CN118316003A - 一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器及保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器及保护方法，包括：第一接线端和第二接线端；所述第一接线端和所述第二接线端之间串联有脱扣触头开关和防雷放电回路；所述防雷放电回路包括第一雷击放电支路和第二雷击放电支路，所述第一雷击放电支路包括过电压保护器件SPD1，所述第二雷击放电支路包括串联的电磁线圈L1和过电压保护器件SPD2；所述电磁线圈L1与所述脱扣触头开关联动配合；所述第一接线端连接电力进线侧，所述第二接线端防雷接地。本发明采用相互并联的第一雷击放电支路和第二雷击放电支路，不存在雷击电压分压的情况，避免雷击保护盲区，实现后备电涌保护器对所在回路的全域雷击保护。

Description

一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器及保护方法
技术领域
本发明涉及防雷保护技术领域，具体涉及一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器及保护方法。
背景技术
当今社会各种自然灾害频发，雷电就是其中之一。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，它能够产生数十乃至一、二百千安的雷电冲击电流，这些冲击电流能够产生巨大的电磁效应、热效应和机械效应，是造成电气设备和电子设备损坏的重要原因。
电涌保护器是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。
在实际应用中，电涌保护器通常与后备保护器搭配使用。如公开号为CN115313306A的中国发明专利公开了一种电涌后备保护器的保护电路，根据其说明书及附图所示，包括并联的三路通道，三路通道的一侧连接触点系统，三路通道的另一侧连接一接地的电涌保护器SPD，等效图如附图1所示，包括第一通道（NTC与电磁线圈的串联回路）、第二通道（PTC所在回路）和第三通道（SPD1所在回路）。SPD2的作用在于：当SPD1所在通道未在较小雷击电流触发导通时，雷击电流通过其他两路通道后经过SPD2实现对地放电。由于SPD2与三路通道串联，因此会产生分压的情况，例如当雷击电压为U0，三路通道的两侧电压为U1，SPD2的两侧电压为U2，雷击电压U0=电压U1+电压U2，当电压U1无法触发SPD1导通但电压U2触发SPD2导通，而第一通道导通后NTC的阻值持续下降，当雷击电流增大到一定值后导致电磁线圈带动铁芯动作分断主回路上的触头，该动作为误动作，使该回路上的防雷保护失效；究其根本原因是由于分压导致的第三通道的SPD1无法正常导通生效，大量的电流从第一通道通过，导致脱扣机构的误触发。综上，现有的电涌保护器和后备保护器组合使用在较小雷击电流下产生误动作，防雷保护存在盲区，无法起到正常的防雷保护。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器及保护方法：
在本发明的第一方面，提供一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，包括：
第一接线端和第二接线端；
所述第一接线端和所述第二接线端之间串联有脱扣触头开关和防雷放电回路；
所述防雷放电回路包括第一雷击放电支路和第二雷击放电支路，所述第一雷击放电支路包括过电压保护器件SPD1，所述第二雷击放电支路包括串联的电磁线圈L1和过电压保护器件SPD2；所述电磁线圈L1与所述脱扣触头开关联动配合；
所述第一接线端连接电力进线侧，所述第二接线端防雷接地。
可选的，所述脱扣触头开关包括动触头和静触头，所述动触头与所述第一接线端连接，所述静触头分别连接所述过电压保护器件SPD1的第一端和所述电磁线圈L1的第一端。
可选的，所述电磁线圈L1的第二端连接所述过电压保护器件SPD2的第一端，所述过电压保护器件SPD1的第二端和所述过电压保护器件SPD2的第二端共地连接。
可选的，所述第二雷击放电支路还包括热敏电阻NTC，所述热敏电阻NTC串联在所述第二雷击放电支路上，所述热敏电阻NTC的第一端连接所述电磁线圈L1的第二端，所述热敏电阻NTC的第二端连接所述过电压保护器件SPD2的第一端。
可选的，当流经所述电磁线圈L1的工频电流增大到工频阈值或雷击电流增大到预设保护阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使所述动触头和所述静触头分断。
可选的，所述过电压保护器件SPD1为间隙型SPD模块。
可选的，所述过电压保护器件SPD2为限压型SPD模块。
在本发明的第二方面，提供一种后备电涌保护器的全域雷击保护方法，应用于上述具有全域雷击保护的后备电涌保护器，包括：
将所述第一接线端连接电力进线侧，将所述第二接线端防雷接地；
当后备电涌保护器未受到雷击电压处于正常工作状态时，所述脱扣触头开关处于闭合状态，所述第一雷击放电支路和所述第二雷击放电支路均未导通；
当后备电涌保护器受到雷击电压且雷击电压大于第一雷击阈值且不大于第二雷击阈值时，所述第一雷击放电支路导通，所述第二雷击放电支路不导通，产生的雷击电流依次通过所述脱扣触头开关和所述第一雷击放电支路对地放电；
当后备电涌保护器受到雷击电压大于第二雷击阈值时，所述第一雷击放电支路和所述第二雷击放电支路均导通，产生的雷击电流先通过所述脱扣触头开关后，再分别通过所述第一雷击放电支路和所述第二雷击放电支路对地放电；且当流经所述电磁线圈L1的雷击电流增大到预设保护阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使动触头和静触头分断；
当所述第二雷击放电支路上的所述过电压保护器件SPD2老化后，所述电磁线圈L1上流经的工频电流大于工频阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使动触头和静触头分断。
可选的，当后备电涌保护器受到雷击电压大于第二雷击阈值时，流经所述第一雷击放电支路的雷击电流大于流经所述第二雷击放电支路的雷击电流。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本技术方案后备电涌保护器的防雷放电回路设置有相互并联的第一雷击放电支路和第二雷击放电支路，且防雷放电回路的一端连接脱扣触头开关，防雷放电回路的一端防雷接地，该保护回路不再串联其他过电压保护器件，使得后备电涌保护器在受到较小雷击电压时不会存在分压的情况导致部分过电压保护器件无法导通而造成电磁线圈误动作的缺陷。
本发明后备电涌保护器的防雷放电回路采用相互并联的第一雷击放电支路和第二雷击放电支路，不存在雷击电压分压的情况；在受到较小雷击电压时，由第一雷击放电支路对雷击电流进行对地放电，在受到较大雷击电压时，由第一雷击放电支路和第二雷击放电支路共同对雷击电流进行对地放电，克服了本领域对防雷保护的技术偏见，避免雷击保护盲区，实现后备电涌保护器对所在回路的全域雷击保护。
附图说明
图1为背景技术中电涌后备保护器的保护电路原理示意图。
图2为本发明实施例1具有全域雷击保护的后备电涌保护器原理框图。
图3为本发明实施例1另一具有全域雷击保护的后备电涌保护器原理框图。
图4为本发明实施例1具有全域雷击保护的后备电涌保护器一示意原理图。
图5为本发明实施例1具有全域雷击保护的后备电涌保护器另一示意原理图。
图6为本发明实施例2后备电涌保护器在较小雷击电压下的放电示意图。
图7为本发明实施例2后备电涌保护器在较大雷击电压下的放电示意图。
图8为本发明实施例2后备电涌保护器在SPD2老化后工频电流下的脱扣电流示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
结合附图2，本发明技术方案是一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，包括：
第一接线端A和第二接线端B；
所述第一接线端A和所述第二接线端B之间串联有脱扣触头开关K1和防雷放电回路；
所述防雷放电回路包括第一雷击放电支路Branch1和第二雷击放电支路Branch2，所述第一雷击放电支路Branch1包括过电压保护器件SPD1，所述第二雷击放电支路Branch2包括串联的电磁线圈L1和过电压保护器件SPD2；所述电磁线圈L1与所述脱扣触头开关K1联动配合；
所述第一接线端A连接电力进线侧，所述第二接线端B防雷接地。
在本实施例中，需要强调的是，现有技术中后备电涌保护器的保护电路上均存在串联的过电压保护器件（SPD），导致后备电涌保护器在受到较小雷击电压部分防雷器件无法正常导通触发，从而使后备电涌保护器产生误动作，失去防雷保护意义；而本发明后备电涌保护器的电路采用相互并联的第一雷击放电支路Branch1和第二雷击放电支路Branch2，且该两条支路具有不同的雷击电压触发等级，可参见下述实施例2。
在本实施例中，所述脱扣触头开关K1包括动触头和静触头，所述动触头与所述第一接线端A连接，所述静触头分别连接所述过电压保护器件SPD1的第一端和所述电磁线圈L1的第一端。
在本实施例中，所述动触头、所述静触头、所述外部脱扣机构和所述电磁线圈L1组成脱扣组件，该脱扣组件实现保护回路的导通或分断。
在本实施例中，如附图2，所述电磁线圈L1的第二端连接所述过电压保护器件SPD2的第一端，所述过电压保护器件SPD1的第二端和所述过电压保护器件SPD2的第二端共地连接。
在另外的实施例中，如附图3所示，所述第二雷击放电支路Branch2还包括热敏电阻NTC，所述热敏电阻NTC串联在所述第二雷击放电支路Branch2上，所述热敏电阻NTC的第一端连接所述电磁线圈L1的第二端，所述热敏电阻NTC的第二端连接所述过电压保护器件SPD2的第一端；所述热敏电阻NTC用于所述电磁线圈L1的延时动作，当所述第二雷击放电支路Branch2产生续流导致所述热敏电阻NTC的阻值下降后，通过所述电磁线圈L1的电流足够大时所述脱扣触头开关K1才进行脱扣，提高防雷的有效性。
在本实施例中，当流经所述电磁线圈L1的工频电流增大到工频阈值或雷击电流增大到预设保护阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使所述动触头和所述静触头分断，具体的，经过电感线圈L1的雷击电流增大，使得导磁铁芯在电感线圈L1的磁力作用下伸出并撞击脱扣机构使其做出脱扣动作，动触头与静触头相互分离，整个通电线路马上与电网脱离，从而保护通电线路上其他电器设备。
在本实施例中，根据所述电磁线圈L1的参数和外部脱扣机构中铁芯弹簧的参数决定工频阈值和预设保护阈值。
在本实施例中，所述过电压保护器件SPD1为间隙型SPD模块，例如气体放电管（GDT）或金属/石墨间隙等等；SPD1是间隙型SPD模块，不会起火和有漏流。
在本实施例中，所述过电压保护器件SPD2为限压型SPD模块，例如压敏电阻、压敏芯片、钳位二极管或TVS管等等。
如附图4所示，所述第一雷击放电支路Branch1中的所述间隙型SPD模块采用气体放电管（GDT），所述第二雷击放电支路Branch2中的所述限压型SPD模块采用压敏电阻（MOV）。
如附图5所示，所述第一雷击放电支路Branch1中的所述间隙型SPD模块采用金属/石墨间隙SPD，所述第二雷击放电支路Branch2中的所述限压型SPD模块采用TVS管。
上述附图4和附图5的示例，并非对本实施例技术方案保护范围的限缩。
在本实施例中，间隙型SPD模块雷电能量泻放能力大，在线路上使用的主要作用是泄放雷电能量；限压型SPD模块雷电能量泻放能力小，但其过电压抑制能力好，在线路上使用的主要作用是限制过电压，因此在第一雷击放电支路Branch1和第二雷击放电支路Branch2同时导通时，经过第一雷击放电支路Branch1的雷击电流远大于经过第二雷击放电支路Branch2的雷击电流，避免第二雷击放电支路Branch2上的电感线圈L1触发误动作。
本发明技术方案后备电涌保护器的防雷放电回路设置有相互并联的第一雷击放电支路Branch1和第二雷击放电支路Branch2，且防雷放电回路的一端连接脱扣触头开关K1，防雷放电回路的一端防雷接地，该保护回路不再串联其他过电压保护器件，使得后备电涌保护器在受到较小雷击电压时不会存在分压的情况导致部分过电压保护器件无法导通而造成电磁线圈误动作的缺陷，实现雷击全域保护。
实施例2
本发明技术方案是一种后备电涌保护器的全域雷击保护方法，应用于实施例1所述具有全域雷击保护的后备电涌保护器，包括：
将所述第一接线端A连接电力进线侧，将所述第二接线端B防雷接地；
如附图3所示，当后备电涌保护器未受到雷击电压处于正常工作状态时，所述脱扣触头开关K1处于闭合状态，所述第一雷击放电支路Branch1和所述第二雷击放电支路Branch2均未导通；
如附图6所示，当后备电涌保护器受到雷击电压且雷击电压大于第一雷击阈值且不大于第二雷击阈值时，所述第一雷击放电支路Branch1导通，所述第二雷击放电支路Branch2不导通，产生的雷击电流It_1依次通过所述脱扣触头开关K1和所述第一雷击放电支路Branch1对地放电；
如附图7所示，当后备电涌保护器受到雷击电压大于第二雷击阈值时，所述第一雷击放电支路Branch1和所述第二雷击放电支路Branch2均导通，产生的雷击电流先通过所述脱扣触头开关K1后，再分别通过所述第一雷击放电支路Branch1和所述第二雷击放电支路Branch2对地放电；且当流经所述电磁线圈L1的雷击电流It_2增大到预设保护阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使动触头和静触头分断；流经所述第一雷击放电支路Branch1的雷击电流为It_1，流经所述第一雷击放电支路Branch2的雷击电流为It_2；需要说明的是，在所述第二雷击放电支路Branch2导通过程中，所述热敏电阻NTC的阻值不断下降，使流经所述第二雷击放电支路Branch2的电流变大，直至增大到预设保护阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使动触头和静触头分断。
如附图8所示，当所述第二雷击放电支路Branch2上的所述过电压保护器件SPD2老化后，所述电磁线圈L1上流经的工频电流Ip_1大于工频阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使动触头和静触头分断。
在本实施例中，当后备电涌保护器受到雷击电压大于第二雷击阈值时，流经所述第一雷击放电支路的雷击电流It_1大于流经所述第二雷击放电支路的雷击电流It_2。
在本实施例中，所述第一雷击放电支路Branch1的导通雷击电压小于所述第二雷击放电支路Branch2，因此后备电涌保护器只有在较大雷击电压下才会脱扣。
例如，第一雷击阈值为500V，若遭受到的雷击电压为500V时，触发所述第一雷击放电支路Branch2导通；又如第二雷击阈值为2000V，若遭受到的雷击电压为2000V时，触发所述第二雷击放电支路Branch1和所述第二雷击放电支路Branch2均导通。
在本实施例中，为了避免雷击电压对所述电磁线圈L1产生误动作以及对所述第一雷击放电支路Branch1上器件的过度损耗，设置第二雷击阈值不超过第一雷击阈值的4倍且不低于第一雷击阈值的2.5倍。
本发明后备电涌保护器的防雷放电回路采用相互并联的第一雷击放电支路和第二雷击放电支路，不存在雷击电压分压的情况；在受到较小雷击电压时，由第一雷击放电支路对雷击电流进行对地放电，在受到较大雷击电压时，由第一雷击放电支路和第二雷击放电支路共同对雷击电流进行对地放电，克服了本领域对防雷保护的技术偏见，避免雷击保护盲区，实现后备电涌保护器对所在回路的全域雷击保护。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，其特征在于，包括：
第一接线端和第二接线端；
所述第一接线端和所述第二接线端之间串联有脱扣触头开关和防雷放电回路；
所述防雷放电回路包括第一雷击放电支路和第二雷击放电支路，所述第一雷击放电支路包括过电压保护器件SPD1，所述第二雷击放电支路包括串联的电磁线圈L1和过电压保护器件SPD2；所述电磁线圈L1与所述脱扣触头开关联动配合；
所述第一接线端连接电力进线侧，所述第二接线端防雷接地。
2.根据权利要求1所述的一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，其特征在于，所述脱扣触头开关包括动触头和静触头，所述动触头与所述第一接线端连接，所述静触头分别连接所述过电压保护器件SPD1的第一端和所述电磁线圈L1的第一端。
3.根据权利要求2所述的一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，其特征在于，所述电磁线圈L1的第二端连接所述过电压保护器件SPD2的第一端，所述过电压保护器件SPD1的第二端和所述过电压保护器件SPD2的第二端共地连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，其特征在于，所述第二雷击放电支路还包括热敏电阻NTC，所述热敏电阻NTC串联在所述第二雷击放电支路上，所述热敏电阻NTC的第一端连接所述电磁线圈L1的第二端，所述热敏电阻NTC的第二端连接所述过电压保护器件SPD2的第一端。
5.根据权利要求2所述的一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，其特征在于，当流经所述电磁线圈L1的工频电流增大到工频阈值或雷击电流增大到预设保护阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使所述动触头和所述静触头分断。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，其特征在于，所述过电压保护器件SPD1为间隙型SPD模块。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种具有全域雷击保护的后备电涌保护器，其特征在于，所述过电压保护器件SPD2为限压型SPD模块。
8.一种后备电涌保护器的全域雷击保护方法，其特征在于，应用于权利要求1至7中任意一项所述具有全域雷击保护的后备电涌保护器，包括：
将所述第一接线端连接电力进线侧，将所述第二接线端防雷接地；
当后备电涌保护器未受到雷击电压处于正常工作状态时，所述脱扣触头开关处于闭合状态，所述第一雷击放电支路和所述第二雷击放电支路均未导通；
当后备电涌保护器受到雷击电压且雷击电压大于第一雷击阈值且不大于第二雷击阈值时，所述第一雷击放电支路导通，所述第二雷击放电支路不导通，产生的雷击电流依次通过所述脱扣触头开关和所述第一雷击放电支路对地放电；
当后备电涌保护器受到雷击电压大于第二雷击阈值时，所述第一雷击放电支路和所述第二雷击放电支路均导通，产生的雷击电流先通过所述脱扣触头开关后，再分别通过所述第一雷击放电支路和所述第二雷击放电支路对地放电；且当流经所述电磁线圈L1的雷击电流增大到预设保护阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使动触头和静触头分断；
当所述第二雷击放电支路上的所述过电压保护器件SPD2老化后，所述电磁线圈L1上流经的工频电流大于工频阈值时，所述电磁线圈L1驱动外部脱扣机构动作使动触头和静触头分断。
9.根据权利要求8所述的一种后备电涌保护器的全域雷击保护方法，其特征在于，当后备电涌保护器受到雷击电压大于第二雷击阈值时，流经所述第一雷击放电支路的雷击电流大于流经所述第二雷击放电支路的雷击电流。
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