CN216851297U - 一种三极空气间隙型触发装置及电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三极空气间隙型触发装置及电涌保护器。本实用新型提供的三极空气间隙型触发装置，包括触发放电电路、空气间隙和电涌放电仓，所述触发放电电路包括触发器和放电器串联得到，所述放电器与所述放电仓连通，所述放电器与所述空气间隙的空间形成所述电涌放电仓。本实用新型提供的三极空气间隙型触发装置及电涌保护器具有较快的响应时间。

Description

一种三极空气间隙型触发装置及电涌保护器

技术领域

本实用新型属于放电触发装置技术领域，具体涉及一种三极空气间隙型触发装置及电涌保护器。

背景技术

在开关型电涌保护器的应用中，空气间隙由于其通流量大，残压低等优势备受关注，同时也因为空气间隙导通响应时间滞后于压敏电阻型的压敏电阻响应时间而在应用中受到限制。

目前，检验雷电流能量和大小的波形,无论是IEC标准还是GB标准，通常采用8/20uS和10/350uS两种波形，无论哪一种波形，电涌保护器必须在雷电流波形的上升沿启动，并在此后的整个雷电波过程中经得起雷电流耐受考验，同时使在电涌保护器两端的剩余电压维持在设定值范围内。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种三极空气间隙型触发装置及电涌保护器。

本实用新型提供一种三极空气间隙型触发装置，包括触发放电电路、空气间隙和电涌放电仓，所述触发放电电路包括触发器和放电器，所述触发器和放电器串联，所述放电器与所述放电仓连通，所述放电器与所述空气间隙的放电空间形成所述电涌放电仓。

优选地，所述放电器包括多个间隔设置的放电片，相邻放电片之间的距离为0.1mm-1mm。

优选地，所述放电器还包括多个绝缘片，所述多个放电片和所述多个绝缘片交错设置，且相邻放电片和绝缘片之间形成有微放电间隙。

优选地，所述多个放电片和多个绝缘片具有放电孔。

优选地，所述触发器的第一端与所述空气间隙的第一端连接，所述触发器的第二端与所述放电器的第一端连接，所述放电器的第二端与所述空气间隙的第二端连接，所述空气间隙的第一端和第二端之间与放电器构成所述电涌放电仓。

优选地，所述触发器包括压敏电阻和气体放电管，所述压敏电阻与所述气体放电管串联；或，所述触发器包括压敏电阻和微型间隙，所述压敏电阻和微型间隙串联；或，所述触发器为微型间隙或气体放电管。

优选地，所述压敏电阻为氧化锌压敏电阻，当所述触发器包括压敏电阻和气体放电管时，所述气体放电管为快速响应开关型气体放电管。

优选地，当所述触发器包括压敏电阻和微型间隙时，所述压敏电阻包括依次设置的第一耐电蚀导电体、具有中心孔的绝缘片和第二耐电蚀导电体，所述第一耐电蚀导电体、具有中心孔的绝缘片和第二耐电蚀导电体之间形成有所述微型间隙。

本实用新型还提供一种电涌保护器，包括所述的三极空气间隙型触发装置，所述空气间隙形成有电涌放电主通道，所述触发器串联放电器形成有触发放电通道，所述触发放电通道的击穿电压小于所述电涌放电主通道的击穿电压。

本实用新型还提供一种三极空气间隙型电涌保护器，包括所述的电涌保护器和压敏电阻型电涌保护器，所述电涌保护器和压敏电阻型电涌保护器并联设置。

本实用新型提供的三极空气间隙型触发装置，使空气间隙型电涌保护器具有压敏电阻型电涌保护器的响应时间。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型优选实施例更具体说明，本实用新型上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。

图1为本实用新型实施例1提供的电涌保护器结构示意图；

图2为本实用新型实施例2提供的电涌保护器结构示意图；

图3为本实用新型实施例3提供的触发器结构示意图；

图4为本实用新型实施例4提供的触发器结构示意图；

图5为本实用新型实施例5提供的放电器结构示意图；

图6为本实用新型实施提供的电涌保护器和压敏电阻零距离并联的试验示意图。

图7为本实用新型实施提供的电涌保护器试验冲击波形示意图。

图8为本实用新型实施例的6提供的电涌保护器结构示意图，应用于电源系统零地保护。

1-触发器；2-放电器；3-放电仓；11-压敏电阻；12-气体放电管；13-微型间隙；14-放电管或微型间隙，21-放电孔；41-第一放电片；42-第二放电片； 43-第三放电片；44-第四放电片；45-第四放电片；46-第四放电片；47-绝缘片； 121-第一耐电蚀导电体；122-中心孔的绝缘片；123-第二耐电蚀导电体；124- 微放电间隙，E-间隙正极，F-间隙负极。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1-8，本实用新型实施例提供一种三极空气间隙型触发装置，包括触发放电电路、空气间隙和电涌放电仓3，触发放电电路包括触发器1和放电器 2，触发器1和放电器2串联，放电器2与空气间隙的空间形成电涌放电仓3。

本实施例提供的三极空气间隙型触发装置，在电涌脉冲来到时，放电器2 在电涌放电仓3内优先产生电火花，电火花加速触发装置的空气间隙的空气电离，促使空气间隙的电极两端形成电弧放电。使空气间隙型触发装置完全导通时间控制在IMAX＝5kA压敏电阻型MOV电涌保护器(T2)及本触发装置可耐受的时间内。

本实施例提供的三极空气间隙型触发装置，在研究雷电波形的研究基础上，实现了空气间隙放电快速响应，使本实施例的触发装置与压敏电阻型MOV(压敏电阻)电涌保护器可以零距离并列安装。

本实施例提供的三极空气间隙型触发装置，引入空气间隙型触发装置完全导通时间概念，即浪涌起始开始到电涌放电主通道完全导通时的时间，此后触发通道处于旁路状态。

请参考图1，在优选实施例中，空气间隙正极E极和间隙负极F极、放电器 2形成放电仓3，放电器2的放电出口位于间隙正极E极和间隙负极F极之间。

请参考图2，在优选实施例中，触发器1的第一端与空气间隙的第一端(正极)连接，触发器1的第二端与放电器2的第一端连接，放电器2的第二端与空气间隙的第二端(负极)连接。

本实施例中，放电器2置于放电仓3内。触发器1与放电仓3内的放电器2 的连接形成了空气间隙的触发极W。触发极W:放电器2置于间隙放电仓3内，有电极片引出一个电极，形成与触发器1的连接，例如，图1-2中C-B的连接称为间隙触发极W。

请参考图2，进一步优选实施例中，放电仓3包括位于放电器2、间隙两端的E极和F极之间的空间。

本发明实施例提供一种电涌保护器包括之前任一项实施例提到的触发装置。空气间隙形成有电涌放电主通道，触发器1串联放电器2形成有触发放电通道，触发放电通道的击穿电压小于所述电涌放电主通道的击穿电压。

本实用新型提供的电涌保护器实现了Iimp＝100kA电涌保护器(规范称为T1) 和后端IMAX＝5kA压敏电阻型MOV电涌保护器(规范称为T2)的直接并列匹配。

本实用新型提供的电涌保护器所指的触发放电通道在第一状态时，处于断开状态；在第二状态时，处于导通状态。

本实施例提供的电涌保护器，触发放电通道的击穿电压小于电涌放电主通道的击穿电压，在触发装置正负极之间出现涌浪涌脉冲时，触发器1先行导通，放电器2产生电火花，促使电涌放电主通道导通。

本发明实施例提供的空气间隙型电涌保护的正负(相-零、相-地、零-地) 极之间存在有两个的导通通道。

电涌放电主通道：正负极之间的主放电空气间隙通道的E极和F极之间击穿形成的导通通道，是电涌保护器雷电流主放电通道，是雷电流的泄放通道。

电涌放电主通道：触发器1串联放电器2击穿形成的触发放电电路通道，是触发通道。

本实施例提供的触发装置及电涌保护器，在触发装置正负极之间出现涌浪涌脉冲时，触发器1先行导通，放电器2产生电火花，电火花的电弧加速空气间隙的E极和F极之间的放电仓3内部气体，促使导通电涌放电主通道。一般认为空气间隙的响应时间为100nS，但从间隙响应到E级和F级完全导通，受两方面因素影响，一是施加在E、F极的电平和能量，另一方面是E、F极内部空气电离状态。而T2电涌保护器的压敏电阻响应时间为25nS内。雷电流会首先通过早响应的器件，但响应器件快的压敏电阻通流较小，雷电流较大时可能会造成压敏器件损坏。本实例中的触发装置的电涌保护器，克服了其由于响应时间满而不能导通缺陷，实现了与压敏电阻性的电涌保护器并列零距离安装。

请参考图5，在优选实施例中，放电器2包括多个间隔设置的放电片，相邻放电片之间的距离为0.1mm-2mm。进一步优选实施例中，放电片包括第一放电片 41(C1)、第二放电片42(C2)、第三放电片43(C3)、第四放电片44(C4)、第五放电片45(C5)和第六放电片46(C5)，C1/C2、C2/C3、C3/C4、C4/C5、C5/C6 之间的距离d不同设置与电涌保护器的保护电压水平相关，经过试验测定的距离d与放电电压关系表1所示:

表1

请参考图5，在优选实施例中，放电器2还包括多个绝缘片47，多个放电片和多个绝缘片47交错设置，放电器2由金属片间隔叠加绝缘片47而成，且相邻金属片和绝缘片47之间形成有微放电间隙124。

请参考图5，在优选实施例中，多个绝缘片47和多个金属片具有放电出口。放电器2的C、D两端施加设定的阀值电压时，C1/C2、C2/C3、C3/C4、C4/C5、 C5/C6金属层之间放电出口边缘形成多个位置弧光放电。该放电现象促使放电通电的空气间隙E/F极之间的空气电离，加速E/F之间的导通。

请参考图1，在优选实施例中，触发器1是一种放电触发电路。

请参考图3，在其中一优选实施例中，触发器1包括压敏电阻11和气体放电管12，实施例中所指的压敏电阻11为氧化锌压敏电阻11，触发器1为压敏电阻11与气体放电管12串联组成的联合体或分离体。压敏电阻11与气体放电管12串联焊接连接或紧贴压接连接。在进一步优选实施例中，压敏电阻11为氧化锌压敏电阻，气体放电管12为快速响应开关型气体放电管12。从截止到导通的导通时间短，使空气间隙装置的电涌保护器完全导通时间在4uS以内，且雷电流起始陡度越高完全导通时间越短。

请参考图2至图6，在另一优选实施例中，触发器1包括压敏电阻11和微型间隙13，压敏电阻11和微型间隙13串联。触发器1为氧化锌压敏电阻与石墨等导电材料组成的间隙串联组成的联合体或分离体。

参考图4，进一步优选实施例中，压敏电阻11包括依次设置的第一耐电蚀导电体121、具有中心孔的绝缘片122和第二耐电蚀导电体123，第一耐电蚀导电体、具有中心孔的绝缘片122和第二耐电蚀导电体123之间形成有微型间隙 13。第一耐电蚀导电体121和第二耐电蚀导电体123的材料为石墨或钨铜，中心孔的绝缘片122为云母片。

本发明提供的触发器1，在工频状态下，气体放电管1212或微型间隙13用于阻断电源线路工频电流，放电器2完全处于隔离状态，触发放电通道导通电流等于零，其好处是使触发通路的元器件处于无功状态，避免了MOV高阻时微功耗老化；压敏电阻在电涌保护器放电电动作完成后切断触发放电通道工频续流。

本发明提供的触发装置，实现了触发器1与电涌保护器空气间隙一体化结构，分别实现了制备2P(宽36MM)结构的大容量(Iimp≥25kA)电涌保护器和1P(宽 18MM)结构的标准型(Iimp≥12.5kA)电涌保护器。无论是气体放电管1212或微间隙的导通电压都应大于电涌保护器的UC电压，其响应时间应达到本文放电启动电压的设置规定,起到隔离放电器2的作用。

请参考图2，在优选实施例中，触发器1包括温度保险机构或机械动作脱离机构。

参考图6，本发明实施例还提供一种电涌保护器，包括之前任一项实施例提到的触发装置得到的电涌保护器(T1)和压敏电阻型电涌保护器(T2)，本实施例中电涌保护器和压敏电阻型电涌保护器并联设置。

本发明实施例提供的电涌保护器把浪涌波的上升沿时间起到到浪涌波形突变下降为止的时间定义为空气间隙的导通时间T，该时间的确定了电涌保护器 T1与压型MOV电涌保护器T2压敏电阻型电涌保护器并列安装距离和浪涌能量的分配以及本发明的触发装置的耐受响应设置。本发明提供的触发装置实现了 Iimp＝100kA电涌保护器(规范称为T1)和IMAX＝5kA压敏电阻型MOV电涌保护器(规范称为T2)的匹配，即在浪涌波电流在5KA前，电涌保护器完全导通，其完全导通时间在Iimp＝100kA小于1uS。

对于标示具有T1+T2(BC级)共存的电涌保护器，T1间隙完全导通时间的设定与T2的耐受能力和标示的整体电压保护水平相关。重点是导通时间的设置及触发装置本体的难受能力。

本发明提供的电涌保护器正(E)负(F)电极之间放电间隙在浪涌脉冲达到后的，正负电极之间的间隙快速形成电涌放电主通道，需要触发器1、放电器2和正负电极放电间隙相互配合，浪涌脉冲的能量的绝大部分只能通过正负电极放电间隙泄放到大地。

本实施例提供的触发装置的设置计算

图1-2中，工频状态时，触发器1和放电器2处于悬挂状态，TEST1测试点的电平与正极的电平相同，只有在雷电浪涌电压等于(大于))触发器的GDT(或GAP)响应电压+放电器放电电压时，触发装置开始导通响应，该电压为该装置的启动电压。因此，从AB两极浪涌产生起始到触发装置响应的时间就是装置的响应时间。从AB两极浪涌产生到EF两极完全导通的时间就是装置形成的电涌保护器的导通时间。

在AB两极浪涌产生到EF两极完全导通的这段时间内，雷电流能量是由触发通道(第二通道)承受的，本发明综合测算了装置耐受性数据与电涌保护器标称值之间的关系(以设计最大值为例)。表2是设计参数

表2

表1：空气间隙电涌保护器及触发装置耐受设计参数

把实测值代入(1)式

其中U(t)为施加在电涌保护器两端浪涌电压，I(t)为流经触发装置的电流,T为完全导通时间，为简便估算，以8/20uS波形为例，

取浪涌波在正负极两端的最高剩余电压≈3000V,

Imax＝200KA在4uS时的电流为0.8*200KA*(4/8)＝80KA.

所以，0-4uS内流过触发电路的能量＜(1/2)*3000*(1/2)80*10³*4*10^-6＝240J(触发电路可以承受)。

表1是本发明的典型值，其他配置值可以由以上公式(1)推算，并由试验验证。该试验部分波形见图7。

将本实施例提供的电涌保护器进行性能测试：

按图6，本触发装置的空气间隙电涌保护器和压敏电阻并列安装。

测试方式：以电涌保护器标示的Iimp值为试验依据。分别以0.1Iimp， 0.25Iimp，0.5Iimp，0.75Iimp，1Iimp的冲击波冲击本实施例提供的电涌保护器，每次冲击时读取T2的表面温度和观测T2外观，表面温度保持略高于室温的，表明其匹配是正常的。表3本发明实现的Iimp＝50KA,T2选用3KA压敏电阻。压敏电阻所承受能量可参考公式1计算

表3

参考图8，在另一优选实施例中，触发器1只单独使用微型间隙或气体放电管。例如图8中，触发器1包括放电管或微型间隙14，放电器2中具有放电孔 21。其为电源系统零地保护的一种电涌保护器。该实例中取消了切断触发电路续流的压敏电阻，响应地提高了14的耐压电压为800V以上。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种三极空气间隙型触发装置，其特征在于，包括空气间隙、触发放电电路和电涌放电仓，所述触发放电电路包括触发器和放电器，所述触发器和放电器串联，所述放电器与所述放电仓连通，所述放电器与所述空气间隙的放电空间形成所述电涌放电仓。

2.如权利要求1所述的三极空气间隙型触发装置，其特征在于，所述放电器包括多个间隔设置的放电片，相邻放电片之间的距离为0.1mm-1mm。

3.如权利要求2所述的三极空气间隙型触发装置，其特征在于，所述放电器还包括多个绝缘片，所述多个放电片和所述多个绝缘片交错设置，且相邻金属片和绝缘片之间形成有微放电间隙，所述放电片和绝缘片的数量为2-12。

4.如权利要求3所述的三极空气间隙型触发装置，其特征在于，所述多个绝缘片和多个放电片具有放电孔。

5.如权利要求1所述的三极空气间隙型触发装置，其特征在于，所述触发器的第一端与所述空气间隙的第一端连接，所述触发器的第二端与所述放电器的第一端连接，所述放电器的第二端与所述空气间隙的第二端连接，所述空气间隙的第一端和第二端之间与放电器构成所述电涌放电仓。

6.如权利要求1所述的三极空气间隙型触发装置，其特征在于，所述触发器包括压敏电阻和气体放电管，所述压敏电阻与所述气体放电管串联；或，所述触发器包括压敏电阻和微型间隙，所述压敏电阻和微型间隙串联；或，所述触发器为微型间隙或气体放电管。

7.如权利要求6所述的三极空气间隙型触发装置，其特征在于，所述压敏电阻为氧化锌压敏电阻，当所述触发器包括压敏电阻和气体放电管时，所述气体放电管为快速响应开关型气体放电管。

8.如权利要求6所述的三极空气间隙型触发装置，其特征在于，当所述触发器包括压敏电阻和微型间隙时，所述压敏电阻包括依次设置的第一耐电蚀导电体、具有中心孔的绝缘片和第二耐电蚀导电体，所述第一耐电蚀导电体、具有中心孔的绝缘片和第二耐电蚀导电体之间形成有所述微型间隙。

9.一种电涌保护器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的三极空气间隙型触发装置，所述空气间隙形成有电涌放电主通道，所述触发器串联放电器形成有触发放电通道，所述触发放电通道的击穿电压小于所述电涌放电主通道的击穿电压。

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