一种电涌保护装置及系统的制作方法

本发明涉及过压保护技术领域，尤其涉及一种电涌保护装置及系统。

背景技术：

电涌保护装置是一种连接在电子设备或低压配电系统中的过电压保护装置，其主要用于泄放雷电流、雷电感应和开关操作引起的浪涌电流，并限制过电压的幅值，从而避免浪涌电流对回路中其他设备的损害。

为了提高电涌保护装置泄放浪涌电流的能力，通常需要按照iec61643-11标准或gb/t18802.1标准，采用模拟雷电冲击电流(冲击电流波形为10/350us)对用于安装在lpz0区(lightningprotectionzone，雷电防护区，简称lpz)与lpz1区之间的浪涌保护器进行测试，其中，该雷电冲击电流具有波形时间长和能量大的特点，这就要求电涌保护装置需要具备极强的电荷转移能力，才能对回路的设备进行有效保护。

为了达到上述测试要求，现有的电涌保护装置包括以下两种：

(1)多片压敏电阻并联型电涌保护装置：由于受制作工艺的限制，很难制作出尺寸较大的压敏电阻，而压敏电阻的通流容量与其自身尺寸直接相关，因而单片压敏电阻的通流容量一般在10～100ka范围内(冲击电流波形为8/20us)，为了满足雷电冲击电流iimp＝12.5ka(10/350us)的测试，至少需要20ka(8/20us)的4片压敏电阻进行并联。然而，因为压敏电阻属于半导体器件，当雷电冲击电流的能量过大时，压敏电阻容易因过热而被击穿，该电涌保护装置具有多次脉冲耐受能力差的问题。

(2)单间隙+灭弧装置型电涌保护装置：该电涌保护装置采用单间隙对雷电冲击电流进泄放，当引起工频续流后，通过灭弧装置限制电弧，切断续流。该电涌保护装置具有较强的泄放雷电冲击电流的能力，但是由于其存在续流遮断的盲区，当被保护的系统产生的续流足够大时(通常在千安培级)，电弧容易被电磁力或电流热蚀绝缘材料产生的气体送到灭弧装置内，然而，当该续流为数百安培或数十安培时，电弧不易被送入灭弧装置，这会导致灭弧失败。

综上所述，现有的电涌保护装置存在多次脉冲耐受能力差和灭弧可靠性低的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的一种电涌保护装置及系统能够有效提升多次脉冲耐受能力，且能避免灭弧失效。

为解决上述技术问题，本发明的一种电涌保护装置，包括：阻抗器件、限压型电涌保护器和开关型电涌保护器；所述阻抗器件与所述限压型电涌保护器并联，且所述阻抗器件与所述限压型电涌保护器的并联支路与所述开关型电涌保护器串联，以形成雷电冲击电流的泄放通道；其中，所述阻抗器件与所述开关型电涌保护器的串联支路形成续流电流的泄放通道。

作为上述方案的改进，所述电涌保护装置，还包括：连接于所述开关型电涌保护器所在串联支路上的热保护器；所述热保护器在温度达到预设温度阈值时动作，切断与所述开关型电涌保护器所在串联支路的连接。

作为上述方案的改进，，所述热保护器包括温度保险丝、可复位温控器、热脱离器、双金属热断路器、机械式热脱离机构或低熔点合金断开器。

作为上述方案的改进，所述低熔点合金断开器包括弹性金属片，所述弹性金属片的一端通过低温合金焊接在开关型电涌保护器上。

作为上述方案的改进，所述阻抗器件包括电阻或所述电阻与电感构成的串联支路。

作为上述方案的改进，所述限压型电涌保护器包括压敏电阻或抑制二极管；所述开关型电涌保护器包括气体放电管、半导体放电管或放电间隙。

作为上述方案的改进，所述放电间隙包括石墨放电间隙、绝缘管和两个铜电极；其中，

所述石墨放电间隙包括两个石墨电极、设置于所述两个石墨电极之间的聚四氟乙烯环状薄膜、以及套设于每个石墨电极上的绝缘环；

所述绝缘管的两端设置有内螺纹；

所述两个铜电极的外壁设置有外螺纹；

所述石墨放电间隙套设于所述绝缘管内，且所述两个铜电极外螺纹部分旋入所述绝缘管的两端，实现组装。

作为上述方案的改进，所述开关型电涌保护器包括n个放电间隙和n-1个电容，所述n个放电间隙与所述限压型电涌保护器顺次连接；所述n-1个电容的第一端分别与所述限压型电涌保护器的第二端连接，所述n-1个电容的第二端分别与所述n个放电间隙中的第1个放电间隙至第n-1个放电间隙的第二端进行一对一连接；其中，n≥2，且n为整数。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种电涌保护系统，包括：m个上述任一种电涌保护装置和m-1电容；所述m个电涌保护装置顺次串联连接，所述m-1个电容分别与所述m个电涌保护装置中的第1个至第m-1个电涌保护装置中的开关型电涌保护器并联；其中，m≥2，且m为整数。

本发明提供的一种电涌保护装置及系统，具有以下有益效果：阻抗器件与限压型电涌保护器并联，且阻抗器件与限压型电涌保护器的并联支路与开关型电涌保护器串联，形成雷电冲击电流(或浪涌电流)的泄放通道；在雷电冲击电流出现时，由于雷电冲击电流的电流较小，此时雷电冲击电流通过阻抗器件和开关型电涌保护器的串联支路泄放；当雷电冲击电流逐渐增大时，阻抗器件两端的电压逐渐增加，且在阻抗器件两端的电压超过限压型电涌保护器的动作电压时，限压型电涌保护器对部分雷电冲击电流进行分流，雷电冲击电流通过阻抗器件、限压型电涌保护器和开关型电涌保护器泄放。由于阻抗器件在雷电冲击电流出现时，能够分担全部的雷电冲击电流，且在该阻抗器件两端的电压超过限压型电涌保护器的动作电压时，该限压型电涌保护器才分担部分雷电冲击电流，因而该电涌保护装置可有效降低限压型电涌保护器的雷电冲击电流载荷，提高电涌保护装置的多次脉冲耐受能力；同时，该限压型电涌保护器能够将雷电冲击电流引起的过压限制在较低水平，使得雷电冲击电流能够被有效泄放。再者，该电涌保护装置中，阻抗器件还与开关型电涌保护器形成续流电流的泄放通道，当出现工频续流时，该阻抗器件可以将续流电流值限制在一个较低的电流值范围内，进而在工频续流在第一个电流过零点后仍然具有续流电流时，该开关型电涌保护器已经可以安全的遮断续流，使得该电涌保护装置具有可靠的续流遮断能力，能够有效灭弧。另外，该电涌保护装置采用一个限制型电涌保护器和一个开关型电涌保护器就能够实现现有电涌保护装置中多个压敏电阻才能实现的保护性能和安全性能，极大的减小了电涌保护装置的体积，节省了电涌保护装置的制作成本。

附图说明

图1是本发明一种电涌保护装置一实施例的结构示意图。

图2是本发明一种电涌保护装置另一实施例的结构示意图。

图3是本发明一种电涌保护装置中热保护器一种连接方式的结构示意图。

图4是本发明一种电涌保护装置中热保护器另一种连接方式的结构示意图。

图5是本发明一种电涌保护装置再一实施例的结构示意图。

图6是本发明的电涌保护装置中具有2个放电间隙和1个电容c1的结构示意图。

图7是本发明的电涌保护装置中具有n个放电间隙和n-1个电容c1的结构示意图。

图8是本发明的一种电涌保护系统一实施例的结构示意图。

图9是本发明的电涌保护装置中放电间隙一实施例的结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

请参见附图1，是本发明一种电涌保护装置一实施例的结构示意图。

该电涌保护装置，包括：阻抗器件si、限压型电涌保护器pmov和开关型电涌保护器sg；所述阻抗器件si与所述限压型电涌保护器pmov并联，且所述阻抗器件si与所述限压型电涌保护器pmov的并联支路与所述开关型电涌保护器sg串联，以形成雷电冲击电流的泄放通道；其中，所述阻抗器件si与所述开关型电涌保护器sg串联支路形成续流电流的泄放通道。

在本发明中，该电涌保护装置具有t1端和t2端，该t1端和t2端均由铜片制成，当采用雷电浪涌波形对该电涌保护装置进行测试时，该雷电浪涌波形从t1端流入该电涌保护装置，该电涌保护装置从t2端向外泄放雷电冲击电流和续流电流。

在具体实施过程中，该电涌保护装置适用于单相系统、单相分线系统、多相系统和任何需要雷电浪涌防护的回路中。例如，该电涌保护装置可连接于单相系统的l-pe与n-pe之间，或者l-pe、n-pe与l-n之间，或者连接于三相系统的l1-l2，l2-l3，l1-l3，l1-pe，l2-pe，l3-pe与n-pe之间，或者连接于多相系统的l1-pe，l2-pe，l3-pe与n-pe之间，其中，l为相线/火线，n为中性线/零线，pe为保护线/地线。

与现有技术相比，本发明的电涌保护装置中，阻抗器件si与限压型电涌保护器pmov并联，且阻抗器件si与限压型电涌保护器pmov的并联支路与开关型电涌保护器sg串联，形成雷电冲击电流(或浪涌电流)的泄放通道；在雷电冲击电流出现时，由于雷电冲击电流的电流较小，此时雷电冲击电流通过阻抗器件si和开关型电涌保护器sg的串联支路泄放；当雷电冲击电流逐渐增大时，阻抗器件si两端的电压逐渐增加，且在阻抗器件si两端的电压超过限压型电涌保护器pmov的动作电压时，限压型电涌保护器pmov对部分雷电冲击电流进行分流，雷电冲击电流通过阻抗器件si、限压型电涌保护器pmov和开关型电涌保护器sg泄放。由于阻抗器件si在雷电冲击电流出现时，能够分担全部的雷电冲击电流，且在该阻抗器件si两端的电压超过限压型电涌保护器pmov的动作电压时，该限压型电涌保护器pmov才分担部分雷电冲击电流，因而该电涌保护装置可有效降低限压型电涌保护器pmov的雷电冲击电流载荷，提高电涌保护装置的多次脉冲耐受能力；同时，该限压型电涌保护器pmov能够将雷电冲击电流引起的过压限制在较低水平，使得雷电冲击电流能够被有效泄放。再者，该电涌保护装置中，阻抗器件si还与开关型电涌保护器sg形成续流电流的泄放通道，当出现工频续流时，该阻抗器件si可以将续流电流值限制在一个较低的电流值范围内，进而在工频续流在第一个电流过零点后仍然具有续流电流时，该开关型电涌保护器sg已经可以安全的遮断续流，使得该电涌保护装置具有可靠的续流遮断能力，能够有效灭弧。另外，该电涌保护装置采用一个限制型电涌保护器pmov和一个开关型电涌保护器sg就能够实现现有电涌保护装置中多个压敏电阻才能实现的保护性能和安全性能，极大的减小了电涌保护装置的体积，节省了电涌保护装置的制作成本。

可选的，该电涌保护装置中，限压型电涌保护器pmov包括压敏电阻或抑制二极管；开关型电涌保护器sg包括气体放电管、半导体放电管或放电间隙；阻抗器件si包括电阻或电阻与电感构成的串联支路，该阻抗器件si还可以是具有一定电阻值的结构器件，例如，采用机械加工方式形成的螺旋状的具有电感量和电阻值的导体；采用较高电阻率的金属丝绕制的一定形状的电阻等。

接下来，以限压型电涌保护器pmov为压敏电阻pmov1，开关型电涌保护器sg为石墨放电间隙sg1，阻抗器件si为电阻r与电感l构成的串联支路为例来说明该电涌保护装置的结构。

如图2所示，是本发明一种电涌保护装置另一实施例的结构示意图。

在该实施例中，压敏电阻pmov1的尺寸为34mm×34mm，标称压敏电压为300v，浪涌耐受能力为40ka(8/20us)；石墨放电间隙sg1为由两片石墨电极组成0.4mm的空气间隙。电阻r和电感l采用6j20型电阻丝绕制而成，其中，该电阻丝的电阻率为1.4ω·m，该电阻r的电阻值约为1ω，该电感l的电感值约为1.1μh。

在该实施例中，电阻r和电感l形成的串联支路与压敏电阻pmov1并联，形成雷电冲击电流的泄放通道，并在雷电冲击电流可能引起工频续流的第一半波内作为续流通路；电阻r和电感l形成的串联支路与石墨放电间隙sg1并联，该电阻r和电感l形成的串联支路用于限制石墨放电间隙sg1的续流电流的电流值，并与石墨放电间隙sg1形成续流电流的泄放通道。

请参见图3，是本发明一种电涌保护装置中热保护器的一种连接方式的结构示意图。

为了提高该电涌保护装置的安全性，该电涌保护装置还包括：连接于所述开关型电涌保护器sg所在串联支路上的热保护器tp；所述热保护器tp在温度达到预设温度阈值时动作，切断与所述开关型电涌保护器sg所在串联支路的连接。

如图3和图4所示，该实施例中，热保护器tp可以连接在开关型电涌保护器sg与t2端之间，也可以连接在阻抗器件si和限压型电涌保护器形成的并联支路与开关型电涌保护器sg之间。当该热保护器的温度达到预设的温度阈值时，该热保护器tp动作，切断与该开关型电涌保护器sg的连接，使得该电涌保护装置处于安全的失效状态，避免因电涌保护装置温度过高损坏或烧毁引起次生的火灾灾害。

可选的，该热保护器tp包括温度保险丝、可复位温控器、热脱离器、双金属热断路器、机械式热脱离机构或低熔点合金断开器。下面以热保护器为温度保险丝为例，对该电涌保护装置的结构进行说明。

如图5所示，是本发明一种电涌保护装置再一实施例的结构示意图。

该电涌保护装置中，热保护器选用温度保险丝tp1，该温度保险丝tp1的额定动作温度为125℃，实际的熔断温度为121℃±3℃，额定电流为30a，浪涌耐受能力为40ka(8/20us)；阻抗器件为电阻r。当温度保险丝tp1的温度达到其熔断温度时，该温度保险丝tp1动作，切断与石墨放电间隙sg1的连接，使得该电涌保护装置处于安全的失效状态。

可选的，该热保护器中的低熔点合金断开器包括弹性金属片，该弹性金属片采用0.5厚的磷青铜冲压而成，其宽度为10mm。该弹性金属片通过低温合金焊接到开关型电涌保护器上，其中，该低温合金的熔点为145℃±3℃。当该低温合熔化时，弹性金属片弹离开关型电涌保护器。

为了提高开关型电涌保护器的续流分断能力，该开关型电涌保护器可以采用两个或两个以上的开关型电涌保护器组成。

接下来，以开关型电涌保护器为放电间隙、限制型电涌保护器为压敏电阻为例，结合附图6和附图7对该结构进行详细说明。

请参见附图6和附图7，所述开关型电涌保护器包括n个放电间隙sg2和n-1个电容c1，所述n个放电间隙sg2与所述压敏电阻pmov1顺次连接；所述n-1个电容c1的第一端分别与所述压敏电阻pmov1的第二端连接，所述n-1个电容c2的第二端分别与所述n个放电间隙sg2中的第1个放电间隙至第n-1个放电间隙的第二端进行一对一连接；其中，n≥2，且n为整数。

在该实施例中，开关型电涌保护器中的n个放电间隙sg2与压敏电阻pmov1顺次连接形成雷电冲击电流泄放通道，并在雷电冲击电流可能引起工频续流的第一半波内作为续流通路；n个放电间隙sg2与电阻r形成续流电流的泄放通道；其中，n-1个电容c1的第一端分别与压敏电阻pmov1的第二端连接，n-1个电容c1的第二端分别与第1个放电间隙至第n-1个放电间隙的第二端进行一对一连接，可对雷电浪涌波形形成的浪涌脉冲电压进行耦合，同时可触发n个放电间隙sg2中的每个放电间隙sg2，提高开关型电涌保护器中的n个放电间隙sg2的续流分断触发能力。

在该实施例中，放电间隙sg2可选用气体放电管，该气体放电管的直径为12mm、高度为6mm，直流击穿电压为600v，浪涌耐受能力20ka(8/20us)，续流遮断能力为255v下50a；电容c1选用普通的瓷片电容器，其电容值为1000pf，额定耐压2000v。

请参见附图8，本发明还提供一种电涌保护系统，该电涌保护系统包括：m个上述任一种电涌保护装置和m-1电容c2；所述m个电涌保护装置顺次串联连接，所述m-1个电容c2分别与所述m个电涌保护装置中的第1个至第m-1个电涌保护装置中的开关型电涌保护器并联；其中，m≥2，且m为整数。其中，每个电涌保护装置中的阻抗器件为电阻r和电感l串联的串联支路，限压型电涌保护器为压敏电阻pmov1，开关型电涌保护器为放电间隙sg2。

在该实施例中，m个电涌保护装置顺次串联，可减小各个电涌保护装置中阻抗器件的电阻值，减小各个电涌保护装置中限压型电涌保护器的雷电冲击电流载荷，实现减小雷电冲击电流载荷和续流电流的分段泄放，使得该电涌保护系统具有更强的稳定性，同时实现减小限制型电涌保护器的雷电冲击电流载荷和可靠灭弧；并且，该m-1个电容c2用于对雷电浪涌波形形成的浪涌脉冲电压进行耦合，可触发m个电涌保护装置中的开关型电涌保护器，提高开关型电涌保护器的续流分断触发能力。

本发明的上述实施例中，如图9所示，本发明的放电间隙包括石墨放电间隙、绝缘管21和两个铜电极31；其中，所述石墨放电间隙包括两个石墨电极11、设置于所述两个石墨电极11之间的聚四氟乙烯环状薄膜12、以及套设于每个石墨电极11上的绝缘环(图中未示出)；所述绝缘管21的两端设置有内螺纹；所述两个铜电极31的外壁设置有外螺纹；所述石墨放电间隙套设于所述绝缘管21内，且所述两个铜电极31外螺纹部分旋入所述绝缘管21的两端，实现组装。在该实施方式中，每个石墨电极11的直径为18mm、厚度为2mm；聚四氟乙烯环状薄膜12的厚度为0.4mm、外径为20mm、内径为15mm；绝缘环的外径为20.5mm、内径为18.2mm、厚度为1.8mm，该绝缘环的作用是便于组装；绝缘管21的内径为20.6mm、长度为10mm；每个铜电极31的直径为20mm、厚度为3mm，铜电极旋入绝缘管后外露0.2mm左右。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。