CN106684848B - 一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，包括防弧罩、推进器主体、弹性元件、电压敏感组件、电极引出脚、壳体以及包括热敏元件的热开关组件。电压敏感组件与热开关组件具有紧密的热耦合，当线路上的瞬时电涌过电压等因素使电压敏感组件因故障短路电流持续发热升温时，热开关组件因热敏元件的热耦合响应动作弹射分离，防弧罩完全覆灭电弧，有效地避免了电气设备的火灾隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路保护装置，尤其涉及一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置。
背景技术
电涌保护器或电涌抑制器(surge suppressor)，也叫电涌保护装置，是一种为各种敏感或昂贵的电子设备，如电脑及通讯相关设备上的电子元件提供过电压安全防护的保护装置。现有的电涌保护装置常用的压敏电阻是包括由氧化锌颗粒和复杂的晶内颗粒材料构成的电子器件，它是一个电压非线性器件，独特的电压电流特性是敏感电子电路的理想保护器件，但它的材料组成决定了自身在过电压短路过载时极易劣化而起火燃烧，对附近敏感的电子电路和元件产生灾难性的破坏。所以，我们需要一种更安全更灵敏的电涌保护装置，可应用在如通讯、电脑、电视、空调等高精密控制电路上的电涌过电压短路过载的保护中，在短路过载时能快速切断分离电涌保护装置，避免造成电气设备的火灾事故。
目前现有的带灭弧功能的电涌保护器或电涌抑制器，其普遍采用遮蔽并切断电弧的方法灭弧，如中国专利号码为201520021698.5公开了脱离与遮弧装置及设有其的小体积高安全性电涌保护器和专利号为201420526743.8公开的一种防雷器，该种热开关组件的开关电极在热脱离时，其分离动作采用的是开关电极沿焊接面垂直方向分离，遮弧机构移动长距离切断电弧的方式。同时开关电极的脱离动力一部分来源于开关电极自身合金材料的形变弹性应力，缺少一个稳定可靠的脱离动力源，易造成热开关组件热脱离不到位，遮弧机构移动卡位等故障。还由于开关电极和遮弧机构运动方式的限制，致使电涌保护器缺少高分段能力，所以，在这条件下的压敏电阻将瞬间大量过载、过热和最终引起火灾、爆炸，这种灾难性的破坏会烧毁附近敏感的电子设备及元件，从而造成整个电子系统崩溃损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的电涌保护装置在故障分离时的缺陷和不足，提供了一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，它具有快速热脱离防止电弧产生及在短路过载电流下快速分断的功能，能有效地避免因电弧产生而引起火灾，可以从根本上杜绝火灾隐患从而保证电子设备的安全。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明提供一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，包括壳体、防弧推进器、电压敏感组件、热开关组件和电极引出脚。壳体包括内壳和外盖；在内壳上设有消弧板和灭弧台；防弧推进器包括防弧罩、推进器主体和弹性元件；弹性元件包括第一弹性件和第二弹性件；电压敏感组件包括至少一个电压敏感元件；热开关组件包括热敏元件、正面电极伸出端、电极连接件和分离电极；分离电极由电极前端、熔断部和电极末端构成；电极引出脚包括软导体、第一电极引出脚和第二电极引出脚。其中电压敏感元件是压敏电阻、或者放电管、或者放电间隙等电压敏感元器件；消弧板上设有供电极前端和熔断部穿过的通孔；在消弧板和灭弧台之间设有间隔距离，形成一个绝缘间隙，当热开关组件脱离时能增强分离电极的绝缘强度。
熔断部是热熔断体结构，当通过熔断部的瞬时电涌过电压、过电流或短路过载电流超过预置的阀值时，熔断部会熔断汽化，从而促使分离电极的电极前端与电极末端分离，即实现电涌保护装置具备在短路过载电流下快速分断的功能。
热敏元件是易熔的金属合金焊料或导电聚合物，其熔化的温度阀值可预置，在达到所预置的温度阀值时，热敏元件会迅速熔化。
内壳与外盖接合时其内部隔离形成两个绝缘腔体，分别为第一绝缘腔体和第二绝缘腔体。消弧板、灭弧台、防弧推进器、热开关组件和第一电极引出脚位于第一绝缘腔体；电压敏感组件和第二电极引出脚位于第二绝缘腔体。推进器主体两侧设有翼臂，在第一绝缘腔体内设有供翼臂滑动的滑槽。
在灭弧台上设有插槽，电极连接件固定在插槽上。电极连接件是由镀锡的合金制成，它可制成折弯片状、或矩形块状、或方通管状等具有两个相邻垂直面的形式，并且在外露的直角上设有倒角。当相互垂直的金属电极片需要通过热敏元件熔焊构成电连接时，以电极连接件辅助焊接能具有更好的连接和导热性能。
电压敏感元件的正反两面设有金属电极片，正面电极伸出端设在其中一个金属电极片上，另一个金属电极片上设有背面电极伸出端。正面电极伸出端由第二绝缘腔体伸出到第一绝缘腔体内，并平整贴靠在电极连接件上；背面电极伸出端在第二绝缘腔体内。
本发明进一步说明，电涌保护装置还设有指示其工作状态的指示装置和遥信告警装置。指示装置设置在推进器主体上。在外盖上设有用来显示指示装置动作状态的指示窗口，即电涌保护装置具有工作状态指示和遥信告警的功能。在电源系统中使用电涌保护装置工作时，第一弹性件设置在滑槽内，推进器主体通过翼臂受第一弹性件偏置；第二弹性件一端靠在内壳上，另一端靠在防弧罩上，防弧罩受第二弹性件偏置。分离电极通过电极末端固定在推进器主体上，电极前端和熔断部伸出推进器主体。电极前端和熔断部穿过消弧板，电极前端平整贴靠在灭弧台的电极连接件上，正面电极伸出端、电极前端和电极连接件通过热敏元件熔焊构成电连接，并具有紧密的热耦合。此时，防弧罩与推进器主体相抵，并且防弧罩位于所述正面电极伸出端前。软导体的两端通过金属合金焊料锡焊或点焊的方式分别于电极末端和第一电极引出脚内端构成电连接；背面电极伸出端与第二电极引出脚内端通过金属合金焊料锡焊的方式构成电连接；第一电极引出脚外端和第二电极引出脚外端伸出壳体外形成两个外接引脚，并把这两个外接引脚分别连接到相线和中性线或地线上，从而热开关组件与电压敏感组件串联形成闭合工作状态，即为电涌保护装置正常工作状态。
再进一步，本发明的快速热脱离防止电弧产生及在短路过载电流下快速分断的技术说明如下：
若电压敏感元件因线路上的短路过载电流及自身寿命老化产生的漏电流造成电压敏感元件温升，这个温度传递到正面电极伸出端上，促使其上的热敏元件达到预置温度阀值而熔化，推进器主体受第一弹性件和防弧罩上第二弹性件所叠加的弹性应力共同作用，促使固定在推进器主体上的分离电极加速向远离正面电极伸出端的方向弹射，最终防弧罩与消弧板相触并受阻静止，完全绝缘覆盖灭弧台、正面电极伸出端和电极连接件，形成一个独立封闭的绝缘腔体；推进器主体继续受第一弹性件的弹性应力作用弹射，直至碰触壳体受阻静止，在电弧产生前将电极前端迅速带出消弧板外。在热开关组件脱离过程中飞溅的焊料被消弧板和灭弧台之间的绝缘间隙阻挡，而附着在电极前端上的熔化了的热敏元件被消弧板上的通孔刮除，彻底杜绝了因电弧拉伸而形成电导通的隐患。此时正面电极伸出端与电极前端之间形成充足的绝缘强度，彻底隔绝了分离电极与正面电极伸出端间的电连接。
另一种情况，若通过分离电极的瞬时电涌过电压、过电流或短路电流超过预置的阀值时，其上的熔断部瞬间熔断汽化致使电极前端和电极末端分离，推进器主体受第一弹性件和防弧罩上第二弹性件所叠加的弹性应力共同作用，促使固定在推进器主体上的电极末端加速向远离正面电极伸出端的方向弹射，最终防弧罩与消弧板相触并受阻静止，完全绝缘覆盖灭弧台、正面电极伸出端、电极连接件以及电极前端，形成一个独立封闭的绝缘腔体；推进器主体继续受第一弹性件的弹性应力作用弹射，直至碰触壳体受阻静止，在电弧产生前将电极末端迅速远离消弧板。如此，电极前端与电极末端之间形成充足的绝缘强度，彻底防止电极前端与电极末端在分断时产生的电弧形成电击穿。
此时热开关组件的工作状态由闭合转变为断开，过程中指示装置随推进器主体发生位移，从指示窗口可观察到其与正常工作状态不同的变化(如指示装置伸出壳体外)，同时遥信告警装置的开关状态也发生变化，从而送出电信号指示电涌保护装置保护失效。
与现有技术相比，本发明具备的显著特点：
1、本发明的电涌保护装置具有高分断的避弧能力，能快速安全隔离保护装置，避免火灾发生。
2、本发明的电涌保护装置通过防弧罩以及消弧板与灭弧台间的绝缘间隙等绝缘措施加强了对电弧的覆灭和隔离，能更有效避免因电弧造成电涌保护装置二次导通的隐患，提高电气设备运行的安全性。
3、本发明的热开关组件采用沿面切线方向脱离的方式，较一般沿面垂直方向脱离的方式更能有效抑制电弧，安全稳定性更强；同时热开关组件在脱离时是通过两组弹性元件所叠加的弹性应力来完成脱离动作的，具有更高的脱离可靠性，这是一般电涌保护器所不具备的。
附图说明
图1是本发明的内壳的结构示意图；
图2是本发明的电涌保护装置的内部结构示意图；
图3是本发明的电涌保护装置正常工作状态的剖面结构示意图；
图4是本发明的电涌保护装置故障热脱离后的剖面结构示意图；
图5是本发明的电涌保护装置故障电流开断后的剖面结构示意图。
图中标记：1-内壳，1a-第一绝缘腔体，1b-第二绝缘腔体，11-消弧板，11a-通孔，12-灭弧台，12a-插槽，13-滑槽，2-外盖，2a-指示窗口，3-推进器主体，31-翼臂，32-指示装置，4a-第一压簧，4b-第二压簧，51-正面电极伸出端，6a-电极前端，6b-熔断部，6c-电极末端，7-电极连接件，8a-第一电极引出脚外端，8b-第一电极引出脚内端，9a-第二电极引出脚外端，10-热敏元件，20-编织软铜线，30-防弧罩，40-遥信告警装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明，但是本发明的保护范围不仅仅局限于以下优选的具体实施方式，凡是通过本发明中防弧罩覆盖热开关组件和弹射分离电极来增强断弧绝缘效果的技术方案，都在本发明的保护范围内；本发明中电涌保护装置对电压敏感元件、第一弹性件、第二弹性件及软导体的材料类型不做限制，在以下实施方式中，以电压敏感元件为压敏电阻，第一弹性件4a为第一压簧4a，第二弹性件4b为第二压簧4b，软导体20为编织软铜线20为例，加以详细说明本发明电涌保护装置的结构。
一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，包括内壳1、外盖2、防弧罩30、推进器主体3、两个第一压簧4a、第二压簧4b、一个压敏电阻、热敏元件10、电极连接件7、分离电极、编织软铜线20、第一电极引出脚和第二电极引出脚。其中，分离电极由电极前端6a、熔断部6b和电极末端6c构成；如图1所示，在内壳1上设有消弧板11和灭弧台12；消弧板11上设有供电极前端6a和熔断部6b穿过的通孔11a；在消弧板11和灭弧台12之间设有间隔距离，形成一个绝缘间隙；熔断部6b是一种热熔断体结构，是特殊的耐雷保险丝；电极连接件7是由镀锡紫铜制成的矩形块状电极，并在其中一个直角上设有倒角。
内壳1与外盖2接合时其内部隔离形成两个绝缘腔体，分别为第一绝缘腔体1a和第二绝缘腔体1b。压敏电阻和第二电极引出脚置于第二绝缘腔体1b。在推进器主体3两侧各设有一个翼臂31，在第一绝缘腔体内设有供翼臂31滑动的滑槽13。在灭弧台12上设有插槽12a，电极连接件7固定在插槽12a上，并露出其倒角。压敏电阻的两个金属电极片通过锡焊的方式分别焊接到压敏电阻的正反两个银电极表面上，其中一个金属电极片上有正面电极伸出端51，另一个金属电极片上设有背面电极伸出端。正面电极伸出端51由第二绝缘腔体1b伸出到第一绝缘腔体1a内，并平整贴靠在电极连接件7上；背面电极伸出端在第二绝缘腔体1b内。
如图2和图3所示，在本实施例中，指示装置32为一顶杆，其设在推进器主体3的末端，在外盖2上的相应位置设有用来显示指示装置32动作状态的指示窗口2a，遥信告警装置40是独立开关，并设置在外盖2内，其告警引出脚伸出外盖2外。分离电极通过电极末端6c固定在推进器主体3上，电极前端6a和熔断部6b伸出推进器主体3。电极前端6a和熔断部6b穿过消弧板11，电极前端6a平整贴靠在灭弧台12的电极连接件7上，正面电极伸出端51、电极前端6a和电极连接件7通过热敏元件10熔焊构成电连接，并具有紧密的热耦合。两个第一压簧4a设置在滑槽13内，推进器主体3通过两个翼臂31压迫两个第一压簧4a，使其呈压缩状态；第二压簧4b一端靠在内壳1上，另一端靠在防弧罩30上，防弧罩30与推进器主体3相抵，第二压簧4b呈压缩状态，此时防弧罩30位于正面电极伸出端51前。编织软铜线20的两端通过点焊的方式分别于电极末端6c和第一电极引出脚内端8b构成电连接；背面电极伸出端与第二电极引出脚内端通过金属合金焊料锡焊的方式构成电连接；第一电极引出脚外端8a和第二电极引出脚外端9a伸出壳体外形成两个外接引脚，从而这些电导体与压敏电阻串联形成闭合工作状态。在电源系统中使用电涌保护装置时，把这两个外接引脚分别连接到相线和中性线或地线上，此时，指示装置32在指示窗口2a内，遥信告警装置40的开关未受外应力的压迫，即为电涌保护装置的正常工作状态。
根据本发明的一个具体实施方式，若压敏电阻因线路上的短路过载电流及自身寿命老化产生的漏电流造成压敏电阻温升，这个温度传递到正面电极伸出端51上，促使其上的热敏元件10达到预置温度阀值而熔化，如图4所示，推进器主体3受第一压簧4a和防弧罩30上第二压簧4b所叠加的弹性应力共同作用，促使固定在推进器主体3上的分离电极加速向远离正面电极伸出端51的方向弹射，最终防弧罩30与消弧板11相触并受阻静止，完全绝缘覆盖灭弧台12、正面电极伸出端51和电极连接件7，形成一个独立封闭的绝缘腔体；推进器主体3继续受第一压簧4a的弹性应力作用弹射，在电弧产生前将电极前端6a迅速带出消弧板11外。最终指示装置32伸出指示窗口2a，推进器主体3末端对遥信告警装置40的开关造成压迫并静止，促使其开关状态发生变化。这样既完成了一个机械式的失效指示，同时又送出该电涌保护装置保护失效的遥信电信号。此时，正面电极伸出端51与电极前端6a之间形成充足的绝缘强度，彻底隔绝了分离电极与正面电极伸出端51间的电连接。
根据本发明的另一具体实施方式，若通过分离电极的瞬时电涌过电压、过电流或短路电流超过预置的阀值时，其上的熔断部6b瞬间熔断汽化致使电极前端6a和电极末端6c分离，如图5所示，推进器主体3受第一压簧4a和防弧罩30上第二压簧4b所叠加的弹性应力共同作用，促使固定在推进器主体3上的电极末端6c加速向远离正面电极伸出端51的方向弹射，最终防弧罩30与消弧板11相触并受阻静止，完全绝缘覆盖灭弧台12、正面电极伸出端51、电极连接件7以及电极前端6a，形成一个独立封闭的绝缘腔体；推进器主体3继续受第一压簧4a的弹性应力作用弹射，在电弧产生前将电极末端6c迅速远离消弧板11。最终指示装置32伸出指示窗口2a，推进器主体3末端对遥信告警装置40的开关造成压迫并静止，促使其开关状态发生变化。这样既完成了一个机械式的失效指示，同时又送出该电涌保护装置保护失效的遥信电信号。此时，电极前端6a与电极末端6c之间形成充足的绝缘强度，彻底防止电极前端6a与电极末端6c在分断时产生的电弧形成电击穿。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明创造思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (10)
1.一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，包括由内壳(1)和外盖(2)组成的壳体、防弧推进器、至少由一个电压敏感元件组成的电压敏感组件、热开关组件和电极引出脚；其特征在于：所述的内壳(1)上设有消弧板(11)和灭弧台(12)；所述的防弧推进器包括防弧罩(30)、推进器主体(3)和弹性元件；所述的热开关组件包括热敏元件(10)、正面电极伸出端(51)、电极连接件(7)和分离电极；所述分离电极由电极前端(6a)、熔断部(6b)和电极末端(6c)构成；所述的电极引出脚包括软导体(20)、第一电极引出脚和第二电极引出脚；
所述的内壳(1)与外盖(2)接合时其内部隔离形成两个绝缘腔体，所述的两个绝缘腔体分别为第一绝缘腔体(1a)和第二绝缘腔体(1b)；所述消弧板(11)、灭弧台(12)、防弧推进器、热开关组件和第一电极引出脚位于第一绝缘腔体(1a)；所述电压敏感组件和第二电极引出脚位于第二绝缘腔体(1b)；
所述的电极连接件(7)固定在灭弧台(12)上；所述电压敏感元件正反两面设有金属电极片，所述的正面电极伸出端(51)设在其中一个金属电极片上，另一个金属电极片上设有背面电极伸出端；所述正面电极伸出端(51)由第二绝缘腔体(1b)伸出到第一绝缘腔体(1a)内，并平整贴靠在电极连接件(7)上；所述背面电极伸出端在第二绝缘腔体(1b)；当所述的防弧罩(30)与消弧板(11)相触时，防弧罩(30)与消弧板(11)将灭弧台(12)、正面电极伸出端(51)以及电极连接件(7)完全绝缘覆盖。
2.根据权利要求1所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的推进器主体(3)两侧设有翼臂(31)；所述第一绝缘腔体(1a)内设有供翼臂(31)滑动的滑槽(13)；所述的弹性元件包括第一弹性件(4a)和第二弹性件(4b)，第一弹性件(4a)设置在滑槽(13)内，推进器主体(3)通过翼臂(31)受第一弹性件(4a)偏置；所述第二弹性件(4b)一端靠在内壳(1)上，另一端靠在防弧罩(30)上，防弧罩(30)受第二弹性件(4b)偏置；所述的分离电极通过电极末端(6c)固定在推进器主体(3)上，电极前端(6a)和熔断部(6b)伸出推进器主体(3)；所述电涌保护装置正常工作时，热开关组件处于闭合状态，所述电极前端(6a)和熔断部(6b)穿过消弧板(11)，电极前端(6a)平整贴靠在灭弧台(12)的电极连接件(7)上，所述正面电极伸出端(51)、电极前端(6a)和电极连接件(7)通过所述热敏元件(10)熔焊构成电连接；所述电极末端(6c)通过软导体(20)与第一电极引出脚内端(8b)构成电连接，所述背面电极伸出端与第二电极引出脚内端构成电连接；第一电极引出脚外端(8a)和第二电极引出脚外端(9a)伸出壳体外形成两个外接引脚。
3.根据权利要求1所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置还设有指示该电涌保护装置工作状态的指示装置(32)和遥信告警装置(40)；所述的指示装置(32)设置在推进器主体(3)上；所述的外盖(2)上设有指示窗口(2a)。
4.根据权利要求1所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的灭弧台(12)上设有供电极连接件(7)固定的插槽(12a)。
5.根据权利要求1所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的电压敏感元件为压敏电阻、或放电管、或放电间隙。
6.根据权利要求2所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的消弧板(11)和灭弧台(12)之间设有间隔距离，形成一个绝缘间隙。
7.根据权利要求2所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的消弧板(11)上设有供电极前端(6a)和熔断部(6b)穿过的通孔(11a)。
8.根据权利要求2所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的电涌保护装置正常工作时，防弧罩(30)与推进器主体(3)相抵，并且防弧罩(30)位于所述正面电极伸出端(51)前。
9.根据权利要求1或2所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的电极连接件(7)由镀锡的合金制成，整体形状是折弯片状、或矩形块状、或方通管状，并且在直角上还设有倒角。
10.根据权利要求1或2所述的一种具有高性能防弧罩灭弧的电涌保护装置，其特征在于：所述的热敏元件(10)是易熔的金属合金焊料或导电聚合物；所述的熔断部(6b)是热熔断体结构。
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