CN103474952A - 工频电流和雷击浪涌自动选择通道的短路保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工频电流和雷击浪涌自动选择通道的短路保护装置，涉及防雷保护技术领域。本装置包括电源和电源防雷器，在机壳内设置有进线端子、分合器、工频通道器、雷击浪涌通道器和出线端子；电源、进线端子、分合器、工频通道器、出线端子和电源防雷器依次连接，雷击浪涌通道器和工频通道器并联。本发明解决了电源防雷器前端保护问题；解决了电源线路遭受雷电危害时跳闸问题：简化了防雷器的结构；降低了对压敏电阻技术要求；适用于各类电源防雷器的前端保护以及多雷地区主电源的短路保护。

Description

工频电流和雷击浪涌自动选择通道的短路保护装置

技术领域

本发明涉及一种防雷保护技术领域，尤其涉及一种工频电流和雷击浪涌自动选择通道的短路保护装置。

背景技术

电源防雷器（surge protective device，简称SPD）是一种电源安全防护产品，要求此产品：当SPD的非线性元件的性能劣化失效时必须与电源自动脱离，并发出劣化警告指示，以便维护人员及时更换。但是，由于非线性元件因长时间的大漏流积热将导致着火的危险；另外，非线性元件与电源自动脱离和劣化警告指示是由脱口机构来完成的，由于非线性元件质量和生产技术的影响，脱扣机构往往不能在非线性元件短路前脱扣。为了保证设备用电的安全，需要在电源防雷器前加装有短路保护装置，要求在较小的工频电流下断开，而在有雷电浪涌的情况下，短路保护装置呈闭合状态，使雷电浪涌顺利通过。

目前，在防雷器前安装的短路保护装置是断路器（或熔断器），规格从几十安到几百安不等，根据断路器（或熔断器）的特性，断路器或熔断器跳脱（或熔断）电流就会更大，在防雷器被击穿故障情况下，由于非线性元器件被击穿后有一定的电阻，电路短路电流无法达到断路器（或熔断器）跳脱（或熔断）电流值，断路器不动作或需要较长的跳脱时间，容易引起着火，不符合电源防雷器前所加装短路保护装置的要求；而应该在较小的工频电流下断开，而在有雷电浪涌的情况下，短路保护装置呈闭合状态，使雷电浪涌顺利通过。

发明内容

本发明目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种工频电流和雷击浪涌自动选择通道的短路保护装置(简称装置)，具有过热、短路、过流保护和劣化指示功能，满足小工频电流（几A）分闸，高雷电浪涌（40KA以上）通过的性能

本发明目的目的是这样实现的：

本装置包括电源和电源防雷器；

在机壳内设置有进线端子、分合器、工频通道器、雷击浪涌通道器和出线端子；

电源、进线端子、分合器、工频通道器、出线端子和电源防雷器依次连接，雷击浪涌通道器和工频通道器并联。 

本发明具有下列优点和积极效果：

①解决了防雷器前端保护问题：工频小电流（几A）跳闸，雷击浪涌（几

十KA）旁路通过；

②解决了电源线路遭受雷电危害时跳闸问题：工频电流由断路器通过，雷击

浪涌旁路通过； 

③简化了防雷器的结构：减少稀有金属的依赖，降低防雷的制造难度和成本；

④降低了对压敏电阻技术要求，从而降低压敏电阻的制造难度，减少能源消

耗。

⑤适用于各类电源防雷器的前端保护以及多雷地区主电源的短路保护。

附图说明

    图1是本装置的结构方框图；

图2-1、2-2分别是本装置外观的主视图、侧视图；

图3-1、3-2、3-3分别是本装置装配的左视图、主视图、右视图；

图4-1、4-2、4-3分别是主型腔的左视图、主视图、右视图；

图5-1、5-2、5-3分别是右挡板的左视图、主视图、右视图；

图6-1、6-2分别是左挡板的左视图、主视图；

图7-1、7-2分别是本装置的闭合状态图、分断状态图；

图8是操作机构示意图；

图9-1、9-2分别是分合机构的闭合状态图、分断状态图；

图10为灭弧机构示意图；

图11是短路保护机构示意图；

图12是过流保护机构示意图。

图中：100—进线端子。

200—分合器，

     210—操作机构，

211—操作手柄，212—轴一，213—扭簧一，214—弹丝；

     220—分合机构，

221—曲臂杠杆，222—跳扣，223—轴二，224—轴三，

225—动触臂，226—扭簧二，227—锁扣，228—轴四，

229—U型轴；

230—灭弧机构，

231—灭弧栅片，232—安装板。

300—工频通道器，

310—短路保护机构，

311—拉杆，312—线圈支架，313—漆包线，314—弹簧，

315—衬套，316—顶杆；

320—过流保护机构，

321—双金属片，322—绕阻，323—绝缘套。

400—雷击浪涌通道器。

500—出线端子。

600—外壳，

610—主型腔；

620—右挡板；

630—左挡板。

700—电源。

800—电源防雷器（SPD）。

具体实施方式

    下面结合附图和实施例详细说明：

    一、装置的结构

    1、总体

如图1，本装置包括电源700和电源防雷器800；

在机壳600内设置有进线端子100、分合器200、工频通道器300、雷击浪涌通道器400和出线端子500；

电源700、进线端子100、分合器200、工频通道器300、出线端子500和电源防雷器800依次连接，雷击浪涌通道器400和工频通道器300并联。 

2、功能部件

1）进线端子100

如图1，进线端子100是一种通用的线缆连接器；实现电气连接。

2）分合器200

如图1，分合器200是一种电流开关机构，由并联的操作机构210、分合机构220和灭弧机构230组成；

操作机构210、分合机构220和灭弧机构230均为现有机构。

①操作机构210

如图8，操作机构210由操作手柄211、轴一212、扭簧一213和弹丝214组成；

操作手柄211通过轴一212与机壳600连接；操作手柄211一端通过U型轴229与曲臂杠杆221连接，操作手柄211另一端与扭簧一213连接；弹丝214安装在轴一212上，与锁扣227连接。

操作机构210的功能是通过手动实现闭合和分断。

②分合机构220

如图9.1、9.2，分合机构220由曲臂杠杆221、跳扣222、轴二223、轴三224、动触臂225、扭簧二226、锁扣227、轴四228和U型轴229组成；

曲臂杠杆221的一端通过轴三224与动触臂225连接，曲臂杠杆221的另一端通过U型轴229与操作手柄211连接；动触臂225的上端卡在跳扣222一端的U型槽内，跳扣222的另一端在开关闭合时卡在锁扣227上；锁扣227通过弹丝214与轴一212连接；扭簧二226固定在机壳600上，一端与动触臂225连接。

分合机构220的功能是实现自动分断。

③灭弧机构230

如图10，灭弧机构230由多个灭弧栅片231和安装板232组成；灭弧栅片231是V型镀镍钢片，灭弧栅片231并列平行设置在安装板232上。

灭弧机构230的功能是实现电弧的过零断开。

综上所述，分合器200既能手动断合正常回路条件下的电流，又能自动断开异常回路条件（包括短路条件）下的电流。

3）工频通道器300

如图1，工频通道器300是一种只通过频率较低的交直电流的机构，由前后连接的短路保护机构310和过流保护机构320组成。

短路保护机构310和过流保护机构320均为现有机构。

①短路保护机构310

如图11，短路保护机构310由拉杆311、线圈支架312、漆包线313、弹簧314、衬套315和顶杆316组成；

漆包线313绕制在线圈支架312上，线圈支架312内孔里依次安装拉杆311、顶杆316、弹簧314、衬套315，漆包线313的一端与动触臂225连接，另一端与绕阻322连接。

短路保护机构310的功能是在电路短路时驱动分合机构220断开电路。

②过流保护机构320

如图12，过流保护机构320由双金属片321、绕阻322和绝缘套323组成；绝缘套323套在双金属片321上，绕阻322绕制在绝缘套323外，一端与漆包线313连接，另一端与双金属片321连接。

过流保护机构320的功能是在电路过流时驱动分合机构220断开电路。

4）雷击浪涌通道器400

如图1，雷击浪涌通道器400是一种只通过较高频率和较高电压的浪涌电流的机构，为放电管、压敏电阻或放电间隙； 

所述的放电管是一种高压保护元件，选用陶瓷气体放电管。

雷击浪涌通道器400的功能是在其两端的电压高过其保护规定值时，其内部会出现短路现象，并吸收掉输入的过高压。

5）出线端子500

如图1，出线端子500是一种通用的线缆连接器；实现电气连接。

6）外壳600

如图4-1、4-2、4-3、图5-1、5-2、5-3、图6-1、6-2，外壳600是固定其它各种功能部件的载体，由主型腔610、右挡板620和左挡板630组成，具有绝缘及防护功能。

二、工作原理

本装置能够实现在工频电流下断开，而在有雷电浪涌的情况下呈闭合状态，使雷电浪涌顺利通过。

如图1，工频电流通过闭合的分合机构220到达A处，由于未能达到雷击浪涌通道器400的闭合要求，雷击浪涌通道器400处于断开状态，工频电流通过工频通道器300和出线端子500到达电源防雷器800；所以在工频状态下，电源防雷器800如果被击穿短路，工频电流大于工频通道器300设定的额定电流，分合机构220就会自动断开，实现电源100和电源防雷器800的分离。

    雷电浪涌通过闭合的分合机构220到达A处，由于工频通道器300的阻抗很大，雷击浪涌通道器400导通，雷电浪涌通过雷击浪涌通道器400和出线端子500到达电源防雷器800；从而实现在雷电浪涌的情况下，经由雷击浪涌通道器400、电源防雷器800泄放雷电浪涌，从而保护用电设备。

三、试验结果

针对本产品做如下试验：

1、试验设备：

热稳定试验台，电压范围0～1400V，限流15A，计时1～99s；

冲击试验台，最大冲击电流100KA（8/20μs）；

防雷元器件检测仪，电压范围0～1600V。

2、雷电电涌冲击测试：

1）升压13KV，冲击电流20KA（8/20μs）冲击20次，装置不分闸；

2）升压25KV，冲击电流42KA（8/20μs）冲击2次，装置不分闸；

说明雷电浪涌通过性良好，符合防雷器冲击耐受性要求。

3、工频测试： 

1）取一 34S621的压敏电阻（导通电压637V，最大通流40-50KA，漏电流

2.4μA）与本装置串联后接入热稳定试验台。

加载1300V电压，通电，装置瞬间分闸，断开与电源的连接，测量压敏：导

通电压647V，漏电流2.5μA；

2）取一 34S621的压敏电阻（导通电压646V，最大通流40-50KA，漏电流1.7μA）与本装置串联后接入热稳定试验台。

加载1280V电压，通电，装置瞬间分闸，断开与电源的连接，测量压敏：导

通电压658V，漏电流1.7μA。

说明工频电流经由工频通道系统300通过，触发分合机构分闸，防止防雷器击穿损坏。

4、结果分析：

通过实验，可以看出：本装置可以自动选择工频电流和雷击电涌的路径，达到低工频电流分闸，高雷击电涌通过的目的，从而有效地防止由于防雷产品故障带来的用电危害。

Claims (4)

1.一种工频电流和雷击浪涌自动选择通道的短路保护装置，包括电源（700）和SPD（800）；其特征在于：

在机壳（600）内设置有进线端子（100）、分合器（200）、工频通道器（300）、雷击浪涌通道器（400）和出线端子（500）；

电源（700）、进线端子（100）、分合器（200）、工频通道器（300）、出线端子（500）和SPD（800）依次连接，雷击浪涌通道器（400）和工频通道器（300）并联。

2.  按权利要求1所述的短路保护装置，其特征在于：

所述的分合器（200）是一种电流开关机构，由并联的操作机构（210）、分合机构（220）和灭弧机构（230）组成。

3.按权利要求1所述的短路保护装置，其特征在于：

所述的工频通道器（300）是一种只通过频率较低的交直电流的机构，由前后连接的短路保护机构（310）和过流保护机构（320）组成。

4.按权利要求1所述的短路保护装置，其特征在于：

所述的雷击浪涌通道器（400）是一种只通过较高频率和较高电压的浪涌电流的机构，为放电管、压敏电阻或放电间隙。

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