CN110492463A - 一种具有高分断能力的电涌保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高分断能力的电涌保护装置，包括具有至少两引出电极的外壳以及安装于外壳内的限压型器件和热脱扣机构，所述热脱扣机构包括定组件、动组件和热触发装置，所述定组件和动组件形成串联设置的多个位移开关，所述热触发装置与动组件联动设置，以解决现有的电涌保护装置的热保护装置不具备过电流保护功能以及浪涌电流流过时热保护装置易出现误脱扣或提前脱扣的问题。
Description
技术领域
本发明涉及过压保护技术领域，具体是涉及一种具有高分断能力的电涌保护装置。
背景技术
电涌保护装置是一种连接在电子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。
为了提高过电压的限制能力，通常需要在配电盘或设备前端配置限压型的电涌保护器。限压型的电涌保护器存在以下两个突出的问题：
1、限压型的电涌保护器的关键器件，如压敏电阻、瞬态电压抑制器等，其失效模式绝大多数情况均为热崩溃导致的短路，因此需要增加热保护功能，但是，热保护装置通常不具备过电流保护功能，仅能切断数十安培的交流电流或数A的直流电流，如果限压型的器件出现短路失效而热保护装置没有启动，导致数百数千安培的短路电流出现，电涌保护器自身无法切断故障电流，需要外接过流保护装置来切断故障电流，否则会有火灾危险；而外接过流保护装置来保护电涌保护器还存在浪涌电流承受能力、过电流保护启动电流难以配合、残压高、成本高等业内公认的难题。
2、限压型的电涌保护器的热保护装置采用低熔点合金作为热触发介质，并与限压性器件串联并形成电连接通路通。热触发介质通常选择100-160℃之间的熔点温度，在浪涌电流流过时易出现热保护装置误脱扣或提前脱扣的现象。其原因在于限压型器件在浪涌电流流过的过程中的发热、热触发介质熔点低、热触发介质流过浪涌电流存在热效应和电动力效应、热触发介质材质脆等因素相互影响。
为了避免以上两种情况对电涌保护器的不利影响，本发明提出一种具有高分断能力的电涌保护器。
发明内容
本发明旨在提供一种具有高分断能力的电涌保护装置，以解决现有的电涌保护装置的热保护装置不具备过电流保护功能以及浪涌电流流过时热保护装置易出现误脱扣或提前脱扣的问题。
具体方案如下：
一种具有高分断能力的电涌保护装置，包括具有至少两引出电极的外壳以及安装于外壳内的限压型器件和热脱扣机构，其中，
所述限压型器件包括定位安装于绝缘盖体内的限压器件、第一电极和第二电极；
所述热脱扣机构包括定组件、动组件和热触发装置，所述定组件和动组件形成串联设置的多个位移开关，所述热触发装置与动组件联动设置，其包括触发金属片、易熔合金和蓄能件，所述触发金属片的一端固设于动组件上，另一端通过易熔合金焊接固定于第二电极上，以限制所述动组件相对所述动组件位移，并使所述蓄能件蓄积使动组件相对定组件位移的势能；
所述第一电极与引出电极的其一电连接设置，串联的多个位移开关的两端分别与第二电极以及另一引出电极电连接设置。
进一步的，所述定组件包括定支架以及依序固定于定支架上的n个定电极，其中n≥2，且各定电极之间相互断开设置；所述动组件包括动支架以及依序固定于动支架上的n+1个动电极，且相邻两动电极之间均形成一断口，且所述动支架具有相对于定支架未发生位移的第一状态，以及发生位移后的第二状态；在第一状态下，每一定电极均和与之对应的相邻两动电极接触，而使所有定电极之间的导通；在第二状态下，相邻两动电极之间形成的断口恰好位于与之对应的相邻两定电极之间的断开处，以使各定电极之间相互断开而处于非导通状态。
进一步的，所述动支架和定支架上设置有相互配合设置的限位结构，该限位结构能够限制所述动支架的相对于定支架的位移距离或者角度。
进一步的，所述限位结构为分别设置于动支架和定支架上的凸起部以及让位槽。
进一步的，所述断口间距不小于0.1mm。
进一步的，所述定支架上具有一大致呈圆柱形的凹腔，该凹腔中心处具有一转轴，所述动支架通过该转轴枢接于该定支架上，且具有与凹腔内壁相当设置的外周壁，所述定电极固设于所述凹腔的内壁上，所述动电极固设于所述动支架的外周壁上。
进一步的，所述限压型器件的第一电极和第二电极分别具有延伸至绝缘盖体外的第一电极引出部和第二电极引出部，所述定组件上的第1个定电极和第n个定电极均具有一定电极引出部，其中，第一电极引出部与一引出电极、第二电极引出部与一定电极引出部、另一定电极引出部与另一引出电极分别紧邻设置。
进一步的，所述电涌保护装置在n个串联的断口的k个断口上分别并联有一电流保险丝，其中k≤n。
进一步的，所述偶数断口两侧的动电极均与一电流保险丝并联设置。
进一步的，所述动支架上设置有用于放置电流保险丝的多个固定槽，且每一固定槽上都连通有两相对设置的卡槽，固定于该固定槽内的电流保险丝的两引脚可以通过该两卡槽与相应断口两侧的定电极接触导通。
进一步的，还包括与动组件联动设置的遥信开关或视窗。
本发明提供的具有高分断能力的电涌保护装置与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供的电涌保护装置中的热脱扣机构中作为热触发介质焊点的易熔合金并未接入电路，因此不存在浪涌电流流过而导致热保护装置误脱扣或提前脱扣的现象，而且在系统电压下断开电弧的过程中，多个(≥2)串联的断口较单一的断口具有更高的弧压降，可以限制电弧电流的大小，足够多的断口间隙可以将电流限制在安全的范围之内，既避免了传统电涌保护器热脱离装置的热触发介质由于要通过雷电流而因热效应和电动力效应引起的误动作的风险，也避免了限压型器件短路失效的大电流引发的着火风险。
附图说明
图1示出了实施例1中的电涌保护装置热脱扣动作前的电路原理图。
图2示出了实施例2中的电涌保护装置热脱扣动作后的电路原理图。
图3示出了实施例1中的电涌保护装置的主视图。
图4示出了实施例1中的电涌保护装置的爆炸图。
图5示出了实施例1中的限压型器件的爆炸图。
图6示出了实施例1中的限压型器件的装配图。
图7示出了实施例1中的热脱扣机构热脱扣动作前的示意图。
图8示出了实施例1中的热脱扣机构热脱扣动作后的示意图。
图9示出了实施例1中的定支架的示意图。
图10示出了实施例1中的动支架的示意图。
图11示出了实施例1中的电涌保护装置中各电极引脚之间的装配示意图。
图12示出了实施例1中电涌保护装置中各电极引脚之间的装配关系图。
图13示出了实施例2中的电涌保护装置热脱扣动作前的电路原理图。
图14示出了实施例2中的电涌保护装置热脱扣动作中的电路原理图。
图15示出了实施例2中的电涌保护装置热脱扣动作后的电路原理图。
图16示出了实施例2中的电涌保护装置中各电极引脚之间的装配关系图。
图17示出了实施例2中的动支架上安装有电流保险丝的示意图。
图18示出了实施例3中的电涌保护装置的示意图。
图19示出了实施例3中的另一电涌保护装置的示意图。
图20示出了实施例4中的电涌保护装置的动支架的示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
如图1-图10所示的，本实施例提供了一种具有高分断能力的电涌保护装置，包括具有两引出电极10a、10b的外壳1以及安装于外壳1内的限压型器件2和热脱扣机构3。该电涌保护装置的电路原理如图1和图2所示，其中图1示出的是动作前的原理图，图2示出的是动作后的原理图。
其中，参考图3-图6，限压型器件2包括限压器件20、第一电极21、第二电极22和绝缘盖体23。其中限压器件20可以是诸如压敏电阻、瞬态电压抑制器等限压元件，本实施例中以限压器件20为压敏电阻为例。限压器件20两端分别电连接第一电极21和第二电极22，并且限压器件20、第一电极21和第二电极22均安装于绝缘盖体23内，绝缘盖体23内的缝隙还可以填充环氧树脂、硅胶等绝缘胶体。
参考图7-图10，热脱扣机构3包括定组件30、动组件31、蓄能件32和热触发装置33。其中，定组件30包括定支架300以及固定于定支架300上的n个(n≥2)定电极301，且各定电极301之间相互断开设置，处于非导通状态。
动组件31包括动支架310以及固定于动支架310上的n+1个动电极311，且相邻两动电极311之间形成一断口(Gn)，即第1个动电极311和第2个动电极311之间形成断口(G1)，第2个动电极311和第3个动电极311之间形成断口(G2)，第3个动电极311和第4个动电极311之间形成断口(G3)，……，第n个动电极311与第n+1个动电极311之间形成断口(Gn)，n+1个动电极311总共形成n个串联设置的断口。在本实施中，断口(Gn)间距应不小于0.1mm，以避免电弧重燃，其中更优选为0.6～1.5mm，在满足避免电弧重燃的同时，也保证所占用的空间不会太大。
蓄能件32作用于上述的动支架310，以使该动支架310能够相对于定支架300产生一定的相对位移，从而使得该热脱扣机构3具有动支架310相对于定支架300未发生位移的第一状态，以及发生位移后的第二状态。
当动支架310和定支架300处于第一状态时，所有定电极301均和与之对应的相邻两动电极311接触，而实现所有定电极301之间的导通。即第1个定电极301与第1个动电极311和第2个动电极311接触，第2个定电极301与第2个动电极311和第3个动电极311接触，第3个定电极301与第3个动电极311和第4个动电极311接触，……，第n个定电极301与第n个动电极311和第n+1个动电极311接触。
而当动支架310和定支架300处于第二状态时，相邻两动电极311之间形成的断口恰好位于相邻两定电极301之间的断开处，使得定电极301仅与其中一动电极311接触，以使各定电极301之间相互断开，处于非导通状态。如，第1个定电极301仅与第1个动电极311接触，第2个定电极301仅与第2个动电极311接触，……，第n个定电极301仅与第n个动电极311接触。或者，第1个定电极301仅与第2个动电极311接触，第2个定电极301仅与第3个动电极311接触，……，第n个定电极301仅与第n+1个动电极311接触。
热触发装置33包括一端固设于定支架300上的触发金属片330，触发金属片330的另一端通过易熔合金焊接固定在限压型器件2的第二电极22上。这里所说的易熔合金通常是指熔点在300℃以下的金属及其合金，例如，由Bi、Sn、Pb、In等低熔点金属元素组成，当这些金属以不同比例化合时(二元、三元或四元合金)，可以得到熔点不同的合金。触发金属片330可采用黄铜、青铜、白铜等材料制成，而且触发金属片330直接与第二电极22焊接固定，更有利于限压型器件2的热量传递至焊接点，从而使易熔合金熔化而实现脱扣，使得该触发金属片330热脱扣更及时。
当触发金属片330和限压型器件2的第二电极22焊接固定时，动支架310相对于定支架300未发生位移，该热脱扣机构3处于第一状态，此时，该热脱扣机构3处于导通状态。而当限压型器件2发热高于设定值时，触发金属片330与第二电极22焊接固定的易熔合金焊接点熔化，在蓄能件32的作用力下，动支架310相对于定支架300发生位移，并保持断口的有效断开，断开主路，实现热脱扣保护。
本实施例中提供的具有高分断能力的电涌保护装置，热脱扣中作为热触发介质焊点的易熔合金并未接入电路，因此不存在在浪涌电流流过而导致热保护装置误脱扣或提前脱扣的现象，而且在系统电压下断开电弧的过程中，多个(≥2)串联的断口较单一的断口具有更高的弧压降，可以限制电弧电流的大小，足够多的断口间隙可以将电流限制在安全的范围之内，避免了传统电涌保护器热脱离装置的热触发介质由于要通过雷电流而因热效应和电动力效应引起的误动作的风险。
上述的定组件30、动组件31可以采用如附图中动组件31相对于定组件30旋转运动而实现位移的方案，但并不限定于此，还可以是动组件31相对于定组件30发生直线运动而实现位移的方案，在通过旋转运动产生位移的方案时，上述的蓄能件32为扭簧，而通过直线运动产生位移的方案时，上述的蓄能件32为压簧。而本实施例中采用的是通过旋转运动产生位移的方案，其相对于通过直线运动产生位于的方案，本采用旋转运动产生位移的方案可以使得该热脱扣机构3的结构更加的紧凑而所需体积。
具体的，上述的动支架310和定支架300构成类似定子、转子的结构。定支架300上具有一用于容置动支架310、且大致呈圆柱形的凹腔，以及位于该凹腔中心处的一转轴302，动支架310通过该转轴302枢接在定支架300上，且具有大致圆柱形的外周壁。上述定支架300上的n个定电极301依序固定于凹腔的内周壁上，动支架310上的n各动电极311则依序固定于动支架310的外周壁上。
作为蓄能件32的扭簧中心套设于转轴302上，同时扭簧的一支脚固定在定支架300的卡位上，另一支脚固定在动支架的卡位上，固定好的扭簧的扭力可以推动动组件31以转轴302为圆心朝一定方向旋转(本实施中以顺时针方向为例)。
本实施例中的触发金属片330为大致呈L形结构，其一端固定于动支架310上，另一端则延伸至动支架310外与第二电极22焊接固定，以限制动组件31的旋转。
优选的，动支架310和定支架300上具有相互匹配设置的限位卡点，该限位卡点能够限制动组件31相对于定组件30的旋转角度和方向。如本实施例中的限位卡点凸设于动支架310外周壁上的凸起部312，定支架300凹腔的内壁上具有与该凸起部312匹配设置，且对应动组件旋转角度的让位槽303，该凸起部312仅能够在让位槽303内运动，以使在触发金属片330脱扣时，该凸起部312能够限制动支架310旋转的角度，以使动支架310上的断口恰好位于相邻两定电极301之间的断开处，以确保电路的端口，保证安全性。
另外，本实施例中的各电极从成本以及导电性上的考量，各电极优选采用铜或者铜合金制成，而本实施例中的电极也均是以其为铜电极为例来进行说明的。而外壳1、绝缘盖体23、定支架300、动支架310优选采用高阻燃、耐高温的材料制成，更优选由诸如聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)及聚砜(PSF)等特种工程塑料，使其在具有高阻燃、耐高温性能的同时还兼具高强度、抗震、抗跌落等优势，以保证该电涌保护器的安全性以及耐用性。
作为本实施例的一优选实施方式，参考图1-图10，限压型器件2的第一电极21和第二电极22分别具有延伸至绝缘盖体23外的第一电极引出部210和第二电极引出部220。定组件30上的第1个定电极301和第n个定电极301分别具有定电极引出部301a、301b。其中，第一电极引出部210与一引出电极10a紧邻设置，第二电极引出部220与定电极引出部301a紧邻设置，定电极引出部301b与另一引出电极10b紧邻设置，以便于这些电极之间的实现电连接。这里所说的紧邻设置是指两者之间相互贴合接触或者具有小的间距可直接焊接固定。
实施例2
本实施例也提供了一种具有高分断能力的电涌保护装置，该电涌保护装置与实施例1中的电涌保护装置的结构基本相同，其差别在于，参考图13-图15，两者的应用保护模式不同，本实施例中的电涌保护装置在n个(n≥2)串联的断口的k个断口上分别并联有一电流保险丝，其中k≤n。该电涌保护装置的电路原理如图13-图15所示，其中图13示出的是动作前的原理图，图14示出的是动作中的原理图，图15示出的是动作后的原理图。本实施例中限压器件20和实施例1相同，也以限压器件20为压敏电阻为例来进行说明。
该电涌保护装置利用电流保险分流，先使得断口的电弧熄灭，然后是保险丝的熔断个分段过程，因为保险丝相比于单一断口，其本身具有较高的电流分断能力，从而进一步提高该电涌保护装置的分段能力。
优选的，参考图16，k个电流保险丝Fk是与偶数断口(G2、G4、G6……)两侧的动电极311并联设置。具体的，参考图17，动支架310上设置有用于放置电流保险丝的多个固定槽314，本实施例中以动支架310安装有两个电流保险丝F1、F2为例来进行说明。电流保险丝Fk可放置于对应的固定槽314内，且每一固定槽314上都连通有两相对设置的卡槽315，固定于该固定槽314内的电流保险丝的两引脚可以通过该两卡槽315与相应断口两侧的定电极接触导通，从而便于电流保险丝的固定以及与对应定电极的导通。
实施例3
本实施例也提供了一种具有高分断能力的电涌保护装置，该电涌保护装置与实施例1或实施例2中的电涌保护装置的结构基本相同，其差别在于，本实施例中的电涌保护装置还具有与动组件31联动的遥信开关或视窗，以给出失效信号。
本实施例中以遥信开关4为例来进行说明。参考图18和图19，遥信开关4固设于外壳1内，且该遥信开关4的引脚延伸至外壳1外部。动支架310上具有随该动支架310同步旋转而触发遥信开关4的遥信触发部316。当触发金属片330发生热脱扣而致使动支架310旋转时，该遥信触发部316作用于该遥信开关4而使该遥信开关4触发失效报警。其中，图18对应的是实施例1中的电涌保护装置增加遥信开关的示意图，图19对应的是实施例2中的电涌保护装置增加遥信开关的示意图。
作为本实施例一优选的，上述的遥信触发部316为实施例1中的凸起部312，即该凸起部312即作为限制动支架310旋转角度部件的同时，也作为触发遥信开关4的遥信触发部316，使得该动支架310上无需额外增加相应的结构或者功能件，可使得该动支架310的结构更简单以及紧凑。
实施例4
本实施例也提供了一种具有高分断能力的电涌保护装置，该电涌保护装置与实施例1或实施例2中的电涌保护装置的结构基本相同，其差别在于，参考图20，实施例1或实施例2中的动电极311为铜或者铜合金制成的电极，而本实施例中的动电极311是石墨电极。可以根据保护模式需要而选择对应材质的动电极311。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种具有高分断能力的电涌保护装置，其特征在于：包括具有至少两引出电极的外壳以及安装于外壳内的限压型器件和热脱扣机构，其中，
所述限压型器件包括定位安装于绝缘盖体内的限压器件、第一电极和第二电极；
所述热脱扣机构包括定组件、动组件和热触发装置，所述定组件和动组件形成串联设置的多个位移开关，所述热触发装置与动组件联动设置，其包括触发金属片、易熔合金和蓄能件，所述触发金属片的一端固设于动组件上，另一端通过易熔合金焊接固定于第二电极上，以限制所述动组件相对所述动组件位移，并使所述蓄能件蓄积使动组件相对定组件位移的势能；
所述第一电极与引出电极的其一电连接设置，串联的多个位移开关的两端分别与第二电极以及另一引出电极电连接设置。
2.根据权利要求1所述的电涌保护装置，其特征在于：所述定组件包括定支架以及依序固定于定支架上的n个定电极，其中n≥2，且各定电极之间相互断开设置；所述动组件包括动支架以及依序固定于动支架上的n+1个动电极，且相邻两动电极之间均形成一断口，且所述动支架具有相对于定支架未发生位移的第一状态，以及发生位移后的第二状态；在第一状态下，每一定电极均和与之对应的相邻两动电极接触，而使所有定电极之间的导通；在第二状态下，相邻两动电极之间形成的断口恰好位于与之对应的相邻两定电极之间的断开处，以使各定电极之间相互断开而处于非导通状态。
3.根据权利要求2所述的电涌保护装置，其特征在于：所述动支架和定支架上设置有相互配合设置的限位结构，该限位结构能够限制所述动支架的相对于定支架的位移距离或者角度。
4.根据权利要求3所述的电涌保护装置，其特征在于：所述限位结构为分别设置于动支架和定支架上的凸起部以及让位槽。
5.根据权利要求2所述的电涌保护装置，其特征在于：所述断口的间距不小于0.1mm。
6.根据权利要求2所述的电涌保护装置，其特征在于：所述定支架上具有一大致呈圆柱形的凹腔，该凹腔中心处具有一转轴，所述动支架通过该转轴枢接于该定支架上，且具有与凹腔内壁相当设置的外周壁，所述定电极固设于所述凹腔的内壁上，所述动电极固设于所述动支架的外周壁上。
7.根据权利要求6所述的电涌保护装置，其特征在于：所述限压型器件的第一电极和第二电极分别具有延伸至绝缘盖体外的第一电极引出部和第二电极引出部，所述定组件上的第1个定电极和第n个定电极均具有一定电极引出部，其中，第一电极引出部与一引出电极、第二电极引出部与一定电极引出部、另一定电极引出部与另一引出电极分别紧邻设置。
8.根据权利要求2所述的电涌保护装置，其特征在于：所述电涌保护装置在n个串联的断口的k个断口上分别并联有一电流保险丝，其中k≤n。
9.根据权利要求8所述的电涌保护装置，其特征在于：偶数断口两侧的动电极均与一电流保险丝并联设置。
10.根据权利要求8所述的电涌保护装置，其特征在于：所述动支架上设置有用于放置电流保险丝的多个固定槽，且每一固定槽上都连通有两相对设置的卡槽，固定于该固定槽内的电流保险丝的两引脚可以通过该两卡槽与相应断口两侧的定电极接触导通。
11.根据权利要求2所述的电涌保护装置，其特征在于：还包括与动组件联动设置的遥信开关或视窗。
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