CN106026060A - 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，主要包括防雷元件、检测模块、工频电流抑制器、过流保护装置、热保护装置、限流器、延时步进电磁铁、感应片、分断触头、灭弧栅、灭弧磁吹板、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、连接端子和上、下接线端；防雷元件和过流保护装置构成了电涌泄放通路；分断触头和阻流器构成了旁路。本发明中，通过对电动力的检测，向延时步进电磁铁输入相应电流，引起一系列机械联动，导通旁路而将电涌泄放通路短路，实现对电涌保护器的保护作用。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。

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在防护角度存在严重的动作盲区，在此区域，热保护装置和过流保护装置都不能动作，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。

在现有技术“浪涌保护器件的检测装置”(专利号：200910069431.2)和“一种浪涌保护器的在线监测装置”(专利号：200910069594.0)中，提出了两种通过测量电动力的方式来检测浪涌保护器件的状态的方法。其中“浪涌保护器件的检测装置”(专利号：200910069431.2)提出将金属簧片安装在浪涌保护器件旁边或通过导线连接，利用压力传感器测量金属簧片的变形，从而得知浪涌保护器件的状态，这种方法压力传感器与金属簧片之间无连接，测量不精确，再者金属簧片的变形方式单一，也使得压力传感器感知的信号源很微弱。“一种浪涌保护器的在线监测装置”(专利号：200910069594.0)提出将金属构件与浪涌抑制器件串联，金属构件的形状是弯曲的，当电流通过浪涌抑制器件以及金属构件时，电流使弯曲的金属构件发生趋直效应，由此产生的电动力通过压力传感器感知，进而得知电流的信息和浪涌抑制器件的劣化程度，这种测量方法测量精度较高，但将金属构件串入浪涌泄放通道，将对浪涌抑制器件的泄放浪涌电流的能力带来很大影响，导致浪涌保护器残压升高，降低了对其所要保护的设备的保护水平。而且，这两项现有技术中，对于电动力物理量的探测仅限于了解流过浪涌保护器件或浪涌抑制器件的电流信息，从而了解浪涌保护器件或浪涌抑制器件的状态，对本人上述“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”的问题并没有解决，本人将对此电动力测试方法的不足进行修正和创新，从而使其能够判断电涌保护器线路中的电流类型，对过流保护装置与热保护装置存在动作盲区的工频电流进行即时分断。

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，所述电涌保护器主要包括防雷元件、工频电流抑制器、检测模块、过流保护装置、热保护装置、限流器、延时步进电磁铁、感应片、脱扣机构、分断触头、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引脚处；所述检测模块内置导电金属杆、绝缘顶杆、力感应器、恒定电流源和信号处理装置；其中导电金属杆，恒定电流源串联，构成检测回路；所述信号处理装置的输出端连接延时步进电磁铁的输入端；所述延时步进电磁铁的另一端作用于感应片；所述分断触头包括动触头和静触头；所述感应片与动触头通过脱扣装置连接；静触头和限流器串联后与防雷元件并联；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。

本发明中，由于在实际应用中的不同，力感应器和信号处理装置可以分别设置，也可以集成于某一个器件中。

本发明由两平行通电导线电流方向相同会相互吸引，电流方向相反会相互排斥这一特性，所述检测模块中的导电金属杆会受到趋近或远离电涌泄放通路的力，力感应器接收由绝缘顶杆传导的受力信息并将其转化为电流信息，此信息经过信号处理装置处理、放大后传输给延时步进电磁铁；所述延时步进电磁铁能够根据雷电流与工频电流流过电涌泄放通路时，由电涌泄放通路对导电金属杆作用力的不同而导致的信号处理装置输出电流上的差异作为分断SPD通路的依据，实现一种参量化控制，工频电流是毫秒级的周期性波，作用力持续时间较长，信号处理装置输出的电流作用时间也较长，延时步进电磁铁能够经过脉冲个数步进，毫秒级延时后速动，推动感应板、带动脱扣机构，闭合分断触头，导通旁路，分断SPD通路，起到保护作用；雷电流是快速变化的微秒级脉冲，作用力持续时间较短，信号处理装置输出的电流作用时间也较短，延时步进电磁铁不能完成脉冲个数步进、进入延时阶段，雷电流已流过，所以脱扣机构不动作，保证雷电流顺利泄放；同时本发明可通过复位开关手动复位；所述灭弧栅和灭弧磁吹板用于消灭动触头与静触头接触时产生的电弧。

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：当电涌电流流过时，通过力感应器感应到的受力信息经处理后转换为电信息并传输至延时步进电磁铁，但雷电流是快速变化的微秒级脉冲，延时步进电磁铁不能完成脉冲个数步进，电磁动作机构不动作，SPD正常泄放电涌电流；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。；当防雷器件劣化，工频漏流流过防雷元件时，安装于防雷元件电极端的热保护装置发热融化，使电涌泄放通路断开，避免电涌保护器发生火灾；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、工频电流流过、防雷元件失效短路时，保护装置中的工频电流抑制器能够对此时流过的电流起到抑制作用，致使通过防雷元件的工频电流值能够缓慢上升，延长SPD发生火灾事故的时间；此时工频电流是毫秒级的周期性波，延时步进电磁铁经过脉冲个数步进、毫秒级延时后速动，推动感应板，带动脱扣机构，闭合分断触头，导通旁路，将工频电流直接引入过流保护装置，从而切断SPD通路，对电涌泄放通路起到保护作用。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.此新型电涌保护器解决了热保护装置以及过流保护装置的动作盲区问题，旁路由分断触头、限流器串联组成；所述动触头由脱扣机构控制，脱扣机构受延时步进电磁铁控制，延时步进电磁铁上的电流来源于检测模块。

2.此新型电涌保护器的防雷元件、检测模块、过流保护装置、工频电流抑制器、热保护装置、限流器、延时步进电磁铁、分断触头、脱扣机构、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.检测模块中的力感应器和信号处理装置既可以分别设置，也可以根据实际情况集成于单一器件，方案灵活。

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。

6.此新型电涌保护器的检测模块安装于电涌泄放通路旁边，与电涌泄放通路隔离，不影响电涌正常泄放，对电涌保护器对需保护设备的保护水平没有影响；所述检测模块内置导电金属杆、绝缘顶杆、力感应器、恒定电流源和信号处理装置，力感应器通过绝缘顶杆直接测量检测回路上的电动力，测量精度高，测量结果准确。此外，能对电涌泄放通路上的电流进行选择，对过流保护装置与热保护装置存在动作盲区的工频电流进行即时分断。

附图说明

图1为本发明的第一实施例结构

图2为检测模块内部结构示意图

图3为本发明的第一实施例的原理图

图4为本发明的第二实施例的原理图

图5为本发明的第三实施例的原理图

图6为本发明保护效果示意图

图7为本发明理想状态下的工作流程图

图8为本发明组网系统第一实施例示意图。

图9为本发明组网系统第二实施例示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

如图所示，1是上接线端，2是分断触头，3是脱扣机构，4是复位开关，5是感应板，6是检测模块，6-1是导电金属杆，6-2是检测回路，6-3是恒定电流源，6-4是绝缘顶杆，6-5力感应器，6-6是信号处理装置，6-7是信号输出端，7是工频电流抑制器，8是下接线端，9是外壳，10是防雷元件，11是延时步进电磁铁，12是灭弧栅，13是灭弧磁吹板，14是限流器，15是过流保护装置，16是热保护装置，17为旁路，18是动触头，19是静触头，20是信号探测器，21是信号传输线1，22是过流保护装置探测器，23是信号传输线2，24是数据单元，25是连接线，26是连接端子，27是本新型电涌保护器，28是数据采集设备，29是监控设备，30是连接线1，31是数据线，32是网络交换设备。。

图1为本发明第一实施例的结构示意图，所述上接线端(1)、工频电流抑制器(7)、防雷元件(10)、过流保护装置(15)、热保护装置(16)、下接线端(8)串联连接。

所述工频电流抑制器(7)，串联于上、下接线端之间，对流过的工频电流有抑制作用，能够为后面防雷元件故障起火争取时间。

所述热保护装置(16)位于防雷元件电极引脚处，当有较小的工频电流流过防雷元件时，热保护装置动作，断开电涌泄放通路，保护防雷元件。

所述防雷元件(10)，包括压敏电阻、放电管、TVS之一或其组合；

所述检测模块(6)安装在电涌泄放通路旁边，并与延时步进电磁铁(11)连接；所述检测模块(6)内置电源；

所述感应板(5)与动触头(18)通过脱扣机构(3)连接，所述静触头(19)与限流器(14)串联并与防雷元件(10)并联。

所述复位开关(4)当动触头(18)与静触头(19)闭合，即电涌泄放通路被短路时，可通过复位开关(4)人工手动复位，使电涌泄放通路恢复通流，从而使未损坏的SPD重新接回电路。

所述灭弧栅(12)和灭弧磁吹板(13)构成此新型电涌保护器的灭弧装置，用于消灭动触头与静触头闭合时产生的电弧。

所述限流器(14)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。

所述过流保护装置(15)可以是熔断器或断路器，当流过防雷元件的电流为较大的工频电流时，该装置作用，断开电涌泄放通路，保护防雷元件。

所述信号探测器(20)安装于防雷元件(10)表面，探测防雷元件(10)的温度、磁场、红外等信号，信号探测器(20)同时还探测热保护装置(16)的动作情况，并经过信号传输线1(21)输出给数据单元(24)；所述过流保护装置探测器(22)并联在过流保护装置(15)两端，探测过流保护装置(15)的状态，并经过信号传输线2(23)输出给数据单元(24)；所述数据单元(24)内置电源，也可以通过连接线(25)从连接端子(26)外部获取电源。

图2为本发明的力探测器的内部结构示意图，检测回路(6-2)由恒定电流源(6-3)提供电能，在检测回路中有持续、稳定的单一方向电流；绝缘顶杆(6-4)的一端与检测回路(6-2)连接，另一端与力感应器(6-5)连接，力感应器(6-5)的输出端与信号处理装置(6-6)连接；所述导电金属杆(6-1)与电涌泄放通路平行放置。力感应器(6-5)通过绝缘顶杆(6-4)对检测回路(6-2)上产生的不同电动力进行测量，进而转化为不同的电流信号输出给信号处理装置(6-6)，通过信号处理装置(6-6)的处理和放大，从信号输出端(6-7)将电流信号输入给延时步进电磁铁(11)，使延时步进电磁铁(11)产生不同的动作。

图3即为第一实施例的原理图，即当工频电流流过防雷元件(10)时，检测模块(6)测得相应的受力信息并将其转化为电流信息，再将相应的电流信息传输至延时步进电磁铁(11)，触发脱扣机构(3)的机械联动，闭合分断触头(2)，导通旁路(17)，实现电涌泄放通路从工作电路上的脱离。

图4为本发明第二实施例的原理图，该实施例的电涌保护器内没有过流保护装置(15)，仅包括电涌泄放通路、旁路(17)以及检测模块(6)、工频电流抑制器(7)、延时步进电磁铁(11)、感应板(5)、脱扣机构(3)、信号探测器(20)、信号传输线1(21)、过流保护装置探测器(22)、信号传输线2(23)、数据单元(24)、连接线(25)、连接端子(26)。本第二实施例给出了在此种情况下本发明中的电涌保护器的工作原理图。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5为本发明的第三实施例的原理图，在电涌保护器的实际应用中，可能存在着所述防雷元件(10)与检测模块(6)、工频电流抑制器(7)、过流保护装置(15)、热保护装置(16)、限流器(14)、延时步进电磁铁(11)、脱扣机构(3)、分断触头(2)安装于不同壳体的情况，在此本人只列出其中一种工作原理图，该方案同时也适用于此情况下的其他变形。

图1、图2为各元件集中于一体的实施例，图3、图4则表示了各元件也可以安装于不同壳体或封装在不同模块中而组合在一起的实施例。

图6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。

本发明是用于电力电子线路系统中的电涌保护器及其保护装置，且能克服动作盲区这一问题，理想状态下的工作流程如图7所示，即通过以检测模块(6)和步进电磁铁(11)为核心的保护装置实现对电涌保护器内部环境的保护，所述保护装置主要包括分断触头(2)、脱扣机构(3)、复位开关(4)、感应板(5)、检测模块(6)、工频电流抑制器(7)、延时步进电磁铁(11)、灭弧栅(12)、灭弧磁吹板(13)、上接线端(1)、下接线端(8)、过流保护装置(15)和热保护装置(16)。

图8为本发明组网系统第一实施例示意图，图中连接线1(30)将若于个本新型电涌保护器(17)连接在一起后与数据采集设备(28)相连，数据采集设备(28)通过数据线(31)与监控设备(29)相连。所述连接线1(30)接入本新型电涌保护器(27)的连接端子(26)，所述数据采集设备(28)可向内部数据单元(24)提供电源。所述连接线1(30)可以是485总线或CAN总线或其他线型。所述数据线(31)可以是网线、光纤或其他线型。

图9为本发明组网系统第二实施例示意图，图中网络交换设备(32)可采集多个数据采集设备(28)的数据，同时传输给监控设备(29)，构成电涌保护器(27)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 (13)

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工频电流抑制器，检测模块、延时步进电磁铁、感应片、分断触头、限流器、脱扣机构、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；所述工频电流抑制器串联在电涌泄放通路上；所述检测模块包括恒定电流源、导电金属杆、绝缘顶杆、力感应器以及信号处理装置；所述信号处理装置的输出端与延时步进电磁铁输入端连接；所述延时步进电磁铁控制感应片动作；所述分断触头包括动触头和静触头；所述感应片与动触头通过脱扣机构连接；所述静触头和限流器串联并与防雷元件并联；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：所述动触头与静触头闭合后，在过流保护装置断开前不会再打开。

4.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：所述分断触头其有复位开关。

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：延时步进电磁铁采用雷电流和工频电流的时间差异来实现参量化控制，作为分断SPD通路的依据。

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：所述延时步进电磁铁通过机械联动控制动触头动作。

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：所述防雷元件与检测模块、过流保护装置、热保护装置、工频电流抑制器、限流器、延时步进电磁铁、电磁动作机构、分断触头、脱扣机构、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：所述力感应器和信号处理装置可以分别设置，也可以集成于单一器件内。

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。

13.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。