CN113824104A - 一种智能型后备保护一体化电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能型后备保护一体化电涌保护器，包括输入端、后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块、处理器MCU模块、接地端、壳体：后备保护器监测模块串联在所述电涌保护器监测模块的前端形成第一串联电路，第一串联电路的前端与所述输入端连接，第一串联电路的后端与所述接地端连接；处理器MCU模块通过数据采集线分别与后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块连接；后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块、处理器MCU模块设置在壳体内。本发明设计紧凑，体积小巧，构思巧妙，装配方便成本较低，能将所监测到的信息显示在本体上，而且能通过远程通信模块将此信息发送至控制端，便于运行维护人员及时排查和分析雷电防护的实时状况。

Description

一种智能型后备保护一体化电涌保护器

技术领域

本发明涉及电涌保护器技术领域，特别是涉及一种智能型后备保护一体化电涌保护器。

背景技术

随着国民经济的高速发展以及现代化水平的提高，电涌保护器已广泛应用于建筑、铁路、民航、通信、工控、军事等各种领域，在雷电防护中具有重要的作用。电涌保护器状态的好坏则直接影响其防电涌效果，从而对所保护设备的安全带来隐患。

目前，现有的电涌保护产品中，后备保护装置和电涌保护器(SPD)是分离的，安装时在后备保护装置和电涌保护器(SPD)之间需有接线，而一般配电柜没有太大空间容积，这样以来，不仅给安装调试带来极大的不便，而且还会因布线过多而增加事故隐患点，同时又不利于导线上的雷电残压。同时，随着人力成本的增加和工业、民用电力系统的复杂化，传统靠人力定期维护电涌保护产品已经不能完全避免火灾、触电等安全事故的发生，并且效率低成本高。

因此亟需设计一种智能型集成化的电涌保护器，以便于安装调试，降低火灾、触电等安全事故的发生率，提高电涌保护效率。

发明内容

为了克服上述技术缺陷和不足，本发明提供了一种智能型后备保护一体化电涌保护器，将智能采集通信功能、后备保护功能、电涌保护功能等通过一体式模块化结构设计有效集成于一体，设计紧凑、体积小巧、功能全面、安装方便，大大提高雷电防护的安全性。

本发明提供了一种智能型后备保护一体化电涌保护器，包括输入端、后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块、处理器MCU模块、接地端、壳体：

所述后备保护器监测模块串联在所述电涌保护器监测模块的前端形成第一串联电路，所述第一串联电路的前端与所述输入端连接，所述第一串联电路的后端与所述接地端连接；

所述处理器MCU模块通过数据采集线分别与所述后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块连接；

所述后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块、处理器MCU模块设置在所述壳体内。

优选的，所述后备保护器监测模块包括放电间隙、熔断器、电感矢量模块，所述熔断器与所述电感矢量模块串联，所述放电间隙并联在所述熔断器与所述电感矢量模块的两端。

优选的，所述后备保护器监测模块包括至少一极；每极的结构相同，包括：第一放电间隙、第一熔断器、第二熔断器、第一电感矢量模块，所述第一放电间隙串联所述第一熔断器形成第三串联电路，所述第一电感矢量模块串联所述第二熔断器形成第四串联电路，所述第三串联电路与所述第四串联电路并联。

优选的，所述第一熔断器为高值短路整定值过流熔断器；所述第二熔断器为低值短路整定值过流熔断器。

优选的，所述电涌保护器监测模块包括至少一极；每极的结构相同，包括：MOV压敏电阻模块和劣化报警模块，所述MOV压敏电阻模块的前端设置有过流脱扣保护装置，当发生工频漏电时，所述过流脱扣保护装置驱动所述劣化报警模块进行遥信报警,并将报警信号传送至所述处理器MCU模块。

优选的，所述壳体内还设置有漏电流监测模块和雷电流监测模块，所述漏电流监测模块和雷电流监测模块串联在所述第一串联电路的后端与所述接地端之间连接的导线上；所述漏电流监测模块和雷电流监测模块通过数据采集线分别与处理器MCU模块连接。

优选的，所述漏电流监测模块包括漏电流互感器和漏电流采集转换电路；所述雷电流监测模块包括雷电流互感器和雷电流采集转换电路；所述漏电流互感器和雷电流互感器设置在电涌保护器泄放电路中，且与雷电流泄放通路互相绝缘；漏电流模拟信号通过所述漏电流互感器输出至所述漏电流采集转换电路；雷电流模拟信号通过所述雷电流互感器输出至所述雷电流采集转换电路；所述漏电流模拟信号和所述雷电流模拟信号分别通过模-数转换器转换为能被所述处理器MCU模块运算和处理的数字信号。

优选的，所述壳体内还设置有环境温湿度监测模块，所述环境温湿度监测模块包括温湿度传感器和温湿度采集转换电路；所述环境温湿度监测模块通过数据采集线与处理器MCU模块连接。

优选的，所述处理器MCU模块通过远程通信模块将其采集到的数据发送给控制端，所述控制端用于运行维护人员对雷电防护的实时状况进行监控、排查和分析，采集到的数据包括但不限于：后备保护器监测模块的工作状态、电涌保护器监测模块的工作状态、流经后备保护器的漏电流值、雷电参数(包括温度、湿度、雷电发生时间、雷电发生次数、峰值、极性信息)。

优选的，所述壳体上设置有本地显示模块；所述本地显示模块与所述处理器MCU模块连接，用于对所述处理器MCU模块采集到的数据进行展示；所述电涌保护器外部连接工作电源模块为其供电。

本发明实施例具有以下效果：

本发明通过一体式模块化结构设计，直接将物联网通信功能、后备保护功能、电涌保护功能等有效集成为一体，设计紧凑，安装应用简单，大大的节省了安装空间；同时通过物联网特性将电涌保护器的现场雷电相关数据及时传送至控制端，使用户可以第一时间了解电涌保护器、后备保护器、以及现场环境等的工作状态，大大提高雷电防护的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中上所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例公开的一种智能型后备保护一体化电涌保护器的结构示意图；

图2示出了本发明实施例公开的一种智能型后备保护一体化电涌保护器的4极电器原理图；

图3示出了本发明实施例公开的一种智能型后备保护一体化电涌保护器的后备保护器监测模块和电涌保护器监测模块的U极电路结构示意图；

图4示出了本发明实施例公开的一种智能型后备保护一体化电涌保护器的漏电流采集转换电路结构示意图；

图5示出了本发明实施例公开的一种智能型后备保护一体化电涌保护器的雷电流采集转换电路结构示意图。

附图标记：输入端1、后备保护器监测模块2、电涌保护器监测模块3、处理器MCU模块4、接地端5、壳体6、漏电流监测模块7、雷电流监测模块8、环境温湿度监测模块9、远程通信模块10、本地显示模块11、工作电源模块12、第一雷击触发电路13、第二雷击触发电路14、第一放电间隙GDT1、第一熔断器F1、第二熔断器F2、第一电感矢量模块L1、MOV压敏电阻模块SPD1、过流脱扣保护装置TH1、劣化报警模块SW1。

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，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前端”、“后端”、“顶”、“底”、“内”、以及“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，需要说明的是，当元件被称为“形成在另一元件上”时，它可以直接连接到另一元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一元件或者同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

下面结合附图对本发明请求保护的一种智能型后备保护一体化电涌保护器做详细介绍说明，本发明实施例公开了一种智能型后备保护一体化电涌保护器，请参阅图1，包括输入端1、后备保护器监测模块2、电涌保护器监测模块3、处理器MCU模块4、接地端5、壳体6：

后备保护器监测模块2串联在电涌保护器监测模块3的前端形成第一串联电路，第一串联电路的前端与输入端1连接，第一串联电路的后端与接地端5连接；以其中一个实施例进行说明，整体的连接顺序是，后备保护器检测模块2的一端与输入端1连接，输入端1并联在电网对应的配电线上，后备保护器检测模块2的另一端与电涌保护器检测模块3的一端连接，电涌保护器检测模块3的的另一端连接在接地端5上，这样就形成了一条完整的雷电流泄放通道。

处理器MCU模块4通过数据采集线分别与后备保护器监测模块2、电涌保护器监测模块3连接；

后备保护器监测模块2、电涌保护器监测模块3、处理器MCU模块4设置在壳体6内。处理器MCU模块4可以用于查询和接收各类子模块(后备保护器监测模块2、电涌保护器监测模块3、漏电流监测模块7、雷电流监测模块8、环境温湿度监测模块9、远程通信模块10等)的数据信息，运算和处理各类数据，用于本地显示，同时将数据信息通过远程通信模块10发送至控制端。

如本领域技术人员可知的，传统的电涌保护产品中，后备保护装置和电涌保护器往往是分离的，因此，安装时在后备保护装置和电涌保护器之间需有接线，而一般配电柜没有太大空间容积，因此，不仅给安装调试带来极大的不便，而且还会因布线过多而增加事故隐患点，同时又不利于导线上的雷电残压。

本发明通过一体式模块化机构设计，直接将后备保护功能、电涌保护功能、以及各类的数据信息等有效集成到一个壳体内，在实际的应用中，只需安装一次即可实现多种功能，不仅安装应用简单，大大的节省了安装空间，降低了导线上的电压保护水平；而且能通过物联网通信功能实时展现电涌保护器的工作状态及其环境参数，将电涌保护器的现场有关雷电的数据及时传送至控制端，达到可视的自动化、智能化、远程监控。

优选的，后备保护器监测模块2包括放电间隙、熔断器、电感矢量模块，熔断器与电感矢量模块串联，放电间隙并联在熔断器与电感矢量模块的两端。

优选的，后备保护器监测模块包括至少一极；每极的结构相同，请参阅图2-3，包括：第一放电间隙GDT1、第一熔断器F1、第二熔断器F2、第一电感矢量模块L1，第一放电间隙GDT1串联所述第一熔断器F1形成第三串联电路，第一电感矢量模块L1串联所述第二熔断器F2形成第四串联电路，第三串联电路与第四串联电路并联。

具体的，图2示出了本发明实施例公开的一种智能型后备保护一体化电涌保护器的4极电器原理图，图2中后备保护器监测模块和电涌保护器监测模块均为4极，分别是U极、V极、W极、N极。图3示出了图2中的后备保护器监测模块和电涌保护器监测模块的U极电路结构示意图。需要说明的是，本发明中后备保护器监测模块和电涌保护器监测模块可以设计成1极、2极、3极、4极等，具体可以根据配电系统不同进行灵活选用。

具体的，请参阅图3，可以看到第一放电间隙GDT1串联所述第一熔断器F1形成第三串联电路，第一电感矢量模块L1串联所述第二熔断器F2形成第四串联电路，第三串联电路与第四串联电路通过并联方式共同组合成后备保护器监测模块中的U极。

优选的，第一熔断器F1为高值短路整定值过流熔断器；第二熔断器F2为低值短路整定值过流熔断器。需要说明的是第二熔断器F2的整定为安培级。

以其中一个可能的实施例进行说明，请参阅图2-3，以U极为例，本发明后备保护器监测模块的工作原理如下：当电涌电流发生时，运用第一电感矢量模块L1可阻挡快速变化的电涌电流，使电涌电流经由第一熔断器F1、第一放电间隙GDT1，然后流经MOV压敏电阻模块SPD1、接地端5，形成电涌电流泄放电路，完成电涌电流的泄放。当发生工频漏电时，因放电间隙GDT1常态下是高阻状态或开路状态，因此工频漏电流只能经由第一电感矢量模块L1、第二熔断器F2的通路，因第二熔断器F2为低值短路整定值过流熔断器，当有小的工频电流通过时，第二熔断器F2就会进行熔断动作，第二熔断器F2具有熔断指示跳杆，第二熔断器F2与劣化报警模块SW1同时作用，执行遥信报警，同时将报警信号传送至处理器MCU模块4，由处理器MCU模块4进行运算和处理。

优选的，所述电涌保护器监测模块包括至少一极；每极的结构相同，请参阅图4，包括：MOV压敏电阻模块SPD1和劣化报警模块SW1，MOV压敏电阻模块SPD1的前端设置有过流脱扣保护装置TH1；当发生工频漏电时，过流脱扣保护装置TH1驱动劣化报警模块SW1进行遥信报警,并将报警信号传送至处理器MCU模块4。

以其中一个可能的实施例进行说明，请参阅图3，以U极为例，本发明电涌保护器监测模块包括MOV压敏电阻模块SPD1和劣化报警模块SW1，其中MOV压敏电阻模块SPD1的前端设置有过流脱扣保护装置TH1；电涌保护器监测模块的工作原理为：当MOV压敏电阻模块SPD1完好时，在雷击瞬间，MOV压敏电阻模块SPD1呈低阻状态，在泄放电涌电流后，MOV压敏电阻模块SPD1又迅速恢复至高阻状态；当MOV压敏电阻模块SPD1因雷击或过电压而失效时，MOV压敏电阻模块SPD1中有漏电流，使低温焊点熔化，此时过流脱扣保护装置TH1断开，从而断开电路。过流脱扣保护装置TH1与劣化报警模块SW1关联，在电路断开的同时，过流脱扣保护装置TH1驱动劣化报警模块SW1同时作用，执行遥信报警，同时将报警信号传送至处理器MCU模块4，由处理器MCU模块4进行运算和处理。

优选的，壳体内还设置有漏电流监测模块7和雷电流监测模块8，漏电流监测模块7和雷电流监测模块8串联在第一串联电路的后端与接地端之间连接的导线上；漏电流监测模块7和雷电流监测模块8通过数据采集线分别与处理器MCU模块4连接。

优选的，漏电流监测模块7包括漏电流互感器CT1和漏电流采集转换电路；所述雷电流监测模块8包括雷电流互感器CT2和雷电流采集转换电路；漏电流互感器CT1和雷电流互感器CT2串联在雷电流泄放通路中，且与雷电流泄放通路互相绝缘；漏电流模拟信号通过漏电流互感器CT1输出至漏电流采集转换电路；雷电流模拟信号通过雷电流互感器CT2输出至雷电流采集转换电路；漏电流模拟信号和雷电流模拟信号分别通过模-数转换器ADC转换为能被处理器MCU模块4运算和处理的数字信号。

具体的，漏电流监测模块7包括漏电流互感器CT1和漏电流采集转换电路，雷电流监测模块8包括雷电流互感器CT2和雷电流采集转换电路，漏电流互感器CT1和雷电流互感器CT2串联在雷电流泄放通路中，且与雷电流泄放通路互相绝缘。

如图4示出了本发明实施例公开的一种智能型后备保护一体化电涌保护器的其中一种可能的漏电流采集转换电路结构的示意图，漏电流模拟信号通过漏电流互感器CT1输出至漏电流采集转换电路；首先经过电阻R141、电容C79形成的第一阻容滤波，再经过放大器芯片U27A、U27B形成的两极放大电路，再次经过电阻R149、电容C82、电阻R150、电容C83形成的第二阻容滤波电路，然后输出比较理想的模拟信号。模拟信号再输入至模-数转换器ADC，得到数字信号，如本领域技术人员可以理解的，此处的模-数转换器ADC可以选用12位的快速ADC。最终将数字信号传输至处理器MCU模块4，由处理器MCU模块4运算和处理。

如图5示出了本发明实施例公开的一种智能型后备保护一体化电涌保护器的其中一种可能的雷电流采集转换电路结构示意图。雷电流采集转换电路首先在旁路点EXT1接第一雷击触发电路13。经过差分放大电路U6和U9，然后在旁路点EXT2接第二雷击触发电路14，将采集到的模拟信号输入至模-数转换器ADC，得到数字信号，如本领域技术人员可以理解的，此处的模-数转换器ADC可以选用12位的快速ADC。模拟信号经过差分放大电路能够得到比较干净的模拟信号，经过两级触发电路，可以有效滤除各类杂波信号的干扰，同时确保每次雷电信号都能被记录。最终将数字信号传输至处理器MCU模块4，由处理器MCU模块4运算和处理。

优选的，壳体内还设置有环境温湿度监测模块9，环境温湿度监测模块9包括温湿度传感器和温湿度采集转换电路；环境温湿度监测模块通过数据采集线与处理器MCU模块4连接。

优选的，处理器MCU模块4通过远程通信模块10将其采集到的数据发送给控制端，控制端用于运行维护人员对雷电防护的实时状况进行监控、排查和分析，采集到的数据包括但不限于：后备保护器监测模块的工作状态、电涌保护器监测模块的工作状态、流经后备保护器的漏电流值、雷电参数(包括温度、湿度、雷电发生时间、雷电发生次数、峰值、极性信息)。

具体的，远程通信模块10用于发送处理器MCU模块4采集到的数据及接收控制端发来的命令数据等。本发明可以利用远程通信模块10和周边设备通信连接，实现周边设备的物联网功能，更好的提高雷电防护的综合水平。

优选的，壳体上设置有本地显示模块11；本地显示模块11与处理器MCU模块4连接，用于对处理器MCU模块4采集到的数据进行展示；电涌保护器外部连接工作电源模块12为其供电。具体的，以其中一个可能的实施例进行说明，本地显示模块11可以在产品壳体6上循环显示电涌保护器监测模块的工作状态、漏电流监测模块的工作状态、流经电涌保护器的漏电流值、流经电涌保护器的雷电流值、和雷电流发生的时间、次数、峰值、极性等信息，还有电涌保护器的环境温湿度等信息。

综上，本发明公开了一种智能型后备保护一体化电涌保护器，通过模块化的结构设计，有效的将多种功能集成在一个壳体内，形成一个具有多种功能的智能型电涌保护器，不仅具备雷电防护功能，后备保护功能，而且能够通过各种监测方式，采集后备保护器模块的工作状态、电涌保护器模块的工作状态、流经SPD的漏电流值、雷电参数包括温度、湿度、雷电发生时间、次数、峰值、极性等信息。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，包括输入端、后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块、处理器MCU模块、接地端、壳体：

所述后备保护器监测模块串联在所述电涌保护器监测模块的前端形成第一串联电路，所述第一串联电路的前端与所述输入端连接，所述第一串联电路的后端与所述接地端连接；

所述处理器MCU模块通过数据采集线分别与所述后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块连接；

所述后备保护器监测模块、电涌保护器监测模块、处理器MCU模块设置在所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述后备保护器监测模块包括放电间隙、熔断器、电感矢量模块，所述熔断器与所述电感矢量模块串联，所述放电间隙并联在所述熔断器与所述电感矢量模块的两端。

3.根据权利要求1所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述后备保护器监测模块包括至少一极；每极的结构相同，包括：第一放电间隙、第一熔断器、第二熔断器、第一电感矢量模块，所述第一放电间隙串联所述第一熔断器形成第三串联电路，所述第一电感矢量模块串联所述第二熔断器形成第四串联电路，所述第三串联电路与所述第四串联电路并联。

4.根据权利要求3所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述第一熔断器为高值短路整定值过流熔断器；所述第二熔断器为低值短路整定值过流熔断器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述电涌保护器监测模块包括至少一极；每极的结构相同，包括：MOV压敏电阻模块和劣化报警模块，所述MOV压敏电阻模块的前端设置有过流脱扣保护装置；当发生工频漏电时，所述过流脱扣保护装置驱动所述劣化报警模块进行遥信报警,并将报警信号传送至所述处理器MCU模块。

6.根据权利要求1所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述壳体内还设置有漏电流监测模块和雷电流监测模块，所述漏电流监测模块和雷电流监测模块串联在所述第一串联电路的后端与所述接地端之间连接的导线上；所述漏电流监测模块和雷电流监测模块通过数据采集线分别与处理器MCU模块连接。

7.根据权利要求6所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述漏电流监测模块包括漏电流互感器和漏电流采集转换电路；所述雷电流监测模块包括雷电流互感器和雷电流采集转换电路；所述漏电流互感器和雷电流互感器与雷电流泄放通路互相绝缘；漏电流模拟信号通过所述漏电流互感器输出至所述漏电流采集转换电路；雷电流模拟信号通过所述雷电流互感器输出至所述雷电流采集转换电路；所述漏电流模拟信号和所述雷电流模拟信号分别通过模-数转换器转换为能被所述处理器MCU模块运算和处理的数字信号。

8.根据权利要求1所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述壳体内还设置有环境温湿度监测模块，所述环境温湿度监测模块包括温湿度传感器和温湿度采集转换电路；所述环境温湿度监测模块通过数据采集线与处理器MCU模块连接。

9.根据权利要求1所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述处理器MCU模块通过远程通信模块将其采集到的数据发送给控制端，所述控制端用于运行维护人员对雷电防护的实时状况进行监控、排查和分析，采集到的数据包括但不限于：后备保护器监测模块的工作状态、电涌保护器监测模块的工作状态、流经后备保护器的漏电流值、雷电参数(包括温度、湿度、雷电发生时间、雷电发生次数、峰值、极性信息)。

10.根据权利要求1或9任一项所述的一种智能型后备保护一体化电涌保护器，其特征在于，所述壳体上设置有本地显示模块；所述本地显示模块与所述处理器MCU模块连接，用于对所述处理器MCU模块采集到的数据进行展示；所述电涌保护器外部连接工作电源模块为其供电。

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