CN205081464U - 一种交流电不接地防雷结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种交流电不接地防雷结构，防雷结构为在相线上串接有一个以上的雷电流耦合器，每个雷电流耦合器的初级输出口和雷电流耦合器次级的输入同名端之间串接有一个以上的热耗散元件，雷电流耦合器的次级输入异名端与初级输入端连接到一起或雷电流耦合器的次级输入异名端与弱地线连接。本实用新型为无地或弱地情况下的雷电防护提供了可能，解决了大量户外设备无法接地时的防护问题。本实用新型应用时施工安装简单，工程人员可根据现场情况轻易判断无地或弱地的施工条件，并且可以方便切换拓扑连接，且本实用新型成本低廉设计简单。

Description

一种交流电不接地防雷结构

技术领域

本实用新型公开一种防雷电路结构，特别是一种交流电不接地防雷结构。

背景技术

雷电灾害是国际公布的十种最严重的自然灾害中的一种。每年雷电灾害事故频繁，涉及面广，对广大人民群众的生命财产安全构成严重威胁。

现有技术主要的防护雷电流手段就是SPD的对地泄放或是在系统内构建等电位连接，希望雷电流入侵时系统内处处电位相等，进而防止产生内部电流达到减少损害的目的。目前，针对雷电流的防御措施主要还是通过SPD进行对地泄放，方法是将SPD一端并联在受保护设备上另一端连接到接地网，其目的是当雷电流侵入时受保护设备端电压抬升，当电压达到SPD的启动电压后，SPD呈现近似短路状态，将雷电流引入大地。

实际上不论用何种方法，都要求有非常好的接地，即便是构建了等电位连接也要求必须有良好的接地，以达到释放雷电流能量的目的。就目前的通用的防雷技术而言，都必须建造一个良好接地的“地网”，这个地网必须有很小的接地电阻，否则雷电流能量无法消耗，必将在系统内产生高压，从而击穿绝缘或对空气放电发生高热、高磁、电磁风暴等等不可预计的损害。然而由于复杂的地质、水土和气候条件，使得接地网的设计和施工难度很高，尤其一些特殊环境的接地尤为困难，比如高山、盐碱地、高原、冻土、戈壁……等等。地质条件的问题还只是一个方面，随着科技的发展，设备逐渐小型化、分布化、廉价化，比如通信系统的4G分布式基站和公安系统的城市安全监控设备，这些设备数量众多但又缺一不可，一旦一个节点设备损坏就会带来盲点，为人们的生活带来不便或不安。

这些设备的出现为现有防雷技术带来了比自然条件制约更大的困难：

1.接地工程耗费财力巨大。庞杂的设备网络无处不在，每一个节点都要做接地网的话恐怕要把整个城市的地下都用钢筋连接起来才行，根本无法做到。

2.接地工程不经济。试想一下，一个4G分布式基站才几千元成本、一个监控设备成本更低。而一个接地网要达到能够防雷的基本要求，其成本也在几千到上万元。为了保护一个几千元的设备要上万元的接地，显然是不合适的。

3.大部分节点无法做地网。随着城市化进程的不断推进，城市遍布街道、高楼、水管、煤气、光缆、电线……这些地方不允许也不能开挖土壤进行地网施工。

所以，现有的情况对以接地系统为依托的传统防雷体系带来了严峻的挑战。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的传统的防雷方式都是将雷电流通过接地装置引入到大地的缺点，本实用新型提供一种新的交流电不接地防雷结构，其通过耗散元件将雷电流的引导转移改变为使雷电流做功，从而完成雷电流能量的耗散。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种交流电不接地防雷结构，防雷结构为在相线上串接有一个以上的雷电流耦合器，每个雷电流耦合器的初级输出口和雷电流耦合器次级的输入同名端之间串接有一个以上的热耗散元件，雷电流耦合器的次级输入异名端与初级输入端连接到一起。

一种交流电不接地防雷结构，防雷结构为在相线上串接有一个以上的雷电流耦合器，每个雷电流耦合器的初级输出口和雷电流耦合器次级的输入同名端之间串接有一个以上的热耗散元件，雷电流耦合器的次级输入异名端与零线连接。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的雷电流耦合器为高频耦合器件，能量频谱段为1KHz-1MHz。

所述的热耗散元件采用耗散压敏电阻、放电管、瞬态抑制二极管、固定电阻器以及半导体放电管中的一种或多种的组合。

所述的交流电为单相交流电源线路或三相电源线路。

本实用新型的有益效果是：本实用新型改变了雷电能量的转移方式，将雷电流的引导转移改变为使雷电流做功，从而完成雷电流能量的耗散。因此说，本实用新型的本质是将雷电能量从电能转化成其他形式的能量(如热能)，并将其耗散的方式完成雷电能量转移的，应用本实用新型的设备可以在不接地或弱地的情况下完成对系统的防雷保护，尤其对小型感应雷击有很好的防护效果。

本实用新型既可在完全无接地条件下进行雷电防护，也可在弱接地条件下进行雷电防护。本实用新型使用电磁耦合方式实现内部环流，进而使能量转移，利用雷电流做功实现雷电能量耗散。

本实用新型为无地或弱地情况下的雷电防护提供了可能，解决了大量户外设备无法接地时的防护问题。本实用新型应用时施工安装简单，工程人员可根据现场情况轻易判断无地或弱地的施工条件，并且可以方便切换拓扑连接，且本实用新型成本低廉设计简单。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例一电路结构原理图。

图2为本实用新型实施例二电路结构原理图。

图3为本实用新型实施例三电路结构原理图。

图4为本实用新型实施例四电路结构原理图。

图5为本实用新型实施例五电路结构原理图。

图6为本实用新型实施例六电路结构原理图。

图7为本实用新型实施例七电路结构原理图。

图8为本实用新型实施例八电路结构原理图。

图9为本实用新型单相交流电源线路电路结构原理图。

图10为本实用新型三相电源线路电路结构原理图。

图11为本实用新型完全无接地条件电路结构原理图。

图12为本实用新型接弱地条件电路结构原理图。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。

本实用新型旨在提出一种可以在完全无接地系统或只有弱接地系统(二者在本实用新型中统称为不接地，本实用新型中的接地是专指通过接地装置将雷电流引入大地，从而实现雷电能量的转移，他本质上是通过将侵入系统的雷电能量转移到大地的方式，完成保护系统的目的。)的情况下，实现雷电防护的方法，为防雷技术体系发展进行有效和有益的补充。

请参看附图9和附图10，本实用新型为一种交流电不接地防雷结构，其在相线上串接有一个以上的雷电流耦合器M，雷电流耦合器M的初级输出口和雷电流耦合器M次级的输入同名端之间串接有一个以上的热耗散元件，本实施例中，热耗散元件可采用耗散压敏电阻、放电管、瞬态抑制二极管、固定电阻器以及半导体放电管等中的一种或多种的组合，下面将以压敏电阻为例，对本实用新型结构做进一步说明，具体实施时，也可以用其他热耗散元件替换。本实施例中采用的雷电流耦合器为高频耦合器件，只针对雷电流的主要能量频谱段为1KHz-1MHz进行耦合，对工频或直流工作电流几乎没有影响。

完全无接地时，雷电流耦合器M的次级输入异名端与初级输入端连接到一起；当有弱地接地时，雷电流耦合器M的次级输入异名端接弱地，本实施例中，将雷电流耦合器M的次级输入异名端连接在零线(或称地线)上。

请参看附图9，本实施例中，为单相交流电源线路，其中，一个以上的雷电流耦合器M串接在火线上，雷电流耦合器M的次级输入异名端连接在零线(或称地线)上。

请参看附图10，本实施例中，为三相电源线路，其中，每条相线上串接有一个以上的雷电流耦合器M，雷电流耦合器M的次级输入异名端连接在零线(或称地线)上。

下面将以几个具体实例对本实用新型进行具体说明：

实施例一：请参看附图1，本实施例为完全无接地情况下，热耗散元件采用电阻器时的结构原理图。

实施例二：请参看附图2，本实施例为接弱地情况下，热耗散元件采用电阻器时的结构原理图。

实施例三：请参看附图3，本实施例为完全无接地情况下，热耗散元件采用放电管时的结构原理图。

实施例四：请参看附图4，本实施例为接弱地情况下，热耗散元件采用放电管时的结构原理图。

实施例五：请参看附图5，本实施例为完全无接地情况下，热耗散元件采用串联的压敏电阻和放电管时的结构原理图。

实施例六：请参看附图6，本实施例为接弱地情况下，热耗散元件采用串联的压敏电阻和放电管时的结构原理图。

实施例七：请参看附图7，本实施例为完全无接地情况下，热耗散元件采用瞬态抑制二极管时的结构原理图。

实施例八：请参看附图8，本实施例为接弱地情况下，热耗散元件采用瞬态抑制二极管时的结构原理图。

由接地场景不同，本实用新型分为完全无地情况和弱地情况两种拓扑结构，在有弱地的情况下可以进行雷能量的引导和耗散两种方式同时进行，从而提高防护效果。工程人员也可以在施工过程中通过对现场情况的基本判断，很方便的进行切换。

请参看附图11，本实施例为完全无接地条件的工作原理：

(1)、当雷电流沿导线入侵系统时，在其流通路径中接入一个雷电流耦合器M；

(2)、将一个热耗散压敏电阻VR一端连接到雷电流耦合器M的初级输出口上，另一端连接到雷电流耦合器M次级的输入同名端，最后将次级输入异名端与初级输入端连接到一起；

(3)、正常情况下耗散压敏电阻VR不导通，整个电路处于关断状态，对系统无任何影响；

(4)、在雷电流沿导线入侵系统时，由于雷电流耦合器M的存在，会在热耗散压敏电阻VR两端产生一组方向相反的感生电势，加速压敏电阻VR的导通；

(5)、当压敏电阻VR两端电势差达到其启动电压后，压敏电阻VR导通并呈现近似短路状态，会将感生的雷电流能量尽数吸收，产生内部环流，并使雷电流做功产生热能；

(6)、此时压敏电阻VR上会产生高热，并通过散热片耗散；

(7)、通过以上过程会耗散雷电流大部分的能量，从而保护系统不受损害。

请参看附图12，本实施例为有接入弱地(本实施例中，所谓弱地，是指接地电阻很大达不到传统防雷要求，或没有设计接地却有金属连接到大地等等诸如此类的情况。比如说路灯的金属杆或水泥电线杆的金属拉线等都属于这种情况。工程施工中遇到弱地的情况很多，传统防雷工程中难以区分使用，而使用本实用新型的技术可以最大程度的利用现场条件。应用本实用新型的设备，在弱地条件下不必考虑具体接地电阻值的大小，均可按照本实用新型的弱地拓扑结构连接。)条件的工作原理：

(1)、雷电流沿导线入侵系统时，在其流通路径中接入一个雷电流耦合器M；

(2)、将一个热耗散压敏电阻VR一端连接到雷电流耦合器初级输出口上，另一端连接到耦合器次级的输入异名端，最后将次级输入同名端与弱地连接到一起；

(3)、正常情况下耗散压敏电阻VR不导通，整个电路处于关断状态，对系统无任何影响；

(4)、在雷电流沿导线入侵系统时，由于雷电流耦合器M的存在，会在热耗散压敏电阻VR一端产生高电势，促使压敏电阻VR导通；

(5)、当压敏电阻VR两端电势差达到其启动电压后，压敏电阻VR导通并呈现近似短路状态，会将感生的雷电流能量吸收，产生内部环流，并使雷电流做功产生热能；

(6)、此时压敏电阻VR上会产生高热，并通过散热片耗散；

(7)、而在弱地端会感生一个方向相反的电势，形成感生灌拉电势，加速将残余雷电流泄放到大地中，并且降低内部环流的大小，减小压敏电阻VR的发热能耗，使压敏电阻VR寿命延长。

(8)、通过以上过程会耗散雷电流大部分的能量，从而保护系统不受损害。

某些特定情况下弱地线甚至可以使用电源零线、中性线、直流电源负极、直流电源正极、屏蔽线、屏蔽层、隔离变压器隔离层等等代替。

本实用新型改变了雷电能量的转移方式，将雷电流的引导转移改变为使雷电流做功，从而完成雷电流能量的耗散。因此说，本实用新型的本质是将雷电能量从电能转化成其他形式的能量(如热能)，并将其耗散的方式完成雷电能量转移的，应用本实用新型的设备可以在不接地或弱地的情况下完成对系统的防雷保护，尤其对小型感应雷击有很好的防护效果。

本实用新型既可在完全无接地条件下进行雷电防护，也可在弱接地条件下进行雷电防护。本实用新型使用电磁耦合方式实现内部环流，进而使能量转移，利用雷电流做功实现雷电能量耗散。

本实用新型为无地或弱地情况下的雷电防护提供了可能，解决了大量户外设备无法接地时的防护问题。本实用新型应用时施工安装简单，工程人员可根据现场情况轻易判断无地或弱地的施工条件，并且可以方便切换拓扑连接，且本实用新型成本低廉设计简单。

Claims (8)

1.一种交流电不接地防雷结构，其特征是：所述的防雷结构为在相线上串接有一个以上的雷电流耦合器，每个雷电流耦合器的初级输出口和雷电流耦合器次级的输入同名端之间串接有一个以上的热耗散元件，雷电流耦合器的次级输入异名端与初级输入端连接到一起。

2.根据权利要求1所述的交流电不接地防雷结构，其特征是：所述的雷电流耦合器为高频耦合器件，能量频谱段为1KHz-1MHz。

3.根据权利要求1所述的交流电不接地防雷结构，其特征是：所述的热耗散元件采用耗散压敏电阻、放电管、瞬态抑制二极管、固定电阻器以及半导体放电管中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的交流电不接地防雷结构，其特征是：所述的交流电为单相交流电源线路或三相电源线路。

5.一种交流电不接地防雷结构，其特征是：所述的防雷结构为在相线上串接有一个以上的雷电流耦合器，每个雷电流耦合器的初级输出口和雷电流耦合器次级的输入同名端之间串接有一个以上的热耗散元件，雷电流耦合器的次级输入异名端与零线连接。

6.根据权利要求5所述的交流电不接地防雷结构，其特征是：所述的雷电流耦合器为高频耦合器件，能量频谱段为1KHz-1MHz。

7.根据权利要求5所述的交流电不接地防雷结构，其特征是：所述的热耗散元件采用耗散压敏电阻、放电管、瞬态抑制二极管、固定电阻器以及半导体放电管中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求5所述的交流电不接地防雷结构，其特征是：所述的交流电为单相交流电源线路或三相电源线路。