專利名稱：防雷電過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于保護(hù)用電設(shè)備不受雷電或過電壓損壞的防雷電過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備。
目前，諸如計(jì)算機(jī)、變頻器、中頻淬火設(shè)備、開關(guān)電源、通信設(shè)備、視聽設(shè)備和廣播設(shè)備之類的電力電子產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛使用于日常工作和生活中。但是由于現(xiàn)有的雷電、過電壓保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)上仍然存在問題，常常發(fā)生這類電子電力產(chǎn)品遭雷擊損壞等現(xiàn)象。本申請(qǐng)的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的雷電、過電壓保護(hù)產(chǎn)品主要存在以下問題目前避雷器主要有氧化鋅壓敏電阻避雷器、放電管避雷器以及間隙避雷器三種，不論是氧化鋅壓敏電阻的擊穿、導(dǎo)電，還是放電管避雷器和間隙避雷器電離介質(zhì)達(dá)到泄流目的，都需要一定時(shí)間。這三種避雷器對(duì)雷電波響應(yīng)的延時(shí)量隨通流量增加而增大，故在遭到雷擊或過電壓時(shí)，可能避雷器還未及工作，用電設(shè)備已經(jīng)損壞。
并且，在使用一般的避雷器時(shí)，雷電波通過避雷器產(chǎn)生的泄流量在接地電阻上產(chǎn)生的高電壓將會(huì)使被保護(hù)設(shè)備的接地點(diǎn)產(chǎn)生大的沖擊電壓，這對(duì)于用電設(shè)備是不允許的。
通常，避雷器的殘壓比大約2.5-3，由于其啟動(dòng)電壓設(shè)置為470V或560V為宜，在遭到雷擊時(shí)殘壓為1200到1700V，這是許多用電設(shè)備所不允許的電壓。
另外，在現(xiàn)有技術(shù)中常使用多級(jí)并聯(lián)避雷器，由于前級(jí)避雷器的通流量大于后級(jí)，前級(jí)避雷器的延時(shí)現(xiàn)象更甚于后級(jí)，故在遭到雷擊時(shí)，可能后級(jí)避雷器先遭到雷擊，而前級(jí)避雷器還來不及起作用，從而多級(jí)并聯(lián)避雷器未必能夠達(dá)到預(yù)定的避雷效果。
此外，還應(yīng)該考慮諧波干擾和電磁干擾可能對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生的損壞。在用電設(shè)備工作時(shí)，設(shè)備本身產(chǎn)生的諧波和供電網(wǎng)中寄生的電感和電容可能構(gòu)成諧振條件，致使供電設(shè)備被諧振高壓擊穿損壞；在通信設(shè)備中，電磁干擾會(huì)影響中繼系統(tǒng)的正常工作。
由于上面的這些原因，使現(xiàn)有技術(shù)中的雷電和過電壓保護(hù)產(chǎn)品未能達(dá)到滿意的效果。
本實(shí)用新型的目的是克服上述問題，提供一種性能優(yōu)良的防防雷電過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備。
本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種能夠改進(jìn)供電電網(wǎng)功率因數(shù)的綜合保護(hù)設(shè)備。
本實(shí)用新型的再一個(gè)目的是提供一種能夠防諧波和電磁干擾的綜合保護(hù)設(shè)備。
為此，本實(shí)用新型提供了一種設(shè)置在交流電源與用電設(shè)備之間，用于至少防雷電和過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備，它包括第1避雷器單元，所述第一避雷器單元由連接在所述交流電源各相火線與零線之間的第1至3避雷器，以及連接在零線與地線之間的第4避雷器構(gòu)成，該保護(hù)設(shè)備還包含設(shè)置在所述第1避雷器單元與用電設(shè)備之間的即時(shí)響應(yīng)單元，所述即時(shí)響應(yīng)單元包括串聯(lián)在所述第1避雷器單元與用電設(shè)備之間的交流電源各相火線上的第5至第7電感元件，以及串聯(lián)在所述第1避雷器單元與用電設(shè)備之間的零線上的第8電感元件分別并聯(lián)在所述第5至第7電感單元的連接用電設(shè)備的一端與零線之間的第1至第3電容元件，和并聯(lián)在所述第8電感元件的連接用電設(shè)備的一端與地線之間的第4電容元件。
本實(shí)用新型的保護(hù)設(shè)備能夠吸收20KA；8/20μs雷擊過電壓沖擊波，殘壓小于700V；能夠吸收2×106伏·微秒的浪涌過電壓沖擊波，殘壓小于700V。
本實(shí)用新型通過上述設(shè)計(jì)，還具有良好的防高頻電磁諧波和電磁干擾的作用。電感元件和電容元件在電路中具有低通濾波器的作用，使附著在饋電線路中進(jìn)入保護(hù)設(shè)備的1500赫茲以上的高頻電波和高次諧波都得到最大限度的衰減，對(duì)被保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波和高頻電波給予吸收，使之不能影響外界電網(wǎng)。
另外，保護(hù)設(shè)備自身外殼構(gòu)成一個(gè)完整的金屬屏蔽罩，只要用戶的接地系統(tǒng)良好，結(jié)合低通濾波器，可以對(duì)高頻電磁波干擾予以吸收，具有電磁兼容的功能。
上述這種防雷電過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中延時(shí)、沖擊電壓、殘壓高、以及諧波干擾和電磁干擾等問題，為被保護(hù)用電設(shè)備的安全和正常工作提供更加有力的保障。
下面，結(jié)合附圖，說明根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的防雷電過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備。


圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的防雷電過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備的電路圖。
如圖1所示，該綜合保護(hù)設(shè)備包括電感單元1、第1避雷器單元2、即時(shí)響應(yīng)單元3、第2避雷器單元4、以及第9至第10避雷器組5-1、5-2、5-3。
電感單元1由串聯(lián)在交流電源各相火線上的第1電感元件至第3電感元件L11、L21、L31和串聯(lián)在零線上的第4電感元件L41構(gòu)成，其中，第1至第4電感元件可以繞制在同一鐵芯上。由于它具有阻礙高頻電流通過的特點(diǎn)，可以用來推斥雷電波和過電壓。能夠克服前面所述的“引雷”現(xiàn)象。當(dāng)有雷電落到被保護(hù)設(shè)備上時(shí)，電感單元1將推斥該雷電。如果雷電波沖擊的幅值較小，能量低，并且在被保護(hù)設(shè)備所連接的干線上有其它可以落雷的地方，則可以通過該電路排除雷擊脈沖；如果雷電波沖擊的幅值較大，能量高，該電感電路至少能夠使脈沖的前沿變緩，減小被保護(hù)設(shè)備在很短的時(shí)間內(nèi)所受到的雷電波沖擊，由此，也減小了后級(jí)電路的電流，降低雷電波流經(jīng)接地電阻時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)壓降，避免了大的沖擊電壓破壞被保護(hù)設(shè)備。
即時(shí)響應(yīng)單元3包括一端分別與第1至第4電感元件L11、L21、L31、L41連接，另一端分別與用電設(shè)備連接的第5至第8電感元件L12、L22、L32、L42，以及分別并聯(lián)在所述第5電感元件至第8電感元件L12、L22、L32、L42的另一端與零線及地線之間的第1電容元件至第4電容元件C1、C2、C3、C4。它能夠克服普通避雷器存在的延時(shí)現(xiàn)象，在第1避雷器單元2還未對(duì)被保護(hù)設(shè)備上的雷電波產(chǎn)生響應(yīng)時(shí)阻擋所述雷電波和過電壓的通過，確保被保護(hù)設(shè)備免受雷電沖擊而損壞。當(dāng)有高頻的雷電波通過由上述電感元件和電容元件構(gòu)成的即時(shí)響應(yīng)電路3時(shí)，通過電感和電容對(duì)高頻的交變電流的不同的阻礙作用，進(jìn)行分壓，從而降低用電設(shè)備處的電壓。通過測(cè)試知道，當(dāng)有雷電打到被保護(hù)設(shè)備上時(shí)，圖1中的用電設(shè)備處的電壓一般在700V左右，該值達(dá)到了國(guó)際和國(guó)家避雷器標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過設(shè)置即時(shí)響應(yīng)單元3，避免了雷電波在第1避雷器單元2因延時(shí)而未及工作時(shí)就將被保護(hù)設(shè)備打壞的情況。
第1避雷器單元2設(shè)置在電感單元1與即時(shí)響應(yīng)單元3之間，它由連接在交流電源各相火線與零線之間的第1至第3避雷器DR1、DR2、DR3以及連接在零線與地線之間的第4避雷器DR4構(gòu)成，本實(shí)施例中選用的是高性能氧化鋅壓敏電阻避雷器。該電路在雷電波經(jīng)過電感單元1，并受到即時(shí)響應(yīng)電路3的阻礙后數(shù)十或數(shù)百納秒后起作用。當(dāng)上述即時(shí)響應(yīng)單元3吸收后的過電壓大于壓敏電阻DR1至DR4的壓敏電壓時(shí)，它們開始和上述電感元件和電容元件共同吸收過電壓沖擊波能量，DR1-DR4所吸收的能量將通過地端放電，從而保證被保護(hù)設(shè)備免受雷電沖擊。保證被保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行可靠性。
第2避雷器單元4設(shè)置在即時(shí)響應(yīng)單元3與用電設(shè)備之間，它包括分別并聯(lián)在交流電源地線與零線、以及各相火線與零線之間的第5至第8避雷器DR5、DR6、DR7、DR8。
第9至第11避雷器組5-1、5-2、5-3分別與第2避雷器單元4的第6至第8避雷器并聯(lián)，其中，第9避雷器組5-1由第1可控硅開關(guān)電路及與之并聯(lián)的第9避雷器DR9構(gòu)成；所述第10避雷器組5-2由第2可控硅開關(guān)電路及與之并聯(lián)的第10避雷器DR10構(gòu)成；所述第11避雷器組5-3由第3可控硅開關(guān)電路及與之并聯(lián)的第11避雷器DR11構(gòu)成。當(dāng)雷電波能量大，第1避雷器單元2無法全部吸收時(shí)，第2避雷器單元4將吸收剩余的能量。如果剩余能量仍然很大，則第1至第3可控硅開關(guān)將導(dǎo)通，通過第9至第11避雷器DR9、DR10、DR11進(jìn)一步吸收雷電波能量。
顯然，圖1所示的可控硅開關(guān)電路可以以任何其它起開關(guān)作用的電路代替。
另外，如圖所示，本實(shí)施例中還可以加入并聯(lián)在在即時(shí)響應(yīng)單元3與用電設(shè)備之間的防諧振單元7，該防諧振單元7由分別設(shè)置在交流電源各相火線與零線間的三個(gè)電感、電容串聯(lián)組L13,C13、L23,C23、L33,C33構(gòu)成。通過對(duì)電容元件C13、C23、C33和電感元件L13、L23、L33進(jìn)行專門設(shè)置，該防諧振單元5能夠用于吸收指定的諧波。根據(jù)實(shí)際使用的需要，可以設(shè)置多級(jí)電感元件和電容元件。
本實(shí)施例的保護(hù)設(shè)備通過上述設(shè)置，在雷電波打到被保護(hù)設(shè)備上時(shí)，雷電波將先受到電感單元1的推斥，根據(jù)其能量的大小，被完全吸收(能量小的時(shí)候)，或使其前沿變緩(能量大的時(shí)候)。然后，通過即時(shí)響應(yīng)單元3，使電壓沖擊變緩或被吸收，如果經(jīng)吸收后的過電壓沖擊仍然很大，則避雷器DR1-DR4將參與共同吸收雷電沖擊波，如果雷電沖擊波能量非常大，致使電容元件兩端的電壓仍然過高，則避雷器DR6～DR8以及可控硅開關(guān)會(huì)依次動(dòng)作，通過避雷器DR5～DR8及DR9～DR10進(jìn)一步吸收過電壓沖擊波的能量。同時(shí)，防諧振單元5可以吸收指定頻率的諧波，保證設(shè)備的正常運(yùn)作。
根據(jù)本實(shí)用新型的保護(hù)設(shè)備能夠吸收20KA；8/20μs雷擊過電壓沖擊波，殘壓小于700V；能夠吸收2×106伏·微秒的浪涌過電壓沖擊波，殘壓小于700V。
本實(shí)用新型通過上述設(shè)計(jì)，具有良好的防高頻電磁諧波和電磁干擾的作用。如圖1所示圖中的電感元件和電容元件在電路中具有低通濾波器的作用，使附著在饋電線路中進(jìn)入保護(hù)設(shè)備的1500赫茲以上的高頻電波和高次諧波都得到最大限度的衰減，對(duì)被保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波和高頻電波給予吸收，使之不能影響外界電網(wǎng)。
另外，保護(hù)設(shè)備自身外殼構(gòu)成一個(gè)完整的金屬屏蔽罩，只要用戶的接地系統(tǒng)良好，結(jié)合低通濾波器，可以對(duì)高頻電磁波干擾予以吸收，具有電磁兼容的功能。圖中的可控硅開關(guān)以及電阻元件也具有防諧振作用。當(dāng)保護(hù)設(shè)備中的LC電路出現(xiàn)諧振現(xiàn)象時(shí)，雙向可控硅導(dǎo)通，電阻元件加入，使諧振頻率發(fā)生變化，防止諧振的出現(xiàn)。
因此，如上所述，利用LC濾波、SCR、R防諧波等效果，可以達(dá)到良好的防高頻電磁波和電磁干擾的作用，比有源濾波器更加簡(jiǎn)潔有效，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
另外，為了使本實(shí)用新型的保護(hù)設(shè)備具有更好的保護(hù)效果，還可以在上述實(shí)施例中增加一些其它電路。例如，可以增加設(shè)置在交流電源與電感單元1之間的報(bào)警單元，該報(bào)警單元由空氣開關(guān)單元6-1和聲光報(bào)警器單元6-2組成。當(dāng)雷擊或過電壓脈沖強(qiáng)度很大(脈沖幅值高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng))，例如雷擊過電壓沖擊波的能量大約40KA；8/20μs，或外來浪涌過電壓沖擊波大于4×102伏，致使壓敏電阻避雷器DR1-DR4不能承受而損壞時(shí)，在3ms后空氣開關(guān)DZ跳閘，給出聲光報(bào)警信號(hào)和遙控信號(hào)，在防止被保護(hù)設(shè)備免遭損壞的同時(shí)，通知有關(guān)人員前來維修。另外，如果需要，可再加入智能化檢測(cè)電路，它具有雷擊計(jì)數(shù)、雷擊強(qiáng)度參考指示、實(shí)時(shí)記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄等功能，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
通過上述參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例作了詳細(xì)描述，但是，應(yīng)該理解任何不背離本實(shí)用新原理的修改都在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1．一種設(shè)置在交流電源與用電設(shè)備之間，用于至少防雷電和過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備，包括第1避雷器單元(2)，所述第一避雷器單元(2)由連接在所述交流電源各相火線與零線之間的第1至3避雷器(DR1、DR2、DR3)，以及連接在零線與地線之間的第4避雷器(DR4)構(gòu)成，其特征在于，該綜合保護(hù)設(shè)備還包含設(shè)置在所述第1避雷器單元(2)與用電設(shè)備之間的即時(shí)響應(yīng)單元(3)，所述即時(shí)響應(yīng)單元(3)包括串聯(lián)在所述第1避雷器單元(2)與用電設(shè)備之間的交流電源各相火線上的第5至第7電感元件(L12、L22、L32)，以及串聯(lián)在所述第1避雷器單元(2)與用電設(shè)備之間零線上的第8電感元件(L42)；分別并聯(lián)在所述第5至第7電感單元(L12、L22、L32)的連接用電設(shè)備的一端與零線之間的第1至第3電容元件(C1、C2、C3)，和并聯(lián)在所述第8電感元件(L42)的連接用電設(shè)備的一端與地線之間的第4電容元件(C4)。
2．如權(quán)利要求1所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于還包含設(shè)置在所述交流電源與所述第1避雷器單元(2)之間的電感單元(1)，該電感單元由串聯(lián)在所述交流電源各相火線上的第1至第3電感元件(L11、L21、L31)和串聯(lián)在所述零線上的第4電感元件(L41)構(gòu)成。
3．如權(quán)利要求1或2所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于還包括設(shè)置在所述即時(shí)響應(yīng)單元(3)與用電設(shè)備之間的第2避雷器單元(4)，該第2避雷器單元(4)包括分別并聯(lián)在所述交流電源各相火線與零線之間的第6至第8避雷器(DR6、DR7、DR8)，及并聯(lián)在所述交流電源地線與零線之間的第5避雷器(DR5)。
4．如權(quán)利要求3所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于還包括分別與所述第2避雷器單元(4)的第6避雷器-第8避雷器并聯(lián)的第9至第11避雷器組(5-1、5-2、5-3)；其中，所述第9避雷器組(5-1)由第1開關(guān)電路及與之并聯(lián)的第9避雷器(DR9)構(gòu)成；所述第10避雷器組(5-2)由第2開關(guān)電路及與之并聯(lián)的第10避雷器(DR10)構(gòu)成；所述第11避雷器組(5-3)由第3開關(guān)電路及與之并聯(lián)的第11避雷器(DR11)構(gòu)成。
5．如權(quán)利要求1、2、4中任一條所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于還包括設(shè)置在交流電源與電感單元(1)之間的報(bào)警單元(6)，該報(bào)警單元由過壓時(shí)切斷輸入交流電源的空氣開關(guān)單元(6-1)和聲光報(bào)警器單元(6-2)組成。
6．如權(quán)利要求3所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于還包括設(shè)置在交流電源與電感單元(1)之間的報(bào)警單元，該報(bào)警單元由過壓時(shí)切斷輸入交流電源的空氣開關(guān)單元(6-1)和聲光報(bào)警器單元(6-2)組成。
7．如權(quán)利要求1、2或4所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于所述避雷器是氧化鋅壓敏電阻避雷器。
8．如權(quán)利要求1或2所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于第1至第4電感單元繞制在同一鐵芯上。
9．如權(quán)利要求2所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于所述電感單元(1)與即時(shí)響應(yīng)單元(3)構(gòu)成中心頻率為1000Hz的低通濾波器。
10．如權(quán)利要求1或2所述的綜合保護(hù)設(shè)備，其特征在于還包括設(shè)置在即時(shí)響應(yīng)單元(3)與用電設(shè)備之間的防諧振單元(7)，該防諧振單元(7)包含分別設(shè)置在交流電源各相火線與零線間的三個(gè)電感、電容串聯(lián)組(L13,C13、L23,C23、L33,C33)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于保護(hù)用電設(shè)備不受雷電等損壞的防雷電過電壓的綜合保護(hù)設(shè)備。它包括第1避雷器單元(2),以及設(shè)置在所述第1避雷器單元(2)與用電設(shè)備之間的即時(shí)響應(yīng)單元(3),以及分別并聯(lián)在所述第5至第7電感單元(L12、L22、L32)的連接用電設(shè)備的一端與零線之間的第1至第3電容元件(C1、C2、C3),和并聯(lián)在所述第8電感元件(L42)的連接用電設(shè)備的一端與地線之間的第4電容元件(C4)。這種設(shè)備改善了保護(hù)性能,并改進(jìn)了供電電網(wǎng)功率因數(shù),還能夠防止諧波和電磁干擾。
文檔編號(hào)H02H3/04GK2433760SQ0021800
公開日2001年6月6日 申請(qǐng)日期2000年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月13日
發(fā)明者沙萬乾, 陳忠義 申請(qǐng)人:沙萬乾, 陳忠義