CN103812099B - 新型多脉冲电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型多脉冲电涌保护器，包括有保护器本体，所述保护器本体内设置有三相电路，所述每一相电路的火线支路设置有至少六级具备后备保护元件的多脉冲大电流冲击限压保护电路，其中，每一级多脉冲大电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一后备保护元件形成的串联支路。本发明具有工频短路电流直接分断（不需用铜块替代）、能量与时间配合、能够承受真实雷电的多脉冲冲击的优点，且能通过一级试验T1，适用于安装在野外或建筑物内第一级的SPD，从而更有效的保护低压配电线路的各种电气电子设备。

Description

新型多脉冲电涌保护器

技术领域

本发明涉及一种电涌保护器，属于防雷击保护设备技术领域，尤其是指一种新型多脉冲电涌保护器。

背景技术

随着科学技术的不断进步，电子技术的不断发展，各种先进的电子产品正日益广泛的应用于信息产业、交通运输、电力、金融、化工等领域系统中。而随着低压配电系统中各种电器元件的逐步智能化，其结果是选用了大量耐压值低、敏感性高、集成度高的电子元件。但是，雷电过电压或操作过电压，常常给这些电子元件带来致命的损害，使得过电压破坏的广度、深度、频度都不断加大。因此，为了防止雷电过电压和操作过电压对电子电器设备的损害，提高设备系统的安全可靠性，各种电涌保护器（简称SPD，英文Surge ProtectiveDevice的缩写）得到了广泛的使用。

目前，全球各国生产的电涌保护器SPD都是按照IEC/TC61643的产品技术标准进行研发和生产并经雷电高压实验室采用10/350μs或8/20μs的单脉冲冲击波进行检验。在IEC61643-1--2011和我国国家标准GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》中，把低压配电系统的电涌保护器分为三级试验方法，并用T1、T2和T3分别表示。

现有的电涌保护器一般可以分为开关型SPD和限压型SPD，开关型SPD能承受直接雷击等形成的大容量冲击电流，但存在限制电压高、反应时间长，续流关断困难。而最新研究还表明，开关型SPD响应时间太慢（限压型SPD的响应时间≤20ns，开关型SPD的响应时间≥200us，真实雷电流的脉冲长度平均值≤180us，最短为119.6us），导致不能对雷电流起到很好的抑制作用，往往出现雷电脉冲损坏了第二级SPD和设备而第一级开关型SPD不起作用的现象。限压型SPD虽然反应时间快、限制电压低，但却只能承受有限的冲击电流，且其本身的后备保护要求既能通过大的脉冲电流又能在较小的工频电流通过时快速分断，且分断的时间要小于5秒。

但是，目前国际上尚未有解决上述技术难题的技术方案，因此在IEC61643-1—2011中第8.3.5.3中规定应采用适当的铜块（模拟替代物）来代替。但是用铜块来代替开关型或限压型器件的做法不符合SPD短路时的实际情况，在实际运行中经常出现起火爆炸现象。另一方面，安装在野外或建筑物内第一级的SPD按照GB50057—2010的规定需进行一级试验T1，用10/350us波形进行冲击。为了能够通过一级试验，通常第一级的SPD采用开关和限压器件混合设计，这种混合型SPD（T1）具有较大的通流能力，但是，除了存在限压型SPD和开关型SPD的固有缺点外，其能量与时间的配合也不能满足抑制雷电脉冲的要求，不仅如此，进一步的科学试验和雷电防护实践都说明，雷电高压实验室用单一脉冲检验SPD的方法与真实雷电一次闪击多个脉冲的事实不符，经雷电高压实验室用单一脉冲检验的SPD在真实雷击时的耐受力与其标称值相去甚远，往往导致SPD过热爆炸起火，引发火灾事故。广州野外雷电试验基地2008年8月12日SPD自然雷击耐受力试验：负极性非单一LEMP共有8次回击，最大电流26.4kA，流经SPD的电流最大值为1.64KA，造成标称电流20kA的SPD损坏。[2011年8月12日杨少杰,陈绍东等在巴西第14届国际大气电学大会发表的论文：<TriggeredLightning Analysis Gives New Insight into Over Current Effects on SurgeProtective Devices〉]。综上所述，工频短路电流直接分断、能量与时间配合、能经受多脉冲冲击是目前SPD研制和生产中的三大国际技术难题。

因此，研制能够耐受真实雷电的多脉冲冲击能力，又具有工频短路电流直接分断（不需用铜块替代），且能量与时间配合的采用一级试验的SPD（T1），不仅是国内外雷电防护领域的迫切需求，而且是雷电防护产品技术的历史性跨越。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种新型多脉冲电涌保护器，该电涌保护器具有工频短路电流直接分断（不需用铜块替代）、能量与时间配合、能够承受真实雷电的多脉冲冲击的优点，且能通过一级试验T1，适用于安装在野外或建筑物内第一级的SPD，从而更有效的保护低压配电线路的各种电气电子设备。

为了实现上述目的，本发明按照以下技术方案实现：

一种新型多脉冲电涌保护器，包括有保护器本体，所述保护器本体内设置有三相电路，所述每一相电路的火线支路设置有至少六级具备后备保护元件的多脉冲大电流冲击限压保护电路，其中，每一级多脉冲大电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一后备保护元件形成的串联支路。

进一步，所述每一相电路的火线支路设置有六级多脉冲电流冲击限压保护电路，每一级多脉冲电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一脉冲保险丝形成的串联支路，其中，第一级串联支路和第二级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀，第三级串联支路和第四级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₁，第五级串联支路和第六级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₂。

进一步，所述每一相电路的火线支路设置有十级多脉冲电流冲击限压保护电路，每一级多脉冲电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一脉冲保险丝形成的串联支路，其中，第一级串联支路和第二级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀，第三级串联支路和第四级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₁，第五级串联支路和第六级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₂，第七级串联支路和第八级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₃，第九级串联支路和第十级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₄。

进一步，所述保护器本体的零线支路也设置有至少一级多脉冲大电流冲击限压保护电路，其中，每一级多脉冲大电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一后备保护元件形成的串联支路。

进一步，所述每一相电路还设置有故障指示灯电路，该故障指示灯电路包括有故障指示灯和普通电阻形成的串联支路，该串联支路连接于每一相电路的第一级多脉冲大电流冲击限压保护电路的压敏电阻和脉冲保险丝之间。

进一步，所述每一相电路还设置有工作电压指示灯电路，该工作电压指示灯电路包括有工作指示灯和普通电阻形成的串联支路，该串联支路连接于每一相电路的火线和零线之间。

进一步，所述保护器本体还设置有遥信插座和过电压计数器。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1、本发明防雷能力大大提高，具有工频短路电流直接分断（不需用铜块替代）的能力，解决了SPD（T1）本身短路时的后备分断问题，大大提高了SPD（T1）的安全性；具有很好的能量与时间配合，全部采用压敏电阻作为SPD（T1）的核心部件，解决了混合型SPD在能量与时间上不配合的问题；具有承受多脉冲雷电的冲击能力，解决了用单脉冲试验的SPD不能承受真实多脉冲雷电冲击的问题。

2、本发明适用于安装在野外或建筑物内第一级的SPD（T1），从而更有效的保护低压配电线路的各种电气电子设备，特别是对敏感性高的重要电子设备的过电压保护，保证电子设备系统的安全有效运转。

3、本发明的广泛使用，将大大减少雷电灾害的发生；同时本发明整体结构简单合理，成本适中，使用和维护方便，具有很好的经济效益和社会效益。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明的电路连接示意图。

图2是本发明使用状态的电路连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述新型多脉冲电涌保护器，包括有保护器本体，所述保护器本体内设置有三相电路，每一相电路的火线支路设置有六级多脉冲电流冲击限压保护电路，每一级多脉冲电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一脉冲保险丝形成的串联支路，其中，第一级串联支路和第二级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀，第三级串联支路和第四级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₁，第五级串联支路和第六级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₂。

进一步，所述保护器本体的零线支路也设置有至少一级多脉冲大电流冲击限压保护电路，其中，每一级多脉冲大电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一后备保护元件形成的串联支路。

进一步，所述每一相电路还设置有故障指示灯电路和工作电压指示灯电路。该故障指示灯电路包括有故障指示灯和普通电阻形成的串联支路，该串联支路连接于每一相电路的第一级多脉冲大电流冲击限压保护电路的压敏电阻和脉冲保险丝之间；该工作电压指示灯电路包括有工作指示灯和普通电阻形成的串联支路，该串联支路连接于每一相电路的火线和零线之间。

进一步，所述保护器本体还设置有遥信插座和过电压计数器，计数器可以记录雷击过电压、操作过电压和谐振过电压等的过电压次数，由串联在SPD总接地线的取样线圈提供过电压信息。

实验结果表明，本发明采用了具有通过大的脉冲通流能力且具有小的工频分断能力的脉冲保险丝（简称MB）与金属氧化锌压敏电阻（简称MOV）按照离散性参数控制技术（离散性参数控制技术是指在同一个产品中，使用多于一个离散性参数较大的核心器件时对各个器件参数的协调和控制，共同去实现一个或多个设计的目标参数）串联的分级分断技术（分级分断技术是指对组成SPD电路的各条支路的后备保护装置在工频短路时，能够按设计要求逐级进行分断，使SPD脱开供电线路，从而提高SPD使用的安全性。），使脉冲保险丝在工频短路时快速断开起到使低压配电线路不受SPD短路影响的后备保护装置作用，实现了在工频短路试验时不需用铜块替代MOV的工频短路电流直接分断；采用了全部使用具有热能正反馈的MOV并按照离散性参数控制技术进行的奇偶配对技术（奇偶配对技术是指组成SPD电路的支路总数为奇数或偶数时，需要对其进行分布参数的匹配的技术），克服了目前SPD（T1）采用开关与限压器件混合设计，其能量与时间的配合不能满足抑制雷电脉冲的缺陷，实现了能量与时间配合的一致性；采用了多级MOV微规参数对等并联的分布参数平衡技术，使SPD在通过雷电脉冲时，各条并联支路的MOV都能均衡的通过雷电脉冲电流，从而实现了SPD具有承受真实雷电的多脉冲冲击能力。

如图2所示，使用时，只需将多脉冲电涌保护器的三相输入端的L1、L2、L3和N线、地线与低压配电线路的相线L1、L2、L3和零线N、地线对应连接，即可完成整个多脉冲电涌保护器的安装，简单方便，实用安全。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型（如外观结构上的箱式或模块式；通流量的大小，供电形式的单相或三相各种保护模式）不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (5)

1.一种新型多脉冲电涌保护器，包括有保护器本体，所述保护器本体内设置有三相电路，其特征在于：每一相电路的火线支路设置有六级多脉冲电流冲击限压保护电路，每一级多脉冲电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一脉冲保险丝形成的串联支路，其中，第一级串联支路和第二级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀，第三级串联支路和第四级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₁，第五级串联支路和第六级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₂；或

每一相电路的火线支路设置有十级多脉冲电流冲击限压保护电路，每一级多脉冲电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一脉冲保险丝形成的串联支路，其中，第一级串联支路和第二级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀，第三级串联支路和第四级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₁，第五级串联支路和第六级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₂，第七级串联支路和第八级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₃，第九级串联支路和第十级串联支路的压敏电阻的直流工作电压分别为U₀+△U₄。

2.根据权利要求1所述新型多脉冲电涌保护器，其特征在于：所述保护器本体的零线支路也设置有至少一级多脉冲大电流冲击限压保护电路，其中，每一级多脉冲大电流冲击限压保护电路包括有至少一压敏电阻和一后备保护元件形成的串联支路。

3.根据权利要求1所述新型多脉冲电涌保护器，其特征在于：每一相电路还设置有故障指示灯电路，该故障指示灯电路包括有故障指示灯和普通电阻形成的串联支路，该串联支路连接于每一相电路的第一级多脉冲大电流冲击限压保护电路的压敏电阻和脉冲保险丝之间。

4.根据权利要求1所述新型多脉冲电涌保护器，其特征在于：每一相电路还设置有工作电压指示灯电路，该工作电压指示灯电路包括有工作指示灯和普通电阻形成的串联支路，该串联支路连接于每一相电路的火线和零线之间。

5.根据权利要求1所述新型多脉冲电涌保护器，其特征在于：所述保护器本体还设置有遥信插座和过电压计数器。