过电压保护装置的制作方法

专利名称：过电压保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于过电压保护的电气设备，更具体地说，涉及适用于低压配电系统中的LPZO与LPZl区域的过电压保护装置。
背景技术：
根据现有认识可知，由雷电引起电力系统或信号系统的的过电压有两种途径，一种是通过地电位反击、雷击线路等途径直接作用于电气系统并损坏电力设备和其他电器；另一种是云闪、雷击大地或雷击其他建筑物通过耦合途径，间接作用于电气系统并损坏电力设备和其他电器。针对这些不同的侵入途径，IEC的标准IEC62305-1与标准IEC62305-4通过规定雷电保护区域LPZ(Lighting Protection Zone)的划分建立防雷系统,该方法经过多年的实际应用已经成为了常规依据。根据LPZ 的划分，安装在 LPZO 与 LPZl 区域的 SF1D (Surge ProtectiveDevices)应具有通过I级试验能力，即能够对部分直接雷进行泄放，为了达到这种能力，早期的技术是采用两个隔离设置(绝缘)的电极应用于被保护系统中，这种构造的产品被称之为“开关型电涌保护器”，其原理是利用雷电或其他瞬时过电压的高幅值特性击穿被隔离设置(尤其是空气介质)的电极，形成泄放雷电流所需的“通道”以达到防雷目的。这样的“开关型电涌保护器”应具有三个主要的产品性能要点。一、触发技术；二、续流遮断灭弧技术；三、电弧气体冷却技术。所以，所说的“开关型电涌保护器”应包括一个帮助触发电弧的触发元件与设置触发电弧被触发产生的火花隙，一个带有遮断续流灭弧作用的主间隙结构，一个可封闭并冷却高温高压电弧气体的冷却装置。中国专利CN100539336C揭示了一种过电压保护装置。该专利描述了一种具有两个电极、工作于两电极之间的空气击穿火花隙以及带有辅助点火功能的装置的过电压保护装置。与目前的主流的应用冲击变压器技术触发不同，该已知的过电压保护装置中的辅助点火装置为一“主动的辅助点火装置”。该辅助点火在过电压能量的作用下放出点火电弧并弓I发两个主电极之间的空气击穿火花隙也放出电弧。开关型电涌保护器为人诟病的是，在产生了两个主电极之间的电弧后，使得主电极之间的电气连接建立时，间隙电弧完成了泄放过电压能量的任务却无法迅速地被熄灭，这就造成了另一个问题。间隙电弧长时间的存在意味着长时间单相对地短路，这样有可能造成系统上主断路器跳闸。另外，按照I2RT的效应，长时间续流的存在对产品本身的寿命亦造成不可挽回的影响。所以，当开关型电涌保护器接入电网被用于保护负载时，总是希望这样的导电连接能够快速地消失。因此，开关型SPD的灭弧技术与触发技术同步地被提出。目前，市场上开关型电涌保护器主要采用类似于断路器的灭弧栅片的结构进行续流遮断，这样的技术主要是应用了 “电压过零熄弧”的技术。由于需要电网电压过零时才能遮断续流，这样的技术仍需要半个周期不到的时间进行灭弧，续流存在的时间还是较长。其中，中国专利CN1797878A揭示了一种过电压保护装置。其中叙述了一种结构，、将壳体构造为锥形的带有螺纹的内外壳体。其中，内外壳体上的内外螺纹是不连续的，通过锥形结构的两个壳体相互拧合，构成了一个或多个腔室。这些腔室即可作为电弧气体的冷却空间,且不增加原壳体的体积。经过多年开关型sro技术发展，科 研人员从电弧理论中总结出，可将引入到主间隙中的电弧长度拉长，使得电弧电压升高至高于电网电压，产生反向效应，从而将电弧能量快速截断。 另外地，科研人员还参考了在微型断路器中对产气材料的运用，在开关型s ro中，采用产气材料，利用产气材料的特性冷却电弧产生时的高温。问题在于，即便拉长主间隙中的电弧长度，抬高电弧电压，并采用产气材料作为开关型sro放电模块的器壁材料，利用其产气特性进行冷却，当主间隙的导电连接被截断，即主间隙的电弧被熄灭时，在开关型sro放电模块的腔室中仍然充满了高温高压带电离子的电弧气体。这样的气体由于产气材料的产气的效果，电离子的分布稀疏、不均匀。同时，由于电弧触发时产生的“积碳”效应，降低了放电模块中各部分的绝缘强度，可能产生外部短路的现象。而且，由于充满了高温高压电弧气体，放电模块壳体的强度是一个值得考虑的问题。采用高强度的材料作为壳体材料，这要求很高的材料费用。然而，不能简单且直接地将电弧气体从模块壳体中排出。如果高温高压的电弧气体直接从模块壳体排出，可能会影响附近设备的正常工作，增加了设备间的隔离要求。

发明内容
本发明旨在提出一种能够解决上述结构缺点的消焰、冷却方案，提出一种过电压保护装置。根据本发明的一实施例，提出一种过电压保护装置，包括相互嵌套的内壳体和外壳体，内壳体和外壳体嵌套形成容纳空间；电极组，设置在容纳空间中，电极组包括上电极、下电极、触发电极和触发元件；放电模块，设置在容纳空间中，放电模块包括第一结构件和第二结构件；上电极、下电极、触发电极和触发元件布置在第一结构件和第二结构件内，上电极和下电极之间具有放电通道，放电通道在平面上呈弧形延伸，当触发电极和触发元件产生触发电弧时，触发电弧进入放电通道，放电通道内的触发电弧促使上电极与下电极之间产生间隙电弧并形成电气连接。在一个实施例中，放电通道是弧形。在一个实施例中，第一结构件和第二结构件由高温高压下产气的产气材料制作。在一个实施例中，下电极具有至少一个缺口的半圆形凹槽。内壳体具有外螺纹，内壳体与圆盘件装配形成冷却室，冷却室与下电极的至少带有一个缺口的半圆形凹槽连通。外壳体内侧形成盘香形冷却通道，盘香形冷却通道与冷却室连通，或者也可以在圆盘件的下端面形成盘香形冷却通道，盘香形冷却通道与所述冷却室连通，该盘香形冷却通道在平面上沿着径向呈涡旋状延伸。外壳体的中心具有一小孔，小孔与盘香形冷却通道连通。在一个实施例中，内壳体和外壳体通过螺纹固定。本发明的过电压保护装置能够更好地实现过电压保护装置中放电模块内电弧气体冷却，并可靠地协助实现工频续流的遮断与阻止放电模块内电弧气体的重燃。


本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势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I揭示了根据本发明的一实施例的过电压保护装置的剖面结构图，其中揭示了多层冷却能级的结构。图2揭示了根据本发明的一实施例的过电压保护装置的结构图，其中揭示了圆弧形放电通道的结构。图3揭示了根据本发明的一实施例的过电压保护装置的结构图，其中揭示了主间隙与冷却装置的结构。、
图4揭示了根据本发明的第二实施例的过电压保护装置的结构图。
具体实施例方式本发明的设计方案是将过电压保护装置构造成一个有多层冷却能级的结构，可具体分为一个具有大的热容积的冷却室和一个具有长的冷却路径的冷却通道。按照本发明的设计方案，该过电压保护装置是如此地设置与构成其中，一个具有大的热容积的冷却室通过金属壳体的特殊设置来实现，两个同轴的金属壳体可相互旋拧在一起。这两个金属壳体既可作为放置内部放电模块的结构件，同时也可作为构成冷却室的基本结构。对这样的结构，优选地在两个金属壳体中的外壳体上设置内螺纹，在内壳体上设置外螺纹。所以，在过电压保护装置的装配完成后，内壳体部分应旋拧在外壳体部分中。此外，设置这样的一个圆盘件，其直径应小于外壳体的内直径而大于内壳体的内直径。同时，在圆盘件上设置一个具有一定厚度的圆环形凸台，对应地，在内壳体中内侧底端面也设置一个具有一定厚度的圆环形凸台。优选的是，圆盘形的圆环形凸台的外直径小于内壳体有螺纹环的内直径，而圆盘形的圆环形凸台的内直径应小于内壳体内侧底端面圆环形凸台的外直径。这样，在过电压保护装置完成装配的状态下，圆盘件上的圆环形凸台应插入到内壳体中。在这样的装配情况下，圆盘件的圆环形凸台与内壳体的圆环形凸台在外壳体的配合下，构成了多重空间且相互连通的结构。从剖面图上，多重空间形成了一个环“U”形的冷却室。根据本发明过电压保护装置，当高温高压的电弧气体在放电通道中形成后，从上、下电极之间的放电通道结构喷入上述的环“U”形冷却室。高温高压气体进入冷却室冷却处理后，再排入第二个冷却部分一冷却通道实行进一步冷却。通过金属壳体的两部分特征以及一个圆盘件的建构特征，提供了用于冷却高温高压的电弧气体的最大的冷却容积与冷却接触面积。同时，由于这样有方向的冷却路径的设置，使得高温高压的电弧气体从耐高温高压的工业塑料构成的主间隙排除后，不再接触其他的过电压保护装置内部放电模块中其他的塑料件。这样的设置，可以防止电弧气体对塑料件的损坏，对电弧气体的运动提供制动作用。同时，为了进一步地降低从金属壳体中喷出的电弧气体的压力和温度，根据本发明的技术方案，设置的冷却路径的冷却通道。这样的一个装置是如此设置和构成的，在金属壳体的外壳体的内底面设置一个盘香形的凹槽，并在内底面的圆心处钻有一个供冷却处理后的气体泄放的小孔。当装配这样的一个过电压保护装置时，将圆盘件的平滑面，即构造圆环形凸台结构面的反面，应紧密贴合到盘香形的凹槽上，与盘香形的凹槽构造成一个封闭的盘香形通道。优选地，构造这样的一个冷却路径的冷却通道，金属壳体的内、外壳体与圆盘件由铝合金、铜、钢、铜钨合金或其他的具有耐高热的材料制成，这样的设置可提供更大的热容量。高温高压的电弧气体在经过第一步的冷却室的冷却后，进一步地喷入具有长的冷却路径的冷却通道。电弧气体进入冷却通道后，沿着封闭的盘香形通道的路径轨迹，做盘旋的迂回运动。当电弧气体运动到金属外壳体的圆心时，从圆心处的小孔排放到放电模块外。优选地，可根据冷却能量的需要，对盘旋半径与圈数进行调整，从而调整不同放电模块中触发产生的电弧气体的冷却效果。
这样的方式是有利的，高温高压的电弧气体从产生到最后排放到放电模块外需经过两步冷却措施。这样的冷却措施对电弧气体将产生较大的控制能力，使得经过这样的冷却装置的电弧气体排出放电模块时，温度与压力不足以对周围的设备或人员造成损伤。同时，内、外壳体之间的螺纹保证放电模块壳体整体的耐压能力；且一个具有大的热容积的冷却室构造出较大冷却容积与冷却面积，一个具有长的冷却路径的冷却通道也大大增加了电弧气体的运动距离，即冷却长度远远地大于放电模块本身的长度，还不增加放电模块的体积。总的来说，可以保证电弧气体在放电模块内储存并冷却足够的时间，避免将电弧气体直接排放入周围环境。本发明的另一个优选的构成，封闭的盘香形通道如此的设置和构成，将盘香形凹槽设置在圆盘件的平滑面，将金属外壳体的内底面作为封顶的盖板。将如此设置的外壳体与圆盘件进行安装组合，构成盘香形冷却通道。按照上述的设计方案，本发明提出一种过电压保护装置，参考图I-图4所示，包括壳体、电极组和放电模块。壳体包括相互嵌套的内壳体108和外壳体111，内壳体108和外壳体111嵌套形成容纳空间。在一个实施例中，内壳体108上具有外螺纹，外壳体111上设有内螺纹，内壳体108和外壳体111通过螺纹固定。优选的螺纹是螺距是Imm的细螺纹。电极组设置在由内壳体108和外壳体111形成的容纳空间中，电极组包括上电极
102、下电极103、触发电极113和触发元件104。放电模块也设置在由内壳体108和外壳体111形成容纳空间中,放电模块包括第一结构件105和第二结构件106。上电极102、下电极103、触发电极113和触发元件104布置在第一结构件105和第二结构件106内，上电极102和下电极103之间具有放电通道107，放电通道107在水平方向上延伸，当触发电极113和触发元件104产生触发电弧时，触发电弧进入放电通道107，放电通道107内的触发电弧建立上电极102与下电极103之间的电气连接。在一个实施例中，放电通道107是弧形。放电通道107与放电模块的上端面平齐。放电模块的第一结构件105和第二结构件106由高温高压下产气的产气材料制作。下电极103具有至少带一个缺口的半圆形凹槽。内壳体108与圆盘件112装配形成冷却室109,冷却室109与下电极103的半圆形凹槽连通。外壳体111的内侧形成盘香形冷却通道110，盘香形冷却通道110与冷却室109连通。外壳体111的中心具有一小孔，小孔与盘 香形冷却通道110连通。附图1-4进一步揭示了根据本发明的实施例的过电压保护装置的技术原理及其实施方式。图I显示了过电压保护装置101的剖面结构图。按图I与图2所示，过电压保护装置101包含上电极102、下电极103和触发电极113，另外还具有辅助点火的触发元件104，这些电极以及触发元件设置在构成放电模块的第一结构件105和第二结构件106中。其中，上电极102与下电极103之间构成了弧形的放电通道107。当对过电压保护装置101施加能量较高的雷电过电压时，触发元件104对附近空间的介质(空气)施加影响，从而在其他因素共同作用下产生触发电弧，该触发电弧会进一步地对泄放雷电流的通道的影响，并最终达到建立承担主要泄放雷电流能量的通道。当触发电弧被触发产生并被进一步地拉入圆弧形放电通道107时，如图2所示，上电极102与下电极103之间的电气连接被建立了。由于弧形放电通道107相对于放电模块(包括第一结构件105和第二结构件106)的上端面是水平的，且与相对布置的上电极102和下电极103处于同一水平面。这样，当气相的电弧气体充满弧形放电通道107，电离子沿着按照弧形电场方向设置的弧形放电通道的型腔空间运动，并由于弧形放电通道107的设置，弧形放电通道107与两个主电极的连线不在同一直线上，形成了弱电场效应。所以，弱电场效应下的电场也引导电弧气体中的等离子体沿着通道方向快速地运动。同时，由于放电通道107的圆弧形构造，在洛伦茨力作用下有利于拉长电弧，抬高电弧电压，快速地遮断续流。按照上文所述，放电模块的第一结构件105和第二结构件106可优选地采用高温高压下产气的产气材料作为材料。在间隙电弧产生后，可析出气体能够加速推动间隙电弧离开放电通道，协助遮断续流。如图3所示，间隙电弧被遮断后，气相的电弧气体被排入下电极103的半圆形凹槽，并通过下电极103的半圆形凹槽上的缺口向由带外螺纹的内壳体108与圆盘件112装配形成的冷却室109中扩散，在冷却室109中进行主要冷却。然后进入盘香形冷却通道110进行二次冷却，进过冷却的气体从连通盘香形冷却通道110构造的外壳体111的圆心处的小孔排出。从图I可知,金属壳体分为两个具有螺纹的壳体，内壳体108和外壳体111。其中，内壳体108优选地设有外螺纹、外壳体111设有相应的内螺纹，该螺纹优选的是螺距为Imm的细螺纹。这样，按本发明的技术方案，过电压保护装置101装配完成后，内壳体108的外螺纹应部分地被旋拧入外壳体111的内螺纹。如上文所述，这样的设置可保证在圆柱形金属壳体轴向上的耐压强度。如按上文所述，间隙电弧气体经放电通道107的作用被遮断后，应通过两次冷却才可排出放电模块外。如图3所示，过电压保护装置101实现如下包含上电极102、下电极
103、触发电极113与辅助点火的触发元件104。其中，上电极102与下电极103在过电压保护装置101内部相对布置，与绝缘材料构成的放电模块的第一结构件105和第二结构件106、以及圆盘件112构成了一个有多层冷却能级的装置。其中该过电压保护装置101可分为一个具有大的热容积的冷却室109和一个具有长的冷却路径的冷却通道110。如上文所述，当间隙电弧被遮断，电弧气体进入冷却室109，按环“U”形通道进行运动冷却时，环“U”形通道每个面上都受到相应的高温与压力。按本发明方案的技术特征，由于环“U”形通道的设置，使得圆环形凸台两个侧面上都受到压力但大体相互抵消。这样的设置可保证在圆柱形的金属壳体的高耐压强度。当经过冷却处理后的电弧气体进入盘香形冷却通道110，如图3所示，盘香形冷却通道设置110为带有多圈数的蜗旋结构。其主要目的在于，第一、设置足够的冷却路径，使得在第一步冷却措施的大的热容量的冷却室中尚未冷却完全的电弧气体进行 第二次完全的冷却；第二、设置如此长的冷却路径，使得电弧气体随着长蜗旋路径运动直至运动到外壳体111圆心处的小孔才可排出，如此长的运动路径，使得仍具有一定温度和压力的电弧要经过一定的时间才能排出放电模块体外，达到了 “封锁”的效果。图4揭示了本发明过电压保护装置101的第二实施例的结构。其中，将原先设置在外壳体111内底面的盘香形冷却通道110设置在圆盘件112的下端面上，即构造圆环形凸台端面的反面。以外壳体111的内底面作为盘香形冷却通道110的盖板，这样，第二实施例中的过电压保护装置101装配完成后，仍然可形成一个长冷却路径的盘香形冷却通道110。优选地，可根据工艺加工要求考量与成本控制选择盘香形冷却通道110的构造方式。本发明的过电压保护装置能够更好地实现过电压保护装置中放电模块内电弧气体冷却，并可靠地协助实现工频续流的遮断与阻止放电模块内电弧气体的重燃。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在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，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。
权利要求
1.一种过电压保护装置，其特征在于，包括 相互嵌套的内壳体和外壳体，内壳体和外壳体嵌套形成容纳空间； 电极组，设置在所述容纳空间中，所述电极组包括上电极、下电极、触发电极和触发元件； 放电模块，设置在所述容纳空间中，所述放电模块包括第一结构件和第二结构件；所述上电极、下电极、触发电极和触发元件布置在第一结构件和第二结构件内，上电极和下电极之间具有放电通道，放电通道在平面呈弧形延伸，当触发电极和触发元件产生触发电弧时，触发电弧进入所述放电通道，放电通道内的触发电弧促使上电极与下电极之间产生间隙电弧并形成电气连接。
2.如权利要求I所述的过电压保护装置，其特征在于，所述第一结构件和第二结构件由高温高压下产气的产气材料制作。
3.如权利要求I所述的过电压保护装置，其特征在于， 所述下电极具有至少一个缺口的半圆形凹槽。
4.如权利要求I所述的过电压保护装置，其特征在于， 所述内壳体具有外螺纹，内壳体与圆盘件装配形成冷却室，所述冷却室与下电极具有至少一个缺口的半圆形凹槽连通。
5.如权利要求4所述的过电压保护装置，其特征在于， 所述外壳体内侧形成盘香形冷却通道，盘香形冷却通道与所述冷却室连通。
6.如权利要求4所述的过电压保护装置，其特征在于， 圆盘件的下端面形成盘香形冷却通道，盘香形冷却通道与所述冷却室连通，该盘香形冷却通道在平面上沿着径向呈涡旋状延伸。
7.如权利要求5或6所述的过电压保护装置，其特征在于， 所述外壳体的中心具有一小孔，小孔与盘香形冷却通道连通。
8.如权利要求I所述的过电压保护装置，其特征在于， 所述内壳体和外壳体通过螺纹固定。
全文摘要
本发明揭示了过电压保护装置，包括相互嵌套以形成容纳空间的内壳体和外壳体，设置在容纳空间中的电极组，电极组包括上电极、下电极、触发电极和触发元件；设置在容纳空间中的放电模块，放电模块包括第一结构件和第二结构件；上电极、下电极、触发电极和触发元件布置在第一结构件和第二结构件内，上电极和下电极之间具有放电通道，放电通道在平面上呈弧形延伸，当触发电极和触发元件产生触发电弧时，触发电弧进入放电通道，放电通道内的触发电弧促使上电极与下电极之间产生间隙电弧并形成电气连接。该过电压保护装置能够更好地实现放电模块内电弧气体冷却，并可靠地协助实现工频续流的遮断与阻止放电模块内电弧气体的重燃。
文档编号H01T4/02GK102738707SQ20111009579
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者尹天文, 曹阳, 李人杰, 王碧云, 许年生, 许龙, 颜沧苇 申请人:上海电科电器科技有限公司, 浙江正泰电器股份有限公司