CN202434271U - 产气式间隙灭弧防雷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种产气式间隙灭弧防雷装置，要解决的技术问题是在一级雷电的残压过高或产生续流时熄灭电弧、遮断续流。该装置，包括机壳，在机壳内设有前置防雷点火电路放电残压端电极和由至少两个放电间隙组成的串联间隙避雷器，该避雷器的两端各引出一个电极，分别为正极和负极，在所述的前置防雷点火电路放电残压端电极与所述的串联间隙避雷器的两个电极之间，填充有绝缘产气材料和导电产气材料。本实用新型因采用前置防雷点火电路与产气式串联间隙避雷器结合的特点，从而适用于在各种雷电放电情况下对电源系统的保护，高压产气式串联间隙放电较单间隙放电能有效降低弧压降，确保有效熄灭电弧。本实用新型结构简单、性能稳定、可靠性高。

Description

产气式间隙灭弧防雷装置

技术领域

本实用新型涉及一种防雷装置，特别是一种间隙灭弧防雷装置。 

背景技术

通常，放电间隙类防雷设备多用于一类电流波形的防护和N-PE间的过电压防护，能够承受大的浪涌电流，属于泄流型器件。放电间隙的结构具有多种多样，在防雷设备发展的早期，采用的保护间隙（火花间隙）是其中一种。这种放电间隙的缺陷是间隙之间的距离是固定的，当雷电过电压不高时，不能有效地通过该间隙将产生的脉冲电压泄放，当电弧电流过大、气体电离度过高时又不能通过该间隙有效地灭弧。 

目前常用的间隙类防雷装置灭弧方式主要有三种：磁吹式灭弧，多间隙串联式和产气式单间隙高气压灭弧。 

磁吹式灭弧：通过电磁力改变间隙放电产生的电弧的移动方向，在电极发生放电拉弧时，在触头处引导电弧进入灭弧栅中，进入栅板之后的电弧被分割成许多串联的短电弧，导致其快速冷却降温，从而达到了灭弧的目的。此方式存在的缺陷是续流遮断能力低，当电弧电流不大或电磁力不够时，电弧不能有效移动并熄灭，致使防雷装置内部温度升高灼烧损坏。 

多间隙串联式：通过多个间隙的弧压降叠加，使整个防雷装置弧压降升高，当弧压降大于或者等于源电压时，能有效地熄灭电弧。存在的缺陷两个：其一，间隙多了其间距变小容易短路，灭弧能力随之减弱；其二，间隙数量随持续工 作电压（Uc）升高而相应增加，而受安装空间和制造工艺的限制，间隙数量不能无限增加，这在很大程度上限制了该类产品的应用。采用这种灭弧方式的防雷装置的持续工作电压一般小于260VAC。 

产气式单间隙高气压灭弧：间隙放电过程中，利用电弧产生的瞬间高温使内置的产气材料受热释放出特殊气体，当防雷装置腔体内的特殊气体的气压升高到电弧压降等于或大于源电压时，电弧即被熄灭。其存在的缺陷：其一，点火电压较高，Up（使设备避免浪涌电压损坏的最高电压等级）一般在3000V以上，对设备的保护效果不好；其二，为使瞬间在腔体内产生高压特殊气体，因此对产气材料的要求比较高，对腔体机械强度和加工工艺要求也比较高。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种产气式间隙灭弧防雷装置，要解决的技术问题是在一级雷电的残压过高或产生续流时熄灭电弧、遮断续流。 

本实用新型所采用的技术方案为： 

本实用新型的产气式间隙灭弧防雷装置，包括机壳，在机壳内设有前置防雷点火电路放电残压端电极和由至少两个放电间隙组成的串联间隙避雷器，该避雷器的两端各引出一个电极，分别为正极和负极，在所述的前置防雷点火电路放电残压端电极与所述的串联间隙避雷器引出的正极和负极之间，填充有绝缘产气材料和导电产气材料。 

所述的绝缘产气材料与所述的正极和负极相接，其形状为圆柱体、长方体或椭圆体，在其底面的周边设有两个台阶式凸缘，该底面与所述导电产气材料的顶面相接，所述的导电产气材料的底面与所述的前置防雷点火电路放电残压端电极相接。 

所述的串联间隙避雷器由两个放电间隙串联组成。 

所述的绝缘产气材料和导电产气材料为高温受热后直接升华为气体的材料。 

在所述的串联间隙避雷器与所述的放电残压端电极间设有与外界相通的排气通道。 

所述的放电间隙的距离为0.20mm—1.5mm。 

所述的前置防雷点火电路放电残压端电极由耐高温导电材料所制，所述的正极和负极由合金材料所制。 

所述的机壳形状为长方体、圆柱体或椭圆体。 

本实用新型因采用前置防雷点火电路与产气式串联间隙避雷器结合的特点，从而适用于在各种雷电放电情况下对电源系统的保护，高压产气式串联间隙放电较单间隙放电能有效降低弧压降，确保有效熄灭电弧。本实用新型结构简单、性能稳定、可靠性高。 

附图说明

图1为本实用新型的电路示意图。 

图2为本实用新型装配示意图。 

图3为本实用新型实施例1剖视图。 

图4为本实用新型实施例2剖视图。 

图5为本实用新型带有气压限制调节装置的剖视图。 

图6a为本实用新型实施例1中绝缘产气材料示意图。 

图6b为图6a中A－A剖视图。 

图7a为本实用新型实施例2中绝缘产气材料示意图。 

图7b为图7a中B－B剖视图。 

图8a为本实用新型实施例1中导电产气材料、绝缘产气材料和合金电极组合示意图。 

图8b为图8a中C－C剖视图。 

图9a为本实用新型实施例2中导电产气材料、绝缘产气材料和合金电极组合之一示意图。 

图9b为图9a中D－D剖视图。 

图10a为本实用新型实施例2中导电产气材料、绝缘产气材料和合金电极组合之二示意图。 

图10b为图10a中E－E剖视图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。 

实施例1 

如图2、3所示，本实用新型的产气式间隙灭弧防雷装置，其机壳1由45#碳钢材料所制，机壳1的外形为长方体，也可以是圆柱体或椭圆体，所述长方体机壳1由三部分组成，分别为金属材料制作的底板11、金属材料或绝缘材料制作的面板12和由金属材料制作的中空长方形壳体13，在机壳1的面板12上并列设有两个相互绝缘并与壳内电路电连接的电极，分别为正极2和负极3，正、负极2、3之间及与金属壳体13之间设有绝缘材料8，以防止正极2、负极3和金属壳体13三者之间短路。在机壳1的底板11和面板12上设有一个以上的螺孔，该螺孔用以将所述机壳1固定装配在一起。该装置与前置防雷点火电路配 合使用，主要用于电源系统的一级防雷保护。 

在机壳1内设有前置防雷点火电路放电残压端电极c和由两个放电间隙a、b组成的串联间隙避雷器，该避雷器的两端各引出一个电极，为第一电极和第二电极，其分别与所述的正极2和负极3相连，在所述的前置防雷点火电路放电残压端电极c与所述的串联间隙避雷器的两个电极之间，填充有绝缘产气材料6和导电产气材料5。 

在该机壳1内接近底板11的一端设有由石墨材料制作的形状与中空长方形壳体13内截面形状相同的石墨电极4，即所述的前置防雷点火电路放电残压端电极c，在该机壳1内还设有两套依次由导电产气材料5、绝缘产气材料6和合金电极7组成的连接通道，该连接通道的底端与所述石墨电极4相接，其顶端与所述的正极2或负极3相接，在所述的两个连接通道之间及两个连接通道与中空长方形壳体13之间设有绝缘材料8，在所述连接通道与石墨电极4、绝缘产气材料6之间设有放气内腔，简称排气通道9，该排气通道9与设置在机壳1上的放气孔92间接连通，当内腔中的高压气体超过设定值时，可以通过该排气通道9和放气孔92向外释放一部分内腔中的高压气体，排气通道9有两种形式，一种设有气压限制调节装置91（参见图5），另一种则为固定不可调压的排气通道9（参阅图3、4）。 

如图6a、6b、8a、8b所示，所述导电产气材料5的形状为圆柱体，也可以是长方体或椭圆体，其底面与石墨电极4相接，其顶面为一与底面形状相同且小于底面的凸台，该凸台面与所述绝缘产气材料6的底面相接。 

所述绝缘产气材料6与导电产气材料5形状相同，在其底面的周边设有两个台阶式凸缘，第一个台阶凸缘所围空间的形状恰与所述导电产气材料5顶面 凸台的体积、形状相同，且该凸台正好坐落在第一个台阶凸缘所围的空间内，第二个台阶凸缘的内侧面正好与导电产气材料5的外侧面相接触，所述绝缘产气材料6的顶面与合金电极7相接。 

所述合金电极7与绝缘产气材料6形状相同，在其底面上设有形状、大小与绝缘产气材料6相同的凹槽，所述绝缘产气材料6与导电产气材料5正好坐落在该凹槽中，该凹槽的内侧壁与绝缘产气材料6的外侧面相接触且向导电产气材料5方向延伸，该凹槽的内侧壁与导电产气材料5之间的垂直距离恰为所述绝缘产气材料6底面上第二个台阶凸缘的厚度，该厚度即为所述的串联间隙避雷器的两个电极与所述的前置防雷点火电路放电残压端电极c之间的放电间隙a、b间距，其厚度51为0.20mm—1.5mm，合金电极7的外侧面与所述的绝缘材料8相接，其顶面与所述的正极2或负极3相接。 

所述导电产气材料5与石墨电极4构成放电间隙a、b的一个端电极，合金电极7则作为放电间隙a、b的另一个端电极，两端电极之间用绝缘产气材料6填充，两端电极之间的间隙即为所述的第二个台阶凸缘的厚度。 

本实用新型的工作原理是： 

如图1所示，将前置防雷点火电路与本实用新型中的由两个放电间隙a、b，分别为a间隙和b间隙串联组成的串联间隙避雷器并联相接于被保护电源系统的火线端和零线或接地端，当前置防雷点火电路的放电残压端电极c电压高于两个串联间隙a、b的设定动作电压时，即在c-a、c-b之间形成电位差时，所述的放电残压端电极c就会通过两个串联间隙a、b放电来泄放雷电流，当雷电流较小，两间隙a、b电压小于设定动作电压时，则通过前置防雷点火电路进行放电泄流，此时两个串联间隙a、b没有电流通过而不动作，采用两个串联间隙 放电，能有效避免单个间隙放电电压不稳定的问题，而且两间隙a、b同时动作，相对于单间隙放电能有效地降低弧压降，防止弧压降过高造成的产气量过大引起的危险，并且残压低于2000V。 

由于在放电间隙之间填充有能够在高温下受热直接升华为高气压的绝缘产气材料6和导电产气材料5，当雷电流过大并通过前置防雷点火电路的放电残压端电极c向所述的正极2和负极3泄流时，至串联间隙间产生电弧，此时电弧产生的瞬间高温使所述的绝缘产气材料6和导电产气材料5受热直接升华为大量的气体，提高了串联间隙避雷器内腔中的气体压力，气压升高，弧压降升高，当弧压降等于或大于源电压时，电弧被熄灭。 

当产生的气体压力不足时，封闭的内腔为提高气体压力提供了储存气体的空间，内腔空间的大小，以腔体内产生的气体的气压，刚好达到快速灭弧的要求为准，当气压过高超过设定值时，则冲开放气通道向外排出气体降低内腔中的气压，其结果是既不会因气压过低而降低遮断续流的能力，又不会因气压过高发生爆炸事故。 

为了保护电源电路的更加安全，在前置防雷点火电路与所述的火线连接端之间还设有电流保险器。 

实施例2 

如图4所示，在本实施例中，除导电产气材料5、绝缘产气材料6和合金电极7的形状与实施例1中所述的导电产气材料5、绝缘产气材料6和合金电极7的形状有较大区别外，其它部分与实施例1相同。 

本实施例中，导电产气材料5、绝缘产气材料6和合金电极7的组合有如下两种情况： 

1）如图7a、7b、9a、9b所示，导电产气材料5的形状为圆柱体，也可以是长方体或椭圆体，导电产气材料5的底面与所述的石墨电极4相接，在其顶面中心开有向底面方向凹进的圆柱孔； 

绝缘产气材料6的形状为长条圆柱体同形状与导电产气材料5外形形状、大小相同的薄盘相贯而成，长条圆柱体在薄盘的两边各伸出一段，简称底段和顶段，长条圆柱体的直径与所述导电产气材料5底面上凹进的圆柱孔的内径相同，长条圆柱体的底段插入所述圆柱孔内； 

合金电极7由形状相同、大小不同的上下两部分组成，上部分的形状与所述导电产气材料5外形形状、大小相同，其上部分的底面与绝缘产气材料6薄盘相接，在其上中心开有向顶面方向凹进的另一圆柱孔，该圆柱孔的大小与所述导电产气材料5底面上凹进的圆柱孔相同，所述长条圆柱体的顶段插入该另一圆柱孔中；合金电极7的下部分形状与其上部分相同，外形尺寸大于上部分，下部分的顶面与所述的正极2或负极3相接 

导电产气材料5与所述的石墨电极4构成放电间隙a、b的一个端电极，合金材料则作为放电间隙a、b的另一个端电极，两端电极之间用绝缘产气材料6填充，两端电极之间的间隙即为所述薄盘的厚度，其厚度51为0.20mm—1.5mm。 

2）如图7a、7b、10a、10b所示，导电产气材料5的形状为圆柱体，也可以是长方体或椭圆体，导电产气材料5的底面与所述的石墨电极4相接，在其顶面中心开有向底面方向凹进的圆柱孔； 

绝缘产气材料6的形状为长条圆柱体同形状与导电产气材料5外形形状、大小相同的薄盘相贯而成，长条圆柱体在薄盘的两边各伸出一段，简称底段和顶段，长条圆柱体的直径与所述导电产气材料5底面上凹进的圆柱孔的内径相 同，长条圆柱体的底段插入所述圆柱孔内； 

合金电极7形状、大小与所述导电产气材料5外形相同，其底面与绝缘产气材料6薄盘相接，在其底面中心开有向顶面方向凹进的另一圆柱孔，该圆柱孔的大小与所述导电产气材料5底面上凹进的圆柱孔相同，所述长条圆柱体的顶段插入该另一圆柱孔中；合金电极7的顶面与所述的正极2或负极3相接 

导电产气材料5与所述的石墨电极4构成放电间隙a、b的一个端电极，合金材料则作为放电间隙a、b的另一个端电极，两端电极之间用绝缘产气材料6填充，两端电极之间的间隙即为所述薄盘的厚度，其厚度51为0.20mm—1.5mm。 

Claims (8)

1.一种产气式间隙灭弧防雷装置，包括机壳（1），其特征在于：在机壳（1）内设有前置防雷点火电路放电残压端电极（c）和由至少两个放电间隙（a、b）组成的串联间隙避雷器，该避雷器的两端各引出一个电极，分别为正极（2）和负极（3），在所述的前置防雷点火电路放电残压端电极（c）与所述的串联间隙避雷器引出的正极（2）和负极（3）之间，填充有绝缘产气材料（6）和导电产气材料（5）。

2.根据权利要求1所述的产气式间隙灭弧防雷装置，其特征在于：所述的绝缘产气材料（6）与所述的正极（2）和负极（3）相接，其形状为圆柱体、长方体或椭圆体，在其底面的周边设有两个台阶式凸缘，该底面与所述导电产气材料的顶面相接，所述的导电产气材料（5）的底面与所述的前置防雷点火电路放电残压端电极（c）相接。

3.根据权利要求2所述的产气式间隙灭弧防雷装置，其特征在于：所述的串联间隙避雷器由两个放电间隙（a、b）串联组成。

4.根据权利要求2所述的产气式间隙灭弧防雷装置，其特征在于：所述的绝缘产气材料（6）和导电产气材料（5）为高温受热后直接升华为气体的材料。

5.根据权利要求3所述的产气式间隙灭弧防雷装置，其特征在于：在所述的串联间隙避雷器与所述的放电残压端电极（c）间设有与外界相通的排气通道（9）。

6.根据权利要求3所述的产气式间隙灭弧防雷装置，其特征在于：所述的放电间隙的距离为0.20mm—1.5mm。 

7.根据权利要求1-6中任一项所述的产气式间隙灭弧防雷装置，其特征在于：所述的前置防雷点火电路放电残压端电极（c）由耐高温导电材料所制，所述的正极（2）和负极（3）由合金材料所制。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的产气式间隙灭弧防雷装置，其特征在于：所述的机壳（1）形状为长方体、圆柱体或椭圆体。 

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