CN215817523U - 一种热保护型电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热保护型电涌保护器，包括壳体，所述壳体内设有电极，所述壳体中间开有窗口，所述壳体上设有热脱扣弹片、灭弧挡块、压敏电阻、微动开关和铜脚；所述热脱扣弹片的一端通过热脱扣焊接面与电极连接，另一端与铜脚连接；所述热脱扣弹片上设有V形槽；所述灭弧挡块设于热脱扣弹片与电极之间；所述压敏电阻与电极连接。本实用新型与现有技术相比，抗雷击能力得到提升，脱扣装置应能保证在50kA雷击冲击后保持良好的电气连接；同时抑制了可能出现的电弧放电现象，提高了产品的短路电流的分断能力，使得热保护型电涌保护器能在工业级的应用场景中使用；避免监控电路受浪涌电压干扰，便于实现监控信号电路的连接。

Description

一种热保护型电涌保护器

技术领域

本实用新型涉及一种电涌保护器，尤其涉及一种热保护型电涌保护器。

背景技术

分布浪涌过电压无处不在，对浪涌过电压的防护是一项全球性事业。全世界各个优秀的电器公司都在大量生产性能高质量好的氧化锌压敏电阻片。近年来，人们防浪涌过电压的意识不断增强，氧化锌型电涌保护器已普及到各个行业，对氧化锌型电涌保护器的研究也逐渐深入。经过多年对氧化锌型电涌保护器失效的情况进行统计和研究发现，氧化锌型电涌保护器在使用过程中产生热量累积而导致内部核心元件压敏电阻热崩溃，是电涌保护器模块未起到保护作用的主要原因。现有的氧化锌压敏电阻的生产工艺流程不可能做到各种添加物粉料混合的绝对均匀，制造的氧化锌电阻片本体在各部位的密度也存在差异，再加上残留的气孔的分布不均匀性，都会造成电流通过氧化锌压敏电阻最薄弱的路径来泄放，这种长期极度不均匀的电流分布会导致热量在某一点累积而穿孔短路失效。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型旨在提供一种使用便捷、安全高效的热保护型电涌保护器。

技术方案：本实用新型的热保护型电涌保护器，包括壳体，所述壳体内设有电极，所述壳体中间开有窗口，所述壳体上设有热脱扣弹片、灭弧挡块、压敏电阻、微动开关和铜脚；所述热脱扣弹片的一端通过热脱扣焊接面与电极连接，另一端与铜脚连接；所述热脱扣弹片上设有V形槽；所述灭弧挡块设于热脱扣弹片与电极之间；所述压敏电阻与电极连接。

进一步地，所述压敏电阻为氧化锌压敏电阻片。

进一步地，所述氧化锌压敏电阻片的厚度为32-36mm。

进一步地，所述热脱扣弹片的材质为铍铜。

进一步地，所述铍铜中铍的含量为1％-3％。

进一步地，所述热脱扣焊接面的尺寸为9-9.5mm×3-4mm。

进一步地，所述热脱扣焊接面上设有直径1-1.5mm的圆孔。

进一步地，所述热脱扣弹片与热脱扣焊接面之间的角度为60°-70°。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下显著优点：

1、本实用新型与现有技术相比，抗雷击能力得到提升，脱扣装置应能保证在50kA雷击冲击后保持良好的电气连接；

2、本实用新型抑制了可能出现的电弧放电现象，提高了产品的短路电流的分断能力，使得热保护型电涌保护器能在工业级的应用场景中使用；

3、本实用新型可避免监控电路受浪涌电压干扰，便于实现监控信号电路的连接。

附图说明

图1为本实用新型热保护型电涌保护器内部结构图；

图2为本实用新型氧化锌压敏电阻片的制备工艺流程图；

图3为本实用新型理想状态下脱扣装置处理短路电流的情况图；

图4为150VTMOV脱扣时间与U1mA/Ut之间的关系图；

图5为320VTMOV脱扣时间与U1mA/Ut之间的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实用新型通过氧化锌压敏电阻封装层中心处设计的圆形窗口，以及新型的电极结构提高了热传递效率，确保热脱扣焊点在氧化锌压敏电阻短路前提供快速及时的热保护；采用具有弹性的铍铜铜脚和电极连接，设计了具有防止残留焊锡阻挡滑块的新型弹片，组成能够快速反应的热脱扣装置，滑片在弹簧推动下能快速切断电路，抑制了可能出现的电弧放电现象，提高了产品的短路电流的分断能力，使得热保护型电涌保护器能在工业级的应用场景中使用。由于自带热保护功能和短路电流分断能力，在此热保护型电涌保护器接入电路时可以省去保险丝或断路器的安装。具有双重指示功能，可以通过绝缘滑块的移动与否目视检测该产品是否失效，并且集成自主设计的新型簧片微动开关，可与主电路完全隔离，避免监控电路受浪涌电压干扰，便于实现监控信号电路的连接。

本实用新型专利采用快速反应的热脱扣装置，确保热脱扣焊点在氧化锌压敏电阻短路前提供快速及提高了产品的短路电流的分断能力时的热保护，具有防止残留焊锡阻挡滑块的功能，较好的抑制了可能出现的电弧放电现象。

氧化锌压敏电阻的制备：工业上氧化锌压敏的制备和一般的陶瓷制备工艺类似，但为了增强产品的一致性，引入了诸多现代工艺，其具体工艺流程图如附图2所示。各种添加的微量物质和氧化锌粉料必须严格按比例混合，放入聚氨酯球磨罐中并按照料:球: 水为：1:2:1的比例加入超纯水，再加入适量的表面活性剂和聚乙烯醇溶液，以在后续操作中获得流动性良好的粉末；将配好的原料放置在滚筒球磨机中以50r/min的速度球磨十四个小时左右，得到均匀的混料，加入小型喷涂造粒塔中制备粉末，再用自动压片机压制成型得到坯片，为了除掉坯片中的有机物和水分，必须先经过电阻炉的排胶处理，最后经过高温烧结处理，即可获得具有一定强度并连续致密的压敏陶瓷黑片。陶瓷黑片经过表面金属化处理，最后在电极两端焊接铜脚且进行封装，即完成了工业化的氧化锌压敏电阻的生产制备。氧化锌压敏电阻的制备需经过这么多工序，其最终目的就是为了获得晶粒分布均匀、电气性能优秀且一致性好的压敏电阻。

热保护型电涌保护器的热脱扣装置设计：有别于普通脱扣装置的取热点，LST产品脱扣装置的结构是直接在34mm氧化锌压敏电阻的圆形电极上取热，脱扣弹片的焊接点即在通流量最大的路径上，此种结构设计使得脱扣取热点与MOV主要发热区域靠的最近。

LST系列产品的脱扣弹片的材料选为铍铜，由于其铍含量在2％左右，是铜合金中性能最好的高级弹性材料，有很高的强度、弹性、疲劳强度、弹性滞后小，且冲击不产生火花等一系列优良的物理性能。脱扣弹片的一端通过机械配合固定于浪涌保护器外壳上，另一端是在焊接面，在与氧化锌压敏电阻圆形电极焊接之前有一个翘起的角度，由于铍铜良好的弹性和疲劳强度，热脱扣之后还能恢复焊接前的翘起角度。

在焊接面前面V形槽的设计，起到了将绝缘滑块固定于内盒轨道内的作用，而且在脱扣之后，绝缘滑块向前滑动的过程中通过V形槽的引导，完全避免了被焊接面残留的锡膏合金阻挡滑动的情况。使用不同大小的焊接面反复雷击试验后，最终确定焊接面的尺寸定为9.25×3.5mm，且带有直径1mm的圆孔。

下面对该热保护型电涌保护器做性能测试：

1、热保护装置的雷击测试

Imax50kA雷击测试对脱扣装置的能量耐量提出了更高的要求，即脱扣装置应能保证在50kA雷击冲击后保持良好的电气连接。为了满足脱扣装置的性能需求，选取了两组同型号的MOV，测试了三组不同成分的锡膏焊接的脱扣装置在Imax50kA时的性能，测试结果如下表：

表1不同锡膏和不同电压等级的雷击测试情况

从上面的测试可以看出，锡膏熔点是影响焊接面能量耐量的主要因素，也是决定热保护机构与氧化锌压敏电阻热耦合的关键参数。在同一电压等级的MOV的雷击测试过程中，锡膏熔点越高，焊接面的能量耐量越高。锡膏型号为S2的成分为， Sn82.5Bi17Cu0.5，由其焊接的脱扣装置在低电压等级的MOV雷击测试中表现良好，但是在高电压等级的MOV雷击测试时却出现了焊接面裂痕和脱扣现象。可见，MOV电压等级越高，雷击测试对焊面的能量耐量要求越高。当然，在产品生产过程中，锡膏量，焊接面波峰焊的温度曲线，以及不同配方的MOV的发热量对热保护机构与MOV的热耦合都有不同程度的影响，在生产过程中都必须严格控制。

2、热保护装置对电弧放电的抑制

热保护型电涌保护器抑制浪涌过电压的同时，需要通过安全可靠的热脱扣动作来实现热保护功能。脱扣弹片与氧化锌压敏电阻之间由电气连接状态变为绝缘状态，执行了一次开关断开的操作，但是在此热保护装置断开的过程中，电弧放电这种极易维持的自持放电现象经常发生，对电力系统的危害极大。

为了抑制前述电弧放电的现象，在一般TMOV或SPD模块产品中，都设计了滑片来切断电弧。但是一旦电涌保护器中的滑片被阻挡，导致电弧屏蔽功能丧失，电涌保护器或模块极有可能发生绝缘闪络事故，这是TMOV或SPD着火的主要原因。更糟糕的是，本应由滑块触发的报警系统没有起到作用，电涌保护器的失效没有及时通知到相关维护人员，此次或者下次过电压浪涌过电压必然会对设备造成不可挽回的损失。为了避免弹片上残留的锡膏阻挡滑块运动，本脱扣弹片带有V形突起的独特设计，解决了上述严重问题，可靠性非常高。

3、热保护装置短路电流的分断能力

根据UL1449的测试程序，对于1类和2类浪涌保护器，在无外接熔断器的情况下，试品应在各个短路电流等级下完成脱扣。如附图3，是一个理想的限流熔断器完成断开电路的整个过程。图中显示了最大瞬时峰值电流(Ipeak)在发生故障后的第一个半周期，灰色区域代表不使用限流熔断器情况下的峰值电流,而绿色区域描绘了使用限流熔断器时的峰值电流。当故障发生时,根据功率因数，最大可能电流峰值在没有电流限制时可高达2.3倍的交流故障电流。然而,当使用限流熔断器时,最大峰值电流只是潜在故障电流的一小部分。曲线下的面积代表熔断器允许通过的能量(I2t)。I2t越低,通过电路时被切断的热能的破坏性就越低。

根据UL1449 44.2的描述，在测试过程中不得出现下列现象:

a)排放的火焰,熔融金属,发光或燃烧的颗粒通过任何开口(现有或由于测试)产生的物体；

b)炭化,发光,或燃烧的零件部件,卫生纸,或粗棉布；

c)外壳着火；

d)引起外壳的任何的开口导致带电部件的裸露；

e)结构完整性损失严重,能够引起短路或接地的风险；

从UL授权的实验室测试短路电流500A的测试结果来看，产品脱扣表现非常稳定。收集了大量实验数据，脱扣的时间与MOV的压敏电压U1mA有密切关系。U1mA/Ut 越大，脱扣时间越长；U1mA/Ut越小，脱扣时间越短。当U1mA/Ut大到一定程度时，产品会进入热稳定状态，此时脱扣装置则不会脱扣。

表2列出了LST150系列产品在23kA的短路电流条件下的测试结果。从表中A2 号产品的测试情况可知，当U1mA/Ut小到一定程度时，脱扣时间不会一直减小，这是由于再快的取热方式的热传导过程也需要时间。若MOV的热量在传导到热保护机构之前即被击穿，此时增加了产品短路烧毁的风险。所以在制造过程中，不同型号的压敏电阻应与TMOV或电涌保护器的标称电压和应用场景相对应。

表2SCCR 23kA测试条件下，U1mA/Ut对脱扣性能的影响

从测试结果可以看到A2产品出现了失效，从失效产品的性能参数来看，其MOV的压敏电压U1mA是287V，而测试电压为277V，所以U1mA/Ut＝1.04时出现了失效。即可以预见的是，MOV的压敏电压与测试电压的比值小于1.04产品有可能失效。

经过UL1449规定的一系列其他测试，此热保护型浪涌保护器的设计在新氧化锌配方和制成工艺的基础上，实现了由现有第四类元器件的应用到第一和第二类应用的升级，在性能关键测试如标称雷击测试，短路电流测试等，都表现良好。

Claims (7)

1.一种热保护型电涌保护器，包括壳体(7)，所述壳体(7)内设有电极(6)，其特征在于，所述壳体(7)中间开有窗口，所述壳体(7)上设有热脱扣弹片(3)、灭弧挡块(4)、压敏电阻(1)、微动开关(5)和铜脚(8)；所述热脱扣弹片(3)的一端通过热脱扣焊接面(2)与电极(6)连接，另一端与铜脚(8)连接；所述热脱扣弹片(3)上设有V形槽；所述灭弧挡块(4)设于热脱扣弹片(3)与电极之间；所述压敏电阻(1)与电极(6)连接。

2.根据权利要求1所述的热保护型电涌保护器，其特征在于，所述压敏电阻(1)为氧化锌压敏电阻片。

3.根据权利要求2所述的热保护型电涌保护器，其特征在于，所述氧化锌压敏电阻片的厚度为32-36mm。

4.根据权利要求1所述的热保护型电涌保护器，其特征在于，所述热脱扣弹片(3)的材质为铍铜。

5.根据权利要求1所述的热保护型电涌保护器，其特征在于，所述热脱扣焊接面(2)的尺寸为9-9.5mm×3-4mm。

6.根据权利要求1或5所述的热保护型电涌保护器，其特征在于，所述热脱扣焊接面(2)上设有直径1-1.5mm的圆孔。

7.根据权利要求1所述的热保护型电涌保护器，其特征在于，所述热脱扣弹片(3)与热脱扣焊接面(2)之间的角度为60°-70°。

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