CN108199363A - 复合型电涌保护器及其复合电涌保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开复合型电涌保护器及其复合电涌保护方法。电涌保护器包括压敏电阻C、至少两个三极放电间隙本体、与至少两个三极放电间隙本体相对应的至少两个触发电路。每个触发电路包括压敏电阻Z、放电管。所有三极放电间隙本体通过正电极和负电极串联形成三极放电间隙本体组件，且首个三极放电间隙本体的正电极连接低压配电系统的L线，末尾的三极放电间隙本体的负电极连接低压配电系统的N(PE)线，每个三极放电间隙本体的触发电极经由相应的放电管、压敏电阻Z连接至自身的正电极上，压敏电阻C与三极放电间隙本体组件并联。本发明的电涌保护器触发稳定且触发能量大，能适应额定电压大于690VAC新能源及工业发电等配电系统的雷电防护。

Description

复合型电涌保护器及其复合电涌保护方法

技术领域

本发明涉及一种电涌保护器及电涌保护方法，尤其涉及一种复合型电涌保护器及复合电涌保护方法。

背景技术

在低压配电系统(380VAC)的电涌保护器的基础元件中，压敏电阻(MOV) 的导通响应时间为25ns，单个压敏芯片的标称放电电流IN最多不超过 60KA(8/20us)、冲击电流不超过Iimp＝5KA(10/350us)；间隙元件的导通响应时间大于100ns，单个间隙的导通电流大，可以达到标称放电电流IN＝200KA(8/20us)、冲击电流Iimp＝50KA(10/350us)。专利号为ZL201410651822.6、专利名称为《一种三极放电间隙本体及其放电触发电路》的专利文献公开了一种适合于380V供电系统的放电间隙结构，并由其为间隙基础元件设计出了380V供电系统的低压配电系统的复合型电涌保护器。

但是在新能源或工业用电等更高电压的配电系统中，如690VAC、760VAC、 960VAC等，由于缺少可直接适应的高电压、高能量的雷电防护元件，仍要使用380VAC系统的间隙防护基础元件，目前采用的方式多数是采用叠加的形式，当然这种叠加不是简单意义上的直接累积，必须考虑其对雷电浪涌(或其他浪涌脉冲)整体的响应时间和放电通道能量配合问题。已有产品中有采用增加石墨层数提高产品适应电压的结构，有采用多层放电管(金属间隙)提高产品适应电压的结构，需要配置较为复杂的放电触发电路，同时逐层导通提高了电涌保护器整体的响应时间和响应电压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种触发稳定且触发能量大的复合型电涌保护器及复合电涌保护方法。

本发明采用以下技术方案实现：一种复合型电涌保护器，其包括压敏电阻 C、至少两个三极放电间隙本体A、与至少两个三极放电间隙本体A相对应的至少两个触发电路B；每个三极放电间隙本体A具有正电极L、负电极N和触发电极D；每个触发电路B包括压敏电阻Z、放电管G；所有三极放电间隙本体A通过正电极L和负电极N串联形成三极放电间隙本体组件，且首个三极放电间隙本体A的正电极L电性连接低压配电系统的L线，末尾的三极放电间隙本体A的负电极N电极连接低压配电系统的N线或PE线，每个三极放电间隙本体A的触发电极D经由相应的放电管G、压敏电阻Z电极连接至自身的正电极L上，压敏电阻C与三极放电间隙本体组件并联。

作为上述方案的进一步改进，所有放电间隙、三极放电间隙本体在安装机械结构上相互独立。

进一步地，所有放电间隙、三极放电间隙本体为可分离式结构。

作为上述方案的进一步改进，所述复合型电涌保护器包括2-5个所述三极放电间隙本体。

作为上述方案的进一步改进，所述复合型电涌保护器还包括外壳、电路板及多个导电片，所述至少两个三极放电间隙本体安装在所述外壳内且彼此间隔预设距离，所述电路板安装在所述外壳中，所述多个导电片与所述电路板电极连接。

本发明还提供另一种复合型电涌保护器，其包括至少两个压敏电阻C、至少两个三极放电间隙本体A、与至少两个三极放电间隙本体A相对应的至少两个触发电路B；每个三极放电间隙本体A具有正电极L、负电极N和触发电极 D；每个触发电路B包括压敏电阻Z、放电管G；所有三极放电间隙本体A通过正电极L和负电极N串联形成三极放电间隙本体组件，且首个三极放电间隙本体A的正电极L电极连接低压配电系统的L线，末尾的三极放电间隙本体A 的负电极N电极连接低压配电系统的N线或PE线，每个三极放电间隙本体A 的触发电极D经由相应的放电管G、压敏电阻Z电性连接至自身的正电极L上；所有压敏电阻C串联，串联后的压敏电阻C与三极放电间隙本体组件并联，且每个压敏电阻C并联在至少一个三极放电间隙本体A上。

作为上述方案的进一步改进，所有放电间隙、三极放电间隙本体在安装机械结构上相互独立。

进一步地，所有放电间隙、三极放电间隙本体为可分离式结构。

作为上述方案的进一步改进，所述复合型电涌保护器包括2-5个所述三极放电间隙本体。

作为上述方案的进一步改进，所述复合型电涌保护器还包括外壳、电路板及多个导电片，所述至少两个三极放电间隙本体安装在所述外壳内且彼此间隔预设距离，所述电路板安装在所述外壳内，所述多个导电片串联多个三极放电间隙本体A。

本发明还提供一种BC两级复合的复合电涌保护方法，其采用上述任意一种复合型电涌保护器；在低压配电系统正常供电时，所述复合型电涌保护器呈高阻状态，接L线、N线或PE线的两端电压为所述复合型电涌保护器的线路额定电压；当施加到接L线、N线或PE线的两端雷电脉冲电压上升达到压敏电阻C的启动电压时，压敏电阻C导通，随着雷电脉冲电流增大，压敏电阻C 上压降上升，直到达到触发电路的触发电压值，触发三极放电间隙本体导通。

作为上述方案的进一步改进，连接触发电极D的放电管G启动电压在500v 到2000v之间，压敏电阻C的U1MA电压在300V到2000v之间。

本发明的技术优势在于：和其他多层石墨、放电管间隙普遍采用阻容RC 电路和多路升压脉冲器放电触发需要采用不同的分压升压电路不同，本发明放电触发电路依靠并联的压敏电阻冲击残压(剩余电压)和浪涌冲击能量直接分层触发间隙放电。其好处是触发稳定，触发能量大。

附图说明

图1为实施例1的低压配电系统的复合型电涌保护器的电路图。

图2为图1中复合型电涌保护器的一种具体实现方案图。

图3为实施例2的低压配电系统的复合型电涌保护器的电路图。

图4为图3中复合型电涌保护器的一种具体实现方案图。

图5是本发明实施例的复合型电涌保护器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，本发明的低压配电系统的复合型电涌保护器，其包括压敏电阻C、至少两个三极放电间隙本体A、与至少两个三极放电间隙本体A相对应的至少两个触发电路B。每个三极放电间隙本体A具有正电极L、负电极N和触发电极D。

每个触发电路B包括压敏电阻Z、放电管G。所有三极放电间隙本体A通过正电极L和负电极N串联形成三极放电间隙本体组件，且首个三极放电间隙本体A的正电极L电性连接低压配电系统的L线，末尾的三极放电间隙本体A 的负电极N电极。

连接低压配电系统的N(PE)线，每个三极放电间隙本体A的触发电极D 经由相应的放电管G、压敏电阻Z电极连接至自身的正电极L上，压敏电阻C 与三极放电间隙本体组件并联。

请参阅图2，在本实施例的一个具体应用中，低压配电系统的复合型电涌保护器主要包括了包括压敏电阻C1、压敏电阻Z1、压敏电阻Z2、放电管G1、放电管G2、三极放电间隙本体A1、三极放电间隙本体A2。

三极放电间隙本体A1和三极放电间隙本体A2组成电涌保护器的主放电通道，压敏电阻C1与主放电通道并联。压敏电阻Z1、放电管G1串联为触发电路B1，压敏电阻Z2、放电管G2串联为触发电路B2，两个触发电路相互独立， B1、B2串联的触发电路的导通电压由Z1、G1、A1触发间隙，Z2、G2、A2触发间隙确定。

三极放电间隙本体A1的正电极L电性连接低压配电系统的L线，三极放电间隙本体A1的触发电极C1经由压敏电阻Z1、放电管G1电极连接三极放电间隙本体A2的正电极L。三极放电间隙本体A2的正电极L电极连接三极放电间隙本体A1的负电极N，三极放电间隙本体A2的负电极N电极连接低压配电系统的N(PE)线，三极放电间隙本体A2的触发电极C1经由压敏电阻Z2、放电管G2电极连接三极放电间隙本体A2的正电极L。压敏电阻C1的一端电性连接三极放电间隙本体A1的正电极L，另一端电极连接三极放电间隙本体 A2的正电极L。压敏电阻C1的导通电阻大于压敏电阻Z1、压敏电阻Z2的导通电阻。

压敏电阻Z1、放电管G1串联构成触发电路A1，压敏电阻Z2、放电管G2 串联构成触发电路B1，两个触发电路依靠压敏电阻C冲击残压和浪涌冲击能量直接分层分别触发两个三极放电间隙本体放电。

正常供电时，电涌保护器呈高阻状态，L、N(PE)两端电压为线路额定电压。当施加到L、N(PE)两端雷电脉冲电压上升达到压敏电阻C1启动电压时，压敏电阻C1导通，但存在导通电阻，随着雷电脉冲电流增大，压敏电阻C1上压降 (剩余电压)上升，直到达到间隙触发通道的触发电压值，三极放电间隙本体 A1和A2导通。

三极放电间隙本体A1和A2导通后，由于间隙导通电阻远小于压敏电阻 C1的导通电阻，绝大部分雷电流经间隙流向大地。利用了压敏电阻C1快速响应和间隙通流大的优点，形成复合型电涌保护器。

按图1所示，分别选取Z1＝Z2＝390V(IN＝10KA,8/20us)压敏电阻；

G1＝G2＝800V(IN＝10KA,8/20us)压敏电阻；

C1＝1500V(IN＝40KA,8/20us)压敏电阻；

A1，A2的触发电压为1100V(±15％)。

经试验室冲击试验测量，当雷电浪涌电流小于10KA(8/20us)时，MOV上剩余电压小于A1、A2触发导通电压，雷电流经C1流向大地，当雷电浪涌电流大于10KA(8/20us)时，C1上剩余电压达于A1、A2触发导通电压，间隙A1、 A2依次导通，大电流经A1、A2流向大地。

本发明的复合型结构，既有压敏电阻的快速响应特性，又有空气间隙的高能量特性；和其他多层石墨类、放电管类、双层金属间隙类的间隙叠加形成多层间隙不同，本发明的多层间隙其各个间隙是相互独立可以分离的，其优势是制造工艺简单，每个叠加层的间隙触发电路可以独立；多层间隙叠加的目的是使其组成电涌保护器能适应更高输送电压的供电系统。

实施例2

请参阅图3，本发明的低压配电系统的复合型电涌保护器也可包括至少两个压敏电阻C、至少两个三极放电间隙本体A、与至少两个三极放电间隙本体 A相对应的至少两个触发电路B。每个三极放电间隙本体A具有正电极L、负电极N和触发电极D。每个触发电路B包括压敏电阻Z、放电管G。

所有三极放电间隙本体A通过正电极L和负电极N串联形成三极放电间隙本体组件，且首个三极放电间隙本体A的正电极L电性连接低压配电系统的L 线，末尾的三极放电间隙本体A的负电极N电性连接低压配电系统的N(PE) 线，每个三极放电间隙本体A的触发电极D经由相应的放电管G、压敏电阻Z 电性连接至自身的正电极L上。所有压敏电阻C串联，串联后的压敏电阻C与三极放电间隙本体组件并联，且每个压敏电阻C并联在至少一个三极放电间隙本体A上。

请参阅图4，在本实施例的一个具体应用中，在三极放电间隙本体A2的负电极N和压敏电阻C1之间还串联一个压敏电阻C2，三极放电间隙本体A1的负电极N和三极放电间隙本体A2的正电极L均连接至压敏电阻C1和压敏电阻C2之间的线路上。

按图3所示，分别选取Z1＝Z2＝390V(IN＝10KA,8/20us)压敏电阻；

G1＝G2＝800V(IN＝10KA,8/20us)压敏电阻；

C1＝C2＝750V(IN＝20KA,8/20us)压敏电阻；

C1的剩余电压、C2的剩余电压分别触发间隙本体A1、A2；触发过程是：当雷电浪涌电压上升时，C1、C2导通，两者的剩余电压基本一致，由于触发三极放电间隙本体A1、触发三极放电间隙本体A2制造差异(误差范围内)，触发电压低的间隙先导通(比如触发三极放电间隙本体A2)，结果使C1流经电流加大，其剩余电压上升，促使另一间隙即触发三极放电间隙本体A2触发导通。

结合两个实施例，本发明的直接效果是，通过间隙串联叠加和选择不同的压敏电阻C1、C2组合，提升了电涌保护器整体的可持续运行电压，随着间隙串联叠加层数增加到3到5层，其可持续运行电压可达到760VAC、960VAC、 1200VAC，满足目前具有的低压配电系统的应用。特别是实施例2的实现，能直接应用380VAC系统的防护元件提升电涌保护器的可持续运行电压。复合型电涌保护器可包括2-5个三极放电间隙本体A。

在制作时，如图5所示，复合型电涌保护器还包括外壳3、电路板5及多个导电片4，两个三极放电间隙本体A安装在外壳3内且彼此间隔预设距离，电路板5安装在外壳3中，多个导电片4与电路板5电性连接，导电片4上开设有圆孔，每个三极放电间隙本体A的至少一个电极12呈圆柱状，电极12穿过导电片4上的圆孔，与导电片4焊接连接。导电片4将三极放电间隙本体A 与电路板5进行电性连接。当复合型电涌保护器包括三个或以上三极放电间隙本体A，这些三极放电间隙本体A都可以安装在外壳3内且彼此间隔预设距离。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合型电涌保护器，其包括压敏电阻C、至少两个三极放电间隙本体A、与至少两个三极放电间隙本体A相对应的至少两个触发电路B；每个三极放电间隙本体A具有正电极L、负电极N和触发电极D；其特征在于：每个触发电路B包括压敏电阻Z、放电管G；所有三极放电间隙本体A通过正电极L和负电极N串联形成三极放电间隙本体组件，且首个三极放电间隙本体A的正电极L连接低压配电系统的L线，末尾的三极放电间隙本体A的负电极N连接低压配电系统的N线或PE线，每个三极放电间隙本体A的触发电极D经由相应的放电管G、压敏电阻Z连接至自身的正电极L上，压敏电阻C与三极放电间隙本体组件并联。

2.一种复合型电涌保护器，其包括至少两个压敏电阻C、至少两个三极放电间隙本体A、与至少两个三极放电间隙本体A相对应的至少两个触发电路B；每个三极放电间隙本体A具有正电极L、负电极N和触发电极D；其特征在于：每个触发电路B包括压敏电阻Z、放电管G；所有三极放电间隙本体A通过正电极L和负电极N串联形成三极放电间隙本体组件，且首个三极放电间隙本体A的正电极L连接低压配电系统的L线，末尾的三极放电间隙本体A的负电极N连接低压配电系统的N线或PE线，每个三极放电间隙本体A的触发电极D经由相应的放电管G、压敏电阻Z连接至自身的正电极L上；所有压敏电阻C串联，串联后的压敏电阻C与三极放电间隙本体组件并联，且每个压敏电阻C并联在一个三极放电间隙本体A上。

3.如权利要求1或2所述的复合型电涌保护器，其特征在于：所有触发电路、三极放电间隙本体在安装机械结构上相互独立。

4.如权利要求3所述的复合型电涌保护器，其特征在于：压敏电阻C既可以集成在外壳内一体化安装，又可以在线路上单独安装，实现自动能量匹配。取消压敏电阻C后，所述的复合型电涌保护器用作浪涌第一级防护。

5.如权利要求1或2所述的复合型电涌保护器，其特征在于：所述复合型电涌保护器包括2-5个所述三极放电间隙本体。

6.如权利要求1或2所述的复合型电涌保护器，其特征在于：所述复合型电涌保护器还包括外壳、电路板及多个导电片，所述至少两个三极放电间隙本体安装在所述外壳内且彼此间隔预设距离，所述电路板安装在所述外壳内，所述多个导电片串联多个三极放电间隙本体A。

7.一种复合电涌保护方法，其采用如权利要求1至6中任意一项所述的复合型电涌保护器；其特征在于：在低压配电系统正常供电时，所述复合型电涌保护器呈高阻状态，接L线，N线或PE线的两端电压为所述复合型电涌保护器的线路额定电压；当施加到接L线，N线或PE线的两端雷电脉冲电压上升达到压敏电阻C的启动电压时，压敏电阻C导通，随着雷电脉冲电流增大，压敏电阻C上压降上升，直到达到触发电路的触发电压值，三极放电间隙本体导通。

8.如权利要求7所述的复合电涌保护方法，其特征在于：连接触发电极D的放电管G启动电压在500v到2000v之间，压敏电阻C的U1MA电压在300V到2000v之间。