多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块

摘要

本发明涉及多间隙金属陶瓷气体放电管(以下简称M-GDT)电源过电压保护模块，主要由M-GDT组成。M-GDT的端电极A与电源的相线L导电连接，M-GDT的端电极A’与电源的零线N或保护地PE导电连接，M-GDT的中间电极K1～Kn分别与压敏电阻MOV1～MOVn的一端导电连接，MOV1～MOVn的另一端与M-GDT的端电极A或端电极A’导电连接。本发明的产品无安全隐患、通流能力大、无续流、可靠性高及稳定性好。

权利要求

1.多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块，其特征在于：主要由多间隙金属气体放电管组成，所述多间隙金属气体放电管的端电极A与电源的相线（L）导电连接，多间隙金属气体放电管的端电极A’与电源的零线（N）或保护地(PE)导电连接；所述多间隙金属气体放电管包括n个中间电极（ K1～Kn），其中n≥1 ；所述中间电极（K1～Kn）分别与压敏电阻（MOV1～MOVn）导电连接，压敏电阻（MOV1～MOVn）的另一端与多间隙金属气体放电管的端电极A或端电极A’导电连接。

2.如权利要求1所述的多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块，其特征在于：所述多间隙金属气体放电管的相邻两个电极之间设有三个独立间隙。

3.如权利要求1或2所述的多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块，其特征在于：所述多间隙金属气体放电管的端电极A’安装有热脱离装置（ST），端电极A’通过所述热脱离装置（ST）与零线（N）或保护地（PE）连接；当多间隙金属气体放电管的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置（ST）从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线（N）或保护地(PE)的导电连接。

4.如权利要求3所述的多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块，其特征在于：所述热脱离装置的一侧设有微动开关（SW），所述微动开关（SW）分别与告警灯（D）、遥信接口（E）相关联；

所述热脱离装置（ST）从端电极A’上脱离的同时启动微动开关（SW），微动开关（SW）启动时分别向告警灯（D）、遥信接口（E）输出告警信号。

5.如权利要求3所述的多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块，其特征在于：所述多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块还包括触发电路（F），所述触发电路（F）接在所述端电极A与端电极A’之间。

6.如权利要求5所述的多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块，其特征在于：所述触发电路（F）包括变压器（T）、电容C3、电容C4及开关器件（Q），所述变压器（T）初级绕组的一端经过电容C4和开关器件（Q）的串联连接与副级绕组的同名端导电连接，变压器（T）初级绕组的另一端经过电容C3与副级绕组的另一端导电连接。

7.如权利要求6所述的多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块，其特征在于：所述开关器件（Q）包括：二极气体放电管、瞬态抑制二极管、可控硅。

说明书

多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块

技术领域

[0001] 本发明涉及电源系统过电压防护技术，尤其涉及多间隙金属气体放电管(以下简称M-GDT)电源过电压保护模块。

背景技术

[0002] 电源防雷器又称避雷器或浪涌保护器，简称SPD(SurgeProtection Divice，浪涌保护器)，是由若干个过电压保护模块组成。因此，电源防雷器的性能基本上取决于过电压保护模块的性能。目前各电源防雷器的过电压保护模块最主要是采用带热脱离告警装置ST的压敏电阻(以下简称MOV)或带热脱离告警装置ST的MOV与单间隙气体放电管GDT串联组合。

[0003] 上述现有的过电压保护模块有以下缺点：

[0004] 如图1、带热脱离告警装置ST的MOV直接使用于电源相线L对零线N过电压防护，当雷击能量过大时，MOV会炸裂，出现开路失效，且无法启动告警，给出告警信号，使电源处于无防护状态，且炸裂时剩余的雷击能量将损坏电源设备；当电源系统的操作过电压的能量大到MOV不能消耗时，MOV将击穿短路，由于电源系统提供的能量非常巨大，电弧迅速形成，此时脱离装置ST无法迅速脱离易导致火灾发生。

[0005] 如图2、带热脱离告警装置ST的MOV与单间隙气体放电管GDT串联组合直接使用于电源相线L对零线N过电压防护时，由于串联的单间隙气体放电管GDT通流能量大及续流的存在，同样会出现上述两种情况，因没有其他的替代方案，40余年来一直使用MOV来防护电源系统的过电压实在是无奈之举。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供M-GDT电源过电压保护模块，以解决现有的电源防雷器存在安全隐患、存在续流等缺点。

[0007] 为了达到上述目的，本发明的M-GDT电源过电压保护模块采用如下技术方案：

[0008] 本发明的M-GDT电源过电压保护模块主要由M-GDT(即多间隙金属气体放电管)组成。所述多间隙金属气体放电管的端电极A与电源的相线L导电连接，多间隙金属气体放电管的端电极A’与电源的零线N(或保护地PE)导电连接；所述多间隙金属气体放电管包括n个中间电极K1～Kn，其中n＝1；所述中间电极K1～Kn分别与压敏电阻MOV1～MOVn导电连接，压敏电阻MOV1～MOVn的另一端与多间隙金属气体放电管的端电极A或端电极A’导电连接。

[0009] 需要指出的是，n的大小视电源电压的大小而定(如：50Hz AC 220V rms取n＝4)。

[0010] 对上述技术方案进行进一步阐述：

[0011] 所述M-GDT的相邻两个电极之间设有三个独立间隙。

[0012] 所述M-GDT的端电极A’安装有热脱离装置ST，端电极A’通过所述热脱离装置ST与零线N或保护地PE连接；当多间隙金属气体放电管的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置ST从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线N(或保护地PE)的导电连接。

[0013] 所述热脱离装置的一侧设有微动开关SW，所述微动开关SW分别与告警灯D、遥信接口E相关联；所述热脱离装置ST从端电极A’上脱离的同时启动微动开关SW，微动开关SW启动时分别向告警灯D、遥信接口E输出告警信号。

[0014] 所述多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块还包括触发电路F，所述触发电路F接在所述端电极A与端电极A’之间。

[0015] 所述触发电路F包括变压器T、电容C3、电容C4、开关器件Q，所述变压器T初级绕组的一端经过电容C3、开关器件Q与副级绕组的同名端导电连接，变压器T初级绕组的另一端经过电容C4与副级绕组的同名端导电连接。

[0016] 所述开关器件Q包括但不限于：二极气体放电管、瞬态抑制二极管、可控硅。

[0017] 本发明的多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块有以下优点：

[0018] 通过以上技术方案，本发明无安全隐患、通流能力大、残压低、无续流、可靠性高、稳定性好，彻底解决了DC48V、AC50Hz 110V、220V、380V、440V等等电源系统中雷击过电压、操作过电压及电磁脉冲过电压的防护问题。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0020] 图1为现有的电源过电压保护模块的电路图；

[0021] 图2为另一现有的电源过电压保护模块的电路图；

[0022] 图3a是本发明第一实施例的电路原理图；

[0023] 图3b是图3a的等效电路图；

[0024] 图4a是本发明第二实施例的电路原理图；

[0025] 图4b是图4a的等效电路图；

[0026] 图5是本发明第三实施例的电路原理图；

[0027] 图6是本发明第四实施例的电路原理图；

[0028] 图7是本发明的触发电路的电路原理图；

[0029] 图8、9、10是本发明的触发电路的具体电路图。

具体实施方式

[0030] 为了充分揭露本发明的技术方案，是本领域的技术人员能够实现本发明，下面结合附图对本发明进行详细的描述。

[0031] 需要说明的是，本发明采用了新型的M-GDT，该M-GDT两个端电极间至少包括一个中间电极，同时该M-GDT的两个相邻电极之间设有三个独立间隙。

[0032] 参见图3a，是本发明第一实施例的电路原理图。本实施例的M-GDT电源过电压保护模块主要由M-GDT组成。所述M-GDT的端电极A与电源的相线L导电连接，M-GDT的端电极A’与电源的零线N或保护地PE导电连接，M-GDT的中间电极K1～Kn分别与MOV1～MOVn的一端导电连接，MOV1～MOVn的另一端与M-GDT的端电极A’导电连接。

[0033] 更具体地，所述M-GDT的端电极A’安装有热脱离装置ST，端电极A’通过所述热脱离装置ST与零线N或保护地PE连接；当M-GDT的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置ST从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线N(或保护地PE)的导电连接。同时，热脱离装置ST的一侧设有微动开关SW，热脱离装置ST从端电极A’上脱离的同时启动微动开关SW，所述微动开关SW分别与告警灯D、遥信接口E相关联，当微动开关SW启动时分别向告警灯D、遥信接口E输出告警信号。

[0034] 参见图3b是图3a的等效电路图，其工作原理如下：当图3a的线路处于不工作状态时，M-GDT等效于n个电容值相等的电容C1串联，MOV1～MOVn等效于n个电容值相等的电容C2，其中C2远远大于C1。脉冲过电压侵入电源L-N之间时，由于电容的分压作用A-K1间隙通过MOV1预先导通，A-K1间隙导通后L-N间的电压短时内由MOV1钳位，由于A-K1的弧光压降低，MOV1上的电压将依次启动K1-K2、K2-K3、K3-K4、……、Kn-A’的间隙，Kn-A’间隙导通后整个M-GDT导通，整个M-GDT导通后由于维持A-A’间M-GDT弧光放电的电压低于MOV1～MOVn的压敏电压，MOV1～MOVn停止工作，过电流全部流经M-GDT。脉冲过电压过后由于电源的峰值电压低于维持M-GDT弧光放电的电压，M-GDT停止工作而熄弧，恢复到不导电状态。

[0035] 参见图4a是本发明第二实施例的电路原理图。本实施例与第一实施例的不同之处在于，所述与M-GDT导电连接的MOV1～MOVn的另一端与M-GDT的端电极A导电连接，其工作原理与第一实施等同，A’-K1，K1-K2、K2-K3、K3-K4、……、Kn-A依次导通。

[0036] 具体地，如图4a所示本实施例中的M-GDT包括中间电极K1～Kn，所述中间电极K1～Kn分别与MOV1～MOVn导电连接，且MOV1～MOVn的另一端与M-GDT的端电极A连接。同时，所述M-GDT的端电极A’上安装有热脱离装置ST，当M-GDT的端电极A’的温度达到脱离阀值时，所述热脱离装置ST从端电极A’上脱离，从而断开端电极A’与零线N(或保护地PE)的导电连接，如从而实现了保护后续用电设备的目的。

[0037] 如图3b、4b所述热脱离装置ST的一侧设有微动开关SW，所述微动开关SW分别与告警灯D、遥信接口E关联，热脱离装置ST从端电极A’上脱离的同时启动微动开关SW，微动开关SW启动时分别向告警灯D、遥信接口E输出告警信号。在具体实现中，所述热脱离装置ST可以是一个弹簧片，该弹簧片的一端用低温焊料(如锡)焊接在多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’。当多间隙金属陶瓷气体放电管端电极A’的温度达到焊料的熔点时，弹簧片从多间隙金属陶瓷气体放电管的端电极A’上脱离。弹簧片从A’上脱离的同时对微动开关SW进行施压从而启动微动开关SW。微动开关SW启动后分别向告警灯D、遥信接口E输出告警信号，告警灯D由绿变红，遥信接口E向远程监控系统发送告警信号。

[0038] 需要说明的是热脱离装置ST和微动开关SW是联动关系，ST从A’上脱离前，SW1-1闭合SW1-2断开，绿色指示灯LED1亮，SW2-1闭合SW2-2断开，遥信接口E没有信号输出；ST从A’上脱离后，SW1-1断开SW1-2闭合，红色指示灯LED2亮，SW2-1断开SW3-2闭合，遥信接口E有信号输出。

[0039] 本发明中放电管采用多间隙金属陶瓷气体放电管，相当于多个放电管串联使用，放电管相邻电极的间隙A-K1、K1-K2、……、Kn-A’(或A’-K1、K1-K2、……、Kn-A)依次导通，其限制电压相当于A-K1电极间的脉冲击穿电压，因而残压相当低。同时，过电压过后M-GDT迅速恢复到不导通状态而不会出现续流现象，从而提高了多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块的可靠性、稳定性与安全性。同时，M-GDT的端电极A’上安装有热脱离装置SW，其目的是进一步提高多间隙金属气体放电管电源过电压保护模块的安全性，以免发生意想不到的不良后果，如火灾等。微动开关SW、遥信接口E、告警灯D等装置使得工作人员可以及时发现过电压保护模块出现异常情况，并及时对其进行维修，以免后续用电设备遭受损坏。

[0040] 参见图5是本发明第三实施例的电路原理图，本实施例在第一实施例的基础上增加了触发电路F。该触发电路F接在多间隙金属气体放电管的A端与A’端之间，其中触发电路F的G端与所述A端导电连接，H端与所述A’端导电连接。需要说明的是G端、H端在A-A’间没有方向关系，当触发电路F的G端与所述A’端导电连接，H端与所述A端导电连接。

[0041] 如图7所示，是触发电路F的电路原理图。触发电路F包括变压器T、电容C3、电容C4、开关器件Q，所述变压器T初级绕组的一端经过电容C3、开关器件Q与副级绕组的同名端导电连接，变压器T初级绕组的另一端经过电容C4与副级绕组的同名端导电连接。过电压入侵A-A’之间时，在M-GDT还没有导通之前甚至A-K1(A’-K1)间隙还没有导通之前，过电压首先通过开关器件Q、电容C3、变压器T副级绕组导通，从而提高了过电压保护模块的相应速度，同时其限制电压相当于开关器件Q的击穿电压，因而可以进一步降低残压，以免残压破坏后续用电设备。

[0042] 在具体实现中，所述开关元件Q可以为：二极气体放电管、瞬态抑制二极管、可控硅，同时还可以是其他开关器件。如图8所示，开关元件Q为二极气体放电管GDT；如图9所示，开关元件Q为瞬态抑制二极管TVS；如图10所示，开关元件Q为可控硅SCR。

[0043] 参见图6是本发明第四实施例的电路原理图，本实施例在第二实施例的基础上增加了出发电路F。该触发电路F接在多间隙金属气体放电管的A端与A’端之间，其中触发电路F的G端与所述A端导电连接，H端与所述A’端导电连接。

[0044] 本实施例的触发电路F与第三实施例的触发电路F具有相同的内部电路，且其工作原理相同、并具有相同的有益效果，这里不重复描述。

[0045] 本发明的多间隙金属陶瓷气体放电管电源过电压保护模块降低了消防安全隐患，残压低、无续流，同时可靠性高、稳定性好，能最大限度保护后续用电设备不被过电压损坏。

[0046] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

[0047] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。