具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)及其制作方法，其包括平面電極、絕緣介質(zhì)、主放電間隙、輔助放電間隙，所述的絕緣介質(zhì)位于平面電極之間，所述的主放電間隙由若干個相鄰的平面電極與其間的絕緣介質(zhì)形成，所述的絕緣介質(zhì)內(nèi)圈平面或斷面處局部多點幾何變形處理后在主放電間隙局部形成輔助放電間隙；利用電壓在輔助放電間隙處產(chǎn)生較高的電場強度并使該處的空氣在較低的外施電壓下預(yù)先擊穿，放電釋放的電子會引發(fā)主放電間隙的有效自由電子及電子崩產(chǎn)生，使主放電間隙擊穿；可以使防雷器具有更低而且穩(wěn)定的保護水平，進(jìn)而更可靠、安全地保護了設(shè)備。
【專利說明】具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為一種防雷器間隙結(jié)構(gòu)，特別涉及具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)及其制作方法，屬于防雷器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上的產(chǎn)品多為相對較為均勻電場原理的間隙式防雷器，例如，市場上出售的石墨平面電極平板間隙的sro為多個帶矩形截面的絕緣墊的均勻間隙串聯(lián)組成，間隙的兩個平面電極加上電壓，其中的氣體在強電場作用下，少量初始帶電粒子動能增大，與氣體原子(或分子)相互碰撞；當(dāng)碰撞能量超過某一臨界值時，會使束縛電子脫離氣體原子而成為自由電子。碰撞能量達(dá)到一定級別時，碰撞產(chǎn)生的自由電子在電場的作用下育氣體分子碰撞產(chǎn)生新的自由電子…發(fā)展下去就產(chǎn)生所謂的“電子崩”，從而導(dǎo)致大量的氣體原子電離；這些氣體原子電離放電會產(chǎn)生熱量和光能，具有相當(dāng)動能的大量電子在熱和光的作用下進(jìn)一步的電離，形成間隙的持續(xù)放電；這種結(jié)構(gòu)的間隙產(chǎn)品，其每個間隙電壓分布基本是均勻的，單個間隙的雷電沖擊放電電壓取決于間隙絕緣墊的沿面放電電壓；通常，該沿面放電電壓的高低受到表面加工的粗糙程度、空氣的壓強、濕度和溫度、間隙是否受光照以及光照的強度有關(guān)。
[0003]作為過電壓保護器，用戶往往希望保護水平越低對設(shè)備的保護安全性越高，但采用常見均勻電場分布原理的產(chǎn)品，為了追求較低的保護水平，一是采取的都是降低每個間隙的距離，使得每個間隙更容易擊穿，但這種結(jié)構(gòu)的防雷器，雖然保護水平降低了，但過分小的間隙又會導(dǎo)致在間隙動作后交流電弧不能熄滅，從而使電源的空氣開關(guān)跳閘，同時，在一些惡劣的使用環(huán)境下，正常工作電壓也會造成間隙電暈放電，乃至防雷器短路燒毀。
[0004]因此，為了解決這個問題，就要求間隙厚度增加，但增加間隙厚度會造成空氣擊穿電壓升高，也就是說，電壓保護水平會提高，這樣就達(dá)不到好的保護效果了 ；因此，我們設(shè)計了這種具有低保護水平，高工頻耐受的間隙結(jié)構(gòu)，從而從根本上解決了這個矛盾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本技術(shù)方案的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對多層(疊層)間隙式電涌保護器產(chǎn)品，通過在每個主放電間隙間的絕緣介質(zhì)上形成輔助放電間隙的設(shè)計，利用電壓在輔助放電間隙處產(chǎn)生較高的電場強度并使該處的空氣在較低的外施電壓下預(yù)先擊穿，放電釋放的電子會引發(fā)主放電間隙的有效自由電子及電子崩產(chǎn)生，使主間隙擊穿；利用該原理，可以使防雷器具有更低而且穩(wěn)定的保護水平，同時，由于沒有改變主間隙距離，間隙耐受工頻電壓的能力并沒有下降，即不會影響對外加工頻電壓的耐受，進(jìn)而更可靠、安全地保護了設(shè)備。
[0006]本技術(shù)方案的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn):
具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:其包括平面電極、絕緣介質(zhì)、主放電間隙、輔助放電間隙，所述的絕緣介質(zhì)位于若干個平面電極之間；所述的主放電間隙由若干個相鄰的平面電極與其間的絕緣介質(zhì)形成，所述的絕緣介質(zhì)內(nèi)圈平面或斷面處局部多點幾何變形處理后在主放電間隙局部形成輔助放電間隙，由于輔助放電間隙與主放電間隙的電場強度差異化，形成輔助放電間隙間的空氣的先行放電，從而引發(fā)主放電間隙的電子崩，實施過電壓保護。
[0007]本發(fā)明的另一個目的，其實現(xiàn)的技術(shù)方案是:
具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:將若干個預(yù)制加工后的相鄰的平面電極與其間的絕緣介質(zhì)疊加形成主放電間隙，所述的絕緣介質(zhì)位于若干個平面電極之間；通過對所述的絕緣介質(zhì)內(nèi)圈平面或斷面處局部多點幾何變形處理后局部形成輔助放電間隙，以造成主放電間隙與輔助放電間隙間的局部不均勻電場措施，利用電壓在輔助放電間隙處產(chǎn)生較高的電場強度并使該處的空氣在較低的外施電壓下預(yù)先擊穿，放電釋放的電子會引發(fā)主放電間隙的有效自由電子及電子崩產(chǎn)生，使主放電間隙擊穿，實施過電壓保護。
[0008]進(jìn)一步地，所述的絕緣介質(zhì)內(nèi)圈平面或斷面處局部采用小面積壓扁、小面積倒角、小面積切邊、凹面加工處理方式多點幾何變形處理，以造成間隙間的局部不均勻電場任何措施。
[0009]本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其突出效果表現(xiàn)為:
1、該電路啟動快、靈敏度高，采用這種結(jié)構(gòu)后的放電電壓降低了，分散性大大降低，并且十分穩(wěn)定，保護器的保護水平得到充分的保證；
2、本技術(shù)方案的優(yōu)勢在于由于沒有改變主間隙距離，每個間隙的耐受工頻電壓的能力并沒有下降，也就是不會降低對外施工頻電壓的耐受，但是卻降低沖擊放電電壓，即降低防雷器的保護水平，并且電壓的分散性小，保護水平非常穩(wěn)定；
以下結(jié)合實施例附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的分解，以使本技術(shù)方案更易于理解、掌握。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本技術(shù)方案具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本技術(shù)方案具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)局部放大圖；
圖3是本技術(shù)方案具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)另一實施方式的示意圖； 圖中各附圖標(biāo)記的含義為:
I 一平面電極、2 —絕緣介質(zhì)、Q —主放電間隙、P —輔助放電間隙。

【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:其包括平面電極(I)、絕緣介質(zhì)(2)、主放電間隙(Q)、輔助放電間隙(P)，所述的絕緣介質(zhì)(2)位于若干個平面電極(I)之間；所述的主放電間隙(Q)由若干個相鄰的平面電極(I)與其間的絕緣介質(zhì)(2)形成，所述的絕緣介質(zhì)(2)內(nèi)圈平面或斷面處局部多點幾何變形處理后在主放電間隙(Q)局部形成輔助放電間隙(P)，由于輔助放電間隙(P)與主放電間隙(Q)的電場強度差異化，形成輔助放電間隙(P)間的空氣的先行放電，從而引發(fā)主放電間隙(Q)的電子崩，實施過電壓保護。
[0012]進(jìn)一步地，當(dāng)外加電壓時，所述的平面電極(I)與絕緣介質(zhì)(2)間隙之間會產(chǎn)生電場，根據(jù)高斯定理，任何一個封閉的小體積的表面，電感應(yīng)強度的面積分等于它所包含的自由電荷，即:，由于該球體所包含的球體界面中只有束縛電荷而不存在游離電荷，其電感應(yīng)強度的面積分等于零；所以，當(dāng)平面電極(I)與絕緣介質(zhì)(2)界面上的小體積取得足夠小時，可得該處兩種介質(zhì)中的電感應(yīng)強度D是相等的；由于此處存在兩種介質(zhì)，而這兩種介質(zhì)的介電常數(shù)ε不同，根據(jù)D= ε E的關(guān)系得知，介電常數(shù)ε大的介質(zhì)中的電場強度E就小，介電常數(shù)ε小的介質(zhì)中的電場強度E就大，因此，在平面電極(I)與絕緣介質(zhì)(2)間隙之間形成不均勻的電場放電。
[0013]進(jìn)一步地，如圖2所示，所述的平面電極(I)與絕緣介質(zhì)(2)之間形成主放電間隙(Q)和輔助放電間隙(P);所述的平面電極(I)優(yōu)先使用為石墨材料，所述的絕緣介質(zhì)(2)優(yōu)先使用為聚四氟乙烯PTFE，所述的絕緣介質(zhì)(2)的內(nèi)圈平面或斷面處局部采用倒角或切邊處理方式多點幾何變形處理，由于空氣相對介電常數(shù)ε為1，而聚四氟乙烯PTFE的相對介電常數(shù)ε為2.55;外施電壓下，輔助放電間隙(P)區(qū)域、主放電間隙(Q)區(qū)域處的電感應(yīng)強度D基本是相同的，由于絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)ε的不同，輔助放電間隙(P)區(qū)域的電場強度約為主放電間隙(Q)區(qū)域的2.55倍，輔助放電間隙(P)區(qū)域的空氣更容易被擊穿放電；因此，當(dāng)外施電壓達(dá)到某一值時，輔助放電間隙(P)區(qū)域的空氣先行放電，其放電產(chǎn)生的電子引發(fā)整個間隙的有效自由電子及電子崩產(chǎn)生，從而使主放電間隙(Q)擊穿，采用這種結(jié)構(gòu)后，有效電子產(chǎn)生的統(tǒng)計時延的分散性大大降低；實際試驗表明，采用這種結(jié)構(gòu)后的放電電壓降低了，分散性大大降低，由于改變后的間隙的放電電壓降低了，并且十分穩(wěn)定，防雷保護器的保護水平得到充分的保證。
[0014]如圖3所示，為了提高放電靈敏度，降低放電電壓，所述的絕緣介質(zhì)(2)還可以加工成多層倒角結(jié)構(gòu)，具體的加工方式是將所述的絕緣介質(zhì)(2)上下兩層的內(nèi)側(cè)多點倒角變形處理以造成不均勻電場，位于絕緣介質(zhì)(2)的上下兩層界面內(nèi)側(cè)的電場強度不同，空氣更容易被擊穿放電，同樣可以達(dá)到穩(wěn)定的保護效果。
[0015]基于上述技術(shù)方案，具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:將若干個預(yù)制加工后的相鄰的平面電極(I)與其間的絕緣介質(zhì)(2)疊加形成主放電間隙(Q)，所述的絕緣介質(zhì)(2)位于若干個平面電極(I)之間；通過對所述的絕緣介質(zhì)(2)內(nèi)圈平面或斷面處局部多點幾何變形處理后局部形成輔助放電間隙(P)，以造成主放電間隙(Q)與輔助放電間隙(P)間的局部不均勻電場措施，利用電壓在輔助放電間隙(P)處產(chǎn)生較高的電場強度并使該處的空氣在較低的外施電壓下預(yù)先擊穿，放電釋放的電子會引發(fā)主放電間隙(Q)的有效自由電子及電子崩產(chǎn)生，使主放電間隙(Q)擊穿，實施過電壓保護。
[0016]所述的絕緣介質(zhì)(2)內(nèi)圈平面或斷面處局部多點幾何變形處理，以造成間隙間的局部不均勻電場任何措施，優(yōu)先地采用小面積壓扁、小面積倒角、小面積切邊、凹面加工處理方式。
[0017]所述的絕緣介質(zhì)(2)為一環(huán)形的絕緣材料。
[0018]最后需要說明的是，以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例之一，實際應(yīng)用過程中均可根據(jù)具體情況酌情選擇替代元器件，但對發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。
【權(quán)利要求】
1.具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:其包括平面電極(I)、絕緣介質(zhì)(2)、主放電間隙(Q)、輔助放電間隙(P)，所述的絕緣介質(zhì)(2)位于若干個平面電極(I)之間；所述的主放電間隙(Q)由若干個相鄰的平面電極(I)與其間的絕緣介質(zhì)(2)形成，所述的絕緣介質(zhì)(2)內(nèi)圈平面或斷面處局部多點幾何變形處理后在主放電間隙(Q)局部形成輔助放電間隙(P)，由于輔助放電間隙(P)與主放電間隙(Q)的電場強度差異化，形成輔助放電間隙(P)間的空氣的先行放電，從而引發(fā)主放電間隙(Q)的電子崩，實施過電壓保護。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的平面電極(I)與絕緣介質(zhì)(2)之間形成主放電間隙(Q)和輔助放電間隙(P);所述的平面電極(I)優(yōu)先使用為石墨材料，所述的絕緣介質(zhì)(2)優(yōu)先使用為聚四氟乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的絕緣介質(zhì)(2)的內(nèi)圈平面或斷面處局部采用倒角或切邊多點幾何變形處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的絕緣介質(zhì)(2)還可以加工成多層倒角結(jié)構(gòu)，具體的加工方式是將所述的絕緣介質(zhì)(2)上下兩層的內(nèi)側(cè)多點倒角變形處理以造成不均勻電場。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:將若干個預(yù)制加工后的相鄰的平面電極(I)與其間的絕緣介質(zhì)(2)疊加形成主放電間隙(Q)，所述的絕緣介質(zhì)(2)位于若干個平面電極(I)之間；通過對所述的絕緣介質(zhì)(2)內(nèi)圈平面或斷面處局部多點幾何變形處理后局部形成輔助放電間隙(P)，以造成主放電間隙(Q)與輔助放電間隙(P)間的局部不均勻電場措施，利用電壓在輔助放電間隙(P)處產(chǎn)生較高的電場強度并使該處的空氣在較低的外施電壓下預(yù)先擊穿，放電釋放的電子會引發(fā)主放電間隙(Q)的有效自由電子及電子崩產(chǎn)生，使主放電間隙(Q)擊穿，實施過電壓保護。
6.根據(jù)權(quán)利要求5述的具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:所述的絕緣介質(zhì)(2)內(nèi)圈平面處局部多點變形處理，優(yōu)先地采用小面積壓扁、小面積倒角、小面積切邊方式處理加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求5述的具有低電壓擊穿的防雷器用串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:所述的絕緣介質(zhì)(2)為一環(huán)形的絕緣材料。
【文檔編號】H01T21/00GK104362514SQ201410641403
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】高煊慧, 李長益 申請人:菲尼克斯亞太電氣（南京）有限公司, 菲尼克斯電氣(南京)研發(fā)工程中心有限公司