CN106895374B - 机场照明系统的避雷器和机场照明系统的次级电路 - Google Patents

机场照明系统的避雷器和机场照明系统的次级电路 Download PDF

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Abstract

本公开涉及机场照明系统的避雷器和机场照明系统的次级电路。一种机场照明系统的避雷器，其中机场照明系统包括具有含有初级绕组和次级绕组的多个变压器的初级电路，变压器的初级绕组串联连接在初级电路中且变压器的次级绕组中的至少一个适于给具有机场照明系统的照明设备的次级电路供电，其中避雷器包括用于保护避雷器的电路的密封外壳和用于将避雷器电连接到次级电路的连接器，避雷器适于在过高的电压的情况下提供至地面的低阻抗电流路径。

Description

机场照明系统的避雷器和机场照明系统的次级电路
发明领域
本发明涉及机场照明系统，且更具体地涉及机场照明系统的过压保护。
发明背景
机场或航空站运营的一个重要方面是机场照明系统或航空地面照明(AGL)的适当操作。例如，这样的照明系统包括进场着陆照明及跑道入口照明、跑道照明和滑行道照明。
用于照明的各种组件是在极其严峻的条件下运行的，因为在开放的机场中的温度变化很大以及各种化学品被用于飞机和机场的运营和维护。因此对照明系统的组件设置了严格的要求。这些组件通常安装在坑内或罐内,但它们也可以直接埋入地面。在常规运营中它们必须在操作电压高达5kv时完全耐水、耐冰、耐煤油、防冻和除霜液体等。
组件的壳体还必须有足够的弹性以用作缓冲装置从而保护各种组件。机场通常希望在这些非常苛刻的环境下变压器和连接器的使用期限为10-20年。
在机场照明系统中，沿跑道或滑行道定位的照明器具有两种类型的供电方式：串联供电和并联供电。在并联供电的情形中，即使用更大的电缆尺寸渐进的电压降也会出现于灯与灯之间。这导致光照水平发生变化。因为这个原因，串联供电系统在机场照明中更为常见。
串联电路供电电路使用恒定电流调节器、绝缘变压器和专门设计额定电流的灯。在串联电路中电流供应给电流环路，其具有串联连接的绝缘变压器的初级绕组。绝缘变压器的次级绕组提供一组电流给照明设备。串联供电系统电路中的标称电流通常是6.6安培，但是电流可能会改变。
初级电路由恒定电流调节器(CCR)供电，该恒定电流调节器(CCR)使可能获得6.6A的额定光强度的灯具。灯的亮度通常通过将电流减少5个不同的等级来进行控制。串联电路，其因此被称为初级电路，包括串联连接分离变压器的单芯电缆。
变压器具有两个功能。第一，变压器通过将初级电路的高压和次级电路绝缘来保护人员。第二，当次级电路中的灯不工作时变压器能够保持初级电路的连续性。因此初级电流流到所有的变压器，实现全部的灯的运行。
每个绝缘变压器的次级通常借助于次级双芯电缆或2个一芯电线而被连接到单个的灯。还可能的是，当灯彼此闭合时利用单个变压器来给若干灯进行供电。这种装置中使用的灯可以是例如卤素、级联管或LED的。
绝缘变压器配备有2个初级电缆和具有模制连接器的一个次级电缆。变压器可以埋在灯的附近，但优选的是它们被放置成封装在检修人孔(inspection man-hole)内。
配备有现场组装的连接器的初级电缆在相同电路中分段从一个变压器连接到下一个变压器直到电路形成具有连接到恒定电流调节器的输出电缆和输入电缆的环路。初级电缆通常埋入连接检修人孔的沟中，在两层沙之间，而到达不了可能损耗电缆的石头或任何物体。
虽然花费比较大，但是在频繁发生风暴的国家还是强烈建议使用具有护罩的电缆。没有护罩的电缆通常必须借助于在沟中在其上大约10厘米处定位的光秃秃的等电位接地线来进行保护以免受天气的影响。
护罩和等电位线与调节器接地连接相连接。在具有护罩的电缆之上，护罩用保护套绝缘，且应该大约每300连接接地棒。
检修人孔可以由焊接钢或预制混凝土制成。后一种系统是优选的，因为所有的腐蚀的风险被排除了。他们应该被覆盖钢或钢筋混凝土板。应该为排水提供相应的措施。
在一些跑道嵌灯的情况中，变压器和次级电路结构在通常称之为“罐”的灯具中被放置在灯本身的下方。这种解决方案使得在跑道下方运行高压初级电缆的不方便，因此在这些电缆中出现故障的情况下则产生明显的修理困难。灯的安装灯具的几何结构被标准化且灯下方的空间相当的小。这限制了能够连接到次级电路的组件的最大尺寸。坑中的安装空间特别是罐中的安装空间非常受限，其对产品的物理尺寸产生了特定要求。
包括具有通常现场组装的插头和插座的电缆的次级电缆引线或预制成型的连接部件，借助于密封的插头将灯连接到变压器。在人行道中的线缆中或在导线管中的沿着沟运行的连接，能够借助于结合在变压器侧上的双极性电缆或两段单极电缆而被连接到配套插头(KIT plug)。根据在FAA 150-5345-26D中给定的要求，这些次级装备是1KV隔离的。
某些气候区比其他区具有更频繁的雷鸣和闪电。公知的是在初级电路中使用避雷器来提供闪电保护。这样的单元必须承受初级电路的高压(高达5000V)，这使得这些单元在尺寸上很大且相当昂贵。大尺寸阻碍了单元在灯的下方安装在灯具中。如果单元例如被直接雷击而使得不能正常工作，则更换该单元的花费是相当高的，而且在最坏的情况下包括超过200个AGL配件的整个电路必须在该操作中被关闭。
FAA法规要求灯免受浪涌电流的破坏。在感应过压的情况下，灯应该通过其内置过载保护来进行保护，如FAA工程简介第67号中所限定的(额定放电电流8/20μS为5KA)。
由于电效能和控制性，在机场安装中LED越来越多被用作照明源。LED光源在次级电路中需要额外的电路，从而提升了与照明相关的费用。此外，包括通信和数据发送的一些诊断功能可以在次级电路中被提供。
与以上布置相关的问题中的一个是，通过安装提供的针对浪涌电压的保护某种程度上是受限的。当所述的保护用于闪电率高的气候区时系统的运行和维护的成本增加。如果过载保护不能有效限制电压和电流，则在次级电路中的额外的电路的数量增加了维护成本。此外，所提及的操作停机时间花费是很大的，因为航空站或跑道可能被关闭。
发明概述
本发明的目的是提供避雷器和次级电路以便缓解以上的不足。本发明的目的是通过一种电路来实现，该电路其特征在于独立权利要求中所阐述的那样。本发明优选的实施方式在从属权利要求中进行了公开。
本发明是基于提供具有连接器以安装到机场照明装置的次级电路的密封避雷器的想法。
本发明的电路的优势在于由电路提供的保护在保护照明装置方面比已知的系统更有效率。在已知的系统中，当浪涌电压被施加于被定位于机场中的光源或照明灯具时，浪涌电压能够传播到初级电路以及传播到被定为在浪涌电压源的附近的其他照明灯具。然而，在本发明中，源自浪涌电压的电流被引导至照明装置的次级侧处的地面，使得高电流不对其他安装的照明灯具引起任何实质性的损害。照明灯具的已知的避雷器被提供作为照明灯具的组成部分，以保护照明灯具本身。
本发明的避雷器实现了保护初级电路和相邻的次级电路免受击中灯具的雷击。如果闪电击中次级侧的照明设备，则高电流流经隔离变压器至初级电路。如果初级电路被严重损坏，恒定电流调节器可能不能提供期望的电流至初级电路，从而整个照明系统将出现故障。
由于照明系统的次级电路的电压比初级电路中的电压低得多，因此避雷器可以比用在初级电路中的避雷器制成更小。较小尺寸使能够将避雷器放得紧密靠近光源和与光源相关的其他电路。本发明的避雷器可以与照明灯具一起放到罐或坑中。
利用本发明的避雷器，特别增加了对光源和与光源相关的电路的保护。由于LED技术得天独厚的优势，现代机场照明系统采用LED作为照明的光源。例如，当与传统的白炽卤素灯相比时，LED光源和所需的电路相当昂贵。此外，次级电路还可包括用于监测或控制光源的操作的电路。具有避雷器的次级电路还保护除了光源之外的其它组件和电路。因此，本发明的次级电路对于安装的组件提供成本高效保护，因为避雷器的安装空间比安装已知的初级侧的避雷器的安装空间更小。此外，增加了的保护降低了维护成本，因为花费多的光源和相关的电路保持长期适当的操作。
因为本发明的避雷器是小型独立无源单元，其可以被安装到现有照明装置中。当次级电路的电压在可允许的范围内时，避雷器提供通过组件的直接的电流路径。这意味着，所有的信号和电功率可以穿过避雷器而无须对波形进行任何修改。此外，由于本发明的避雷器包括连接器，设备可以容易地被附接到现有装置。
根据本发明的实施方式，还包括以下内容：
1.一种机场照明系统的避雷器，其中：
所述机场照明系统包括初级电路，所述初级电路具有含有初级绕组和次级绕组的多个变压器，所述多个变压器的所述初级绕组串联连接在所述初级电路中，且所述多个变压器的所述次级绕组中的至少一个适于给具有所述机场照明系统的照明设备的次级电路供电，其中所述避雷器包括：
密封外壳，其用于保护所述避雷器的电路，以及
连接器，其用于将所述避雷器电连接到所述次级电路，所述避雷器适于在过高的电压的情况下提供至地面的低阻抗电流路径。
2.根据项1所述的避雷器，其中，所述次级电路还包括连接在所述次级电路的输入端处的灯控制模块，其中所述避雷器适于通过在对所述照明设备施加的或对所述照明设备的电路施加的过高的电压的情况下提供低阻抗电流路径来保护所述灯控制模块。
3.根据项1或2所述的避雷器，其中，所述避雷器适于在对所述照明设备施加的或对所述照明设备的电路施加的过高的电压的情况下保护所述多个变压器和所述初级电路。
4.根据项1、2或3所述的避雷器，其中，所述避雷器包括电气电路，所述电气电路包括安装在印刷电路板上的多个气体放电管。
5.根据项1至4中的任一项所述的避雷器，其中，所述避雷器的所述电气电路对所述照明设备的操作功率提供通过所述避雷器的低阻抗电流路径。
6.根据项4或5所述的避雷器，其中，所述连接器包括一对输入端子、一对输出端子和接地端子，且其中所述电气电路包括在相应的输入端子和输出端子之间的直流路径、连接在所述低阻抗电流路径之间的串联连接的气体放电管、与所述串联连接的气体放电管并联连接的气体放电管，且所述接地端子于所述串联连接的气体放电管之间的点处被连接到所述电气电路。
7.根据项1-6中的任一项所述的避雷器，其中，所述密封外壳包括封装所述避雷器的电路的低压模制的内部结构和封装内部结构及提供密封壳的外部结构。
8.一种机场照明系统的次级电路，包括根据项1至7中任一项所述的避雷器。
附图简述
下文本发明将参照附图借助于优选的实施方式更详细地描述本发明，其中：
图1示出的是利用串联供电的机场照明系统的简化了的电路图；
图2和图3示出的是具有避雷器的次级电路的示例；以及
图4示出的是避雷器电路的示例。
本发明的详细描述
图1示出的是通常用在机场照明系统的电路类型。恒定电流调节器给由串联连接的分离变压器的初级绕组和连接变压器的电缆形成的回路供电。恒定电流调节器调整其输出电压，使得期望的电流将经由变压器的初级电路流动。变压器的次级绕组给装备有光源或照明设备(诸如LED)的次级电路提供功率。
根据本发明，避雷器包括用于保护避雷器的电路的密封的外壳和用于将避雷器电连接到次级电路的连接器。避雷器适于在过高的电压的情况下提供到地面的低阻抗电流路径。本发明的避雷器可使用提供的连接器连接到照明设备，用于在过高的电压的情况下提供从次级电路到地面的低阻抗路径。
如图2中所示，本发明的避雷器22被连接到给光源21供电的电导体或供电线。在系统的正常操作电压内的操作中，避雷器22并不影响对光源21的供电，从而对进入次级电路的所有信号提供路径。也就是说，在次级电路的正常操作的情况下，通过避雷器，零阻抗电流路径被提供于给光源供电的次级电路中。
图4示出的是适用于机场照明系统的次级电路中的避雷器的实施例。电路采用三个气体放电管(GDT)F1、F2、F3或根据组件上的电压从高阻抗状态改变到低阻抗状态的类似的组件。三个GDT中的两个串联连接在运行的供电导体之间且在串联连接之间的中心点能够连接到地面。保护组件中的一个直接连接在供电导体之间。当过高的电压形成于供电导体两端时，保护组件的阻抗下降，且电流被引导至地面。
图2还示出了连接在次级电路的输入端(即，在变压器24的次级绕组的输出端)处的单灯控制模块(SLCM)23。单灯控制模块23是可以以期望的方式控制光源和监测光源21的操作条件的设备。SLCM可以包括被布置成检测对供应的电压或电流编码的信息的电子电路。此外，SLCM还可以将与光源的操作相关的信息发送到中央控制系统。
图2还显示了连接到初级电路的其他的变压器25。清楚的是，其他的变压器还可以包括类似于更详细描述的次级电路的次级电路。在图2中，雷击被示出为击中光源21。在这样的情形下，高电流流经光源且部分电流经由导体流向避雷器22。当避雷器中的电压增加时，避雷器的阻抗急剧下降，且电流通过避雷器被引导到地面。在图2中，装置被示出为处于接地的电缆坑26中，且通过将避雷器的接地端连接到电缆坑，避雷器被连接到地面。
虽然光源可能将被直接的雷击摧毁，但是避雷器将保护次级电路中的其他组件。除了保护次级电路之外，避雷器还包括隔离变压器、初级电路和其他次级电路。从而，避雷器操作以保护供电，而典型的避雷器装置保护单个负载。
当雷击靠近次级电路的装置时，过压将被引导至次级电路的线上。类似地，如图2中，本发明的避雷器将操作以短路电流至地面，从而减缓过压的影响。
图3示出的是具有本发明的两个避雷器31、32的次级电路。避雷器被示出为安装在机场照明装置的次级电路中的单灯控制模块33的两侧上。当如所示使用两个避雷器时，装置的保护被进一步增加。连接在次级电路的输入端处的避雷器31有助于减小来自初级侧的电压或电流。在由于变压器的初级侧中的不正常的电压使浪涌电流进入变压器24的次级侧的情况中，连接在次级电路的输入端处的避雷器阻挡了过压，从而保护了单灯控制模块33或次级电路中的任何其他的装置。如果高电流或电压依然向光源行进，则第二避雷器32将操作以保护光源装置。
当浪涌电压施加于光源或施加于光源的电路的情况下，图3的装置也增加了保护。安装在单灯控制模块33和光源之间的避雷器32保护该装置，如图2的例子。另一个避雷器31通过短路可能仍损害初级电路和变压器的电压来进一步保护变压器和变压器的初级电路而增加保护。
如前所述，本发明的避雷器包含可以将避雷器安装到次级电路的连接器。连接器优选地是能够将避雷器附接到标准装置的标准的连接器的形式。
根据本发明，浪涌保护器是密封的。密封意味着在实践中本发明的浪涌保护器被制成承受包括广泛的温度范围和不同化学品的机场环境。根据实施案例，密封结构包括封装印刷电路中的电路的低压成型的内部结构。结构还包括为电路产生密封壳的外表面。当外表面提供对设备的密封时，低压成型的内部结构为物理设备提供对抗机械力和振动的机械强度。
实施例的浪涌保护器可能在没有从设备的壳延伸的线时被提供。在这种情况下连接器直接附接到电路板或线连接到保护壳内部的电路板。连接器通常包括阴型连接器和阳型连接器以及在设备安装时可以线连接到接地点的接地连接器。
连接器或接口还被制造成完全防水的方式，使得当被连接到配合连接器时，浪涌保护器的外壳的外部材料延伸通过连接的点。连接器能够使浪涌保护器连接到光源、可能的单光控制模块或其他的类似的电子设备、变压器的次级或连接到其他的类似的浪涌保护器。
使用气体放电管构造的实施例中的浪涌保护器可以承受多个浪涌电压实例。在对照明设备的直接的雷击中，虽然部分电流通过使用灯的接地端子而被直接引导至地面，但是这种量的能量能够摧毁照明设备。在浪涌保护器也被浪涌电压摧毁的情况下，浪涌保护器操作以限制浪涌电压的影响。由于本发明的浪涌保护器处于次级电路中，设备可以被安全地更换成新的设备而无须中断其他光源的操作。
将对本领域的技术人员而言明显的是，随着技术发展，本发明的概念可以以各种方式进行实施。本发明和其实施方式并限于以上所述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化的。

Claims (7)

1.一种机场照明系统的避雷器，其中：
所述机场照明系统包括初级电路，所述初级电路具有含有初级绕组和次级绕组的多个变压器，所述多个变压器的所述初级绕组串联连接在所述初级电路中，且所述多个变压器的所述次级绕组中的至少一个适于给具有所述机场照明系统的照明设备的次级电路供电，其中所述次级电路还包括连接在所述次级电路的输入端处的单灯控制模块，并且两个所述避雷器被安装在机场照明装置的次级电路中的单灯控制模块的两侧上，
其中所述避雷器包括：
密封外壳，其用于保护所述避雷器的电路，以及
连接器，其用于将所述避雷器电连接到所述次级电路，所述避雷器适于在过高的电压的情况下提供至地面的低阻抗电流路径，其中，所述避雷器包括电气电路，所述电气电路包括安装在印刷电路板上的多个气体放电管，以及
其中，所述连接器包括一对输入端子(J1、J4)、一对输出端子(J2、J5)和接地端子(J3)，且其中所述电气电路包括在相应的输入端子和输出端子之间的直流路径(J1，J2；J4，J5)、连接在所述低阻抗电流路径之间的串联连接的气体放电管(F1、F3)、与所述串联连接的气体放电管(F1、F3)并联连接的气体放电管(F2)，且所述接地端子于所述串联连接的气体放电管(F1、F3)之间的点处被连接到所述电气电路。
2.根据权利要求1所述的避雷器，其中，所述避雷器适于通过在对所述照明设备施加的或对所述照明设备的电路施加的过高的电压的情况下提供低阻抗电流路径来保护所述灯控制模块。
3.根据权利要求1或2所述的避雷器，其中，所述避雷器适于在对所述照明设备施加的或对所述照明设备的电路施加的过高的电压的情况下保护所述多个变压器和所述初级电路。
4.根据权利要求1所述的避雷器，其中，所述避雷器的所述电气电路对所述照明设备的操作功率提供通过所述避雷器的低阻抗电流路径。
5.根据前述权利要求1-2和4中的任一项所述的避雷器，其中，所述密封外壳包括封装所述避雷器的电路的低压模制的内部结构和封装内部结构及提供密封壳的外部结构。
6.根据权利要求3所述的避雷器，其中，所述密封外壳包括封装所述避雷器的电路的低压模制的内部结构和封装内部结构及提供密封壳的外部结构。
7.一种机场照明系统的次级电路，包括根据前述权利要求1至6中任一项所述的避雷器。
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