CN108039699A - 后备保护器及其在线判断方法及电涌保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种后备保护器及其在线判断方法及电涌保护电路。电涌保护器的后备保护器包括电感/直导线、过流开关/保险、间隙。所述电感/直导线的一端连接所述间隙的一端并形成节点一，所述电感/直导线的另一端经由所述过流开关/保险连接间隙的另一端并形成节点二。所述节点一连接电网，所述节点二连接电涌保护器。本发明通过应用过电流保护器、间隙以及相应的电路，以一种简洁可靠的方式设计实现，能适应浪涌冲击电流、漏电流和失效电流这三种电流的通过，并在有持续失效电流时使电涌保护器脱离电网。
Description
技术领域
本发明涉及电涌保护电路领域，尤其涉及一种电涌保护器的后备保护器及其在线判断方法及电涌保护电路。
背景技术
电涌保护器在寿命周期可能流过的电流包括浪涌冲击电流、漏电流和失效电流。浪涌冲击电流可能有雷击引起，也可能由操作过电压引起；漏电流则是工频在防护元器件存在的电流泄漏；失效电流是在防护元器件老化等原因造成防护元件通过较大的有危害的工频电流。在相关安装规范中规定，电涌保护器安装必须串联适当的后备断(熔)路器，以策安全。因此，后备断(熔)路器就必须适应这三种电流通过，并在有持续失效电流时使电涌保护器脱离电网。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电涌保护器的后备保护器及其在线判断方法及电涌保护电路，其能适应浪涌冲击电流、漏电流和失效电流这三种电流的通过，并在有持续失效电流时使电涌保护器脱离电网。
本发明采用以下技术方案实现：一种电涌保护器的后备保护器，其包括电感/直导线、过流开关/保险、间隙；所述电感/直导线的一端连接所述间隙的一端并形成节点一，所述电感/直导线的另一端经由所述过流开关/保险连接所述间隙的另一端并形成节点二；所述节点一连接电网，所述节点二连接电涌保护器。
作为上述方案的进一步改进，所述间隙采用两片相对设置的金属片构成的间隙。
作为上述方案的进一步改进，所述间隙采用两个相对设置的金属尖端构成的间隙。
作为上述方案的进一步改进，所述电感/直导线的电感量满足：Ul＝l*di/dt，di/dt为所述电感/直导线的电流随时间变化的曲线的曲率，l为所述电感/直导线的电感量，Ul为所述电感的实时电压。
作为上述方案的进一步改进，所述间隙的放电电压满足Uj＝30.0d++U0，d为所述间隙的间隙距离，Uj为所述间隙的电压，U0在1300-1400之间。
作为上述方案的进一步改进，所述间隙的距离大于等于1mm且小于2mm。
作为上述方案的进一步改进，所述过流开关/保险的设定电流为3-20A，所述电感的电感量为1.0-2.0uH。
本发明还提供一种上述任意电涌保护器的后备保护器的在线判断方法，当所述过流开关/保险上的持续电流大于所述过流开关/保险的设定值时，所述过流开关/保险断开，使所述电涌保护器脱离所述电网，通过对所述节点二电压的探测给出后备保护器是否处于在线状态。
本发明还提供一种电涌保护电路，包括电涌保护器和上述任意一种电涌保护器的后备保护器，所述后备保护器与所述电涌保护器串联且位于所述电涌保护器与电网之间。
作为上述方案的进一步改进，所述电涌保护电路还包括在线监测模块；所述在线检测模块检测所述节点二的电压，并根据所述节点二的电压判断所述后备保护器是否处于在线状态。
本发明的电涌保护器的后备保护器通过应用过电流保护器(即过流开关/保险)、间隙以及相应的电路，以一种简洁可靠的方式设计实现。
附图说明
图1为本发明的电涌保护器的后备保护器的电路图。
图2为图1中一种间隙的结构示意图。
图3为图1中另一种间隙的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本实施例的电涌保护器的后备保护器包括电感L、过流开关/保险A、间隙G。所指过流开关/保险A，是指A即可以为过流开关，也可以为保险。电感L的一端连接间隙G的一端并形成节点一a，电感L的另一端经由过流开关/保险A连接间隙G的另一端并形成节点二b。节点一a连接电网，节点二b连接电涌保护器SPD。
电涌保护器SPD安装时，串联本发明的后备保护器(图1中虚线框内)：
①没有发生浪涌时，间隙G处于断开状态，电涌保护器SPD与电感L、过流开关/保险A形成串联电路，当电涌保护器SPD失效时，过流开关/保险A的持续电流I大于过流开关/保险A的设定值时，过流开关/保险A断开，使电涌保护器SPD脱离电网，通过对节点二b的电压探测给出后备保护器是否处于在线状态。这也是本发明的电涌保护器的后备保护器的在线判断方法。
②浪涌发生时，在浪涌电压上升的前沿，间隙G处于断开状态，快速上升的浪涌电流使电感L感抗电压叠加浪涌电压，使间隙G快速达到导通电压。
间隙G导通后，浪涌电流通过间隙G流向电涌保护器SPD，然后流入大地。
浪涌结束后，由于电涌保护器SPD的恢复到截止状态，间隙G熄灭。
需要注意的是：
①间隙G的导通电压、导通时间和电感L的匹配
本发明的后备保护器适合在1P(18MM)空间内实现所有器件安装，间隙G直接采用两片相对设置的金属片构成(如图2所示)或两个相对设置的金属尖端构成(如图3所示)，间隙G的放电电压(距离d)通过与电感L的作用相匹配。
考虑各种浪涌冲击波作用，由公式(A)：Ul＝l*di/dt和公式(B)Uj＝30d+U0决定电感L的电感量l和间隙G放电电压。di/dt为电感L的电流随时间变化的曲线的曲率，l为电感L的电感量，Ul为电感L的实时电压，d为间隙G的间隙距离，Uj为间隙G的电压，U0为常数，在1300-1400V之间，优选地为1350V。间隙距离d优选地大于等于1mm且小于2mm，d<2mm时，间隙距离和放电电压成线性变化。
设计时应考虑最低浪涌冲击电流时，冲击电流由过流开关/保险A通过，并由于电感L作用，整体防护结构的保护水平的影响，电感L应尽可能取小。本方案实例中电感L＝1-2uH。
②过流开关/保险A的冲击耐受能力.
以额定的浪涌冲击为实验目标，计算过流开关/保险A在间隙G导通前应该承受的冲击能力。
以8/20us冲击电流100KA为例：冲击波前沿时间为8us，即在8us时间冲击电流上升到100KA*0.9＝90KA，考虑空气间隙导通时间和冲击电流上升时间，过流开关/保险A应有800ns-1000ns的承受时间，此时冲击电流已上升到约12KA，因此过流开关/保险A，设计到能承受1us*15KA的耐受能力，保证在雷电脉冲通过时，过流开关/保险A不动作。
上述实施例只是本发明部分实现，依据本发明的原理，通过实验和计算，可以设计出适合不同需求的电涌保护器后备保护器，其中过流开关/保险A、电感L、间隙距离形状可依据上述原理实验和计算取得。电感L在空间许可时可用直导线代替。
为了更好的验证本发明的有益效果，本发明做了7组试验作为实例，分别如下。
实例1：耐受20KA冲击的后备保护器。
过流开关/保险A＝3A，间隙G距离d＝1mm，电感L＝1.0uH。
实例2：耐受40KA冲击的后备保护器。
过流开关/保险A＝5A，间隙G距离d＝1mm，电感L＝1.0uH。
实例3：耐受60KA冲击的后备保护器。
过流开关/保险A＝8A，间隙G距离d＝1.2mm，电感L＝1.0uH。
实例4：耐受80KA冲击的后备保护器。
过流开关/保险A＝10A，间隙G距离d＝1mm，电感L＝1.5uH。
实例5：耐受100KA冲击的后备保护器。
过流开关/保险A＝10A，间隙G距离d＝1.2mm，电感L＝1.5uH。
实例6：耐受120KA冲击的后备保护器。
过流开关/保险A＝15A，间隙G距离d＝1.5mm，电感L＝2.0uH。
实例7：耐受160KA冲击的后备保护器。
过流开关/保险A＝20A，间隙G距离d＝1.5mm，电感L＝2uH。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电涌保护器的后备保护器，其特征在于：其包括电感/直导线、过流开关/保险、间隙；所述电感/直导线的一端连接所述间隙的一端并形成节点一，所述电感/直导线的另一端经由所述过流开关/保险连接所述间隙的另一端并形成节点二；所述节点一连接电网，所述节点二连接电涌保护器。
2.如权利要求1所述的电涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述间隙采用两片相对设置的金属片构成的间隙。
3.如权利要求1所述的电涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述间隙采用两个相对设置的金属尖端构成的间隙。
4.如权利要求1所述的电涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述电感/直导线的电感量满足：Ul＝l*di/dt，di/dt为所述电感/直导线的电流随时间变化的曲线的曲率，l为所述电感/直导线的电感量，Ul为所述电感的实时电压。
5.如权利要求1所述的电涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述间隙的放电电压满足Uj＝30.0d+U0，d为所述间隙的间隙距离，Uj为所述间隙的电压，U0在1300-1400V之间。
6.如权利要求1所述的电涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述间隙的距离大于等于1mm且小于2mm。
7.如权利要求1所述的电涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述过流开关/保险的设定电流为3-20A，所述电感的电感量为1.0-2.0uH。
8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的电涌保护器的后备保护器的在线判断方法，其特征在于：当所述过流开关/保险上的持续电流大于所述过流开关/保险的设定值时，所述过流开关/保险断开，使所述电涌保护器脱离所述电网，通过对所述节点二电压的探测给出后备保护器是否处于在线状态。
9.一种电涌保护电路，其特征在于：包括电涌保护器和如权利要求1至7中任意一项所述的电涌保护器的后备保护器，所述后备保护器与所述电涌保护器串联且位于所述电涌保护器与电网之间。
10.如权利要求9所述的电涌保护电路，其特征在于：所述电涌保护电路还包括在线监测模块；所述在线检测模块检测所述节点二的电压，并根据所述节点二的电压判断所述后备保护器是否处于在线状态。
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