CN103840444A - 一种避雷装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种避雷装置，包括第一保护组至第三保护组具有公用节点以成星形连接，公用节点与公用输出端相连，第一保护组至第三保护组分别具有第一检测输出端至第三检测输出端。第一检测组至第三检测组中的第一检测组的第一输入端与第一保护组的第一检测输出端相连，第二检测组的第一输入端与第二保护组的第二检测输出端相连，第三检测组的第一输入端与第三保护组的第三检测输出端相连，第一检测组、第二检测组和第三检测组的第二输入端与公用输出端相连，第一检测组至第三检测组用于分别根据第一输入端和第二输入端输入的信号判断第一保护组至第三保护组是否发生故障。采用该装置，增加了避雷装置的可靠性，提高了检测结果的精确度，结构简单。

Description

一种避雷装置

技术领域

本发明涉及电气设备安全技术领域，特别涉及一种避雷装置。

背景技术

当电气设备遭受直接雷击或者雷电感应时，电气设备中会存在过电压，大气过电压的幅值可达一二百万伏。雷击引起的大气过电压沿着输电线侵入电气设备,会直接危及到电气设备或者造成人员伤亡。为了保护电气设备及人身的安全，必须限制电气设备绝缘上的过电压峰值，这就需要在电气设备上装设一种过电压保护装置——避雷器。避雷器的作用就是将高电压冲击电流泄放到大地去，从而限制电压幅值以保护电气设备。现有的避雷器有管型避雷器、阀型避雷器、磁吹避雷器及氧化锌避雷器等，目前的避雷器的检测方式都是纯机械式，例如根据避雷器内部元件的某种特性例如温度、阻抗、容抗等发生的变化，使避雷器开关动作，输出回检信号进行检测。

综上所述，现有技术存在的缺点是：根据避雷器内部元件的特性判断避雷器的好坏，受外界条件的影响很大。比如当避雷器处于温度高、潮湿的环境时，避雷器容易劣化，避雷器劣化后容易出现误判，从而引起避雷器开关的误动作，使得检测结果不准确。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种避雷装置，该装置不受外界条件的影响，并且更加灵活，检测结果更加准确。

为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种避雷装置，该装置包括：第一保护组至第三保护组，所述第一保护组至第三保护组具有公用节点以成星形连接，所述公用节点与公用输出端相连，其中，所述第一保护组至第三保护组分别具有第一检测输出端至第三检测输出端；第一检测组至第三检测组，所述第一检测组的第一输入端与所述第一保护组的第一检测输出端相连，所述第二检测组的第一输入端与所述第二保护组的第二检测输出端相连，所述第三检测组的第一输入端与所述第三保护组的第三检测输出端相连，所述第一检测组、所述第二检测组和所述第三检测组的第二输入端与所述公用输出端相连，所述第一检测组至第三检测组用于分别根据所述第一输入端和第二输入端输入的信号判断所述第一保护组至第三保护组是否发生故障。

根据本发明实施例的避雷装置，通过采用星形连接结构，能够在设备发生故障使避雷装置的任何一端发生短路时，保证另外的两端可以继续工作，增加了避雷器可靠性，且结构简单。而且在装置进行连接时无极性之分，还可以对避雷装置的参数进行修改，提高了避雷装置的使用灵活性。每一个避雷装置分路都有一路检测电路，提高了检测结果的精确度。另外，该避雷装置电路简单、元器件少、成本低、实用性强。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的避雷装置结构的示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的避雷装置的示意图；

图3为根据本发明的一个实施例的避雷装置检测部分结构示意图；

图4a为根据本发明的一个实施例的避雷装置检测部分的检测电路的示意图；

图4b至图4f为根据本发明的一个实施例的避雷装置检测部分的第二检测模块至第六检测模块的检测电路的示意图；以及

图5为根据本发明的一个实施例的避雷装置检测部分的参考电源单元的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种避雷装置。

如图1所示，本发明的实施例提出的避雷装置包括：第一保护组101、第二保护组102、第三保护组103、第一检测组104、第二检测组105和第三检测组106。其中，第一保护组102至第三保护组103具有公用节点P以成星形连接，公用节点P与公用输出端VN相连。第一保护组101至第三保护组103分别具有第一检测输出端1至第三检测输出端3。第一检测组104的第一输入端1’与第一保护组101的第一检测输出端1相连，第二检测组105的第一输入端2’与第二保护组102的第二检测输出端2相连，第三检测组106的第一输入端3’与第三保护组103的第三检测输出端3相连，第一检测组104、第二检测组105和第三检测组106的第二输入端与公用输出端VN相连，第一检测组104至第三检测组106用于分别根据第一输入端和第二输入端输入的信号判断第一保护组101至第三保护组103是否发生故障。

如图1所示，本发明实施例的避雷装置将第一保护组101、第二保护组102和第三保护组103组成星形结构，第一保护组101和第二保护组102分别连接于电气设备的两个需要保护的输入口DC+和DC-，第三保护组103与大地端E相接，如此便可以将雷击产生的大气过电压通过避雷装置泄放到大地中，起到避雷的作用。并且第一保护组101、第二保护组102和第三保护组103不是固定的连接，可以接直流也可以接交流，并且无极性之分。并且每一个保护组分别拥有各自的检测组。

进一步，如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一保护组101至第三保护组103分别包括第一保护模块201，其中，第一保护模块201包括相互串联的第一熔断器202和第一压敏电阻203。第一熔断器202和第一压敏电阻203之间具有第一节点N1，第一检测输出端1至第三检测输出端3分别与第一保护组101至第三保护组103的第一节点N1相连。需要说明的是，第一保护组101、第二保护组102和第三保护组103中的第一保护模块201包括的第一压敏电阻203是相同的，例如压敏电阻621KM25，即第一保护组101、第二保护组102和第三保护组103中的第一保护模块201是相同的。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一保护组101至第三保护组103分别还包括与第一保护模块101并联的第二保护模块204，其中，第二保护模块204包括相互串联的第二熔断器205和第二压敏电阻206。需要说明的是，第一保护组101、第二保护组102和第三保护组103中的第二保护模块204包括的第二压敏电阻206是相同的，例如压敏电阻621KM25，即第一保护组101、第二保护组102和第三保护组103中的第二保护模块201是相同的。第二熔断器205和第二压敏电阻206之间具有第二节点N2，第一保护组101至第三保护组103分别还包括第四检测输出端4至第六检测输出端6，第四检测输出端4至第六检测输出端6分别与第一保护组101至第三保护组103的第二节点N2相连。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一保护组101、第二保护组102和第三保护组103中的第一保护模块201中相串联的第一熔断器202和第一压敏电阻203，分别与各自的第二保护模块204中相串联的第二熔断器205和第二压敏电阻206并联进行分压，然后构成星形结构。即言，六支相串联的熔断器和压敏电阻两两并联后，构成星形结构，星形结构中的两分支分别连接电气设备中需要保护的输入口DC+和DC-，另外一支与大地端E相接，如此便可以将雷击产生的大气过电压通过避雷装置泄放到大地中，起到避雷的作用。六路相串联的熔断器和压敏电阻不是固定的连接，可以接直流也可以接交流，并且无极性之分，并且通过选择不同的压敏电阻型号，或者通过在图2所示的基础上增加或减少或者串联或并联压敏电阻就可以改变该避雷装置的阈值电压、限制电压和通流量等参数。本实施例中的避雷装置是根据其内部压敏电阻的非线性特性曲线实现的，压敏电阻的电压达到其拐点电压时，避雷装置开始导通，随着电压增大，电流开始剧增，从而限制过电压值，对电气设备实现差模与共模保护。图2中，VN为星形结构的公共输出端，其与一个电阻R及24V地电压相连接，是为了给检测电路提供一个电流回路。

下面参照附图进一步描述本发明实施例提出的避雷装置的检测电路部分。

本发明实施例提出的避雷装置的检测部分，进一步，如图3所示，第一检测组104包括第一检测模块301和第二检测模块302，第一检测模块301分别与第一保护组的第一检测输出端1和公用输出端VN相连，第二检测模块302分别与第一保护组101的第四检测输出端4和公用输出端VN相连，第一检测模块302用于根据第一检测输出端1和公用输出端VN的输出信号判断第一保护组101的第一保护模块201是否发生故障，第二检测模块302用于根据第四检测输出端4和公用输出端VN的输出信号判断第一保护组101的第二保护模块204是否发生故障。

第二检测组105包括第三检测模块303和第四检测模块304。第三检测模块303分别与第二保护组102的第二检测输出端2和公用输出端VN相连，第四检测模块304分别与第二保护组102的第五检测输出端5和公用输出端VN相连，第三检测模块303用于根据第二检测输出端2和公用输出端VN的输出信号判断第二保护组102的第一保护模块201是否发生故障，第四检测模块304用于根据第五检测输出端5和公用输出端VN的输出信号判断第二保护组102的第二保护模块204是否发生故障。

第三检测组106包括第五检测模块305和第六检测模块306。第五检测模块305分别与第三保护组103的第三检测输出端3和公用输出端VN相连，第六检测模块306分别与第三保护组103的第六检测输出端6和公用输出端VN相连，第五检测模块305用于根据第三检测输出端3和公用输出端VN的输出信号判断第三保护组103的第一保护模块201是否发生故障，第六检测模块306用于根据第六检测输出端6和公用输出端VN的输出信号判断第三保护组103的第二保护模块204是否发生故障。

在本发明的一个实施例中，第一检测模块301至第六检测模块306具有相同的检测电路，如图4a所示，以第一检测模块301的检测电路为图例，省略号省略的图示部分为第二检测模块302至第六检测模块306的检测电路，具体分别如图4b至图4f所示,其中，第一检测模块301的输入端为第一检测输出端1和公用输出端VN，第二检测模块302的输入端为第四检测输出端4和公用输出端VN，第三检测模块303的输入端为第二检测输出端2和公用输出端VN，第四检测模块304的输入端为第五检测输出端5和公用输出端VN，第五检测模块305的输入端为第三检测输出端3和公用输出端VN，第六检测模块306的输入端为第六检测输出端6和公用输出端VN。如图4a所示，具体地，第一检测模块301至第六检测模块306分别包括参考电源单元401、差分采样单元402、开关单元403和指示单元404。其中，参考电源单元401用于为第一检测模块301至第六检测模块306供电。差分采样单元402用于分别采样第一保护组101至第三保护组103与公用输出端VN之间的电压差分信号以生成开关控制信号。开关单元403与差分采样单元402相连，在开关控制信号的控制下导通或关断。指示单元404连接在差分采样单元402和开关单元403之间，用于在第一保护组101至第三保护组103中第一保护模块201和第二保护模块204发生故障时进行相应指示。第一检测模块301至第六检测模块306的六路检测电路的输出信号最后汇总于OC节点。

在本发明的一个实施例中，避雷装置的检测电路由参考电源单元401提供电源，差分采样单元402采集到电压差分信号，并生成控制信号输出，控制信号控制开关单元403的导通或者关断，当第一保护组101至第三保护组103中第一保护模块201或第二保护模块204发生故障时，其相应检测电路中的指示单元404就会有相应的指示信号，从而可以判断哪一端出现故障。

在本发明的一个实施例中，如图4a所示，避雷装置的检测部分还包括显示模块405，显示模块405与第一检测组104至第三检测组106分别相连，用于对故障结果进行显示。第一检测模块301至第六检测模块306的六路检测电路的输出信号汇总于节点OC点，输出到显示模块405。在本实施例中，显示模块405包括一个继电器K1、一个二极管D3和一个发光二极管D4。其中，继电器的线圈与第一检测模块301至第六检测模块306的输出汇总节点OC连接,K1+和K1-是继电器的两个常开触点，作为检测结果的输出端口。本实施例中，此两个输出端口作为故障处理的回检信号去驱动光耦，使用的电压是12V，如果驱动的负载不一样，两个输出端连接的电压就不一样，所以，K1+和K1-间可以连接多个电压值如3V、5V或220等。VD3是继电器的保护二极管，D4是继电器动作的指示灯，D4亮表示继电器的线圈导通，开关闭合。

在本发明的一个实施例中，根据检测电路中器件的供电范围，第一检测模块301至第六检测模块306中的参考电源单元401可以是24V电源，由该电源为检测电路提供一个电流回路。本实施例中，24V电源结构如图5所示。其中，D5是一个发光二极管，作为24V电源的指示灯，D5亮则24V电源正常工作。C1、C2和C3是24V电源的滤波和去耦电容。

如图4a所示，在本发明的一个实施例中，第一检测模块301至第六检测模块306的六路检测电路相同，以第一检测模块301的检测电路为例。具体地，由二极管D1、电阻R1、R2、R3、R4、R5和运算放大器PA及公共输出端VN与24V电源接地端之间的电阻R（如图1中）构成放大倍数为2倍的差分采样单元402，差分采样单元402的采样点分别连接第一检测输出端1和公共输出端VN，即采集熔断器两端的电压，因为采样点即熔断器两端的电位不确定，所以用24V电源为采样电路提供了一个电流回路，故检测避雷装置的好坏时只与其中的熔断器通断有关，与其它因素无关。另外，指示单元404主要由电阻和发光二级管D2组成，开关单元403主要由R6、R7、电容和三极管Q1构成。检测电路对与压敏电阻串联的熔断器进行采样来检测避雷装置的好坏，并将检测结果传递给显示模块405的继电器K1，继电器K1发生相应的动作。具体地，由运算放大器PA构成的差分采样电路，将采样到的各路中熔断器两端的电压经过两倍放大传送到三极管Q1的基极，作为驱动三极管Q1导通的条件，三极管Q1的集电极接于继电器Q1线圈的一端，用于控制继电器Q1的动作，检测结果是根据继电器Q1的开关状态而定。即言，根据继电器K1的动作来判断三极管Q1的工作状态，再判断运算放大器PA输出端的电压，再判断其输入电压，从而判断熔断器的通断情况，即判断避雷装置的工作情况。在本实施例中，第一检测模块301对第一保护组101的第一保护模块201进行检测，检测电路的检测过程为：当指示灯D4亮时，继电器K1动作，则第一保护模块201中的第一压敏电阻203损坏；当指示灯D4灭，继电器K1不动作，则第一保护模块201中的第一压敏电阻203正常。具体地，当第一保护模块201中的第一熔断器202完好时，差分采样单元402中的采样点第一检测输出端1和公共输出端VN短接，运算放大器PA输入为0，故输出也为0，指示单元404的显示灯发光二级管D2不亮，开关单元403的三极管Q1不导通，OC点电位为高，显示模块405的继电器K1不动作，继电器K1指示灯D4灭，即检测结果为第一压敏电阻203正常，也就是避雷装置的该分支正常。当第一熔断器202断开时，即差分采样单元402中的采样点第一检测输出端1和公共输出端VN也断开，此时24V电源给差分采样单元402电路提供一个电流回路，计算得出第一检测输出端1与公共输出端VN两点间的电位差为8V，经运算放大器PA放大两倍，运算放大器PA的输出电压为16V，指示单元404的显示灯发光二级管D2亮，再经过开关单元403的分压电阻R6、R7进行1/6分压，得到三极管Q1基极电压为2.67V，三极管Q1导通，OC点输出为低电平，显示模块405的继电器K1动作，开关闭合，继电器K1指示灯D4亮，即检测结果为第一压敏电阻203故障。

在本发明的一个实施例中，六路检测电路分别检测避雷装置六个分支内部的熔断器的连接情况，且各输出端汇总在节点OC点，如图4a中所示。当避雷装置内的六个压敏电阻都正常时，六路检测电路输出都为高电平，OC点也为高电平，继电器K1不动作，检测结果为避雷装置正常。当其中任意一个压敏电阻发生故障时，其对应的检测电路输出一个低电平，OC点电位就变成低电平，继电器K1动作，检测结果为避雷装置有一分支故障。并且，此时避雷装置中发生故障的那一分支的检测电路的指示单元404的显示灯发光二级管D2亮，就可以判断是哪一分支发生了故障。

根据本发明实施例的避雷装置，采用星形连接结构，当任何一端发生短路故障时，其它的两端都可以继续工作，增加了避雷器可靠性。而且在装置进行连接时无极性之分，还可以对避雷装置的参数进行修改，提高了避雷装置的使用灵活性。每一个避雷装置分路都有一路检测电路，提高了检测结果的精确度。并且检测结果只与熔断器的通断有关，减少了因压敏电阻自身参数和周围环境带来的影响，增加了检测的可靠性，且检测电路简单。另外，该避雷装置电路简单、元器件少、成本低、实用性强。

在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种避雷装置，其特征在于，包括：

第一保护组至第三保护组，所述第一保护组至第三保护组具有公用节点以成星形连接，所述公用节点与公用输出端相连，其中，所述第一保护组至第三保护组分别具有第一检测输出端至第三检测输出端；

第一检测组至第三检测组，所述第一检测组的第一输入端与所述第一保护组的第一检测输出端相连，所述第二检测组的第一输入端与所述第二保护组的第二检测输出端相连，所述第三检测组的第一输入端与所述第三保护组的第三检测输出端相连，所述第一检测组、所述第二检测组和所述第三检测组的第二输入端与所述公用输出端相连，所述第一检测组至第三检测组用于分别根据所述第一输入端和第二输入端输入的信号判断所述第一保护组至第三保护组是否发生故障。

2.如权利要求1所述的避雷装置，其特征在于，所述第一保护组至第三保护组分别包括第一保护模块，其中，所述第一保护模块包括相互串联的第一熔断器和第一压敏电阻。

3.如权利要求2所述的避雷装置，其特征在于，所述第一熔断器和所述第一压敏电阻之间具有第一节点，所述第一检测输出端至第三检测输出端分别与所述第一保护组至第三保护组的第一节点相连。

4.如权利要求2所述的避雷装置，其特征在于，所述第一保护组至第三保护组分别还包括与所述第一保护模块并联的第二保护模块，其中，所述第二保护模块包括相互串联的第二熔断器和第二压敏电阻。

5.如权利要求4所述的避雷装置，其特征在于，所述第二熔断器和所述第二压敏电阻之间具有第二节点，所述第一保护组至第三保护组分别还包括第四检测输出端至第六检测输出端，所述第四检测输出端至第六检测输出端分别与所述第一保护组至第三保护组的第二节点相连。

6.如权利要求5所述的避雷装置，其特征在于，所述第一检测组包括：

第一检测模块和第二检测模块，所述第一检测模块分别与所述第一保护组的第一检测输出端和所述公用输出端相连，所述第二检测模块分别与所述第一保护组的第四检测输出端和所述公用输出端相连，所述第一检测模块用于根据所述第一检测输出端和所述公用输出端的输出信号判断所述第一保护组的第一保护模块是否发生故障，所述第二检测模块用于根据所述第四检测输出端和所述公用输出端的输出信号判断所述第一保护组的第二保护模块是否发生故障。

7.如权利要求6所述的避雷装置，其特征在于，所述第二检测组包括：

第三检测模块和第四检测模块，所述第三检测模块分别与所述第二保护组的第二检测输出端和所述公用输出端相连，所述第四检测模块分别与所述第二保护组的第五检测输出端和所述公用输出端相连，所述第三检测模块用于根据所述第二检测输出端和所述公用输出端的输出信号判断所述第二保护组的第一保护模块是否发生故障，所述第四检测模块用于根据所述第五检测输出端和所述公用输出端的输出信号判断所述第二保护组的第二保护模块是否发生故障。

8.如权利要求7所述的避雷装置，其特征在于，所述第三检测组包括：

第五检测模块和第六检测模块，所述第五检测模块分别与所述第三保护组的第三检测输出端和所述公用输出端相连，所述第六检测模块分别与所述第二保护组的第六检测输出端和所述公用输出端相连，所述第五检测模块用于根据所述第三检测输出端和所述公用输出端的输出信号判断所述第三保护组的第一保护模块是否发生故障，所述第六检测模块用于根据所述第六检测输出端和所述公用输出端的输出信号判断所述第三保护组的第二保护模块是否发生故障。

9.如权利要求8所述的避雷装置，其特征在于，所述第一检测模块至所述第六检测模块分别包括：

参考电源单元，用于为所述第一检测模块至所述第六检测模块供电；

差分采样单元，用于采样所述第一保护组至第三保护组与所述公用输出端之间的电压差分信号以生成开关控制信号；

开关单元，所述开关单元与所述差分采样单元相连，所述开关单元在所述开关控制信号的控制下导通或关断；

指示单元，所述指示单元连接在所述差分采样单元和所述开关单元之间，用于在所述第一保护组至第三保护组中第一保护模块和第二保护模块发生故障时进行相应指示。

10.如权利要求1所述的避雷装置，其特征在于，还包括：

显示模块，所述显示模块与所述第一检测组至第三检测组分别相连，用于对故障结果进行显示。

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