CN204391718U - 一种新型电涌保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型电涌保护器，包括防雷元件、过流保护装置、热保护装置，所述防雷元件和过流保护装置串联构成电涌泄放通路，热保护装置位于防雷元件电极上。本新型电涌保护器还包括力探测器、限流器、判断装置、动作机构、常开触点、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子。所述力探测器安装在电涌泄放通路附近，并与判断装置输入端连接，判断装置输出端与动作机构连接，动作机构控制常开触点，常开触点和限流器串联组成旁路与防雷元件并联。本新型电涌保护器根本解决现有热保护装置与过流保护装置的动作盲区和过流保护装置、热保护装置的动作情况以及防雷元件的工作状况不可知所带来的安全隐患问题。

Description

一种新型电涌保护器

技术领域

本实用新型属于电子电气设备的电涌防护技术领域。

背景技术

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。雷电是造成电子设备损坏的重要原因，它威胁建筑、铁路、民航、通信、工控、军事等各个领域电子信息系统的安全稳定运行。在与电子设备连接的电源线、信号线以及控制线等金属线路上安装电涌保护器是雷电防护的重要措施之一。电涌保护器已大量应用于各种领域，在雷电防护中具有重要的作用。其状态的好坏则直接影响其防雷效果，从而对所保护设备的安全带来隐患。

现阶段SPD在使用时通常具有热保护和过流保护(内置或外置)两种保护装置，热保护装置用来防护防雷器件劣化发热，过流保护装置用来防止瞬态过电流或过电压引起的防雷器件击穿短路，同时过流保护作为热保护的一种后备保护方式，故此在大多数场合都可以起到有效的防护作用。

然而，由于热传导是一个相对较慢的过程，热保护装置的灵敏度低，对于缓慢升温过程可起到有效的防护，但对于低(中)压系统中由于持续过电压状态下引起的急剧升温情况，热保护脱扣装置不能及时感知此过程而不发生动作，致使防雷器件被击穿，工频电流进入SPD线路，当此工频电流值没有达到过流保护装置的启动值时，过流保护装置也不会发生动作，从而导致SPD起火；若将过流保护装置的启动值选小，虽能启动，但难以抗击雷电流的冲击，导致SPD无法正常泄放雷电流。而且，现有电涌保护器的热保护装置与过流保护装置的动作状态不能被使用者及时掌握，同时电涌保护器内部防雷元件的使用状态也不能被使用者知晓，因而导致不能及时的维护电涌保护器或更换内部元件或装置，引发雷击或其他事故。

综上所述，现行SPD的过流保护装置与热保护装置存在严重的动作盲区，SPD通过在此区域的电流时，热保护装置和过流保护装置都不能将损坏的SPD脱离主电路，从而出现严重的安全隐患；同时过流保护装置与热保护装置的动作情况以及防雷元件的工作状况不能被使用者及时得知，同样带来严重的安全隐患。

现有技术“浪涌保护器件的检测装置”(专利号：200910069431.2)和“一种浪涌保护器的在线监测装置”(专利号：200910069594.0)提出了两种通过测量电动力的方式来检测浪涌保护器件的状态的方法。其中“浪涌保护器件的检测装置”(专利号：200910069431.2)提出将金属簧片安装在浪涌保护器件旁边或通过导线连接，利用压力传感器测量金属簧片的变形，从而得知浪涌保护器件的状态，这种方法压力传感器与金属簧片之间无连接，测量不精确，再者金属簧片的变形方式单一，也使得压力传感器感知的信号源很微弱。“一种浪涌保护器的在线监测装置”(专利号：200910069594.0)提出将金属构件与浪涌抑制器件串联，金属构件的形状是弯曲的，当电流通过浪涌抑制器件以及金属构件时，电流使弯曲的金属构件发生趋直效应，由此产生的电动力通过压力传感器感知，进而得知电流的信息和浪涌抑制器件的劣化程度，这种测量方法测量精度较高，但将金属构件串入浪涌泄放通道，将对浪涌抑制器件的泄放浪涌电流的能力带来很大影响，导致浪涌保护器残压升高，降低了对其所要保护的设备的保护水平。而且，这两项现有技术中，对于电动力物理量的探测仅限于了解流过浪涌保护器件或浪涌抑制器件的电流信息，从而了解浪涌保护器件或浪涌抑制器件的状态，对本人上述“现行SPD的过流保护装置与热保护装置存在严重的动作盲区”的问题并没有解决，本人将对此电动力测试方法的不足进行修正和创新，从而使其能够判断电涌保护器线路中的电流类型，对过流保护装置与热保护装置存在动作盲区的工频电流进行即时分断。

实用新型内容

为了有效解决现有技术中的以上问题，本实用新型提出了一种安装方便且性能可靠的用于电源系统的新型电涌保护器，根本解决现有热保护装置与过流保护装置的动作盲区和过流保护装置、热保护装置的动作情况以及防雷元件的工作状况不可知所带来的安全隐患问题。

本实用新型采用以下技术方案：本实用新型是用于电力电子线路系统中的电涌保护器，包括防雷元件、过流保护装置、热保护装置和外壳；所述防雷元件和过流保护装置串联构成电涌泄放通路，所述热保护装置位于防雷元件电极上。本实用新型还包括力探测器、限流器、判断装置、动作机构、常开触点、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子；所述力探测器安装在电涌泄放通路附近，并与判断装置输入端连接；所述判断装置输出端与动作机构连接；所述动作机构控制常开触点动作；所述常开触点和限流器串联组成旁路与防雷元件并联；所述信号探测器安装于防雷元件电极表面或附近，或安装于电涌泄放通路附近，通过信号传输线与数据单元连接；所述过流保护装置探测器并联于过流保护装置两端，经过信号传输线与数据单元连接；所述数据单元通过连接线与连接端子连接

所述信号探测器可以安装于防雷元件电极表面或附近，探测防雷元件的温度、磁场、红外等信号；也可以安装于电涌泄放通路附近，探测电涌泄放通路的温度、磁场、红外、电动力等信号；信号探测器还能探测到热保护装置的动作情况。所述过流保护装置探测器能够探测过流保护装置的状态，并经过信号传输线输出给数据单元。所述数据单元内置电源，或通过连接线从连接端子外部获取电源。。

本实用新型中所述动作机构通过机械联动或电磁方式控制常开触点动作；所述常开触点闭合后，在过流保护装置断开前不会再打开；所述常开触点具有复位开关；所述限流器可以是电阻、电感、电容等电子器件之一或由其组合而成的电路；所述过流保护装置可以是熔断器或者断路器；所述防雷元件，包括压敏电阻、放电管、TVS之一或其组合。

本实用新型的核心为力探测器和判断装置。所述力探测器包括电源、测量回路、绝缘部件和力传感器，电源为测量回路提供电能，在测量回路中有持续的单一方向的电流；绝缘部件的一端与测量回路连接，另一端与力传感器连接，力传感器的输出端与判断装置连接；所述测量回路与电涌泄放通路平行放置。所述判断装置内置电源和数据处理单元。

本实用新型利用了两平行导体电流同向相吸、异向相斥的原理。当电涌泄放通路有电流流过时，因为所述力探测器中的测量回路与电涌泄放通路是平行放置的，且测量回路中有持续的单一方向的电流，根据两平行导体电流同向相吸、异向相斥的原理，带电的测量回路必产生电动力(包括吸力和斥力)，而且电涌电流和工频电流的大小、方向、变化率、持续时间等参量不同，导致其流过电涌泄放通路时对测量回路产生的电动力的大小、方向、变化率也截然不同，力传感器通过绝缘部件对测量回路上产生的不同电动力进行测量，并将其转化为不同的电流信号输出给判断装置，判断装置对电流信号进行放大和判断，并根据判断结果控制动作机构动作或不动作，以达到防护的目的。过程中会出现以下四种情况：当判断结果为较小工频电流时，动作机构不动作、常开触点不闭合，由热保护装置进行防护，此时信号探测器能够检测到热保护装置动作，可将此信号经过数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线、连接端子与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等；当判断结果为动作盲区内的工频电流时，动作机构动作、常开触点闭合，所述常开触点和限流器串联组成的旁路导通，由旁路引至过流保护装置进行防护，此时过流保护装置探测器将检测到过流保护装置已断开，可将此信号经过数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线向连接端子外部设备发送信号，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等；当判断结果为大于动作盲区的工频电流时，动作机构不动作、常开触点不闭合，由过流保护装置直接防护，此时过流保护装置探测器将检测到过流保护装置已断开，可将此信号经过数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线向连接端子外部设备发送信号，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等；当判断结果为电涌电流时，由电涌泄放通路正常泄放，此时信号探测器能够检测到防雷元件本身或电涌泄放通路上温度、磁场、红外、电动力等信号的变化，从而分析雷电流大小、波形等信息，记录雷击时间，将此类信息经过数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线、连接端子与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。

在以上四种情况中，信号探测器都会将检测到的防雷元件或电涌泄放通路上温度、磁场、红外、电动力等信号经数据传输线发送给数据单元，数据单元通过连接线向连接端子外部设备发送信号，以得知防雷元件的使用状态、寿命、发生的事件记录。所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。

本实用新型的特征在于：

1.本新型电涌保护器增加了并联在防雷元件两端的旁路，解决了热保护装置和过流保护装置的动作盲区问题。

2.本新型电涌保护器的防雷元件、力探测器、过流保护装置、热保护装置、限流器、判断装置、动作机构、常开触点、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子可集成于一体，装于壳体，满足了用电设备对电涌保护器通流容量、响应时间和电压保护水平三项指标的要求，增强了设备的可靠性，也可装在不同的模块中组合在一起共同构成本实用新型，便于安装使用，增强了实用性。

3.本新型电涌保护器中的力探测器安装在电涌泄放通路附近，与电涌泄放通路隔离；力探测器包括电源、测量回路、绝缘部件、力传感器，电源为测量回路提供电能，在测量回路中有持续的单一方向的电流；绝缘部件的一端与测量回路连接，另一端与力传感器连接，力传感器的输出端与判断装置连接；所述测量回路与电涌泄放通路平行放置。

4.本新型电涌保护器的力探测器安装于电涌泄放通路旁边，与电涌泄放通路绝缘，不影响电涌的正常泄放，对电涌保护器对需保护设备的保护水平没有影响；所述力探测器内置电源、测量回路、绝缘部件、力传感器，力传感器通过绝缘部件直接测量测量回路上的电动力，测量精度高，测量结果准确。

5.本新型电涌保护器中的动作机构根据判断装置的判断结果动作或不动作，动作机构所需能量可由判断装置供给，也可配置单独的供电电源，也可由电源线供给。

6.本新型电涌保护器可以没有过流保护装置。

7.此新型电涌保护器的连接端子可以与外部设备相连，将信号探测器与过流保护装置探测器检测到的信号发送至外部设备，使监控人员掌握电涌保护器的各种状态。所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。所述数据采集设备可以采集多个电涌保护器的信息，所述网络交换设备可以连接多个数据采集设备。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例结构示意图。

图2为本实用新型的力探测器的内部放大图。

图3为本实用新型的第一实施例原理示意图。

图4为本实用新型的第二实施例原理示意图。

图5为本实用新型的第三实施例原理示意图。

图6为本实用新型保护效果示意图。

图7为本实用新型组网系统第一实施例示意图。

图8为本实用新型组网系统第二实施例示意图。

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

如图所示，1是电涌泄放通路，2是力探测器，2-1是测量回路，2-2是电源，2-3是力传感器，2-4是绝缘部件，3是防雷元件，4是过流保护装置，5是数据处理单元，6是判断装置，7是动作机构，8是常开触点，9是限流器，10是热保护装置，11是外壳，11’是另一外壳，12是旁路，13是信号传输线，14是复位开关，15是信号探测器，16是信号传输线1，17是过流保护装置探测器，18是信号传输线2，19是数据单元，20是连接线，21是连接端子，22是本新型电涌保护器，23是数据采集设备，24是监控设备，25是连接线1，26是数据线，27是网络交换设备。aa’是判断装置的输入端，bb’是判断装置的输出端。

图1为本实用新型的第一实施例结构示意图，在该实施例中本新型电涌保护器有过流保护装置(4)，所述防雷元件(3)与过流保护装置(4)串联构成电涌泄放通路(1)；所述热保护装置(10)位于防雷元件(3)电极上；所述力探测器(2)安装于电涌泄放通路(1)附近，与电涌泄放通路(1)绝缘，力探测器(2)中的测量回路(2-1)与电涌泄放通路(1)平行放置，力探测器(2)与判断装置(6)输入端(aa’)连接；所述判断装置(6)输出端(bb’)与动作机构(7)连接；所述动作机构(7)控制常开触点(8)动作；所述常开触点(8)与限流器(9)构成旁路(12)与防雷元件(3)并联；所述信号探测器(15)安装于防雷元件(3)表面，探测防雷元件(3)的温度、磁场、红外等信号，信号探测器(15)同时还探测热保护装置(10)的动作情况，并经过信号传输线1(16)输出给数据单元(19)；所述过流保护装置探测器(17)并联在过流保护装置(4)两端，探测过流保护装置(4)的状态，并经过信号传输线2(18)输出给数据单元(19)；所述数据单元(19)内置电源，也可以通过连接线(20)从连接端子(21)外部获取电源。

当电涌泄放通路(1)上有电流流过时，因为所述力探测器(2)中的测量回路(2-1)与电涌泄放通路(1)是平行放置的，且测量回路(2-1)中有持续的单一方向的电流，根据两平行导体电流同向相吸、异向相斥的原理，带电的测量回路必产生电动力(包括吸力和斥力)，而且电涌电流和工频电流的大小、方向、变化率、持续时间等参量不同，导致其流过电涌泄放通路(1)时对测量回路(2-1)产生的电动力的大小、方向、变化率也截然不同，力传感器(2-3)通过绝缘部件(2-4)对测量回路(2-1)上产生的不同电动力进行测量，并将其转化为不同的电流信号输出给判断装置(6)，判断装置(6)对电流信号进行放大和判断，并根据判断结果控制动作机构(7)，使动作机构(7)产生不同的动作，以达到防护的目的。过程中会出现以下四种情况：当判断结果为较小工频电流时，动作机构(7)不动作、常开触点(8)不闭合，由热保护装置(10)进行防护，此时信号探测器(15)能够检测到热保护装置(10)动作，可将此信号经过信号传输线1(16)发送给数据单元(19)，数据单元(19)通过连接线(20)、连接端子(21)与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等；当判断结果为动作盲区内的工频电流时，动作机构(7)动作、常开触点(8)闭合，所述常开触点(8)和限流器(9)串联组成的旁路(12)导通，由旁路(12)引至过流保护装置(4)进行防护，此时过流保护装置探测器(17)将检测到过流保护装置(9)已断开，可将此信号经过信号传输线2(18)发送给数据单元(19)，数据单元(19)通过连接线(20)向连接端子(21)外部设备发送信号，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等；当判断结果为大于动作盲区的工频电流时，动作机构(7)不动作、常开触点(8)不闭合，由过流保护装置(4)直接防护，此时过流保护装置探测器(17)将检测到过流保护装置(9)已断开，可将此信号经过信号传输线2(18)发送给数据单元(19)，数据单元(19)通过连接线(20)向连接端子(21)外部设备发送信号，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等；当判断结果为电涌电流时，由电涌泄放通路(1)正常泄放，此时信号探测器(15)能够检测到防雷元件(3)本身或电涌泄放通路(1)上温度、磁场、红外、电动力等信号的变化，从而分析雷电流大小、波形等信息，记录雷击时间，将此类信息经过信号传输线1(16)发送给数据单元(19)，数据单元(19)通过连接线(20)、连接端子(21)与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备等。

所述常开触点具有复位开关(示意图中未画出)；所述动作机构通过机械联动或电磁方式控制常开触点动作(图1所示实施例中所述动作机构(7)是通过电磁控制方式控制常开触点动作的，机械联动控制方式在此不赘述)。

所述防雷元件可以是压敏电阻、放电管、TVS等电子器件之一或其组合；所述限流器可以是电阻、电感、电容等电子器件之一或由其组合而成的电路；所述过流保护装置可以是熔断器或断路器。

图2为本实用新型的力探测器的内部放大图。所述力探测器(2)包括电源(2-2)、测量回路(2-1)、绝缘部件(2-4)、力传感器(2-3)，其中，电源(2-2)为测量回路(2-1)提供电能，在测量回路(2-1)中有持续的单一方向的电流；绝缘部件(2-4)的一端与测量回路(2-1)连接，另一端与力传感器(2-3)连接，力传感器(2-3)的输出端与判断装置(6)连接；所述测量回路(2-1)与电涌泄放通路(1)平行放置。

图3为本实用新型的第一实施例的原理示意图，与图1(第一实施例结构示意图)对应。图中画出了复位开关(14)和判断装置(6)内置的数据处理单元(5)，aa’是判断装置的输入端，bb’是判断装置的输出端。所述复位开关可使常开触点恢复常开状态。

图4为本实用新型的第三实施例原理示意图，该实施例的电涌保护器内没有过流保护装置(4)，仅包括电涌泄放通路(1)、力探测器(2)、防雷元件(3)、判断装置(6)、动作机构(7)、常开触点(8)、限流器(9)、热保护装置(10)、复位开关(14)、信号探测器(15)、信号传输线1(16)、过流保护装置探测器(17)、数据单元(19)、连接线(20)、连接端子(21)，其中aa’是判断装置的输入端，bb’是判断装置的输出端。因为电涌保护器在使用时，如果没有内置过流保护装置，那么后端必须串接过流保护装置，因此本实施例描述的新型电涌保护器在有工频电流通过时可以让其外置的过流保护装置及时动作而将电涌保护器脱离主电路。

图5为本实用新型的第四实施例原理示意图。该实施例中本新型电涌保护器的组成内容安装在不同的壳体中共同构成本实用新型。其中，力探测器(2)和过流保护装置(4)、过流保护装置探测器(17)置于同一壳体内，防雷元件(3)、判断装置(6)、动作机构(7)、常开触点(8)、限流器(9)、热保护装置(10)、复位开关(14)、信号探测器(15)、信号传输线1(16)、数据单元(19)、连接线(20)、连接端子(21)置于同一壳体，其中aa’是判断装置的输入端，bb’是判断装置的输出端。

图1、图3所示实施例中，本新型电涌保护器的防雷元件(3)、力探测器(2)、过流保护装置(4)、热保护装置(10)、限流器(9)、判断装置(6)、动作机构(7)、常开触点(8)、复位开关(14)、信号探测器(15)、信号传输线1(16)、过流保护装置探测器(17)、数据单元(19)、连接线(20)、连接端子(21)集成于一体，装于一壳体，满足了用电设备对电涌保护器通流容量、响应时间和电压保护水平三项指标的要求，增强了设备的可靠性，图4、图5所示实施例中本新型电涌保护器的组成封装在不同的模块中组合在一起共同构成本实用新型，便于安装使用，增强了实用性。

图6是本实用新型保护效果示意图。工频短路电流可分为三个部分：小工频短路电流，指热保护装置能够启动的电流范围；大工频短路电流，指过流保护装置能够启动的电流范围；而介于两者之间的、也是现有电涌保护器保护装置的工频短路电流的动作盲区，简称动作盲区。

图7为本实用新型组网系统第一实施例示意图，图中连接线1(25)将若干个本新型电涌保护器(22)连接在一起后与数据采集设备(23)相连，数据采集设备(23)通过数据线(26)与监控设备(24)相连。所述连接线1(25)接入本新型电涌保护器(22)的连接端子(21)，所述数据采集设备(23)可向内部数据单元(19)提供电源。所述连接线1(25)可以是485总线或CAN总线或其他线型。所述数据线(26)可以是网线、光纤或其他线型。

图8为本实用新型组网系统第二实施例示意图，图中网络交换设备(27)可采集多个数据采集设备(23)的数据，同时传输给监控设备(24)，构成电涌保护器(22)的智能监控网络。

利用本实用新型的技术方案，达到相应的技术效果的，或者在不脱离本实用新型的设计思想下的技术方案等同变换，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种新型电涌保护器，包括防雷元件、过流保护装置、热保护装置和外壳，所述防雷元件和过流保护装置串联构成电涌泄放通路，所述热保护装置位于防雷元件电极上，其特征在于：本新型电涌保护器还包括力探测器、限流器、判断装置、动作机构、常开触点、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子；所述力探测器安装在电涌泄放通路附近，并与判断装置输入端连接；所述判断装置输出端与动作机构连接；所述动作机构控制常开触点动作；所述常开触点和限流器串联组成旁路与防雷元件并联；所述信号探测器通过信号传输线与数据单元连接；所述过流保护装置探测器并联于过流保护装置两端，经过信号传输线与数据单元连接；所述数据单元通过连接线与连接端子连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：该新型电涌保护器可以没有过流保护装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述力探测器与电涌泄放通路绝缘。

4.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述力探测器包括电源、测量回路、绝缘部件、力传感器，电源为测量回路提供电能，在测量回路中有持续的单一方向的电流；绝缘部件的一端与测量回路连接，另一端与力传感器连接，力传感器的输出端与判断装置连接；所述测量回路与电涌泄放通路平行放置。

5.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述常开触点闭合后，在过流保护装置断开前不会再打开。

6.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述常开触点具有复位开关。

7.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述判断装置内设有电源和可以分析信号大小、方向、变化率、持续时间的数据处理单元，所述数据处理单元经判断装置输入端与力探测器相连。

8.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述动作机构通过机械联动或电磁方式控制常开触点动作。

9.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述防雷元件、力探测器、过流保护装置、热保护装置、限流器、判断装置、动作机构、常开触点、信号探测器、信号传输线、过流保护装置探测器、数据单元、连接线、连接端子可以位于同一壳体，也可以安装于不同壳体或封装在不同的模块中组合在一起。

10.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述限流器可以 是电阻、电感、电容之一或由其组合而成的电路。

11.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述过流保护装置可以是熔断器或断路器。

12.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述防雷元件可以是压敏电阻、放电管、TVS之一或其组合。

13.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述信号探测器安装于防雷元件电极表面或附近，或安装于电涌泄放通路附近。

14.根据权利要求1或2所述的一种新型电涌保护器，其特征在于：所述数据单元通过连接线、连接端子与外部设备相连，所述外部设备可以是数据采集设备、网络交换设备、监控设备。