陶瓷定位钉孔10、放电延伸通孔7，陶瓷定位钉孔10内安装有陶瓷定位钉1，两层环形金属化陶瓷绝缘件2之间设有放电间隙过渡连接隔离板4，放电间隙过渡连接隔离板4上开设有放电延伸通孔11，放电间隙电极隔离板3的放电延伸通孔7、放电间隙过渡连接隔离板4的放电延伸通孔11形成气体关联通路，放电间隙过渡连接隔离板4上一体成型有外接触发端子9，该外接触发端子9设于两层环形金属化陶瓷绝缘件2之间，外接触发端子9的一端引至环形金属化陶瓷绝缘件2外。 

所述的环形金属化陶瓷绝缘件2、放电间隙电极隔离板3、放电间隙过渡连接隔离板4、螺杆电极6构成放电间隙8。 

所述的放电间隙电极隔离板3的放电延伸通孔7、放电间隙过渡连接隔离板4的放电延伸通孔11同轴线设计分布，放电间隙电极隔离板3的放电延伸通孔7、放电间隙过渡连接隔离板4的放电延伸通 孔11也可以不同轴线设计分布，呈错位设计分布。 

当上述多间隙金属陶瓷气体放电管因雷击过电压击穿时，维持一个放电间隙弧光放电所需的电压不能低于15V，而由n个放电间隙8组成的多间隙金属陶瓷气体放电管维持其弧光放电的电压为15V的N倍，图2示：在220V有效值交流电源系统中并入n个串联得放电管，放电管回路在高压脉冲电压击穿进入弧光放电时a、b两点的电压降Uab＝nUr，Ur为单个放电管的弧光压降，n为气体放电间隙的数量，ULN＝220VAC r.m.s，当Uab高于电源的最高电压220Vat rms的峰值电压为220×1.414≈311V时，过电压过后电源将不能在多间隙放电管回路中产生电流，过电压过后多间隙金属陶瓷气体放电管将白行关闭。 

本发明是通过相互关联的带外接触发端子的多间隙放电管设计方案，来实现上述原理的。 

如图3所示，为相互关联的带外接触发端子的多间隙放电管：由二个带连接杆的螺杆电极6，四个环形金属化陶瓷绝缘件2，三个放电间隙过渡连接隔离板4，四十八个陶瓷定位丁1，八片放电间隙电极隔板3，十一个放电延伸通孔7、放电延伸通孔11构成的，拥有十二个相互关联的独立的放电间隙8，三个相邻放电间隙过渡连接隔离板4延伸出的三个外接触发装置的外接触发端子9的多间隙金属陶瓷气体放电管。该放电管相对于单间隙放电管串联要节约二十二个连接杆的螺杆电极6，十六片银铜焊料，八个金属化陶瓷绝缘件2，且所有放电间隙8通过放电间隙电极隔板3的放电延伸通孔7、放电间隙过渡连接隔离板4的放电延伸通孔11相互关联，当任意相 邻两个放电间隙过渡连接隔离板4延伸出的外接触发装置的外接触发端子9之间输入外接触发装置施加的脉冲点火电压时，所有的放电间隙8在所有的放电延伸通孔7、放电延伸通孔11的作用下都将在瞬间相互击穿，这样通过外接触发装置强制将残余传输电压控制在电子设备电源安全电压内，所有的放电间隙电极隔板3的放电延伸通孔7、放电间隙过渡连接隔离板4的放电延伸通孔11可以同轴线设计分布，也可以不同轴线设计分布，呈错位分布设计。 

放电间隙8数量的多少，由防护电源电压的高低决定，每增加一个环形金属化陶瓷绝缘件2可增加三个放电间隙8。 

例如：电源电压为有效值220V的交流电源系统中使用多间隙金属陶瓷气体放电管时，放电间隙8数量应采用二十一个，此时多间隙放电管的弧光压降为315以上高于220V电源的峰值电压(约311V)，电源系统在过电压过形成的电流泄放过程中不能给放电管馈电，过电压过后放电管将自行熄灭，达到没有续流的结果。 

本发明通过多间隙金属陶瓷气体放电管的高弧光压降的技术方案解决了单间隙金属陶瓷气体放电管应用于电子设备电源系统中，存在的过电压过后单间隙金属陶瓷气体放电管在交、直流强电源系统中不能自行关闭的问题，解决了目前困扰防雷行业的防护方案中的潜在隐患，达到了电源防雷的最佳方案的要求。 

以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括本发明专利申请范围内。 

Claims (4)

1.带外接触发端子的多间隙金属陶瓷气体放电管，其包括陶瓷定位钉(1)，环形金属化陶瓷绝缘件(2)，放电间隙电极隔离板(3)，放电间隙过渡连接隔离板(4)，螺杆电极(6)，外接触发端子(9)，其特征在于：至少有两层的环形金属化陶瓷绝缘件(2)两端连接有螺杆电极(6)，所述的环形金属化陶瓷绝缘件(2)、放电间隙电极隔离板(3)、放电间隙过渡连接隔离板(4)、螺杆电极(6)形成密闭有惰性气体的多间隙空间，环形金属化陶瓷绝缘件(2)一体成形有环形凸缘(5)，环形凸缘(5)上下两端面分别支承有一个放电间隙电极隔离板(3)，放电间隙电极隔离板(3)开设有陶瓷定位钉孔(10)、放电延伸通孔(7)，陶瓷定位钉孔(10)内安装有陶瓷定位钉(1)，两层环形金属化陶瓷绝缘件(2)之间设有放电间隙过渡连接隔离板(4)，放电间隙过渡连接隔离板(4)上开设有放电延伸通孔(11)，放电间隙电极隔离板(3)的放电延伸通孔(7)、放电间隙过渡连接隔离板(4)的放电延伸通孔(11)形成气体关联通路，放电间隙过渡连接隔离板(4)上一体成型有外接触发端子(9)，该外接触发端子(9)设于两层环形金属化陶瓷绝缘件(2)之间，外接触发端子(9)的一端引至环形金属化陶瓷绝缘件(2)外。

2.根据权利要求1所述的带外接触发端子的多间隙金属陶瓷气体放电管，其特征在于：所述的环形金属化陶瓷绝缘件(2)、放电间隙电极隔离板(3)、放电间隙过渡连接隔离板(4)、螺杆电极(6)构成放电间隙(8)。

3.根据权利要求1所述的带外接触发端子的多间隙金属陶瓷气 体放电管，其特征在于：所述的放电间隙电极隔离板(3)的放电延伸通孔(7)、放电间隙过渡连接隔离板(4)的放电延伸通孔(11)同轴线设计分布。

4.根据权利要求1所述的带外接触发端子的多间隙金属陶瓷气体放电管，其特征在于：所述的放电间隙电极隔离板(3)的放电延伸通孔(7)、放电间隙过渡连接隔离板(4)的放电延伸通孔(11)不同轴线设计分布，呈错位设计分布。 

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