CN201821094U

CN201821094U - 一种含有lc退耦元件的组合式电涌保护器

Info

Publication number: CN201821094U
Application number: CN2010205689855U
Authority: CN
Inventors: 李祥超; 王金虎; 唐宏科
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2020-10-20

Abstract

本实用新型涉及一种含有LC退耦元件的组合式电涌保护器，属于雷电科学与技术领域。该电涌保护器包括组合式SPD和SPD工作状态记录装置；组合式SPD起到对入侵的雷电波能量对地释放的作用，SPD工作记录装置实现监测SPD工作状态的作用。该电涌保护器通流容量大、并且可以实时监测，为雷电事故分析提供了可靠的数据支持，实现防止电子、电气设备因浪涌而损坏的目的。

Description

一种含有LC退耦元件的组合式电涌保护器

技术领域

本实用新型涉及一种含有LC退耦元件的组合式电涌保护器，属于雷电科学与技术领域。

背景技术

在建筑物内对一个电气系统的设备进行电涌保护时，通常会在一条线路上依次安装两级或两级以上的电涌保护器，即SPD。每一级电涌保护器具有不同的功能，前级主要用来释放雷电波的能量，后级主要用来箝位。然而由于各SPD动作特性和响应时间的不一致性，在电涌入侵时，各级SPD不一定按预期的要求和连接次序动作，其后果是达不到预定的保护效果，严重时导致SPD自身损坏，甚至爆炸起火。

SPD的级间能量配合要求是：在各级SPD能将各自位置上的电涌电压限制到预期水平的条件下，各SPD还能够承受动作时耗散在其上的最大电涌能量而仍然安全；通常要求前级SPD能泄放大部分电涌电流，而后级SPD主要限制设备上的电涌电压。

级间SPD能量配合的基本情况是两级SPD间的配合，基本电路模型如图1所示，前后级的保护元件均采用限压型MOV（即氧化锌压敏电阻）。

两级SPD配合的分析应基于两级MOV的伏安特性，直接并联的两个MOV伏安特性如图2所示。两级SPD并联接在线路上，当雷电波入侵该线路时，前级SPD应先动作。但是MOV是非线性电阻元件，如果不考虑级间的阻抗特性，在电涌电压上升的过程中，MOV伏安特性曲线中较低的SPDⅡ将先动作，流过较大的电流，没有按照预定的SPD动作次序。如果要求伏安特性较高却处于前级的MOV首先动作，并流过较大的电流，就应该在两级间串入退耦元件，提高前级SPDⅠ两端间的电压，促使SPDⅠ先动作。

根据IEC62305标准的规定，安装多级电涌保护器时，SPD之间要有退耦元件，退耦元件有线路自身的阻抗或者是安装专用的退耦元件，在实际的防雷工程设计中，依次安装多级SPD在工程的施工中却难以实现。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种含有退耦元件组合式SPD，能够满足防雷工程设计规范要求，达到防止电子、电气设备因浪涌而损坏的目的。

本实用新型为解决其技术问题所采用如下技术方案：

一种含有LC退耦元件的组合式电涌保护器，包括组合式SPD和SPD工作状态记录装置；组合式SPD起到对入侵的雷电波能量对地释放的作用， SPD工作记录装置实现监测SPD工作状态的作用。

所述的SPD工作状态记录装置包括MC-51单片机、传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、存储器和液晶显示器，传感器Ⅰ和传感器Ⅱ分别与MC-51单片机单向连接，液晶显示器与远程通讯也分别与MC-51单片机单向连接，存储器和MC-51单片机双向连接。

所述的组合式SPD包括五个压敏电阻、两个退耦电感、两个退耦电容、三个温度保险丝，第一温度保险丝和第一压敏电阻的串联电路、第三温度保险丝与第四压敏电阻的串联电路、以及第一退耦电容、从输入端分别依次连接在正输入线L线与中性线PE线之间；第二压敏电阻、第三压敏电阻、第二退耦电容、从输入端分别依次连接在中性线PE与负输入线N之间；第二温度保险丝和第五压敏电阻的串联电路连接在正输入线L线与负输入线N之间；第二退耦电感串接在第一温度保险丝正输入端与第三温度保险丝正输入端之间的正输入线L上；第一退耦电感串接在第二压敏电阻负输出端与第三压敏电阻负输出端之间的负输入线N上。

本实用新型的有益效果如下：

1. 一种含有LC退耦元件的组合式SPD的设计符合IEC18802.1及JB/ T10618-2006标准的设计要求。

2.该SPD具有通流容量大的特点，通流容量最大可达120kA,标称放电电流为60kA。

3. 退耦电感前后两级的电流比可达到5:1的比例，保证了第一级主要用来释放能量，第二级主要起到箝位的功能。

4. SPD的电压保护水平低，电压保护水平达到1kV以下，这主要是由于L、C对雷电波的折、反射的作用，使雷电波的波头陡度降低的缘故。

5. SPD工作状态记录装置实时监测SPD的工作状态，并记录其工作的情况，对雷电事故分析提供了可靠的数据支持。

附图说明

图1为基本电路模型。

图2为直接并联的两个MOV伏安特性。

图3为SPD原理框图。

图4为组合式SPD的原理图。

图5为SPD工作状态记录装置原理框图。

图6为SPD工作状态记录装置的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。

一种含有LC退耦元件的组合式SPD的原理框图如图3所示。

一种含有LC退耦元件组合式SPD的主要组成部分由组合式SPD和SPD工作状态记录装置两部分组成。组合式SPD主要起到对入侵的雷电波能量对地释放，起L-N线间箝位的作用。SPD工作记录装置主要实现监测SPD的工作状态，包括器件是否工作正常、器件失效、动作的时间及次数，还能实现远程报失效，报警的功能。

下面对两大组成部分进行详细的说明：

（1）组合式SPD

组合式SPD具体组成部分见图4所示：

工作原理过程分析：当雷电波通过正输入L、负输入N线入侵到SPD中时，雷电过电压的值达到第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2的参考电压（参考电压值一般为620V左右）时，第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2将首先动作，这主要用来对大地释放雷电流的能量，第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2动作后的残压一般为1.8kV左右，残余的雷电波能量将通过退耦电感加到第三压敏电阻MOV3、第四压敏电阻MOV4上，使第三压敏电阻MOV3、第四压敏电阻MOV4动作。第三压敏电阻MOV3、第四压敏电阻MOV4的参考电压一般为560V左右，这两个压敏电阻MOV3、MOV4主要用来箝位雷电过电压，使其输出一个较低的残压值，第三压敏电阻MOV3、第四压敏电阻MOV4动作后的残压一般为1.0kV左右，以保护后面所接的电子设备。第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2、第三压敏电阻MOV3及第四压敏电阻MOV4在雷电过电压的作用下动作，对大地释放能量，这种保护模式称为纵向保护。当第一压敏电阻MOV1、第二压敏电阻MOV2、第三压敏电阻MOV3、第四压敏电阻MOV4动作时，由于这些器件参数的不一致性，主要是响应时间的不一致性，使正输入线L、负输入线N两线间存在较高的瞬间电位差（该瞬间电位差一般为2.0kV以上），当这一高的电位差达到MOV5的参考电压（MOV5的参考电压一般为560V左右）时，第五压敏电阻MOV5动作以起到抑制L、N两线间电位差的作用，第五压敏电阻MOV5动作后的残压一般为1.0kV左右，这使L、N两线间输出一个能使接入设备承受的电压值，这种保护模式也称为横向保护。电感L、电容C作为退耦元件，其工作原理是根据雷电波的传输特点：雷电波通过串联的电感和并联的电容时将产生波的折射和波的反射现象。电感L、电容C主要起到降低雷电波的陡度，使SPD在雷电波的作用下输出较低的残压以提高SPD的保护效果。

（2）SPD工作状态记录装置

其工作原理框图见图5所示：

电路采用基本MC-51单片机电路，主要组成有传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、单片机MC-51，存储器以及液晶显示等组成。

传感器Ⅰ相当于罗氏线圈，将其套在SPD的中性PE线上，当SPD在雷电过电压作用下动作时罗氏线圈两端将感应出一个电压，该电压将去触发单片机工作，计数一次，并记录当时的时间，可以精确到年、月、日、时、分、秒，这样当雷电造成设备损坏时可以根据记录的时间调出当时的天气资料，以分析SPD有没有起到保护作用。

传感器Ⅱ是温度保险丝，与压敏电阻MOV串联安装。当压敏电阻MOV长期带电工作时，由于在线电压作用下，压敏电阻MOV可能会出现老化的现象，导致压敏电阻MOV漏流变大发热，Rt（温度保险丝）熔断最终使压敏电阻MOV与电源断开，避免出现火灾事故，此时压敏电阻MOV已失去防雷的效果。通过单片机进行远程通讯，告知压敏电阻MOV已损坏，显然电路中设置了多路的Rt（温度保险丝）。

存储器主要用来存储SPD动作的时间以及MOV失效的时间数据信息。

显示器用来显示SPD的工作状态。

SPD工作状态记录装置的原理图如图6所示。图中U1为单片机，U2为存储器，U3为时钟芯片，U4为光电耦合器。当SPD因为雷电波的侵入而动作时，罗氏线圈将产生感应的脉冲信号，该信号通过B1整流桥，B1的作用是用来进行极性变换，使其输出一个正的脉冲信号触发光电耦合器U4，U4输出的信号触发单片机，单片机将采集的信号存储在U2中。LCD为液晶显示器，显示记录的信息。时钟芯片U3的作用是给单片机提供一个时间信号。

Claims

1.一种含有LC退耦元件的组合式电涌保护器，其特征在于包括组合式SPD和SPD工作状态记录装置；组合式SPD起到对入侵的雷电波能量对地释放的作用， SPD工作记录装置实现监测SPD工作状态的作用。

2.根据权利要求1所述的一种含有LC退耦元件的组合式电涌保护器，其特征在于所述的SPD工作状态记录装置包括MC-51单片机、传感器Ⅰ、传感器Ⅱ、存储器和液晶显示器，传感器Ⅰ和传感器Ⅱ分别与MC-51单片机单向连接，液晶显示器与远程通讯也分别与MC-51单片机单向连接，存储器和MC-51单片机双向连接。

3.根据权利要求1所述的一种含有LC退耦元件的组合式电涌保护器，其特征在于所述的组合式SPD包括五个压敏电阻（MOV1、MOV2、MOV3、MOV4、MOV5）、两个退耦电感（L1、L2）、两个退耦电容（C1、C2）、三个温度保险丝（Rt1、Rt2、Rt3），第一温度保险丝（Rt1）和第一压敏电阻（MOV1）的串联电路、第三温度保险丝（Rt3）与第四压敏电阻（MOV4）的串联电路、以及第一退耦电容（C1）、从输入端分别依次连接在正输入线L线与中性线PE线之间；第二压敏电阻（MOV2）、第三压敏电阻（MOV3）、第二退耦电容（C2）、从输入端分别依次连接在中性线PE与负输入线N之间；第二温度保险丝（Rt2）和第五压敏电阻（MOV5）的串联电路连接在正输入线L线与负输入线N之间；第二退耦电感（L2）串接在第一温度保险丝（Rt1）正输入端与第三温度保险丝（Rt3）正输入端之间的正输入线L上；第一退耦电感（L1）串接在第二压敏电阻（MOV2）负输出端与第三压敏电阻（MOV3）负输出端之间的负输入线N上。