一種浪涌保護器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種浪涌保護器，其在現(xiàn)有的壓敏電阻、熱保護裝置及開關(guān)型器件串聯(lián)形成浪涌電流泄放通道的基礎(chǔ)上，增設(shè)了一與開關(guān)型器件并聯(lián)的分壓模塊，該分壓模塊能夠在暫時過電壓下為壓敏電阻分壓，使得壓敏電阻在暫時過電壓下不出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，不會引起火災(zāi)，從而大大提升了浪涌保護器的安全性能及暫時過電壓耐受能力。同時，分壓模塊的加入，并未影響浪涌保護器的浪涌耐受能力，相反其使得壓敏電阻的溫升過程相對緩慢，有利于熱保護裝置溫度控制的準確性。
【專利說明】一種浪涌保護器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子電路及半導(dǎo)體技術(shù)，特別是涉及一種用于低壓配電系統(tǒng)的浪涌保護器(Surge Protective Device, SPD)。

【背景技術(shù)】
[0002]浪涌保護器(SPD)是連接在電子設(shè)備或低壓配電系統(tǒng)中的過電壓保護裝置，主要用于泄放雷電流和雷電感應(yīng)、開關(guān)操作引起的浪涌電流，并限制過電壓的幅值，從而對過電壓及浪涌電流形成有效防護。
[0003]而在低壓配電系統(tǒng)中由于經(jīng)常會出現(xiàn)工頻暫時過電壓(TOV)，其具有幅值較高、時間長、破壞力大等特點。工頻暫時過電壓的幅值往往高達400V-1500V，通常持續(xù)數(shù)十毫秒到數(shù)十分鐘，在造成短路后，電流常常從幾十安培到數(shù)十千安培，對于大型變電站甚至可達200千安培，很容易造成電氣設(shè)備起火或爆炸。
[0004]傳統(tǒng)的浪涌保護器主要采用限壓型器件或開關(guān)型器件，如限壓型器件包括壓敏電阻(MOV)、瞬態(tài)抑制二極管(TVS)等，開關(guān)型器件包括放電間隙、氣體放電管(GDT)、半導(dǎo)體放電管等。壓敏電阻是非線性器件，具有平坦的伏安特性，因此，電流流過壓敏電阻會形成功率消耗并產(chǎn)生大量的熱，當(dāng)產(chǎn)生的熱量大于器件本身的散熱能力時，壓敏電阻會升高溫度，當(dāng)溫度升高到一定程度時會引起壓敏電阻內(nèi)部晶間擊穿，形成短路，使得大的工頻電流流過浪涌保護器，造成浪涌保護器燃燒引起電氣火災(zāi)。
[0005]雖然，目前的浪涌保護器通常具備熱保護裝置，如溫度保險絲，但由于熱保護裝置的動作時間需要I秒以上，而壓敏電阻在工頻過電下(有效值數(shù)值大于壓敏電壓時)的擊穿通常只需要數(shù)十毫秒，這樣一秒左右的工頻電弧放電過程足以引起絕緣材料燃燒，這也是此類浪涌保護器在應(yīng)用過程中常見起火現(xiàn)象的原因。而在暫時過電壓狀態(tài)下，現(xiàn)有的帶壓敏電阻的浪涌保護器基本上都會出現(xiàn)壓敏電阻擊穿，并伴隨電火花和電弧放電現(xiàn)象，極易造成起火或引起電氣火災(zāi)。如果浪涌保護器起火，其絕緣材料可能會喪失功能，造成電氣短路并引發(fā)更為嚴重的電氣火災(zāi)事故。
[0006]為了避免這種情況發(fā)生，通常會要求在浪涌保護器前增加過流保護裝置，利用過流保護裝置切斷故障短路電流。但這種方式也有其缺點，就是在當(dāng)?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)中性線斷線引起的暫時過電壓下基本無效，其原因在于:故障電流通過接地裝置流回，接地裝置的接地電阻會將故障電流限制在數(shù)十安培，而過流保護裝置基本不會動作。
實用新型內(nèi)容
[0007]為了避免現(xiàn)有的浪涌保護器在暫時過電壓(TOV)下出現(xiàn)壓敏電阻擊穿的現(xiàn)象，本實用新型的目的是提出了一種浪涌保護器，其在現(xiàn)有的壓敏電阻、熱保護裝置及開關(guān)型器件串聯(lián)形成浪涌電流泄放通道的基礎(chǔ)上，增設(shè)了一與開關(guān)型器件并聯(lián)的分壓模塊，該分壓模塊能夠在暫時過電壓下為壓敏電阻分壓，使得壓敏電阻在暫時過電壓(TOV)下不出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，不會引起火災(zāi)，從而大大提升了浪涌保護器的安全性能及暫時過電壓耐受能力。
[0008]該實用新型目的具體是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0009]一種浪涌保護器，其包括熱保護裝置、壓敏電阻及開關(guān)型器件，其中，該熱保護裝置、壓敏電阻及開關(guān)型器件串聯(lián)連接形成浪涌電流泄放通道，該浪涌保護器還包括:并聯(lián)于開關(guān)型器件兩端的分壓模塊，該分壓模塊具有一定阻抗值，其阻抗值根據(jù)暫時過電壓的幅值及所述壓敏電阻、熱保護裝置及開關(guān)型器件的規(guī)格參數(shù)來確定；當(dāng)電壓達到暫時過電壓時，所述壓敏電阻、熱保護裝置和分壓模塊形成工頻電流或直流通路。
[0010]進一步，上述規(guī)格參數(shù)包括:壓敏電阻的壓敏電壓及電流值，以及熱保護裝置的特定動作溫度。作為最佳的實施方式，上述規(guī)格參數(shù)還包括開關(guān)型器件的動作電壓，使動作電壓大于分壓模塊承受的最大電壓。
[0011]作為優(yōu)選方案，分壓模塊可以是電阻、電容或電感，或上述任意一種或兩種以上的串聯(lián)組合。作為另一種優(yōu)選方案，分壓模塊可以是具有同樣物理特性電子器件，也可以是具有一定阻抗值的結(jié)構(gòu)器件或其他器件。例如，采用機械加工方式形成的螺旋狀的具有電感量的導(dǎo)體作為連接線；采用較大面積電極中間填充較大介電常數(shù)物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)電容器；采用導(dǎo)電塑料等材料制成的具有一定阻抗值的結(jié)構(gòu)件等。
[0012]作為優(yōu)選，開關(guān)型器件可以是本領(lǐng)域內(nèi)常用的放電間隙、氣體放電管或半導(dǎo)體放電管防護器件。
[0013]作為優(yōu)選，熱保護裝置可以是本領(lǐng)域內(nèi)常用的任意方式的熱保護器件或熱脫離裝置，如溫度保險絲、雙金屬熱斷路器、機械式熱脫離機構(gòu)、或低熔點合金斷開裝置等。
[0014]進一步，上述浪涌保護器適用于單相系統(tǒng)或單相分線系統(tǒng)或多相系統(tǒng)中。例如，在優(yōu)選的實施例中，浪涌保護器可以連接于單相系統(tǒng)的L-PE和N-PE之間、或連接于單相系統(tǒng)的L-PE、N-PE和L-N之間，或連接于單相分線系統(tǒng)的Ll-PE和L2-PE之間。在其他優(yōu)選的實施例中，浪涌保護器還可以連接于多相系統(tǒng)的Ll-PE，L2-PE，L3-PE及N-PE之間，或連接于三相系統(tǒng)的 L1-L2，L2-L3, L1-L3，Ll-PE，L2-PE，L3-PE，N-PE 之間。
[0015]本實用新型所提出的浪涌保護器，在現(xiàn)有浪涌保護器的基礎(chǔ)上，根據(jù)暫時過電壓的幅值及已有器件的規(guī)格參數(shù)，通過合理選取分壓模塊，大大提高了浪涌保護器的暫時過電壓耐受能力。同時，還具有以下突出優(yōu)點:
[0016](I)分壓模塊的加入，可以保證限壓型的壓敏電阻不被暫時過電壓擊穿，同時還能在長時間的暫時過電壓下，讓熱保護裝置動作，切斷受損的壓敏電阻，也就不存在火災(zāi)隱串
■/Q1、O
[0017](2)分壓模塊的加入，在應(yīng)用時，由于分壓模塊和壓敏電阻可以等效兩個不同的阻抗，會產(chǎn)生分壓的作用，降低了壓敏電阻上的電壓應(yīng)力，這對延長壓敏電阻的壽命也提供了幫助。
[0018](3)分壓模塊的加入，并不影響靠壓敏電阻劣化發(fā)熱而動作的熱保護裝置的功能，相反由于分壓模塊的加入，使得壓敏電阻的溫升過程相對緩慢，有利于熱保護裝置溫度控制的準確性；同時，由于壓敏電阻不存在擊穿過程，整個脫離過程的電流為數(shù)十毫安，有利于熱保護裝置的分斷電流。
[0019](4)分壓模塊的加入，對浪涌保護器(SPD)的整體浪涌耐受能力完全沒有影響；對保護水平影響有限，在單相220V的系統(tǒng)中，通常設(shè)備的耐壓等級在2500V以上，壓敏電阻串聯(lián)放電管的殘壓通常在1800V以下，即使是放電管響應(yīng)時的最高峰值電壓也會小于1800V。
[0020]同時，分壓模塊的加入并未大幅增加浪涌保護器的制作成本，相反，如本實用新型所述的分壓模塊具有體積小、成本低等優(yōu)勢，其材料成本增加不到5%，可以廣泛應(yīng)用至可靠性要求高的石化、鐵路、通訊等領(lǐng)域。
[0021](5)分壓模塊的加入，還避免了開關(guān)型器件在暫時過電壓下的電弧放電過程，而開關(guān)型器件電弧放電過程會產(chǎn)生1000°c以上的高溫，將極大的危害設(shè)備的絕緣系統(tǒng)。
[0022]開關(guān)型器件產(chǎn)生電弧放電的原因在于:當(dāng)壓敏電阻和開關(guān)型器件串聯(lián)時，由于壓敏電阻的等效電容量有數(shù)百到數(shù)千PF，而開關(guān)型器件，尤其是氣體放電管，其等效電容量只有幾個PF。當(dāng)工頻暫時過電壓加在整個浪涌保護器上時，氣體放電管承受了 95%以上的電壓，當(dāng)TOV的幅值超過開關(guān)型器件的動作電壓時，其會迅速導(dǎo)通并進入負阻狀態(tài)，開關(guān)型器件的兩電極間會形成工頻電弧，由于電弧的溫度通常在1000°C以上，會導(dǎo)致電極燒蝕并引起絕緣材料期貨。而并入分壓模塊以后，由于其等效阻抗遠小于開關(guān)型器件，其分壓功能使開關(guān)型器件在TOV下的端電壓有所降低，通過合理選擇各個器件的參數(shù)，可以確保開關(guān)型器件不導(dǎo)通，不會形成電弧放電。
[0023](6)本實用新型所述的浪涌保護器不需要過流保護裝置作為后備保護，具有很大的經(jīng)濟價值。由于過流保護裝置是用來切斷故障斷路電流，而本實用新型根本不會出現(xiàn)壓敏電阻擊穿造成的電氣斷路，因此，本實用新型不需要使用過流保護裝置，從而大大節(jié)約了成本，避免工程浪費。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1 (a)_圖1 (b)是根據(jù)本實用新型的浪涌保護器的原理框圖；
[0025]圖2(a)-圖2(h)是根據(jù)本實用新型的分壓模塊的示意圖；
[0026]圖3是根據(jù)本實用新型的浪涌保護器在暫時過電壓下的電路等效示意圖；
[0027]圖4是根據(jù)本實用新型實施例1的電路原理圖；
[0028]圖5是根據(jù)本實用新型實施例2的電路原理圖；
[0029]圖6是根據(jù)本實用新型實施例3的電路原理圖；
[0030]圖7是根據(jù)本實用新型實施例4的電路原理圖；
[0031]圖8是根據(jù)本實用新型實施例5的電路原理圖。
[0032]在本文中，相同的附圖標記表示相同的部件，在描述具體附圖時，并非所顯示的所有部件或元件都需要隨相應(yīng)的附圖一起討論。其中，附圖標記含義如下:
[0033]1-熱保護裝置、2-壓敏電阻、3-開關(guān)型器件、4-分壓模塊、MOV-壓敏電阻、TCO-溫度保險絲、⑶T-氣體放電管、R-電阻、C-電容、L-電感。

【具體實施方式】
[0034]圖l(a)_(b)是本實用新型提出的一種浪涌保護器的原理框圖，其主要包括以下四個關(guān)鍵元件:熱保護裝置1、壓敏電阻2、開關(guān)型器件3及分壓模塊4。
[0035]熱保護裝置1、壓敏電阻2和開關(guān)型器件3串聯(lián)連接形成浪涌電流泄放通路，起到基礎(chǔ)的浪涌防護作用。如圖l(a)_(b)所示，既可以是熱保護裝置、壓敏電阻和開關(guān)型器件依次串聯(lián)連接，也可以是壓敏電阻、熱保護裝置和開關(guān)型器件依次串聯(lián)連接，這兩種情形均屬于本領(lǐng)域已知的浪涌電流泄放通路，在此不贅述。其中，熱保護裝置I可以是本領(lǐng)域內(nèi)常用的任意方式的熱保護器件或熱脫離裝置，如溫度保險絲、雙金屬熱斷路器、機械式熱脫離機構(gòu)、低熔點合金斷開裝置等。壓敏電阻2可以選用本領(lǐng)域內(nèi)常用的各種型號，如34S431、25S511等。開關(guān)型器件3可以采用本領(lǐng)域內(nèi)常用的氣體間隙、氣體放電管、半導(dǎo)體放電管等防護器件。
[0036]分壓模塊4并聯(lián)連接在開關(guān)型器件3的兩端，用于在工頻暫時過電壓(TOV)下，使熱保護裝置1、壓敏電阻2與分壓模塊4形成工頻電流或直流通路。該分壓模塊4對暫時過電壓(TOV)的幅值進行分壓，使得壓敏電阻2兩端實時承受的電壓低于其所能承受的最大電壓(即標稱壓敏電壓)，使得壓敏電阻2迅速發(fā)熱并保證單位面積的電流密度不超過壓敏電阻的承受能力，不出現(xiàn)晶間擊穿的短路現(xiàn)象，避免起火，從而大大提高浪涌保護器的暫時過電壓耐受能力。
[0037]分壓模塊4是具有一定阻抗值的元件，可以采用電阻(R)、電容(C)、電感(L)或者上述任意一種或兩種以上的串并聯(lián)組合，例如，一個電阻，或多個電阻串聯(lián)，或一個電阻與一個電容串聯(lián)等，也可以是具有同樣物理特性電子器件通過串并聯(lián)的方式提高參數(shù)。圖
2(a)-(g)是根據(jù)本實用新型的浪涌保護器的分壓模塊示意圖，示出了 7種常用電阻、電容、電感組合方式。由一種或多種上述元件串并聯(lián)組合形成的分壓模塊4具有體積小、成本低等突出優(yōu)點，在實際應(yīng)用過程中，用途廣泛，效果顯著。盡管電阻⑵、電容(C)、電感(L)都是電子領(lǐng)域常用的電子元件，但本領(lǐng)域并沒有任何文件公開或給出任何技術(shù)啟示表明，電阻、電容、電感的任意一種或多種元件串并聯(lián)組合構(gòu)成的分壓模塊4可以并聯(lián)在開關(guān)型器件3兩端，起到分擔(dān)壓敏電阻2所承受的電壓的作用，從而使得壓敏電阻2不出現(xiàn)晶間擊穿的短路現(xiàn)象，避免起火。
[0038]分壓模塊4還可以是具有一定阻抗值的結(jié)構(gòu)器件或具有相同功能的其他器件。例如，采用機械加工方式形成的螺旋狀的具有電感量的導(dǎo)體作為連接線；采用較大面積電極中間填充較大介電常數(shù)物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)電容器；采用導(dǎo)電塑料等材料制成的具有一定阻抗值得結(jié)構(gòu)件等等。本實用新型中所述的分壓模塊還意圖涵蓋本領(lǐng)域內(nèi)常見的其他等同或可替代的方式，凡是在本實用新型所公開內(nèi)容的啟迪下，利用本領(lǐng)域內(nèi)常用的其他電子元件或器件能夠?qū)崿F(xiàn)本實用新型分壓模塊的功能的所有實施方式，均屬于本實用新型的保護內(nèi)容。
[0039]浪涌保護器(SPD)可連接在L(相線/火線)、N(中性線/零線)、PE(保護線/地線)之間，如L-L、L-N、L-PE、N-PE，這些連接方式稱為保護模式。STO的保護模式與供電系統(tǒng)的接地型式有關(guān)，目前低壓配電系統(tǒng)常用的sro保護模式有共模保護模式、“3+1”保護模式和全保護模式。本實用新型所述的浪涌保護器可以用在任何需要浪涌防護的回路中，也可根據(jù)系統(tǒng)的特點，只設(shè)置在暫時過電壓幅值較高的保護模式，比如L-PE，N-PE。在多個L (N) -PE中，分壓模塊4和開關(guān)型器件3既可以分開使用，也可以共用。
[0040]本實用新型所述浪涌保護器的主要工作原理如下:
[0041]根據(jù)暫時過電壓(TOV)的幅值以及熱保護裝置1、壓敏電阻2、開關(guān)型器件3的規(guī)格參數(shù)來選取適合的分壓模塊4，使得在暫時過電壓(TOV)狀態(tài)時，如圖1(a)所示的浪涌保護器的開關(guān)型器件3不動作，其等效電路如圖3所示，其中:UTW — TOV時的等效系統(tǒng)電源；Rt—熱保護裝置I的等效電阻，通常小于ΙΟπιΩ ;RMW—壓敏電阻2的等效電阻；RZ—分壓模塊4的等效阻抗。
[0042]由于壓敏電阻I是非線性器件，并且符合下式的規(guī)律:
[0043]U = C10 公式(I)
^ ^ β Ig^1 /UJ
[0044]其中:g=， ' , τ\

IgU1 / I2)
[0045]1-流過壓敏電阻的電流
[0046]U-加在壓敏電阻上的電壓
[0047]β -電流指數(shù)，β總是小于I的
[0048]C-常數(shù)
[0049]那么，以壓敏電壓為620V的壓敏電阻為例，在流過電流數(shù)值為數(shù)毫安上升到數(shù)十毫安時，其電阻(Rmw)從數(shù)百kQ降到數(shù)kQ。
[0050]壓敏電阻根據(jù)其規(guī)格的不同，其能夠長時間流過的電流為數(shù)mA到數(shù)十mA不等，如果已知該規(guī)格壓敏電阻能夠流過的電流值為I，那么在該電流下的Rmw也是定值；于是，根據(jù)以下公式(2)的關(guān)系，通過調(diào)整Rz的數(shù)值，使得公式(3)得以成立，那么壓敏電阻2將不會在熱保護裝置I動作之前出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象。
[0051]Utov = IRt+IRmov+IRz 公式(2)
[0052]IRmov ^ UlmA*0.8 公式(3)
[0053]式中:1- TOV狀態(tài)下流過回路的電流
[0054]U1dia-壓敏電阻在ImA直流下兩端的電壓，通常為表征壓敏電阻基礎(chǔ)性能的參數(shù)
[0055]熱保護裝置I的等效電阻通常小于ΙΟι?Ω，當(dāng)I為數(shù)十mA時，IRt可以忽略；根據(jù)系統(tǒng)的特性，TOV的幅值是可以確定的，也就是說，Utw的值是清楚的，那么，由于已知壓敏電阻的規(guī)格和特性，確定Rz的數(shù)值也就順理成章。也就是說，應(yīng)根據(jù)已知的TOV電壓幅值、已知的壓敏電阻2的壓敏電壓及電流值、已知的熱保護裝置I的特定動作溫度，來確定分壓模塊4的等效阻抗。
[0056]為了確保壓敏電阻2在暫時過電壓(TOV)時不被擊穿，同時還需要滿足以下的關(guān)系:即開關(guān)型器件3的動作電壓要大于IRz的峰值(即分壓模塊承受的最大電壓值)并留有3%裕量，也就是說，在選取分壓模塊4時，還要考慮開關(guān)型器件3的最低動作電壓，使得其在暫時過電壓(TOV)時不動作。
[0057]在下文中，將參照附圖以實施例的方式對本實用新型進行更加全面的描述，其中僅示出了一些實施例。但本實用新型在實際應(yīng)用中可以體現(xiàn)為多種不同的形式，不應(yīng)該局限于本文中所提出的實施例，提供這些實施例的目的是為了更好地理解本實用新型。
[0058]實施例1
[0059]圖4是根據(jù)本實用新型實施例1的電路原理圖。本實施例1為浪涌保護器(sro)的共模保護模式(L-PE，N-PE)，即電源L(火線)、N(中性線)分別與PE(保護地)線之間分別安裝相同型號的浪涌保護器(sro)，把雷電(或感應(yīng)電)能量泄放到地，限制對地暫時過電壓的幅值，以防護設(shè)備對地的絕緣。浪涌保護器包括串聯(lián)連接的熱保護裝置1、壓敏電阻2及開關(guān)型器件3，以及并聯(lián)在開關(guān)型器件3兩端的分壓模塊4。其中，熱保護裝置I采用溫度保險絲(TCO)分別是TCOl和TC02，壓敏電阻(MOV) 2分別為MOVl和M0V2，開關(guān)型器件3選用氣體放電管(GDT)，分壓模塊4則由圖2(d)所示的一個電容(C)和一個電阻(R)串聯(lián)構(gòu)成。如圖4所示，L-PE之間為TC01、M0VUGDT串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C和R并聯(lián)至⑶T兩端；N-PE之間為TC02、M0V2、⑶T串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C和R并聯(lián)至⑶T兩端，其中，⑶T、C和R是共用的。
[0060]更具體地是，溫度保險絲(TCOl)與壓敏電阻(MOVl)串聯(lián)，溫度保險絲(TCOl)的另一端引出連接到220V單相系統(tǒng)的L(火線)；溫度保險絲(TC02)與壓敏電阻(M0V2)串聯(lián)，溫度保險絲(TC02)的另一端引出連接到220V單相系統(tǒng)的N(中性線)；壓敏電阻(MOVl)、壓敏電阻(M0V2)、氣體放電管(GDT)、電容(C)共同連接于一點；電容(C)與電阻(R)串聯(lián)；電阻(R)與氣體放電管(GDT)連接后引出連接到單相系統(tǒng)的PE (保護地)。
[0061]其中，該SPD中各器件的參數(shù)選擇如下:溫度保險絲(TCO)采用廈門賽爾特電子有限公司生產(chǎn)的VQ125，其標稱動作溫度125°C、浪涌耐受能力40kA(8/20波形)；壓敏電阻(MOV)采用34S431，其標稱壓敏電壓430V、在80mA的電流可以耐受I個小時；氣體放電管(GDT)的直流擊穿電壓800V、浪涌耐受能力40kA(8/20波形)；電容(C)的額定電壓400V，電容量1.5uF左右；電阻(R)的阻值為100 Ω，功率為2W。
[0062]該Sro樣品在L-PE、N-PE保護模式上施加800V的交流電壓試驗，其電源系統(tǒng)的短路輸出能力在300A，樣品在電壓施加后的30-60秒內(nèi)溫度保險絲(TCO)安全脫開，壓敏電阻(MOV)表面的最高溫度146°C，試驗過程未見弧光、火花以及冒煙現(xiàn)象。
[0063]作為本實施例1的另一種實施方式，L-PE和N-PE之間所連接的兩個STO還可以不共用一組并聯(lián)的開關(guān)型器件和分壓模塊，即，各自使用一組并聯(lián)的開關(guān)型器件和分壓模塊，此時，兩個分壓模塊可以分別選用圖2(a)_(h)中的任一種方式，也可以選用其他具有一定阻抗值的結(jié)構(gòu)器件，這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的一種變形，在此不贅述。
[0064]實施例2
[0065]圖5是根據(jù)本實用新型實施例2的電路原理圖。本實施例2與實施例1的區(qū)別在于:應(yīng)用的保護模式不同，在L-N之間增加了一個浪涌保護器，選取的分壓模塊也不同。
[0066]本實施例2中SPD的保護模式，如圖5所示，除了在L-PE和N-PE之間安裝相同型號的SPD模塊之外，在L-N之間還增加了一個同樣型號的SPD，其中，SH)包括串聯(lián)連接的熱保護裝置1、壓敏電阻2及開關(guān)型器件3，以及并聯(lián)在開關(guān)型器件3兩端的分壓模塊4。在本實施例2中，熱保護裝置I采用溫度保險絲(TCO)分別是TCOl、TC02和TC03，壓敏電阻(MOV) 2分別為M0V1、M0V2和M0V3，開關(guān)型器件3均選用氣體放電管(O)T)，分壓模塊4則由圖2(a)所示的一個電阻(R)構(gòu)成。其中，L-PE之間為TC01、M0V1、⑶Tl依次串聯(lián)，再將Rl并聯(lián)至⑶Tl的兩端；N-PE之間為TC03、M0V3、⑶Tl依次串聯(lián)，再將Rl并聯(lián)至⑶Tl的兩端；其中，L-PE與N-PE共用一組并聯(lián)的⑶Tl和Rl。L-N之間為TC02、M0V2、⑶T2依次串聯(lián)，再將R2并聯(lián)至⑶T2的兩端。
[0067]更具體地是，如圖5所示，溫度保險絲(TCOl)與壓敏電阻(MOVl)串聯(lián)，溫度保險絲(TCOl)與溫度保險絲(TC02)的共同連接端引出連接到220V單相系統(tǒng)的火線(L);溫度保險絲(TC02)與壓敏電阻(M0V2)串聯(lián)，壓敏電阻(M0V2)的另一端與氣體放電管(GDT2)、電阻(R2)連接于同一點；氣體放電管(GDT2)與電阻(R2)并聯(lián)；氣體放電管(GDT2)、電阻(R2)與溫度保險絲(TC03)的共同連接端連接到220V單相系統(tǒng)的中性線(N);溫度保險絲(TC03)與壓敏電阻(M0V3)串聯(lián)；壓敏電阻(MOVl)、壓敏電阻(M0V3)、氣體放電管(GDTl)、電阻(Rl)共同連接于一點；氣體放電管(GDTl)與電阻(Rl)并聯(lián)；電阻(Rl)與氣體放電管(GDTl)連接后引出連接到單相系統(tǒng)的保護地(PE)。
[0068]該SPD中各器件的參數(shù)選擇如下:溫度保險絲(TCO)采用廈門賽爾特電子有限公司生產(chǎn)的VT125，其標稱動作溫度125°C、浪涌耐受能力25kA(8/20波形);壓敏電阻(MOV)采用25S511，其標稱壓敏電壓510V、在40mA的電流可以耐受I個小時；氣體放電管(OTT)的直流擊穿電壓800V、浪涌耐受能力25kA(8/20波形)；電阻(R)的等效阻值為1kQ，功率為10W。
[0069]該Sro樣品在L-N、L-PE、N-PE保護模式上施加800V的交流電壓試驗，其電源系統(tǒng)的短路輸出能力在300A，樣品在電壓施加后的60-80秒內(nèi)溫度保險絲(TCO)安全脫開，壓敏電阻(MOV)表面的最高溫度149°C，試驗過程未見弧光、火花以及冒煙現(xiàn)象。
[0070]作為本實施例2的另一種實施方式，L-PE和N-PE之間所連接的兩個SH)還可以不共用一組并聯(lián)的開關(guān)型器件和分壓模塊，即，各自使用一組并聯(lián)的開關(guān)型器件和分壓模塊，此時，兩個分壓模塊可以分別選用圖2 (a)-(h)中的任一種方式，也可以選用其他具有一定阻抗值的結(jié)構(gòu)器件，這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的一種變形，在此不贅述。
[0071]實施例3
[0072]圖6是根據(jù)本實用新型實施例3的電路原理圖。本實施例3與實施例1的區(qū)別在于:適用的系統(tǒng)不同，兩個SPD不共用并聯(lián)的開關(guān)型器件及分壓模塊。
[0073]本實施例3適用于在美洲、日本等國家廣泛使用的單相分線系統(tǒng)，而上述實施例1、2所述的單相系統(tǒng)適用于我國和亞、歐、非洲等國家和地區(qū)使用。如圖6所示，該單相分線系統(tǒng)包括不止一條相線(L)，本實施例3以兩條相線(L1、L2)為例。SH)包括串聯(lián)連接的熱保護裝置1、壓敏電阻2及開關(guān)型器件3，以及并聯(lián)在開關(guān)型器件3兩端的分壓模塊4。其中，熱保護裝置I采用溫度保險絲(TCO)分別是TCOl和TC02，壓敏電阻(M0V)2分別為MOVl和M0V2，開關(guān)型器件3選用氣體放電管(GDT)，分壓模塊4則由圖2 (d)所示的一個電容(C)和一個電阻(R)串聯(lián)構(gòu)成。在本實施例3中，Ll-PE為TCOl、MOVl、⑶Tl串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的Cl和Rl并聯(lián)至⑶Tl兩端；L2-PE之間為TC02、M0V2、⑶T2串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C2和R2并聯(lián)至⑶T2兩端。
[0074]更具體地是，溫度保險絲(TCOl)與壓敏電阻(MOVl)串聯(lián)，溫度保險絲(TCOl)另一端引出連接到110/220V單相分線系統(tǒng)的火線(LI);溫度保險絲(TC02)與壓敏電阻(M0V2)串聯(lián)，溫度保險絲(TC02)另一端引出連接到110/220V單相分線系統(tǒng)的火線(L2)；壓敏電阻(MOVl)的另一端與氣體放電管(GDTl)、電容(Cl)連接于同一點；電容(Cl)與電阻(Rl)串聯(lián)后并聯(lián)于壓敏電阻(MOVl)的另一端與氣體放電管(GDTl)、電容(Cl)連接于同一點；電容(Cl)與電阻(Rl)串聯(lián)后并聯(lián)于氣體放電管(GDTl);壓敏電阻(M0V2)的另一端與氣體放電管(GDT2)、電容(C2)連接于同一點；電容(C2)與電阻(R2)串聯(lián)后并聯(lián)于氣體放電管(GDT2)放電，壓敏電阻(MOVl)的另一端與氣體放電管(GDTl)、電容(Cl)連接于同一點；電容(Cl)與電阻(Rl)串聯(lián)后并聯(lián)于氣體放電管(GDT2);氣體放電管(GDTl)、電阻(Rl)、氣體放電管(GDT2)、電阻(R2)的共同連接點引出連接到單相分線系統(tǒng)的保護地(PE)。
[0075]該SPD的各器件參數(shù)選擇如下:溫度保險絲(TCO)采用廈門賽爾特電子有限公司生產(chǎn)的VT125，其標稱動作溫度125°C、浪涌耐受能力25kA(8/20波形)；壓敏電阻(MOV)采用25S201，其標稱壓敏電壓200V、在40mA的電流可以耐受I個小時；氣體放電管(OTT)的直流擊穿電壓350V、浪涌耐受能力25kA(8/20波形);電容(C)的額定電壓400V，電容量0.8uF左右；電阻(R)的阻值為100 Ω，功率為2W。
[0076]該樣品在L-PE、N_PE保護模式上施加240V的交流電壓試驗，其電源系統(tǒng)的短路輸出能力在22000A，樣品在電壓施加后的60-80秒內(nèi)TCO安全脫開，壓敏電阻表面的最高溫度151 °C，該樣品在L-N保護模式上施加480V的交流電壓試驗，其電源系統(tǒng)的短路輸出能力在22000A，樣品在電壓施加后的60-100秒內(nèi)TCO安全脫開，壓敏電阻表面的最高溫度152°C，試驗過程未見弧光、火花以及冒煙現(xiàn)象。
[0077]作為本實施例3的另一種實施方式，Ll-PE和L2-PE之間可以共用一組并聯(lián)的開關(guān)型器件和分壓模塊，這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的一種變形，在此不贅述。
[0078]作為本實用新型可以想到的其他實施方式，在實施例1-實施例3中的熱保護裝置還可以是如前所述的雙金屬熱斷路器、機械式熱脫離機構(gòu)或低熔點合金斷開裝置等其他熱保護器件；在實施例1-實施例3中壓敏電阻可以選用其他合適的型號；在實施例1-實施例3中開關(guān)型器件可以選用如前所述的氣體間隙、半導(dǎo)體放電管等其他防護器件；在實施例1-實施例3中分壓模塊可以選用圖2 (a)-(h)中的任一種方式，也可以選用其他具有一定阻抗值的結(jié)構(gòu)器件。
[0079]實施例4
[0080]圖7是根據(jù)本實用新型實施例4的電路原理圖。本實施例4與實施例1的相同點在于:浪涌保護器(SPD)均采用共模保護模式。區(qū)別點在于:實施例1適用于單相系統(tǒng)，而實施例4適用于三相系統(tǒng)；實施例4的分壓模塊采用圖2(e)中的方式，即電感、電容串聯(lián)。
[0081]本實施例4為浪涌保護器(sro)的共模保護模式(L1-PE，L2-PE，L3-PE，N-PE)，即電源L(火線)、N(中性線)分別與PE(保護地)線之間分別安裝相同型號的浪涌保護器(sro)，把雷電(或感應(yīng)電)能量泄放到地，限制對地暫時過電壓的幅值，以防護設(shè)備對地的絕緣。
[0082]浪涌保護器包括串聯(lián)連接的熱保護裝置1、壓敏電阻2及開關(guān)型器件3，以及并聯(lián)在開關(guān)型器件3兩端的分壓模塊4。其中，如圖7所示，熱保護裝置I采用溫度保險絲(TCO)分別是 TC01、TC02、TC03 和 TC04，壓敏電阻(MOV) 2 分別為 M0V1、M0V2、M0V3 和 M0V4，開關(guān)型器件3選用氣體放電管(GDT)，分壓模塊4則由圖2(d)所示的一個電容(C)和一個電感(L)串聯(lián)構(gòu)成。如圖8所示，Ll-PE之間為TC0UM0V1、⑶T串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C和L并聯(lián)至⑶T兩端；L2-PE之間為TC02、M0V2、⑶T串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C和L并聯(lián)至⑶T兩端；L3-PE之間為TC03、M0V3、⑶T串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C和L并聯(lián)至⑶T兩端；N_PE之間為TC04、M0V4、⑶T串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C和L并聯(lián)至⑶T兩端，其中，⑶T、C和L是共用的。
[0083]更具體地是，溫度保險絲(TCOl)與壓敏電阻(MOVl)串聯(lián)，溫度保險絲(TCOl)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的LI (火線)；溫度保險絲(TC02)與壓敏電阻(M0V2)串聯(lián)，溫度保險絲(TC02)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的L2(火線)；溫度保險絲(TC03)與壓敏電阻(M0V3)串聯(lián)，溫度保險絲(TC03)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的L3(火線)；溫度保險絲(TC04)與壓敏電阻(M0V4)串聯(lián)，溫度保險絲(TC04)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的N(中性線)；壓敏電阻(MOVl)、壓敏電阻(M0V2)、壓敏電阻(M0V3)、壓敏電阻(M0V4)、氣體放電管(GDT)、電容(C)共同連接于一點；電容(C)與電感(L)串聯(lián)；電感(L)與氣體放電管(GDT)連接后引出連接到配電系統(tǒng)的PE (保護地)。
[0084]其中，該SPD中各器件的參數(shù)選擇如下:溫度保險絲(TCO)采用廈門賽爾特電子有限公司生產(chǎn)的VQ125，其標稱動作溫度125°C、浪涌耐受能力40kA(8/20波形)；壓敏電阻(MOV)采用34S561，其標稱壓敏電壓560V、在80mA的電流可以耐受I個小時；氣體放電管(GDT)的直流擊穿電壓1000V、浪涌耐受能力40kA(8/20波形)；電容(C)的額定電壓400V，電容量1.5uF左右；電感(L)為直徑0.5mm漆包線繞制的空心電感，電感量約8uH.。
[0085]該sro樣品在L-PE、N-PE保護模式上施加1000V的交流電壓試驗，其電源系統(tǒng)的短路輸出能力在300A，樣品在電壓施加后的30-60秒內(nèi)溫度保險絲(TCO)安全脫開，壓敏電阻(MOV)表面的最高溫度146°C，試驗過程未見弧光、火花以及冒煙現(xiàn)象。
[0086]作為本實施例4的另一種實施方式，L-PE和N-PE之間所連接的兩個SB)還可以不共用一組并聯(lián)的開關(guān)型器件和分壓模塊，即，各自使用一組并聯(lián)的開關(guān)型器件和分壓模塊，此時，兩個分壓模塊可以分別選用圖2(a)_(h)中的任一種方式，也可以選用其他具有一定阻抗值的結(jié)構(gòu)器件，這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的一種變形，在此不贅述。
[0087]實施例5
[0088]圖8是根據(jù)本實用新型實施例5的電路原理圖。本實施例5與實施例4的區(qū)別在于:應(yīng)用的保護模式不同和分壓模塊的器件不同。
[0089]本實施例5為浪涌保護器(SPD)的全模保護模式(Ll-N，L2-N，L3-N，L1-L2，L2-L3，L1-L3，Ll-PE，L2-PE，L3-PE，N-PE)，即電源L(火線)與N(中性線)之間分別安裝相同型號的浪涌保護器(sro) ;l(火線)與L(火線)之間分別安裝相同型號的浪涌保護器(sro)，N(中性線)與PE(保護地)直接利用開關(guān)型浪涌保護器(SPD)，限制所保護線對間暫時過電壓的幅值，以防護設(shè)備的絕緣。
[0090]浪涌保護器包括串聯(lián)連接的熱保護裝置1、壓敏電阻2及開關(guān)型器件3，以及并聯(lián)在開關(guān)型器件3兩端的分壓模塊4。其中，熱保護裝置I采用溫度保險絲(TCO)分別是TC01、TC02、TC03、TC04、TC05 和 TC06，壓敏電阻(MOV) 2 分別為 M0V1、M0V2、M0V3、M0V4、M0V5 和M0V6,開關(guān)型器件3選用氣體放電管(GDT)分別為⑶Tl、⑶T2、⑶T3和⑶T4，分壓模塊4則由圖2(d)所示的電容(C)分別為C1、C2、C3和C4和電阻(R)分別為R1、R2、R3和R4串聯(lián)構(gòu)成。
[0091]如圖8所示，Ll-PE之間為TC04、M0V4、⑶T4串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C4和R4并聯(lián)至⑶T4兩端；L2-PE之間為TC05、M0V5、⑶T4串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C4和R4并聯(lián)至⑶T4兩端；L3-PE之間為TC06、M0V6、OTT4串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C4和R4并聯(lián)至⑶T4兩端；N_PE之間為⑶T4，再將串聯(lián)連接的C4和R4并聯(lián)至⑶T4兩端，其中，⑶T4、C4和R4是共用的；L1-L2之間為TC0UM0V1、⑶Tl串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的Cl和Rl并聯(lián)至⑶Tl兩端；L2_L3之間為TC02、M0V2、⑶T2串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C2和R2并聯(lián)至⑶T2兩端；L3-L1之間為TC03、M0V3、⑶T3串聯(lián)，再將串聯(lián)連接的C3和R3并聯(lián)至⑶T3兩端；
[0092]更具體地是，溫度保險絲(TCOl)與壓敏電阻(MOVl)串聯(lián)，溫度保險絲(TCOl)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的LI (火線)；溫度保險絲(TC04)與壓敏電阻(M0V4)串聯(lián)，溫度保險絲(TC04)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的LI (火線)；溫度保險絲(TC02)與壓敏電阻(M0V2)串聯(lián)，溫度保險絲(TC02)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的L2(火線)；溫度保險絲(TC05)與壓敏電阻(M0V5)串聯(lián)，溫度保險絲(TC05)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的L2(火線)；溫度保險絲(TC03)與壓敏電阻(M0V3)串聯(lián)，溫度保險絲(TC03)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的L3(火線)；溫度保險絲(TC06)與壓敏電阻(M0V6)串聯(lián)，溫度保險絲(TC06)的另一端引出連接到380V三相系統(tǒng)的L3(火線)；壓敏電阻(M0V4)、壓敏電阻(M0V5)、壓敏電阻(M0V6)、氣體放電管(GDT4)、電容(C4)共同連接于一點并連接到380V三相系統(tǒng)的N(中性線)；電容(C4)與電阻(R4)串聯(lián)；電阻(R4)與氣體放電管(GDT4)連接后引出連接到配電系統(tǒng)的PE (保護地)；壓敏電阻(MOVl)、氣體放電管(GDTl)、電容(Cl)共同連接于一點；電容(Cl)與電阻(Rl)串聯(lián)；電阻(Rl)與氣體放電管(GDTl)連接后引出連接到380V三相系統(tǒng)的L2(火線)；壓敏電阻(M0V2)、氣體放電管(GDT2)、電容(C2)共同連接于一點；電容(C2)與電阻(R2)串聯(lián)；電阻(R2)與氣體放電管(GDT2)連接后引出連接到380V三相系統(tǒng)的L3(火線)；壓敏電阻(M0V3)、氣體放電管(GDT3)、電容(C3)共同連接于一點；電容(C3)與電阻(R3)串聯(lián)；電阻(R3)與氣體放電管(GDT3)連接后引出連接到380V三相系統(tǒng)的LI (火線)。
[0093]其中，該SPD中各器件的參數(shù)選擇如下:溫度保險絲(TCO)采用廈門賽爾特電子有限公司生產(chǎn)的VQ125，其標稱動作溫度125°C、浪涌耐受能力40kA(8/20波形)；壓敏電阻(MOV)中M0V1、M0V2、M0V3采用34S681，其標稱壓敏電壓680V、在80mA的電流可以耐受I個小時；壓敏電阻(MOV)中M0V4、M0V5、M0V6采用34S471，其標稱壓敏電壓470V、在80mA的電流可以耐受I個小時；氣體放電管(⑶T)中的⑶Tl、⑶T2、⑶T3采用2R16-1000型，直流擊穿電壓1000V、浪涌耐受能力40kA(8/20波形)；氣體放電管(O)T)中的⑶T4采用2R20-800型，直流擊穿電壓800V、浪涌耐受能力60kA(8/20波形);電容(C)的額定電壓400V，電容量1.5uF左右；電阻(R)的阻值為100 Ω，功率為2W。
[0094]該Sro樣品在L-PE保護模式上施加800V的交流電壓試驗，其電源系統(tǒng)的短路輸出能力在300A，樣品在電壓施加后的30-80秒內(nèi)溫度保險絲(TCO)安全脫開，壓敏電阻(MOV)表面的最高溫度150°C，試驗過程未見弧光、火花以及冒煙現(xiàn)象樣品在L-L保護模式上施加1000V的交流電壓試驗，其電源系統(tǒng)的短路輸出能力在300A，樣品在電壓施加后的30-80秒內(nèi)溫度保險絲(TCO)安全脫開，壓敏電阻(MOV)表面的最高溫度153°C，試驗過程未見弧光、火花以及冒煙現(xiàn)象。
[0095]作為本實施例5的另一種實施方式，N-PE之間也可以采用與L-PE之間相同的SPD，其包括串聯(lián)壓敏電阻及熱保護裝置，這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的一種變形，在此不贅述。
[0096]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很容易想到本實用新型的多種修改和其他實施方式，本實用新型在前述說明書和相關(guān)的附圖中所示出的內(nèi)容具有有益的技術(shù)啟示。因此，本實用新型不局限于所公開的特定實施例，還意圖包括所附權(quán)利要求范圍內(nèi)所請求保護的多種修改和其他實施方式。盡管本文中使用了一些特定術(shù)語，但它們是僅用于通用和描述性的意義，并且不構(gòu)成限制。
【權(quán)利要求】
1.一種浪涌保護器，其包括熱保護裝置、壓敏電阻及開關(guān)型器件，其中，所述熱保護裝置、壓敏電阻及開關(guān)型器件串聯(lián)連接形成浪涌電流泄放通道，其特征在于，所述浪涌保護器還包括: 并聯(lián)于所述開關(guān)型器件兩端的分壓模塊，所述分壓模塊具有一定阻抗值，其阻抗值根據(jù)暫時過電壓的幅值及所述壓敏電阻、熱保護裝置及開關(guān)型器件的規(guī)格參數(shù)來確定； 當(dāng)電壓達到暫時過電壓時，所述壓敏電阻、熱保護裝置和分壓模塊形成工頻電流或直流通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浪涌保護器，其特征在于，所述規(guī)格參數(shù)包括:所述壓敏電阻的壓敏電壓及電流值，以及所述熱保護裝置的動作溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浪涌保護器，其特征在于，所述規(guī)格參數(shù)還包括開關(guān)型器件的動作電壓，使所述動作電壓大于分壓模塊承受的最大電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的浪涌保護器，其特征在于，所述分壓模塊是電阻、電容或電感，或上述任意一種或兩種以上的串并聯(lián)組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的浪涌保護器，其特征在于，所述分壓模塊是具有一定阻抗值的結(jié)構(gòu)器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的浪涌保護器，其特征在于，所述開關(guān)型器件是放電間隙、氣體放電管或半導(dǎo)體放電管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的浪涌保護器，其特征在于，所述熱保護裝置是溫度保險絲、雙金屬熱斷路器、機械式熱脫離機構(gòu)或低熔點合金斷開裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浪涌保護器，其特征在于，所述浪涌保護器可適用于單相系統(tǒng)或單相分線系統(tǒng)或三相系統(tǒng)。
【文檔編號】H02H9/04GK204089187SQ201420415059
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】張祥貴, 徐忠厚, 許由生, 曹安平 申請人:廈門賽爾特電子有限公司