CN109921401A - 一种多间隙型电涌保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多间隙型电涌保护装置，包括：具有腔室的壳体，壳体的两端分别为第一引线端和第二引线端；设置于腔室内的N个放电间隙，N个放电间隙中的第1个放电间隙与第一引线端连接，第N个放电间隙与第二引线端连接；其中，N为整数，且N≥2；贯通于N个放电间隙的辅助间隙，辅助间隙的第一端通过第一耦合阻抗与第一引线端连接，辅助间隙的第二端与第二引线端连接。该电涌保护装置能够有效降低击穿电压，提升对电气设备保护的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及过压保护技术领域，尤其涉及一种多间隙型电涌保护装置。
背景技术
电涌保护装置是一种连接在电气设备或低压配电系统中的过电压保护装置，其主要用于泄放雷电流、雷电感应和开关操作引起的浪涌电流，并限制过电压的幅值，从而避免浪涌电流对回路中其他设备的损害。
如图1所示，现有的多间隙型电涌保护装置主要由n+1个放电间隙和n个电容值相同的电容组成，n为整数，且n≥2；其中，各个放电间隙串联连接，第1个放电间隙SG1与火线连接，最末一个放电间隙SGn+1接地，各电容的第一端与两放电间隙之间的连接点连接，第二端接地。在雷电冲击电流的冲击下，当电涌电压超过各级放电间隙的击穿电压时，则各级放电间隙依次被击穿后形成放电通路，实现对雷电冲击电流的泄放，抑制过电压。然而，由于现有的多间隙型电涌保护装置只有在全部放电间隙被击穿后才能形成放电通路，这就使得该电涌保护装置的击穿电压较大，当击穿电压超过电气设备的工作电压时，该多间隙型电涌保护装置对电气设备的保护失效，致使电气设备被毁坏。例如，当电气设备的雷电冲击耐受电压为2000V且多间隙型电涌保护装置的击穿电压为6000V时，则该多间隙电涌保护装置在击穿电压为6000V时击穿导通导通形成放电通路，其无法对位于2000V～6000V之间的雷电冲击电压产生的雷电冲击电流进行有效泄放，进而无法对电气设备进行可靠的保护。
发明内容
针对上述问题，本发明的一种多间隙型电涌保护装置能够有效降低击穿电压，提升对电气设备保护的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明的一种多间隙型电涌保护装置，包括：
具有腔室的壳体，所述壳体的两端分别为第一引线端和第二引线端；
设置于所述腔室内的N个放电间隙，所述N个放电间隙中的第1个放电间隙与所述第一引线端连接，第N个放电间隙与所述第二引线端连接；其中，N为整数，且N≥2；
贯通于所述N个放电间隙的辅助间隙，所述辅助间隙的第一端通过第一耦合阻抗与所述第一引线端连接，所述辅助间隙的第二端与所述第二引线端连接。
与现有技术相比，在该多间隙型电涌保护装置中，由于辅助间隙的第一端通过第一耦合阻抗与第一引线端连接，则在雷电冲击电压超过电压阈值时，第一耦合阻抗的串联回路中电流突增，辅助间隙易于放电产生电火花；并且，因为辅助间隙贯通于N个放电间隙设置，故电火花发出的射线会照射到N个放电，射线的能量会加速放电间隙内气体中电子的电离，使得放电间隙中能够快速、容易形成电子崩，同时诱发多个放电间隙击穿导通，降低放电间隙的击穿电压，提升该电涌保护装置对电气设备进行过压保护的可靠性。
作为上述方案的改进，所述电涌保护装置还包括：N-1个多间隙耦合阻抗；其中，
所述N-1个多间隙耦合阻抗中的第i个多间隙耦合阻抗的第一端与第i个放电间隙和第i+1个放电间隙的连接点连接，所述第i个多间隙耦合阻抗的第二端与所述第二引线端连接；其中，i为整数，且1≤i≤N-1。
作为上述方案的改进，所述辅助间隙通过第二耦合阻抗与所述第二引线端连接。
作为上述方案的改进，所述辅助间隙包括第一辅助间隙和第二辅助间隙；
所述第一辅助间隙的第一端通过第一耦合阻抗与所述第一引线端连接，第二端通过所述第二耦合阻抗与所述第二辅助间隙的第一端连接；
所述第二辅助间隙的第二端与所述第二引线端连接。
作为上述方案的改进，所述放电间隙包括交替叠置的N+1个中间有孔的电极和N个中间有孔的绝缘片；所述电极的内径小于所述绝缘片的内径。
作为上述方案的改进，所述辅助间隙包括：贯穿于所述电极和所述绝缘片的辅助电极；
所述辅助电极的第一端通过所述第一耦合阻抗与所述第一引线端连接，所述辅助电极的第二端套设有绝缘件，所述辅助电极的外壁设置有绝缘管；所述绝缘件与所述第二引线端连接；
所述绝缘管与所述绝缘件之间设置有间隙，以使所述辅助电极部分裸露；所述绝缘管的外壁与所述电极的内表面之间设置有间隙。
作为上述方案的改进，所述壳体包括：外筒、以及设置于所述外筒内的绝缘筒；所述第一引线端和所述第二引线端均呈凸台状，且分别设置于所述绝缘筒的第一端和第二端；
所述绝缘筒的内壁上设置有凹槽，所述凹槽用于固定所述绝缘片；
所述第一引线端的凸部设置有通孔，以使所述辅助电极贯穿于所述通孔与所述第二引线端连接。
作为上述方案的改进，所述通孔中设置有绝缘支撑件，所述绝缘支撑件用于固定所述辅助电极。
作为上述方案的改进，所述外筒的两端分别设置有第一绝缘件和第二绝缘件，所述第一绝缘件和所述第二绝缘件的中部均设置有通孔，所述第一绝缘件套设于所述第一引线端的凸部，所述第二绝缘件套设于所述第二引线端的凸部。
作为上述方案的改进，所述壳体和所述第一耦合阻抗设置于PCB板的第一表面，且所述第一耦合阻抗通过PCB走线与所述第一引线端连接；
所述N-1个多间隙耦合阻抗设置于所述PCB板的第二表面；每个所述多间隙耦合阻抗的第一端通过连接引线贯通所述壳体连接至对应的连接点，第二端通过一个所述多间隙耦合阻抗与所述第二引线端连接。
附图说明
图1是现有的多间隙型电涌保护装置的电气结构示意图。
图2是本发明实施例1的一种多间隙电涌保护装置的结构示意图。
图3是本发明实施例1中多间隙电涌保护装置的电气结构示意图。
图4是本发明实施例2的一种多间隙电涌保护装置的电气结构示意图。
图5是本发明实施例2中多间隙电涌保护装置的结构示意图。
图6是本发明实施例2中多间隙电涌保护装置的立体结构示意图。
图7是本发明实施例3的一种多间隙电涌保护装置的电气结构示意图。
图8是本发明实施例4的一种多间隙电涌保护装置的电气结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
请参见图2，是本发明实施例1的一种多间隙型电涌保护装置的结构示意图。
如图2和图3所示，该多间隙型电涌保护装置，包括：具有腔室的壳体1，其中，该壳体1包括外筒11、以及设置于外筒11内的绝缘筒12；壳体1的两端分别为第一引线端13和第二引线端14；设置于腔室内的N个放电间隙G，N个放电间隙G中的第1个放电间隙G1与第一引线端13连接，第N个放电间隙GN与第二引线端14连接；其中，N为整数，且N≥2；贯通于N个放电间隙G的辅助间隙AG，辅助间隙AG的第一端通过第一耦合阻抗AZ1与第一引线端13连接，辅助间隙AG的第二端与第二引线端14连接。
与现有技术相比，在该多间隙型电涌保护装置中，由于辅助间隙AG的第一端通过第一耦合阻抗AZ1与第一引线端13连接，则在雷电冲击电压超过电压阈值时，第一耦合阻抗AZ1的串联回路中电流突增，辅助间隙AG易于放电产生电火花；并且，因为辅助间隙AG贯通于N个放电间隙G设置，故电火花发出的射线会照射到N个放电G，射线的能量会加速放电间隙内气体中电子的电离，使得放电间隙G中能够快速、容易形成电子崩，同时诱发多个放电间隙G击穿导通，降低放电间隙G的击穿电压，提升该电涌保护装置对电气设备进行过压保护的可靠性。
具体地，如图2所示，该多间隙型电涌保护装置中，放电间隙G包括交替叠置的N+1个中间有孔的电极21和N个中间有孔的绝缘片22；该电极21的内径小于该绝缘片22的内径，以使相邻的两个电极21之间形成放电间隙G，该绝缘片22还用于限制相邻的两个电极21之间的距离。辅助间隙AG包括贯穿于电极21和绝缘片22的辅助电极3；该辅助电极3的外壁设置有绝缘管31，辅助电极3的第一端通过第一耦合阻抗AZ1与第一引线端13连接，辅助电极3的第二端套设有绝缘件32，；其中，绝缘件32与第二引线端14连接；该绝缘管31与绝缘件32之间设置有间隙，以使辅助电极3部分裸露；该绝缘管31的外壁与电极21的内表面之间设置有间隙，以使裸露的辅助电极3、绝缘件32及N+1个电极21的内表面之间形成辅助间隙AG。
在该电涌保护装置中，当雷电冲击电压从第一引线端13流入时，辅助间隙AG在第一耦合阻抗AZ1的作用下产生电火花，电火花发出的射线经辅助间隙AG和放电间隙G之间的贯通通道照射至放电间隙G，加速放电间隙G内气体中电子的电离，使得放电间隙G中能够快速、容易形成电子崩，同时诱发多个放电间隙G击穿导通，进而起到降低击穿电压的作用。
进一步地，如图2所示，该电涌保护装置中壳体1和第一耦合阻抗AZ1设置于PCB板4的第一表面，且第一耦合阻抗AZ1通过PCB走线与第一引线端13连接；第一引线端13和第二引线端14均呈凸台状，且分别设置于绝缘筒12的第一端和第二端；绝缘筒12的内壁上设置有凹槽，凹槽用于固定中间有孔的绝缘片22；第一引线端13的凸部设置有通孔，以使辅助电极3贯穿于通孔与第二引线端14连接；该通孔中设置有绝缘支撑件33，绝缘支撑件33用于固定辅助电极3，使得辅助电极3位于腔室的中轴线上，以使辅助电极3产生的射线能够均匀照射至放电间隙G，提升放电间隙G击穿导通的均匀性。
进一步地，该外筒11的两端分别设置有第一绝缘件15和第二绝缘件16，该第一绝缘件15和第二绝缘件16的中部均设置有通孔，以使第一绝缘件15套设于第一引线端13的凸部、第二绝缘件16套设于第二引线端14的凸部，以将第一引线端13和第二引线端14固定于外筒11内。具体地，该外筒11由金属层制成；该第一绝缘件15和第二绝缘件16由热塑性塑料注塑形成。
优选地，在第一耦合阻抗AZ1与第一引线端13之间设置有热保护器或过流保护器，以进行过热或过流保护。其中，该热保护器包括温度保险丝或温控器；该过流保护器包括电流保险丝或PTC。
请参见图4，是本发明实施例2的一种多间隙型电涌保护装置的电气结构示意图。
如图4所示，该电涌保护装置除了包含实施例1中的全部组成部件之外，还包括：N-1个多间隙耦合阻抗；其中，N-1个多间隙耦合阻抗中的第i个多间隙耦合阻抗Zi的第一端与第i个放电间隙Gi和第i+1个放电间隙Gi+1的连接点连接，第i个多间隙耦合阻抗Zi的第二端与第二引线端14连接；其中，i为整数，且1≤i≤N-1。例如，第1个多间隙耦合阻抗Z1的第一端与第1个放电间隙G1和第二放电间隙G2的连接点连接，第1个多间隙耦合阻抗Z1的第二端与第二引线端14连接。
在该实施例中，由于N-1个多间隙耦合阻抗的第二端均与第二引线端14连接，该N个放电间隙的初始电位与第二引线端14的电位相同，则当辅助间隙AG产生射线时，促使该N个放电间隙同时击穿导通，提高放电间隙击穿导通的均匀性，改善放电间隙诱发击穿导通的稳定性。
优选地，上述N-1个多间隙耦合阻抗包括电阻、电容、电感和压敏电阻中的一种或多种组合。
接下来，以多间隙耦合阻抗为电容对实施例2中的电涌保护装置进行详细说明。
如图5所示，是本发明实施例2的一种多间隙型电涌保护装置的结构示意图。
如图5和图6所示，在该电涌保护装置中，N-1个多间隙耦合阻抗Z设置于PCB板4的第二表面；每个多间隙耦合阻抗Z的第一端通过连接引线41贯通壳体1连接至对应的连接点，第二端通过PCB走线与第二引线端14连接。
优选地，该N-1个多间隙耦合阻抗中多间隙耦合阻抗的第一端通过连接引线41与中间有孔的电极21的外表面连接，多间隙耦合阻抗Z的第二端通过PCB走线与第二引线端14连接。
请参见图7，是本发明实施例3的一种多间隙电涌保护装置的电气结构示意图。
如图7所示，该电涌保护装置除了包含实施例1中的全部组成部件之外，还包括：辅助间隙AG通过第二耦合阻抗AZ2与第二引线端14连接。
在该实施例中，当辅助间隙AG产生的射线照射到第1个放电间隙G1至第N-3个放电间隙GN-3时，第1个放电间隙G1至第N-3个放电间隙GN-3击穿导通，而辅助间隙AG通过第二耦合阻抗AZ2连接至第二引线端14，能够使辅助间隙AG经第二耦合阻抗AZ2向第N个放电间隙GN放电，加速第N-2个放电间隙GN-2至第N个放电间隙GN击穿导通，进而降低电涌保护装置的击穿电压。
请参见图8，是本发明实施例4的一种多间隙电涌保护装置的电气结构示意图。
如图8所示，该电涌保护装置中辅助间隙AG包括第一辅助间隙AG1和第二辅助间隙AG2；第一辅助间隙AG1的第一端通过第一耦合阻抗AZ1与第一引线端13连接，第二端通过第二耦合阻抗AZ2与第二辅助间隙AG2的第一端连接；第二辅助间隙AG2的第二端与第二引线端14连接。
在该实施例中，通过设置两个辅助间隙和两个耦合阻抗能够增加辅助间隙发出射线照射的距离，进而提高诱发放电间隙同时击穿导通的效率。
优选地，在本发明中，电极21包括石墨电极和铜钨合金电极；绝缘片22的材料包括陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯或三聚氰胺。
优选地，本发明中的第一耦合阻抗AZ1包括电阻、电容、电感和压敏电阻中的一种或多种组合，例如，该第一耦合阻抗AZ1可以是2W、100Ω的线绕电阻。该第一耦合阻抗AZ1还用于耦合高频的过电压、隔离或限制工频电流的幅值，以提高该电涌保护装置的稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种多间隙型电涌保护装置，其特征在于，包括：
具有腔室的壳体，所述壳体的两端分别为第一引线端和第二引线端；
设置于所述腔室内的N个放电间隙，所述N个放电间隙中的第1个放电间隙与所述第一引线端连接，第N个放电间隙与所述第二引线端连接；其中，N为整数，且N≥2；
贯通于所述N个放电间隙的辅助间隙，所述辅助间隙的第一端通过第一耦合阻抗与所述第一引线端连接，所述辅助间隙的第二端与所述第二引线端连接。
2.如权利要求1所述的电涌保护装置，其特征在于，还包括：N-1个多间隙耦合阻抗；其中，
所述N-1个多间隙耦合阻抗中的第i个多间隙耦合阻抗的第一端与第i个放电间隙和第i+1个放电间隙的连接点连接，所述第i个多间隙耦合阻抗的第二端与所述第二引线端连接；其中，i为整数，且1≤i≤N-1。
3.如权利要求1所述的电涌保护装置，其特征在于，所述辅助间隙通过第二耦合阻抗与所述第二引线端连接。
4.如权利要求3所述的电涌保护装置，其特征在于，所述辅助间隙包括第一辅助间隙和第二辅助间隙；
所述第一辅助间隙的第一端通过第一耦合阻抗与所述第一引线端连接，第二端通过所述第二耦合阻抗与所述第二辅助间隙的第一端连接；
所述第二辅助间隙的第二端与所述第二引线端连接。
5.如权利要求1～4中任一项所述的电涌保护装置，其特征在于，所述放电间隙包括交替叠置的N+1个中间有孔的电极和N个中间有孔的绝缘片；所述电极的内径小于所述绝缘片的内径。
6.如权利要求5所述的电涌保护装置，其特征在于，所述辅助间隙包括：贯穿于所述电极和所述绝缘片的辅助电极；
所述辅助电极的第一端通过所述第一耦合阻抗与所述第一引线端连接，所述辅助电极的第二端套设有绝缘件，所述辅助电极的外壁设置有绝缘管；所述绝缘件与所述第二引线端连接；
所述绝缘管与所述绝缘件之间设置有间隙，以使所述辅助电极部分裸露；所述绝缘管的外壁与所述电极的内表面之间设置有间隙。
7.如权利要求6所述的电涌保护装置，其特征在于，所述壳体包括：外筒、以及设置于所述外筒内的绝缘筒；所述第一引线端和所述第二引线端均呈凸台状，且分别设置于所述绝缘筒的第一端和第二端；
所述绝缘筒的内壁上设置有凹槽，所述凹槽用于固定所述绝缘片；
所述第一引线端的凸部设置有通孔，以使所述辅助电极贯穿于所述通孔与所述第二引线端连接。
8.如权利要求7所述的电涌保护装置，其特征在于，所述通孔中设置有绝缘支撑件，所述绝缘支撑件用于固定所述辅助电极。
9.如权利要求7所述的电涌保护装置，其特征在于，所述外筒的两端分别设置有第一绝缘件和第二绝缘件，所述第一绝缘件和所述第二绝缘件的中部均设置有通孔，以使所述第一绝缘件套设于所述第一引线端的凸部、所述第二绝缘件套设于所述第二引线端的凸部。
10.如权利要求2所述的电涌保护装置，其特征在于，所述壳体和所述第一耦合阻抗设置于PCB板的第一表面，且所述第一耦合阻抗通过PCB走线与所述第一引线端连接；
所述N-1个多间隙耦合阻抗设置于所述PCB板的第二表面；每个所述多间隙耦合阻抗的第一端通过连接引线贯通所述壳体连接至对应的连接点，第二端通过一个所述多间隙耦合阻抗与所述第二引线端连接。
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