CN206559037U - 一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，包括Ｎ个串联连接的放电机构形成Ｎ个放电间隙Ｊ_１、Ｊ_２、……Ｊ_Ｎ，且N≥3；在相邻两放电机构之间的间隙并联连接Ｎ－２个电容Ｃ_１、Ｃ_２、……Ｃ_Ｎ－２，逐级触发电路电容公共参考电位节点在J_N‑1和J_N之间；在串联连接的放电机构的输入端和输出端之间并联一个或多个压敏电阻。由于过电压击穿间隙时，因线路电感和电容份量而造成的尖峰波形，被并联在输入和输出端的单个或多个压敏电阻抑制，确保多个间隙串联构成的浪涌保护器残压值在较低范围之内，同时过电压击穿必须先导通J₁和J_N间隙，大大提高了产品动作阀值，有效杜绝了产品因电网电压不稳定而造成的产品频繁导通，所引起的外部脱离器频繁脱扣或熔断。

Description

一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置

技术领域

本实用新型涉及一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置。

背景技术

目前多个间隙串联构成的浪涌保护器，多为石墨电极和铁氟龙环状垫片组成的空气间隙，因受石墨电极材质、环境湿度、铁氟龙片厚度和安装工艺影响，均会造成多级间隙中导通顺序无法按设计参数进行，进而影响产品导通阀值判定和续流关断，导致产品在过电压时因导通顺序出错产品出现炸裂损坏，或续流未能及时关断导致外部脱离器非预期脱扣或熔断，甚至造成产品燃烧。

中国专利公开了一种承载雷电流的火花间隙装置，该装置包括N个串联的分火花间隙装置，通过电容构成的阻抗连接分火花间隙装置，其中第二和全部另外的分火花间隙装置通过所述阻抗直接连接到公共的参考电位即地电位，并且使用相同的阻抗，基于在对比1.2/50us雷电波形冲击下给出均压电容器的参数选择公式：（N-1）*CE=K*CL*U/US，其中，N表示分火花间隙装置的数量，CL是从火花间隙装置到过电压源的线路电容，U是过电压的峰值，US是火花间隙装置的安全电平，K是≥1的安全系数。此种火花间隙装置存在以下不足：1、由于火花间隙装置由N个串联，上述公式中的CL存在不确定性，因此带来均压电容的定值或取值范围的不确定性；2、上述公式基于在1.2/50us雷电波形冲击下的参考改进取值，而其它两种雷电测试波形（8/20us、10/350us）冲击下的情况未予以说明；3、由于第二和全部另外的分火花间隙装置通过所述阻抗直接连接到公共的参考电位即地电位，即等效电路为单个间隙串联电容接地，易造成火花间隙在低电压下频繁导通，从而导致外部脱离器频繁脱扣或熔断；4、由于上述一种承载雷电流的火花间隙装置，包括N个串联的分火花间隙装置，火花间隙在测试任一雷电波形时，均存在导通瞬间线路电感和电容份量而造成的尖峰波形。

实用新型内容

本实用新型的目的，是要提供一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，通过该逐级触发电路装置达到多个间隙串联，使得浪涌保护器在过电压时逐级触发导通，实现抑制间隙导通瞬间产生的尖峰峰值。

本实用新型是这样实现的，所述一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，包括Ｎ个串联连接的放电机构形成Ｎ个放电间隙Ｊ_１、Ｊ_２、……Ｊ_Ｎ，且N≥3；在相邻两放电机构之间的间隙并联连接Ｎ－２个电容Ｃ_１、Ｃ_２、……Ｃ_Ｎ－２，逐级触发电路电容公共参考电位节点在J_N-1和J_N之间；在串联连接的放电机构的输入端和输出端之间并联一个或多个压敏电阻。

本实用新型所述C₁电容器容值选择按照下面的公式进行参数选择：

式中：

C_J为J₁、J₂、J₃... J_N放电间隙线路电容之和，

U_J为J₁和J_N放电间隙击穿电压平均值,

U_r为电容器两端承受电压值，

K为安全系数，K>1，

其中U_r=Ures-J₁ Ures-J_N Ures

式中：

Ures为多个间隙串联构成的浪涌保护器预计达到的保护水平U_P值，

J₁ Ures为J₁间隙在In电流下用8/20us冲击电流测量的残压值，或J₁间隙在1.2/50us(3kA/6kV)冲击电压下测量的波前放电电压值，以最大值为准，

J_N Ures为J₁间隙在In电流下用8/20us冲击电流测量的残压值，或J₁间隙在1.2/50us(3kA/6kV)冲击电压下测量的波前放电电压值，以最大值为准。

本实用新型所述电容的容值C₁<C₂< C₃<...C_N-2；电容器数量Ｎ－２。

本实用新型所述压敏电阻或由多个压敏电阻串/并联组成，压敏电阻U1mA值选择按照下面的公式进行参数选择：

Ures≥Ur≥(UJ₁+UJ_N)/2*K

式中：

Ures为多个间隙串联构成的浪涌保护器预计达到的保护水平U_P值，

UJ₁为J₁放电间隙击穿电压,

UJ_N为J_N放电间隙击穿电压,

K为安全系数，K>1。

本实用新型所述电容器的耐压电压等级大于多个间隙串联构成的浪涌保护器的保护水平U_P值。

本实用新型的有益效果是，由于过电压击穿间隙时，因线路电感和电容份量而造成的尖峰波形，被并联在输入和输出端的单个或多个压敏电阻抑制，确保多个间隙串联构成的浪涌保护器残压值在较低范围之内，同时过电压击穿必须先导通J₁和J_N间隙，大大提高了产品动作阀值，有效杜绝了产品因电网电压不稳定而造成的产品频繁导通，进而引起的外部脱离器频繁脱扣或熔断。

附图说明

图1为本实用新型所述第一种电路原理示意图。

图2为本实用新型所述第二种电路原理示意图。

图3为本实用新型所述第三种电路原理示意图。

图4为本实用新型实施例之一9级间隙示意图；

图5为本实用新型实施例之二14级间隙示意图。

具体实施方式

一、本实用新型所述一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，实施例之一９级间隙，如图4所示，包括9个放电间隙（J_S）、7个电容、输入输出端并联压敏电阻，构成多级间隙逐级触发电路装置。各放电间隙串联连接，其中C1电路节点在J1和J2之间，C2电路节点在J2和J3之间，以此类推；触发电路电容参考电位节点在J8和J9之间。多个间隙串联构成的浪涌保护器输入、输出端，并联单个或多个压敏电阻，单个压敏电阻或由多个压敏电阻串联组成。

上述电路中，多级间隙逐级触发电路装置C1电容容值按照确定，其中9级间隙串联构成的浪涌保护器Ures设计值为2300V。式中：C_J≈270pF U_J≈800V Ur=2300-820-820=660V K=2,带入上式计算，C1≈654 pF。按照常用电容容值表C1=680pF、C2=820pF、C3=1000pF、C4=1500pF、C5=1800pF、C6=2000pF、C7=2200pF。

上述电路中，多级间隙逐级触发电路装置压敏电阻U1mA值按照Ures≥Ur≥(UJ₁+UJ_N)/2*K确定，其中9级间隙串联构成的浪涌保护器Ures设计值为2300V。

式中：UJ₁≈800V，UJ_N≈800V，K=1.8，带入上式计算，U1mA=1440V

二、本实用新型所述一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，实施例之二１４级间隙，如图5所示，包括14个放电间隙（J_S）、12个电容、输入输出端并联压敏电阻，构成多级间隙逐级触发电路装置。各放电间隙串联连接，其中C1电路节点在J1和J2之间，C2电路节点在J2和J3之间，以此类推；触发电路电容参考电位节点在J13和J14之间。多个间隙串联构成的浪涌保护器输入、输出端，并联单个或多个压敏电阻，单个压敏电阻也可以由多个压敏电阻串联组成。

上述电路中，多级间隙逐级触发电路装置C1电容容值按照 确定，其中14级间隙串联构成的浪涌保护器Ures设计值为2500V。式中：C_J≈420pF U_J≈800V Ur=2500-820-820=860V K=1.5,带入上式计算，C1≈586 pF。按照常用电容容值表C1=560pF、C2=680pF、C3=820pF、C4=1000pF、C5=1500pF、C6=1800pF、C7=2000pF、C8=2200pF、C9=2700pF、C10=3300pF、C11=4700pF、C12=5600pF。

上述电路中，多级间隙逐级触发电路装置压敏电阻U1mA值按照Ures≥Ur≥(UJ₁+UJ_N)/2*K确定，其中14级间隙串联构成的浪涌保护器Ures设计值为2500V。

式中：UJ₁≈800V，UJ_N≈800V，K=1.8，带入上式计算，U1mA=1440V。

三、本实用新型所述一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置的工作原理：

1、本实用新型所述第一种电路原理示意图，如图1所示，装有多级间隙逐级触发电路装置的放电装置，多个间隙串联构成的浪涌保护器输入、输出端，并联单个压敏电阻ＭＯＶ，等效电路约为单个间隙（J1）串联电容器（C）再串联单个间隙（J_N），在正常电网电压下，由于J1、J_N放电装置和触发电路阻抗串联连接，其击穿电压远大于电网电压，因此产品显高阻特性。

2、本实用新型所述第二种电路原理示意图，如图2所示，多个间隙串联构成的浪涌保护器输入、输出端，并联多个压敏电阻ＭＯＶ，当电网电压出现过电压时（8/20us、10/350us、1.2/50us雷电波形测试冲击参考），因多级间隙逐级触发电路装置等效电路约为单个间隙（J1）串联电容器（C）再串联单个间隙（J_N），因此过电压足以击穿J1和J_N放电间隙装置，由于放电间隙装置被击穿后形成短路，过电压对C1进行充电同步因电容两端电压不能突变特性，C2电容等效为短路，当过电压对C1进行充电时充电电压大于放电间隙(J2)击穿电压时，放电间隙(J2)击穿；同理过电压对C2进行充电，当充电电压大于放电间隙(J3)击穿电压时，放电间隙(J3)击穿。以此类推，过电压依次击穿以后放电间隙。同时由于放电间隙击穿后等效为短路，多级间隙逐级触发电路装置，电容回路分压后电流均在mA级别，因此过电压电流绝大部分从放电间隙回路中通过。

由于过电压击穿间隙时，因线路电感和电容份量而造成的尖峰波形，被并联在输入和输出端的单个或多个压敏电阻抑制，确保多个间隙串联构成的浪涌保护器残压值在较低范围之内。

3、本实用新型所述第三种电路原理示意图，如图3所示，多个间隙串联构成的浪涌保护器输入、输出端，并联多个压敏电阻ＭＯＶ，过电压（U_J）施加在多个间隙串联构成的浪涌保护器两端，先分别击穿J1和J_N放电间隙装置后，即：

U_C1=U_J-J1燃弧电压-J_N燃弧电压

同理：

U_CN-2=U_J-J1燃弧电压-J_N燃弧电压-J2燃弧电压-…J_N-2燃弧电压

由上述公式可得知，间隙两端击穿电压随间隙数量的增加而减小，为确保多级间隙逐级触发电路装置，可靠、安全逐级触发多个串联间隙，当Ci<Ci+1,如果在同等电压施加于Ci与间阳Ji所组成的串联电路两端，显然在Ci+1串联的Ji+1中的间隙上Ui+1≥Ui,即节数越靠后，环中击穿所需的总电压越低，这样正好弥补了由于间隙燃弧电压引起的环路总电压下降，保证有充足的击穿电压来使得后级间隙得以导通。

Claims (5)

1.一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，其特征是：包括Ｎ个串联连接的放电机构形成Ｎ个放电间隙Ｊ_１、Ｊ_２、……Ｊ_Ｎ，且N≥3；在相邻两放电机构之间的间隙并联连接Ｎ－２个电容Ｃ_１、Ｃ_２、……Ｃ_Ｎ－２，逐级触发电路电容公共参考电位节点在J_N-1和J_N之间；在串联连接的放电机构的输入端和输出端之间并联一个或多个压敏电阻。

2.根据权利要求1所述的一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，其特征是：所述C₁电容器容值选择按照下面的公式进行参数选择：

式中：

C_J为J₁、J₂、J₃... J_N放电间隙线路电容之和，

U_J为J₁和J_N放电间隙击穿电压平均值,

U_r为电容器两端承受电压值，

K为安全系数，K>1，

其中U_r=Ures-J₁ Ures-J_N Ures

式中：

Ures为多个间隙串联构成的浪涌保护器预计达到的保护水平U_P值，

J₁ Ures为J₁间隙在In电流下用8/20us冲击电流测量的残压值，或J₁间隙在1.2/50us(3kA/6kV)冲击电压下测量的波前放电电压值，以最大值为准，

J_N Ures为J₁间隙在In电流下用8/20us冲击电流测量的残压值，或J₁间隙在1.2/50us(3kA/6kV)冲击电压下测量的波前放电电压值，以最大值为准。

3.根据权利要求1所述的一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，其特征是：所述电容的容值C₁<C₂< C₃<...C_N-2；电容器数量Ｎ－２。

4.根据权利要求1所述的一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，其特征是：所述压敏电阻或由多个压敏电阻串/并联组成，压敏电阻U1mA值选择按照下面的公式进行参数选择：

Ures≥Ur≥(UJ₁+UJ_N)/2*K

式中：

Ures为多个间隙串联构成的浪涌保护器预计达到的保护水平U_P值，

UJ₁为J₁放电间隙击穿电压,

UJ_N为J_N放电间隙击穿电压,

K为安全系数，K>1。

5.根据权利要求1所述的一种浪涌保护器的多级间隙逐级触发电路装置，其特征是：所述电容器的耐压电压等级大于多个间隙串联构成的浪涌保护器的保护水平U_P值。