CN104409967A - 一种三极放电间隙本体及其放电触发电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种三极放电间隙本体及其放电触发电路，包括三极放电结构和间隙本体，所述三极放电结构分别为正电极L、负电极N/PE和触发电极C，所述正电极L与负电极N/PE之间设有放电仓，所述正电极L与负电极N/PE外围依次设有不锈钢套A和不锈钢套B，所述不锈钢套A和不锈钢套B采用锥体双螺纹套入，所述触发电极C与不锈钢套A和不锈钢套B共同组成触发极，所述正电极L与负电极N/PE之间的裸露距离为6mm；该三极放电间隙本体及其放电触发电路在间隙本体两端各有一个电极，在发生过电压浪涌时，两电极之间瞬间导通，并通过其中一个接地的电极把浪涌能量泄放，从而达到防护的目的，同时第三电极加速间隙本体放电。
Description
技术领域
本发明涉及一种三极放电间隙本体及其放电触发电路。
背景技术
间隙本体放电有空气间隙本体、石墨间隙本体、以及多层放电管间隙本体三个种类，多数应用于电涌保护器的N-PE防护，由于间隙本体导通放电采用的是电火花放电，当间隙本体应用于L-N/PE的防护时，L电极和N/PE电极放电维持电压仅有几十伏，工频过零时，不能有效切断内部放电，因此间隙本体型电涌保护器必须解决间隙本体的电火花灭弧问题，目前的产品有采用物理上灭弧角灭弧的，有采用增加间隙本体层数提高放电维持电压进行灭弧的。灭弧角灭弧的的电涌保护器由于依赖于内部的空气流动，虽然在大多数的时候能按实验的方式灭弧，但在应用中存在不确定性。增加间隙本体层数灭弧的电涌保护器由于间隙本体层数的增加，提高了间隙本体整体的直流导通电压和导通的响应时间。
本发明装置利用间隙本体放电理论，结合灭弧角灭弧原理和电气安全灭弧距离的要求，发明了一种三极放电间隙本体。在间隙本体两端各有一个电极，在两个电极的之间发生过电压浪涌时，两电极之间瞬间导通，并通过其中一个接地的电极把浪涌能量泄放到大地，从而达到雷电防护的目的。同时第三电极用于加速间隙本体放电。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用间隙本体放电理论，结合灭弧角灭弧原理和电气安全灭弧距离的要求，在间隙本体两端各有一个电极，在两个电极的之间发生过电压浪涌时，两电极之间瞬间导通，并通过其中一个接地的电极把浪涌能量泄放到大地，从而达到雷电防护的目的，同时第三电极用于加速间隙本体放电的三极放电间隙本体及其放电触发电路。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种三极放电间隙本体，包括三极放电结构和间隙本体，所述三极放电结构分别为正电极L、负电极N/PE和触发电极C，所述正电极L与负电极N/PE之间设有放电仓，所述正电极L与负电极N/PE外围依次设有不锈钢套A和不锈钢套B，所述不锈钢套A和不锈钢套B采用锥体双螺纹套入，所述触发电极C与不锈钢套A和不锈钢套B共同组成触发极，所述间隙本体采用全封闭结构，所述正电极L与负电极N/PE之间的裸露距离为6mm。
进一步的，所述全封闭结构包括有内层和外层。
进一步的，所述内层采用耐高温塑料，所述外层采用高强度不锈钢材。
进一步的，所述正电极L、负电极N/PE和触发电极C采用高纯度钨铜材料。
进一步的，所述锥体双螺纹套入的不锈钢套A和不锈钢套B分别用于固定间隙本体和提供间隙本体放电仓的空气交换。
进一步的，所述正电极L和负电极N/PE套有绝缘套和绝缘互套。
进一步的，所述负电极N/PE和触发电极C之间隔有放电点火片。
一种三极放电间隙本体的间隙放电电气结构，所述正电极L、负电极N/PE采用错位结构，正电极L与负电极N/PE处于相异的水平位上，正电极L与负电极N/PE之间设有R，R由压敏电阻ZOV和放电管G串联组成。
一种三极放电间隙本体的触发放电电路，所述正电极L和负电极N/PE接入工频电源，所述正电极L和负电极N/PE之间分别设有A、B、C、D四点，所述D、C两端导通有一个维持电压VDC，所述A、C两端导通有一个维持电压VAC。
本发明的有益效果是：由于设置有错位的放电仓，改变了间隙本体电极放电通道为一条水平线的方式，火花电弧在电极之间成一个折线电弧，在高压脉冲结束后，由于C极具自动隔断功能，折线电弧不能维持；由于设置有6mm的裸露距离，为220VAC用电的安全爬电距离，能主动灭弧，比电极之间的裸露距离1-4mm其它间隙本体灭弧容易实现，同时，本申请的放电电极之间互不可见，电弧在电极之间成羊角，具羊角灭弧功能；由于设置有放电触发极，设计了放电触发电路，一方面减低了间隙本体整体的导通电压，另一方面，加速间隙本体的放电发生，同时，通过物理计算和试验测量，设计出的放电主通道的放电维持电压远小于触发通道的放电维持电压，使脉冲能量较小时，由触发通道为主通道提供放电火花，然后由主通道泄放脉冲的后续能量；由于设置有螺纹结构的放电仓空气交换通道，放电仓产生电火花时，电火花在途经螺纹时已完全熄灭；由于本发明在脉冲上身沿1400-1700V时已触发导通，比其他放电间隙本体有导通时间短。雷电流冲击试验表明，以本发明间隙本体为放电元件的开关型电涌保护器可以和以压敏电阻为放电元件的限压型电涌保护器并列安装，雷电流通过时，开关型电涌保护器承受了绝大部分雷电能量，而限压型电涌保护器则起到快速限压作用，改变了防雷规范开关型和限压型电涌保护器的必须有足够的安装距离的要求，且本发明的放电通道和触发通道，在工频电源下，各部件完全处于悬挂状态，不存在元件通电老化问题，同时，钨铜电极的使用和镀金放电点火片的使用，也提高了间隙本体的放电次数。
附图说明
图1为本发明一种三极放电间隙本体及其放电触发电路的整体结构示意图。
图2为本发明一种三极放电间隙本体及其放电触发电路的A-A部剖面图。
图3为本发明一种三极放电间隙本体及其放电触发电路的间隙放电电气结构图。
图4为本发明一种三极放电间隙本体及其放电触发电路的触发电路示意图。
具体实施方式
参阅图1-图2所示，一种三极放电间隙本体，包括三极放电结构和间隙本体1，所述三极放电结构分别为正电极L2、负电极N/PE3和触发电极C4，所述正电极L1与负电极N/PE2之间设有放电仓5，所述正电极L2与负电极N/PE3外围依次设有不锈钢套A6和不锈钢套B7，所述不锈钢套A6和不锈钢套B7采用锥体双螺纹套入，所述触发电极C4与不锈钢套A6和不锈钢套B7共同组成触发极，所述间隙本体1采用全封闭结构，所述正电极L2与负电极N/PE3之间的裸露距离为6mm。
所述全封闭结构包括有内层和外层。
所述内层采用耐高温塑料，所述外层采用高强度不锈钢材。
所述正电极L2、负电极N/PE3和触发电极C4采用高纯度钨铜材料。
所述锥体双螺纹套入的不锈钢套A6和不锈钢套B7分别用于固定间隙本体1和提供间隙本体1的放电仓5的空气交换。
所述正电极L2和负电极N/PE3套有绝缘套8和绝缘互套9。
所述负电极N/PE3和触发电极C4之间隔有放电点火片10。
间隙功能的实现：
参阅图3所示，一种三极放电间隙本体的间隙放电电气结构，所述正电极L2、负电极N/PE3采用错位结构，正电极L2与负电极N/PE3处于相异的水平位上，正电极L2与负电极N/PE3之间设有R，R由压敏电阻ZOV和放电管G串联组成，间隙本体1和触发电路转化该电气结构，正电极L2和负电极N/PE3采用错位结构，两电极在水平位上不可见，不考虑触发电路R时，正电极L2和负电极N/PE3的直流击穿电压设定为12000V，即D、C两端的直流击穿电压为12000V；R是压敏电阻和隔断放电管串联组成，和放电点火片10构成触发点火电路AB两端的直流击穿电压设为900V，B、C两端点火片直流击穿电压设定为500V，间隙本体1制作时，A、C两端的直流击穿电压限定为1400V-1700V。
间隙放电的实现：
参阅图4所示，一种三极放电间隙本体的触发放电电路，所述正电极L2和负电极N/PE3接入工频电源，所述正电极L2和负电极N/PE3之间分别设有A、B、C、D四点，所述D、C两端导通有一个维持电压VDC，所述A、C两端导通有一个维持电压VAC，正电极L和负电极N/PE接入工频电源，施加放电脉冲，通常为几万伏到几十万伏，R设计为压敏电阻ZOV和放电管G的串联组合，由于ZOV和G的作用，在脉冲上升初始过程中，图3的BC两端处于悬挂状态；当脉冲电平上升到1400V-1700V时，图3的DC放电仓通道维持高阻状态，AC通道由于G的瞬间击穿引起BC间的点火片火花放电；BC间的点火片火花放电促使D、C放电仓通道的空气电离，而此时放电脉冲仍在上升沿；DC放电仓空气电离，使D、C之间的击穿电压迅速降低，上升的脉冲最终使D、C放电通道导通，D、C电极之间火花电弧成一个折线电弧；D、C两端导通有一个维持电压VDC,AC两端导通有一个维持电压VAC,由于R的作用，VAC远大于VDC，即此时D、C的导通内阻远小于A、C的导通内阻，因此D、C放电仓5导通后，依据电工学电流的分配原理，脉冲电流和工频电流的绝大部分由D、C流过；放电脉冲结束后，由于ZOV的作用，A、B两端通道自行关闭，恢复高阻隔离状态；D、C通道在工频过零时，放电电弧最短距离为6mm,为电气间隙的安全爬电距离，同时放电仓5设计为羊角灭弧形状，试验波形表明该结构有很好的灭弧断续流效果；在D、C放电导通时，D、C之间的空气电离和电极灼烧会在放电仓内产生积碳，本发明充分注意这一点，电极采用高纯度钨铜合金，放电仓壁涂灭弧脂，同时进行放电次数设计，确保在放电次数内间隙稳定性。理论上，用于电涌保护器的间隙要有40次以上的放电次数（依据规范对电涌保护器试验的次数），本发明间隙放电次数远大于标准要求。
本发明的有益效果是：由于设置有错位的放电仓，改变了间隙本体电极放电通道为一条水平线的方式，火花电弧在电极之间成一个折线电弧，在高压脉冲结束后，由于C极具自动隔断功能，折线电弧不能维持；由于设置有6mm的裸露距离，为220VAC用电的安全爬电距离，能主动灭弧，比电极之间的裸露距离1-4mm其它间隙本体灭弧容易实现，同时，本申请的放电电极之间互不可见，电弧在电极之间成羊角，具羊角灭弧功能；由于设置有放电触发极，设计了放电触发电路，一方面减低了间隙本体整体的导通电压，另一方面，加速间隙本体的放电发生，同时，通过物理计算和试验测量，设计出的放电主通道的放电维持电压远小于触发通道的放电维持电压，使脉冲能量较小时，由触发通道为主通道提供放电火花，然后由主通道泄放脉冲的后续能量；由于设置有螺纹结构的放电仓空气交换通道，放电仓产生电火花时，电火花在途经螺纹时已完全熄灭；由于本发明在脉冲上身沿1400-1700V时已触发导通，比其他放电间隙本体有导通时间短。雷电流冲击试验表明，以本发明间隙本体为放电元件的开关型电涌保护器可以和以压敏电阻为放电元件的限压型电涌保护器并列安装，雷电流通过时，开关型电涌保护器承受了绝大部分雷电能量，而限压型电涌保护器则起到快速限压作用，改变了防雷规范开关型和限压型电涌保护器的必须有足够的安装距离的要求，且本发明的放电通道和触发通道，在工频电源下，各部件完全处于悬挂状态，不存在元件通电老化问题，同时，钨铜电极的使用和镀金放电点火片的使用，也提高了间隙本体的放电次数。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新保护范围为准。
Claims (9)
1.一种三极放电间隙本体，其特征在于：包括三极放电结构和间隙本体，所述三极放电结构分别为正电极L、负电极N/PE和触发电极C，所述正电极L与负电极N/PE之间设有放电仓，所述正电极L与负电极N/PE外围依次设有不锈钢套A和不锈钢套B，所述不锈钢套A和不锈钢套B采用锥体双螺纹套入，所述触发电极C与不锈钢套A和不锈钢套B共同组成触发极，所述间隙本体采用全封闭结构，所述正电极L与负电极N/PE之间的裸露距离为6mm。
2.如权利要求1所述的三极放电间隙本体，其特征在于：所述全封闭结构包括有内层和外层。
3.如权利要求2所述的三极放电间隙本体，其特征在于：所述内层采用耐高温塑料，所述外层采用高强度不锈钢材。
4.如权利要求1所述的三极放电间隙本体，其特征在于：所述正电极L、负电极N/PE和触发电极C采用高纯度钨铜材料。
5.如权利要求1所述的三极放电间隙本体，其特征在于：所述锥体双螺纹套入的不锈钢套A和不锈钢套B分别用于固定间隙本体和提供间隙本体的放电仓的空气交换。
6.如权利要求1所述的三极放电间隙本体，其特征在于：所述正电极L和负电极N/PE套有绝缘套和绝缘互套。
7.如权利要求1所述的三极放电间隙本体，其特征在于：所述负电极N/PE和触发电极C之间隔有放电点火片。
8.一种如权利要求1所述的三极放电间隙本体的间隙放电电气结构，其特征在于：所述正电极L、负电极N/PE采用错位结构，正电极L与负电极N/PE处于相异的水平位上，正电极L与负电极N/PE之间设有R，R由压敏电阻ZOV和放电管G串联组成。
9.一种如权利要求1或8所述的的三极放电间隙本体的触发放电电路，其特征在于：所述正电极L和负电极N/PE接入工频电源，所述正电极L和负电极N/PE之间分别设有A、B、C、D四点，所述D、C两端导通有一个维持电压VDC，所述A、C两端导通有一个维持电压VAC。
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