CN106960709A - 一种长使用寿命高保护的电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长使用寿命高保护的电涌保护器，包括电流输出外筒，在电流输出外筒的内底部装入一个氧化锌压敏电阻基片，在压敏电阻基片上依次设有承压杯、极性十字帽和T型隔离套，在承压杯外配绕有感应线圈，感应线圈的电流传输端通过两组接线帽与无源电流对比模块相连接，所述的压敏电阻基片、极性十字帽和感应线圈通过一个孔用弹性挡圈压紧在电流输出外筒内部，构成整个的电流泄放通道。本发明具有结构合理、操作方便、工作性能可靠、保护效果好、使用寿命长等优点，可很好地满足当今电涌保护器效果提升的发展趋势和日益不断的市场需求。

Description

一种长使用寿命高保护的电涌保护器

技术领域

本发明属于电子设备保护技术领域，涉及一种用来释放瞬时过电压的长使用寿命高保护的电涌保护器。

背景技术

目前，国内外的电涌保护器(Surge Protection Device，SPD)制造技术虽不断提升，但因SPD起火燃烧并引发事故的现象仍时有发生，造成了很大损失。究其问题原因，传统的SPD技术在实际应用中尚存在以下诸多缺陷：(一)、保护器与感应线圈分立设置，需要较长电缆安装并串联外部熔断器，期间熔丝需要进行不定期更换维护且有可能导致保护失效，熔丝也会导致残余电压升高，使得保护能力下降，即熔丝及外部电缆将提升残压并恶化降低保护等级，产品使用寿命短；(二)、传统电涌保护器中电阻基片为外釉面涂覆结构，其侧面在烧制过程中残存应力和电场力的角、边和尖效应，致使电阻基片的绝缘防腐蚀及防盐雾性能差，电阻基片周边容易因绝缘产生的闪络或击穿现象；(三)、传统电涌保护器内芯片等元器件的连接采用合金焊料高温焊接方式，由于SPD芯片焊接的应力影响，产品存在易于爆炸起火、热崩溃、导电电流密度分布等MOV(Metal Oxide Varistor)的致命问题；(四)、产品的内部连接部件易老化，且在强振动环境中容易损坏，以致经常有不符合专业标准(IEC标准)要求的情况，不符合当今电涌保护器效果提升的发展趋势和市场需求。(五)、以往电涌保护器的隔离材料是采用常规的PBT或尼龙材料，这种材料在受热时就会产生碳，致使电极污染，绝缘强度消失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构合理、操作方便、工作性能可靠、保护效果好的长使用寿命高保护的电涌保护器，以此来满足当今电涌保护器效果提升的发展趋势和日益不断的市场需求。

本发明的具体解决方案如下所述。

一种长使用寿命高保护的电涌保护器，具有一个下端带一体式螺杆的电流输出外筒，在电流输出外筒的内底部装入有一个氧化锌压敏电阻基片，在压敏电阻基片上依次设有一个内装挤压簧的承压杯、一个极性十字帽和一个套覆在极性十字帽上部的T型隔离套，在承压杯外配绕有感应线圈，感应线圈的电流传输端通过两组接线帽与无源电流对比模块相连接，所述的压敏电阻基片、极性十字帽和感应线圈通过挤压簧以及一个设置在电流输出外筒上端口处的孔用弹性挡圈压紧在电流输出外筒内部，构成整个的电流泄放通道。

上述长使用寿命高保护的电涌保护器中，承压杯与圆形电阻基片为同心同卑金属电极面积的紧结合。

上述长使用寿命高保护的电涌保护器中，电流输出外筒和极性十字帽均采用航空铝合金材料制成。

上述长使用寿命高保护的电涌保护器中，挤压簧采用直径大于4mm的特殊锰钢材料制成。

上述长使用寿命高保护的电涌保护器中，压敏电阻基片的侧面具有喷砂层绝缘。

上述长使用寿命高保护的电涌保护器中，在承压杯外壁上部开有一圈密封环限位槽，承压杯与极性十字帽之间通过压置在密封环限位槽内的第一密封环加以密封。

上述长使用寿命高保护的电涌保护器中，在极性十字帽外壁上部开有一圈密封环压位槽，极性十字帽与T型隔离套之间通过压置在密封环压位槽内的第二密封环加以密封。

本发明所述的电涌保护器具有很高的绝缘性、防腐蚀性、防盐雾性、防爆防燃及防振性，它能够简单方便的安装在被保护设备上，并进行配套电缆的连接使用。实际工作过程中，当氧化锌压敏电阻基片性能趋于劣化前，泄漏电流将迅速升高，待达到一定数值时感应线圈便会感应其值并在同一时间将感应值传输给外置无源电流对比模块，继而根据一定比例放大实现远程告警功能，提示电涌保护器即将进入失效模式。该电涌保护器可承受瞬时千安级的短路电流,且以整机设备安全考虑，失效后为短路电路，主开关跳起直至被更换，因此不必在回路中额外串联熔丝，消除后级负载电压一定程度的跌落。如此即使得被保护整机设备在任何情况下均处于被保护状态，提高了设备的保护水平。

与现有技术相比，本发明具有的主要优点是：

一、本发明在结构上充分利用航空铝合金中铝原子更容易被激发振动从而可以更快的把热源的分子(原子)动能传递和吸收的特性，设计了电流输出外筒，通过其下端是一体式螺杆连接在被保护整机设备的电流流出端，工作中通过电流输出外筒足够大的比表面积将圆形氧化锌压敏电阻基片遇到浪涌电流时产生的热量迅速进行释放，使得压敏电阻基片及时达到热平衡，均匀分布电流，延长压敏电阻基片的使用寿命；

二、本发明在内部结构的设置上颠覆了传统SPD通过合金焊料焊接的思路，压敏电阻基片装入电流输出外筒的内部，保持彼此同心，采用挤压紧固法将电流输入航空铝合金极性十字帽通过孔用弹性挡圈、挤压簧和承压杯压紧在压敏电阻基片的端面上，承压杯与压敏电阻基片构成同心同卑金属电极面积的紧结合，消除了传统产品存在的因焊接不平整、合金锡料流动不一致而形成的焊接微孔缺陷和脉冲电流冲击时的电位差，既满足IEC标准要求，也符合电涌保护器效果提升的发展趋势；此外，极性十字帽与承压杯间采用零误差紧配合高导通降低残压的结合方式，二者既相互独立，又相互紧贴，不妨碍冲击电流通道和各自的热胀冷缩，厚实的结构又能有效地帮助散热，提高保护水平；

三、本发明中的极性十字帽与电流输出外筒之间利用套装在极性十字帽上的T型隔离套隔离，T型隔离套采用无定形高性能聚合物聚砜材料制作，较以往隔离办法中采用常规的PBT或尼龙材料而言，具有机械性能高、化学性能稳定、耐热高(连续使用温度大约170℃)、尺寸稳定性好、抗蠕变性强度大、燃烧时不产生碳、不会导致电极污染以及绝缘强度不会消失等优点；

四、本发明压敏电阻基片的侧面绝缘采用喷砂技术，其耐压水平为原有技术涂覆釉面的2～3倍，解决了电阻基片侧面在烧制过程中残存应力和电场力的角、边和尖效应，消除了电阻基片周边因绝缘产生的闪络或击穿现象，使电阻基片的能量得以被充分利用，并发挥至极点；

五、本发明完善了电源过电压保护领域的全面性、深入性和智能性，很好地解决了SPD芯片焊接的应力影响、爆炸起火、热崩溃、导电电流密度分布等MOV的致命问题，满足当今电涌保护器效果提升的发展趋势和日益不断的市场需求。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2是本发明的外形视图。

图3是本发明各构件的组装结构示意图。

图4是本发明中感应线圈和接线帽的结构示意图。

图5是本发明中电流输出外筒的剖面结构示意图。

图6是本发明中极性十字帽的剖面结构示意图。

图7是本发明的电原理图。

图8是传统的SPD的电原理图。

图中各数字标号名称分别是：1、电流输出外筒，2、压敏电阻基片，3、承压杯，4、挤压簧,5、感应线圈，6、第一密封环,6-1、密封环限位槽，7－极性十字帽，8、第二密封环，8-1、密封环压位槽，9、T型隔离套,10、第三密封环，11、一体式螺杆，12、接线帽，12’、接线帽,13、接线帽,13’、接线帽，14、承载环，15、孔用弹性挡圈，16、工具孔，17、限位固定槽，18、(电流输出外筒)内端面。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例对本发明内容做进一步说明，但本发明的实际应用形式并不仅限于此。

参见附图，本发明所述的长使用寿命高保护的电涌保护器由电流输出外筒1、压敏电阻基片2、承压杯3、感应线圈4、极性十字帽7、T型隔离套9、孔用弹性挡圈15等构件组成。将侧面经过特殊喷砂技术达到较高绝缘等级的高性能泄放的圆形氧化锌压敏电阻基片2同心平放入在航空铝合金制电流输出外筒1的内端面18上，然后在电流输出外筒1上再放入航空铝合金制承压杯3，承压杯3中置入直径不小于4㎜的由特殊锰钢材料制成的挤压簧4，其高强度耐压能力可达800kg以上。承压杯3的下端面同心紧贴住圆形氧化锌压敏电阻基片2的上端面。在承压杯3外壁上部开有一圈密封环限位槽6-1，承压杯3与极性十字帽7之间通过压置在密封环限位槽6-1内的第一密封环6加以密封。航空铝合金制成的电流输入极性十字帽7装放在承压杯3内的挤压簧4上。在极性十字帽7上部套覆有T型隔离套9，在极性十字帽7外壁上部开有一圈密封环压位槽8-1，极性十字帽7与T型隔离套9之间通过压置在密封环压位槽8-1内的第二密封环8加以密封。T型隔离套9采用无定型的高性能聚合物聚砜材料制作，利用其将极性十字帽7和电流输出外筒1进行隔离。承压杯3外套装感应线圈5，并将感应线圈5用于连接无源电流对比模块的两根传输线甩出，依次穿过第一密封环6、第二密封环8、极性十字帽7和T型隔离套9连接安装至两组接线帽12、12'、13、13'上，进而接在无源电流对比模块的输入线端，之后在T型隔离套9上再同心套装“〇”形航空铝合金制成的承载环14，最后将一个孔用弹性挡圈15镶嵌入电流输出外筒1的限位固定槽17中，对产品内部的挤压进行定位固定和密封，通过上述的挤压紧固将电流输入极性十字帽7下端压入承压杯3中，使两者之间零误差紧配合达到高导通低残压要求，安装完成后的产品在与铜排固定时还可通过三个均布在电流输出外筒1上端的工具孔16辅助旋紧。本发明中的三件密封环(6、8、10)的有效使用也将各器件进行了有效密封，提高了产品的防水防尘能力。

本发明的电原理图如图7所示，将本产品电流输出外筒1的一体式螺杆11和极性十字帽7顶部的螺纹孔通过螺帽螺栓接入被保护整机设备的电路中，连接方式同轴对称,均匀分布电流。当电网系统正常时，产品内部的压敏电阻器处于高阻状态，不影响电路的正常工作，当压敏电阻器性能劣化，泄漏电流迅速升高，达到一定数值时感应线圈5感应其值并于同一时间传输给无源电流对比模块，根据一定比例放大实现远程告警功能，提示电涌保护器即将进入失效模式。劣化过程中压敏电阻基片2发热通过电流输出外筒1壳体中铝原子被激发振动，热源的分子(原子)动能迅速传递至比表面积大其几倍的外壳体，及时达到热平衡，延长压敏电阻器的使用寿命。就保护电压而言，传统的SPD保护电压U_res＝U_L1+U_SPD+U_L2(如图8)，而本发明产品保护电压U_res＝U_SPD，消除了后级负载电压一定程度的跌落，提高了产品的保护水平。

本发明采用航空铝合金制作产品外壳体(电流输出外筒)，利用其原子更容易被激发振动这一性能传输热量，较大的表面积释放热量，以及同轴对称的连接方式,均匀分布电流，来延长圆形氧化锌压敏电阻基片的使用寿命,通过短连接、零误差紧配合和高导通技术降低残压，提高保护水平,另外通过压敏电阻基片侧面绝缘喷砂技术，提高耐压水平，解决压敏电阻基片侧面在烧制过程中残存应力和电场力的角、边和尖效应，杜绝了周边因绝缘产生的闪络或击穿，从而达到长使用寿命高保护的目的。

本发明与传统电涌保护器使用效果的验证试验参见下表。

Claims (7)

1.一种长使用寿命高保护的电涌保护器，其特征在于：具有一个下端带一体式螺杆(11)的电流输出外筒(1)，在电流输出外筒(1)的内底部装入有一个氧化锌压敏电阻基片(2)，在压敏电阻基片(2)上依次设有一个内装挤压簧(4)的承压杯(3)、一个极性十字帽(7)和一个套覆在极性十字帽(7)上部的T型隔离套(9)，在承压杯(3)外配绕有感应线圈(5)，感应线圈(5)的电流传输端通过两组接线帽(12、12'、13、13')与无源电流对比模块相连接，所述的压敏电阻基片(2)、极性十字帽(7)和感应线圈(5)通过挤压簧(4)以及一个设置在电流输出外筒(1)上端口处的孔用弹性挡圈(15)压紧在电流输出外筒(1)内部，构成整个的电流泄放通道。

2.根据权利要求1所述的长使用寿命高保护的电涌保护器，其特征在于：承压杯(3)与圆形电阻基片(2)为同心同卑金属电极面积的紧结合。

3.根据权利要求1所述的长使用寿命高保护的电涌保护器，其特征在于：所述的电流输出外筒(1)和极性十字帽(7)均采用航空铝合金材料制成。

4.根据权利要求1所述的长使用寿命高保护的电涌保护器，其特征在于：所述的挤压簧(4)采用直径大于4mm的特殊锰钢材料制成。

5.根据权利要求1所述的长使用寿命高保护的电涌保护器，其特征在于：所述压敏电阻基片(2)的侧面喷砂绝缘。

6.根据权利要求1所述的长使用寿命高保护的电涌保护器，其特征在于：在承压杯(3)外壁上部开有一圈密封环限位槽(6-1)，承压杯(3)与极性十字帽(7)之间通过压置在密封环限位槽(6-1)内的第一密封环(6)加以密封。

7.根据权利要求1所述的长使用寿命高保护的电涌保护器，其特征在于：在极性十字帽(7)外壁上部开有一圈密封环压位槽(8-1)，极性十字帽(7)与T型隔离套(9)之间通过压置在密封环压位槽(8-1)内的第二密封环(8)加以密封。