CN114284870A - 一种自触发式直击雷防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自触发式直击雷防护装置，包括引流单元和击穿放电单元，其中，引流单元包括二极管组和电阻，二极管组与电阻串联，二极管组包括多个串联的瞬态电压抑制二极管；击穿放电单元包括壳体、外部上电极、自触发针电极、内部下电极。当二极管组的两端受到瞬态高能量冲击时，瞬态电压抑制二极管能以皮秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，使两极间的电压箝位于一个预定值，其余电压则加在自触发针电极与内部下电极之间，使自触发针电极与内部下电极之间的间隙在过电压的作用下迅速击穿，从而触发击穿放电单元内部发生自击穿，在数十至数百纳秒时间范围内形成电弧，将雷电大电流泄放，为后端的电子设备提供保护。

Description

一种自触发式直击雷防护装置

技术领域

本发明涉及雷电防护设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种自触发式直击雷防护装置。

背景技术

一般船舶防雷是在桅杆安装避雷针，使电子设备置于避雷针保护范围内，降低其遭受直接雷击的概率。然而，受到总体资源的制约，导致部分船载装备不在避雷针的保护范围内，依然受到直击雷威胁。一旦遭遇雷击，瞬时产生的雷击大电流传导至后端设备，可能损坏电子设备。

目前已有的直击雷防护装置大都采用开放式两电极放电球隙，这种防护措施结构简单，存在击穿阈值不稳定的问题。这是由于气体击穿发展过程有一定的随机性；另外，由于电极暴露在大气中，受气压、风速和大气湿度变化影响，击穿电压分散性较大。以常见的开放式两电极放电球隙为例，其击穿阈值变化范围可达±40％。击穿阈值降低，有可能导致电子设备以额定电压工作时放电球隙就动作；击穿阈值提升，有可能导致直击雷作用下泄露脉冲电压过高，损坏电子设备。公开号为CN110336131B的中国专利，公开了一种防护装置，能有效地提高击穿阈值的稳定性，但其击穿阈值变化范围仍然达到±20％，变化范围较大。

因此，如何改变现有技术中，直击雷防护设备的击穿阈值变化范围较大的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自触发式直击雷防护装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高直击雷防护装置的击穿电压阈值稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种自触发式直击雷防护装置，包括：

引流单元，所述引流单元包括二极管组和电阻，所述二极管组与所述电阻串联，所述二极管组包括多个串联的瞬态电压抑制二极管；

击穿放电单元，所述击穿放电单元包括壳体、外部上电极、自触发针电极、内部下电极，所述壳体具有能够容纳绝缘气体的腔体，所述外部上电极和所述自触发针电极均与所述壳体相连，所述电阻与所述壳体相连，所述壳体接地，所述外部上电极设置于所述壳体的顶部，所述二极管组的一端与所述外部上电极相连，所述自触发针电极设置于所述壳体的底部，所述内部下电极设置于所述腔体内，所述内部下电极具有通过孔，所述自触发针电极的一端伸入所述通过孔内，所述自触发针电极的另一端与所述二极管组连接，所述自触发针电极与所述内部下电极之间具有间隙。

优选地，所述自触发针电极与所述二极管组的连接位置能够调整。

优选地，所述自触发针电极与所述二极管组抽头连接。

优选地，所述击穿放电单元还包括内部上电极，所述内部上电极设置于所述腔体内，所述内部上电极与所述外部上电极相连，所述内部上电极与所述内部下电极之间具有间隙。

优选地，所述壳体包括绝缘筒和下电极座，所述绝缘筒与所述下电极座可拆卸连接，所述外部上电极与所述绝缘筒相连，所述内部下电极和所述自触发针电极均与所述下电极座相连，所述电阻与所述下电极座相连，所述下电极座由金属材质制成，所述下电极座接地。

优选地，所述下电极座设置有气嘴，所述气嘴与所述腔体相连通。

优选地，所述气嘴的数量为两个，两个所述气嘴的连线通过所述下电极座的轴线；所述气嘴连接有气压表。

优选地，所述内部上电极与所述外部上电极螺纹连接，所述内部下电极与所述下电极座螺栓连接。

优选地，所述内部上电极和所述内部下电极均由石墨材质制成。

优选地，所述自触发针电极的外部套装有陶瓷管，所述陶瓷管与所述通过孔的内壁相抵，所述自触发针电极位于所述腔体内的一端由所述陶瓷管内伸出且与所述内部下电极之间具有间隙。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的自触发式直击雷防护装置，包括引流单元和击穿放电单元，其中，引流单元包括二极管组和电阻，二极管组与电阻串联，二极管组包括多个串联的瞬态电压抑制二极管；击穿放电单元包括壳体、外部上电极、自触发针电极、内部下电极，壳体具有能够容纳绝缘气体的腔体，外部上电极和自触发针电极均与壳体相连，电阻与壳体相连，壳体接地，外部上电极设置于壳体的顶部，二极管组的一端与外部上电极相连，自触发针电极设置于壳体的底部，内部下电极设置于腔体内，内部下电极具有通过孔，自触发针电极的一端伸入通过孔内，自触发针电极的另一端与二极管组连接，自触发针电极与内部下电极之间具有间隙。

本发明的自触发式直击雷防护装置，当二极管组的两端受到瞬态高能量冲击时，瞬态电压抑制二极管能以皮秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，使两极间的电压箝位于一个预定值，其余电压则加在自触发针电极与内部下电极之间，使自触发针电极与内部下电极之间的间隙在过电压的作用下迅速击穿，从而触发击穿放电单元内部发生自击穿，在数十至数百纳秒时间范围内形成电弧，将雷电大电流泄放，为后端的电子设备提供保护；雷电放电过程结束后，击穿放电单元内的电弧熄灭，恢复绝缘状态，不影响电子设备正常工作。本发明的自触发式直击雷防护装置，解决了现有技术中防护装置击穿电压的分散性问题，确保了防护装置动作电压的一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的自触发式直击雷防护装置的结构示意图；

图2为本发明的自触发式直击雷防护装置的击穿放电单元的结构示意图；

图3为图2沿A-A向的剖切结构示意图；

图4为本发明的自触发式直击雷防护装置的绝缘筒的结构示意图；

图5为本发明的自触发式直击雷防护装置的外部上电极的结构示意图；

图6为本发明的自触发式直击雷防护装置的内部上电极的结构示意图；

图7为本发明的自触发式直击雷防护装置的内部下电极的结构示意图；

图8为本发明的自触发式直击雷防护装置的下电极座的结构示意图；

图9为本发明的自触发式直击雷防护装置的自触发针电极和陶瓷管的结构示意图。

其中，1为引流单元，101为二极管组，102为电阻，103为瞬态电压抑制二极管，2为击穿放电单元，201外部上电极，202为自触发针电极，203为内部下电极，204为腔体，205为内部上电极，206为绝缘筒，207为下电极座，208为气嘴，209为陶瓷管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种自触发式直击雷防护装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高直击雷防护装置的击穿电压阈值稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-9，其中，图1为本发明的自触发式直击雷防护装置的结构示意图，图2为本发明的自触发式直击雷防护装置的击穿放电单元的结构示意图，图3为图2沿A-A向的剖切结构示意图，图4为本发明的自触发式直击雷防护装置的绝缘筒的结构示意图，图5为本发明的自触发式直击雷防护装置的外部上电极的结构示意图，图6为本发明的自触发式直击雷防护装置的内部上电极的结构示意图，图7为本发明的自触发式直击雷防护装置的内部下电极的结构示意图，图8为本发明的自触发式直击雷防护装置的下电极座的结构示意图，图9为本发明的自触发式直击雷防护装置的自触发针电极和陶瓷管的结构示意图。

本发明提供一种自触发式直击雷防护装置，包括引流单元1和击穿放电单元2，其中，引流单元1包括二极管组101和电阻102，二极管组101与电阻102串联，二极管组101包括多个串联的瞬态电压抑制二极管103；击穿放电单元2包括壳体、外部上电极201、自触发针电极202、内部下电极203，壳体具有能够容纳绝缘气体的腔体204，外部上电极201和自触发针电极202均与壳体相连，电阻102与壳体相连，壳体接地，外部上电极201设置于壳体的顶部，二极管组101的第一端与外部上电极201相连，二极管组101的第二端与电阻102相连，自触发针电极202设置于壳体的底部，内部下电极203设置于腔体204内，内部下电极203具有通过孔，自触发针电极202的一端伸入通过孔内，自触发针电极202的另一端与二极管组101连接，自触发针电极202与内部下电极203之间具有间隙。

本发明的自触发式直击雷防护装置，当二极管组101的两端受到瞬态高能量冲击时，瞬态电压抑制二极管103能以皮秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，使两极间的电压箝位于一个预定值，其余电压则加在自触发针电极202与内部下电极203之间，使自触发针电极202与内部下电极203之间的间隙在过电压的作用下迅速击穿，从而触发击穿放电单元2内部发生自击穿，在数十至数百纳秒时间范围内形成电弧，将雷电大电流泄放，为后端的电子设备提供保护；雷电放电过程结束后，击穿放电单元2内的电弧熄灭，恢复绝缘状态，不影响电子设备正常工作。本发明的自触发式直击雷防护装置，解决了现有技术中防护装置击穿电压的分散性问题，确保了防护装置动作电压的一致性。

需要强调的是，自触发针电极202与二极管组101的连接位置能够调整，改变自触发针电极202与二极管组101的连接位置，能够改变直击雷防护装置的直流击穿电压，以适应不同工作电压的受保护设备。

在本具体实施方式中，自触发针电极202与二极管组101抽头连接，调整便捷，降低操作人员劳动负担。

具体地，击穿放电单元2还包括内部上电极205，内部上电极205设置于腔体204内，内部上电极205与外部上电极201相连，内部上电极205正对内部下电极203设置，且内部上电极205与内部下电极203之间具有间隙，能够完成电击穿。

更具体地，壳体包括绝缘筒206和下电极座207，绝缘筒206与下电极座207可拆卸连接，壳体设置为分体式结构，方便拆装和日常维护，且绝缘筒206与下电极座207之间设置密封元件，保证腔体204的密闭性，在本具体实施方式中，绝缘筒206和下电极座207均设置连接法兰，进一步方便连接，外部上电极201与绝缘筒206相连，内部下电极203和自触发针电极202均与下电极座207可拆卸连接，电阻102与下电极座207相连，下电极座207由金属材质制成，下电极座207接地，当击穿放电单元2内形成电弧后，将雷电大电流泄放到接地的金属材质的下电极座207上，完成电流泄放，在本发明的其他具体实施方式中，还可以设置其他的接地体进行电流泄放。

其中，下电极座207设置有气嘴208，气嘴208与腔体204相连通，利用气嘴208可以向腔体204内输送绝缘气体。

在本具体实施方式中，气嘴208的数量为两个，可分别连接管路，实现气体的输送和排出，便于将腔体204内气压调整到所需的工作压力，两个气嘴208的连线通过下电极座207的轴线，避免二者距离过近相互干扰；另外，气嘴208连接有气压表，便于监测腔体204内气压值，通过调整腔体204内部气压，能够改变装置的直流击穿电压，以适应不同工作电压的受保护设备。

为了方便拆装，内部上电极205与外部上电极201螺纹连接，内部下电极203与下电极座207螺栓连接，连接紧固，操作便捷。为了保证腔体204的气密性，外部上电极201与绝缘筒206之间、内部下电极203与下电极座207之间均设置密封元件，进一步保证装置的击穿电压阈值稳定。

进一步地，内部上电极205和内部下电极203均由石墨材质制成，具体可选择高强度和高纯度的各向同性高密度石墨，经电弧高温烧蚀后，石墨材质升华，并与绝缘气体中的氧气发生化学反应，形成的二氧化碳气体，不会像常规保护间隙产生金属溅射物导致电极间电场不均匀，不会污染绝缘筒206，能很好地恢复防护装置的绝缘性能，有利于提高防护装置击穿电压的稳定性和延长防护装置的寿命，本具体实施方式中的绝缘气体为空气。

更进一步地，自触发针电极202的外部套装有陶瓷管209，陶瓷管209与通过孔的内壁相抵，自触发针电极202位于腔体204内的一端由陶瓷管209内伸出且与内部下电极203之间具有间隙。陶瓷管209能够将自触发针电极202与内部下电极203以及下电极座207绝缘隔离，保证装置的正常工作，自触发针电极202伸入腔体204内的一端由陶瓷管209中伸出，以确保自触发针电极202与内部下电极203之间的微小间隙在过电压作用下击穿。

本发明的自触发式直击雷防护装置，当二极管组101的两端受到瞬态高能量冲击时，瞬态电压抑制二极管103能以皮秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，使两极间的电压箝位于一个预定值，其余电压则加在自触发针电极202与内部下电极203之间，使自触发针电极202与内部下电极203之间的间隙在过电压的作用下迅速击穿，从而触发击穿放电单元2内部发生自击穿，在数十至数百纳秒时间范围内形成电弧，将雷电大电流泄放到接地的下电极座207上，为后端的电子设备提供保护；雷电放电过程结束后，击穿放电单元2内的电弧熄灭，恢复绝缘状态，不影响电子设备正常工作。本发明的自触发式直击雷防护装置，击穿电压阈值稳定，击穿阈值变化范围可降低到±2％以内，且自触发针电极202与二极管组101的连接位置能够改变，从而实现调整直击雷防护装置的直流击穿电压，以适应不同工作电压的受保护设备。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种自触发式直击雷防护装置，其特征在于，包括：

引流单元，所述引流单元包括二极管组和电阻，所述二极管组与所述电阻串联，所述二极管组包括多个串联的瞬态电压抑制二极管；

击穿放电单元，所述击穿放电单元包括壳体、外部上电极、自触发针电极、内部下电极，所述壳体具有能够容纳绝缘气体的腔体，所述外部上电极和所述自触发针电极均与所述壳体相连，所述电阻与所述壳体相连，所述壳体接地，所述外部上电极设置于所述壳体的顶部，所述二极管组的一端与所述外部上电极相连，所述自触发针电极设置于所述壳体的底部，所述内部下电极设置于所述腔体内，所述内部下电极具有通过孔，所述自触发针电极的一端伸入所述通过孔内，所述自触发针电极的另一端与所述二极管组连接，所述自触发针电极与所述内部下电极之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述自触发针电极与所述二极管组的连接位置能够调整。

3.根据权利要求2所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述自触发针电极与所述二极管组抽头连接。

4.根据权利要求1所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述击穿放电单元还包括内部上电极，所述内部上电极设置于所述腔体内，所述内部上电极与所述外部上电极相连，所述内部上电极与所述内部下电极之间具有间隙。

5.根据权利要求1所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述壳体包括绝缘筒和下电极座，所述绝缘筒与所述下电极座可拆卸连接，所述外部上电极与所述绝缘筒相连，所述内部下电极和所述自触发针电极均与所述下电极座相连，所述电阻与所述下电极座相连，所述下电极座由金属材质制成，所述下电极座接地。

6.根据权利要求5所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述下电极座设置有气嘴，所述气嘴与所述腔体相连通。

7.根据权利要求6所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述气嘴的数量为两个，两个所述气嘴的连线通过所述下电极座的轴线；所述气嘴连接有气压表。

8.根据权利要求5所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述内部上电极与所述外部上电极螺纹连接，所述内部下电极与所述下电极座螺栓连接。

9.根据权利要求5所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述内部上电极和所述内部下电极均由石墨材质制成。

10.根据权利要求1-9任一项所述的自触发式直击雷防护装置，其特征在于：所述自触发针电极的外部套装有陶瓷管，所述陶瓷管与所述通过孔的内壁相抵，所述自触发针电极位于所述腔体内的一端由所述陶瓷管内伸出且与所述内部下电极之间具有间隙。

Images