CN103311882B - 一种防雷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明于防雷设计领域，提供了一种防雷系统，包括：浪涌保护单元；切换开关单元；第一电磁感应单元；切换控制单元。该防雷系统在被保护负载设备的供电线路上设置切换开关单元，并在第一电磁感应单元检测到供电线路上出现雷击电流时，由切换控制单元控制切换开关单元动作，以强制切断被保护负载设备的供电通路，在切断后，雷击电流经由浪涌保护单元流入接地网，进而泄入地下。由于完全切断了雷击电流向被保护负载设备传输的通道，使得被保护负载遭受雷击的概率大幅降低，防雷效果得到了优化。且雷击电流不再依赖接地网阻值与被保护负载设备的特性阻抗比例进行分配，降低了对接地网阻值大小的要求，降低了接地网的建设成本和建设周期。
Description
技术领域
本发明属于防雷设计领域，尤其涉及一种可主动切断雷击电流传输路径的防雷系统。
背景技术
雷电灾害是国际公布的十种最严重的自然灾害中的一种。每年雷电灾害事故频繁，涉及面广，对广大人民群众的生命财产安全构成严重威胁。特别是在微电子技术迅速发展的今天，雷击放电不仅使雷击点建筑物和设备遭受破坏，并且由于雷击能量以电磁波辐射和线路传播的形式迅速向四面八方扩散，可以使邻近众多的电子设备或输电线路同时遭到破坏，因此，减少雷电灾害是现代防雷技术要实现的首要目标。
为此，现有技术提供了一种防雷系统，其包括并联在被保护负载设备两端的浪涌保护器以及一接地网。由于浪涌保护器具有过压瞬时短路的特性，在发生雷击而产生雷击电流时，该防雷系统利用浪涌保护器将雷击电流引入到接地网中，从而实现雷击电荷的中和消散，即相当于将被保护负载设备短路，以起到对被保护负载设备的被动保护作用。
现有技术提供的该防雷系统中，接地网阻值取值越小越好，理论上的最优取值是0欧姆。然而，实际的接地网阻值受到接地网建设环境和建设成本等诸多因素的影响而不可能做到0欧姆。例如，在建设成本方面，需要建设很大很深的接地体、耗费非常多的钢材和铜材、使用大量极具污染和腐蚀性的降阻剂等；在建设环境方面，高山、岩石、砂砾、盐碱地、戈壁等地质环境制约着接地工程的建设。因此，当前对于防雷系统的接地网阻值标准定为10欧姆。而由于接地网阻值无法实现0欧姆，则浪涌保护器无法使得被保护负载设备完全被短路，则必然有一部分雷击电流会流过被保护负载设备，而被保护负载设备被损坏与否，完全依赖于被保护负载设备自身的耐受能力。因此，现有技术提供的防雷系统的防雷效果差，导致使用该中防雷系统的被保护负载设备依然有较高的雷击损坏率。
在本背景技术本部分所公开的上述信息仅仅用于增加对本发明背景技术的理解，因此其可能包括不构成对该国的本领域普通技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种防雷系统，旨在解决现有技术提供的防雷系统由于浪涌保护器无法将被保护负载设备完全被短路，使得雷击电流的一部分流过被保护负载设备，防雷效果差的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种防雷系统，所述系统包括：
输入端连接在被保护负载设备供电线路上的浪涌保护单元；
连接在所述浪涌保护单元的所述输入端和所述被保护负载设备之间、并串联在所述被保护负载设备供电线路上的切换开关单元；
第一电磁感应单元，用于检测雷击电流在所述被保护负载设备供电线路周围产生的交变磁场信号并输出第一检测信号；
切换控制单元，用于根据所述第一电磁感应单元输出的所述第一检测信号，控制所述切换开关单元动作以切断外部电源向所述被保护负载设备供电的供电通路。
本发明实施例提供的防雷系统在被保护负载设备的供电线路上设置切换开关单元，并在第一电磁感应单元检测到该供电线路上出现雷击电流时，由切换控制单元控制切换开关单元动作，以强制切断被保护负载设备的供电通路，在强制切断后，雷击电流经由浪涌保护单元流入接地网，进而泄入地下。由于完全切断了雷击电流向被保护负载设备传输的通道，相对于现有技术而言，可以使得被保护负载遭受雷击的概率大幅降低，防雷效果得到了优化。且雷击电流此时由于不再依赖接地网阻值与被保护负载设备的特性阻抗比例进行分配，因此降低了对接地网阻值大小的要求，进而降低了接地网的建设成本和建设周期。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的防雷系统的结构图；
图2是当外部电源是单相市电时，图1中浪涌保护单元的一种电路图；
图3是当外部电源是三相电时，图1中浪涌保护单元的一种电路图；
图4是当外部电源是直流电时，图1中浪涌保护单元的一种电路图；
图5是本发明第二实施例提供的防雷系统的结构图；
图6是本发明第三实施例提供的防雷系统的结构图；
图7是本发明第四实施例提供的防雷系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决现有技术提供的问题，本发明提供的防雷系统在被保护负载设备的供电线路上设置切换开关单元，并在电磁感应单元检测到该供电线路上出现雷击电流时，由切换控制单元控制切换开关单元动作，以强制切断被保护负载设备的供电通路。
图1示出了本发明第一实施例提供的防雷系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明第一实施例相关的部分。
本发明第一实施例提供的防雷系统包括：输入端连接在被保护负载设备供电线路上的浪涌保护单元14；连接在浪涌保护单元14的该输入端和被保护负载设备之间、并串联在被保护负载设备供电线路上的切换开关单元13；第一电磁感应单元11，用于检测雷击电流在被保护负载设备供电线路周围产生的交变磁场信号并输出第一检测信号；切换控制单元12，用于根据第一电磁感应单元11输出的第一检测信号，控制切换开关单元13动作以切断外部电源向被保护负载设备供电的供电通路。
本发明第一实施例提供的防雷系统在被保护负载设备的供电线路上设置切换开关单元13，并在第一电磁感应单元11检测到该供电线路上出现雷击电流时，由切换控制单元12控制切换开关单元13动作，以强制切断被保护负载设备的供电通路，在强制切断后，雷击电流经由浪涌保护单元14流入接地网，进而泄入地下。由于完全切断了雷击电流向被保护负载设备传输的通道，相对于现有技术而言，可以使得被保护负载遭受雷击的概率大幅降低，防雷效果得到了优化。且雷击电流此时由于不再依赖接地网阻值与被保护负载设备的特性阻抗比例进行分配，因此降低了对接地网阻值大小的要求，进而降低了接地网的建设成本和建设周期。
为了在切换开关单元13切断外部电源向被保护负载设备供电的供电通路的同时，不影响被保护负载设备的正常运行，本发明第一实施例中，切换控制单元12还可以用于控制切换开关单元13动作以切断外部电源向被保护负载设备供电的供电通路的同时，控制切换开关单元13动作以切换一备用电源向被保护负载设备供电。具体地，该备用电源可以是另一套户外引入的电源，也可以是柴油发电机、风力发电机、不间断电源(Uninterruptible Power System，UPS)、逆变器等，还可以是一直流电池组。
图2示出了当外部电源为单相市电时，图1中浪涌保护单元14的一种电路。
具体地，浪涌保护单元14此时可以包括：压敏电阻RV1和压敏电阻RV2。压敏电阻RV1的一端连接市电火线，压敏电阻RV1的另一端接地；压敏电阻RV2的一端连接市电零线，压敏电阻RV2的另一端接地。
图3示出了当外部电源是三相电时，图1中浪涌保护单元14的一种电路。
具体地，浪涌保护单元14此时可以包括：压敏电阻RV3、压敏电阻RV4、压敏电阻RV5以及放电管G1。压敏电阻RV3的一端连接三相电的A相，压敏电阻RV3的另一端连接三相电的零线；压敏电阻RV4的一端连接三相电的B相，压敏电阻RV4的另一端连接三相电的零线；压敏电阻RV5的一端连接三相电的C相，压敏电阻RV5的另一端连接三相电的零线；放电管G1的一端连接三相电的零线，放电管G1的另一端接地。三相电的A相、B相、C相、零线均连接切换开关单元13。
图4示出了当外部电源是直流电时，图1中浪涌保护单元14的一种电路。
具体地，浪涌保护单元14此时可以包括：压敏电阻RV6和放电管G2。压敏电阻RV6的一端连接直流电的-48V引脚，压敏电阻RV6的另一端连接直流电的0V引脚；放电管G2的一端连接直流电的0V引脚，放电管G2的另一端接地。直流电的-48V引脚和0V引脚均连接切换开关单元13。
图5示出了本发明第二实施例提供的防雷系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明第二实施例相关的部分。
与本发明第一实施例不同，本发明第二实施例提供的防雷系统在图1的基础上，还包括：第二电磁感应单元12，用于检测雷击电流在被保护负载设备供电线路周围产生的交变磁场信号并输出第二检测信号。此时，切换控制单元12还用于根据第二电磁感应单元12输出的第二检测信号判断第一电磁感应单元11输出的第一检测信号是否是由雷击电流在被保护负载设备供电线路周围产生的交变磁场信号所引起的，是则根据第一电磁感应单元11输出的第一检测信号，控制切换开关单元13动作以切断外部电源向被保护负载设备供电的供电通路，否则不动作，以避免第一电磁感应单元11根据其它干扰信号而产生第一检测信号，导致切换开关单元13误动作。
本发明第二实施例提供的防雷系统的其它组成部分、各部分的功能及相互之间的连接关系如本发明第一实施例所述，在此不再赘述。
图6示出了本发明第三实施例提供的防雷系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明第三实施例相关的部分。
与本发明第二实施例不同，本发明第三实施例提供的防雷系统在图5的基础上，还包括：第一滤波单元16，用于对第一电磁感应单元11输出的第一检测信号进行滤波处理后，输出给切换控制单元12；第二滤波单元17，用于对第二电磁感应单元15输出的第二检测信号进行滤波处理后，输出给切换控制单元12，从而滤除了第一检测信号和第二检测信号中的噪声干扰，提高了检测精确度。
本发明第三实施例提供的防雷系统的其它组成部分、各部分的功能及相互之间的连接关系如本发明第二实施例所述，在此不再赘述。
图7示出了本发明第四实施例提供的防雷系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明第四实施例相关的部分。
为了给切换开关单元13提供更长的动作时间，与本发明第一实施例、第二实施例和第三实施例不同，本发明第四实施例提供的防雷系统在图1、图5或图6的基础上，还包括：行波减速单元18，用于将雷击电流延时传输到切换开关单元13。
假设L0为被保护负载设备供电线路的分布电感，C0为被保护负载设备供电线路的分布电容，雷击电流在L0为被保护负载设备供电线路上的传播速度是v，则有：
那么，雷击电流在一段长为s的供电线路上的传输时间t满足：
由此可见，雷击电流在供电线路上的传输时间与雷击电流的传输长度、被保护负载设备供电线路的分布电感和被保护负载设备供电线路的分布电容有关。
据此，本发明第四实施例中，行波减速单元18可以包括一磁芯以及缠绕于该磁芯上的导线，其中的磁芯不限于是具有高磁导率的磁芯、具有中磁导率的磁芯或具有低磁导率的磁芯。优选地，当外部电源为单相市电时，行波减速单元18可以包括一磁芯以及缠绕于该磁芯上的两根导线，两根导线中的一根的一端连接市电火线，两根导线中的一根的另一端连接切换开关单元13；两根导线中的另一根的一端连接市电零线，两根导线中的另一根的另一端连接切换开关单元13，从而提高了被保护负载设备供电线路的分布电感。为了进一步提高被保护负载设备供电线路的分布电容，行波减速单元18的两根导线还可以分别被具有较大介电常数的绝缘介质包裹。
本发明第四实施例提供的防雷系统的其它组成部分、各部分的功能及相互之间的连接关系如本发明第一实施例、第二实施例或第三实施例所述，在此不再赘述。
本发明提供的防雷系统在被保护负载设备的供电线路上设置切换开关单元13，并在第一电磁感应单元11检测到该供电线路上出现雷击电流时，由切换控制单元12控制切换开关单元13动作，以强制切断被保护负载设备的供电通路，在强制切断后，雷击电流经由浪涌保护单元14流入接地网，进而泄入地下。由于完全切断了雷击电流向被保护负载设备传输的通道，相对于现有技术而言，可以使得被保护负载遭受雷击的概率大幅降低，防雷效果得到了优化。且雷击电流此时由于不再依赖接地网阻值与被保护负载设备的特性阻抗比例进行分配，因此降低了对接地网阻值大小的要求，进而降低了接地网的建设成本和建设周期。再有，本发明的防雷系统还可以增加第二电磁感应单元15，切换控制单元12根据第二电磁感应单元15输出的第二检测信号校验第一电磁感应单元11输出的第一检测信号是否由雷击电流引起，从而提高了抗干扰能力。再有，本发明的防雷系统还可以增加对第一检测信号进行滤波的第一滤波单元16以及对第二检测信号进行滤波的第二滤波单元17，从而提高了检测的精确度。另外，本发明的防雷系统还可以增加行波减速单元18，以将雷击电流延时传输到切换开关单元13，从而为切换开关单元13提供了足够的响应时间。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种防雷系统，其特征在于，所述系统包括：
输入端连接在被保护负载设备供电线路上的浪涌保护单元；
连接在所述浪涌保护单元的所述输入端和所述被保护负载设备之间、并串联在所述被保护负载设备供电线路上的切换开关单元；
第一电磁感应单元，用于检测雷击电流在所述被保护负载设备供电线路周围产生的交变磁场信号并输出第一检测信号；
切换控制单元，用于根据所述第一电磁感应单元输出的所述第一检测信号，控制所述切换开关单元动作以切断外部电源向所述被保护负载设备供电的供电通路；
当外部电源是三相电时，浪涌保护单元包括：压敏电阻RV3、压敏电阻RV4、压敏电阻RV5以及放电管G1，压敏电阻RV3的一端连接三相电的A相，压敏电阻RV3的另一端连接三相电的零线，压敏电阻RV4的一端连接三相电的B相，压敏电阻RV4的另一端连接三相电的零线，压敏电阻RV5的一端连接三相电的C相，压敏电阻RV5的另一端连接三相电的零线，放电管G1的一端连接三相电的零线，放电管G1的另一端接地；三相电的A相、B相、C相、零线均连接切换开关单元；
或者，当外部电源是直流电时，浪涌保护单元包括：压敏电阻RV6和放电管G2，压敏电阻RV6的一端连接直流电的-48V引脚，压敏电阻RV6的另一端连接直流电的0V引脚，放电管G2的一端连接直流电的0V引脚，放电管G2的另一端接地，直流电的-48V引脚和0V引脚均连接切换开关单元；
或者，当外部电源是单相市电时，所述保护单元包括：压敏电阻RV1和压敏电阻RV2，压敏电阻RV1的一端连接市电火线，压敏电阻RV1的另一端接地，压敏电阻RV2的一端连接市电零线，压敏电阻RV2的另一端接地；
所述系统还包括：
行波减速单元，用于将雷击电流延时传输到所述切换开关单元；
所述外部电源是单相市电时，所述行波减速单元包括一磁芯以及缠绕于所述磁芯上的两根导线；
所述两根导线中的一根的一端连接市电火线，所述两根导线中的一根的另一端连接所述切换开关单元；所述两根导线中的另一根的一端连接市电零线，所述两根导线中的另一根的另一端连接所述切换开关单元；
所述两根导线分别被绝缘介质包裹；
所述切换控制单元还用于在控制所述切换开关单元动作以切断外部电源向所述被保护负载设备供电的供电通路的同时，控制所述切换开关单元动作以切换一备用电源向所述被保护负载设备供电。
2.如权利要求1所述的防雷系统，其特征在于，所述系统还包括：
第二电磁感应单元，用于检测雷击电流在所述被保护负载设备供电线路周围产生的交变磁场信号并输出第二检测信号；
所述切换控制单元还用于根据所述第二电磁感应单元输出的所述第二检测信号判断所述第一电磁感应单元输出的所述第一检测信号是否是由雷击电流在所述被保护负载设备供电线路周围产生的所述交变磁场信号所引起的，是则根据所述第一电磁感应单元输出的所述第一检测信号，控制所述切换开关单元动作以切断所述外部电源向所述被保护负载设备供电的供电通路。
3.权利要求2所述的防雷系统，其特征在于，所述系统还包括：
第一滤波单元，用于对所述第一电磁感应单元输出的所述第一检测信号进行滤波处理后，输出给所述切换控制单元；
第二滤波单元，用于对所述第二电磁感应单元输出的所述第二检测信号进行滤波处理后，输出给所述切换控制单元。
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