CN204190376U - 预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置 - Google Patents

Abstract

预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，涉及电源系统过电压防护技术。包括多间隙金属陶瓷气体放电管和脉冲变压器；多间隙金属陶瓷气体放电管具有端电极A及端电极A’，还具有n个中间电极；脉冲变压器的次级线圈包括n个子线圈，n个电阻与电容的并联组合，每一子线圈与一电阻电容的并联组合相串联并称为线圈阻容组合，且n个线圈阻容组合相串联；各中间电极一一对应地与同序号的线圈阻容组合的尾端导电连接；脉冲变压器的初级线圈与一电阻与电容的并联组合及一开关器件串接。利用开关器件启动脉冲变压器初级回路，升压后通过脉冲变压器次级子线圈阻容组合同时施加于多间隙放电管，使其所有间隙同时击穿，以降低限制电压，提高保护水平。

Description

预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置

技术领域

本实用新型涉及电源系统过电压防护技术，尤其涉及预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置。

背景技术

多间隙金属陶瓷气体放电管（以下简称M-GDT）包括端电极A及端电极A’，还包括n个中间电极K1～Kn，其中n≥1，同时该M-GDT的两个相邻电极之间设有三个独立间隙。M-GDT比单间隙气体放电管（以下简称GDT）通流能力大、残压低、无续流、可靠性高及稳定性好。以M-GDT为主要部件，能够组成过电压保护单元，多个这样的过电压保护单元能够组成电源防雷器（又称避雷器或浪涌保护器）。

中国专利公开了多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护模块（公开号101753858B），多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与电源的相线L导电连接，多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与电源的零线N（或保护地PE）导电连接；多间隙金属气体放电管的中间电极K1～Kn分别与压敏电阻MOV1～MOVn导电连接，压敏电阻MOV1～MOVn的另一端与多间隙金属气体放电管的端电极A或端电极A’导电连接（如图1所示）。该多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护模块存在以下不足：

多间隙金属陶瓷气体放电管相当于多个放电管串联使用，其相邻电极的间隙A-K1、K1-K2、……、Kn-A’ 依次导通（压敏电阻MOV1～MOVn的另一端与多间隙金属气体放电管的端电极A导电连接），或A’-K1、K1-K2、……、Kn-A依次导通（压敏电阻MOV1～MOVn的另一端与多间隙金属气体放电管的端电极A’导电连接），其限制电压相当于A-K1或A’-K1电极间的脉冲击穿电压。虽然A-K1或A’-K1电极间的脉冲击穿电压比GDT端电极间的脉冲击穿电压要低很多，但A-K1或A’-K1电极间的脉冲击穿电压由于压敏电阻MOV的压比存在，限制电压还是很高，保护水平还是较低。可见，上述间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护模块的限制电压仍然很高，同时压敏电阻还存在热脱离不可靠时的火灾隐患。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是，克服上述多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护模块存在的限制电压偏高、保护水平偏低的不足，提供一种预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其限制电压明显降低，保护水平明显提高。

为此, 本实用新型预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置采用如下两种技术方案。首先，介绍第一种技术方案：

预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：包括多间隙金属陶瓷气体放电管和脉冲变压器；

该多间隙金属陶瓷气体放电管具有端电极A及端电极A’，还具有n个中间电极，其中n≥1；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与电源的相线导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与电源的零线或保护地导电连接；

脉冲变压器的次级线圈包括n个子线圈，其中n≥1； 还包括电阻与电容的并联组合，并称为电阻电容的并联组合，所述电阻电容的并联组合有n个，其中n≥1；每一子线圈与一所述电阻电容的并联组合相串联并称为线圈阻容组合，且子线圈之未与所述电阻电容的并联组合导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的首端，所述电阻电容的并联组合之未与子线圈导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的尾端，所述线圈阻容组合同样有n个，其中n≥1；n个所述线圈阻容组合相串联，且按照首端——尾端——首端——尾端的次序依次导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与第1所述线圈阻容组合的首端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与第n所述绕组阻容组合的尾端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的各中间电极一一对应地与同序号的所述线圈阻容组合的尾端导电连接；

脉冲变压器的初级线圈只有一个，初级线圈的一端导电连接一电阻与电容的并联组合，该电阻与电容的并联组合的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A及第1所述线圈阻容组合的首端导电连接；脉冲变压器的初级线圈另一端导电连接一开关器件的一端，该开关器件的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’导电连接及与第n所述线圈阻容组合的尾端导电连接。

进一步地，所述多间隙金属陶瓷气体放电管的相邻两个中间电极之间设有一个或多个独立间隙。

进一步地，所述多间隙金属气体放电管的端电极A’安装有热脱离装置，端电极A’通过所述热脱离装置与零线或保护地连接；当多间隙金属气体放电管的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线或保护地的导电连接。

进一步地，所述热脱离装置的一侧设有微动开关，所述微动开关与遥信接口相关联；

所述热脱离装置从所述多间隙金属气体放电管的端电极A’上脱离的同时启动微动开关，微动开关启动时向遥信接口输出告警信号。

进一步地，所述开关器件为气体放电管、或半导体开关元器件。

下面，介绍第二种技术方案：

6、预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：包括多间隙金属陶瓷气体放电管和脉冲变压器；

该多间隙金属陶瓷气体放电管具有端电极A及端电极A’，还具有n个中间电极，其中n≥1；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与电源的相线导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与电源的零线或保护地导电连接；

脉冲变压器的次级线圈包括2个子线圈； 还包括电阻与电容的并联组合，并称为电阻电容的并联组合，所述电阻电容的并联组合为2个；每一子线圈与一所述电阻电容的并联组合相串联并称为线圈阻容组合，且子线圈之未与所述电阻电容的并联组合导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的首端，所述电阻电容的并联组合之未与子线圈导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的尾端，2个所述线圈阻容组合相串联，且按照首端——尾端——首端——尾端的次序依次导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与第1所述线圈阻容组合的首端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与第2所述线圈阻容组合的尾端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的某一中间电极与第1所述线圈阻容组合的尾端导电连接；

脉冲变压器的初级线圈只有一个，初级线圈的一端导电连接一电阻与电容的并联组合，该电阻与电容的并联组合的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A及第1所述线圈阻容组合的首端导电连接；脉冲变压器的初级线圈另一端导电连接一开关器件的一端，该开关器件的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’导电连接及与第2所述线圈阻容组合的尾端导电连接。

进一步地，所述多间隙金属陶瓷气体放电管的相邻两个中间电极之间设有一个或多个独立间隙。

进一步地，端电极A’通过所述热脱离装置与零线或保护地连接；当多间隙金属气体放电管的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线或保护地的导电连接。

进一步地，所述热脱离装置的一侧设有微动开关，所述微动开关与遥信接口相关联；

所述热脱离装置从多间隙金属气体放电管的端电极A’上脱离的同时启动微动开关，微动开关启动时向遥信接口输出告警信号。

进一步地，所述开关器件为气体放电管、或半导体开关元器件。

本实用新型的工作机理是，由于开关器件的启动电压低，当雷击或操作过电压袭来，开关器件提前导通，开关器件启动脉冲变压器初级回路，升压后通过脉冲变压器次级子线圈阻容组合同时施加于多间隙放电管，使多间隙放电管所有间隙同时击穿，以降低限制电压，提高保护水平。脉冲过电压过后由于电源的峰值电压低于维持M-GDT弧光放电的电压，M-GDT停止工作而熄弧，恢复到不导电状态。

本实用新型的有益效果是，提高了保护水平。当雷击或操作过电压袭来，脉冲变压器的初级线圈由于串接阻容组合和开关器件，开关器件使脉冲变压器的初级回路率先启动，初级线圈中产生脉冲电流。脉冲变压器次级的各子线圈同时受到感应并产生感应电流并升压，该电压瞬间同时施加于多间隙金属陶瓷气体放电管的各中间电极，使各中间电极的各间隙同时导通，致使多间隙在瞬间成为只有端电极A及端电极A’的整体的放电管。由于本实用新型形成了多级保护和退耦装置，从而实现了逐步降低限制电压，提高了保护水平。

本实用新型保护的可靠性、稳定性及安全性相对于现有技术全面提升。

附图说明

图1为现有多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护模块（公开号101753858B）电路原理图；

图2为是本实用新型第一实施例的电路原理图；

图3为是本实用新型第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图介绍对本实用新型具体实施方式。

实施例之一

如图2所示，本实用新型预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，包括多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT和脉冲变压器B。

该多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT具有端电极A及端电极A’，还具有n个中间电极K1～Kn，其中n≥1；多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的端电极A与电源的相线L导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的端电极A’与电源的零线N或保护地PE导电连接。所述多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的相邻两个中间电极之间设有三个独立间隙。

脉冲变压器B的次级线圈包括n个子线圈M1～Mn，其中n≥1； 还包括电阻R1与电容C1的并联组合，并称为电阻电容的并联组合，所述电阻电容的并联组合有n个，其中n≥1；每一子线圈M1～Mn与一所述电阻电容的并联组合相串联并称为线圈阻容组合J1～Jn，且子线圈M1～Mn之未与所述电阻电容的并联组合导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的首端，所述电阻电容的并联组合之未与子线圈M1～Mn导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的尾端，所述线圈阻容组合同样有n个，其中n≥1；n个所述线圈阻容组合J1～Jn相串联，且按照首端——尾端——首端——尾端的次序依次导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的端电极A与第1所述线圈阻容组合J1的首端与导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管M-GD的端电极A’与第n所述线圈阻容组合Jn的尾端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管M-GD的各中间电极K1～Kn一一对应地与同序号的所述绕组阻容组合J1～Jn的尾端导电连接。

脉冲变压器B的初级线圈M一端（无相序）导电连接一电阻R2与电容C2的并联组合，该电阻R2与电容C2的并联组合的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管M-GD的端电极A及第1所述线圈阻容组合J1的首端导电连接；脉冲变压器B的初级线圈M的另一端（无相序）导电连接一开关器件Q的一端，该开关器件Q的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管M-GD的端电极A’及第n所述线圈阻容组合Jn的尾端导电连接。

从电路图中，本实用新型的工作机理不难理解。所述多间隙金属气体放电管M-GD的端电极A、端电极A’、以及中间电极K1～Kn分别与所述线圈阻容组合J1～Jn导电连接，当雷击或操作过电压袭来，由于开关器件Q的启动电压低，Q提前导通，电流经由初级线圈M给电阻R2与电容C2的并联组合体充电，初级线圈M通过脉冲变压器升压，在脉冲变压器次级线圈阻容组合J1～Jn中同时产生脉冲高电压，次级线圈阻容组合J1～Jn产生的高电压，同时施加于多间隙放电管M-GDT的端电极A、中间电极K1～Kn以及端电极A’，使多间隙放电管M-GDT所有间隙同时击穿产生预电离，使其M-GDT的限制电压降低；当雷击及操作过电压的能量高峰来到时，端电极A与第1中间电极K1的间隙在预电离的基础上迅速导通，由于脉冲变压器次级子线圈阻容组合J1～Jn共一个磁芯，雷击及操作过电压将同时启动A-K1\KI-K2、K2-K3…、Kn- A’间隙，整个M-GDT导通。脉冲过电压过后由于电源的峰值电压低于维持M-GDT弧光放电的电压，M-GDT停止工作而熄弧，恢复到不导电状态。

过电压入侵A-A’之间时，在M-GDT的A-K1、…、Kn- A’间隙还没有导通之前，过电压首先通过开关器件Q、电阻R2电容C2、脉冲变压器B初级线圈M导通，从而提高了本实用新型保护的响应速度，同时其限制电压相当于开关器件Q的击穿电压，因而可以进一步降低残压，以免残压破坏后续用电设备。

所述多间隙金属气体放电管M-GDT的端电极A’安装有热脱离装置ST，端电极A’通过所述热脱离装置ST与零线N或保护地PE连接；当多间隙金属气体放电管M-GDT的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置ST从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线N或保护地PE的导电连接。同时，

所述热脱离装置的一侧设有微动开关，所述微动开关与遥信接口相关联；

所述热脱离装置从多间隙金属气体放电管的端电极A’上脱离的同时启动微动开关，微动开关启动时分别向告警灯、遥信接口输出告警信号。热脱离装置ST的一侧设有微动开关SW，热脱离装置ST从端电极A’上脱离的同时启动微动开关SW，所述微动开关SW与遥信接口E相关联，当微动开关SW启动时向遥信接口E输出告警信号。

所述开关器件Q为气体放电管、或半导体开关元器件。

本实用新型中放电管采用多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT，相当于多个放电管GDT串联使用，M-GDT相邻电极的间隙A-K1、K1-K2、……、Kn-A’依次导通，其限制电压相当于A-K1电极间的脉冲击穿电压，因而本实用新型残压低。同时，过电压过后M-GDT迅速恢复到不导通状态而不会出现续流现象，从而提高了多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块的可靠性、稳定性与安全性。同时，M-GDT的端电极A’上安装有热脱离装置SW，其目的是进一步提高本实用新型的安全性，以免发生意想不到的不良后果，如火灾等。微动开关SW、遥信接口E使得工作人员可以及时发现过电压保护模块出现异常情况，并及时对其进行维修，以免后续用电设备遭受损坏。

实施例之二

预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，包括多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT和变压器B；

该多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT具有端电极A及端电极A’，还具有6个中间电极K1～K6，多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的端电极A与电源的相线L导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的端电极A’与电源的零N线或保护地PE导电连接。所述多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的相邻两个中间电极之间设有三个独立间隙。

脉冲变压器B的次级线圈包括两个子线圈M1和M2； 还包括电阻R1与电容C1的并联组合，并称为电阻电容的并联组合，所述电阻电容的并联组合为两个；每一子线圈M1、M2与一所述电阻电容的并联组合相串联并称为线圈阻容组合J1和J2，且子线圈M1、M2之未与所述电阻电容的并联组合导电连接的一端称为所述线圈阻容组合J1和J2的首端，所述电阻电容的并联组合之未与子线圈M1、M2导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的尾端J1和J2，两个所述线圈阻容组合J1和J2相串联，且按照首端——尾端——首端——尾端的次序依次导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的端电极A与第1所述线圈阻容组合J1的首端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管M-GDT的端电极A’与第2所述线圈阻容组合J2的尾端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的第3中间电极K3与第1所述线圈阻容组合的尾端导电连接。

变压器的初级线圈M一端(无相序)导电连接一电阻R2与电容C2的并联组合，该电阻R2与电容C2的并联组合的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A及第1所述绕组阻容组合J1的首端导电连接；变压器的初级线圈另一端（无相序）导电连接一开关器件Q的一端，该开关器件Q的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’ 及第2所述绕组阻容组合J2的尾端导电连接导电连接。

本实施例的其它方面与实施例之一相同，不再赘述。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：包括多间隙金属陶瓷气体放电管和脉冲变压器；

该多间隙金属陶瓷气体放电管具有端电极A及端电极A’，还具有n个中间电极，其中n≥1；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与电源的相线导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与电源的零线或保护地导电连接；

脉冲变压器的次级线圈包括n个子线圈，其中n≥1； 还包括电阻与电容的并联组合，并称为电阻电容的并联组合，所述电阻电容的并联组合有n个，其中n≥1；每一子线圈与一所述电阻电容的并联组合相串联并称为线圈阻容组合，且子线圈之未与所述电阻电容的并联组合导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的首端，所述电阻电容的并联组合之未与子线圈导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的尾端，所述线圈阻容组合同样有n个，其中n≥1；n个所述线圈阻容组合相串联，且按照首端——尾端——首端——尾端的次序依次导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与第1所述线圈阻容组合的首端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与第n所述绕组阻容组合的尾端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的各中间电极一一对应地与同序号的所述线圈阻容组合的尾端导电连接；

脉冲变压器的初级线圈只有一个，初级线圈的一端导电连接一电阻与电容的并联组合，该电阻与电容的并联组合的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A及第1所述线圈阻容组合的首端导电连接；脉冲变压器的初级线圈另一端导电连接一开关器件的一端，该开关器件的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’导电连接及与第n所述线圈阻容组合的尾端导电连接。

2.根据权利要求1所述的预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：所述多间隙金属陶瓷气体放电管的相邻两个中间电极之间设有一个或多个独立间隙。

3.根据权利要求1所述的预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：所述多间隙金属气体放电管的端电极A’安装有热脱离装置，端电极A’通过所述热脱离装置与零线或保护地连接；当多间隙金属气体放电管的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线或保护地的导电连接。

4.根据权利要求3所述的预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：所述热脱离装置的一侧设有微动开关，所述微动开关与遥信接口相关联；

所述热脱离装置从所述多间隙金属气体放电管的端电极A’上脱离的同时启动微动开关，微动开关启动时向遥信接口输出告警信号。

5.根据权利要求1所述的预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：所述开关器件为气体放电管、或半导体开关元器件。

6.预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：包括多间隙金属陶瓷气体放电管和脉冲变压器；

该多间隙金属陶瓷气体放电管具有端电极A及端电极A’，还具有n个中间电极，其中n≥1；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与电源的相线导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与电源的零线或保护地导电连接；

脉冲变压器的次级线圈包括2个子线圈； 还包括电阻与电容的并联组合，并称为电阻电容的并联组合，所述电阻电容的并联组合为2个；每一子线圈与一所述电阻电容的并联组合相串联并称为线圈阻容组合，且子线圈之未与所述电阻电容的并联组合导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的首端，所述电阻电容的并联组合之未与子线圈导电连接的一端称为所述线圈阻容组合的尾端，2个所述线圈阻容组合相串联，且按照首端——尾端——首端——尾端的次序依次导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A与第1所述线圈阻容组合的首端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’与第2所述线圈阻容组合的尾端导电连接；多间隙金属陶瓷气体放电管的某一中间电极与第1所述线圈阻容组合的尾端导电连接；

脉冲变压器的初级线圈只有一个，初级线圈的一端导电连接一电阻与电容的并联组合，该电阻与电容的并联组合的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A及第1所述线圈阻容组合的首端导电连接；脉冲变压器的初级线圈另一端导电连接一开关器件的一端，该开关器件的另一端与多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’导电连接及与第2所述线圈阻容组合的尾端导电连接。

7.根据权利要求6所述的预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：所述多间隙金属陶瓷气体放电管的相邻两个中间电极之间设有一个或多个独立间隙。

8.根据权利要求6所述的预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：端电极A’通过所述热脱离装置与零线或保护地连接；当多间隙金属气体放电管的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线或保护地的导电连接。

9.根据权利要求8所述的预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：所述热脱离装置的一侧设有微动开关，所述微动开关与遥信接口相关联；

所述热脱离装置从多间隙金属气体放电管的端电极A’上脱离的同时启动微动开关，微动开关启动时向遥信接口输出告警信号。

10.根据权利要求6所述的预电离多间隙金属陶瓷气体放电管过电压保护装置，其特征在于：所述开关器件为气体放电管、或半导体开关元器件。