WO2014071628A1 - 具有短路电流保护功能的电涌保护器 - Google Patents

Abstract

一种具有短路保护功能的电涌保护器（100），包括电涌保护模块（102）和短路电流保护模块（101）。电涌保护模块泄放并抑制电涌电流和电压，电涌保护模块为插拔式模块。短路电流保护模块集成在基座中，短路电流保护模块为电涌保护模块提供短路保护与插拔安装。该电涌保护器克服了使用外置式过电流保护装置为后备保护所带来的冲击电流问题，同时限流能力强，短路分断能力好，最小瞬时脱扣电流值小，在暂时过电压（TOV）出现故障模式能够耐受，在低电流下也可以起到保护的作用。

Description

具有短路电流保护功能的电涌保护器 技术领域

本发明涉及低压配电系统的过电压保护领域， 更具体地说， 涉及一种 具有短路保护功能的限压型电涌保护器。 背景技术

由于冲击、 工频电压波动及环境温度变化等因素， 对于限压型 SPD的 元件 （压敏电阻） 必定会产生劣化或短路失效， 导致热的、 短路的或电击 的等故障对周围的人、 物或系统本身构成威胁。 因此， 限压型 SPD必须对 其进行劣化和短路保护， 即必须配置防热崩溃（热保护 )、 防短路失效（短 路保护） 的脱离器。 当限压型 SPD 发生劣化或短路失效时， 脱离器能将 SPD从系统中断开， 以防止系统持续故障， 避免火灾的发生。

在现有限压型 SPD故障保护技术中，对于防热崩溃的脱离器通常采用 过电流保护元件作为外部装置。 过电流保护元件一般为断路器、 熔断器、 RCD。 由于这些外部装置是以工频特性为基础而设计的， 没有相匹配的电 涌技术性能指标， 在选用时， 无法保证在这二方面性能实现特性相匹配。 可能会出现外置式短路保护装置无法承受与限压型 SPD 相匹配的电涌冲 击；对于过电流保护元件和 SPD组合后的整体残压 Up值无法明确等现象， 这些问题将会降低限压型 SPD使用中的安全性和保护效果。

申请号为 CN200810039516.1 , 题为 "具有后备保护的电涌保护器" 的专利申请揭示了一种具有后备保护的电涌保护器， 集成了短路保护装置 与电涌保护器一体化设计概念，以及克服了现有限压型 SPD使用外部短路 保护装置为后备保护所带来的残压高的问题。

但是该申请专利还是有很大的缺陷， 例如： 1、 通流容量小； 2、 短路 分断能力低； 3、 没有短路电流小倍数过载的保护， 保护区间小； 4、 短路 保护装置保护可靠性不高； 5、 没有考虑在大容量电涌冲击所带来的系统故 障引起的暂时过电压的保护问题； 6、 产品整体体积大。

发明内容

本发明旨在提出一种具有短路保护功能的限压型电涌保护器。

根据本发明的一实施例， 揭示了一种具有短路电流保护功能的一体化 电涌保护器， 包括电涌保护模块和短路电流保护模块。 电涌保护模块泄放 并抑制电涌电流和电压， 电涌保护模块为插拔式模块。 短路电流保护模块 集成短路保护功能与插拔基座一体化设计，短路电流保护模块为可恢复式， 为电涌保护模块提供短路保护与插拔安装。

在一个实施例中， 短路电流保护模块包括： 底座和盖、 动触头和静触 头、 雷敏开关、 电磁机构、 弹性接线片、 隔板、 第一接线端子、 第二接线 端子、 第一弹性插脚和第二弹性插脚。 盖盖在底座上形成短路电流保护模 块的外壳。 静触头包括静触头支架。 雷敏开关连接静触头和弹性接线片。 电磁机构包括铁轭和线圈。 弹性接线片具有弹性引脚、 上端弯曲伸出部分 和下端延伸部分。 隔板安装在底座上， 隔板与底座形成自熄形灭弧室。 第 一接线端子连接外部相线， 第二接线端子连接外部相线或地线。 第一弹性 插脚和第二弹性插脚插接电涌保护模块，第一弹性插脚连接第一接线端子， 第二弹性插脚连接第二接线端子。

在一个实施例中， 为保证流过动触头支架和静触头支架的电流是相同 方向的， 静触头支架是 U形回转支架。

在一个实施例中， 为保证高限流能力的要求， 采用阻抗大于 200Γ Ί Ω 的高阻值线圈进行限流。 雷敏开关与此高阻值线圈并联， 雷敏开关的第一 端连接到静触头支架。

在一个实施例中， 雷敏开关的第二端与弹性接线片的弹性引脚相互连 接， 弹性接线片提供弹性压力将雷敏开关压紧。 静触头支架的上端伸出部 分与线圈的第一端焊接于铁轭的伸出部分。 弹性接线片的上端弯曲伸出部 分与线圈的第二端相互焊接连接， 弹性接线片的下端延伸部分通过接线片 与第一插脚片相互连接。

在一个实施例中， 隔板上设有梯形状的栅片。

在一个实施例中， 动触头为银钨合金材料、 静触头为银碳化钨合金材 料。

在一个实施例中， 雷敏开关为陶瓷气体放电管， 标称直流击穿电压大 于 250V。

在一个实施例中， 短路电流保护模块还包括手柄、 操作机构、 卡板和 选择性安装的远程报警装置。

在一个实施例中， 电涌保护模块具有第一插片和第二插片， 第一插片 和第二插片与第一弹性插脚和第二弹性插脚插接。

在一个实施例中， 产品整体宽度为 27mm或 36mm , 电涌保护模块的 宽度为 9mm 或 18mm; 电涌保护模块在两侧设有不同高度的凸棱， 短路 电流保护模块的对应面上设有相互对应高度的凹槽， 防止误插拔。

本发明的具有短路电流保护功能的电涌保护器具有如下的优势： 1 )解决了雷电冲击电流和工频短路电流之间的配合， 同时对整体回路 进行高限流能力的要求，优选采用正温度系数的大电阻，如阻抗大于 200m Ω的高阻值线圈。 限流能力强， 也就是说短路电流的保护能力高， 短路分 断能力好；

2 )对小倍数过载电流进行保护， 低短路电流的保护最小达 10A, 扩大 了短路保护范围， 可适用于任何接地系统；

3 ) 首次提出可恢复式的 TOV耐受模式， 消除了传统 TOV故障和耐 受模式下的喷火， 杜绝了火灾隐患， 安全可靠性非常高；

4 )改变利用电动斥力使触头提前斥开的原理， 在大容量雷电冲击电流 冲击时不会发生误动作情况， 能够提高触头的使用寿命；

5 )残压 Up可控， 工频电流和浪涌电流双通道快速转换灵敏性和可靠 性高。 频敏电流转化开关不仅考虑了系统过电压， 也兼顾了操作过电压， 防止了雷敏开关的误动作， 确保了产品的稳定性和高短路分断能力； 6 )采用耐烧蚀的触头材料配对， 耐烧蚀性和抗电磨损能力高， 大容量 雷电流冲击下触头压力的变化范围小；

7 )雷敏开关采用弹性件接触的连接方式， 保证雷敏开关装配时的完好 性， 便于装配；

8 )触头间同向电流相吸与正温度系数的大电阻限流的配合降低了灭弧 要求， 增大了放气通道加速气体快速排除， 仅利用气吹灭弧， 产品体积更 加小型化。 附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、 性质和优势将通过下面结合附图和 实施例的描述而变得更加明显， 在附图中， 相同的附图标记始终表示相同 的特征， 其中：

图 1 揭示了根据本发明的一实施例的具有短路电流保护功能的电涌保 护器的整体结构图。

图 2揭示了根据本发明的一实施例的具有短路电流保护功能的电涌保 护器中的电涌保护模块的结构图。

图 3揭示了根据本发明的一实施例的具有短路电流保护功能的电涌保 护器中的电涌保护模块和基座插接的结构图。

图 4揭示了根据本发明的一实施例的具有短路电流保护功能的电涌保 护器中的短路电流保护模块的内部结构图。

图 5揭示了根据本发明的一实施例的具有短路电流保护功能的电涌保 护器中的短路电流保护模块的隔板的结构图。

图 6揭示了根据本发明的一实施例的具有短路电流保护功能的电涌保 护器中的短路电流保护模块的自熄形灭弧室的结构图。 具体实施方式

本发明旨在提出一种具有短路电流保护功能的电涌保护器， 包括电涌 保护模块和短路电流保护模块。电涌保护模块泄放并抑制电涌电流和电压， 电涌保护模块为插拔式模块。 短路电流保护模块集成在基座中， 短路电流 保护模块为电涌保护模块提供短路保护与插拔安装。

短路电流保护模块包括： 底座和盖、 动触头和静触头、 雷敏开关、 电 磁机构、 弹性接线片、 隔板、 第一接线端子、 第二接线端子、 第一弹性插 脚和第二弹性插脚。 盖盖在底座上形成基座的外壳。 静触头包括静触头支 架， 静触头支架是 U形回转支架。 电磁机构包括铁轭和线圈， 线圈连接到 阻抗大于 200Γ Ί Ω的高阻值电阻， 具有很强的限流能力。 雷敏开关连接静 触头和弹性接线片。 雷敏开关与线圈并联， 雷敏开关的第一端连接到静触 头支架。 雷敏开关的第二端与弹性接线片的弹性引脚相互连接， 弹性接线 片提供弹性压力将雷敏开关压紧。 静触头支架的上端伸出部分与线圈的第 一端焊接于铁轭的伸出部分。 弹性接线片的上端弯曲伸出部分与线圈的第 二端相互焊接连接， 弹性接线片的下端延伸部分通过接线片与第一插脚片 相互连接。 弹性接线片具有弹性引脚、 上端弯曲伸出部分和下端延伸部分。 隔板安装在底座上， 隔板上设有梯形状的栅片， 隔板与底座形成自熄形灭 弧室。 第一接线端子连接外部相线， 第二接线端子连接外部相线或地线。 第一弹性插脚和第二弹性插脚插接电涌保护模块， 第一弹性插脚连接第一 接线端子， 第二弹性插脚连接第二接线端子。

动触头为银钨合金材料、 静触头为银碳化钨合金材料。 雷敏开关为陶 瓷气体放电管， 标称直流击穿电压大于 250V。短路电流保护模块还包括手 柄、 操作机构、 卡板和选择性安装的远程报警装置。

电涌保护模块具有第一插片和第二插片， 第一插片和第二插片与第一 弹性插脚和第二弹性插脚插接。 产品整体宽度为 27mm或 36mm , 电涌保 护模块的宽度为 9mm或 18mm; 电涌保护模块在两侧设有凸棱， 短路电 流保护模块的对应面上设有对应的凹槽。

本发明的具有短路电流保护功能的电涌保护器具有如下的几个特点：

1 )采用正温度系数的大电阻增加限流的手段进行短路电流保护， 选用 阻抗大于 20θΓΤΐ Ω的高阻抗电磁线圈， 产品短路分断能力高， 同时有利于 电磁机构在低故障电流下的动作， 并且最小瞬时脱扣电流值小， 产品短路 保护范围大， 可适用于任何接地系统；

2 ) 可恢复式的 TOV耐受模式， 没有火星以及喷火现象；

3 )运用动静触头相近支架电流同向从而减小电动斥力的原理， 设计采 用静触头支架， 为 U型回转型结构， 使得动触头与安装静触头的 U型回转 型结构支架的一侧在电动力的作用下， 具有相互吸引的作用力， 在雷电冲 击电流冲击时， 延迟了动触头斥开的反应时间， 同时动触头在吸引了的作 用下， 斥开时受到的冲击力减小， 因此不会导致操作机构跳扣因冲击而产 生误动作， 结合高阻抗的限流以及触头仅通过电磁机构作用斥开的设计， 操作机构的稳定性非常好；

4 )频敏电流转化开关中的雷敏开关在电的连接上是并联在电磁线圈之 前， 也就是说雷电冲击电流经过时， 是先经过雷敏开关泄放， 然后泄放以 后的电流再流过电磁线圈， 降低了电磁线圈所承载的电涌能量， 提高了短 路电流保护模块的电涌承受能力；

5 )通过装配在产品内部形成了自熄形的灭弧室， 取代原有的耦合式灭 弧室， 产品体积更加小型化。 所谓的自熄形灭弧室， 是在产品零件上设计 带有梯形状的栅片， 通过产品装配， 在动静触头开合处形成一个半密封式 的灭弧室， 而动静触头完全被包围在这个半密封式的灭弧室当中。 因为大 电阻的限流， 当动触头斥开时， 使得产品在故障大电流情况下产生的电弧 电流不大， 第一时间通过气吹进行灭弧；

6 ) 动触头为银钨合金材料、 静触头为银碳化钨合金材料；

7 ) 雷敏开关的标称直流击穿电压大于 250V;

8 ) 电涌保护模块具有防误插拔功能。

图 1〜图 6揭示了根据本发明的一实施例的具有短路电流保护功能的电 涌保护器的结构图。 如图 1〜图 6所示： 该具有短路保护功能的电涌保护器 1 00 旨在解决现有电涌保护器应用时使用外部过电流保护装置为后备保护 所带来的问题。 该具有短路电流保护功能的电涌保护器 100括短路电流保 护模块 101和电涌保护模块 102, 述的短路电流保护模块 101用于保护电 涌保护模块 102,电涌保护模块 102是用于电涌电流和电压的泄放和抑制， 短路电流保护模块 101 与安装电涌保护模块 102的基座是一体化的， 电涌 保护模块 102是可插拔式的。

短路电流保护模块 101 包括底座 103、 盖 105、 动触头 106、 静触头 107、 雷敏开关 108、 电磁机构 109、 手柄 110、 操作机构 111、 弹性接线 片 112、 隔板 113、 卡板 114、 第一接线端子 115、 第二接线端子 116、 第 一弹性插脚 117和第二弹性插脚 118以及可以选择性安装的远程报警装置 104。

盖 105盖在底座 103上形成基座， 即电涌保护模块 102的外壳。 静触 头 107包括静触头支架 107a,静触头支架 107a是采用 U形回转型结构的 U形回转支架， 以确保流过静触头 107与动触头 106的电流的流向保持一 致， 这样使得动触头 106与安装静触头的 U型回转支架的靠近动触头的一 侧在电动力的作用下， 具有相互吸引的作用力， 保证在大电流容量的冲击 下， 延迟了动触头斥开的反应时间， 而且动触头在斥开时的冲击力小， 不 会导致操作机构 111跳扣的误动作。

电磁机构 109包括铁轭 109a和线圈 109b, 线圈 109b包括高阻值电 阻， 高阻值电阻对线圈 109b进行限流， 高阻值电阻的阻抗大于 30θΓΤΐΩ。 线圈 109b的匝数大于 100 匝， 这样有利于电磁机构在低故障电流下的动 作， 同时保证短路电流保护模块具有高分断能力。

雷敏开关 108与电磁机构 109的线圈 109b在电的连接上是并联的关 系， 进一步， 雷敏开关 108的第一端与静触头 107的 U型回转型的静触头 支架 107a相互连接， 雷敏开关 108的第二端与弹性接线片 112的弹性引 脚相互连接， 由弹性接线片 112提供弹性压力将雷敏开关 108压紧。 弹性 接线片 112具有弹性引脚、 上端弯曲伸出部分和下端延伸部分。 安装静触 头 107的 U型回转型的静触头支架 107a的上端伸出部分与线圈 109b的 第一端一起焊接于铁轭 109a的伸出部分。 弹性接线片 1 12的上端弯曲伸 出部分与线圈 109b的第二端相互焊接连接。 弹性接线片 1 12的下端延伸 部分通过接线片 1 19与第一插脚片 1 17相互连接。 这样的连接型式， 保证 了在电上雷敏开关并联在电磁机构线圈的前面， 更具体的说， 在浪涌电流 侵入时， 当电涌的能量通过静触头支架时， 首先是通过雷敏开关泄放的， 然后泄放后的电流才通过电磁线圈， 这样大大降低了大电阻线圈所承载的 电涌能量， 提高了短路电流保护模块的电涌承受能力。

底座 103 与隔板 1 13 的装配在产品内部形成了一个自熄形的灭弧室 120。 具体的说， 在隔板 1 13上设有梯形状的栅片， 通过底座 103与隔板 1 13两者的紧密装配， 在动静触头开合处形成一个半密封式的灭弧室 120， 将动静触头完全被包围在这个灭弧室当中。 当动触头斥开产生电弧时， 电 弧在电动力作用下沿着 U型回转结构的支架的一侧向下运动， 第一时间电 弧直接被梯形栅片切割， 达到熄灭电弧的效果。

短路电流保护模块 101是集成在安装电涌保护模块 102的基座中， 用 于连接外部接线的第一和第二接线端子均位于短路电流保护模块内， 位于 短路电流保护模块内的第一接线端子 1 15是用于与外部相线连接 , 而第二 接线端子 1 16是用于与外部相线或地线相连。 短路电流保护模块内的第一 接线端子 1 15是通过内部的 ―系列电的连接与安装电涌保护模块的第一插 脚 1 17相连， 而第二接线端子 1 16与安装电涌保护模块的第二插脚 1 18相 互连接， 保证短路电流保护模块对所述的电涌保护模块提供后备保护。

电涌保护模块 102是设计为可插拔式结构， 更换简单， 快捷。 电涌保 护模块 102是通过其第一插片 122和第二插片 123插入短路电流保护模块 内的对应的第一插脚 1 17和第二插脚 1 18内而实现相互连接的。 电涌保护 模块在其两侧设有不同高度凸棱 121 , 而在短路电流保护模块安装对应面 上设有对应不同高度的凹槽， 确保电涌保护模块安装可靠， 不会进行误插 拔操作。

电涌保护模块 102设计为宽度为 9mm或 18mm , 符合国际设计惯例， 模块安装兼容性更强。

动触头 106为银钨合金材料、 静触头 107b为银碳化钨合金材料， 能 够非常有利的减緩电涌能量对动、 静触头的熔蚀， 确保在经过多次大电流 容量冲击后， 短路电流保护模块仍然有效， 大大提高了使用寿命。

雷敏开关 108为开关元件， 优选采用充气式放电管， 如陶瓷气体放电 管， 标称直流击穿电压大于 250V。

本发明的具有短路电流保护功能的电涌保护器具有如下的优势：

1 )解决了雷电冲击电流和工频短路电流之间的配合， 同时对整体回路 进行高限流能力的要求，优选采用正温度系数的大电阻，如阻抗大于 200m Ω的高阻值线圈。 限流能力强， 也就是说短路电流的保护能力高， 短路分 断能力好；

2 )对小倍数过载电流进行保护， 低短路电流的保护最小达 10A, 扩大 了短路保护范围， 可适用于任何接地系统；

3 ) 首次提出可恢复式的 TOV耐受模式， 消除了传统 TOV故障和耐 受模式下的喷火， 杜绝了火灾隐患， 安全可靠性非常高；

4 )改变利用电动斥力使触头提前斥开的原理， 在大容量雷电冲击电流 冲击时不会发生误动作情况， 能够提高触头的使用寿命；

5 )残压 Up可控， 工频电流和浪涌电流双通道快速转换灵敏性和可靠 性高。 频敏电流转化开关不仅考虑了系统过电压， 也兼顾了操作过电压， 防止了雷敏开关的误动作， 确保了产品的稳定性和高短路分断能力；

6 )采用耐烧蚀的触头材料配对， 耐烧蚀性和抗电磨损能力高， 大容量 雷电流冲击下触头压力的变化范围小；

7 )雷敏开关采用弹性件接触的连接方式， 保证雷敏开关装配时的完好 性， 便于装配；

8 )触头间同向电流相吸与正温度系数的大电阻限流的配合降低了灭弧 要求， 增大了放气通道加速气体快速排除， 仅利用气吹灭弧， 产品体积更 加小型化。 上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的， 熟 悉本领域的人员可对上述实施例做出种种修改或变化而不脱离本发明的发 明思想， 因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限， 而应该是符合权 利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims

权利要求

1 . 一种具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征在于， 包括： 电涌保护模块， 电涌保护模块泄放并抑制电涌电流和电压， 电涌保护 模块为插拔式模块；

短路电流保护模块， 集成在基座中， 短路电流保护模块为所述电涌保 护模块提供短路保护与插拔安装。

2. 如权利要求 1所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征 在于， 所述短路电流保护模块包括：

底座和盖， 盖盖在底座上形成基座的外壳；

动触头和静触头， 静触头包括静触头支架；

雷敏开关， 雷敏开关连接静触头和弹性接线片；

电磁机构， 电磁机构包括铁轭和线圈；

弹性接线片， 弹性接线片具有弹性引脚、 上端弯曲伸出部分和下端延 伸部分；

隔板， 隔板安装在底座上， 隔板与底座形成自熄形灭弧室；

第一接线端子， 第一接线端子连接外部相线；

第二接线端子， 第二接线端子连接外部相线或地线；

第一弹性插脚和第二弹性插脚， 第一弹性插脚和第二弹性插脚插接电 涌保护模块， 第一弹性插脚连接第一接线端子， 第二弹性插脚连接第二接 线端子。

3. 如权利要求 2所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征 在于，

所述静触头支架是 U形回转支架， 静触头和动触头电流流向一致； 所述电磁线圈连接到阻抗大于 50θΓΤΐ Ω的高阻值电阻， ； 雷敏开关与线圈并联， 雷敏开关的第一端连接到静触头支架。

4. 如权利要求 3所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征 在于，

雷敏开关的第二端与弹性接线片的弹性引脚相互连接， 弹性接线片提 供弹性压力将雷敏开关压紧；

静触头支架的上端伸出部分与线圈的第一端焊接于铁轭的伸出部分； 弹性接线片的上端弯曲伸出部分与线圈的第二端相互焊接连接， 弹性 接线片的下端延伸部分通过接线片与第一插脚片相互连接。

5. 如权利要求 3所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征 在于， 所述隔板上设有梯形状的栅片。

6. 如权利要求 2所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征 在于，

所述的动触头为银钨合金材料；

所述的静触头为银碳化钨合金材料。

7. 如权利要求 2所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征 在于，

所述雷敏开关为陶瓷气体放电管， 放电电压大于 250V。

8. 如权利要求 2所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征 在于， 所述短路电流保护模块还包括手柄、 操作机构、 卡板和选择性安装 的远程报警装置。

9. 如权利要求 2所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特征 在于， 所述电涌保护模块具有第一插片和第二插片， 第一插片和第二插片 与第一弹性插脚和第二弹性插脚插接。

10. 如权利要求 2所述的具有短路电流保护功能的电涌保护器， 其特 征在于，

电涌保护模块的宽度为 9mm或 18mm;

电涌保护模块在两侧设有不同高度凸棱， 短路电流保护模块的对应面 上设有对应的具有对应高度的凹槽。