CN109038222A - 真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙 - Google Patents

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Abstract

真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，包括真空度为10‑1～10‑5Pa，腔体内设置有上电极、环状中间电极之间构成的放电间隙，在腔体内安装有圆盘状触发电极，触发电极与中间电极之间安装有环状绝缘介质材料，触发电极、表面绝缘介质材料和中间电极之间构成主动型过电压保护间隙的表面放电触发器即形成表面闪络放电界面，表面闪络放电界面与中间电极的下表面垂直或成锐角，同时在上电极、中间电极周围的上绝缘壳体内安装有屏蔽罩。上电极、中间电极、触发电极均伸出对外电气连接的插头，使得本发明的主动型过电压保护间隙具有插拔功能。本发明可以降低过电压保护间隙的脉冲击穿电压，且具有极快的响应特性、较强的工频续流抑制能力和较长的使用寿命。

Description

真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙
技术领域
本发明涉及一种电子与通信领域的高性能过电压保护间隙，特别涉及一种真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙。
背景技术
高性能过电压保护间隙是电子与通信的关键过电压防护器件，国内外用于过电压防护的主动型过电压保护间隙大多采用场致触发方式或者场畸变触发方式，使得主动型过电压保护间隙的电压保护水平一般不是太高，其脉冲击穿电压与直流击穿电压之间的压比一般大于1，在1.1～1.5左右。发明专利ZL 2006 1 0104775.9公开了一种真空环境下具有沿面闪络的过电压保护装置，其技术特征是在“过电压保护间隙的两个主电极触头的表面均设置有两个凹槽，在两个凹槽中安装有闪络棒，雷电过电压发生时，过电压保护间隙的主电极通过沿面闪络棒泄放雷电流的能量，但同时也造成沿面闪络棒的表面污染及消耗，从而导致过电压保护间隙的使用寿命受到影响，更为重要的是，沿面闪络棒的存在，不能降低过电压保护间隙的压比，在过电压保护间隙脉冲击穿电压降低、电压保护水平提升的同时，过电压保护间隙的直流击穿电压也随之降低，正常工作的安全性降低，因此，过电压保护间隙的性能提升有限。
随着电子与通信等技术的发展需求，对高性能过电压保护间隙提出了更高的要求，包括：(1)直流击穿电压高、脉冲击穿电压低。(2)雷电过电压响应速度快，与后级或其它过电压防护器件的能量分配和配合精度高；(3)通流容量和工作寿命长；(4)连接方便、具有随时插拔功能。目前，过电压保护间隙还不能满足上述要求，其性能指标还有待提升。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有高直流击穿电压、低脉冲击穿电压、雷电过电压响应速度快，与后级或其它类型过电压保护间隙能量分配和配合效果好的真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括上绝缘壳体、下绝缘壳体、上端法兰和下端法兰构成的真空度为10-1～10-5Pa的腔体，在腔体内设置有安装在上端法兰上的上电极，在上绝缘壳体和下绝缘壳体之间安装有环状中间电极，上电极和环状中间电极之间构成主放电间隙，在下端法兰和环状中间电极之间安装有起绝缘隔离作用的环状表面放电绝缘介质材料，下端法兰、环状表面放电绝缘介质材料和环状中间电极之间构成主动型过电压保护间隙的表面放电触发器即形成表面闪络放电界面，表面闪络放电界面与环状中间电极的下表面垂直或成锐角，上端法兰、环状中间电极和下端法兰分别有伸出的上电极连接端子、中间电极连接端子和作为触发使用的触发电极，上电极连接端子、中间电极连接端子和作为触发使用的触发电极用于连接雷电过电压或操作过电压通过主动耦合触发电路耦合过来的雷电能量，同时在上电极周围的上绝缘壳体内安装有屏蔽罩。
所述的环状中间电极的下表面与环状表面放电绝缘介质材料的上表面紧密接触，下端法兰的上表面与环状表面放电绝缘介质材料的下表面紧密接触。
所述的环状中间电极的内环直径为3-6mm。
所述的环状中间电极安装在上、下绝缘壳体的结合处，其厚度为3-6mm。
所述的环状表面闪络绝缘介质材料安装在下法兰中心位置、其结构参数为内径5-12mm、环宽4-10mm、高度5-15mm的聚四氟乙烯、半导体或陶瓷材料。
所述的表面闪络放电界面与下端法兰的上表面垂直或呈30°～70°的锐角。
所述的上电极连接端子、中间电极连接端子和作为触发使用的触发电极的长度、宽度和厚度分别为6-10mm、2-8mm和0.5-3mm。
所述的屏蔽罩采用无氧铜制作。
本发明的主动型过电压保护间隙具有以下几个方面的显著优点：(1)主动耦合触发结构的设计使得主动型真空过电压保护间隙的触发器具有极强的初始触发载流子释放能力，使得主动型过电压保护间隙在不影响过电压保护间隙直流击穿电压的同时，可以降低过电压保护间隙的脉冲击穿电压，而且具有极快的雷电过电压响应特性；(2)环状中间电极和下端法兰之间的触发方式为表面放电触发，且表面闪络放电的界面与下端法兰或环状中间电极的下表面垂直，而与上电极、环状中间电极两个主电极之间的脉冲电弧路径平行，可以防止脉冲电弧产生的金属蒸汽沉积在表面闪络介质表面，大大提高了过电压保护间隙的使用寿命。(3)工作于真空环境的主动型过电压保护间隙，利用真空环境的强灭弧能力，可以大大提高过电压保护间隙抑制后续工频或直流电流的能力。本发明可以解决现有过电压保护间隙存在的缺陷，且具有插拔结构，非常适合应用于不同应用于电子与通信领域雷电过电压或者操作过电压防护的场合。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明另一个实施例的结构示意图。
图中，1上绝缘壳体，2下绝缘壳体，3上电极，4中间电极，5上端法兰，6下端法兰，7环状表面放电绝缘介质材料，8屏蔽罩，9表面闪络放电界面，10上电极连接端子、11中间电极连接端子，12作为触发使用的触发电极。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
实施例1，参见图1，本发明包括上绝缘壳体1、下绝缘壳体2、上端法兰5和下端法兰6构成的真空度为10-1～10-5Pa的腔体，在腔体内设置有安装在上端法兰5上的上电极3，在上绝缘壳体1和下绝缘壳体2之间安装有厚度为3-6mm环状中间电极4，上电极3和环状中间电极4之间构成主放电间隙，在下端法兰6和环状中间电极4之间安装有起绝缘隔离作用的内径5-12mm、环宽4-10mm、高度5-15mm的环状表面闪络绝缘介质材料7，下端法兰6、环状表面闪络绝缘介质材料7和环状中间电极4之间构成主动型过电压保护间隙的表面放电触发器即形成表面闪络放电界面9，表面闪络放电界面9与环状中间电极4的下表面垂直，而与主电极之间的脉冲电弧路径平行，且内环直径为3-6mm的环状中间电极4覆盖在环状表面闪络绝缘介质材料7上，有效防止脉冲电弧产生的金属蒸汽沉积在表面闪络介质表面，使得主动型过电压保护间隙除具有高的电压保护水平，重要的是可以使主动型保护间隙的使用寿命大大提高。上端法兰5、环状中间电极4和下端法兰6分别有伸出的长度、宽度和厚度分别为6-10mm、2-8mm和0.5-3mm的上电极连接端子10、中间电极连接端子11和作为触发电极使用触发电极12，上电极连接端子10、中间电极连接端子11和作为触发使用的触发电极12用于连接雷电过电压或操作过电压通过主动耦合触发电路耦合过来的雷电能量，同时在上电极3周围的上绝缘壳体1内安装有屏蔽罩8，可防止金属蒸汽扩散并沉积在绝缘密闭外壳1、2上，造成上电极3和环状中间电极4的短路。
实施例2，参见图2，本发明的环状表面放电绝缘介质材料7下部为圆柱型，上部圆柱的内侧呈梯形，环状表面放电绝缘介质材料7和环状中间电极4、下端法兰触发电极6的上表面的接触点之间形成表面闪络放电界面9，表面闪络放电界面9与下端法兰6的上表面的锐角为30°～70°。
本发明不同于现有过电压保护间隙的最显著的特点是：采用环状中间电极、圆盘状触发电极及环状表面放电绝缘介质材料组成的表面放电触发器，表面放电绝缘介质材料可以是聚四氟乙烯、半导体或者陶瓷材料等。主动耦合触发结构的设计使得主动型过电压保护间隙的触发器具有极强的初始触发载流子释放能力，降低过电压保护间隙的脉冲击穿电压，而且具有极快的过电压响应特性；同时，本项目设计的表面闪络触发器的表面闪络放电界面或路径与下电极表面垂直(或成锐度)，而与主电极之间的脉冲电弧路径平行(或成锐角)，有效避免脉冲电弧产生的金属蒸汽在表面闪络介质表面上的沉积，大大提高主动型保护间隙触发器和保护间隙的使用寿命；再加上真空环境的强电弧熄灭能力，可以显著提高过电压保护间隙抑制后续工频或直流电流的能力。本发明的基于真空环境下具有插接功能的环状触发结构的主动型过电压保护间隙具有高的直流击穿电压、低脉冲击穿电压、极短的过电压响应时间、长使用寿命等显著特点，且同时具有插拔结构，非常适合用于电子与通信、电子线路等雷电过电压防护的场合。

Claims (8)

1.一种真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，其特征在于：包括上绝缘壳体(1)、下绝缘壳体(2)、上端法兰(5)和下端法兰(6)构成的真空度为10-1～10-5Pa的腔体，在腔体内设置有安装在上端法兰(5)上的上电极(3)，在上绝缘壳体(1)和下绝缘壳体(2)之间安装有环状中间电极(4)，上电极(3)和环状中间电极(4)之间构成主放电间隙，在下端法兰(6)和环状中间电极(4)之间安装有起绝缘隔离作用的环状表面放电绝缘介质材料(7)，下端法兰(6)、环状表面放电绝缘介质材料(7)和环状中间电极(4)之间构成主动型过电压保护间隙的表面放电触发器即形成表面闪络放电界面(9)，表面闪络放电界面(9)与环状中间电极(4)的下表面垂直或成锐角，上端法兰(5)、环状中间电极(4)和下端法兰(6)分别有伸出的上电极连接端子(10)、中间电极连接端子(11)和作为触发使用的触发电极(12)，上电极连接端子(10)、中间电极连接端子(11)和作为触发使用的触发电极(12)用于连接雷电过电压或操作过电压通过主动耦合触发电路耦合过来的雷电能量，同时在上电极(3)周围的上绝缘壳体(1)内安装有屏蔽罩(8)。
2.根据权利要求1所述的真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，其特征在于：所述的环状中间电极(4)的下表面与环状表面放电绝缘介质材料(7)的上表面紧密接触，下端法兰(6)的上表面与环状表面放电绝缘介质材料(7)的下表面紧密接触。
3.根据权利要求2所述的真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，其特征在于：所述的环状中间电极(4)的内环直径为3-6mm。
4.根据权利要求1所述的真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，其特征在于：所述的环状中间电极安装在上、下绝缘壳体(1、2)的结合处，其厚度为3-6mm。
5.根据权利要求1所述的真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，其特征在于：所述的环状表面闪络绝缘介质材料(7)安装在下法兰(6)中心位置、其结构参数为内径5-12mm、环宽4-10mm、高度5-15mm的聚四氟乙烯、半导体或陶瓷材料。
6.根据权利要求1所述的真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，其特征在于：所述的表面闪络放电界面(9)与下端法兰(6)的上表面垂直或呈300～700的锐角。
7.根据权利要求1所述的真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，其特征在于：所述的上电极连接端子(10)、中间电极连接端子(11)和作为触发使用的触发电极(12)的长度、宽度和厚度分别为6-10mm、2-8mm和0.5-3mm。
8.根据权利要求1所述的真空环境下具有插拔功能的主动型过电压保护间隙，其特征在于：所述的屏蔽罩(8)采用无氧铜制作。
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