CN2537163Y - 一种用于交流采集端的防雷击电路 - Google Patents

Abstract

一种用于交流采集端的防雷击电路，涉及一种防雷击技术；本实用新型包括：与交流采样通道一一对应的变送器，用来隔离大部分雷击浪涌电流；一个瞬变干扰吸收器，用来快速完成残余能量吸收和泻放；一个保护电阻，用于减少变送器二次侧残压对瞬变干扰吸收器的冲击；所有的变送器二次绕组的异名端连接起来，并接到模拟地，瞬变干扰吸收器与保护电阻串联后，跨接在模拟地和保护地之间，变送器二次绕组的同名端则分别和模拟数字转换器连接。采用本实用新型所述的电路可以在采用相同的变送器，或者更廉价的变送器的情况下，能够抗更高电压等级雷击，达到了很好的雷击浪涌电流吸收效果，提高了系统抗击雷击的能力，增加了系统的稳定性。

Description

一种用于交流采集端的防雷击电路

所属领域

本实用新型涉及一种防雷击技术，尤其涉及自动化领域的一种用于微型计算机交流采集输入端的防雷击技术。

背景技术

无论是电力系统自动化、还是工厂自动化，都越来越多的使用微机监控系统，对很多交流数据进行采集、分析、处理。比如在电力系统自动化中，要采集三相电压、三相电流等交流量，计算出电流、电压有效值，功率，电度等。而这些交流端口往往是一端和户外的电气设备连在一起，另外一端直接和微机系统直接相连接。在雷电产生的时候，户外的电气设备很容易引入电压尖峰、通过电缆，电压尖峰很容易串入到微机系统里面，如果这种电压尖峰不加抑制，则高电压必将危害交流采集输入端、单片机处理单元、甚至可能危害整个自动化网络。

中国电力出版社2000年3月出版的黄益庄编著的《变电站综合自动化技术》一书第147页介绍了一种交流采集端的防雷击电路：在交流输入回路中设置隔离变送器来隔离，在变送器一、二次绕组之间有屏蔽层，屏蔽层接安全地(保护地)。对于较低电压等级的雷击，这种方法有一定的效果，但对于较高电压等级的雷击，该方法的效果甚微；而且该方法对变送器的要求比较高，变送器必须加屏蔽，变送器的工艺好坏直接影响到防雷击的效果；保护地接点大量的引入到印制电路板(PCB)上面，布线难度增大；而且屏蔽变送器成本高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是克服现有技术中对变送器工艺要求高，成本昂贵的缺点，解决现有技术中存在的对高电压等级防雷效果不理想的缺陷，提供一种简单实用的电路，能够利用低成本的变送器及其它低价元器件，达到更好的防雷效果；使得即使在防雷击电路中使用相同的变送器甚至更加廉价的非屏蔽变压器，能够在变送器二次绕组侧得到更低的残压，更好地保护与之相连接的微机系统或其它设备。

本实用新型包括：与交流采样通道一一对应的变送器，用来隔离大部分雷击浪涌电流；一个瞬变干扰吸收器，用来快速完成残余能量吸收和泻放；一个保护电阻，用于减少变送器二次侧残压对瞬变干扰吸收器的冲击；所有的变送器二次绕组的异名端连接起来，并接到模拟地，瞬变干扰吸收器与保护电阻串联后，跨接在模拟地和保护地之间，变送器二次绕组的同名端则分别和模拟数字转换器连接。

与现有技术相比，采用本实用新型所述的电路可以在采用相同的变送器，或者更廉价的变送器的情况下，能够抗更高电压等级雷击，达到了很好的雷击浪涌电流吸收效果，提高了系统抗击雷击的能力，增加了系统的稳定性。本实用新型把变送器二次绕组的雷击残压电压降到最小，吸收共模雷击电压，节省了测量电路硬件成本，因为本电路对选用的变送器要求降低，不再要求带屏蔽层，PCB布线更自由、方便，变送器的成本降低20％或更高。由于多路交流采样通道采用了大量的变送器，降低变送器的成本对于降低产品总成本的效果更加显著。

附图说明

图1是本实用新型的用于交流采样端的防雷击电路原理图；

图2a是加在变送器原边的典型雷击浪涌电压脉冲图；

图2b是没有加保护措施时雷击电压在变送器二次绕组上感应的电压波形图；

图2c是在本实用新型的防雷击电路中采用相同的隔离变送器时雷击浪涌在变送器二次绕组感应的电压波形图；

图2d是在本实用新型的防雷击电路中采用廉价的非屏蔽隔离变送器时雷击浪涌在变送器二次绕组感应的电压波形图；

图3是实现本实用新型的一个防雷击电路实例原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的防雷击电路作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的用于交流采样端的防雷击电路的一个实施例的原理图，图中表示了采集一路电压和一路电流的防雷击电路的例子，但是根据需要，可以使用连接多路采集电压和采集电流通道的防雷击电路。本实用新型的防雷击电路包括：与交流采样通道一一对应变送器，可以是电压变送器(TV)101或电流变送器(TA)102，用来隔离大部分雷击浪涌电流；对于变送器没有特殊的要求，可以不要屏蔽层；

一个瞬变干扰吸收器103，用来快速吸收和泻放残余能量，可以是硅瞬态电压吸收二极管(TVS)、固体放电管或压敏电阻等；

一个保护电阻104，用于减少变送器二次侧残压对TVS管或其他类型的瞬变干扰吸收器件的冲击；

所有的变送器二次绕组的异名端连接起来，接到模拟地GNDA，TVS管或其他类型的瞬变干扰吸收器件103与保护电阻104串联后跨接在模拟地GNDA和保护地GNDP之间，变送器二次绕组的同名端则分别和A/D转换器(模拟数字转换器)连接；多个稳压管分别并联在每一个变送器的二次绕组两端。

在监控系统中，通常有多个的交流采样通道，需要多组TA，TV；但不管有多少个交流采样通道，只需要1个TVS管或其他类型的瞬变干扰吸收器件；

选用的保护电阻104阻值与二次绕组的雷击残余电压、TVS管(或其他类型的瞬变干扰吸收器件)的峰值电流有关，即：电阻阻值与二次绕组的雷击残余电压成正比，与TVS管或其他类型的瞬变干扰吸收器件的峰值电流成反比；由于雷击持续时间短，静态能量并不大，所以电阻功率为几瓦就可以了；每个稳压管106、107、108、109的钳位电压要低，但不能小于系统工作电压。

对于共模尖峰电压，由TVS管或其他类型的瞬变干扰吸收器件与保护电阻104组成的通道泻放到保护地；对于感应的差模尖峰电压，由稳压管吸收。

选用的TVS管或其他类型的瞬变干扰吸收器件必须具备如下特点：击穿电压小、峰值电流大、漏电流小、电容量小。要达到的防雷效果愈好，则选用器件的条件愈严格。

图2a所示的是在做雷击实验时，加在变送器原边和保护地之间的典型雷击浪涌电压脉冲(共模电压)，脉冲周期是50μs，电压为2.0KV，该脉冲是IEC61000-4(《电气与电子设备的电磁兼容性》第4部分)推荐的、用来考查设备的抗雷击能力的一种常用波形。

图2b所示的是：仅仅采用屏蔽隔离变送器、而没有采用其他的保护措施的情况下，雷击浪涌电压在变送器二次绕组上感应的电压波形，由于变送器的隔离作用，电压的强度已经从2.0KV降到了550V，但脉冲的周期变长了，这种脉冲对于标准的TTL，CMOS数字电路来讲，仍然有很强的破坏作用。

图2c所示的是：采用与图2a相同的隔离变送器，使用本实用新型提供的电路后，雷击浪涌在变送器二次绕组感应的电压波形。可见，由于TVS管或其他类型的瞬变干扰吸收器件的正确使用，在很短的时间里将雷击残压从几百伏降到了35伏，不再会对系统设备造成任何危害。

图2d所示的是：本实用新型的防雷击电路应用廉价的非屏蔽隔离变送器时雷击浪涌在变送器二次绕组感应的电压波形，在很短的时间里，雷击残压从几百伏降到了45伏，也不会对系统设备造成任何危害。

以上是基于对雷击浪涌实验的分析，以共模雷击电压为例：在变送器的原边对地加一个如图2a所示的模拟雷击波形，雷击电压峰值为2KV。由于变送器的隔离作用，隔离了大部分浪涌电流，但由于变送器绕组之间存在耦合电容，少部分电压将被耦合到二次绕组上。如果没有采用其他的处理手段，则在变送器的二次绕组会感应到峰值较高的电压，如图2b的电压波形，残余对地电压峰值为550V。同时，在二次绕组两个抽头之间有差模电压50V左右。采用本实用新型的电路，用雷击实验仪做实验，抗共模雷击电压峰值可达到2KV或更高，变送器二次绕组残余电压对地电压峰值只有几十伏特。

图3是本实用新型防雷击电路在综合监控单元的应用：

图中虚线范围内的电路属于本实用新型的防雷击电路，单片机电路由CPU模块111和A/D模拟/数字转换芯片110组成。

电压变送器101和电流变送器102起到隔离的作用，是防雷击的主要器件；将变送器的二次绕组尾端连接起来接到模拟地，用TVS管103及保护电阻104把模拟地GNDA和保护地GNDP可靠地连起来，可以快速的放掉串入到变送器二次绕组的共模电压。如果电压测量回路有差模电压，则该电压由稳压管106、107将电压吸收；如果电流测量回路有差模电压，则该高电压由稳压管108、109将电压吸收。变送器的二次绕组将有用信号输入到A/D转换器件110、转换成数字信号，输入到CPU111进行处理。

Claims (3)

1、一种用于交流采集端的防雷击电路，包括：

与交流采样通道一一对应的变送器，用来隔离大部分雷击浪涌电流；

一个瞬变干扰吸收器，用来快速吸收和泻放残余能量；

一个保护电阻，用于减少变送器二次侧残压对瞬变干扰吸收器的冲击；

其特征在于：所有的变送器二次绕组的异名端连接起来，接到模拟地，瞬变干扰吸收器与保护电阻串联后，跨接在模拟地和保护地之间，变送器二次绕组的同名端则分别和模拟数字电路转换器连接。

2、根据权利要求1所述的用于交流采集端的防雷击电路，其特征在于还包括多个稳压管，分别并联在每一个变送器的二次绕组的两端。

3、根据权利要求1或2所述的用于交流采集端的防雷击电路，其特征在于所述瞬变干扰吸收器是硅瞬态电压吸收二极管、固体放电管或压敏电阻。

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