CN2433760Y - 防雷电过电压的综合保护设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于保护用电设备不受雷电等损坏的防雷电过电压的综合保护设备。它包括第1避雷器单元(2),以及设置在所述第1避雷器单元(2)与用电设备之间的即时响应单元(3),以及分别并联在所述第5至第7电感单元(L12、L22、L32)的连接用电设备的一端与零线之间的第1至第3电容元件(C1、C2、C3),和并联在所述第8电感元件(L42)的连接用电设备的一端与地线之间的第4电容元件(C4)。这种设备改善了保护性能,并改进了供电电网功率因数,还能够防止谐波和电磁干扰。
Description
本实用新型涉及一种用于保护用电设备不受雷电或过电压损坏的防雷电过电压的综合保护设备。
目前，诸如计算机、变频器、中频淬火设备、开关电源、通信设备、视听设备和广播设备之类的电力电子产品已经被广泛使用于日常工作和生活中。但是由于现有的雷电、过电压保护产品技术上仍然存在问题，常常发生这类电子电力产品遭雷击损坏等现象。本申请的发明人研究发现，现有技术中的雷电、过电压保护产品主要存在以下问题：
目前避雷器主要有氧化锌压敏电阻避雷器、放电管避雷器以及间隙避雷器三种，不论是氧化锌压敏电阻的击穿、导电，还是放电管避雷器和间隙避雷器电离介质达到泄流目的，都需要一定时间。这三种避雷器对雷电波响应的延时量随通流量增加而增大，故在遭到雷击或过电压时，可能避雷器还未及工作，用电设备已经损坏。
并且，在使用一般的避雷器时，雷电波通过避雷器产生的泄流量在接地电阻上产生的高电压将会使被保护设备的接地点产生大的冲击电压，这对于用电设备是不允许的。
通常，避雷器的残压比大约2.5-3，由于其启动电压设置为470V或560V为宜，在遭到雷击时残压为1200到1700V，这是许多用电设备所不允许的电压。
另外，在现有技术中常使用多级并联避雷器，由于前级避雷器的通流量大于后级，前级避雷器的延时现象更甚于后级，故在遭到雷击时，可能后级避雷器先遭到雷击，而前级避雷器还来不及起作用，从而多级并联避雷器未必能够达到预定的避雷效果。
此外，还应该考虑谐波干扰和电磁干扰可能对用电设备产生的损坏。在用电设备工作时，设备本身产生的谐波和供电网中寄生的电感和电容可能构成谐振条件，致使供电设备被谐振高压击穿损坏；在通信设备中，电磁干扰会影响中继系统的正常工作。
由于上面的这些原因，使现有技术中的雷电和过电压保护产品未能达到满意的效果。
本实用新型的目的是克服上述问题，提供一种性能优良的防防雷电过电压的综合保护设备。
本实用新型的另一个目的是提供一种能够改进供电电网功率因数的综合保护设备。
本实用新型的再一个目的是提供一种能够防谐波和电磁干扰的综合保护设备。
为此，本实用新型提供了一种设置在交流电源与用电设备之间，用于至少防雷电和过电压的综合保护设备，它包括第1避雷器单元，所述第一避雷器单元由连接在所述交流电源各相火线与零线之间的第1至3避雷器，以及连接在零线与地线之间的第4避雷器构成，该保护设备还包含设置在所述第1避雷器单元与用电设备之间的即时响应单元，所述即时响应单元包括：串联在所述第1避雷器单元与用电设备之间的交流电源各相火线上的第5至第7电感元件，以及串联在所述第1避雷器单元与用电设备之间的零线上的第8电感元件：分别并联在所述第5至第7电感单元的连接用电设备的一端与零线之间的第1至第3电容元件，和并联在所述第8电感元件的连接用电设备的一端与地线之间的第4电容元件。
本实用新型的保护设备能够吸收20KA；8/20μs雷击过电压冲击波，残压小于700V；能够吸收2×106伏·微秒的浪涌过电压冲击波，残压小于700V。
本实用新型通过上述设计，还具有良好的防高频电磁谐波和电磁干扰的作用。电感元件和电容元件在电路中具有低通滤波器的作用，使附着在馈电线路中进入保护设备的1500赫兹以上的高频电波和高次谐波都得到最大限度的衰减，对被保护设备产生的高次谐波和高频电波给予吸收，使之不能影响外界电网。
另外，保护设备自身外壳构成一个完整的金属屏蔽罩，只要用户的接地系统良好，结合低通滤波器，可以对高频电磁波干扰予以吸收，具有电磁兼容的功能。
上述这种防雷电过电压的综合保护设备能够克服现有技术中延时、冲击电压、残压高、以及谐波干扰和电磁干扰等问题，为被保护用电设备的安全和正常工作提供更加有力的保障。
下面，结合附图，说明根据本实用新型的一个较佳实施例的防雷电过电压的综合保护设备。
图1是本实用新型的一个较佳实施例的防雷电过电压的综合保护设备的电路图。
如图1所示，该综合保护设备包括电感单元1、第1避雷器单元2、即时响应单元3、第2避雷器单元4、以及第9至第10避雷器组5-1、5-2、5-3。
电感单元1由串联在交流电源各相火线上的第1电感元件至第3电感元件L11、L21、L31和串联在零线上的第4电感元件L41构成，其中，第1至第4电感元件可以绕制在同一铁芯上。由于它具有阻碍高频电流通过的特点，可以用来推斥雷电波和过电压。能够克服前面所述的“引雷”现象。当有雷电落到被保护设备上时，电感单元1将推斥该雷电。如果雷电波冲击的幅值较小，能量低，并且在被保护设备所连接的干线上有其它可以落雷的地方，则可以通过该电路排除雷击脉冲；如果雷电波冲击的幅值较大，能量高，该电感电路至少能够使脉冲的前沿变缓，减小被保护设备在很短的时间内所受到的雷电波冲击，由此，也减小了后级电路的电流，降低雷电波流经接地电阻时产生的瞬态压降，避免了大的冲击电压破坏被保护设备。
即时响应单元3包括一端分别与第1至第4电感元件L11、L21、L31、L41连接，另一端分别与用电设备连接的第5至第8电感元件L12、L22、L32、L42，以及分别并联在所述第5电感元件至第8电感元件L12、L22、L32、L42的另一端与零线及地线之间的第1电容元件至第4电容元件C1、C2、C3、C4。它能够克服普通避雷器存在的延时现象，在第1避雷器单元2还未对被保护设备上的雷电波产生响应时阻挡所述雷电波和过电压的通过，确保被保护设备免受雷电冲击而损坏。当有高频的雷电波通过由上述电感元件和电容元件构成的即时响应电路3时，通过电感和电容对高频的交变电流的不同的阻碍作用，进行分压，从而降低用电设备处的电压。通过测试知道，当有雷电打到被保护设备上时，图1中的用电设备处的电压一般在700V左右，该值达到了国际和国家避雷器标准。因此，通过设置即时响应单元3，避免了雷电波在第1避雷器单元2因延时而未及工作时就将被保护设备打坏的情况。
第1避雷器单元2设置在电感单元1与即时响应单元3之间，它由连接在交流电源各相火线与零线之间的第1至第3避雷器DR1、DR2、DR3以及连接在零线与地线之间的第4避雷器DR4构成，本实施例中选用的是高性能氧化锌压敏电阻避雷器。该电路在雷电波经过电感单元1，并受到即时响应电路3的阻碍后数十或数百纳秒后起作用。当上述即时响应单元3吸收后的过电压大于压敏电阻DR1至DR4的压敏电压时，它们开始和上述电感元件和电容元件共同吸收过电压冲击波能量，DR1-DR4所吸收的能量将通过地端放电，从而保证被保护设备免受雷电冲击。保证被保护设备的运行可靠性。
第2避雷器单元4设置在即时响应单元3与用电设备之间，它包括分别并联在交流电源地线与零线、以及各相火线与零线之间的第5至第8避雷器DR5、DR6、DR7、DR8。
第9至第11避雷器组5-1、5-2、5-3分别与第2避雷器单元4的第6至第8避雷器并联，其中，第9避雷器组5-1由第1可控硅开关电路及与之并联的第9避雷器DR9构成；所述第10避雷器组5-2由第2可控硅开关电路及与之并联的第10避雷器DR10构成；所述第11避雷器组5-3由第3可控硅开关电路及与之并联的第11避雷器DR11构成。当雷电波能量大，第1避雷器单元2无法全部吸收时，第2避雷器单元4将吸收剩余的能量。如果剩余能量仍然很大，则第1至第3可控硅开关将导通，通过第9至第11避雷器DR9、DR10、DR11进一步吸收雷电波能量。
显然，图1所示的可控硅开关电路可以以任何其它起开关作用的电路代替。
另外，如图所示，本实施例中还可以加入并联在在即时响应单元3与用电设备之间的防谐振单元7，该防谐振单元7由分别设置在交流电源各相火线与零线间的三个电感、电容串联组L13,C13、L23,C23、L33,C33构成。通过对电容元件C13、C23、C33和电感元件L13、L23、L33进行专门设置，该防谐振单元5能够用于吸收指定的谐波。根据实际使用的需要，可以设置多级电感元件和电容元件。
本实施例的保护设备通过上述设置，在雷电波打到被保护设备上时，雷电波将先受到电感单元1的推斥，根据其能量的大小，被完全吸收(能量小的时候)，或使其前沿变缓(能量大的时候)。然后，通过即时响应单元3，使电压冲击变缓或被吸收，如果经吸收后的过电压冲击仍然很大，则避雷器DR1-DR4将参与共同吸收雷电冲击波，如果雷电冲击波能量非常大，致使电容元件两端的电压仍然过高，则避雷器DR6～DR8以及可控硅开关会依次动作，通过避雷器DR5～DR8及DR9～DR10进一步吸收过电压冲击波的能量。同时，防谐振单元5可以吸收指定频率的谐波，保证设备的正常运作。
根据本实用新型的保护设备能够吸收20KA；8/20μs雷击过电压冲击波，残压小于700V；能够吸收2×106伏·微秒的浪涌过电压冲击波，残压小于700V。
本实用新型通过上述设计，具有良好的防高频电磁谐波和电磁干扰的作用。如图1所示图中的电感元件和电容元件在电路中具有低通滤波器的作用，使附着在馈电线路中进入保护设备的1500赫兹以上的高频电波和高次谐波都得到最大限度的衰减，对被保护设备产生的高次谐波和高频电波给予吸收，使之不能影响外界电网。
另外，保护设备自身外壳构成一个完整的金属屏蔽罩，只要用户的接地系统良好，结合低通滤波器，可以对高频电磁波干扰予以吸收，具有电磁兼容的功能。图中的可控硅开关以及电阻元件也具有防谐振作用。当保护设备中的LC电路出现谐振现象时，双向可控硅导通，电阻元件加入，使谐振频率发生变化，防止谐振的出现。
因此，如上所述，利用LC滤波、SCR、R防谐波等效果，可以达到良好的防高频电磁波和电磁干扰的作用，比有源滤波器更加简洁有效，经济实用。
另外，为了使本实用新型的保护设备具有更好的保护效果，还可以在上述实施例中增加一些其它电路。例如，可以增加设置在交流电源与电感单元1之间的报警单元，该报警单元由空气开关单元6-1和声光报警器单元6-2组成。当雷击或过电压脉冲强度很大(脉冲幅值高，持续时间长)，例如雷击过电压冲击波的能量大约40KA；8/20μs，或外来浪涌过电压冲击波大于4×102伏，致使压敏电阻避雷器DR1-DR4不能承受而损坏时，在3ms后空气开关DZ跳闸，给出声光报警信号和遥控信号，在防止被保护设备免遭损坏的同时，通知有关人员前来维修。另外，如果需要，可再加入智能化检测电路，它具有雷击计数、雷击强度参考指示、实时记录和历史数据记录等功能，从而提高系统的可靠性。
通过上述参照附图，对本实用新型的较佳实施例作了详细描述，但是，应该理解任何不背离本实用新原理的修改都在本实用新型的范围内。
Claims (10)
1．一种设置在交流电源与用电设备之间，用于至少防雷电和过电压的综合保护设备，包括第1避雷器单元(2)，所述第一避雷器单元(2)由连接在所述交流电源各相火线与零线之间的第1至3避雷器(DR1、DR2、DR3)，以及连接在零线与地线之间的第4避雷器(DR4)构成，其特征在于，该综合保护设备还包含设置在所述第1避雷器单元(2)与用电设备之间的即时响应单元(3)，所述即时响应单元(3)包括：
串联在所述第1避雷器单元(2)与用电设备之间的交流电源各相火线上的第5至第7电感元件(L12、L22、L32)，以及串联在所述第1避雷器单元(2)与用电设备之间零线上的第8电感元件(L42)；
分别并联在所述第5至第7电感单元(L12、L22、L32)的连接用电设备的一端与零线之间的第1至第3电容元件(C1、C2、C3)，和并联在所述第8电感元件(L42)的连接用电设备的一端与地线之间的第4电容元件(C4)。
2．如权利要求1所述的综合保护设备，其特征在于还包含：设置在所述交流电源与所述第1避雷器单元(2)之间的电感单元(1)，该电感单元由串联在所述交流电源各相火线上的第1至第3电感元件(L11、L21、L31)和串联在所述零线上的第4电感元件(L41)构成。
3．如权利要求1或2所述的综合保护设备，其特征在于还包括：
设置在所述即时响应单元(3)与用电设备之间的第2避雷器单元(4)，该第2避雷器单元(4)包括：
分别并联在所述交流电源各相火线与零线之间的第6至第8避雷器(DR6、DR7、DR8)，及并联在所述交流电源地线与零线之间的第5避雷器(DR5)。
4．如权利要求3所述的综合保护设备，其特征在于还包括：
分别与所述第2避雷器单元(4)的第6避雷器-第8避雷器并联的第9至第11避雷器组(5-1、5-2、5-3)；其中，
所述第9避雷器组(5-1)由第1开关电路及与之并联的第9避雷器(DR9)构成；
所述第10避雷器组(5-2)由第2开关电路及与之并联的第10避雷器(DR10)构成；
所述第11避雷器组(5-3)由第3开关电路及与之并联的第11避雷器(DR11)构成。
5．如权利要求1、2、4中任一条所述的综合保护设备，其特征在于还包括设置在交流电源与电感单元(1)之间的报警单元(6)，该报警单元由过压时切断输入交流电源的空气开关单元(6-1)和声光报警器单元(6-2)组成。
6．如权利要求3所述的综合保护设备，其特征在于还包括设置在交流电源与电感单元(1)之间的报警单元，该报警单元由过压时切断输入交流电源的空气开关单元(6-1)和声光报警器单元(6-2)组成。
7．如权利要求1、2或4所述的综合保护设备，其特征在于所述避雷器是氧化锌压敏电阻避雷器。
8．如权利要求1或2所述的综合保护设备，其特征在于第1至第4电感单元绕制在同一铁芯上。
9．如权利要求2所述的综合保护设备，其特征在于所述电感单元(1)与即时响应单元(3)构成中心频率为1000Hz的低通滤波器。
10．如权利要求1或2所述的综合保护设备，其特征在于还包括设置在即时响应单元(3)与用电设备之间的防谐振单元(7)，该防谐振单元(7)包含分别设置在交流电源各相火线与零线间的三个电感、电容串联组(L13,C13、L23,C23、L33,C33)。
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