CN210296273U - 浪涌保护器的后备保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浪涌保护器的后备保护器，包括动静触头单元，互感器单元，操作机构，及电磁脱扣器单元，还包括与互感器单元相连、用于驱动电磁脱扣器单元动作的驱动电路，该驱动电路包括可于互感器单元中获取电量的充电控制电路；于互感器单元感应雷电瞬时电流时，充电控制电路获取的电量小于电磁脱扣器单元动作所需电量；于互感器单元感应工频电流时，充电控制电路获取的电量可导通电磁脱扣器单元所在电流回路，以触发电磁脱扣器单元动作，驱动动静触头单元分断。本实用新型驱动电路可以区别工频电流信号和高压脉冲电流信号，并具有延时和滤波等功能，本实用新型产品具有低功耗、残压低、灵敏度高、操作简便、性能可靠，使用寿命长的优点。

Description

浪涌保护器的后备保护器

技术领域

本实用新型属于雷电电涌防护设备技术领域，尤其是涉及一种浪涌保护器的后备保护器。

背景技术

浪涌保护器，也叫防雷器，简称SPD，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯路线提供安全防护的电子装置，其适用于交流50/60HZ，额定电压220V/380V的供电系统中，对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护。依据相关标准（GB18802.1和GB50057）的相关规定，SPD回路前端必须串联过电流保护器（如熔断器和断路器），而当SPD失效或短路时，熔断器和断路器由于不能与SPD协调配合，导致发生火灾和设备遭雷击损坏的事故。目前与SPD大量配套使用的熔断器和断路器有以下几点缺点：1、雷电冲击时误分断、易损坏——防雷保护失效；2、SPD短路时发生工频续流不分断，SPD可能发生起火事故；3、雷电冲击电流残压高——设备防雷保护可靠性降低。

针对上述问题，本实用新型提供一种在大雷电冲击电流 (25kA 10/350μs，100kA8/20μs) 下不分断，确保SPD防雷保护有效；在SPD故障工频续流下确保电网及用电安全；雷电冲击残压低的浪涌保护器的后备保护器。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种残压低，分断能力强，使用寿命长的无间隙型浪涌保护器的后备保护器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种浪涌保护器的后备保护器，包括用于开通或断开浪涌保护器和主干电路电连接的动静触头单元，用于感应浪涌保护器和主干电路之间电流的互感器单元，操作机构，及用于配合操作机构驱动动静触头单元断开电连接的电磁脱扣器单元，还包括与互感器单元相连、用于驱动电磁脱扣器单元动作的驱动电路，该驱动电路包括可于互感器单元中获取电量的充电控制电路；于互感器单元感应雷电瞬时电流时，所述充电控制电路获取的电量小于电磁脱扣器单元动作所需电量，于互感器单元感应工频电流时，所述充电控制电路获取的电量可导通电磁脱扣器单元所在电流回路，以触发电磁脱扣器单元动作，驱动动静触头单元分断。

本实用新型中的充电控制电路前端能阻隔和释放大量高压脉冲电量，使得后端获取的电量小于电磁脱扣器单元动作所需电量，在互感器单元感应工频电流时，充电控制电路不会阻隔和释放能量。

进一步的，所述充电控制电路包括至少一充电电容和与电磁脱扣器单元串联的三极管，充电电容的正极与三极管的基极相连，于互感器单元感应雷电瞬时电流时，所述充电电容正极的电压小于触发三极管导通所需电压。

进一步的，所述驱动电路包括电压钳制电路和整流电路。

进一步的，所述电压钳制电路包括依次电连的压敏电阻、瞬态抑制二极管和高速二极管。

进一步的，所述电压钳制电路包括由两个并联的压敏电阻和与其并联的第三电容组成的脉冲吸收电路，共模电感，位于共模电感后侧的第四电容，与第四电容并联的瞬态抑制二极管，及与瞬态抑制二极管并联的高速二极管。

进一步的，所述第四电容和共模电感后侧的电感形成滤波单元。

进一步的，所述操作机构包括部分突出于浪涌保护器的后备保护器外壳的手柄，转动连接于外壳、至少部分与电磁脱扣器单元正对的基架，将基架向电磁脱扣器单元所在方向抵压的弹性件，通过传动杆与手柄相连的锁止机构，及一端与基架转动相连、另一端与动静触头单元连接的连杆组件，所述锁止机构包括可与电磁脱扣器单元顶杆配合的锁扣组件和可与锁扣组件咬合的跳扣，该跳扣转动连接于基架并与传动杆转动相连。

进一步的，所述连杆组件和基架之间设有用于驱动两者趋向于贴合状态的复位件；所述连杆组件和基架之间可克服复位件的弹性形成空行程，于该空行程下，基架和锁止机构相对静止，连杆组件可单独运动。

进一步的，所述锁扣组件包括可与跳扣咬合的第一锁扣和带有弹片的第二锁扣，该弹片与外壳相抵接。

进一步的，所述外壳上转动连接有复位板，该复位板位于电磁脱扣器单元顶杆和基架之间，所述基架侧面形成可与复位板相抵的凸部。

本实用新型的有益效果是：1）驱动电路可以区别工频电流信号和高压脉冲电流信号，并具有延时和滤波等功能，延时和滤波的功能可以实现区别信号的功能和促使动作的功能，在高压脉冲电流信号经过时，电磁脱扣器不会动作触发动触头和静触头分断；2）互感器输出的二次电流可作为驱动电磁脱扣器单元的电源，实现低功耗，甚至零功耗；3）残压低、灵敏度高、操作简便、性能可靠，使用寿命长。

附图说明

图1为本实用新型的驱动电路示意图。

图2为本实用新型的内部结构示意图。

图3为本实用新型的分解结构示意图。

图4为本实用新型操作机构的部分结构示意图一。

图5为本实用新型操作机构的部分结构示意图二。

图6为本实用新型电磁脱扣器单元的剖视结构示意图。

图7为本实用新型操作机构与动静触头单元配合的分解结构示意图。

图8为本实用新型操作机构与动静触头单元分断配合的结构示意图一。

图9为本实用新型操作机构与动静触头单元分断配合的结构示意图二。

图10为本实用新型操作机构与动静触头单元分断配合的结构示意图三。

图11为本实用新型操作机构与动静触头单元分断配合的结构示意图四。

图12为本实用新型从出厂状态的动静触头分断至合闸状态的中间过程结构示意图。

图13为本实用新型合闸状态的结构示意图。

图14为本实用新型合闸状态时的操作机构与接合状态下动静触头单元的配合结构示意图。

图15为图14中的A处结构放大图（带有空行程）。

图16为本实用新型工频电流经过时断开状态的结构示意图。

图17为本实用新型断开状态时的操作机构与分断状态下动静触头单元的配合结构示意图。

图18为图17中的B处结构放大图（空行程被克服）。

图19为本实用新型大电流斥开状态的结构示意图。

图20为本实用新型大电流斥开时的操作机构与分断状态下动静触头单元的配合结构示意图。

图21为图20中的C处结构放大图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

如图1、2所示，一种浪涌保护器的后备保护器，包括设于外壳6内的导电回路和控制回路，导电回路包括接线板41，主导线42，及与动触头11相连的软联结43，控制回路包括互感器单元2，线路板组件44，及电磁脱扣器单元3，线路板组件44设有输入端口和输出端口，电磁脱扣器单元3的线圈与线路板组件44对应的输出端口相连，互感器单元2外部缠绕一定匝数的二次线圈，二次线圈端部焊接到线路板组件44相应的输入端口。

如图6所示，电磁脱扣器单元3包括保护罩38，与保护罩38配合的罩壳39，位于保护罩38内的线圈及骨架36，磁轭37，支架34，固定在支架34上的磁钢33，一端与反力弹簧35相连的衔铁32，及一端与衔铁32相接触、另一端伸出罩壳39的顶杆31。

线路板组件44内带有驱动电路，驱动电路包括电压钳制电路、整流电路和充电控制电路，该充电控制电路包括至少一充电电容C和与电磁脱扣器单元3串联的三极管Q，三极管Q包括三个电极，分别是发射极e、基极b和集电极c，一电阻R1并联在三极管Q的基极b和发射极e之间，在电压达到一定值时，三极管Q才会达到饱和导通状态，形成电流通过电磁脱扣器单元3，导致电磁脱扣器单元3的动作；三极管Q的基极b与充电电容C的正极相连，于本实施例中，充电电容C的数量为两个，包括第一电容C1、第二电容C2，当然于其它实施例中，充电电容的数量也可以是一个或多个。

由于雷电或者系统电路产生的脉冲电流信号的频率和电压是无序和不可控的，所以使用压敏电阻、瞬态抑制二极管、高速二极管等电子元件组成的最优化设计作为电压钳制电路，在纳秒级的瞬间将该信号钳制在可控的范围内，阻断了后级的电磁脱扣器单元产生误动作。整流电路将二次输出信号由交流信号转化成直流信号，有利于后续的信号处理。

如图1所示，驱动电路包括电压钳制电路和整流电路，整流电路为现有的惯常设计不再赘述，电压钳制电路包括由两个并联的压敏电阻VDR1、VDR2和与其并联的第三电容C3组成的脉冲吸收电路，共模电感，位于共模电感后侧的第四电容C4，与第四电容C4并联的瞬态抑制二极管TVS，及与瞬态抑制二极管TVS并联的高速二极管D1、D2。

压敏电阻VDR1、VDR2并联于电路中，当电路在正常使用时，压敏电阻VDR1、VDR2呈高阻状态,该支路片呈断路状态，当加在雷电感应信号输入时,压敏电阻VDR1、VDR2就会击穿，呈现低阻值,甚至接近短路状态，将电压钳制在安全范围内，保护线路板受损。

两个压敏电阻VDR1、VDR2并联使用的残压要远远小于单一压敏的残压。同时并联使用减轻单个压敏电阻的负载能力，将能量均分到两个电阻上，防止因能量过大，对压敏电阻不可恢复的损害。压敏电阻与第三电容C3并联形成脉冲吸收电路，对感性负载突然开闭引起的感应脉冲进行吸收，以防止元件受到破坏和产生干扰。

共模电感起电磁干扰滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

共模电感后侧的电感L与第四电容C4起到滤波的作用。

瞬态抑制二极管TVS作用将前置电路剩余的高频雷电信号进一步吸收，使输出电压钳制在安全的预设值，有效的保护电子元件免受各种雷击电流的冲击损坏。

高速二极管D1、D2使整流输入侧电压钳制在一定的范围内，防止因电压过高，使线路板劣化或失效。高速二极管D1和高速二极管D2反向连接，可以对传输过来的正反信号都产生钳制作用。

通过压敏电阻VDR1、VDR2、瞬态抑制二极管TVS、高速二极管D1、D2等电子元件的组合，将各频段的雷电脉冲信号全部进行拦截和吸收，避免雷电脉冲高电压对线路板造成损坏。

充电回路三极管Q配合，在雷电脉冲输入时，利用其时间短，无法使三极管Q导通这一原理，使得电磁脱扣器不动作；工频电流时，经过允许特定（使脱扣器释放）方向的电流输入的二极管D7和阻值较小的R2，持续向电容C1、C2充电，当电容正极的电压值达到了使三极管饱和导通的电压，电磁脱扣器动作。

在初始状态时，动静触头单元1的动触头11和静触头12处于闭合导通状态，当遭到雷电电击时，互感器单元2感应到雷电的瞬时电流，将信号输送到线路板组件44的输入端口，瞬时电流经过电压钳制电路和整流电路后，进入充电控制电路，由于雷电的瞬时电流时间太短，无法给充电电容C提供足够的电量，即充电电容C正极的电压较小，三极管Q无法达到饱和导通的状态，也就是说电磁脱扣器单元3所在电流回路无法导通，此时电磁脱扣器不动作，无法触发动静触头单元1分断，动触头11和静触头12依然处于闭合状态，雷电瞬时电流接地泄放。

当工频电流经过时，互感器单元2感应到工频电流，其可以直接进入充电控制电路给充电电容持续充电，提供足够的电量，即充电电容正极的电压值达到了使三极管饱和导通的电压，也就是说电磁脱扣器单元3所在电流回路导通，此时电磁脱扣器动作，顶杆31伸出触发动静触头单元1分断，动触头11和静触头12分离，浪涌保护器的后备保护器断开。

如图3-5、7-11所示操作机构包括手柄51，部分结构与电磁脱扣器单元3正对的基架52，一端与浪涌保护器的后备保护器外壳6相抵、一端与基架52相抵将其向电磁脱扣器单元3所在方向抵压的弹性件53，一端与手柄51相连、另一端与锁止机构55相连的传动杆54，及一端与基架52转动相连、另一端与动静触头单元1连接的连杆组件56；锁止机构55包括锁扣组件551和可以与锁扣组件551咬合的跳扣552，锁扣组件551又包括第一锁扣553和带有弹片554的第二锁扣555；连杆组件56和基架52之间安装有复位件57，该复位件57用于将连杆组件56的端部与基架52贴合并相抵；连杆组件56包括与基架52相连的第一连杆561和通过连杆铆钉564与第一连杆561转动相连的第二连杆562，第二连杆562的端部连接有动触头11，静触头12固定连接在浪涌保护器的后备保护器的外壳6上，静触头12的端部焊接有铜钨材料的静触点；第一连杆561上卡设有复位件57，于本实施例中，复位件57为扭簧，其一端与第一连杆561上的凹槽563相抵，另一端与基架52相抵，从而使得第一连杆561的一侧面与基架52相贴合抵接。

手柄51包括伸出浪涌保护器的后备保护器外壳6的施力部511，与传动杆54一端相连的中空环512，及一端卡设在中空环512上的手柄弹簧513；基架52通过基架轴522与浪涌保护器的后备保护器外壳6转动相连，跳扣552通过跳扣轴556与基架52转动相连，第一锁扣553通过第一锁扣轴557与基架52转动相连，第二锁扣555与第一锁扣553相对固定连接，且第一锁扣553和第二锁扣555分别位于基架52的两侧；传动杆54呈V字形结构，其一端固定连接在手柄51的中空环512上，另一端固定连接在跳扣552上。

在出厂状态下，在手柄弹簧513的作用下手柄51位于最左端靠在浪涌保护器的后备保护器外壳6上，动静触头单元1的动触头11和静触头12处于分断状态，锁止机构55的第一锁扣553和跳扣552处于相接触但没有咬合的状态（即第一锁扣553和跳扣552为线接触，非面接触状态），完成浪涌保护器的后备保护器的安装后，手动顺时针旋转手柄51，通过V字形的传动杆54驱动跳扣552逆时针转动实现跳扣552和第一锁扣553的咬合锁止，从而带动基架52、跳扣552、第一锁扣553和第二锁扣555整体顺时针转动，带动第一连杆561顺时针转动，由于动触头12的旋转轴121相对不动，从而第二连杆562带动动触头11逆时针转动与静触头12接合，此时手柄51旋转至竖直稍偏左位置，如图11所示；

如图13-15所示，继续手动顺时针旋转手柄51，在动触头11和静触头12已处于接触的状态下，基架52、跳扣552、第一锁扣553和第二锁扣555整体继续顺时针转动，直到手柄51转动至右侧端点，处于合闸位置，此时弹性件53处于压缩状态，由于动触头11的运动位置受限，基架52继续顺时针转动克服复位件57的弹力，与第一连杆561相贴合的一侧面远离第一连杆561，形成空行程58。

如图16-18所示，当工频电流经过时，互感器单元2感应的信号通过二次线圈输入到线路板组件44的驱动电路，经过整流电路和电压钳制电路的整流和滤波作用后，将信号传递到充电控制电路，通过电磁脱扣器线圈，产生一个反向的电磁力，克服一部分电磁钢33的吸力，使得“反力电磁力+弹簧力＞磁钢吸力”，衔铁32释放，电磁脱扣器动作顶杆31弹出，顶杆31右移顶在复位板61的下端，复位板61绕着复位板转轴611逆时针转动，接触第一锁扣553，使得第一锁扣553逆时针转动解除和跳扣552的咬合，同时基架52由于没有受到其它外力的作用，在弹性件53的推力作用下逆时针转动，上述的空行程58被消除，基架52和第一连杆561重新回到贴合相抵的状态，然后推动第一连杆561顺时针转动，带动第二连杆562运动，带动动触头11顺时针转动，实现动触头11和静触头12的分断；

由于跳扣552和第一锁扣553解除锁止，在被压缩的弹性件53的回复力作用下，基架52绕着基架轴522逆时针转动，同时，在跳扣552和第一锁扣553解锁的瞬间，跳扣552逆时针转动，第一锁扣553也逆时针转动，手柄51在手柄弹簧513的作用下逆时针转动至初始状态，紧接着第二锁扣555上的弹片554在受到浪涌保护器的后备保护器外壳6的挤压下，使得第二锁扣555又带着第一锁扣553同步顺时针旋转，使得跳扣552和第一锁扣553处于出厂状态的相接触但没有咬合状态（即第一锁扣553和跳扣552为线接触，非面接触状态），即回到分闸状态，同时手柄51通过传动杆54将跳扣552恢复至原位；此时由于基架52上的凸部521推动复位板61顺时针转动，使得复位板61下端将电磁脱扣器单元3的顶杆31推回内部，电磁脱扣器单元3重新吸合。

如图19-21所示，当线路遭受10/350μs或8/20μs等雷电电磁脉冲电流或瞬时异常大电流的侵入时， 动触头11在电动斥力的作用下迅速斥开，顺时针转动，驱动第二连杆562转动，带动第一连杆561顺时针转动，操作机构5仍保持锁止合闸的状态，又因为雷电电流经过的时间很短，电磁脱扣器单元3不动作，因此在复位件57的作用下，动触头11可以恢复至与静触头12接合的状态，由于导电回路处于导通状态，雷电或瞬时大电流直接依次通过动静触头单元1、软联结43、主导线42、接线板41，经过浪涌保护器，流入大地。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种浪涌保护器的后备保护器，包括用于开通或断开浪涌保护器和主干电路电连接的动静触头单元（1），用于感应浪涌保护器和主干电路之间电流的互感器单元（2），操作机构（5），及用于配合操作机构（5）驱动动静触头单元（1）断开电连接的电磁脱扣器单元（3），其特征在于：还包括与互感器单元（2）相连、用于驱动电磁脱扣器单元（3）动作的驱动电路，该驱动电路包括可于互感器单元（2）中获取电量的充电控制电路；于互感器单元（2）感应雷电瞬时电流时，所述充电控制电路获取的电量小于电磁脱扣器单元（3）动作所需电量，于互感器单元（2）感应工频电流时，所述充电控制电路获取的电量可导通电磁脱扣器单元（3）所在电流回路，以触发电磁脱扣器单元（3）动作，驱动动静触头单元（1）分断。

2.根据权利要求1所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述充电控制电路包括至少一充电电容和与电磁脱扣器单元（3）串联的三极管，充电电容的正极与三极管的基极相连，于互感器单元（2）感应雷电瞬时电流时，所述充电电容正极的电压小于触发三极管导通所需电压。

3.根据权利要求1或2所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述驱动电路包括电压钳制电路和整流电路。

4.根据权利要求3所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述电压钳制电路包括依次电连的压敏电阻、瞬态抑制二极管和高速二极管。

5.根据权利要求3所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述电压钳制电路包括由两个并联的压敏电阻和与其并联的第三电容组成的脉冲吸收电路，共模电感，位于共模电感后侧的第四电容，与第四电容并联的瞬态抑制二极管，及与瞬态抑制二极管并联的高速二极管。

6.根据权利要求5所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述第四电容和共模电感后侧的电感形成滤波单元。

7.根据权利要求1所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述操作机构（5）包括部分突出于浪涌保护器的后备保护器外壳（6）的手柄（51），转动连接于外壳（6）、至少部分与电磁脱扣器单元（3）正对的基架（52），将基架（52）向电磁脱扣器单元（3）所在方向抵压的弹性件（53），通过传动杆（54）与手柄（51）相连的锁止机构（55），及一端与基架（52）转动相连、另一端与动静触头单元（1）连接的连杆组件（56），所述锁止机构（55）包括可与电磁脱扣器单元（3）顶杆（31）配合的锁扣组件（551）和可与锁扣组件（551）咬合的跳扣（552），该跳扣（552）转动连接于基架（52）并与传动杆（54）转动相连。

8.根据权利要求7所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述连杆组件（56）和基架（52）之间设有用于驱动两者趋向于贴合状态的复位件（57）；所述连杆组件（56）和基架（52）之间可克服复位件（57）的弹性形成空行程（58），于该空行程（58）下，基架（52）和锁止机构（55）相对静止，连杆组件（56）可单独运动。

9.根据权利要求7所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述锁扣组件（551）包括可与跳扣（552）咬合的第一锁扣（553）和带有弹片（554）的第二锁扣（555），该弹片（554）与外壳（6）相抵接。

10.根据权利要求7所述的浪涌保护器的后备保护器，其特征在于：所述外壳（6）上转动连接有复位板（61），该复位板（61）位于电磁脱扣器单元（3）顶杆（31）和基架（52）之间，所述基架（52）侧面形成可与复位板（61）相抵的凸部（521）。

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