CN105656008B - 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测温装置、判断装置、分断执行机构、分断开关、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。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，同时过流保护作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。

然而，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，而对于低(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，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。本发明还包括测温装置、判断装置、分断执行机构、分断开关、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；所述测温装置与判断装置输入端连接；所述判断装置输出端与分断执行机构连接；所述分断执行机构控制分断开关动作；所述分断开关常闭且串联于电涌泄放通路中；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。

本发明中所述分断装置可通过机械联动或电磁方式或二者组合的方式控制分断开关动作；所述分断开关具有可使其恢复常闭状态的复位单元；所述过流保护装置可以是熔断器或者断路器；所述防雷元件，包括压敏电阻、放电管、TVS之一或其组合。

本发明的核心机制为测温装置与判断装置。所述测温装置可以是接触式的，也可以是非接触式的，其可安装在电涌泄放通路上或其周围，也可安装在防雷元件上或其周围；所述测温装置可以有能够将温度信号转换为电信号的能量转换单元，也可以没有该单元；所述判断装置内置电源和数据处理单元，其中数据单元通过判断装置的输入端与测温装置连接，数据单元可以分析信号大小、变化率等参量。

当电涌泄放通路上有电流流过时，电涌泄放通路和防雷元件的温度会发生变化，所述测温装置能检测到这种变化，并能将检测到的相关温度信号(若测温装置有能将温度信号转换为电信号的能量转换单元，则也可以是该温度信号经测温装置中的能量转换单元转换成的电信号)通过判断装置的输入端传输给判断装置内置的数据处理单元，所述数据处理单元根据信号的大小、变化率等参量判断产流过电涌泄放通路的电流的类型(电涌电流、小工频电流、动作盲区内的工频电流、大于动作盲区的工频电流流过电涌泄放通路时，所产生的的温度的大小、变化率等参量是不同的)。若判断结果为较小工频电流，则分断执行机构不动作、分断开关不断开，由热保护装置进行防护，此时信号探测器能够检测到热保护装置动作，可将此信号经过信号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；若判断结果为动作盲区内的工频电流，则分断执行机构动作、分断开关断开，从而电涌泄放通路断开；若判断结果为大于动作盲区的工频电流，则分断执行机构不动作、分断开关不断开，由过流保护装置直接防护，此时过流保护装置探测器将检测到过流保护装置已断开，可将此信号经过信号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；若判断结果为电涌电流，则由防雷元件和过流保护装置串联构成电涌泄放通路正常泄放，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，将此类信息经过信号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。

在以上四个过程中，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.本新型电涌保护器在电涌泄放通路上设置了分断开关，通过测温装置、判断装置、分断执行机构和分断开关的有效配合，根本解决了热保护装置和过流保护装置的动作盲区问题；

2.本新型电涌保护器的防雷元件、测温装置、过流保护装置、热保护装置、判断装置、分断执行机构、分断开关、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，也可装在不同的模块中组合在一起共同构成本发明，便于安装使用；

3.本新型电涌保护器中的分断执行机构根据判断装置的判断结果动作或不动作，分断执行机构所需能量可由判断装置供给，也可配置单独的供电电源，也可由电源线供给；

4.本发明可以没有过流保护装置；

5.本新型电涌保护器中所述测温装置可以是接触式的，也可以是非接触式的；所述测温装置可以有能够将温度信号转换为电信号的能量转换单元，也可以没有该单元；

6.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，1是电涌泄放通路，2是测温装置，3是防雷元件，4是过流保护装置，5是数据处理单元，6是判断装置，7是分断执行机构，8是分断开关，9是热保护装置，10是外壳，11是信号探测器，12是信号传输线1，13是过流保护装置探测器，14是信号传输线2，15是数据单元，16是连接线，17是连接端子，18是本新型电涌保护器，19是数据采集设备，20是监控设备，21是连接线1，22是数据线，23是网络交换设备，24是分断开关的复位单元，aa’是判断装置的输入端，bb’是判断装置的输出端。

图1为本新型电涌保护器第一实施例，在该实施例中本新型电涌保护器有过流保护装置(4)，所述防雷元件(3)与过流保护装置(4)串联构成电涌泄放通路(1)；所述测温装置(2)安装在电涌泄放通路(1)周围，并与判断装置(6)输入端(aa’)连接；所述判断装置(6)输出端(bb’)与分断执行机构(7)连接；所述热保护装置(9)位于防雷元件(3)电极上；所述信号探测器(11)安装于防雷元件(3)表面，探测防雷元件(3)的温度、磁场、红外等信号，信号探测器(11)同时还探测热保护装置(9)的动作情况，并经过信号传输线1(12)输出给数据单元(15)；所述过流保护装置探测器(13)并联在过流保护装置(4)两端，探测过流保护装置(4)的状态，并经过信号传输线2(14)输出给数据单元(15)；所述数据单元(15)内置电源，也可以通过连接线(16)从连接端子(17)外部获取电源。

当电涌泄放通路(1)上有电流流过时，电涌泄放通路(1)和防雷元件(3)的温度会发生变化，所述测温装置(2)检测到这种变化，并将检测到的相关温度信号(若测温装置有能将温度信号转换为电信号的能量转换单元，则也可以是该温度信号经测温装置中的能量转换单元转换成的电信号)通过判断装置(6)的输入端传输给判断装置(6)内置的数据处理单元(5)，所述数据处理单元(5)根据信号的大小、变化率等参量判断产流过电涌泄放通路的电流的类型(电涌电流、小工频电流、动作盲区内的工频电流、大于动作盲区的工频电流流过电涌泄放通路时，所产生的的温度的大小、变化率等参量是不同的)。若判断结果为较小工频电流，则分断执行机构(7)不动作、分断开关(8)不断开，由热保护装置(9)进行防护，此时信号探测器(11)能够检测到热保护装置(9)动作，可将此信号经过信号传输线1(12)发送给数据单元(15)，数据单元(15)通过连接线(16)、连接端子(17)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；若判断结果为动作盲区内的工频电流，则分断执行机构(7)动作、分断开关(8)断开，从而电涌泄放通路(1)断开；若判断结果为大于动作盲区的工频电流，则分断执行机构(7)不动作、分断开关(8)不断开，由过流保护装置(4)直接防护，此时过流保护装置探测器(13)将检测到过流保护装置(4)已断开，可将此信号经过信号传输线2(14)发送给数据单元(15)，数据单元(15)通过连接线(16)向连接端子(17)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；若判断结果为电涌电流，则由防雷元件(3)和过流保护装置(4)串联构成电涌泄放通路(1)正常泄放，此时信号探测器(11)能够检测到防雷元件(3)本身或电涌泄放通路(1)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，将此类信息经过信号传输线1(12)发送给数据单元(15)，数据单元(15)通过连接线(16)、连接端子(17)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。

对于本发明中的测温装置，均与第一实施例中的相同，即测温装置可以有能够将温度信号转换为电信号的能量转换单元，也可以没有该单元，不再赘述。并且，所述测温装置(2)可以是接触式的，也可以是非接触式的，可安装在电涌泄放通路上或其周围，也可安装在防雷元件上或其周围。基于本发明所作出的变形均在保护范围内。

所述分断开关具有可使其恢复常闭状态的复位单元(示意图中未画出)；所述分断执行机构可通过机械联动或电磁方式或二者组合的方式控制分断开关动作(图1所示实施例中所述分断执行机构(7)是通过电磁方式控制分断开关动作的，其它的控制方式在此不赘述)。

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；所述过流保护装置可以是熔断器或断路器。

图2本发明的第一实施例的原理示意图，与图1(第一实施例结构示意图)对应。图中画出了分断开关(8)的复位单元(24)和判断装置(6)内置的数据处理单元(5)，aa’是判断装置的输入端，bb’是判断装置的输出端。

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(4)，仅包括电涌泄放通路(1)、测温装置(2)、防雷元件(3)、判断装置(6)、分断执行机构(7)、分断开关(8)、热保护装置(9)、信号探测器(11)、信号传输线1(12)、数据单元(15)、连接线(16)、连接端子(17)，其中aa’是判断装置的输入端，bb’是判断装置的输出端。因为电涌保护器在使用时，如果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而将电涌保护器脱离防护电路。

图4所示的实施例中本新型电涌保护器的组成内容安装在不同的壳体中共同构成本发明。其中，过流保护装置(4)和过流保护装置探测器(13)置于同一壳体内，测温装置(2)、防雷元件(3)、判断装置(6)、分断执行机构(7)、分断开关(8)、热保护装置(9)、信号探测器(11)、信号传输线1(12)、数据单元(15)、连接线(16)、连接端子(17)置于同一壳体，其中aa’是判断装置的输入端，bb’是判断装置的输出端。

图1、图2所示实施例中，本新型电涌保护器的防雷元件(3)、测温装置(2)、过流保护装置(4)、热保护装置(9)、判断装置(6)、分断执行机构(7)、分断开关(8)、信号探测器(11)、信号传输线(包括信号传输线1(12)和信号传输线2(14))、过流保护装置探测器(13)、数据单元(15)、连接线(16)、连接端子(17)集成于一体，装于一壳体，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，图3、图4所示实施例中本新型电涌保护器的组成封装在不同的模块中组合在一起共同构成本发明，便于安装使用，增强了实用性。

图5是本发明保护效果示意图。工频短路电流可分为三个部分：小工频短路电流，指热保护装置能够启动的电流范围；大工频短路电流，指过流保护装置能够启动的电流范围；而介于两者之间的、也是现有电涌保护器保护装置的工频短路电流的动作盲区，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(21)将若干个本新型电涌保护器(18)连接在一起后与数据采集设备(19)相连，数据采集设备(19)通过数据线(22)与监控设备(20)相连。所述连接线1(21)接入本新型电涌保护器(18)的连接端子(17)，所述数据采集设备(19)可向内部数据单元(15)提供电源。所述连接线1(21)可以是485总线或CAN总线或其他线型。所述数据线(22)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(23)可采集多个数据采集设备(19)的数据，同时传输给监控设备(20)，构成电涌保护器(18)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 (8)

1.一种电涌保护器，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：还包括测温装置、判断装置、分断执行机构、分断开关、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；所述过流保护装置是熔断器或断路器；所述测温装置安装在电涌泄放通路上或其周围，或安装在防雷元件上或其周围；所述测温装置具有将温度信号转换为电信号的能量转换单元；所述测温装置与判断装置输入端连接；所述判断装置内设有电源和分析信号大小、变化率参量的数据处理单元，所述数据处理单元经判断装置输入端与测温装置相连；当电涌泄放通路上有电流流过时，所述测温装置检测电涌泄放通路或防雷元件的温度变化，并将检测到的温度信号或通过能量转换单元转换的电信号，通过判断装置的输入端传输给判断装置内置的数据处理单元，所述数据处理单元根据温度信号或电信号的大小、变化率参量判断流过电涌泄放通路的电流的类型；若判断结果为小工频电流，则分断执行机构不动作、分断开关不断开，由热保护装置进行防护；若判断结果为动作盲区内的工频电流，则分断执行机构动作，分断开关断开，从而断开电涌泄放通路；若判断结果为大于动作盲区的工频电流，则分断执行机构不动作，分断开关不断开，由过流保护装置直接防护；若判断结果为电涌电流，则由电涌泄放通路正常泄放；所述判断装置输出端与分断执行机构连接；所述分断执行机构控制分断开关动作；所述分断开关常闭且串联于电涌泄放通路中；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，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所述的电涌保护器，其特征在于：所述电涌保护器不包括过流保护装置。

3.根据权利要求1或2所述的电涌保护器，其特征在于：所述测温装置是接触式的，或是非接触式的。

4.根据权利要求1或2所述的电涌保护器，其特征在于：所述分断开关具有使其恢复常闭状态的复位单元。

5.根据权利要求1或2所述的电涌保护器，其特征在于：所述分断执行机构通过机械联动或电磁方式或二者组合的方式控制分断开关动作。

6.根据权利要求1或2所述的电涌保护器，其特征在于：所述防雷元件、测温装置、过流保护装置、热保护装置、判断装置、分断执行机构、分断开关、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、连接端子位于同一壳体，或安装于不同壳体或封装在不同的模块中组合在一起。

7.根据权利要求1或2所述的电涌保护器，其特征在于：所述防雷元件是压敏电阻、放电管、TVS电子器件之一或其组合。

8.根据权利要求1或2所述的电涌保护器，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，所述外部设备是数据采集设备、网络交换设备、监控设备。