CN1904627A - 防雷器及器件的检测仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防雷器及器件的检测仪及其检测方法，该检测仪是由箱体内的低压电源、高压电源、圆板型金属电极腔、检测电压电路以及箱体面板上的显示电路和控制电路构成；该检测仪的检测方法是模拟雷电产生的高压电弧，定性地判断防雷器及器件的防雷性能，并通过显示电路定量地表示出防雷器及器件的残留电压值。本发明突出的特点是在结构上采用了圆板型金属电极腔，方法上采用了无接触式测量，不仅能够在直流高压下检测到防雷器及器件上的残留电压值，而且能够模拟雷电效应——闪电，使测量更直观，测量范围更宽广。本发明适用于防雷及防浪涌的产品及其器件的检测。

Description

防雷器及器件的检测仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种雷电检测仪器及其检测方法，具体地讲是一种对防雷电、防浪涌的产品及器件质量的检测仪器及其检测方法。

背景技术

雷电灾害已被联合国列为“全球十大自然灾害”之一。随着经济建设的高速发展，电子信息设备的应用已深入至国民经济、国防建设和人民生活的各个领域，各种电子、微电子装备已在各行各业大量使用。由于这些系统和设备的耐高电压能力很低，所以，当直击雷电或感应雷电的高电压以及雷电电磁脉冲侵入时，所产生的电磁效应、热效应都会对系统和设备造成干扰或永久性损坏。每年，全世界在航空、军事、金融、证券、贸易、石化、医疗、教育、IT产业等方面，因雷击造成的经济损失相当惊人。另外，电器系统的开关操作和静电放电所引起的瞬态浪涌也是造成微电子器件、印刷电路板被击穿损坏的杀手。

为了避免和减少雷电灾害、开关操作和静电放电带来的损失，国内外生产出各种防雷击、防浪涌的产品及器件，90年代的MOV(氧化锌)产品和90年代后期出现的surge protective device(SPD)产品(浪涌保护器，常称避雷器或防雷器)和气体放电管、TVS二极管、固态放电管(半导体放电管)等新型防雷、防浪涌器件。对于这些新型的科技产品和器件，有一些大型的检测仪器，方法是用高频直流高压源，经过升压加到被测体上，当漏电流达到1mA时，记录施加U₁ mA电压值，再将电压降至0.75U₁ mA，记录泄露电流值。但此法效率低，工作量大，价格昂贵、体积笨重，更不能进行现场检测；为此，我们独自研究、开发和设计出一种防雷、防浪涌仪器的检测仪。

发明内容

本发明的目的是提供一种实用、小型及价廉的防雷器及器件的检测仪及其检测方法，以解决现有检测仪产品检测效率低，工作量大，且高压源体积庞大，不易进行现场测量各种防雷器和单独检测各种防雷器件的问题。

本发明基于上述目的，研究并设计出一种防雷、防浪涌仪器的检测仪，其技术方案包括低压电源、直流高压电源、电压检测电路、电压换档开关(III)、高压输出端口(VII)和电流表(X)，其特征在于箱体内的直流高压电源的产生是由振荡电路产生锯齿波电压，整形放大为脉冲电压后，输入激励电路进一步放大，再输入功率开关电路，并将开关电路输出的逆程脉冲电压输入一体化回扫变压器中，获得脉冲高压，经滤波和可控硅电压保护后，产生检测仪所需要的直流高压，再串接电流表(X)后，加到圆板型金属电极腔；箱体内检测电路分别由两块LED显示集成电路及外围电路构成，其输入端连接到圆板型金属电极腔、输出端分别连接到面板上的显示电路——电压指示发光二极管(I)组和电压指示发光二极管(II)组，并通过电压换档开关(III)，构成0.1～1KV和1～5KV两组检测电压的显示窗口。

上述的圆板型金属电极腔是分别由两片平行的圆形金属构成，两电极之间由空气隔离，一个电极通过电流表连接到直流高压上；另一电极的中心装有调节电极柱，电极柱分别连接L/N双向转换开关(VI)、电压换档开关(III)和高压输出端口(VII)。

上述的直流高压电源采用交流→变压→LC震荡→高频脉冲→放大→升压→整流→滤波→保护电路→圆板型金属电极腔→电离空气→产生电弧。

本发明防雷器及器件检测仪的检测方法，其方法一是对防雷电源插座的检测，即将其电源线的三眼电源插头的L和N极，对应插入到面板上的三眼电源插座(V)中，三眼电源插座(V)内的L和N极，通过L/N双向转换开关(VI)分别加到高压电极的电极柱上，三眼电源插座(V)中的接地端为公共地，通电后可检测出防雷电源插座L和N极的额定残留电压值。

该方法二是对各种防雷器及器件的检测，即通过面板上的高压输出端口(VII)，用自备的两个检测探头或检测夹连接到被测的防雷器及器件的两端，通电后检测出防雷器及器件的额定残留电压值。

检测时，若检测仪面板上的高压电弧窗(IV)伴随有电弧的出现，并有电压指示发光二极管(I)组或(II)组发光，电流表(X)有指示，表示为产品合格；同时，根据电压指示发光二极管显示的数量定量表示出防雷器及器件的额定残留电压值。

检测时，若检测仪面板上的高压电弧窗(IV)无电弧显示、无电压指示发光二极管(I)组或电压指示发光二极管(II)组发光，电流表(X)无指示，则表示为产品不合格或不具有防雷电功效。

检测时，若检测仪面板上有高压电弧窗(IV)的电弧出现，而无电压指示发光二极管(I)组或电压指示发光二极管(II)组发光，电流表(X)超出指示范围，则表示为防雷器及器件已被击穿损坏。

本发明实施上述技术方案所带来的优点与积极效果在于采用了结构新颖的圆板型金属电极腔，用无接触式的测量方法，模拟雷电效应，产生高压电弧，达到定性测量的目的。同时，通过电压指示发光二极管检测电路，可以定量表示出各种防雷器及器件的额定残留电压值。

本发明突出的特点是当防雷器及器件被“电弧击穿”时，在窗口能够显示出空气被电离时产生的电弧，由于高压测试电流小(毫安级)，电弧不会损坏被测器件；其次是电极的构造采用两块圆板型金属电极，在其中的一块中心上装有可调节的电极柱，可控制电弧的长短，实现控制高压电弧的电流，达到安全检测的目的。

本发明对于装有防雷器件的特殊设备，如防雷电源插座(或防浪涌插座)，其内部装有防雷器件(压敏电阻、气体放电管等)，可将其电源连接线插头的L极(火线)和N极(零线)，插入面板上专用三眼电源插座(V)的相应插孔，通过L/N双向转换开关(VI)分别加到高压电极上，即可很方便地检测防雷电源插座L和N极的额定残留电压值。

本发明对于各种规格的防雷器材和产品，可现场通过面板上的高压输出端口(VI)，用检测探头或测试夹直接接到被测体上，方便、快捷地测出防雷器材和产品的额定残留电压值。

本发明对于单独的防雷器件(如压敏电阻、气体放电管、TVS二极管、固态放电管等)，同样可用检测探头或测试夹直接接到这些器件上，分别检测出防雷器件的额定残留电压值，以保证生产防雷产品的质量。

本发明与现有技术相比所具有的优点还在于该设备功率小(25～30W)、体积小、便于携带、安全可靠、价格低廉。突出的特点是圆板型金属电极腔产生均匀高压电场，电极柱产生尖端放电，而电弧放电是在以电极柱为中心，以圆形金属片为区域放电，避免了金属片边沿处电弧因电晕效应而延伸，导致外泄电弧干扰或损坏检测仪器。该圆板型金属电极腔模拟雷电电弧加到被测物体上，不仅能够在直流高压下检测到防雷器及器件上的额定残留电压值，而且能够模拟雷电效应——闪电，使观测更为直观，测量范围更为宽广，即测量范围为0.1～5KV。

这样，待检测的防雷器及器件就加在有足够高的均匀电场中，从而达到模拟雷电产生电离空气时的放电条件。高压电极一方面要有足够的高电压，另一方面还要不损坏被测器件。所以，通过调节电极柱，使电弧电流控制在200mA以下。这样，既可对不同残留电压标准的防雷器及器件施行检测，又不会对被测防雷器及器件造成损坏。

附图说明：

图1是本发明高压电路结构原理的方框图

图2是本发明电压测量电路的原理图

图3是本发明检测仪的面板结构示意图

图2中：U_i为检测电压输入端；R^*x为可调电阻，与R₁组成分压电路，改变R^*X阻值可获得0.1～1KV和0.5～5KV两组不同量程的电压；集成电路工作电压为5V；LED₁、LED₂、LED₃、LED₄、LED₅、LED₆、LED₇、LED₈、LED₉、LED₁₀为电压指示电压指示发光二极管，分别代表0.1(0.5)，0.2(1)，0.3(1.5)，0.4(2)，0.5(2.5)，0.6(3)，0.7(3.5)，0.8(4)，0.9(4.5)，1(5)KV；其中LED10为红色，LED₁～LED₉为绿色。

图3中：电压指示发光二极管(I)组、电压指示发光二极管(II)组、电压换档开关(III)、高压电弧窗(IV)、三眼电源插座(V)、L/N双向转换开关(VI)、高压输出端口(VII)、电源指示灯(VIII)电源开关(IX)和电流表(X)。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做出进一步的详细说明

实施方式1

本发明交流220V经过电源开关(IX)，接入低压变压器，在箱体内固定的电路板上设置整流桥、滤波电路，并将低压直流电压加到由LC振荡电路，并产生锯齿波电压，整形放大为脉冲电压后，输入激励电路进一步放大，再输入功率开关电路，并将开关电路输出的逆程脉冲电压输入一体化的行输出变压器中，获得脉冲高压，经滤波、可控硅保护电路和高压分压电路，取得检测仪所需要的直流高压，再串接电流表(X)后，加到圆板型金属电极腔的一个电极上，圆板型金属电极腔的另一个电极通过电极柱分别接到电压换挡开关(III)的中心挡、L/N双向转换开关(VI)的中间挡和高压输出端口(VII)的高压端。

圆板型金属电极腔是两个直径为1厘米的平行圆形金属板来模拟带电雷云和大地，两电极之间距离为1厘米，电极柱可调范围在0.1～1.0厘米。

电压转换开关(III)的两个分档，分别连接箱体内的两LED集成电路(LM3914)及外围电路(图2)的输入端，两LED集成电路的输出端分别连接到面板上的电压指示发光二极管(I)组和电压指示发光二极管(II)组，并通过电压转换开关(III)，构成0.1～1KV和0.5～5KV两组检测电压的显示窗口，用来定量显示被测的防雷器及器件的额定残留电压值。

L/N双向转换开关(VI)的两个分档，分别连接面板上三眼电源插座(V)内的L和N极，专用来检测防雷电源插座(或防浪涌插座)。

高压输出端口(VII)分别由高压端和接地端构成，用来外接检测探头或检测夹。

本发明箱体内的电压测量电路如图2，该仪器设计有两档跳跃式的检测电压模式。其一为0.1～1KV挡，其二为0.5～5KV挡，电压测量电路分别由两块LED显示驱动集成电路LM3914及外围电路构成。可分别控制两组电压指示发光二极管发光。每个二极管表示一个电压等级，即：0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1KV，和0.5，1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5KV。

由公式U_i＝1.2Rx/R₁+1.2确定R^*x不同的值，便可获得0.1～1KV和1～5KV两组检测电压。

本发明检测仪在箱体的面版上设计有(如图3)供电压指示的两组电压指示发光二极管(I)和电压指示发光二极管(II)、电压换档开关(III)、高压电弧窗(IV)、三眼电源插座(V)、L/N双向转换开关(VI)、高压输出端口(VII)，电源指示灯(VIII)、电源开关(IX)和电流表(X)。以及该仪器的商标、型号、名称。在检测仪箱体的后面板上设有电源引出线、电源保险管座和技术参数。

实施方式2

本发明检测仪对防雷电源插座的检测，将其电源线插头插入到面板上的三眼电源插座(V)中，三眼电源插座(V)内的L和N极可通过L/N双向转换开关(VI)的分档，分别独立地和高压电极连接，三眼电源插座(V)中的接地端为公共地，通电后能检测出防雷电源插座上L和N极的额定残留电压值，以此判断防雷电源插座是否具有防雷电功能。

实施方式3

本发明检测仪对防雷器的检测，通过面板上的高压输出端口(VII)，(两端口分别是高压输出和公共地)，用两根检测探头或检测夹，将高压输出和地分别连接到被测防雷器的两端，通电后能检测出防雷器的额定残留电压值，以此判断其防雷电功能的级别和用途。

实施方式4

本发明检测仪对防雷元器件的检测，通过面板上的高压输出端口(VII)，(两端口分别是高压输出和公共地)，用两根检测探头或检测夹，将高压和地分别连接到被测防雷元器件的两端，通电后能检测出防雷元器件额定的额定残留电压值，经过检测合格的元器件确保了生产防雷产品的质量。

上述检测方法在检测时，若检测仪面板上的高压电弧窗(IV)伴随有电弧的出现，并有电压指示发光二极管(I)组或电压指示发光二极管(II)组发光，电流表(X)有指示，表示为产品合格。同时，根据电压指示发光二极管显示的数量定量表示出防雷器及器件的额定残留电压值。

检测时，若检测仪面板上的高压电弧窗(IV)无电弧显示、无电压指示发光二极管(I)组或电压指示发光二极管(II)组发光、电流表(X)无指示，则表示为产品不合格或不具有防雷电功效。

检测时，若检测仪面板上有高压电弧窗(IV)的电弧出现、而无电压指示发光二极管(I)组和电压指示发光二极管(II)组发光、电流表(X)指示过大，则表示为防雷器及器件已被击穿，无法继续使用或不属于防雷电产品。

在上述的各种检测方法中，直流高压的两端接在被测物和共用地之间，将两金属板电极间的空气电离，产生蓝色电弧，由于防雷器及器件不直接连接直流高压，所以整个测试过程又称为无接触式测量。

通常，先用0.1～1KV的档检测，当1KV红灯发光时，说明防雷器及器件的额定额定残留电压值高于1KV，应换0.5～5KV的档，继续测试。

这里LED₁～LED₉选用绿色电压指示发光二极管，LED10选用高亮度的红色电压指示发光二极管，当5KV指示灯发光时，说明已超出本仪器的使用范围。

Claims (3)

1.防雷器及器件的检测仪，包括低压电源、直流高压电源、电压检测电路、电压换档开关(III)、高压输出端口(VII)和电流表(X)，其特征在于箱体内的直流高压电源的产生是由振荡电路产生锯齿波电压，整形放大为脉冲电压后，输入激励电路进一步放大，再输入功率开关电路，并将开关电路输出的逆程脉冲电压输入一体化回扫变压器中，获得脉冲高压，经滤波和可控硅电压保护后，产生检测仪所需要的直流高压，再串接电流表(X)后，加到圆板型金属电极腔；箱体内检测电路分别由两块LED显示集成电路及外围电路构成，其输入端连接电压换档开关(III)，输出端分别连接到面板上的显示电路——电压指示发光二极管(I)组和电压指示发光二极管(II)组，并通过电压换档开关(III)，构成0.1～1KV和1～5KV两组检测电压的显示窗口。

2.根据权利要求1所述的防雷器及器件的检测仪，其特征在于圆板型金属电极腔是分别由两片平行的圆形金属构成，两电极之间由空气隔离，一个电极通过电流表连接到直流高压上；另一电极的中心装有调节电极柱，电极柱分别连接L/N双向转换开关(VI)、电压换档开关(III)和高压输出端口(VII)。

3.用于权利要求1所述的防雷器及器件检测仪的检测方法，其特征在于该方法一是对防雷电源插座的检测，即将其电源线插头插入到面板上的三眼电源插座(V)中，三眼电源插座(V)内的L和N极，通过L/N双向转换开关(VI)分别加到高压电极的电极柱上，三眼电源插座(V)中的接地端为公共地，通电后检测出防雷电源插座L和N极的额定残留电压值；

该方法二是对各种防雷器及器件的检测，即通过面板上的高压输出端口(VII)，用两个检测探头或检测夹连接到被测的防雷器及器件的两端，通电后检测出防雷器及器件的额定残留电压值；

检测时，若检测仪面板上的高压电弧窗(IV)伴随有电弧的出现，并有电压指示发光二极管(I)组或电压指示发光二极管(II)组发光，电流表(X)有指示，表示为产品合格；同时，根据电压指示发光二极管显示的数量定量表示出防雷器及器件的额定残留电压值；

检测时，若检测仪面板上的高压电弧窗(IV)无电弧显示、无电压指示发光二极管(I)组或电压指示发光二极管(II)组发光，电流表(X)无指示，则表示为产品不合格或不具有防雷电功效；

检测时，若检测仪面板上有高压电弧窗(IV)的电弧出现，而无电压指示发光二极管(I)组或电压指示发光二极管(II)组发光，电流表(X)超出指示范围，则表示为防雷器及器件已被击穿损坏。

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