本實(shí)用新型涉及一種浪涌保護(hù)器的多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置。

背景技術(shù)：

目前多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器，多為石墨電極和鐵氟龍環(huán)狀墊片組成的空氣間隙，因受石墨電極材質(zhì)、環(huán)境濕度、鐵氟龍片厚度和安裝工藝影響，均會造成多級間隙中導(dǎo)通順序無法按設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行，進(jìn)而影響產(chǎn)品導(dǎo)通閥值判定和續(xù)流關(guān)斷，導(dǎo)致產(chǎn)品在過電壓時因?qū)樞虺鲥e產(chǎn)品出現(xiàn)炸裂損壞，或續(xù)流未能及時關(guān)斷導(dǎo)致外部脫離器非預(yù)期脫扣或熔斷，甚至造成產(chǎn)品燃燒。

中國專利公開了一種承載雷電流的火花間隙裝置，該裝置包括N個串聯(lián)的分火花間隙裝置，通過電容構(gòu)成的阻抗連接分火花間隙裝置，其中第二和全部另外的分火花間隙裝置通過所述阻抗直接連接到公共的參考電位即地電位，并且使用相同的阻抗，基于在對比1.2/50us雷電波形沖擊下給出均壓電容器的參數(shù)選擇公式：（N-1）*CE=K*CL*U/US，其中，N表示分火花間隙裝置的數(shù)量，CL是從火花間隙裝置到過電壓源的線路電容，U是過電壓的峰值，US是火花間隙裝置的安全電平，K是≥1的安全系數(shù)。此種火花間隙裝置存在以下不足：1、由于火花間隙裝置由N個串聯(lián)，上述公式中的CL存在不確定性，因此帶來均壓電容的定值或取值范圍的不確定性；2、上述公式基于在1.2/50us雷電波形沖擊下的參考改進(jìn)取值，而其它兩種雷電測試波形（8/20us、10/350us）沖擊下的情況未予以說明；3、由于第二和全部另外的分火花間隙裝置通過所述阻抗直接連接到公共的參考電位即地電位，即等效電路為單個間隙串聯(lián)電容接地，易造成火花間隙在低電壓下頻繁導(dǎo)通，從而導(dǎo)致外部脫離器頻繁脫扣或熔斷；4、由于上述一種承載雷電流的火花間隙裝置，包括N個串聯(lián)的分火花間隙裝置，火花間隙在測試任一雷電波形時，均存在導(dǎo)通瞬間線路電感和電容份量而造成的尖峰波形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的，是要提供一種浪涌保護(hù)器的多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置，通過該逐級觸發(fā)電路裝置達(dá)到多個間隙串聯(lián)，使得浪涌保護(hù)器在過電壓時逐級觸發(fā)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)抑制間隙導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生的尖峰峰值。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述一種浪涌保護(hù)器的多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置，包括Ｎ個串聯(lián)連接的放電機(jī)構(gòu)形成Ｎ個放電間隙Ｊ_１、Ｊ_２、……Ｊ_Ｎ，且N≥3；在相鄰兩放電機(jī)構(gòu)之間的間隙并聯(lián)連接Ｎ－２個電容Ｃ_１、Ｃ_２、……Ｃ_Ｎ－２，逐級觸發(fā)電路電容公共參考電位節(jié)點(diǎn)在J_N-1和J_N之間；在串聯(lián)連接的放電機(jī)構(gòu)的輸入端和輸出端之間并聯(lián)一個或多個壓敏電阻。

本實(shí)用新型所述C₁電容器容值選擇按照下面的公式進(jìn)行參數(shù)選擇：

式中：

C_J為J₁、J₂、J₃... J_N放電間隙線路電容之和，

U_J為J₁和J_N放電間隙擊穿電壓平均值,

U_r為電容器兩端承受電壓值，

K為安全系數(shù)，K>1，

其中U_r=Ures-J₁ Ures-J_N Ures

式中：

Ures為多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器預(yù)計(jì)達(dá)到的保護(hù)水平U_P值，

J₁ Ures為J₁間隙在In電流下用8/20us沖擊電流測量的殘壓值，或J₁間隙在1.2/50us(3kA/6kV)沖擊電壓下測量的波前放電電壓值，以最大值為準(zhǔn)，

J_N Ures為J₁間隙在In電流下用8/20us沖擊電流測量的殘壓值，或J₁間隙在1.2/50us(3kA/6kV)沖擊電壓下測量的波前放電電壓值，以最大值為準(zhǔn)。

本實(shí)用新型所述電容的容值C₁<C₂< C₃<...C_N-2；電容器數(shù)量Ｎ－２。

本實(shí)用新型所述壓敏電阻或由多個壓敏電阻串/并聯(lián)組成，壓敏電阻U1mA值選擇按照下面的公式進(jìn)行參數(shù)選擇：

Ures≥Ur≥(UJ₁+UJ_N)/2*K

式中：

Ures為多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器預(yù)計(jì)達(dá)到的保護(hù)水平U_P值，

UJ₁為J₁放電間隙擊穿電壓,

UJ_N為J_N放電間隙擊穿電壓,

K為安全系數(shù)，K>1。

本實(shí)用新型所述電容器的耐壓電壓等級大于多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器的保護(hù)水平U_P值。

本實(shí)用新型的有益效果是，由于過電壓擊穿間隙時，因線路電感和電容份量而造成的尖峰波形，被并聯(lián)在輸入和輸出端的單個或多個壓敏電阻抑制，確保多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器殘壓值在較低范圍之內(nèi)，同時過電壓擊穿必須先導(dǎo)通J₁和J_N間隙，大大提高了產(chǎn)品動作閥值，有效杜絕了產(chǎn)品因電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定而造成的產(chǎn)品頻繁導(dǎo)通，進(jìn)而引起的外部脫離器頻繁脫扣或熔斷。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述第一種電路原理示意圖。

圖2為本實(shí)用新型所述第二種電路原理示意圖。

圖3為本實(shí)用新型所述第三種電路原理示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例之一9級間隙示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例之二14級間隙示意圖。

具體實(shí)施方式

一、本實(shí)用新型所述一種浪涌保護(hù)器的多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置，實(shí)施例之一９級間隙，如圖4所示，包括9個放電間隙（J_S）、7個電容、輸入輸出端并聯(lián)壓敏電阻，構(gòu)成多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置。各放電間隙串聯(lián)連接，其中C1電路節(jié)點(diǎn)在J1和J2之間，C2電路節(jié)點(diǎn)在J2和J3之間，以此類推；觸發(fā)電路電容參考電位節(jié)點(diǎn)在J8和J9之間。多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器輸入、輸出端，并聯(lián)單個或多個壓敏電阻，單個壓敏電阻或由多個壓敏電阻串聯(lián)組成。

上述電路中，多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置C1電容容值按照確定，其中9級間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器Ures設(shè)計(jì)值為2300V。式中：C_J≈270pF U_J≈800V Ur=2300-820-820=660V K=2,帶入上式計(jì)算，C1≈654 pF。按照常用電容容值表C1=680pF、C2=820pF、C3=1000pF、C4=1500pF、C5=1800pF、C6=2000pF、C7=2200pF。

上述電路中，多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置壓敏電阻U1mA值按照Ures≥Ur≥(UJ₁+UJ_N)/2*K確定，其中9級間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器Ures設(shè)計(jì)值為2300V。

式中：UJ₁≈800V，UJ_N≈800V，K=1.8，帶入上式計(jì)算，U1mA=1440V

二、本實(shí)用新型所述一種浪涌保護(hù)器的多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置，實(shí)施例之二１４級間隙，如圖5所示，包括14個放電間隙（J_S）、12個電容、輸入輸出端并聯(lián)壓敏電阻，構(gòu)成多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置。各放電間隙串聯(lián)連接，其中C1電路節(jié)點(diǎn)在J1和J2之間，C2電路節(jié)點(diǎn)在J2和J3之間，以此類推；觸發(fā)電路電容參考電位節(jié)點(diǎn)在J13和J14之間。多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器輸入、輸出端，并聯(lián)單個或多個壓敏電阻，單個壓敏電阻也可以由多個壓敏電阻串聯(lián)組成。

上述電路中，多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置C1電容容值按照 確定，其中14級間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器Ures設(shè)計(jì)值為2500V。式中：C_J≈420pF U_J≈800V Ur=2500-820-820=860V K=1.5,帶入上式計(jì)算，C1≈586 pF。按照常用電容容值表C1=560pF、C2=680pF、C3=820pF、C4=1000pF、C5=1500pF、C6=1800pF、C7=2000pF、C8=2200pF、C9=2700pF、C10=3300pF、C11=4700pF、C12=5600pF。

上述電路中，多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置壓敏電阻U1mA值按照Ures≥Ur≥(UJ₁+UJ_N)/2*K確定，其中14級間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器Ures設(shè)計(jì)值為2500V。

式中：UJ₁≈800V，UJ_N≈800V，K=1.8，帶入上式計(jì)算，U1mA=1440V。

三、本實(shí)用新型所述一種浪涌保護(hù)器的多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置的工作原理：

1、本實(shí)用新型所述第一種電路原理示意圖，如圖1所示，裝有多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置的放電裝置，多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器輸入、輸出端，并聯(lián)單個壓敏電阻ＭＯＶ，等效電路約為單個間隙（J1）串聯(lián)電容器（C）再串聯(lián)單個間隙（J_N），在正常電網(wǎng)電壓下，由于J1、J_N放電裝置和觸發(fā)電路阻抗串聯(lián)連接，其擊穿電壓遠(yuǎn)大于電網(wǎng)電壓，因此產(chǎn)品顯高阻特性。

2、本實(shí)用新型所述第二種電路原理示意圖，如圖2所示，多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器輸入、輸出端，并聯(lián)多個壓敏電阻ＭＯＶ，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)過電壓時（8/20us、10/350us、1.2/50us雷電波形測試沖擊參考），因多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置等效電路約為單個間隙（J1）串聯(lián)電容器（C）再串聯(lián)單個間隙（J_N），因此過電壓足以擊穿J1和J_N放電間隙裝置，由于放電間隙裝置被擊穿后形成短路，過電壓對C1進(jìn)行充電同步因電容兩端電壓不能突變特性，C2電容等效為短路，當(dāng)過電壓對C1進(jìn)行充電時充電電壓大于放電間隙(J2)擊穿電壓時，放電間隙(J2)擊穿；同理過電壓對C2進(jìn)行充電，當(dāng)充電電壓大于放電間隙(J3)擊穿電壓時，放電間隙(J3)擊穿。以此類推，過電壓依次擊穿以后放電間隙。同時由于放電間隙擊穿后等效為短路，多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置，電容回路分壓后電流均在mA級別，因此過電壓電流絕大部分從放電間隙回路中通過。

由于過電壓擊穿間隙時，因線路電感和電容份量而造成的尖峰波形，被并聯(lián)在輸入和輸出端的單個或多個壓敏電阻抑制，確保多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器殘壓值在較低范圍之內(nèi)。

3、本實(shí)用新型所述第三種電路原理示意圖，如圖3所示，多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器輸入、輸出端，并聯(lián)多個壓敏電阻ＭＯＶ，過電壓（U_J）施加在多個間隙串聯(lián)構(gòu)成的浪涌保護(hù)器兩端，先分別擊穿J1和J_N放電間隙裝置后，即：

U_C1=U_J-J1燃弧電壓-J_N燃弧電壓

同理：

U_CN-2=U_J-J1燃弧電壓-J_N燃弧電壓-J2燃弧電壓-…J_N-2燃弧電壓

由上述公式可得知，間隙兩端擊穿電壓隨間隙數(shù)量的增加而減小，為確保多級間隙逐級觸發(fā)電路裝置，可靠、安全逐級觸發(fā)多個串聯(lián)間隙，當(dāng)Ci<Ci+1,如果在同等電壓施加于Ci與間陽Ji所組成的串聯(lián)電路兩端，顯然在Ci+1串聯(lián)的Ji+1中的間隙上Ui+1≥Ui,即節(jié)數(shù)越靠后，環(huán)中擊穿所需的總電壓越低，這樣正好彌補(bǔ)了由于間隙燃弧電壓引起的環(huán)路總電壓下降，保證有充足的擊穿電壓來使得后級間隙得以導(dǎo)通。