专利名称：用于过电压保护系统的多间隙组合防护器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过电压保护器件，特别涉及一种用于过电压保护系统的多间隙组合防护器件。
背景技术：
目前电子设备、控制调节电路系统以及通信装置等对于过电压非常敏感，特别是随着科学技术的飞速发展，各种过电压出现的强度和频度都有所增加。瞬间过电压对电力、通信、建筑、气象等系统已构成了严重的危害。过电压保护系统中至少要包含一个过电压保护器件，并在某已确定的过电压时动作，避免过电压出现在此过电压保护器件的保护区域之内，此过电压必须大于过电压保护器件的动作电压。国外间隙型过电压保护器件的研究已有一段时间，目前市场上销售的品种只要是德国的凤凰接触公司和奥宝贝特曼股份有限两合公司的产品。凤凰接触公司的间隙型过电压保护器件主要采用传统的带羊角的电极结构，具有空气击穿火花间隙的过电压保护器件和具有空气闪络火花间隙的过电压保护器件。前者的优点是高的干扰电流承受能力，缺点是高的且不特别稳定的动作电压。之后，采用了带被动辅助点火装置的间隙型过电压保护器件，其动作的稳定性有所改善，但动作电压分散型的问题并没有得到根本性的解决。奥宝贝特曼股份有限两合公司采用等效电容网络的设计思想，可减少过电压保护器件的体积。从国内的研究情况看，非线性电阻的过电压保护器件研究较多，并以应用在电力、通讯、建筑等领域，但间隙型过电压保护器件的研究，起步较晚，研究水平不高，没有形成具有特色的过电压保护器件。
从电极结构来看，角形的电极工艺简单，但冲击过电压过程中，产生的电动力、热量较大，因此对相应的灭弧装置要求较高，灭弧装置的设计比较麻烦。相比之下，利用电容网络的设计思想制作的过电压保护器件，无需特别的灭弧装置，但制作工艺较角形过电压保护器件复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种具有电极结构且放电稳定，分散性小的用于过电压保护系统的多间隙组合防护器件。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是它由导电性良好的电极材料E1(E11，E12)、E2(E21，E22)、……、EN(EN1，EN2)和的电介质C1、C2、……、CN组成串联放电间隙，其特征在于电极E1、E2、……、EN形成多间隙过电压保护器件的N个电极，电极E1、E2、……、EN与电介质C1、C2、……、CN组成多个电极E1-空气隙X11-电介质C1-空气隙X12-电极E2串联的多个间隙以及多个放电间隙G1、G2、……、GN。
本发明的电极E为碗型结构，相邻的两电极E之间形成了一个电弧冷却与熄灭腔，串联的电极E1(E11，E12)、E2(E21，E22)、……、EN(EN1，EN2)形成了多个电弧冷却与熄灭腔B1、B2、……、BN；电极材料E的通流容量为大于等于100kA的直击雷电波；电介质C为相对介电常数大于4或相对介电系数为80甚至150的电介质；它还可以包括与各个间隙G1、G2、……、GN并联的、起均压作用的电阻和各种非线性电阻元器件R1、R2、……、RN。
为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案是包括用导电性能良好的材料制作而成的角形的对称设置的放电间隙G1(G11，G12)、G2(G21，G22)、……、GN(GN1，GN2)，各个放电间隙G1-G2、G2-G3、……、GN-1-GN之间用电极L1、L2、……LN连接，并通过绝缘材料S1、S2、……、SN隔离，且在各放电间隙G1(G11，G12)、G2(G21，G22)、……、GN(GN1，GN2)上对应设置有与电极L1、L2、……LN相联接的照射装置F1(F11，F12，F13)、F2(F21，F22，F23)、……、FN(FN1，FN2，FN3)，其中(F11、F13)、(F21、F23)、……、(FN1、FN3)通过绝缘片F12、F22……FN2隔离；电介质C为相对介电常数大于4或相对介电系数为80甚至150的电介质；它还可以包括与各个间隙G1、G2、……、GN并联的、起均压作用的电阻和各种非线性电阻元器件R1、R2、……、RN。
由于本发明采用通流容量大于等于100kA直击雷电波、导电性能优良的电极材料和相对介电常数大于4或相对介电系数为80甚至150的电介质串联组成的多间隙组合式过电压保护器，其中该间隙过电压保护器件中含有多个分放电间隙，以及给他们提供电离的照射装置。在过电压作用时，根据空气介电常数ε0和电介质材料介电常数ε1，空气隙中的电场E0和电介质中电场E1的关系为E0/E1＝ε1/ε0。因此，主电极未放电前，空气隙已发生电离，电离时有一部分电子可能以跑到主放电电极间隙之间；此外，在电离的同时，也有一部分带电质电复合，此时，它们原来获得的电离能将以光的形式释放出来，照射到主电极及其其间的气体上产生新的自由电子，这都使得主电极得到更多的自由电子，因而是放电比较稳定，分散性减小。
本发明的多间隙串联组合的过电压防护器件，当过电压到来时，第一个间隙首先击穿，随后下面串连的间隙很快击穿，相应的时间很短。另外，由于多个间隙串联，弧电压增高，对过电压引起的电弧具有很强的熄灭作用。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的整体结构示意图，其中图1(a)是平板型电极结构示意图，图1(b)是碗型电极结构示意图；图2是本发明的角形电极结构含有照射装置的结构示意图；
图3是图2的照射装置的俯视图；图4是图1、图2的工作原理图。
具体实施例方式
参见图1(a)，本发明由高通流容量和导电性材料的电极E1(E11，E12)、E2(E21，E22)、……、EN(EN1，EN2)和高电介常数的电介质C1、C2、……、CN组成，电极E1、E2、……、EN形成多间隙过电压保护器件的N个电极，电极E1、E2、……、EN与电介质C1、C2、……、CN组成多个电极——空气隙——电介质——空气隙——电极串联的多个间隙；参见图1(b)，本发明的电极E还可以为碗型结构，相邻的两电极E、E1之间形成了个电弧冷却与熄灭腔B1、B2、……、BN。形成了多个灭弧腔，可对由于冲击或工频过电压引起的电弧起冷却和熄灭作用，使电弧的熄灭变得非常容易。
参见图2，本发明包括用导电性能良好的材料(如钨铜等)制作而成的角形的对称设置的放电间隙G1(G11，G12)、G2(G21，G22)、……、GN(GN1，GN2)，图3为电极G1、G2、……、GN(GN1，GN2)的俯视图，每个间隙分别包含两个电极(G11，G12)、(G21，G22)、……、GN1，GN2)。各个放电间隙G1-G2、G2-G3、……、GN-1-GN之间用电极L1、L2、……LN连接，并通过绝缘材料S1、S2、……、SN隔离，且在各放电间隙G1(G11，G12)、G2(G21，G22)、……、GN(GN1，GN2)上对应设置有与电极L1、L2、……LN相联接的照射装置F1(F11，F12，F13)、F2(F21，F22，F23)、……、FN(FN1，FN2，FN3)，其中(F11、F13)、(F21、F23)、……、(FN1、FN3)通过绝缘片F12、F22……FN2隔离中，还可以包括与各个间隙G1、G2、……、GN并联的、起均压作用的电阻和各种非线性电阻元器件R1、R2、……、RN。照射装置工作在接近间隙放电的电压下，这样，照射装置局部电场高度集中，产生电晕。对间隙进行照射，从而对放电特性进行控制，使获得尽可能小的放电电压分散性，并获得最小的工频电压切断比。
参见图2，本发明的过电压保护器件，由于采用多个角形电极串联，且每个间隙之间用绝缘材料分隔，当过电压到来时，由于弧长增加，弧阻增大，灭弧效果也相应增强。
本发明的过电压保护器图1(a)、图1(b)、图2的原理都可以用图4所示的原理来说明。
本发明的过电压保护器件的照射装置有多种形式第一，利用自身的结构特点，形成自然电离照射，如图1。其工作原理为图1两个电极与两者之间的高介电常数绝缘片的接触面上构成了电极——空气隙——电介质——空气隙——电极这样一串间隙。在过电压作用时，由于空气隙和其间高电介常数的电介质(如云母或复合电介质)的介电常数的差异，空气隙中电场强度比电介质中高得多，在主电极未放电前，空气隙已发生电离，电离时有一部分电子可能以跑到主放电电极间隙之间；此外，在电离的同时，也有一部分带电质电复合，此时，它们原来获得的电离能将以光的形式释放出来，照射到主电极及其其间的气体上产生新的自由电子。这都使得主电极得到更多的自由电子，因而是放电比较稳定，分散性减小。第二，利用图2中的照射装置F1、F2、……、FN。，该装置中包含有与电极相连的两个金属片(F11，F12)、(F21，F22)、……、(FN1，FN2)以及两金属片(F11，F12)、(F21，F22)、……、(FN1，FN2)之间的高介电常数的电介质F13、F23、……、FN3，其原理与第一种情况相似。第三，可以采用主动照射的方法，如紫外线照射、光照射等。
权利要求
1.用于过电压保护系统的多间隙组合防护器件，由导电性良好的电极材料E1(E11，E12)、E2(E21，E22)、……、EN(EN1，EN2)和的电介质C1、C2、……、CN组成串联放电间隙，其特征在于电极E1、E2、……、EN形成多间隙过电压保护器件的N个电极，电极E1、E2、……、EN与电介质C1、C2、……、CN组成多个电极E1-空气隙X11-电介质C1-空气隙X12-电极E2串联的多个间隙以及多个放电间隙G1、G2、……、GN。
2.根据权利要求1所述的用于过电压保护系统的多间隙组合防护器件，其特征在于所说的电极E为碗型结构，相邻的两电极E之间形成了一个电弧冷却与熄灭腔，串联的电极E1(E11，E12)、E2(E21，E22)、……、EN(EN1，EN2)形成了多个电弧冷却与熄灭腔B1、B2、……、BN。
3.根据权利要求1所述的用于过电压保护系统的多间隙组合防护器件，其特征在于所说的电极材料E的通流容量为大于等于100kA的直击雷电波。
4.根据权利要求1所述的用于过电压保护系统的多间隙组合防护器件，其特征在于所说的电介质C为相对介电常数大于4或相对介电系数为80甚至150的电介质。
5.过电压保护系统的多间隙组合防护器件，其特征在于包括用导电性能良好的材料制作而成的角形的对称设置的放电间隙G1(G11，G12)、G2(G21，G22)、……、GN(GN1，GN2)，各个放电间隙G1-G2、G2-G3、……、GN-1-GN之间用电极L1、L2、……LN连接，并通过绝缘材料S1、S2、……、SN隔离，且在各放电间隙G1(G11，G12)、G2(G21，G22)、……、GN(GN1，GN2)上对应设置有与电极L1、L2、……LN相联接的照射装置F1(F11，F12，F13)、F2(F21，F22，F23)、……、FN(FN1，FN2，FN3)，其中(F11、F13)、(F21、F23)、……、(FN1、FN3)通过绝缘片F12、F22……FN2隔离。
6.根据权利要求5所述的过电压保护系统的多间隙组合防护器件，其特征在于所说的电介质C为相对介电常数大于4或相对介电系数为80甚至150的电介质。
7.根据权利要求1或5所述的过电压保护系统的多间隙组合防护器件，其特征在于它还可以包括与各个间隙G1、G2、……、GN并联的、起均压作用的电阻和各种非线性电阻元器件R1、R2、……、RN。
全文摘要
用于过电压保护系统的多间隙组合防护器件，由导电性良好的电极材料和的电介质组成串联放电间隙，电极形成多间隙过电压保护器件的N个电极，电极与电介质组成多个电极E
文档编号H01C7/00GK1595742SQ20041002625
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月21日 优先权日2004年6月21日
发明者陈景亮, 姚学玲 申请人:西安交通大学