CN105656004A - 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常闭触点、温度检测装置、检测回路、缓冲位移弹片、惯性装置、电磁动作机构、联动机构、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常闭触点、温度检测装置、检测回路、缓冲位移弹片、惯性装置、电磁动作机构、联动机构、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；所述常闭触点位于电涌泄放通路中，与防雷元件和过流保护装置串联；所述温度检测装置包括温度传感器和信号处理装置，温度传感器与信号处理装置连接；所述信号处理装置通过检测回路与电磁动作机构连接；所述电磁动作机构控制缓冲位移弹片运动；所述缓冲位移弹片与惯性装置连接；所述惯性装置经过联动机构控制常闭触点动作；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。

所述温度传感器可以安装在电涌泄放通路上或附近，也可以安装在防雷元件上或附近。所述常闭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；所述惯性装置为惯性轮或重锤或阻尼齿轮或空气阀或延时电路，在受到持续的力时才会运动。

所述温度检测装置中的温度传感器是一种采集温度信息的装置，其将所采集到的温度数据输出给信号处理装置，由信号处理装置转化、放大为电流信号，最终通过检测回路输出给电磁动作机构驱动其动作。所述温度传感器可以通过与电涌泄放通路接触或非接触的方式测量电涌泄放通路上的温度变化，以使信号处理装置获得电流信息；也可以通过与防雷元件接触或非接触的方式测量防雷元件上的温度变化，以使信号处理装置获得电流信息。所述接触式温度测量方式可以利用热敏电阻、温度计等部件；所述非接触的温度测量方式可以是红外测量等其他方式。所述信号处理装置内置电源。

因为雷电电涌与工频电流的大小、方向、变化率、持续时间等参量不同，其在电涌泄放通路或防雷元件上产生的热量(即温度)必然不同，包括温度的大小、温度的变化速率等参量。因此温度传感器将这些有区别的温度信息传递给信号处理装置后，信号处理装置也将输出具有对应特性的电流，致使电磁动作机构产生不同的动作。只有当工频短路电流持续流过电涌泄放通路时，温度传感器检测到的温度变化信息足以让信号处理装置输出使电磁动作机构的顶杆持续弹出的电流，从而电磁动作机构的顶杆持续推动惯性位移弹片，致使惯性装置运动；雷电电涌由于发生时间极快，其带来的温度变化区别于工频短路电流带来的温度变化，此温度信息不足以使信号处理装置输出持续的电流，致使电磁动作机构的顶杆只会瞬间弹出又恢复原位，惯性装置由于其惯性作用不能被驱动。

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：

当雷电流流过防雷元件时，时间很短，电流迅速泄放，电磁动作机构顶杆迅速弹出又恢复，惯性装置由于惯性作用保持不动状态，不会带动联动机构打开电涌泄放通路的常闭触点，从而确保雷电流顺利泄放；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，由于工频漏流导致的升温是一个缓慢渐变的过程，热保护装置将启动，在防雷元件电极处断开；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。

当电源系统故障或其他原因导致的工频电流流过防雷元件时，电磁动作机构在电磁力的作用下使顶杆持续弹出，顶杆推动缓冲位移弹片，惯性装置由于惯性作用不能沿缓冲位移弹片施力方向转动，但此时短路电流未消失，电磁动作机构顶杆仍然顶着缓冲位移弹片，等待延时毫秒级Δt后，惯性装置迅速逆时针转动，带动联动机构打开电涌泄放通路的常闭触点，从而将即将损坏的防雷元件从主电路脱离；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。

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串联常闭触点，通过温度检测装置、检测回路、电磁动作机构、惯性装置判断电涌泄放通路中的电流类型，从而在工频电流流过时由联动机构打开电涌泄放通路中的常闭触点，解决了热保护装置和过流保护装置的动作盲区问题。

2.此新型电涌保护器的防雷元件与温度检测装置、检测回路、过流保护装置、热保护装置、缓冲位移弹片、惯性装置、电磁动作机构、联动机构、常闭触点、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.所述温度传感器可以通过与电涌泄放通路接触或非接触的方式测量电涌泄放通路上的温度变化，以使信号处理装置获得电流信息；也可以通过与防雷元件接触或非接触的方式测量防雷元件上的温度变化，以使信号处理装置获得电流信息。所述接触式温度测量方式可以利用热敏电阻、温度计等部件；所述非接触的温度测量方式可以是红外测量等其他方式。

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为本发明的第一实施例原理示意图。

图3为本发明的第二实施例原理示意图。

图4为本发明的第三实施例原理示意图。

图5为本发明保护效果示意图。

图6为本发明组网系统第一实施例示意图。

图7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是常闭触点，3是温度检测装置，3-1是温度传感器，3-2是信号处理装置，4是电磁动作机构，5是第二接线端，6是过流保护装置，7是防雷元件，8是缓冲位移弹片，9是惯性装置，10是电涌泄放通路，11是热保护装置，12是检测回路，13是外壳，14是联动机构，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，本实施例仅是温度传感器安装于电涌泄放通路上(与电涌泄放通路接触的方式测量)的实施例，温度传感器安装于电涌泄放通路附近(非接触方式)、防雷元件上或附近(接触或非接触方式)的实施例此处不赘述。图中条纹线是电涌泄放通路(10)，由常闭触点(2)、防雷元件(7)和过流保护装置(6)串联组成；黑色粗实线是检测回路(12)，连接温度检测装置(3)中的信号处理装置(3-2)和电磁动作机构(4)；所述热保护装置(11)位于防雷元件(7)电极上；所述温度检测装置(3)包括温度传感器(3-1)和信号处理装置(3-2)，温度传感器(3-1)与信号处理装置(3-2)连接；所述信号处理装置(3-2)通过检测回路(12)与电磁动作机构(4)连接；所述电磁动作机构(4)的顶杆(0)可以推动缓冲位移弹片(8)；所述缓冲位移弹片(8)与惯性装置(9)连接；所述惯性装置(9)转动后经过联动机构(14)控制常闭触点(2)动作。本实施例中惯性装置(9)是惯性轮。惯性轮只有受到持续的力才会转动，即雷电电涌导致的顶杆(0)瞬时弹出收回不会推动惯性轮转动，持续工频电流导致的顶杆(0)持续弹出才会推动惯性轮转动，从而带动联动机构(14)打开常闭触点(2)。所述常闭触点(2)具有复位开关，复位开关(28)在此图中未画出。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)电极附近，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(11)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。此实施例只给出信号探测器(15)安装于防雷元件(7)电极附近的实施例，信号探测器(15)位于防雷元件(7)表面或位于电涌泄放通路(10)上或附近的实施例不再赘述。

本实施例的工作方式：当雷电流流过防雷元件(7)时，电磁动作机构(4)顶杆(0)迅速弹出又恢复，惯性装置(9)由于惯性作用保持不动状态，不会带动联动机构(14)打开电涌泄放通路(10)的常闭触点(2)，从而确保雷电流顺利泄放；此时信号探测器(15)能够检测到防雷元件(7)本身的温度、磁场、红外等信号的变化，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1(17)发送给数据单元，数据单元(19)通过连接线(20)、连接端子(21)与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备(24)、网络交换设备(26)、监控设备(27)等。当防雷元件(7)劣化工频漏流达到一定值时，热保护装置(11)将启动，在防雷元件(7)电极处断开；此时信号探测器(15)能够检测到热保护装置(11)动作，可将此信号经过数据1(17)发送给数据单元(19)，数据单元(19)通过连接线(20)、连接端子(21)与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备(24)、网络交换设备(26)、监控设备(27)等。当电源系统故障或其他原因导致的动作盲区内的工频电流流过防雷元件(7)时，电磁动作机构(4)在电磁力的作用下使顶杆(0)持续弹出，顶杆推动缓冲位移弹片(8)，惯性装置(9)逆时针转动，带动联动机构(14)打开电涌泄放通路(10)的常闭触点(2)，从而将即将损坏的防雷元件(7)从主电路脱离；此时过流保护装置探测器(16)将检测到过流保护装置(6)已断开，可将此信号经过数据传输线2(18)发送给数据单元(19)，数据单元(19)通过连接线(20)向连接端子(21)外部设备发送信号。所述外部设备可以是数据采集设备(24)、网络交换设备(26)、监控设备(27)等。

图2为图1第一实施例对应的原理示意图，其中惯性位移弹片(8)和联动机构(14)用虚线表示，复位开关(28)可以通过惯性装置(9)控制常闭触点(2)恢复闭合状态。

图3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(10)以及温度检测装置(3)、检测回路(12)、热保护装置(11)、电磁动作机构(4)、弹性位移弹片(8)、惯性装置(9)、联动机构(14)、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)，其中惯性位移弹片(8)和联动机构(14)用虚线表示，复位开关(28)可以通过惯性装置(9)控制常闭触点(2)恢复闭合状态。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4为本新型电涌保护器第三实施例原理示意图，该实施例中温度检测装置(3)与过流保护装置(6)、过流保护装置探测器(16)位于另外一个壳体，其中惯性位移弹片(8)和联动机构(14)用虚线，复位开关(28)可以通过惯性装置(9)控制常闭触点(2)恢复闭合状态。

图1、图2是防雷元件(7)与温度检测装置(3)、检测回路(12)、过流保护装置(6)、热保护装置(11)、缓冲位移弹片(8)、惯性装置(9)、电磁动作机构(4)、联动机构(14)、常闭触点(2)、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3、图4是防雷元件(7)与温度检测装置(3)、检测回路(12)、过流保护装置(6)、热保护装置(11)、缓冲位移弹片(8)、惯性装置(9)、电磁动作机构(4)、联动机构(14)、常闭触点(2)、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)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5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6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7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常闭触点、温度检测装置、检测回路、缓冲位移弹片、惯性装置、电磁动作机构、联动机构、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；所述常闭触点位于电涌泄放通路中，与防雷元件和过流保护装置串联；所述温度检测装置包括温度传感器和信号处理装置，温度传感器与信号处理装置连接；所述信号处理装置通过检测回路与电磁动作机构连接；所述电磁动作机构控制缓冲位移弹片运动；所述缓冲位移弹片与惯性装置连接；所述惯性装置经过联动机构控制常闭触点动作；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：所述温度传感器可以安装在电涌泄放通路上或附近，也可以安装在防雷元件上或附近。

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：所述温度传感器可以通过与电涌泄放通路接触或非接触的方式测量电涌泄放通路上的温度变化；也可以通过与防雷元件接触或非接触的方式测量防雷元件上的温度变化。

5.根据权利要求4所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：述接触式温度测量方式可以利用热敏电阻、温度计等部件；所述非接触的温度测量方式可以是红外测量等其他方式。

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：所述常闭触点具有复位开关。

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：所述惯性装置为惯性轮或重锤或阻尼齿轮或空气阀或延时电路。

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：所述防雷元件与温度检测装置、检测回路、过流保护装置、热保护装置、缓冲位移弹片、惯性装置、电磁动作机构、联动机构、常闭触点、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。

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。