专利名称：复合式过压保护器及其装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种过压保护器，尤其涉及一种应用在半导体变流设备中的过压
保护器。
背景技术：
半导体变流设备是将电源系统的电压、电流、频率、波形、相数和其他电量或特性 进行变换的电器设备，包括整流器(交流变直流)、逆变器(直流变交流)、斩波器、交流调 压器、变频器和直流-直流变换器等。目前半导体变流设备已广泛应用于冶金、化工、电力、 矿山机械、交通运输等领域。半导体变流设备的核心功能部件是利用硅半导体技术生产的 各种电力半导体器件，包括整流二极管、晶闸管及其派生型器件、功率晶体管及其派生型器 件和高效电力光电器件等。 由于电力半导体器件承受过电压的能力较差，很短时间的过电压就会把器件损 坏。为使电力半导体器件能够可靠地长期运行，除了充分留有余地合理选择其额定电压、不 重复峰值电压以外，必须针对过电压发生的原因采取恰当的保护措施。 变流设备在运行时会普遍遭遇两种类型的过电压操作过电压和雷击过电压。操 作过电压是由变流设备的拉闸、合闸和在电力半导体器件关断或换相等电磁过程引起的过 电压，其特点是放电时间长(几十毫秒到几秒)、泄放能量大(lkj以上)，但电压峰值和放 电电流一般不大，这些操作过电压是经常发生且无法避免的；雷击过电压是从电网侵入的 偶发性浪涌过电压，其特点是电压峰值和放电电流峰值很高(几十kV和几十kA以上)，但 放电时间极短(10 100ii s)，这种过电压的能量一般远小于操作过电压的能量。 以晶闸管整流设备为例，历史上曾经采用过的各种过压保护方案如图l所示。图 1中，A为避雷针；B为变压器屏蔽绕组和接地电容；C为耦合电容；D为阻容保护电路；E为 整流式阻容保护电路；F为硒堆保护电路；G为高能型氧化锌压敏电阻；H为器件侧阻容保 护电路；1为晶闸管泄能电路。其中，A、 B、 C是针对从供电变压器原边耦合到副边的过电 压(包括雷击过电压)采取的保护措施，H是针对晶闸管换相过电压采取的保护措施、D、 E、 F、 G、 I是针对交流输入侧和变流输出侧产生的操作过电压采取的保护措施，它们的作 用基本相同。自上世纪90年代以来，以Zn0-Bi20fTi(^系高能型氧化锌压敏电阻片为核 心元件的吸能型晶闸管过压保护器(即图1中的G，中国专利ZL200720037734. 2、中国专 利ZL200720037736. 1、中国专利ZL200420054800. 3)大量进入市场，并以体积小、能量容量 大、过电压抑制能力强等优势迅速取代了除A、B和H之外的其它保护方案，成为半导体变流 设备操作过电压保护的主流产品。 在通常情况下，除了为电力轨道交通车辆供电的半导体变流设备外，半导体变流 设备自身及其供电变压器的副边都是浮地的，而雷击过电压都发生在相线与大地之间，因 此有许多人认为这种设计方法对雷击过电压具有天然的抵御能力。但是在实际运行中，由 于雷击过电压引起的电力半导体器件的损坏问题时有发生，给用户造成较大的经济损失。 下面对雷击过电压击毁浮地变流设备的原因做一分析。[0007] 如图2所示的一个晶闸管整流设备，直流正极母线和负极母线与大地之间的绝缘 电阻分别以&和R2表示，当一个峰值为±VS的雷击过电压从交流侧的任意一条相线(如 图2中的A相)侵入设备时，正极性雷作用在共阳极晶闸管上的或负极性雷作用在共阴极 晶闸管上的过电压U^+可表示为 "sT+=^F^ ") 正极性雷作用在共阴极晶闸管上的或负极性雷作用在共阳极晶闸管上的过电压
uST—可表示为^-=^f^ (2) 式(1)和式(2)中，Rd表示晶闸管不导通时的正向电阻，Rr表示晶闸管不导通时
的反向电阻。 在理想情况下，直流母线对地绝缘电阻&和R2为无穷大而Rd和&的等效阻值虽 然是非线性的但其取值都是有限的，因此在理想浮地的情况下UST+和UST—均为零，即无论是 正极性的还是负极性的雷击都不会对设备中的晶闸管造成损害。但实际上正负直流母线对 地绝缘电阻都不可能为无穷大，会由于各种原因造成直流母线对地绝缘电阻的下降，甚至 会出现直流母线对地电阻很小的情况，因此在实际情况下，U^+和U^通常不为零。从式(1) 和式(2)可以看出和R2下降得越严重，UST+和UST—就会越高，当UST+的值超过了 Udsm(晶 闸管的断态不重复峰值电压)或U^的值超过了U，(反向不重复峰值电压)时，晶闸管就 会发生过压击穿损坏。另外，从图2还可以看出当共阳极组或共阴极组的一只晶闸管发生 过压击穿后，另外两只共阳极组或共阴极组的晶闸管一旦导通，就会与已击穿的晶闸管造 成相间短路，有可能造成未被过压击穿的晶闸管发生过流击穿，形成故障的蔓延和扩大。这 种情况在中国的电解铝行业经常发生，平均每年造成的直接经济损失高达约亿元人民币。 此外，交流输入侧发生单相接地故障以及图1中C保护措施中电容选择不当等也 会造成雷击事故，在此不一一赘述。总之，半导体变流设备发生的雷击故障都是由于供电变 压器副边的某一相线或与相线相连的导电体或元件与大地之间的绝缘不良引起的，而在实 际运行中，设备的对地绝缘并不能保证做到万无一失，因此为使半导体变流设备能够长期 安全运行，除了要对操作过电压进行防护之外，必须也要针对雷击过电压采取有效的保护 措施。 虽然图1中A和B保护措施对雷击过电压有一定的抑制作用，但从实际使用效果 看，这两种保护措施对雷击过电压的抑制能力明显不够。 在各类过压保护领域中，氧化锌压敏电阻是性能价格比最高且应用最为广 泛的元件，其中ZnO-BiA-Ti(^系高能型氧化锌压敏电阻及改进型的产品(中国专利 200910049087.0)已在半导体变流设备的操作过电压保护中得到了普遍的应用(中国专利 ZL200720037734. 2、中国专利ZL200720037736. 1、中国专利ZL200420054800. 3)，但按照有 关使用规范，高能型氧化锌压敏电阻均用于差模保护，即将其连接于变流设备交流输入侧 的相线之间或输出侧两端，因此对发生在相_地之间和输出线缆_地之间的雷击过电压没 有任何抑制能力。另外，高能型氧化锌压敏电阻片的优点是能量容量大(350 750J/cm3)、 对长脉宽冲击电流承受能力强，但大电流下的限制电压比高(电流密度30A/cn^下的限制 电压比1. 80 2. 25，电流密度2kA/cm2下的限制电压比3. 8 5. 0)，对短脉宽冲击电流的承受能力差，因此高能型氧化锌压敏电阻只适合用于放电电流小、放电时间长、浪涌能量大 的操作过电压的保护，而不适合用于放电电流大、放电时间短、浪涌能量小的雷击过电压的 保护；即使采用共模保护的方式，将高能型氧化锌压敏电阻接于相-地之间和输出线缆-地 之间，也不能有效地抑制雷击过电压，而且还会使高能型氧化锌压敏电阻加速老化。 中国专利200910049087. 0所述的高能型氧化锌压敏电阻是一种利用纳米材料和 纳米技术对传统高能型氧化锌压敏电阻改性而成的产品，虽然它的性能已有较大的提高， 但大电流下的限制电压比和短脉冲下的稳定性仍不能满足雷击过电压防护的要求。 在雷电防护技术的应用领域，如在低压配电系统中，普遍采用Zn0-Bi203-Sb203系 高压型氧化锌压敏电阻以共模接线方式进行雷击过电压的防护。高压型氧化锌压敏电阻 的优点是通流密度大、对短脉宽冲击电流的承受能力强，大电流下的限制电压比低(电流 密度30A/cm2下的限制电压比为1. 50 1. 84，电流密度2kA/cm2下的限制电压比为2. 3 2. 8)，但能量容量小(50 300J/cm3)，对长脉宽冲击电流的承受能力差。因此高压型氧化锌 压敏电阻虽然不适合用于操作过电压的防护，但对雷击过电压具有非常理想的抑制效果。 如果能将ZnO-Bi^fTi02系高能型氧化锌压敏电阻和ZnO-Bi20fSb203系高压型氧 化锌压敏电阻组合在一起，在雷击过电压发生时充分发挥ZnO-Bi203-Sb203系高压型氧化锌 压敏电阻的性能优势并同时避免ZnO-Bi203-Ti02系高能型氧化锌压敏电阻的动作，而在操 作过电压发生时充分发挥ZnO-Bi20fTi(^系高能型氧化锌压敏电阻的性能优势并同时避免 ZnO-Bi203-Sb203系高压型氧化锌压敏电阻的动作，就能形成一种既能有效地抑制操作过电 压又能有效地抑制雷击过电压的新产品。但是这两种压敏元件的动作(导通)都是靠外加 电压触发的，它们自身没有判断过电压类型并区别动作的能力。因此将这两种不同类型的 压敏电阻组合成一个产品的技术迄今未见相关报道。
实用新型内容本实用新型就是为了解决现有技术的不足，提出的一种不仅能够有效地抑制操作 过电压，而且也能有效地抑制雷击过电压的过压保护器及其装置。 为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为一种复合式过压保护器， 它包括ZnO-Bi^fTi(^系高能型氧化锌压敏电阻片和ZnO-Bi^3-Sb^3系高压型氧化锌压敏 电阻片，所述的高能型氧化锌压敏电阻片的一端与高压型氧化锌压敏电阻片的一端相连接 并自此共同连接端引出一个有用于与半导体变流设备交流输入侧相电连接的连接端子，自 所述的高能型氧化锌压敏电阻片的另一端引出有用于与半导体变流设备交流输入侧相电 连接的另一个连接端子，自所述的高压型氧化锌压敏电阻片的另一端引出一个有用于与大 地相电连接的连接端子。 对上述技术方案的进一步优化的实施方式中，所述的高能型氧化锌压敏电阻片由 一只ZnO-Bi203-Ti02系压敏电阻或通过串联或并联而成的一组ZnO-Bi203-Ti02系压敏电阻 构成；所述的高压型氧化锌压敏电阻片由一只ZnO-Bi20fSb203系压敏电阻或通过串联或并 联而成的一组ZnO-Bi203-Sb203系压敏电阻构成。 当将上述复合式过压保护器应用在半导体变流设备中时，需采用三组所述的过压 保护器，其中，所述的三只高能型氧化锌压敏电阻片以"A "接线的方式与半导体变流设备 交流进线侧的三根相线相连接，用于抑制操作过电压；所述的三只高压型氧化锌压敏电阻片以"Y"接线的方式与半导体变流设备交流进线侧的三根相线相连接，"Y"接线的中心点与大地相连接，用于抑制变流进线侧的相线与大地之间的雷击过电压。 本实用新型还提供了另一种复合式过压保护器的技术方案，它包括一Zn0-Bi203-Ti02系高能型氧化锌压敏电阻片和两相串联的Zn0-Bi203-Sb203系高压型氧化锌压敏电阻片，所述的两相串联的高压型氧化锌压敏电阻片的两端分别与所述的高能型氧化锌压敏电阻片的两端相电连接，且自两种压敏电阻片的公共连接点引出有用于与半导体变流设备直流侧相电连接的连接端子，自两相串联的高压型氧化锌压敏电阻片的公共连接点弓I出有用于与大地相电连接的连接端子。 对上述技术方案的进一步优化的实施方式中，所述的高能型氧化锌压敏电阻片由
一只或通过串联或并联而成的一组Zn0-Bi203-Ti02系压敏电阻组成；所述的两高压型氧化
锌压敏电阻片由两只或通过串联或并联而成的两组Zn0-Bi203-Sb203系压敏电阻组成。 当将上述第二种复合式过压保护器应用在半导体变流设备中时，需一组所述的过
压保护器，其中，所述的高能型氧化锌压敏电阻片的两端分别与变流设备直流侧或变流输
出侧的两端相连接，用于抑制操作过电压；所述的两高压型氧化锌压敏电阻片与所述的高
能型氧化锌压敏电阻片相连接的一端也分别与变流设备直流侧或变流输出侧的两端相连
接，两高压型氧化锌压敏电阻片的公共连接端与大地相连接，用于抑制雷击过电压。 本实用新型还提供了一种复合式过压保护装置的技术方案，它包括位于中心的接
地螺杆、从上至下依次套接在所述的接地螺杆上且相电连接的第二电极板、高压型氧化锌
压敏电阻片、第一电极板、高能型氧化锌压敏电阻片、第三电极板，所述的接地螺杆外壁与
套接在其上的各电极板及压敏电阻片内壁间设置有绝缘层，所述的第一电极板、第三电极
板设置有用于与半导体变流设备变流输入侧相电连接的接线螺杆。 对上述技术方案进一步优化的实施方式中，在所述的接地螺杆上位于第二电极板的上方还套接有通过其中一接线螺杆与所述的第一电极板相连接的第四电极板，所述的第四电极板与第三电极板之间设置有绝缘外壳，所述的第二电极板、高压型氧化锌压敏电阻片、第一电极板、高能型氧化锌压敏电阻片均位于绝缘外壳内，且所述的第四电极板和第三电极板与所述的接地螺杆之间设有绝缘塞。 更优化地，所述的接地螺杆的两端和所述的接线螺杆露出地设置在第四电极板与第三电极板外侧。 本实用新型还提供了另一种复合式过压保护装置的技术方案，它包括位于中心的接地螺杆、套接在所述的接地螺杆上的高能型氧化锌压敏电阻片、套接在所述的接地螺杆上且对称地设置在所述的高能型氧化锌压敏电阻片两端并依次相电连接的第二电极板、高压型氧化锌压敏电阻片、第一电极板，所述的接地螺杆外壁与套接在其上的各电极板及压敏电阻片内壁间设置有绝缘层，所述的各第一电极板上设置有用于与半导体变流设备直流侧或变流输出侧相电连接的接线螺杆。 对上述技术方案进一步优化的实施方式中，在所述的接地螺杆上还分别套设有通
过接线螺杆与所述的第一电极板相连接的第三电极板，在两第三电极板之间还设置有绝缘
外壳，所述的高能型氧化锌压敏电阻片、第二电极板、高压型氧化锌压敏电阻片及第一电极
板均位于绝缘外壳内，所述的两第三电极板与所述的接地螺杆之间设置有绝缘塞。 更优化地，所述的接地螺杆的两端和接线螺杆露出地设置在两端第三电极板的外[0032] 本实用新型具有如下优点本实用新型提供了将两种特性不同的氧化锌压敏电阻连接在一起形成的两款不同过压保护器，且分别给出了两种过压保护器的机械结构方案，当将相应地过压保护器接入到半导体变流设备交流输入侧或直流侧/输出侧中时，不仅可以抑制操作过电压，而且能抑制雷击过电压，结构简单，易于实现。
附图1为现有技术中所采用的各种过压保护的方案； 附图2为现有技术中晶闸管整流设备中雷击事故分析的电原理图； 附图3为根据本实用新型技术方案所实施的一种过压保护器(VPA)的电路原理
图； 附图4为根据本实用新型技术方案所实施的另一种过压保护器(VPB)的电路原理图； 附图5为将图3中的VPA及图4所示的VPB应用在半导体变流设备中的电路连接示意图； 附图6为根据本实用新型技术方案所实施的一种过压保护装置(VPA)的结构示意图； 附图7为根据本实用新型技术方案所实施的另一种过压保护装置(VPB)的结构示意图； 其中1、高压型氧化锌压敏电阻片；2、高能型氧化锌压敏电阻片；3、第三电极板；4、第四电极板；5、第二电极板；6、第一电极板；8、接地螺杆；9、螺母；10、绝缘层；11、接线螺杆；12、接线螺杆；13、绝缘外壳；14、绝缘塞；15、螺母； l'、高压型氧化锌压敏电阻片；2'、高能型氧化锌压敏电阻片；3'、第三电极板；5'、第二电极板；6'、第一电极板；8'、接地螺杆；9'、螺母；10'、绝缘层；11'、接线螺杆；13'、绝缘外壳；14'、绝缘塞；15'、螺母。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的说明[0043] 图3所示的一种过压保护器，代号用VPA表示，其包含一只或通过串联或并联而成的一组ZnO-Bi203-Ti02系高能型氧化锌压敏电阻片VE和一只或通过串联或并联而成的一组ZnO-Bi203-Sb203系高压型氧化锌压敏电阻片VH，其中，高压型氧化锌压敏电阻片VH的一端与高能型氧化锌压敏电阻VE的一端相电连接，形成共同连接引出端l，VH和VE的另一端分别为引出端2和3。该过压保护器VPA用于半导体变流设备交流输入侧的过压保护，接线方法如图5所示，具体地，该保护器VPA中的三只高能型氧化锌压敏电阻片VE以A接线法与交流进线侧的A、 B、 C三根相线相连，负责抑制开合闸操作时来自变压器的操作过电压，并同时吸收变压器主激磁电抗和漏抗中的磁场能量；保护器VPA中的三只(组)高压型氧化锌压敏电阻片VH以Y接线法分别与交流进线侧的A、B、C三根相线相连，"Y"接线的中心点与大地相连接，负责抑制交流进线侧的相线与大地之间的雷击过电压，并将相线上的过量电荷泄放到大地中。[0044] 图4所示的为本实用新型提供的另一种过压保护器，代号为VPB，该保护器VPB包含一只或通过串联或并联而成的一组Zn0-Bi203-Ti02系高能型氧化锌压敏电阻片VE和两只或通过串联或并联而成的两组Zn0-Bi20fSb203系高压型氧化锌压敏电阻片VH，其中，两组高压型氧化锌压敏电阻片VH的串联在一起，且从其公共连接处引出连接端子3，且该两组高压型氧化锌压敏电阻的各自另一端又分别与高能型氧化锌压敏电阻VE的两端相电连接，从而分别引出连接端子1和2。该过压保护器VPB可用于半导体变流设备直流侧或变流输出侧的过压保护，接线方法如图5所示，所述的高能型氧化锌压敏电阻片VE的两端分别与设备直流侧或变流输出侧的两端相连，负责抑制感性负载断开时的操作过电压，并同时吸收来自感性负载的操作浪涌能量。所述的两只(组)高压型氧化锌压敏电阻片VH的一端分别与设备直流侧或变流输出侧的两端相连，另一端共同与大地相连，负责抑制设备直流侧或变流输出侧直接遭到的或感应到的雷击过电压，并将输出线缆上的过量电荷泄放到大地中。 下面将对各过压保护器的数学模型以及工作原理介绍如下 1 、 VPA中VE的选型计算方法如下 A、额定压敏电压即保护动作电压的选型计算公式
1詹21(1 + ~) : "M—及oA ")
~~^^—"歸〈1.05(100/m)1』 式中 U1QmA :高能型压敏电阻的额定压敏电压(在最大允许制造偏差±5%时)，单位V ;[0051] U21 :供电变压器副边的额定线电压有效值，单位V ;[0052] rM :网侧最大电压调整率； S皿所选用的高能型压敏电阻的最大交流荷电率(由制造商规定)； UM :被保护电力半导体器件的断态(正向)不重复峰值电压(Udsm)或反向不重复
峰值电压(U，)，取两者中的最小值，单位V ; ReM :所选用的高能型压敏电阻的最大等效晶粒电阻(由制造商规定)； IM :供电变压器空载拉闸时，流过高能型压敏电阻的最大电流(需要根据供电变压
器的参数计算)；单位A; a min :所选用的高能型压敏电阻最小非线性系数(由制造商规定)。B、标称能量容量的选型计算公式 ￡w 、 2&
《 ")
兀/ 式中 EM :高能型压敏电阻的标称能量容量，单位kj ;[0062] SN :供电变压器的额定视在功率，单位kVA ;[0063] f :电网频率，单位Hz ; ^:供电变压器的空载电流比； Kdg :被保护电力半导体器件的最大允许过流倍数；[0066] e :供电变压器的短路电压比。[0067] 2、所述的VPB中VE的选型计算方法如下[0068][0069][0070] [0074][0075][0076][0077][0078]
A、 额定压敏电压与VPA中VE的相同；
B、 标称能量容量的选型计算公式
在变流设备的负载为直流电动机的情况下
、
cos9 ( 5 )
式中
P :直流电机的极对数；
n :直流电机的额定转速，单位r/min ;
9 :变流设备的输出电压等于直流电机额定电压时的触发控制角，单位度；C :系数，有补偿电机为0. l，无补偿电机为0. 4 ;其余符号的定义同上。
在变流设备的负载为为其它类型感性负载的情况下，应根据其等效电路按下式选
择EM的值: [0082]
条件[0083][0084][0085][0086][0087]
五J3
丄"
(6)
式中，L :负载中的等效储能电感，单位H ;imax :L中流过的最大电流峰值，单位A。
所述VPA和VPB中的VH在标称雷击放电电流(In)下的限制电压U。ln应满足以下
Ucln< (1+RMI/RSM)UM (7)
式中
U。ln :高压型压敏电阻在标称雷击放电电流下的限制电压。单位V ;RMI :变流设备交流输入侧或输出侧对地绝缘电阻最小允许值，单位kQ ;RsM:被保护电力半导体器件正向施加断态(正向)不重复峰值电压(Udsm)时的电阻值或反向施加不重复峰值电压(U，)时的电阻值，取两者中的最大值，单位kQ ; 所述VPA和VPB中VH的标称最大放电电流、额定放电电流等技术参数应根据半导体变流设备工作现场的地理条件、气象条件、配电系统的具体敷设情况并参照有关技术标准确定。 式7中的RMI由变流设备的制造商或使用者确定并应安装专门的监测报警设备。在没有监测报警设备的情况下按RMI = 0考虑。 所述的VPA和VPB在吸收操作过电压时，如果其中的VH同时动作会造成爆炸起火
等灾害性事故。为避免该情况的发生，VH的额定压敏电压UM必须大于i", (U^为同一
个VPA或VPB中VE的额定压敏电压)，UlmA的具体选值，应在满足式7的前提下，综合考虑所选用的VH和VE的伏安特性曲线、变流设备的运行参数以及压敏电阻的固有制造偏差等因素，通过计算机仿真计算或模拟试验加以确定。 所述的VPA和VPB在吸收雷击过电压时，如果其中的VE流过的雷电流过大，会造成其压敏电压的严重衰退。为避免该情况的发生，所选用的高能型压敏电阻的非线性系数应低于所选用的高压型压敏电阻的非线性系数，同时所选用的高能型压敏电阻的晶粒电阻应高于所选用的高压型压敏电阻的晶粒电阻。选用的具体参数，在实际流过VE的雷电流峰值不大于所选用的高能型压敏电阻的标称雷击放电电流的前提条件下，通过计算机仿真计 算或模拟试验加以确定。 图6所示的根据本实用新型实施的VPA的结构示意图，其包括位于中心的接地螺 杆8、从上至下依次套接在接地螺杆8上且相电连接的第二电极板5、高压型氧化锌压敏电 阻片1、第一电极板6、高能型氧化锌压敏电阻片2、第三电极板3，所述的接地螺杆8外壁与 套接在其上的各电极板及压敏电阻片内壁间设置有绝缘层IO，为防止接地螺杆8与接线螺 杆12之间通过第三电极板3发生短路，在第三电极板3与接地螺杆8之间设置有绝缘塞 14，在本实施例中，第二电极板5、高压型氧化锌压敏电阻片1、第一电极板6、高能型氧化锌 压敏电阻片2以及第三电极板3上下贴紧地设置，且在第二电极板5与第三电极板3的外 侧均设置有螺母9，从而将上述电极板及压敏电阻片固定在接地螺杆8上。 在第二电极板5与第三电极板3上还设置有接线螺杆11、12，这样接线螺杆11、 12 与接地螺杆8的至少一端分别形成图3所示的VPA中的三个引出端子。 为了使得该过压保护装置具有良好的绝缘效果，以增强其适用性，在接地螺杆8 上位于第二电极板5的上方且与第二电极板5间隔一定距离处还套设有第四电极4，该第四 电极4与位于最下端的第三电极3平行设置，且其横向尺寸大于第二电极板5、第一电极板 6以及两种压敏电阻片的横向尺寸，同时，在第四电极板4与第三电极板3之间设置有绝缘 外壳13，这样，第二电极板5、第一电极板6以及两种压敏电阻片1、2均设置在绝缘外壳13 与第四电极板4、第三电极板3所形成的空间内。 为了方便接线，接线螺杆11穿出地设置在第四电极板4的外部，同时，为防止接地 螺杆8与接线螺杆11之间通过第四电极板4发生短路，在第四电极板4与接地螺杆8之间 设置有绝缘塞14，上述第四电极板4、绝缘外壳13的固定通过与接地螺杆8相连接的螺母 15实现。 为了进一步方便就近连接地线，本实施例中，接地螺杆8的两端分别露出的设置 在第四电极板4和第三电极板3的外侧。 图7所示的为根据本实用新型实施的VPB的结构示意图，它包括接地螺杆8'、分别 套接在接地螺杆8'的两端的第三电极板3'，在两第三电极板3'之间设置有绝缘外壳13'， 同时，在各第三电极板3'与接地螺杆8'之间设置有绝缘塞14'，两第三电极板3'与绝缘外 壳13'之间通过螺母15'固定在接地螺杆8'上，而且，在两第三电极板3'与绝缘外壳13' 之间形成有一容置腔。该容置腔内包括套接在接地螺杆8'上的高能型氧化锌压敏电阻片 2'，在高能型氧化锌压敏电阻片2'的上下端对称地设置有第二电极板5'、高压型氧化锌压 敏电阻片1'以及与高能型氧化锌压敏电阻片2'相连接的第一电极板6'，所述的各电极板 与压敏电阻片之间相电连接，两端通过螺母9'固定且贴紧地设置在接地螺杆8'上，为了使 得各电极板、压敏电阻片与接地螺杆8'之间绝缘，在各电极板、压敏电阻片内壁与接地螺杆 8'套接处设置有绝缘层10'。 在两第一电极板6'上分别设置有接线螺杆ll'，相应侧的接线螺杆11'穿过第三 电极板3'露出地设置在其外侧，以用于接线端子。 同样为了进一步方便就近连接地线，本实施例中，接地螺杆8'的两端分别露出的 设置在两第三电极板3'的外侧。 上述结合实施例对本实用新型的技术构思及特点进行了说明，但上述说明不能理解为对本实用新型的技术方案的限定，如本实用新型所提供的两种过压保护器的装置结 构，如各电极板及压敏电阻的形状不一定采用圆形结构，电极板与压敏电阻之间的设置不 应限于本实施例所提供的贴紧方式，即由本实用新型所提供的实施例可进行多种等效的变 化，但凡根据本实用新型技术方案的精神实质所做的改变，都应涵盖在本实用新型的保护 范围之内。
权利要求一种复合式过压保护器，其特征在于它包括ZnO-Bi2O3-TiO2系高能型氧化锌压敏电阻片(VE)和ZnO-Bi2O3-Sb2O3系高压型氧化锌压敏电阻片(VH)，所述的高能型氧化锌压敏电阻片(VE)的一端与高压型氧化锌压敏电阻片(VH)的一端相连接并自此共同连接端引出一个有用于与半导体变流设备交流输入侧相电连接的连接端子，自所述的高能型氧化锌压敏电阻片(VE)的另一端引出有用于与半导体变流设备交流输入侧相电连接的另一个连接端子，自所述的高压型氧化锌压敏电阻片(VH)的另一端引出一个有用于与大地相电连接的连接端子。
2. 根据权利要求1所述的复合式过压保护器，其特征在于所述的高能型氧化 锌压敏电阻片(VE)由一只ZnO-BiA-Ti(^系压敏电阻或通过串联或并联而成的一 组ZnO-Bi203-Ti02系压敏电阻构成；所述的高压型氧化锌压敏电阻片(VH)由一只 ZnO-Bi203-Sb203系压敏电阻或通过串联或并联而成的一组ZnO-Bi203-Sb203系压敏电阻构 成。
3. —种复合式过压保护器，其特征在于它包括一ZnO-Bi20fTi(^系高能型氧化锌压 敏电阻片(VE)和两相串联的ZnO-Bi^-SbA系高压型氧化锌压敏电阻片(VH)，所述的两 相串联的高压型氧化锌压敏电阻片(VH)的两端分别与所述的高能型氧化锌压敏电阻片 (VE)的两端相电连接，且自两种压敏电阻片的公共连接点引出有用于与半导体变流设备直 流侧相电连接的连接端子，自两相串联的高压型氧化锌压敏电阻片(VH)的公共连接点引 出有用于与大地相电连接的连接端子。
4. 根据权利要求3所述的复合式过压保护器，其特征在于所述的高能型氧化锌压敏 电阻片(VE)由一只或通过串联或并联而成的一组ZnO-Bi20fTi(^系压敏电阻组成；所述的 两高压型氧化锌压敏电阻片(VH)由两只或通过串联或并联而成的两组ZnO-Bi20fSb203系 压敏电阻组成。
5. —种复合式过压保护装置，其特征在于它包括位于中心的接地螺杆(8)、从上至下 依次套接在所述的接地螺杆(8)上且相电连接的第二电极板(5)、高压型氧化锌压敏电阻 片(D、第一电极板(6)、高能型氧化锌压敏电阻片(2)、第三电极板(3)，所述的接地螺杆 (8)外壁与套接在其上的各电极板及压敏电阻片内壁间设置有绝缘层(IO)，所述的第一电 极板(6)、第三电极板(3)设置有用于与半导体变流设备交流输入侧相电连接的接线螺杆 (11、12)。
6. 根据权利要求5所述的复合式过压保护装置，其特征在于在所述的接地螺杆(8) 上位于第二电极板(5)的上方还套接有通过其中一接线螺杆(11)与所述的第一电极板(6) 相连接的第四电极板(4)，所述的第四电极板(4)与第三电极板(3)之间设置有绝缘外壳 (13)，所述的第二电极板(5)、高压型氧化锌压敏电阻片(1)、第一电极板(6)、高能型氧化 锌压敏电阻片(2)均位于绝缘外壳(13)内，且所述的第四电极板(4)和第三电极板(3)与 所述的接地螺杆(8)之间设有绝缘塞(14)。
7. 根据权利要求6所述的复合式过压保护装置，其特征在于所述的接地螺杆(8)的 两端和所述的接线螺杆(11、12)露出地设置在第四电极板(4)与第三电极板(3)外侧。
8. —种复合式过压保护装置，其特征在于它包括位于中心的接地螺杆(8')、套接在 所述的接地螺杆(8')上的高能型氧化锌压敏电阻片(2')、套接在所述的接地螺杆(8')上 且对称地设置在所述的高能型氧化锌压敏电阻片(2')两端并依次相电连接的第二电极板(5')、高压型氧化锌压敏电阻片(l')、第一电极板(6')，所述的接地螺杆(8')外壁与套 接在其上的各电极板及压敏电阻片内壁间设置有绝缘层(IO')，所述的各第一电极板(6')上设置有用于与半导体变流设备直流侧或变流输出侧相电连接的接线螺杆(ir )。
9. 根据权利要求8所述的复合式过压保护装置，其特征在于在所述的接地螺杆(8')上还分别套设有通过接线螺杆(ir )与所述的第一电极板(e')相连接的第三电极板(3')，在两第三电极板(3')之间还设置有绝缘外壳(13')，所述的高能型氧化锌压敏电阻 片(2')、第二电极板(5')、高压型氧化锌压敏电阻片(l')及第一电极板(6')均位于绝 缘外壳(13')内，所述的两第三电极板(3')与所述的接地螺杆(8')之间设置有绝缘塞 (14，)。
10. 根据权利要求9所述的复合式过压保护装置，其特征在于所述的接地螺杆(8') 的两端和接线螺杆(ll')露出地设置在两端第三电极板(3')的外侧。
专利摘要本实用新型涉及一种过压保护器及其装置，通过将ZnO-Bi2O3-TiO2系高能型氧化锌压敏电阻和ZnO-Bi2O3-Sb2O3系高压型氧化锌压敏电阻按不同的方式组合在一起形成两种过压保护器，该两种过压保护器一种电连接在半导体变流设备交流进线侧，另一种电连接在变流设备直流侧或变流输出侧，在雷击过电压发生时可充分发挥ZnO-Bi2O3-Sb2O3系高压型氧化锌压敏电阻的性能优势，而在操作过电压发生时充分发挥ZnO-Bi2O3-TiO2系高能型氧化锌压敏电阻的性能优势，从而达到既能有效地抑制操作过电压又能有效地抑制雷击过电压的作用，其装置结构简单，易于实现。
文档编号H01C7/12GK201465687SQ20092007777
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者孙丹峰, 张宁, 朱世良, 王燚 申请人:苏州市电通电力电子有限公司;保定莱特整流器制造有限公司