CN109888760B - 一种电气设备的安全保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气设备的安全保护装置，属于电气设备安全技术领域。本发明的电气设备安全保护装置，包括多个非线性电阻元件Rz，还包括多个并联电容C和多个串联电感L。本安全保护装置，在技术效果上实现了对电气设备的多级保护，而且具有动作时间快、工作稳定、使用寿命长的优点，可广泛用于高、低电压电气设备的过电压保护，例如可应用于高压10千伏、35千伏电气设备的过电压保护。

Description

一种电气设备的安全保护装置

技术领域

本发明涉及一种电气设备的安全保护装置，属于电气设备安全技术领域。

背景技术

在电力系统中，造成电气设备故障、损坏的因素，除电气设备本身的绝缘出现老化的缺陷外，主要还有在运行的线路上，出现了高于运行电压3-5倍，甚至7-8倍的电压，被人们称之为过电压。

一般过电压的原因可分为两大类：

第一类是大气过电压：就是雷云直击电力线路产生的雷电过电压或感应过电压，以及雷电与地放电以后，造成地电位升高而造成的反击。

第二类是内过电压：就是电力系统内部，由于电与磁的状态改变时，会产生线路电压的升高。

为了保证电气设备的安全运行，必须了解电气设备损坏的原因。分析电气设备正常工作电压的波形，如图1所示。损坏电气设备的因素主要是：1、大气过电压(即雷电过电压)，当雷云对输电线和电气设备放电时，会在输电线和电气设备上产生很高的电压。其波形和幅值如图2所示，图2中，雷电波T₁＝1.2微秒，T₂＝50微秒。2、内过电压，即在电力系统内部改变电路的状态时产生的过电压。其波形和幅值如图2所示，内过电波T₁＝100,250,500微秒，T₂＝2000微秒。。

由于大气过电压是一种自然现象，内过电压在电力系统运行中，不可避免的会有一定操作，会出现过电压。为了避免过电压对电气设备的损坏，市场上有一些保护的措施，一般就用一种非线性的元件来保护电力线路和电气设备，虽有一些效果，但保护效果欠佳，且易损坏。

2001年，清华大学曾申请了一项实用新型专利，发明名称为：过电压保护器，专利号为ZL01229764.X。该过电压保护器的适用范围较窄。

发明内容

本发明的目的是提出一种电气设备的安全保护装置，对已有的“过电压保护器”进行改进，以适用于电压为380V、220V及以下各种电气设备的安全保护，也可用于10千伏、35千伏电气设备的安全保护。

本发明提出的电气设备的安全保护装置，用于单相220V的电气设备安全保护装置，由第一熔断器R_D1、第二熔断器R_D2、指示灯D、第一接地电阻r₁、第一压敏电阻R_Z1、第二压敏电阻R_Z2、第三压敏电阻R_Z3、第四压敏电阻R_Z4、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第四电容C₄、第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃和第四电感L₄组成；

所述的第一熔断器R_D1的一端与本安全保护装置的输入端LN连接，第一熔断器R_D1的另一端与第一电感L₁的一端、指示灯D的一端、第一压敏电阻R_Z1的一端、第一电容C₁的一端、第二压敏电阻R_Z2的一端相互连接；

所述的第一电感L₁的另一端与第二电感L₂的一端、第四压敏电阻R_Z4的一端、第三电容C₃的一端相互连接；所述的第二电感L₂的另一端接到本安全保护装置的输出端L’N’；

所述的第二熔断器R_D2的一端与电源输入端NL连接，第二熔断器R_D2的另一端与第一电感L₃的一端、指示灯D的另一端、第一压敏电阻R_Z1的另一端、第二电容C₂的一端、第三压敏电阻R_Z3的另一端相互连接；所述的第三电感L₃的另一端与第四压敏电阻R_Z4的另一端、第四电感L₄的一端、第四电容C₄的一端相互连接；所述的第四电感L₄的另一端接到本安全保护装置的输出端N’L’；

所述的第一接地电阻r₁的一端与接地端连接，第一接地电阻r₁的另一端与第一电容C₁的另一端、第二电容C₂的另一端、第二压敏电阻R_Z2的另一端、第三压敏电阻R_Z3的另一端、第三电容C₃的另一端和第四电容C4的另一端相互连接后与本安全保护装置的接地端N相互连接；

上述由R_D1、R_Z1、R_Z2、C₁、C₃、L₁和L₂组成的电路对从电源输入端LN进入的过电压进行动作，实现对单相220V的电气设备的安全保护，由R_D2、R_Z3、R_Z4、C₂、C₄、L₃和L₄组成的电路对从本安全保护装置的输入端NL进入的过电压进行动作，实现对单相220V的电气设备的安全保护。

本发明提出的电气设备的安全保护装置，用于三相电气设备安全保护装置，由第五压敏电阻R_Z5、第六压敏电阻R_Z6、第七压敏电阻R_Z7、第八压敏电阻R_Z8、第九压敏电阻RZ9、第十压敏电阻R_Z10、第五电容C₅、第六电容C₆、第七电容C₇、第八电容C₈、第九电容C₉、第十电容C₁₀、第五电感L₅、第六电感L₆、第七电感L₇、第八电感L₈、第九电感L₉、第十电感L₁₀和第二接地电阻r₂组成；

所述的第五压敏电阻R_Z5的一端、第五电容C₅的一端和第五电感L₅的一端与本安全保护装置的输入端A相互连接，第六压敏电阻R_Z6的一端、第六电容C₆的一端和第七电感L₇的一端与本安全保护装置的输入端B相互连接，第七压敏电阻R_Z7的一端、第七电容C₇的一端和第九电感L₉的一端与本安全保护装置的输入端C相互连接；第五压敏电阻R_Z5的另一端和第五电容C₅的另一端相互连接后与接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接，第六压敏电阻R_Z6的另一端和第六电容C₆的另一端相互连接后与接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接，第七压敏电阻R_Z7的另一端和第七电容C₇的另一端相互连接后与本安全保护装置的接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接；

所述的第八压敏电阻R_Z8两端分别与第五电感L₅的另一端和第九电感L₉的另一端相互连接；第九压敏电阻R_Z9的一端与第五电感L₅的另一端相连接，第十压敏电阻R_Z10的一端与第七电感L₇的一端相连接，第九压敏电阻R_Z9的另一端与第九电容C₉的一端相连接，第十压敏电阻R_Z10的另一端与第八电容C₈的一端相连接；

所述的第八电容C₈的另一端、第九电容C₉的另一端和第十电容C₁₀的一端相互连接后与第二接地电阻r₂的另一端相互连接，第十电容C₁₀的另一端与第二接地电阻r₂的另一端和电源接地端N相互连接；所述的第六电感L₆的另一端与本安全保护装置的输出端A’连接，第八电感L₈的另一端与本安全保护装置的输出端B’连接，第十电感L₁₀的另一端与本安全保护装置的输出端C’连接；

上述由R_Z5、R_Z6、R_Z7、C₅、C₆、C₇、L₅、L₇和L₉组成的电路对本安全保护装置的输入端A、B、C三相任意一相进入的过电压进行动作，实现对三相电气设备的第一级安全保护，由R_Z8、R_Z9、R_Z10、C₈、C₉、C₁₀、L₆、L₈和L₁₀组成的电路对本安全保护装置的输入端A、B、C三相任意一相进入的过电压进行动作，实现对三相电气设备的第二级安全保护。

本发明提出电气设备的安全保护装置，其优点是：

本发明电气设备的安全保护装置，包括多个非线性电阻元件Rz，还包括多个并联电容C和多个串联电感L。在技术效果上实现了对电气设备的多级保护，而且具有动作时间快、工作稳定、使用寿命长的优点，可广泛用于高、低电压电气设备的过电压保护，例如可应用于高压10千伏、35千伏电气设备的过电压保护。

附图说明

图1是电气设备运行电压波形图。

图2是过电压波形图。

图3是非线性电阻过电压保护示意图，其中图3(a)为接线图，图3(b)为保护特性示意图。

图4是本发明提出的单相220V电气设备安全保护装置的电路原理图。

图5是本发明提出的三相电气设备安全保护装置的电路原理图。

图6是本发明提出的电气设备安全保护装置的频率特性曲线图。

具体实施方式

本发明提出的电气设备的安全保护装置，用于单相220V的电气设备安全保护装置的电路图如图4所示，由第一熔断器R_D1、第二熔断器R_D2、指示灯D、第一接地电阻r₁、第一压敏电阻R_Z1、第二压敏电阻R_Z2、第三压敏电阻R_Z3、第四压敏电阻R_Z4、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第四电容C₄、第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃和第四电感L₄组成；

所述的第一熔断器R_D1的一端与电源输入端LN连接，第一熔断器R_D1的另一端与第一电感L₁的一端、指示灯D的一端、第一压敏电阻R_Z1的一端、第一电容C₁的一端、第二压敏电阻R_Z2的一端相互连接；

所述的第一电感L₁的另一端与第二电感L₂的一端、第四压敏电阻R_Z4的一端、第三电容C₃的一端相互连接；所述的第二电感L₂的另一端接到本安全保护装置输出端L’N’；

所述的第二熔断器R_D2的一端与电源输入端NL连接，第二熔断器R_D2的另一端与第一电感L₃的一端、指示灯D的另一端、第一压敏电阻R_Z1的另一端、第二电容C₂的一端、第三压敏电阻R_Z3的另一端相互连接；所述的第三电感L₃的另一端与第四压敏电阻R_Z4的另一端、第四电感L₄的一端、第四电容C₄的一端相互连接；所述的第四电感L₄的另一端接到本安全保护装置输出端N’L’；

所述的第一接地电阻r₁的一端与接地端连接，第一接地电阻r₁的另一端与第一电容C₁的另一端、第二电容C₂的另一端、第二压敏电阻R_Z2的另一端、第三压敏电阻R_Z3的另一端、第三电容C₃的另一端和第四电容C4的另一端相互连接后与电源接地端N相互连接；

上述由R_D1、R_Z1、R_Z2、C₁、C₃、L₁和L₂组成的电路对从本安全保护装置输入端LN进入的过电压进行动作，实现对单相220V的电气设备的安全保护，由R_D2、R_Z3、R_Z4、C₂、C₄、L₃和L₄组成的电路对从本安全保护装置输入端NL进入的过电压进行动作，实现对单相220V的电气设备的安全保护。

本发明提出的电气设备的安全保护装置，用于三相电气设备安全保护装置的电路图如图5所示，由第五压敏电阻R_Z5、第六压敏电阻R_Z6、第七压敏电阻R_Z7、第八压敏电阻R_Z8、第九压敏电阻RZ9、第十压敏电阻R_Z10、第五电容C₅、第六电容C₆、第七电容C₇、第八电容C₈、第九电容C₉、第十电容C₁₀、第五电感L₅、第六电感L₆、第七电感L₇、第八电感L₈、第九电感L₉、第十电感L₁₀和第二接地电阻r₂组成；

所述的第五压敏电阻R_Z5的一端、第五电容C₅的一端和第五电感L₅的一端与本安全保护装置输入端A相互连接，第六压敏电阻R_Z6的一端、第六电容C₆的一端和第七电感L₇的一端与本安全保护装置输入端B相互连接，第七压敏电阻R_Z7的一端、第七电容C₇的一端和第九电感L₉的一端与本安全保护装置输入端C相互连接；第五压敏电阻R_Z5的另一端和第五电容C₅的另一端相互连接后与接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接，第六压敏电阻R_Z6的另一端和第六电容C₆的另一端相互连接后与接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接，第七压敏电阻R_Z7的另一端和第七电容C₇的另一端相互连接后与本安全保护装置的接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接；

所述的第八压敏电阻R_Z8两端分别与第五电感L₅的另一端和第九电感L₉的另一端相互连接；第九压敏电阻R_Z9的一端与第五电感L₅的另一端相连接，第十压敏电阻R_Z10的一端与第七电感L₇的一端相连接，第九压敏电阻R_Z9的另一端与第九电容C₉的一端相连接，第十压敏电阻R_Z10的另一端与第八电容C₈的一端相连接；

所述的第八电容C₈的另一端、第九电容C₉的另一端和第十电容C₁₀的一端相互连接后与第二接地电阻r₂的另一端相互连接，第十电容C₁₀的另一端与第二接地电阻r₂的另一端和电源接地端N相互连接；所述的第六电感L₆的另一端与本安全保护装置输出端A’连接，第八电感L₈的另一端与本安全保护装置输出端B’连接，第十电感L₁₀的另一端与本安全保护装置输出端C’连接；

上述由R_Z5、R_Z6、R_Z7、C₅、C₆、C₇、L₅、L₇和L₉组成的电路对本安全保护装置输入端A、B、C三相任意一相进入的过电压进行动作，实现对三相电气设备的第一级安全保护，由R_Z8、R_Z9、R_Z10、C₈、C₉、C₁₀、L₆、L₈和L₁₀组成的电路对本安全保护装置输入端A、B、C三相任意一相进入的过电压进行动作，实现对三相电气设备的第二级安全保护。

本发明提出的电气设备的安全保护装置，其工作原理是：

本发明的安全保护装置，通过本安全保护装置的输出端，接入被保护的电气设备。在大气过电压、内过电压作用到电气设备时，将过电压的能量吸收，并将过电压的幅值限制到电气设备允许的范围内，从而使电气设备安全、正常运行。

电气设备工作在三相线电压为380伏，设备容量在数百千伏安及以下的电气设备的过电压保护，电气设备工作电压在10千伏、35千伏级、单相和三相设备，容量数百千伏安的电气设备过电压保护，电路图如图4和图5所示。

当大气过电压波、内过电压波侵入本发明的电气设备安全保护装置时，本装置中的非线性电阻Rz将高于工作电压许多倍的电压波的电压幅值降至u₂的值，如图3的非线性电阻过电压保护示意图所示，其中图3(a)为接线图，图3(b)为保护特性示意图，从而保护了电气设备的安全运行。

本发明的电气设备安全保护装置中的多个电容C和多个电感L(因为过电压波是一种变化速度很快的波形)也能将过电压波吸收掉，并采取了两级保护。另外，如果大气过电压直击地线，使地电位抬高时，本发明的电气设备安全保护装置设置了接地端，同样可以将过电压波限幅和吸收，因此可以有效地保护电气设备。

本发明的电气设备安全保护装置中的的多个压敏电阻Rz，可采用军品压敏电阻和高压氧化锌避雷器，其中电容C为0.001-0.2uF(微法)的电容器。

图6是本发明提出的电气设备安全保护装置的频率特性曲线图，图6中,纵坐标为电压，横坐标为频率。所有的过电压都是以高频的状态存在，当过电压通过本发明的保护装置时，过电压就被过滤、吸收，而正常电压都是以低频的状态存在，所以正常电压就可以没有损耗的通过保护装置，实现对电气设备的安全保护。

Claims (2)

1.一种电气设备的安全保护装置，其特征在于，用于单相220V的电气设备安全保护装置，由第一熔断器R_D1、第二熔断器R_D2、指示灯D、第一接地电阻r₁、第一压敏电阻R_Z1、第二压敏电阻R_Z2、第三压敏电阻R_Z3、第四压敏电阻R_Z4、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第四电容C₄、第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃和第四电感L₄组成；

所述的第一熔断器R_D1的一端与本安全保护装置的输入端LN连接，第一熔断器R_D1的另一端与第一电感L₁的一端、指示灯D的一端、第一压敏电阻R_Z1的一端、第一电容C₁的一端、第二压敏电阻R_Z2的一端相互连接；

所述的第一电感L₁的另一端与第二电感L₂的一端、第四压敏电阻R_Z4的一端、第三电容C₃的一端相互连接；所述的第二电感L₂的另一端接到本安全保护装置的输出端L’N’；

所述的第二熔断器R_D2的一端与电源输入端NL连接，第二熔断器R_D2的另一端与第一电感L₃的一端、指示灯D的另一端、第一压敏电阻R_Z1的另一端、第二电容C₂的一端、第三压敏电阻R_Z3的另一端相互连接；所述的第三电感L₃的另一端与第四压敏电阻R_Z4的另一端、第四电感L₄的一端、第四电容C₄的一端相互连接；所述的第四电感L₄的另一端接到本安全保护装置的输出端N’L’；

所述的第一接地电阻r₁的一端与接地端连接，第一接地电阻r₁的另一端与第一电容C₁的另一端、第二电容C₂的另一端、第二压敏电阻R_Z2的另一端、第三压敏电阻R_Z3的另一端、第三电容C₃的另一端和第四电容C4的另一端相互连接后与本安全保护装置的接地端N相互连接；

上述由R_D1、R_Z1、R_Z2、C₁、C₃、L₁和L₂组成的电路对从电源输入端LN进入的过电压进行动作，实现对单相220V的电气设备的安全保护，由R_D2、R_Z3、R_Z4、C₂、C₄、L₃和L₄组成的电路对从本安全保护装置的输入端NL进入的过电压进行动作，实现对单相220V的电气设备的安全保护；其中，

所述安全保护装置中的多个压敏电阻Rz，采用军品压敏电阻和高压氧化锌避雷器，其中，电容C为0.001-0.2uF的电容器。

2.一种电气设备的安全保护装置，其特征在于，用于三相电气设备安全保护装置，由第五压敏电阻R_Z5、第六压敏电阻R_Z6、第七压敏电阻R_Z7、第八压敏电阻R_Z8、第九压敏电阻RZ9、第十压敏电阻R_Z10、第五电容C₅、第六电容C₆、第七电容C₇、第八电容C₈、第九电容C₉、第十电容C₁₀、第五电感L₅、第六电感L₆、第七电感L₇、第八电感L₈、第九电感L₉、第十电感L₁₀和第二接地电阻r₂组成；

所述的第五压敏电阻R_Z5的一端、第五电容C₅的一端和第五电感L₅的一端与本安全保护装置的输入端A相互连接，第六压敏电阻R_Z6的一端、第六电容C₆的一端和第七电感L₇的一端与本安全保护装置的输入端B相互连接，第七压敏电阻R_Z7的一端、第七电容C₇的一端和第九电感L₉的一端与本安全保护装置的输入端C相互连接；第五压敏电阻R_Z5的另一端和第五电容C₅的另一端相互连接后与接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接，第六压敏电阻R_Z6的另一端和第六电容C₆的另一端相互连接后与接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接，第七压敏电阻R_Z7的另一端和第七电容C₇的另一端相互连接后与本安全保护装置的接地端和第二接地电阻r₂的一端相互连接；

所述的第八压敏电阻R_Z8两端分别与第五电感L₅的另一端和第九电感L₉的另一端相互连接；第九压敏电阻R_Z9的一端与第五电感L₅的另一端相连接，第十压敏电阻R_Z10的一端与第七电感L₇的一端相连接，第九压敏电阻R_Z9的另一端与第九电容C₉的一端相连接，第十压敏电阻R_Z10的另一端与第八电容C₈的一端相连接；

所述的第八电容C₈的另一端、第九电容C₉的另一端和第十电容C₁₀的一端相互连接后与第二接地电阻r₂的另一端相互连接，第十电容C₁₀的另一端与第二接地电阻r₂的另一端和电源接地端N相互连接；所述的第六电感L₆的另一端与本安全保护装置的输出端A’连接，第八电感L₈的另一端与本安全保护装置的输出端B’连接，第十电感L₁₀的另一端与本安全保护装置的输出端C’连接；

上述由R_Z5、R_Z6、R_Z7、C₅、C₆、C₇、L₅、L₇和L₉组成的电路对本安全保护装置的输入端A、B、C三相任意一相进入的过电压进行动作，实现对三相电气设备的第一级安全保护，由R_Z8、R_Z9、R_Z10、C₈、C₉、C₁₀、L₆、L₈和L₁₀组成的电路对本安全保护装置的输入端A、B、C三相任意一相进入的过电压进行动作，实现对三相电气设备的第二级安全保护；其中，

所述安全保护装置中的多个压敏电阻Rz，采用军品压敏电阻和高压氧化锌避雷器，其中，电容C为0.001-0.2uF的电容器。