專利名稱：一種含有l(wèi)c退耦元件的組合式電涌保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有LC退耦元件的組合式電涌保護(hù)器，屬于雷電科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在建筑物內(nèi)對(duì)一個(gè)電氣系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行電涌保護(hù)時(shí)，通常會(huì)在一條線路上依次安裝兩級(jí)或兩級(jí)以上的電涌保護(hù)器，簡(jiǎn)稱SPD。每一級(jí)電涌保護(hù)器具有不同的功能，前級(jí)主要用來(lái)釋放雷電波的能量，后級(jí)主要用來(lái)箝位。然而由于各SPD動(dòng)作特性和響應(yīng)時(shí)間的不一致性， 在電涌入侵時(shí)，各級(jí)SPD不一定按預(yù)期的要求和連接次序動(dòng)作，其后果是達(dá)不到預(yù)定的保護(hù)效果，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致SPD自身?yè)p壞，甚至爆炸起火。SPD的級(jí)間能量配合要求是在各級(jí)SPD能將各自位置上的電涌電壓限制到預(yù)期水平的條件下，各SPD還能夠承受動(dòng)作時(shí)耗散在其上的最大電涌能量而仍然安全；通常要求前級(jí)SPD能泄放大部分電涌電流，而后級(jí)SPD主要限制設(shè)備上的電涌電壓。級(jí)間SPD能量配合的基本情況是兩級(jí)SPD間的配合，基本電路模型如圖1所示， 前后級(jí)的保護(hù)元件均采用限壓型MOV (即氧化鋅壓敏電阻)。兩級(jí)SPD配合的分析應(yīng)基于兩級(jí)MOV的伏安特性，直接并聯(lián)的兩個(gè)MOV伏安特性如圖2所示。兩級(jí)SPD并聯(lián)接在線路上，當(dāng)雷電波入侵該線路時(shí)，前級(jí)SPD應(yīng)先動(dòng)作。但是 MOV是非線性電阻元件，如果不考慮級(jí)間的阻抗特性，在電涌電壓上升的過(guò)程中，MOV伏安特性曲線中較低的SPD II將先動(dòng)作，流過(guò)較大的電流，沒(méi)有按照預(yù)定的SPD動(dòng)作次序。如果要求伏安特性較高卻處于前級(jí)的MOV首先動(dòng)作，并流過(guò)較大的電流，就應(yīng)該在兩級(jí)間串入退耦元件，提高前級(jí)SPD I兩端間的電壓，促使SPD I先動(dòng)作。根據(jù)IEC62305標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，安裝多級(jí)電涌保護(hù)器時(shí)，SPD之間要有退耦元件，退耦元件有線路自身的阻抗或者是安裝專用的退耦元件。在實(shí)際的防雷工程設(shè)計(jì)中，依次安裝多級(jí)SPD在工程的施工中卻難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種含有退耦元件組合式SPD，能夠滿足防雷工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求，達(dá)到防止電子、電氣設(shè)備因浪涌而損壞的目的。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用如下技術(shù)方案
一種含有LC退耦元件的組合式電涌保護(hù)器，包括組合式SPD和SPD工作狀態(tài)記錄裝置；組合式SPD起到對(duì)入侵的雷電波能量對(duì)地釋放的作用，SPD工作記錄裝置實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)SPD 工作狀態(tài)的作用。所述的SPD工作狀態(tài)記錄裝置包括MC-51單片機(jī)、傳感器I、傳感器II、存儲(chǔ)器和液晶顯示器，傳感器I和傳感器II分別與MC-51單片機(jī)單向連接，液晶顯示器與遠(yuǎn)程通訊也分別與MC-51單片機(jī)單向連接，存儲(chǔ)器和MC-51單片機(jī)雙向連接。所述的組合式SPD包括五個(gè)壓敏電阻、兩個(gè)退耦電感、兩個(gè)退耦電容、三個(gè)溫度保險(xiǎn)絲，第一溫度保險(xiǎn)絲和第一壓敏電阻的串聯(lián)電路、第三溫度保險(xiǎn)絲與第四壓敏電阻的串聯(lián)電路、以及第一退耦電容、從輸入端分別依次連接在正輸入線L線與中性線PE線之間；第二壓敏電阻、第三壓敏電阻、第二退耦電容、從輸入端分別依次連接在中性線PE與負(fù)輸入線N之間；第二溫度保險(xiǎn)絲和第五壓敏電阻的串聯(lián)電路連接在正輸入線L線與負(fù)輸入線N 之間；第二退耦電感串接在第一溫度保險(xiǎn)絲正輸入端與第三溫度保險(xiǎn)絲正輸入端之間的正輸入線L上；第一退耦電感串接在第二壓敏電阻負(fù)輸出端與第三壓敏電阻負(fù)輸出端之間的負(fù)輸入線N上。本發(fā)明的有益效果如下
1. 一種含有LC退耦元件的組合式SPD的設(shè)計(jì)符合IEC18802. 1及JB/ T10618-2006 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。2.該SPD具有通流容量大的特點(diǎn)，通流容量最大可達(dá)120kA，標(biāo)稱放電電流為 60kA。3. 退耦電感前后兩級(jí)的電流比可達(dá)到5:1的比例，保證了第一級(jí)主要用來(lái)釋放能量，第二級(jí)主要起到箝位的功能。4. SPD的電壓保護(hù)水平低，電壓保護(hù)水平達(dá)到IkV以下，這主要是由于電感L、電容C對(duì)雷電波的折、反射的作用，使雷電波的波頭陡度降低的緣故。5. SPD工作狀態(tài)記錄裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SPD的工作狀態(tài)，并記錄其工作的情況，對(duì)雷電事故分析提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。


圖1為基本電路模型。圖2為直接并聯(lián)的兩個(gè)MOV伏安特性。圖3為SPD原理框圖。圖4為組合式SPD的原理圖。圖5為SPD工作狀態(tài)記錄裝置原理框圖。圖6為SPD工作狀態(tài)記錄裝置的原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。一種含有LC退耦元件的組合式SPD的原理框圖如圖3所示。一種含有LC退耦元件組合式SPD的主要組成部分由組合式SPD和SPD工作狀態(tài)記錄裝置兩部分組成。組合式SPD主要起到對(duì)入侵的雷電波能量對(duì)地釋放，起L-N線間箝位的作用。SPD工作記錄裝置主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)SPD的工作狀態(tài)，包括器件是否工作正常、器件失效、動(dòng)作的時(shí)間及次數(shù)，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)失效，報(bào)警的功能。下面對(duì)兩大組成部分進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明 (1)組合式SPD
組合式SPD具體組成部分見(jiàn)圖4所示
工作原理過(guò)程分析當(dāng)雷電波通過(guò)正輸入L、負(fù)輸入N線入侵到SPD中時(shí)，雷電過(guò)電壓的值達(dá)到第一壓敏電阻M0V1、第二壓敏電阻M0V2的參考電壓(參考電壓值一般為620V左右)時(shí)，第一壓敏電阻M0V1、第二壓敏電阻M0V2將首先動(dòng)作，這主要用來(lái)對(duì)大地釋放雷電流的能量，第一壓敏電阻M0V1、第二壓敏電阻M0V2動(dòng)作后的殘壓一般為1.8kV左右，殘余的雷電波能量將通過(guò)退耦電感加到第三壓敏電阻M0V3、第四壓敏電阻M0V4上，使第三壓敏電阻M0V3、第四壓敏電阻M0V4動(dòng)作。第三壓敏電阻M0V3、第四壓敏電阻M0V4的參考電壓一般為560V左右，這兩個(gè)壓敏電阻M0V3、M0V4主要用來(lái)箝位雷電過(guò)電壓，使其輸出一個(gè)較低的殘壓值，第三壓敏電阻M0V3、第四壓敏電阻M0V4動(dòng)作后的殘壓一般為L(zhǎng)OkV左右，以保護(hù)后面所接的電子設(shè)備。第一壓敏電阻M0V1、第二壓敏電阻M0V2、第三壓敏電阻M0V3及第四壓敏電阻M0V4在雷電過(guò)電壓的作用下動(dòng)作，對(duì)大地釋放能量，這種保護(hù)模式稱為縱向保護(hù)。當(dāng)?shù)谝粔好綦娮鐼OV1、第二壓敏電阻M0V2、第三壓敏電阻M0V3、第四壓敏電阻M0V4 動(dòng)作時(shí)，由于這些器件參數(shù)的不一致性，主要是響應(yīng)時(shí)間的不一致性，使正輸入線L、負(fù)輸入線N兩線間存在較高的瞬間電位差(該瞬間電位差一般為2. OkV以上)，當(dāng)這一高的電位差達(dá)到M0V5的參考電壓(M0V5的參考電壓一般為560V左右)時(shí)，第五壓敏電阻M0V5動(dòng)作以起到抑制L、N兩線間電位差的作用，第五壓敏電阻M0V5動(dòng)作后的殘壓一般為1. OkV左右， 這使L、N兩線間輸出一個(gè)能使接入設(shè)備承受的電壓值，這種保護(hù)模式也稱為橫向保護(hù)。電感L、電容C作為退耦元件，其工作原理是根據(jù)雷電波的傳輸特點(diǎn)雷電波通過(guò)串聯(lián)的電感和并聯(lián)的電容時(shí)將產(chǎn)生波的折射和波的反射現(xiàn)象。電感L、電容C主要起到降低雷電波的陡度，使SPD在雷電波的作用下輸出較低的殘壓以提高SPD的保護(hù)效果。(2) SPD工作狀態(tài)記錄裝置其工作原理框圖見(jiàn)圖5所示
電路采用基本MC-51單片機(jī)電路，主要組成有傳感器I、傳感器II、單片機(jī)MC-51，存儲(chǔ)器以及液晶顯示等組成。傳感器I相當(dāng)于羅氏線圈，將其套在SPD的中性PE線上，當(dāng)SPD在雷電過(guò)電壓作用下動(dòng)作時(shí)羅氏線圈兩端將感應(yīng)出一個(gè)電壓，該電壓將去觸發(fā)單片機(jī)工作，計(jì)數(shù)一次，并記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間，可以精確到年、月、日、時(shí)、分、秒，這樣當(dāng)雷電造成設(shè)備損壞時(shí)可以根據(jù)記錄的時(shí)間調(diào)出當(dāng)時(shí)的天氣資料，以分析SPD有沒(méi)有起到保護(hù)作用。傳感器II是溫度保險(xiǎn)絲，與壓敏電阻MOV串聯(lián)安裝。當(dāng)壓敏電阻MOV長(zhǎng)期帶電工作時(shí)，由于在線電壓作用下，壓敏電阻MOV可能會(huì)出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，導(dǎo)致壓敏電阻MOV漏流變大發(fā)熱，Rt (溫度保險(xiǎn)絲)熔斷最終使壓敏電阻MOV與電源斷開(kāi)，避免出現(xiàn)火災(zāi)事故，此時(shí)壓敏電阻MOV已失去防雷的效果。通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，告知壓敏電阻MOV已損壞，顯然電路中設(shè)置了多路的Rt (溫度保險(xiǎn)絲)。存儲(chǔ)器主要用來(lái)存儲(chǔ)SPD動(dòng)作的時(shí)間以及MOV失效的時(shí)間數(shù)據(jù)信息。顯示器用來(lái)顯示SPD的工作狀態(tài)。SPD工作狀態(tài)記錄裝置的原理圖如圖6所示。圖中Ul為單片機(jī)，U2為存儲(chǔ)器，U3 為時(shí)鐘芯片，U4為光電耦合器。當(dāng)SPD因?yàn)槔纂姴ǖ那秩攵鴦?dòng)作時(shí)，羅氏線圈將產(chǎn)生感應(yīng)的脈沖信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)Bl整流橋，Bl的作用是用來(lái)進(jìn)行極性變換，使其輸出一個(gè)正的脈沖信號(hào)觸發(fā)光電耦合器U4，U4輸出的信號(hào)觸發(fā)單片機(jī)，單片機(jī)將采集的信號(hào)存儲(chǔ)在U2中。 LCD為液晶顯示器，顯示記錄的信息。時(shí)鐘芯片U3的作用是給單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)間信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種含有LC退耦元件的組合式電涌保護(hù)器，其特征在于包括組合式SPD和SPD工作狀態(tài)記錄裝置；組合式SPD起到對(duì)入侵的雷電波能量對(duì)地釋放的作用，SPD工作記錄裝置實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)SPD工作狀態(tài)的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有LC退耦元件的組合式電涌保護(hù)器，其特征在于所述的SPD工作狀態(tài)記錄裝置包括MC-51單片機(jī)、傳感器I、傳感器II、存儲(chǔ)器和液晶顯示器，傳感器I和傳感器II分別與MC-51單片機(jī)單向連接，液晶顯示器與遠(yuǎn)程通訊也分別與MC-51 單片機(jī)單向連接，存儲(chǔ)器和MC-51單片機(jī)雙向連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有LC退耦元件的組合式電涌保護(hù)器，其特征在于所述的組合式SPD包括五個(gè)壓敏電阻(M0V1、M0V2、M0V3、M0V4、M0V5)、兩個(gè)退耦電感(Li、L2)、 兩個(gè)退耦電容(Cl、C2)、三個(gè)溫度保險(xiǎn)絲(Rtl、Rt2、Rt3)，第一溫度保險(xiǎn)絲(Rtl)和第一壓敏電阻(MOVl)的串聯(lián)電路、第三溫度保險(xiǎn)絲(Rt3)與第四壓敏電阻(M0V4)的串聯(lián)電路、以及第一退耦電容(Cl)、從輸入端分別依次連接在正輸入線L線與中性線PE線之間；第二壓敏電阻(M0V2)、第三壓敏電阻(M0V3)、第二退耦電容(C2)、從輸入端分別依次連接在中性線PE與負(fù)輸入線N之間；第二溫度保險(xiǎn)絲(Rt2)和第五壓敏電阻(M0V5)的串聯(lián)電路連接在正輸入線L線與負(fù)輸入線N之間；第二退耦電感(L2)串接在第一溫度保險(xiǎn)絲(Rtl)正輸入端與第三溫度保險(xiǎn)絲(Rt3)正輸入端之間的正輸入線L上；第一退耦電感(Li)串接在第二壓敏電阻(M0V2)負(fù)輸出端與第三壓敏電阻(M0V3)負(fù)輸出端之間的負(fù)輸入線N上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有LC退耦元件的組合式電涌保護(hù)器，屬于雷電科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。該電涌保護(hù)器包括組合式SPD和SPD工作狀態(tài)記錄裝置；組合式SPD起到對(duì)入侵的雷電波能量對(duì)地釋放的作用，SPD工作記錄裝置實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)SPD工作狀態(tài)的作用。該電涌保護(hù)器通流容量大、并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為雷電事故分析提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)防止電子、電氣設(shè)備因浪涌而損壞的目的。
文檔編號(hào)H02H5/04GK102170119SQ20101051308
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者唐宏科, 李祥超, 王金虎 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)