CN202333735U - 采集终端电源保护装置 - Google Patents

Abstract

一种采集终端电源保护装置，属用于电能表等工作电源保护装置。采集终端电源保护装置，接线盒一侧上设有三相线及零线的四根输入线以及一根接地线，接线盒另一侧上设有三相线及零线的四根输出线，且零线的输入线与零线的输出线相互连接；接线盒内每一相线的输入线和该相的输出线之间连接有一个自恢复保险ZBX，接线盒内每一相线的输入线与零线输入线之间并联有压敏电阻YMR、第一电容C1以及第四电容C4，且第二电容C2串接第三电容C3后与第一电容C1并联，第二电容C2和第三电容C3的结点接于接线盒上的接地线。它具有限压过程及自恢复作用，延长压敏电阻的使用寿命。

Description

采集终端电源保护装置

技术领域

本实用新型涉及交流工作电源保护装置，特别是电能量信息采集终端、电能表等设备（以下简称表计）的工作电源隔离保护装置。

背景技术

2008年7月，我局一用电客户使用中的组合互感器突然炸裂，计量箱内烟尘满布。经观察烟尘是从一台无线电能量采集终端中冒出，终端外壳有灼烧痕迹，电能计量表计只外观被熏黑。（均已正常运行2年多）。打开两设备外盖观察，两设备C相过压保护压敏电阻均已炸裂，回路有明显的过流烧毁痕迹，无线电能量采集终端电压连接线烧断。

经分析，此事故原因是：该地区当时有雷击，估计是雷击时产生的过高电压使设备内的C相电源过压保护的压敏电阻失效（短路），在PT回路产生过流，因按规程规定，计量用电压互感器回路未装设熔断器，从而导致组合互感器炸裂。

近几年笔者已处理过6起因压敏电阻炸裂事故，但由于有的表计有过流保护（熔断器），未将故障扩大。现在电网内使用压敏电阻做过压保护的表计太多，而大多未设过流保护措施，笔者认为这是电网潜在的安全隐患，应引起高度警惕。

压敏电阻以其优越的非线性导电特性，电路设计简单，对过压的响应时间非常快，一般为20纳秒，又可重复使用(一定条件下)。因此在电力、电子技术领域被普遍用作电力线路、电子设备、元器件的过压和浪涌吸收的保护器件。但由于在使用中各类型的过压和浪涌的频繁出现，压敏电阻会相应的动作以抑制过压，确保电压在被保护设备安全范围内，从而保护设备安全。这样使用次数一多，就会导致压敏电阻的性能失效。

压敏电阻的失效分为二种：

（1）劣化：表现为压敏电阻的电阻值变小而使回路漏电流增大，一般是在多次抑制电压和浪涌，但又未超过压敏电阻的最大冲击电流下产生的劣化：如φ20基片的压敏电阻，其厂家给予的在不同浪涌电流条件下，器件的使用次数表：

允许冲击次数	1	2	10	100
					每次冲击电流(A)	6500	4000	2000	1000

另外就是自然劣化，由于芯片质量，封装材料、质量的原因及使用的环境等因素影响，时间一长，芯片受潮后的阻值变小劣化。 

（2）炸裂(短路)：由于过高的电压引起浪涌能量超过了所选压敏电阻器的极限承受能力，使压敏电阻过热而炸裂(短路)。但压敏电阻一般在使用中的最终失效模式据统计报道，绝大多数为炸裂(短路)。

现电力系统广泛使用的电子式多功能电能表，无线电能量采集终端，电压监测仪等表计)，它们的过压保护都使用了压敏电阻，保护电路原理图如图1中虚线的右部份，对设备起到了一定的保护作用，但均未设计过流保护措施。

由于现电力计量装置安装规程(DL/T 825—2002)中第5.4条规定，35KV以下电压互感器二次侧不安装熔断器。此类高压计量表计的实际电压回路电路接线原理图如图1。可见当压敏电阻失效后(视失效压敏电阻下降值情况)，PT回路将产生最大几十安电流，而电压互感器设计额定功率只有10VA，即0.1A电流。因此当压敏电阻失效后，PT会因过负荷在回路中又无任何过流保护情况下就产生发热而烧毁并炸裂。

在电力线路防雷上使用的压敏电阻避雷器在规程中规定，在使用前必须作检定和年检，就是为了预防压敏电阻的失效，电阻值变小造成的线路短路跳闸和防雷失效。经查讯我局高压班，在做检定和年检中10KV-35KV的失效率为4－5％，400V为7-8％。而在电力系统中广泛使用的表计都使用了基本相同功能的压敏电阻，每台表计一般使用2～4只。在低压回路完全是和线路的400V低压侧避雷器并联工作，起到相同的作用。但由于它被藏在表计内部而易被忽视，可见危害之大，未引起重视的原因如下：

（1）压敏电阻的工作电压选用，在交流电回路中，理论公式是按额定电压的2.2～2.6倍选取。现电力线路使用的压敏避雷器是按此公式选取的。经查看多家表厂生产的表计，使用在高压100V工作电压下的压敏电阻是按4.7倍选用，即本应该使用最多260V的器件，而实际使用的是470V，显然这是牺牲了保护的可靠性来换取了压敏电阻的使用次数，所以因压敏电阻引起的故障也就少了。

（2）变电站工作的表计，由于各级防雷措施作得相对更好，所以在表计处出现的过压就更少，这也延长了压敏电阻的使用寿命。

（3）一般情况下，就是表计烧坏，互感器炸裂等，在各基层处理时，都未细究原因，用户又急于用电都是更换了事。

所以基于上述几点，电力线路上使用的避雷保护用压敏电阻工作电压由于是按理论公式选用，所以动作频繁，失效概率就远远大于这些表计中使用的压敏电阻，而且损坏后故障点明确。这样，这些表计内暗藏的压敏电阻，就被忽视了。但它却为电网的安全运行带来了以下隐患：

（1）对于安装在用户侧的高压计量表计，一般均是将PT烧坏并引起炸裂。虽然装在变电站内的表计PT二次侧均有总路过流保护，如出现自然劣化，它的电流是逐渐增大，也可能造成PT长时间重负荷烧坏。一个表计故障影响一大片，故障点不易查找等。特别安装在用户侧的低压表计，因压敏电阻的短路，会造成连接表计的电压线绝缘层烧坏引起线间、相间短路，造成时间更长的短路大电流。但最大危害是怕由此引起火灾；跳闸和越级跳闸。

（2）现表计中使用的压敏电阻，工作电压已超过正常值约二倍。这样既未起到抑制瞬态过压保护应有的作用（表现为表计中电子元件易损坏，如RS485口损坏）相反还增加了对其它设备的危害。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种方便安全更换的采集终端电源保护装置，以采用自恢复保险降低保护电流值从而延长压敏电阻寿命。

本实用新型的目的是这样实现的：一种采集终端电源保护装置，接线盒一侧上设有三相线及零线的四根输入线以及一根接地线，接线盒另一侧上设有三相线及零线的四根输出线，且零线的输入线与零线的输出线相互连接；接线盒内每一相线的输入线和该相的输出线之间连接有一个自恢复保险ZBX，接线盒内每一相线的输入线与零线输入线之间并联有压敏电阻YMR、第一电容C1以及第四电容C4，且第二电容C2串接第三电容C3后与第一电容C1并联，第二电容C2和第三电容C3的结点接于接线盒上的接地线。

上述自恢复保险ZBX的工作电流按额定电流的2倍选用；所述压敏电阻YMR的工作电压按额定电压的2.2倍选用。

上述第一电容C1和第四电容C4均为0.47微法，耐压2.5kV，所述第二电容C2和第三电容C3均为4700微微法，耐压8kV。

上述接线盒为绝缘接线盒。

上述接线盒的尺寸为：长70mm，宽40mm，高15mm。 

本实用新型可运用在仪表生产中，作为一个可更换部件，作仪表的工作电源保护。

本实用新型的有益效果是：

1、安装更换方便。因是一个独立组件，因此在新装时，就可直接用此装置作为连接线正常接入，输入端接联合接线盒端，输出端接表计端，并按a、b、c、o、⊥分别接入相应端口，在已安装的仪表上，使用也只需将原电压线拆除后再用本装置接入，输入端接联合接线盒，输出端接表计端口，并按a、b、c、o、⊥分别接入相应端口，就可。

2、对设备的保护是按最低电压设置的保护门限，因此对电子原件最怕的过压失效，起到了很好的保护作用。

3、因有自恢复保险的使用，它可将保护电流值设计得低，因此压敏电阻的过流就不会太大，因此可有效的延长压敏电阻的失效。

4、克服了常规保险熔断后，必须人工去换的麻烦，因此可将保护值设得较低，在三相电路中，即便一相有过流、过压保护后，还有另两相可工作，不影响仪表的工作。在电路恢复正常后又可正常工作，为仪表的长期正常工作起重要作用。

5、每个表计的工作电源有了独立的保护装置，这样多表计共用回路互不影响，对其它设备也不会造成危害。

附图说明

图1是一相回路的电路原理图（电路由自恢复保险，压敏电阻、安规电容组成）。

图2是接线盒的主体示意图。

具体实施方式

图1示出，本采集终端电源保护装置，接线盒1一侧上设有三相线及零线的四根输入线以及一根接地线，接线盒1另一侧上设有三相线及零线的四根输出线，且零线的输入线与零线的输出线相互连接；接线盒内每一相线的输入线和该相的输出线之间连接有一个自恢复保险ZBX，接线盒内每一相线的输入线与零线输入线之间并联有压敏电阻YMR、第一电容C1以及第四电容C4，且第二电容C2串接第三电容C3后与第一电容C1并联，第二电容C2和第三电容C3的结点接于接线盒上的接地线（参加图2，图2中三相的四根输入线和一根接地线2，三相的四根输出线3）。

工作原理是：当电路中出现超过设置的压敏电阻击穿电压时，回路电流巨增，当达到正常工作电流的2倍以上后，快速自恢复保险由导通立即变成高阻，切断回路电源，起到保护设备的作用。安规电容用来吸收由电路中产生的各种快速的脉冲过压，电容C1、C4抑制差模干扰，电容C2、C3抑制共模干扰。

自恢复保险：保险丝是一种故意设置在电路中对电流敏感的薄弱环节的元件，在电路正常工作时，它对所保护的电路没有影响，它阻值小，最好没有阻值，没有功率消耗。当电路异常，电流过大或电路出现短路时能够迅速的切断电源，保护电路和其他的元器件。保险丝有很多种类型，常用的保险丝主要可分为玻璃管保险丝（低分辨能力）、陶瓷管保险丝（高分辨能力）和本实用新型使用的高分子自恢复保险丝，自复保险丝受过电流触发瞬时产生电阻跃升，由低阻瞬时跃升到高阻切断电源。当线路故障排除后，阻值将迅速自行恢复到低阻，电路又恢复到正常工作。

高分子自恢复保险丝工作电流选用：在交流电回路中，理论公式是按额定工作电流的2～3倍选取。因本新型中使用在三相电路中，即便一相有过流、过压保护后，还有另两相可工作，不影响仪表的工作。因此本实用新型使用的高分子自恢复保险丝因此可将保护值设得较低。本新型高分子自恢复保险丝工作电流选用是按额定电流的2倍选取。

压敏电阻的工作电压选用：在交流电回路中，理论公式是按额定电压的2.2～2.6倍选取。，电子原件最怕的是过压失效，为了起到更好的保护作用。对设备的保护门限电压是按最低电压设置的保护门限，本新型压敏电阻的工作电压选用是按额定电压的2.2倍选取。

安规电容：在电源电路中，不仅仅只有正常电压，还必须考虑到异常的脉冲电压（如闪电）的产生，它们用在电源保护器里，起到电容器电源滤波，抑制电源电磁干扰、分别对共模，差模干扰起滤波作用。

安规电容是指用于这样的场合，即电容器失效后，不致发生击穿现象。不会导致电击，不危及人身安全。

本实用新型安规电容的选用，可按常规选用，C1、C4为0.47 μ（即微法）、耐压2.5kV。C2、C3为4700PF（即微微法）、耐压8kV。

具体结构实施方案：安装在设备外部的，为方便地接入设备，又为了计量装置要求的封闭管理，因此将电路组成在一个接线盒1中，所有联线均从封闭盒中引出组成一个独立组件，连线使用PVC—2.5mm²铜芯线。并按电业行业标准，a、b、c、o、⊥分别采用标准颜色色引出。为防止新增保护装置的输出线上又被感应浪涌电压，因此保护装置的输出线应尽量短，建议为150m/m，并可在安装时适情况减短。输入线为留有余地，不在接入时有破口，接线加长，应为350m/m。

为了防止装置与其它接线、设备相碰和短路，将它封闭在一个阻燃、绝缘的封闭接线盒中，只留输入线和输出线引出。

接线盒的尺寸不大于：长70mm，宽40mm，高15mm。

Claims (5)

1.一种采集终端电源保护装置，其特征是，接线盒（1）一侧上设有三相线及零线的四根输入线以及一根接地线，接线盒（1）另一侧上设有三相线及零线的四根输出线，且零线的输入线与零线的输出线相互连接；接线盒内每一相线的输入线和该相的输出线之间连接有一个自恢复保险ZBX，接线盒内每一相线的输入线与零线输入线之间并联有压敏电阻YMR、第一电容C1以及第四电容C4，且第二电容C2串接第三电容C3后与第一电容C1并联，第二电容C2和第三电容C3的结点接于接线盒上的接地线。

2.根据权利要求1所述的采集终端电源保护装置，其特征是，所述自恢复保险ZBX的工作电流按额定电流的2倍选用；所述压敏电阻YMR的工作电压按额定电压的2.2倍选用。

3.根据权利要求1或2所述的采集终端电源保护装置，其特征是，所述第一电容C1和第四电容C4均为0.47微法，耐压2.5kV，所述第二电容C2和第三电容C3均为4700微微法，耐压8kV。

4.根据权利要求3所述的采集终端电源保护装置，其特征是，所述接线盒（1）为绝缘接线盒。

5.根据权利要求4所述的采集终端电源保护装置，其特征是，所述接线盒（1）的尺寸为：长70mm，宽40mm，高15mm。