CN201213197Y

CN201213197Y - 一种防雷系统

Info

Publication number: CN201213197Y
Application number: CNU2008201085774U
Authority: CN
Inventors: 闫哲; 丁海军
Original assignee: China Mobile Group Henan Co Ltd
Current assignee: China Mobile Group Henan Co Ltd
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2018-06-16

Abstract

本实用新型公开了一种防雷系统，用于实现承受较大的能量冲击(如雷击)，提高对设备的保护能力。所述防雷系统包括：与火线连接的第一引脚；与零线连接的第二引脚；其中，第一引脚与第二引脚之间留有一条缝隙，第一引脚与第二引脚及其之间的缝隙构成的间隙保护与所述设备并联。

Description

一种防雷系统

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别是涉及防雷系统领域。

背景技术

雷电一直是影响各种设备使用寿命，威胁设备使用安全的一个重要因素。为了保证设备安全可靠的运行，有必要对各种设备进行电源端的防雷保护。

参见图1和图2所示，现有技术是在电源端的火线与零线之间并联一个压敏电阻和单向的瞬态抑制二极管(TVS)，在一般情况下，压敏电阻相当于绝缘体，当电压达到一定阈值时，压敏电阻被迅速导通，起到限压分流的作用，使设备得到了保护。TVS的原理与压敏电阻类似，也是在一般情况下相当于绝缘体，当电压达到一定阈值时被迅速导通。TVS的导通速度高于压敏电阻，但承受电压的能力低于压敏电阻。现有技术还通过电感或导线来对TVS分压，以保护TVS和设备。

但是，压敏电阻和TVS的承受能力有限，若雷击的能量比较高时，会使压敏电阻和TVS被击毁。若采用多个压敏电阻或TVS联合进行分压时，提升的效果有限，并且使成本大幅度提高。并且，单向TVS不适用于交流电源。另外，只在零线和地之间加入分流电路，即只对零线进行了保护，对压敏电阻的负担仍然比较大，影响压敏电阻的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种防雷系统，用于实现承受较大的能量冲击(如雷击)，提高对设备的保护能力。

一种防雷系统，包括：

与火线连接的第一引脚；

与零线连接的第二引脚；

其中，第一引脚与第二引脚之间留有一条缝隙，第一引脚与第二引脚及其之间的缝隙构成的间隙保护与所述设备并联。

本实用新型的实施例通过留有缝隙的两个引脚构成的间隙保护，有效释放掉雷击释放出的能量，使雷击产生的电压不会超过被保护设备的可承受的最高电压，有效的保护了防雷系统和设备，并且该间隙保护的结构简单，成本也比较低，其使用寿命和承受能力几乎是没有限制的，适合长期使用。

附图说明

图1为现有技术中带有电感元件的防雷系统的电路图；

图2为现有技术中带有导线元件的防雷系统的电路图；

图3为本实用新型的实施例中防雷系统的电路图；

图4为无防雷系统时雷击电压上升曲线的示意图；

图5为本实用新型中有防雷系统时雷击电压上升曲线的示意图。

具体实施方式

本实用新型的实施例提供一种间隙保护，该间隙保护具有很好的能量释放能力，减少及减缓雷击对设备施加的能量，避免了雷击的能量完全施加在压敏电阻上，从而保护了压敏电阻、防雷系统和设备。

本实施例中的间隙保护，是在火线和零线上各引出一个由导体材料制成的引脚，这两个引脚之间留有一定的缝隙，该缝隙的大小可根据实际需要进行调整。两个引脚及其之间的缝隙构成该间隙保护，该间隙保护利用高电压击穿空气的原理，形成对设备的第一级保护。该间隙保护与被保护的设备并联，若只依靠间隙保护来保护设备，则间隙保护的击穿电压要高于设备的工作电压，并且低于设备可承受的最高电压。间隙保护的击穿电压是3000V/mm，一般设备的工作电压是交流电220V，则设备在311V以内可正常工作，经过实验发现设备瞬时可承受的最高电压可高于311V，如400V，本实施例将间隙保护的击穿电压设置在311V与设备瞬时可承受的最高电压之间，如设置在380V，此时需要将间隙保护的缝隙设置的比较小，对施工的要求比较高。鉴于施工有一定的难度，本实施例在防雷系统中增加压敏电阻和/或TVS。

在防雷系统中增加压敏电阻和TVS时，间隙保护与压敏电阻和TVS并联，相对于压敏电阻和TVS更靠近电源，这样可以清楚的看出导通顺序。间隙保护的击穿电压要高于压敏电阻和TVS的导通电压，但要低于形成致使压敏电阻和TVS烧毁的电流所需要的电压。因为随着施加在防雷系统上的能量的升高，压敏电阻和TVS所在线路的电流会发生较大的变化，此时压敏电阻和TVS所在线路的电压的变化较小，但电流与电压的变化关系固定，所以在确定了致使压敏电阻和TVS烧毁的电流的同时也能确定相应的电压。这样，在受到雷击时，压敏电阻和TVS被导通，雷击的能量继续上升，当升到使间隙保护导通时，在间隙保护的控制下，雷击的能量被大量释放，使得雷击能量很难达到击毁压敏电阻和TVS的程度。

参见图3所示的本实施例的电路图，设备与TVS并联，然后再与电阻串联，形成第三级保护；设备、TVS和电阻再与压敏电阻1并联，压敏电阻1形成第二级保护；设备、TVS、电阻和压敏电阻1再与间隙保护并联。

当市压220V接入电源时，间隙保护处于断开状态，TVS和压敏电阻1相当于绝缘体，即相当于断路，则设备与电阻串联，并在220V电压下正常工作。其中的电阻可能对设备的带来点影响，设备的正常工作电压为110V～264V，设备自身的电阻通常大于10兆欧姆，而本实施例采用阻值比较小(如100欧姆)的电阻，所以该电阻对设备的影响微乎其微。

雷击发生时，雷电所释放出的能量可以在很短的时间内(如0.1秒或0.2秒等)达到1万伏甚至更高的电压，这段期间内电压是逐渐上升的过程(即雷击所释放的能量也是逐渐上升的)。当雷电击中电源时，雷电释放的能量所产生的电压从0V开始上升，在达到TVS的导通电压时，TVS被导通，开始进行电压控制，使电压不再升高或升高的很小，以保证设备的正常工作，其中，TVS的导通电压从几伏到几百伏不等，依具体型号而定，并且能有效的在其承受能力内将电压控制在其导通电压附近，误差小于正负5％。有了TVS，电压不会随电击能量的增加而有明显变化，电击能量主要以电流的形式释放出来，TVS通过分流，使与TVS串联的电阻上产生较大压降，以保证设备两端电压不会明显增加。但随着雷击能量的释放，TVS不断的升高电流来释放雷击的能量，不断升高的电流可能会烧毁TVS，TVS的击毁电流最高可达上百安，这时需要依靠压敏电阻1来保护设备。雷电释放的能量继续增加，电流继续增大，在电阻上产生的压降也就继续增大，使得压敏电阻1两端电压继续上升，在达到压敏电阻1的导通电压时，压敏电阻1被导通，开始进行电压控制和分流，压敏电阻的击毁电流可达数千安培，可以在前端导线上，及云层到导线的空气层上，产生巨大压降，使得后端电路两端所加电压不再明显增大，同时流过TVS的电流不再增大，以保证TVS不会因过大的电流而烧毁，其中，压敏电阻1的导通电压一般在几伏到上千伏不等，依具体型号而定，并且能有效的在其承受能力内将电压控制在其导通电压的二倍以内。但随着雷击能量的释放，压敏电阻1不断的升高电流来释放雷击的能量，不断的升高电流将会烧毁压敏电阻1，这时需要依靠间隙保护来保护设备。雷电释放的能量进一步增加，电压进一步上升，间隙保护中的空气被击穿，火线与零线之间的引脚被连接，间隙保护开始进行能量释放，控制雷击产生的电压不上升或上升幅度很小，并且分流掉巨大电流，从而使雷击产生的电流无法达到的击毁压敏电阻1的程度。

本实施例中两个引脚之间的间距采用1mm或更小，间隙保护的击穿电压是3000V/mm，所以间隙保护会在电压达到3000V时被击穿，该击穿电压距离使压敏电阻1烧毁的电流所产生的击毁电压还很远，即使间隙保护未能将电压控制在3000V以下，其所产生的电流也很难达到烧毁压敏电阻1的程度。

以上介绍的三重保护的防雷系统是一种较佳的结构，也可以对该结构作简单变形。例如，省略掉压敏电阻1，或者省略掉电阻和TVS，可以考虑适当缩小两个引脚之间的间距，使间隙保护的击穿电压高于压敏电阻1(或TVS)的导通电压，但低于压敏电阻1(或TVS)的击毁电压。该技术方案与现有技术相比能够有效的保护压敏电阻1(或TVS)不被击毁，进而保护了防雷系统和设备。该技术方案与前述的本实施例中较佳的技术方案相比，节省了电子元件，但对间隙保护的设置要求更精细。

关于TVS和电阻，电阻的作用是在TVS升高电流的过程中起到分压的作用。从严格意义上讲，导线也具有一定的阻值，在TVS升高电流的过程中导线也具有分压的作用，则可省略电阻。但由于导线的阻值很小，其分压效果也不理想，所以同时使用TVS和电阻的效果较好。

参见图4所示的在雷击时电压V与时间T的关系示意图，在达到时间t时，电压达到峰值v，该电压v容易烧毁设备，并且电压v所产生的电流可能烧毁压敏电阻1和TVS，整个雷击过程大概持续0.1～0.2秒。采用本实施例提供的技术方案，参见图5所示的在雷击时电压V与时间T的关系示意图，可以在长时间内将电压v控制在较低的水平上，并且延长了释放能量的时间，一般情况下可将释放雷击所产生能量的时间延长到接近1秒，使得电压v被进一步降低，从而较好的保护了设备和防雷系统。

本实施例进一步在防雷系统中增设两个压敏电阻，压敏电阻2的一端与零线连接，另一端接地，用于保护零线；压敏电阻3的一端与火线连接，另一端接地，用于保护火线。在高压下，导线也相当于电阻，本实施例通过压敏电阻2和压敏电阻3对零线和火线所在的线路进行分流，起到保护零线和火线的作用。减少零线和火线上的电流，使防雷系统产生的热量得到降低，延长了防雷系统的使用寿命，并且能够减小间隙保护降低雷击影响的负担。

本实施例中采用双向的TVS，使第三级保护适用于交流电源。因为每级保护必须不能影响设备的正常工作，即在没有雷击的时候保持绝缘状态。二级管是单向导通元件，在直流电源中，需正确安装，才能保正TVS平时不导通。交流电路有正负半周期，作为二级管的一种，单向TVS会在某半个周期内导通而使电源短路(具体是正还是负半周期要依安装方向而定)，影响设备工作。双向TVS是两个二级管对顶连接的元件，无论正半周期还是负半周期，两个二级管交替处于开路状态，因为总有一个二级管处于开路状态，所以整个元件不会导通。在直流电路中，双向TVS中有一个二极管会一直处于开路状态，所以整个元件也处于开路状态。同时，因为双向TVS是对称结构，所以无论直流还是交流电源，都没有安装方向的要求。

本实用新型的实施例通过留有缝隙的两个引脚构成的间隙保护，有效释放掉雷击释放出的能量，使雷击产生的电压不会超过压敏电阻1的击毁电压，有效的保护了防雷系统和设备，并且该间隙保护的结构简单，成本也比较低，其使用寿命和承受能力几乎是没有限制的，适合长期使用。本实用新型的实施例还通过连接零线和火线的压敏电阻2和压敏电阻3将零线和火线上的能量引入大地，降低了防雷系统产生的热量，延长了防雷系统的使用寿命。另外，本实用新型的实施例通过双向的TVS，是防雷系统中的第三级保护适用于交流电，从而更加有效的保护了设备。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1、一种在电源与设备之间的防雷系统，其特征在于，包括：

与火线连接的第一引脚；

与零线连接的第二引脚；

2、如权利要求1所述的防雷系统，其特征在于，所述间隙保护的击穿电压高于所述设备的工作电压，并且低于所述设备可承受的最高电压。

3、如权利要求1所述的防雷系统，其特征在于，还包括瞬态抑制二极管TVS，TVS与所述设备并联，以及与所述间隙保护并联。

4、如权利要求3所述的防雷系统，其特征在于，还包括电阻，电阻与TVS和所述设备所构成的并联电路串联，电阻、TVS和所述设备所构成的电路与所述间隙保护并联。

5、如权利要求3所述的防雷系统，其特征在于，所述间隙保护的击穿电压高于TVS的导通电压，并且低于形成致使TVS烧毁的电流所需要的电压。

6、如权利要求3所述的防雷系统，其特征在于，所述TVS为双向TVS。

7、如权利要求1至6任意一项所述的防雷系统，其特征在于，还包括与所述间隙保护和所述设备并联的第一压敏电阻。

8、如权利要求7所述的防雷系统，其特征在于，所述间隙保护的击穿电压高于第一压敏电阻的导通电压，并且低于形成致使第一压敏电阻烧毁的电流所需要的电压。

9、如权利要求1所述的防雷系统，其特征在于，还包括连接在零线与地之间的第二压敏电阻。

10、如权利要求1或9所述的防雷系统，其特征在于，还包括连接在火线与地之间的第三压敏电阻。