CN105633927A - 一种新型电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型电涌保护器，包括防雷元件、过流保护装置、热保护装置和外壳，所述防雷元件和过流保护装置串联，构成电涌泄放通路，所述热保护装置位于防雷元件电极上；本新型电涌保护器还包括判断驱动装置、限流器、联动机构、常开触点、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子。本新型电涌保护器根本解决现有热保护装置与过流保护装置的动作盲区和过流保护装置、热保护装置的动作情况以及防雷元件的工作状况不可知，所带来的安全隐患问题。

Description

一种新型电涌保护器

技术领域

本发明属于电子电气设备的电涌防护技术领域。

背景技术

雷电是由带电的云在空中放电导致的一种特殊的天气现象。雷电是造成电子设备损坏的重要原因，它威胁建筑、铁路、民航、通信、工控、军事等各个领域电子信息系统的安全稳定运行。在与电子设备连接的电源线、信号线以及控制线等金属线路上安装电涌保护器是雷电防护的重要措施之一。电涌保护器已大量应用于各种领域，在雷电防护中具有重要的作用。其状态的好坏则直接影响其防雷效果，从而对所保护设备的安全带来隐患。

现阶段SPD在使用时通常具有热保护和过流保护(内置或外置)两种保护装置，热保护装置用来防护防雷器件劣化发热，过流保护装置用来防止瞬态过电流或过电压引起的防雷器件击穿短路，同时过流保护做为热保护的一种后备保护方式，故此在大多数场合都可以起到有效的防护作用。

但由于热传导是一个相对较慢的过程，热保护装置的灵敏度低，对于缓慢升温过程尚可起到有效的防护，但对于低(中)压系统中由于持续过电压状态下引起的急剧升温情况，热保护脱扣装置不能及时感知此过程而不发生动作，致使防雷器件被击穿，工频电流进入SPD线路，当此工频电流值没有达到过流保护装置的启动值时，过流保护装置也不会发生动作，从而导致SPD起火；若将过流保护装置的启动值选小，虽能启动，但难以抗击雷电流的冲击导致SPD无法正常泄放雷电流。而且，现有电涌保护器的热保护装置与过流保护装置的动作状态不能被使用者及时掌握，同时电涌保护器内部防雷元件的使用状态也不能被使用者知晓，因而导致不能及时的维护电涌保护器或更换内部元件或装置，引发雷击或其他事故。

综上所述，现行SPD的过流保护装置与热保护装置存在严重的动作盲区，SPD通过在此区域的电流时，热保护装置和过流保护装置都不能即将损坏的SPD脱离主电路，从而出现严重的安全隐患；同时过流保护装置与热保护装置的动作情况以及防雷元件的工作状况不能被使用者及时得知，同样带来严重的安全隐患。

发明内容

为了有效解决现有技术中的以上问题，本发明提出一种安装方便且性能可靠、灵敏度高的用于电源系统的新型电涌保护器，根本解决现有热保护装置与过流保护装置的动作盲区问题，根本解决现有热保护装置与过流保护装置的动作盲区和过流保护装置、热保护装置的动作情况以及防雷元件的工作状况不可知，所带来的安全隐患问题。

本发明采用以下技术方案：本发明是用于电力电子线路系统中的电涌保护器，该电涌保护器包括防雷元件、过流保护装置、热保护装置和外壳，所述防雷元件和过流保护装置串联，构成电涌泄放通路，所述热保护装置位于防雷元件电极上，其特征在于：本新型电涌保护器还包括判断驱动装置、限流器、联动机构、常开触点、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子；所述判断驱动装置与防雷元件、过流保护装置串联，一起组成电涌泄放通路；所述常开触点和限流器串联组成旁路，旁路并联在判断驱动装置和防雷元件两端或并联于防雷元件两端；所述信号探测器安装于防雷元件电极表面或附近，或安装于电涌泄放通路附近，通过信号传输线与数据单元连接；所述过流保护装置探测器并联于过流保护装置两端，经过信号传输线与数据单元连接；所述数据单元通过连接线与连接端子连接。

所述判断驱动装置由一对放电电极和一个电磁铁组成，放电电极与电磁铁并联；所述放电电极可以是半球形突出部分相向组成的电极，还可以是其它形状突出部分相向组成的电极，或放电管。所述常开触点闭合后，在过流保护装置断开前不会再打开，所述常开触点还具有复位开关。所述防雷元件，包括压敏电阻、放电管、TVS之一或其组合；所述过流保护装置可以是熔断器或断路器；所述限流器可以是电阻、电感、电容等电子器件之一或由其组合而成的电路，具有限制电流的作用。所述联动机构可以有多种形式，用于在电磁铁顶杆弹起时，使常开触点闭合。

所述判断驱动装置由并联的放电电极和电磁铁组成，其对流过电涌泄放通路的电流类型具有判断功能，可以区分雷电电涌和工频电流；同时电磁铁的顶杆可以驱动联动机构，从而闭合常开触点。

所述信号探测器可以安装于防雷元件电极表面或附近，探测防雷元件的温度、磁场、红外等信号；也可以安装于电涌泄放通路附近，探测电涌泄放通路的温度、磁场、红外、电动力等信号；信号探测器还能探测到热保护装置的动作情况。所述过流保护装置探测器能够探测过流保护装置的状态，并经过信号传输线输出给数据单元。所述数据单元内置电源，或通过连接线从连接端子外部获取电源。

本新型电涌保护器的工作方式：

当雷电电涌流过时，其电流值对时间的变化率很高，所述判断驱动装置的电磁铁上的线圈对此高频电流有一定抑制作用，导致只有少部分电流很快地流过线圈，两放电电极之间会瞬间产生很高的电压，将两电极瞬间击穿，雷电流迅速通过；此时流过线圈的少部分的电流也能使电磁铁顶杆迅速弹出并收回，但此时的位移量并不能够推动联动机构，保证雷电电涌顺利泄放；此时信号探测器能够检测到防雷元件本身或电涌泄放通路上温度、磁场、红外、电动力等信号的变化，从而分析雷电流大小、波形等信息，记录雷击时间，将此类信息经过数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线、连接端子与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。

当电源系统故障、工频电流流过、防雷元件即将失效短路时，判断驱动装置中电磁铁的线圈流入工频电流，在电磁力的作用下使顶杆弹出，且弹出的位移量和力度足以带动联动机构运动，使常开触点闭合，接通旁路；由于旁路与判断驱动装置和防雷元件并联，所以工频电流将从旁路流过直接到达过流保护装置，使过流保护装置动作，及时切断SPD通路，防止温度过高防雷元件起火(顶杆弹出的位移量和力度与流过线圈的电流大小、线圈的粗细、线圈的匝数以及电磁铁内部的设计有关，决定着顶杆的弹出能否推动脱扣机构，这一系列的参数值是通过计算得到的)。此时过流保护装置探测器将检测到过流保护装置已断开，可将此信号经过数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线向连接端子外部设备发送信号。所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。

当防雷元件劣化工频漏流达到一定值时，防雷元件体表温度也上升至一定高度，位于防雷元件电极上的热保护装置将动作，从而切断即将损坏的防雷元件。此时信号探测器能够检测到热保护装置动作，可将此信号经过数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线、连接端子与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。

综上，判断驱动装置对雷电电涌和工频电流具有判断能力，能在工频电流流过时驱动联动机构，闭合常开触点接通旁路，从而使过流保护装置动作分断电涌保护器通路，进而解决现有过流保护装置和热保护装置对工频电流的动作盲区问题。在以上三个过程中，信号探测器都会将检测到的防雷元件或电涌泄放通路上温度、磁场、红外、电动力等信号经数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线向连接端子外部设备发送信号，以得知防雷元件的使用状态、寿命、发生的事件记录。所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。

本发明的特征在于：

1.此新型电涌保护器在电涌泄放通路中增加可以判断电流类型并驱动联动机构闭合常开触点的判断驱动装置，又增加了并联在判断驱动装置和防雷元件两端或防雷元件两端的旁路，解决了热保护装置和过流保护装置的动作盲区问题。旁路由常开触点和阻流器串联组成，常开触点由联动机构控制，联动机构由判断驱动装置中的电磁铁控制，电磁铁动作与否取决于电源泄放通道中流过的电流类型，该电流类型可由判断驱动装置中并联的放电电极和电磁铁进行区分响应。

2.此新型电涌保护器的防雷元件与判断驱动装置、过流保护装置、热保护装置、限流器、联动机构、常开触点、复位开关、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子可集成于一体，装于壳体，满足了用电设备对电涌保护器通流容量、响应时间和电压保护水平三项指标的要求，增强了设备的可靠性，也可以安装于不同壳体或封装在不同的模块中组合在一起，便于安装使用。

3.此新型电涌保护器可以没有过流保护装置。

4.此新型电涌保护器的判断驱动装置由一对放电电极和一个电磁铁组成，放电电极与电磁铁并联；所述放电电极可以是半球形突出部分相向组成的电极，还可以是其它形状突出部分相向组成的电极，或放电管。所述判断驱动装置对流过电涌泄放通路的电流类型具有判断功能，可以区分雷电电涌和工频电流；同时电磁铁的顶杆可以驱动联动机构，从而闭合常开触点。

5.此新型电涌保护器的连接端子可以与外部设备相连，将信号探测器与过流保护装置探测器检测到的信号发送至外部设备，使监控人员掌握电涌保护器的各种状态。所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。所述数据采集设备可以采集多个电涌保护器的信息，所述网络交换设备可以连接多个数据采集设备。

附图说明

图1为本发明的第一实施例结构示意图。

图2为本发明的判断驱动装置截面图。

图3为本发明的判断驱动装置立体图。

图4为本发明的第一实施例原理示意图。

图5为本发明的第二实施例原理示意图。

图6为本发明的第三实施例原理示意图。

图7为本发明的第四实施例原理示意图。

图8为本发明保护效果示意图。

图9为本发明组网系统第一实施例示意图。

图10为本发明组网系统第二实施例示意图

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

如图所示，0是顶杆，1是第一接线端，2是判断驱动装置，3是放电电极，4是电磁铁，5是第二接线端，6是过流保护装置，7是防雷元件，8是热保护装置，9是阻流器，10是常开触点，11是联动机构，12是外壳，13是电涌泄放通路，14是旁路，15是信号探测器，，16是过流保护装置探测器，17是信号传输线1，18是信号传输线2，19是数据单元，20是连接线，21是连接端子，22是本新型电涌保护器，23是连接线1，24是数据采集设备，25是数据线，26是网络交换设备，27是监控设备，28是复位开关。

图1为本发明的第一实施例结构示意图，图中黑色实线是电涌泄放通路(13)，由判断驱动装置(2)、防雷元件(7)和过流保护装置(6)串联组成；条纹线是旁路(14)，由常开触点(10)和阻流器(9)串联组成，所述旁路(14)并联在判断驱动装置(2)与防雷元件(7)两端；所述热保护装置(8)位于防雷元件(7)电极上。复位开关在此图中未画出。所述判断驱动装置由一对放电电极和一个电磁铁组成，放电电极与电磁铁并联。本实施例仅给出放电电极是半球形突出部分相向组成的实施例，其它形状突出部分相向组成的电极，或放电管的情况此处不再赘述。本机构实施例图仅给出旁路(14)并联于判断驱动装置(2)与防雷元件(7)两端的情况，旁路(14)并联于防雷元件(7)两端的原理实施例在图6作为第三实施例给出。图中黑色点画线分别为信号传输线1(17)和信号传输线2(18)，所述信号探测器(15)安装于防雷元件(7)表面，探测防雷元件(7)的温度、磁场、红外等信号，信号探测器(15)同时还探测热保护装置(8)的动作情况，并经过信号传输线1(17)输出给数据单元(19)；所述过流保护装置探测器(16)并联在过流保护装置(6)两端，探测过流保护装置(6)的状态，并经过信号传输线2(18)输出给数据单元(19)；所述数据单元(19)内置电源，也可以通过连接线(20)从连接端子(21)外部获取电源。

当雷电电涌通过电源泄放通路(13)时，放电电极(3)将瞬间导通，雷电电涌经防雷元件(7)和过流保护装置(6)泄放，电磁铁(4)上只通过极少部分电流，顶杆(0)弹出的位移量不足以推动联动机构(11)动作；当工频电流流过电涌泄放通路(13)时，放电电极(3)两端电压不足以使其击穿导通，电流流过电磁铁(4)并使顶杆(0)弹出，此时顶杆(4)弹出的位移量足以推动联动机构(11)沿图中箭头所示方向转动，使常开触点(2)闭合，进而导通旁路(14)，将工频电流由旁路直接引入过流保护装置(6)，使过流保护装置(6)动作，分断防雷元件(7)；当工频漏流逐渐增大时，防雷元件(7)温度缓慢上升，位于防雷元件(7)电极上的热保护装置(8)将动作，从而切断即将损坏的防雷元件(7)。

图2、图3为本发明的判断驱动装置的截面图和立体图，判断驱动装置由一对放电电极和一个电磁铁组成，放电电极与电磁铁并联；所述放电电极可以是半球形突出部分相向组成的电极，还可以是其它形状突出部分相向组成的电极，或放电管。本图仅给出放电电极是半球形突出部分相向组成的实施例，其它方案不再赘述。

图4为图1第一实施例对应的原理示意图，复位开关(28)可以控制常开触点(10)恢复常开状态。

图5为本新型电涌保护器第二实施例原理示意图，该实施例的电涌保护器内没有过流保护装置(6)，仅包括电涌泄放通路(13)、旁路(14)以及热保护装置(8)、联动机构(11)、复位开关(28)、信号探测器(15)、信号传输线(包括信号传输线1(17)和信号传输线2(18))、过流保护装置探测器(16)、数据单元(19)、连接线(20)、连接端子(21)，其中复位开关(28)可以控制常开触点(10)恢复常开状态。因为电涌保护器在使用时，如果内部没有内置过流保护装置，那么后端必须串接过流保护装置，因此本实施例描述的新型电涌保护器在有工频电流通过时可以让其外置的过流保护装置及时动作，从而将电涌保护器脱离主电路。

图6为本新型电涌保护器第三实施例原理示意图，该实施例中旁路(14)并联于防雷元件(7)两端，复位开关(28)可以控制常开触点(10)恢复常开状态。

图7为本新型电涌保护器第四实施例原理示意图，该实施例中判断驱动装置(2)、过流保护装置(6)和过流保护装置探测器(16)位于另一壳体，复位开关(28)可以控制常开触点(10)恢复常开状态。

图1、图4、图6是防雷元件(7)与判断驱动装置(2)、过流保护装置(6)、热保护装置(8)、限流器(9)、联动机构(11)、常开触点(10)、复位开关(28)、信号探测器(15)、信号传输线(包括信号传输线1(17)和信号传输线2(18))、过流保护装置探测器(16)、数据单元(19)、连接线(20)、连接端子(21)，可集成于一体的实施例；图5、图7是防雷元件(7)与判断驱动装置(2)、过流保护装置(6)、热保护装置(8)、限流器(9)、联动机构(11)、常开触点(10)、复位开关(28)、信号探测器(24)、信号传输线(包括信号传输线1(17)和信号传输线2(18))、过流保护装置探测器(16)、数据单元(19)、连接线(20)、连接端子(21)，也可以安装于不同壳体或封装在不同的模块中组合在一起的实施例。

图8为本发明保护效果示意图，将工频短路电流分为三个部分：小工频电流是指热保护装置能够启动的电流范围；大工频短路电流是指过流保护装置能够启动的电流范围；而介于两者之间的则是现有电涌保护器保护装置的工频短路电流动作盲区，简称动作盲区。

图9为本发明组网系统第一实施例示意图，图中连接线1(23)将若干个本新型电涌保护器(22)连接在一起后与数据采集设备(24)相连，数据采集设备(24)通过数据线(25)与监控设备(27)相连。所述连接线1(23)接入本新型电涌保护器(22)的连接端子(21)，所述数据采集设备(24)可向内部数据单元(19)提供电源。所述连接线1(23)可以是485总线或CAN总线或其他线型。所述数据线(25)可以是网线、光纤或其他线型。

图10为本发明组网系统第二实施例示意图，图中网络交换设备(26)可采集多个数据采集设备(24)的数据，同时传输给监控设备(27)，构成电涌保护器(22)的智能监控网络。

利用本发明的技术方案，达到相应的技术效果的，或者在不脱离本发明的设计思想下的技术方案等同变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种新型电涌保护器，包括防雷元件、过流保护装置、热保护装置和外壳，所述防雷元件和过流保护装置串联，构成电涌泄放通路，所述热保护装置位于防雷元件电极上，其特征在于：本新型电涌保护器还包括判断驱动装置、限流器、联动机构、常开触点、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子；所述判断驱动装置与防雷元件、过流保护装置串联，一起组成电涌泄放通路；所述常开触点和限流器串联组成旁路，旁路并联在判断驱动装置和防雷元件两端或并联于防雷元件两端；所述信号探测器通过信号传输线与数据单元连接；所述过流保护装置探测器并联于过流保护装置两端，经过信号传输线与数据单元连接；所述数据单元通过连接线与连接端子连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：该新型电涌保护器可以没有过流保护装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述判断驱动装置由一对放电电极和一个电磁铁组成，放电电极与电磁铁并联。

4.根据权利要求3所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述放电电极可以是半球形突出部分相向组成的电极，还可以是其它形状突出部分相向组成的电极，或放电管。

5.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述常开触点闭合后，在过流保护装置断开前不会再打开。

6.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述常开触点具有复位开关。

7.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述防雷元件与判断驱动装置、过流保护装置、热保护装置、限流器、联动机构、常开触点、复位开关、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子可以位于同一壳体，也可以安装于不同壳体或封装在不同的模块中组合在一起。

8.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述限流器可以是电阻、电感、电容等电子器件之一或由其组合而成的电路。

9.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述过流保护装置可以是熔断器或断路器。

10.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述防雷元件可以是压敏电阻、放电管、TVS等电子器件之一或其组合。

11.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述信号探测器安装于防雷元件电极表面或附近，或安装于电涌泄放通路附近。

12.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述数据单元通过连接线、连接端子与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。