CN104362514A - 具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构及其制作方法，其包括平面电极、绝缘介质、主放电间隙、辅助放电间隙，所述的绝缘介质位于平面电极之间，所述的主放电间隙由若干个相邻的平面电极与其间的绝缘介质形成，所述的绝缘介质内圈平面或断面处局部多点几何变形处理后在主放电间隙局部形成辅助放电间隙；利用电压在辅助放电间隙处产生较高的电场强度并使该处的空气在较低的外施电压下预先击穿，放电释放的电子会引发主放电间隙的有效自由电子及电子崩产生，使主放电间隙击穿；可以使防雷器具有更低而且稳定的保护水平，进而更可靠、安全地保护了设备。
Description
技术领域
本发明为一种防雷器间隙结构，特别涉及具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构及其制作方法，属于防雷器领域。
背景技术
目前市场上的产品多为相对较为均匀电场原理的间隙式防雷器，例如，市场上出售的石墨平面电极平板间隙的SPD为多个带矩形截面的绝缘垫的均匀间隙串联组成，间隙的两个平面电极加上电压，其中的气体在强电场作用下，少量初始带电粒子动能增大，与气体原子（或分子）相互碰撞；当碰撞能量超过某一临界值时，会使束缚电子脱离气体原子而成为自由电子。碰撞能量达到一定级别时，碰撞产生的自由电子在电场的作用下育气体分子碰撞产生新的自由电子…发展下去就产生所谓的“电子崩”，从而导致大量的气体原子电离；这些气体原子电离放电会产生热量和光能，具有相当动能的大量电子在热和光的作用下进一步的电离，形成间隙的持续放电；这种结构的间隙产品，其每个间隙电压分布基本是均匀的，单个间隙的雷电冲击放电电压取决于间隙绝缘垫的沿面放电电压；通常，该沿面放电电压的高低受到表面加工的粗糙程度、空气的压强、湿度和温度、间隙是否受光照以及光照的强度有关。
作为过电压保护器，用户往往希望保护水平越低对设备的保护安全性越高，但采用常见均匀电场分布原理的产品，为了追求较低的保护水平，一是采取的都是降低每个间隙的距离，使得每个间隙更容易击穿，但这种结构的防雷器，虽然保护水平降低了，但过分小的间隙又会导致在间隙动作后交流电弧不能熄灭，从而使电源的空气开关跳闸，同时，在一些恶劣的使用环境下，正常工作电压也会造成间隙电晕放电，乃至防雷器短路烧毁。
因此，为了解决这个问题，就要求间隙厚度增加，但增加间隙厚度会造成空气击穿电压升高，也就是说，电压保护水平会提高，这样就达不到好的保护效果了；因此，我们设计了这种具有低保护水平，高工频耐受的间隙结构，从而从根本上解决了这个矛盾。
发明内容
本技术方案的目的在于克服现有技术的不足，针对多层（叠层）间隙式电涌保护器产品，通过在每个主放电间隙间的绝缘介质上形成辅助放电间隙的设计，利用电压在辅助放电间隙处产生较高的电场强度并使该处的空气在较低的外施电压下预先击穿，放电释放的电子会引发主放电间隙的有效自由电子及电子崩产生，使主间隙击穿；利用该原理，可以使防雷器具有更低而且稳定的保护水平，同时，由于没有改变主间隙距离，间隙耐受工频电压的能力并没有下降，即不会影响对外加工频电压的耐受，进而更可靠、安全地保护了设备。
本技术方案的目的，将通过以下技术方案得以实现：
具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构，其特征在于：其包括平面电极、绝缘介质、主放电间隙、辅助放电间隙，所述的绝缘介质位于若干个平面电极之间；所述的主放电间隙由若干个相邻的平面电极与其间的绝缘介质形成，所述的绝缘介质内圈平面或断面处局部多点几何变形处理后在主放电间隙局部形成辅助放电间隙，由于辅助放电间隙与主放电间隙的电场强度差异化，形成辅助放电间隙间的空气的先行放电，从而引发主放电间隙的电子崩，实施过电压保护。
本发明的另一个目的，其实现的技术方案是：
具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构的制作方法，其特征在于：将若干个预制加工后的相邻的平面电极与其间的绝缘介质叠加形成主放电间隙，所述的绝缘介质位于若干个平面电极之间；通过对所述的绝缘介质内圈平面或断面处局部多点几何变形处理后局部形成辅助放电间隙，以造成主放电间隙与辅助放电间隙间的局部不均匀电场措施，利用电压在辅助放电间隙处产生较高的电场强度并使该处的空气在较低的外施电压下预先击穿，放电释放的电子会引发主放电间隙的有效自由电子及电子崩产生，使主放电间隙击穿，实施过电压保护。
进一步地，所述的绝缘介质内圈平面或断面处局部采用小面积压扁、小面积倒角、小面积切边、凹面加工处理方式多点几何变形处理，以造成间隙间的局部不均匀电场任何措施。
本技术方案结构的应用，其突出效果表现为：
1、该电路启动快、灵敏度高，采用这种结构后的放电电压降低了，分散性大大降低，并且十分稳定，保护器的保护水平得到充分的保证；
2、本技术方案的优势在于由于没有改变主间隙距离，每个间隙的耐受工频电压的能力并没有下降，也就是不会降低对外施工频电压的耐受，但是却降低冲击放电电压，即降低防雷器的保护水平，并且电压的分散性小，保护水平非常稳定；
以下结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的分解，以使本技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1是本技术方案具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构示意图；
图2是本技术方案具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构局部放大图；
图3是本技术方案具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构另一实施方式的示意图；
图中各附图标记的含义为：
1－平面电极、2－绝缘介质、Q－主放电间隙、P－辅助放电间隙。
具体实施方式
如图1所示，具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构，其特征在于：其包括平面电极（1）、绝缘介质（2）、主放电间隙（Q）、辅助放电间隙（P），所述的绝缘介质（2）位于若干个平面电极（1）之间；所述的主放电间隙（Q）由若干个相邻的平面电极（1）与其间的绝缘介质（2）形成，所述的绝缘介质（2）内圈平面或断面处局部多点几何变形处理后在主放电间隙（Q）局部形成辅助放电间隙（P），由于辅助放电间隙（P）与主放电间隙（Q）的电场强度差异化，形成辅助放电间隙（P）间的空气的先行放电，从而引发主放电间隙（Q）的电子崩，实施过电压保护。
进一步地，当外加电压时，所述的平面电极（1）与绝缘介质（2）间隙之间会产生电场，根据高斯定理，任何一个封闭的小体积的表面，电感应强度的面积分等于它所包含的自由电荷，即：，由于该球体所包含的球体界面中只有束缚电荷而不存在游离电荷，其电感应强度的面积分等于零；所以，当平面电极（1）与绝缘介质（2）界面上的小体积取得足够小时，可得该处两种介质中的电感应强度D是相等的；由于此处存在两种介质，而这两种介质的介电常数ε不同，根据D=εE 的关系得知，介电常数ε大的介质中的电场强度E就小，介电常数ε小的介质中的电场强度E就大，因此，在平面电极（1）与绝缘介质（2）间隙之间形成不均匀的电场放电。
进一步地，如图2所示，所述的平面电极（1）与绝缘介质（2）之间形成主放电间隙（Q）和辅助放电间隙（P）；所述的平面电极（1）优先使用为石墨材料，所述的绝缘介质（2）优先使用为聚四氟乙烯PTFE，所述的绝缘介质（2）的内圈平面或断面处局部采用倒角或切边处理方式多点几何变形处理，由于空气相对介电常数ε为1，而聚四氟乙烯PTFE的相对介电常数ε为2.55；外施电压下，辅助放电间隙（P）区域、主放电间隙（Q）区域处的电感应强度D基本是相同的，由于绝缘介质的介电常数ε的不同，辅助放电间隙（P）区域的电场强度约为主放电间隙（Q）区域的2.55倍，辅助放电间隙（P）区域的空气更容易被击穿放电；因此，当外施电压达到某一值时，辅助放电间隙（P）区域的空气先行放电，其放电产生的电子引发整个间隙的有效自由电子及电子崩产生，从而使主放电间隙（Q）击穿，采用这种结构后，有效电子产生的统计时延的分散性大大降低；实际试验表明，采用这种结构后的放电电压降低了，分散性大大降低，由于改变后的间隙的放电电压降低了，并且十分稳定，防雷保护器的保护水平得到充分的保证。
如图3所示，为了提高放电灵敏度，降低放电电压，所述的绝缘介质（2）还可以加工成多层倒角结构，具体的加工方式是将所述的绝缘介质（2）上下两层的内侧多点倒角变形处理以造成不均匀电场，位于绝缘介质（2）的上下两层界面内侧的电场强度不同，空气更容易被击穿放电，同样可以达到稳定的保护效果。
基于上述技术方案，具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构的制作方法，其特征在于：将若干个预制加工后的相邻的平面电极（1）与其间的绝缘介质（2）叠加形成主放电间隙（Q），所述的绝缘介质（2）位于若干个平面电极（1）之间；通过对所述的绝缘介质（2）内圈平面或断面处局部多点几何变形处理后局部形成辅助放电间隙（P），以造成主放电间隙（Q）与辅助放电间隙（P）间的局部不均匀电场措施，利用电压在辅助放电间隙（P）处产生较高的电场强度并使该处的空气在较低的外施电压下预先击穿，放电释放的电子会引发主放电间隙（Q）的有效自由电子及电子崩产生，使主放电间隙（Q）击穿，实施过电压保护。
所述的绝缘介质（2）内圈平面或断面处局部多点几何变形处理，以造成间隙间的局部不均匀电场任何措施，优先地采用小面积压扁、小面积倒角、小面积切边、凹面加工处理方式。
所述的绝缘介质（2）为一环形的绝缘材料。
最后需要说明的是，以上仅是本发明的具体应用范例之一，实际应用过程中均可根据具体情况酌情选择替代元器件，但对发明的保护范围不构成任何限制。
Claims (7)
1.具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构，其特征在于：其包括平面电极（1）、绝缘介质（2）、主放电间隙（Q）、辅助放电间隙（P），所述的绝缘介质（2）位于若干个平面电极（1）之间；所述的主放电间隙（Q）由若干个相邻的平面电极（1）与其间的绝缘介质（2）形成，所述的绝缘介质（2）内圈平面或断面处局部多点几何变形处理后在主放电间隙（Q）局部形成辅助放电间隙（P），由于辅助放电间隙（P）与主放电间隙（Q）的电场强度差异化，形成辅助放电间隙（P）间的空气的先行放电，从而引发主放电间隙（Q）的电子崩，实施过电压保护。
2.根据权利要求1所述的具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构，其特征在于：所述的平面电极（1）与绝缘介质（2）之间形成主放电间隙（Q）和辅助放电间隙（P）；所述的平面电极（1）优先使用为石墨材料，所述的绝缘介质（2）优先使用为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构，其特征在于：所述的绝缘介质（2）的内圈平面或断面处局部采用倒角或切边多点几何变形处理。
4.根据权利要求1所述的具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构，其特征在于：所述的绝缘介质（2）还可以加工成多层倒角结构，具体的加工方式是将所述的绝缘介质（2）上下两层的内侧多点倒角变形处理以造成不均匀电场。
5.根据权利要求1所述的具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构的制作方法，其特征在于：将若干个预制加工后的相邻的平面电极（1）与其间的绝缘介质（2）叠加形成主放电间隙（Q），所述的绝缘介质（2）位于若干个平面电极（1）之间；通过对所述的绝缘介质（2）内圈平面或断面处局部多点几何变形处理后局部形成辅助放电间隙（P），以造成主放电间隙（Q）与辅助放电间隙（P）间的局部不均匀电场措施，利用电压在辅助放电间隙（P）处产生较高的电场强度并使该处的空气在较低的外施电压下预先击穿，放电释放的电子会引发主放电间隙（Q）的有效自由电子及电子崩产生，使主放电间隙（Q）击穿，实施过电压保护。
6.根据权利要求5述的具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构的制作方法，其特征在于： 所述的绝缘介质（2）内圈平面处局部多点变形处理，优先地采用小面积压扁、小面积倒角、小面积切边方式处理加工。
7.根据权利要求5述的具有低电压击穿的防雷器用串联间隙结构的制作方法，其特征在于：所述的绝缘介质（2）为一环形的绝缘材料。
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