CN113764984B - 一种具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙 - Google Patents

Abstract

一种具有电晕稳定触发机构的过电压保护间隙，包括上、下绝缘壳体、上、下端法兰构成的腔体，在腔体内设置有上、下圆台电极构成的主放电间隙，在上、下绝缘壳体之间的上、下圆台电极周围安装有环状第三电极，环状第三电极具有“斜Z”字型端面，环状第三电极具有与上圆台电极侧平面、下圆台电极分别对应的两个端面。在雷电过电压作用下，环状第三电极与下电极之间分得的脉冲电压大大超过环状触发电极与上电极之间的脉冲电压，环状第三电极与下电极之间发生场致击穿，在上、下电极的间隙中产生导电载流子，不但可以降低过电压保护间隙的脉冲击穿电压，而且提高过电压保护间隙的电压保护水平。

Description

一种具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙

技术领域

本发明涉及一种电力、电子与通信、高速信息化铁路输电等领域的高性能过电压保护间隙，特别涉及一种具有极简易结构的触发型过电压保护间隙。

背景技术

高性能过电压保护间隙是电力、电子与通信、高速信息化铁路等领域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甚至更大。发明专利ZL 2006 10104775.9公开了一种空气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。

为了提高过电压保护间隙的保护水平，出现了各种不同结构的主动性保护间隙的研究和专利申请，比如发明专利申请201810843152.6、201810844213.0、201810844911.0、201810843586.6等等，这些结构的过电压保护间隙都能够提升过电压保护间隙的保护水平，可以应用在对过电压防护要求非常高的场合。但其具有的共同特点是均需要具有耦合雷电能量的耦合触发电路，且要进行耦合电路的电路参数的选取，对工程应用来讲、特别是对过电压防护要求不是十分严格的场合，这种结构的主动型保护间隙会造成一定程度上的复杂性，造成工程应用上难度的增加和某些无严格过电压防护要求场合投入资金的浪费。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的缺点，提出一种不仅省去了通常结构主动型过电压保护间隙的雷电能量耦合触发回路，而且还能够提高过电压保护间隙的电压保护水平，同时又在工程中便于应用的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括上、下绝缘外壳及设置在上、下绝缘外壳两端的上、下端法兰构成的气压为10¹～10³或10⁴～10⁵Pa量级的密闭壳体、或真空度为10^-1～10^-5Pa量级的密闭壳体，在上、下绝缘外壳内的上、下端法兰上分别设置有上、下导流杆，上、下导流杆上分别安装有端面为圆台型的上、下电极，上、下电极之间构成主放电间隙，在上、下绝缘壳体之间安装有环状第三电极，环状第三电极一端伸出绝缘外壳、位于绝缘外壳内的一端设置有“斜Z”字型的端面，环状第三电极的“斜Z”字型端面具有与上电极的圆台型侧平面平行的上金属端平面，以及与下电极的圆台型侧平面相对的下金属尖端面，同时在上、下端法兰上位于上、下导流杆周围靠近上、下绝缘外壳内壁上分别安装有上、下屏蔽罩。

所述的密闭壳体内的介质为空气、氮气或氩气。

所述的上、下电极的圆台与水平面的夹角θ1、θ2为15°～60°。

所述的环状第三电极“斜Z”字型端面的上金属端平面与上电极圆台型侧平面相对应的面积大于环状第三电极“斜Z”字型端面的下金属尖端面与下电极圆台型侧面相对应的面积。

所述的环状第三电极“斜Z”字型端面的上金属端平面与上电极圆台型侧面之间的距离不小于环状第三电极“斜Z”字型端面的下金属尖端面与下电极圆台型侧面之间的距离。

所述的环状第三电极的上金属端平面为圆环状结构，环宽与上电极的圆台型侧面宽度相等。

所述的上金属端平面圆环状结构的环宽为5-10mm。

所述的环状第三电极的下金属尖端面为圆环状结构。

所述的下金属尖端面圆环状结构的环宽为1-3mm。

所述的上电极与环状第三电极之间并联有电容C。

本发明将上、下电极以及具有“斜Z”字型端面的环状第三电极密闭在气体环境下，环状第三电极“斜Z”字型的上金属端平面与上电极的圆台型侧面平行，而环状第三电极“斜Z”字型的下金属尖端面与下电极的圆台型侧面平面相对，在雷电过电压作用时，环状第三电极的下金属尖端面与下电极之间分得的脉冲电压远大于第三电极的上金属端平面与上电极之间的脉冲电压，环状第三电极的尖端面与下电极之间率先放电，产生的带电等离子体进入上电极与下电极之间的间隙中，致使过电压保护间隙的上电极和下电极发生击穿放电，这种结构一方面提高了过电压保护间隙的保护水平，另一方面由于结构简单，省去了通常结构的主动型过电压保护间隙的复杂的过电压能量耦合触发电路，非常便于工程化应用，同时又解决了被动型过电压保护间隙电压保护水平差的难点问题。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明环状第三电极的结构示意图

图3本发明的另一个实施例结构示意图。

图中，1、上绝缘外壳，2、下绝缘外壳，3、上电极，4、下电极，5、上导流杆5，6、下导流杆6，7、上端法兰7，8、下端法兰，9、环状第三电极，10、上金属端平面，11、下金属端面，12、上屏蔽罩，13、下屏蔽罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括上、下绝缘外壳1、2及设置在上、下绝缘外壳1、2两端的上、下端法兰、7、8构成的气压为10¹～10³或10⁴～10⁵Pa量级的密闭壳体、或真空度为10^-1～10^-5Pa量级的密闭壳体，密闭壳体内的介质为空气、氮气、氩气或其混合气体，在上、下绝缘外壳1、2内的上、下端法兰7、8上设置有上、下导流杆5、6，上、下导流杆5、6上安装有端面为圆台型的上、下电极3、4，上、下电极3、4之间构成主放电间隙，在上、下绝缘壳体1、2之间安装有环状第三电极9，环状第三电极9一端伸出绝缘外壳、位于绝缘外壳内的一端设置有“斜Z”字型的端面，环状第三电极9的“斜Z”字型端面具有两个与上电极3的圆台型侧平面平行的上金属端平面10，以及与下电极4的圆台型侧平面相对的下金属尖端面11，同时在上、下端法兰7、8上位于上、下导流杆5、6周围靠近上、下绝缘外壳1、2内壁上安装有上、下屏蔽罩12、13。

参见图1，本发明的上、下电极3、4的结构形式为圆台型，其电极材料为钨铜、铜铬等合金，上、下电极3、4的圆台型角度θ1、θ2为15°～60°。

参见图1、图2，本发明的环状第三电极9的上金属端平面10为圆环状结构，环宽与上电极3的圆台型侧面宽度相等，圆环状结构的环宽为5-10mm，且圆环状结构与上电极3的圆台型侧面相互平行。

参见图1、图2，环状第三电极9的下金属尖端面11也为圆环状结构，环宽为为1-3mm，尖端面圆环结构与下电极4的圆台型侧面相对，环状第三电极9的下金属尖端面的面积远小于环状第二电极9的上金属端平面圆环的面积。

参见图3，在图1的基础上，本发明在上电极3与环状第三电极9之间并联一个电容C。由于环状第三电极9的“斜Z”字型的上金属端平面10与上电极3的圆台型侧面相对应的面积远大于环状第三电极9的“斜Z”字型的下金属尖端面11与下电极4圆台型侧面相对应的面积，因此，“斜Z”字型的上金属端平面10与上电极3的圆台型侧面形成的电容远大于环状第三电极9的“斜Z”字型的下金属尖端面11与下电极4圆台型侧面形成的电容，再加上并联的电容C，就使得在雷电过电压作用时，环状第三电极9的下金属尖端面11与下电极4之间分得的脉冲电压远大于第三电极9的上金属端平面10与上电极3之间的脉冲电压，环状第三电极9的下金属尖端面11与下电极4之间率先放电，产生的带电等离子体进入上电极3与下电极4之间的间隙中，致使过电压保护间隙的上电极3和下电极4发生击穿放电，这种结构可以大幅度提高过电压保护间隙的保护水平。

本发明可用于电力、电子与通信等技术领域。

本发明将上、下电极以及具有“斜Z”字型端面的环状第三电极密闭在空气或真空环境下，环状第三电极的上金属端平面与上电极的圆台型侧面平行，而环状第三电极的下金属尖端面与下电极的圆台型侧面平行，且环状第三电极的上金属端平面与上电极的圆台型侧面相对应的面积远大于环状第三电极的下金属尖端面与下电极圆台型侧面相对应的面积。在雷电过电压作用时，环状第三电极的下金属尖端面与下电极圆台型侧平面之间分得的脉冲电压远大于第三电极的上端平面与下电极的圆台型侧面之间的脉冲电压，环状第三电极的下金属尖端面与下电极圆台侧面之间处于稳定电晕放电状态，一旦出现过电压，环状第三电极的下金属尖端面与下电极圆台侧面之间率先放电，产生的带电等离子体进入上电极与下电极之间的间隙中，致使过电压保护间隙的上电极和下电极发生击穿放电，这种结构一方面提高了过电压保护间隙的保护水平，另一方面由于结构简单，省去了通常结构的主动型过电压保护间隙复杂的过电压能量耦合触发电路，非常便于工程化的应用，同时又解决了被动型过电压保护间隙电压保护水平差的难技术点问题。

Claims (10)

1.一种具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：包括上、下绝缘外壳(1、2)及设置在上、下绝缘外壳(1、2)两端的上、下端法兰(7、8)构成的气压为10¹～10³或10⁴～10⁵Pa量级的密闭壳体、或真空度为10^-1～10^-5Pa量级的密闭壳体，在上、下绝缘外壳(1、2)内的上、下端法兰(7、8)上分别设置有上、下导流杆(5、6)，上、下导流杆(5、6)上分别安装有端面为圆台型的上、下电极(3、4)，上、下电极(3、4)之间构成主放电间隙，在上、下绝缘壳体(1、2)之间安装有环状第三电极(9)，环状第三电极(9)一端伸出绝缘外壳、位于绝缘外壳内的一端设置有“斜Z”字型的端面，环状第三电极(9)的“斜Z”字型端面具有与上电极(3)的圆台型侧平面平行的上金属端平面(10)，以及与下电极(4)的圆台型侧平面相对的下金属尖端面(11)，同时在上、下端法兰(7、8)上位于上、下导流杆(5、6)周围靠近上、下绝缘外壳(1、2)内壁上分别安装有上、下屏蔽罩(12、13)。

2.根据权利要求1所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的密闭壳体内的介质为空气、氮气或氩气。

3.根据权利要求1所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的上、下电极(3、4)的圆台与水平面的夹角θ1、θ2为15°～60°。

4.根据权利要求1、2或3所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的环状第三电极(9)“斜Z”字型端面的上金属端平面(10)与上电极(3)圆台型侧平面相对应的面积大于环状第三电极(9)“斜Z”字型端面的下金属尖端面(11)与下电极(4)圆台型侧面相对应的面积。

5.根据权利要求4所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的环状第三电极(9)“斜Z”字型端面的上金属端平面(10)与上电极(3)圆台型侧面之间的距离不小于环状第三电极(9)“斜Z”字型端面的下金属尖端面(11)与下电极(4)圆台型侧面之间的距离。

6.根据权利要求4所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的环状第三电极(9)的上金属端平面(10)为圆环状结构，环宽与上电极(3)的圆台型侧面宽度相等。

7.根据权利要求6所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的上金属端平面(10)圆环状结构的环宽为5-10mm。

8.根据权利要求4所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的环状第三电极(9)的下金属尖端面(11)为圆环状结构。

9.根据权利要求8所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的下金属尖端面(11)圆环状结构的环宽为1-3mm。

10.根据权利要求4所述的具有电晕稳定触发结构的过电压保护间隙，其特征在于：所述的上电极(3)与环状第三电极(9)之间并联有电容C。

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