專(zhuān)利名稱(chēng)：免接地三相電源系統(tǒng)直接雷擊保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種免接防雷接地線，在三相電源系統(tǒng)使用的，可對(duì)電源系統(tǒng)直接雷擊起可靠保護(hù)的三相電源保護(hù)器，可廣泛應(yīng)用于三相電源系統(tǒng)供電的電子電氣設(shè)備的直接雷擊的保護(hù)。
背景技術(shù)：
標(biāo)準(zhǔn)的電源系統(tǒng)防雷保護(hù)措施如圖1所示電源進(jìn)口加裝SPD，SPD接地端口通過(guò)接地匯流排和被保護(hù)設(shè)備實(shí)行等電位連接后，用良好的防雷接地系統(tǒng)(接地引下線和接地體)和大地相連。公認(rèn)的保護(hù)機(jī)理從電網(wǎng)系統(tǒng)引入的雷電作用勢(shì)能W通過(guò)SPD和防雷接地線泄放到大地，接地電阻越小，泄放到大地的雷電能量越多，泄放時(shí)間越快，保護(hù)效果越好。其實(shí)這是基本物理學(xué)的認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤，如圖2是系統(tǒng)防雷接地線的一般連接圖，其等效作用示意圖如圖3，從這二個(gè)基本圖中我們可以看出，電源進(jìn)口的雷電作用勢(shì)能W通過(guò) SPD、防雷接地線和大地組成泄放消耗途經(jīng)，全部的雷電作用勢(shì)能W消耗在大地零電勢(shì)點(diǎn)的前面，而不是泄放到零電勢(shì)點(diǎn)的后面。閉合回路非靜電場(chǎng)的零電位參考點(diǎn)和靜電場(chǎng)的零電勢(shì)參考點(diǎn)是二個(gè)不同的物理概念，電位為零的參考點(diǎn)，其電勢(shì)不為零。防雷接地線的接地阻抗為這個(gè)雷電勢(shì)能消耗途徑的一部分，接地阻抗越小，表示的是在接地系統(tǒng)中消耗的雷電作用勢(shì)能越小，相應(yīng)的加重了保護(hù)系統(tǒng)的雷電作用能量的消耗，也即加重了系統(tǒng)的雷擊負(fù)擔(dān)。接地阻抗越大，表示的是在接地系統(tǒng)中消耗的雷電作用勢(shì)能越大，相應(yīng)的減少了保護(hù)系統(tǒng)的雷電作用能量的消耗，也即減輕了系統(tǒng)的雷擊負(fù)擔(dān)，在合適的技術(shù)措施保證下，接地電阻是越大越好。假定我們所做的接地系統(tǒng)為理想的零阻抗，說(shuō)明的是在接地系統(tǒng)中消耗的雷電能量為零，并不是說(shuō)雷電能量全部泄放到接地線后的大地，此時(shí)我們所做的這個(gè)理想的零阻抗的接地系統(tǒng)對(duì)防雷的作用等于零，良好接地并不是防雷保護(hù)技術(shù)的必要條件。一個(gè)電源防雷器(SPD)的技術(shù)可靠性有雷電位和雷電壓這二個(gè)方面的要求 雷電位過(guò)高，會(huì)造成系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部線路和機(jī)殼(地)的打火、放電的故障；
雷電壓過(guò)高，會(huì)造成系統(tǒng)設(shè)備元器件的損壞故障?，F(xiàn)有三相四線制電源系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電源防雷保護(hù)器，有二種基本的連接方式
(1)如圖4所示的T-T系統(tǒng)
雷電位Ua、Ub、Uc為P (A、B、C) -N間的氧化鋅元件殘壓+N-PE的氧化鋅元件殘壓； 雷電壓為Uan、UBN, Ucn :P (A、B、C) -N間的氧化鋅元件殘壓。這種方式在選擇合適的氧化鋅元件參數(shù)的前提下，有可靠的雷電壓的保護(hù)，沒(méi)有可靠的雷電位的保護(hù)(在一些系統(tǒng)應(yīng)用中，在N-PE間選擇開(kāi)關(guān)型器件，而這些開(kāi)關(guān)型器件對(duì)過(guò)壓的反應(yīng)時(shí)間只有毫微秒，遠(yuǎn)大于限壓型要求的納秒)。
(2)如圖5所示的T-N系統(tǒng)
雷電位Ua、Ub、U。為P (A、B、C)、N-PE間的氧化鋅元件殘壓；
雷電壓為UanWbnWcm :P(A、B、C) ,N-PE間的雷電位之差，當(dāng)接地不好或遇不平衡雷擊(電網(wǎng)側(cè)擊)，就有可能發(fā)生地電位反擊的事故。這種T-N方式在選擇合適的氧化鋅元件參數(shù)的前提下，有可靠的雷電位的保護(hù)， 沒(méi)有可靠的雷電壓的保護(hù)。一個(gè)獨(dú)立的T-T和T-N系統(tǒng)，只能做為一個(gè)防雷設(shè)備的組成部件，其中T-T系統(tǒng)應(yīng)作為雷電壓的保護(hù)部件，T-N系統(tǒng)應(yīng)作為雷電位的保護(hù)部件，而不能作為一個(gè)獨(dú)立的防雷設(shè)備使用。事實(shí)上，在很多的場(chǎng)合，獨(dú)立的T-T和T-N系統(tǒng)被直接作為防雷設(shè)備使用，這種使用方法都是沒(méi)有理解雷電位和雷電壓的保護(hù)要求而采取的保護(hù)不全面的方法，在實(shí)際使用中經(jīng)常出現(xiàn)防雷器不起保護(hù)作用的情況，對(duì)于這種保護(hù)失效，我們通常的解決方法是采用降低氧化鋅元件的殘壓，即采用直流工作參數(shù)低的氧化鋅元件，但這種方法氧化鋅元件本身很容易發(fā)生老化損壞，在此情形下，如果設(shè)備的熱脫離裝置不好，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生火災(zāi)事故，為此又在氧化鋅元件前串接空開(kāi)，其典型保護(hù)方法有以下二種基本的連接方法
(1)如圖6所示的T-T系統(tǒng)+空開(kāi)
雷電位為P(A、B、C)-N間的氧化鋅元件殘壓+N-PE的氧化鋅元件殘壓+空開(kāi)殘壓； 雷電壓為P(A、B、C)、N-PE間的雷電位差+空開(kāi)殘壓。這種方式在選擇合適的氧化鋅元件參數(shù)的前提下，雷電壓和雷電位的保護(hù)可靠性，要考慮空開(kāi)殘壓的影響，對(duì)于使用在SPD中的空開(kāi)都是一種電感式空開(kāi)，在雷擊瞬間， 空開(kāi)的殘壓很高，特別是在電網(wǎng)側(cè)擊雷擊情況下，沒(méi)有可靠的雷電位和雷電壓的保護(hù)可靠性。(2)如圖7所示的T-N系統(tǒng)+空開(kāi)
雷電位為P(A、B、C)-N間的氧化鋅元件殘壓+空開(kāi)殘壓；
雷電壓為P(A、B、C)、N-PE間的雷電位差+空開(kāi)殘壓，當(dāng)接地不好或遇不平衡雷擊(電網(wǎng)側(cè)擊)，就會(huì)發(fā)生地電位反擊的事故。這種方式在選擇合適的氧化鋅元件參數(shù)的前提下，雷電壓和雷電位的保護(hù)可靠性，要考慮空開(kāi)殘壓的影響，在雷擊瞬間，空開(kāi)的殘壓很高，特別是在電網(wǎng)側(cè)擊雷情況下，沒(méi)有可靠的雷電位和雷電壓的保護(hù)可靠性。在本專(zhuān)利申請(qǐng)以前，本人申請(qǐng)了由T-T、T-N串聯(lián)在一起使用的七模塊浪涌保護(hù)器 (專(zhuān)利號(hào)=200820120204. 9)，這種簡(jiǎn)單的T-T、T-N串聯(lián)，只能保證輸出的殘壓小于1500伏 (取決于直流工作參數(shù))，根據(jù)電器設(shè)備的過(guò)電壓和過(guò)電位安全特性
當(dāng)過(guò)壓時(shí)間小于毫秒時(shí)，小于1500伏的過(guò)壓不會(huì)損害電器設(shè)備； 當(dāng)過(guò)壓時(shí)間大于毫秒時(shí)，大于300伏的過(guò)壓就要損害電器設(shè)備； 電器設(shè)備線路和機(jī)殼地的過(guò)電位承受能力為1000伏/1毫米。參照直接雷擊和感應(yīng)雷擊的特性
感應(yīng)雷擊產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的持續(xù)時(shí)間一般均小于豪秒； 直接雷擊產(chǎn)生的直接雷擊過(guò)電壓的過(guò)壓持續(xù)時(shí)間一般均大于豪秒。從上對(duì)比看出，200820120204. 9能在簡(jiǎn)單接地情況下，保證感應(yīng)雷擊情況的保護(hù)安全性要求，不能保證輸出的持續(xù)時(shí)間超過(guò)毫秒的雷電壓小于300伏的要求，其對(duì)電源系統(tǒng)引入的直接雷擊不起可靠的保護(hù)作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)上述防雷措施的不足而設(shè)計(jì)的一種輸出殘壓幅度和持續(xù)時(shí)間滿(mǎn)足直接雷擊安全性要求、不隨接地電阻的大小、安裝位置、雷擊的性質(zhì)(平衡和不平衡雷擊)變化的、在免接防雷接地線的情況下，保證三相電源系統(tǒng)直接雷擊安全的三相電源直接雷擊保護(hù)器，具有使用方便，保護(hù)可靠性高(包括本身安全性)，安裝成本低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)完成的
一種免接地三相電源系統(tǒng)直接雷擊保護(hù)器，所述雷擊保護(hù)器由T-T模式浪涌保護(hù)器、 T-N模式浪涌保護(hù)器以及隔離變壓器串聯(lián)而成，所述T-T模式浪涌保護(hù)器由氧化鋅元件 BL1、BL2、BL3、BL4構(gòu)成，T-N模式浪涌保護(hù)器由氧化鋅元件BL4、BL5、BL6、BL7構(gòu)成，隔離變壓器的初級(jí)相線和零線分別和T-T模式浪涌保護(hù)器、T-N模式浪涌保護(hù)器的輸出端的相線和零線連接，隔離變壓器的次級(jí)為雷擊保護(hù)器的輸出端口。優(yōu)選地，所述的隔離變壓器為三相隔離變壓器，三相隔離變壓器的三個(gè)輸入端口和T-T模式浪涌保護(hù)器、T-N模式浪涌保護(hù)器的輸出口的三個(gè)相線端相連，零線N和零線相連，隔離變壓器的隔離繞組和接地端PE相連。優(yōu)選地，所述的隔離變壓器為三個(gè)單相隔離變壓器Bi、B2、B3, T-T模式浪涌保護(hù)器、T-N模式浪涌保護(hù)器連接的輸出口的三個(gè)相線端分別和單相隔離變壓器B1、B2、B3的一個(gè)輸入端相連，隔離變壓器Bl、B2、B3的另一個(gè)輸入端和輸入零線共接在一起，隔離變壓器 Bi、B2、B3的輸出端組成三個(gè)獨(dú)立的輸出口，輸出口的零線共接在一起，共零相連。優(yōu)選地，所述的T-T模式浪涌保護(hù)器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在 800-1000伏/1毫安，T-N模式浪涌保護(hù)器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在600-800伏 /1毫安。再優(yōu)選地，T-T模式浪涌保護(hù)器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在600-900伏/ 毫安，T-N模式浪涌保護(hù)器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在600-700伏/毫安。這樣的參數(shù)選址，能夠保證氧化鋅元件工頻續(xù)流的安全性要求，從而可以去掉空開(kāi)，提高保護(hù)的
可靠性。采用上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的免接地三相電源直接雷擊保護(hù)器的有益效果串接二組 T-T、T-N模式連接的七模塊電源浪涌保護(hù)器使本產(chǎn)品具有雷電位和雷電壓雙重的保護(hù)作用，經(jīng)T-T、T-N保護(hù)輸出的雷擊浪涌脈沖為單向脈沖，其基本組成為直流基波和諧波成分， 用隔離變壓器可消除直流基波的影響，經(jīng)隔離變壓器輸出的雷擊殘壓僅為諧波成分，這些諧波的殘壓幅度和持續(xù)時(shí)間符合直接雷擊保護(hù)的技術(shù)要求；另外隔離變壓器還可以直接割斷輸入輸出相線端的雷電位影響，可利用電網(wǎng)零線或機(jī)殼和大地零電勢(shì)點(diǎn)組成消耗通路， 消耗雷電對(duì)系統(tǒng)的作用能量，因此可以采用保護(hù)器免接防雷接地線的方法使用，達(dá)到降低防雷工程的接地成本，利用這種泄放消耗途徑的高阻抗，減少流過(guò)T-T、T-N系統(tǒng)氧化鋅元件的雷電流，提高保護(hù)的可靠性的目的。


圖1電源系統(tǒng)接地防雷措施示意圖2傳統(tǒng)電源系統(tǒng)接地防雷措施的系統(tǒng)連接圖； 圖3雷電作用能量消耗模型示意圖； 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中T-T模式連接的SPD基本示意圖； 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中T-N模式連接的SPD基本示意圖； 圖6是現(xiàn)有技術(shù)中T-T系統(tǒng)加空開(kāi)的SPD示意圖； 圖7是現(xiàn)有技術(shù)中T-N系統(tǒng)加空開(kāi)的SPD示意圖8實(shí)施例1三相輸入、三相輸出的直接雷擊三相電源保護(hù)器的基本電路原理圖； 圖9實(shí)施例2三相輸入、單相輸出的直接雷擊保護(hù)器的基本電路原理圖； 圖10是殘壓幅度和過(guò)壓持續(xù)時(shí)間處理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。實(shí)施例1
參看圖8，一種免接地三相電源系統(tǒng)直接雷擊保護(hù)器，由氧化鋅元件BLp BL2, BL3、BL4, BL5, BL6, BL7 構(gòu)成，其中氧化鋅元件 BL” BL2, BL3、BL4 為 T-T 模式 SPD，BL4, BL5, BL6, BL7 為 T-N模式SPD，三相隔離變壓器的三個(gè)輸入端口和T-T、T-N連接的輸出口的三個(gè)相線端相連，零線N和零線相連(輸入輸出可根據(jù)實(shí)際情況要求共零或不共零)，隔離變壓器的隔離繞組和接地端PE相連，如果選定BL1, BL2、BL3> BL4, BL5, BL6, BL7的工作電壓為680V/1毫安的氧化鋅元件，則經(jīng)過(guò)BL1、BL2、BL3、BL4壓制嵌位的雷電位可控制在1500V以?xún)?nèi)，雷電壓幅度經(jīng)BL5、BL6、BL7壓制可控制在1500V以?xún)?nèi)，如圖10，此雷電流圖10a，可分解為圖IOb的直流基波和圖IOc的諧波成分，雷電流i直接加在隔離變壓器的輸入端，三相隔離變壓器的直接作用能夠隔離雷電壓脈沖的直流基波成分，經(jīng)過(guò)隔離變壓器輸出的是一些諧波成分，在理想情況下，過(guò)壓幅度減小一半，過(guò)壓時(shí)間減少一半，因此能夠滿(mǎn)足直接雷擊情況下的電器設(shè)備的安全性的要求。另外，可借助電網(wǎng)系統(tǒng)或機(jī)殼本身和大地良好的泄放消耗途徑，使電網(wǎng)上產(chǎn)生的雷擊浪涌脈沖的能量可全部通過(guò)這一泄放途徑以熱能的形式消耗掉，從而可以保證避雷器免接地前提下雷擊能量的泄放消耗要求。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，安全可靠性高，安裝成本低，是一種采用380V供電的電子電器設(shè)備使用的三相直接雷擊保護(hù)器。實(shí)施例2
參看圖9，本發(fā)明保護(hù)器電路由氧化鋅元件BL1、BL2、BL3、BL4、BL5、BL6、BL7構(gòu)成，其中氧化鋅元件 BL1、BL2、BL3、BL4 為 T-T 模式 SPD，BL4、BL5、BL6、BL7 為 T-N 模式 SPD，在 T-T、T-N 連接的輸出口的三個(gè)相線端分別和單相隔離變壓器Bi、B2、B3的一個(gè)輸入端相連，隔離變壓器B1、B2、B3的另一個(gè)輸入端和輸入零線共接在一起，隔離變壓器B1、B2、B3的輸出端組成三個(gè)獨(dú)立的輸出口，一般情況下，輸出口的零線共接在一起，共零相連，如果選定BU、BL2、 BL3> BL4, BL5, BL6, BL7的工作電壓為680V/1MA的氧化鋅元件，則經(jīng)過(guò)BLl、BL2、BL3、BL4壓制嵌位的雷電位可控制在1500V以?xún)?nèi)，雷電壓幅度經(jīng)BL5、BL6, BL7壓制可控制在1500V以?xún)?nèi)，此雷電壓直接加在隔離變壓器的輸入端，經(jīng)三相隔離變壓器的隔離作用，輸出的雷電壓脈沖能夠滿(mǎn)足直接雷擊情況下的電器設(shè)備的安全性的要求。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，安全可靠性高，可組成在線備份的使用方式，特別適合保護(hù)安全要求高的場(chǎng)合，如移動(dòng)基站系統(tǒng)電源系統(tǒng)的直接雷擊保護(hù)。 最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均應(yīng)認(rèn)為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種免接地三相電源系統(tǒng)直接雷擊保護(hù)器，其特征在于所述雷擊保護(hù)器由T-T模式浪涌保護(hù)器、T-N模式浪涌保護(hù)器以及隔離變壓器串聯(lián)而成，所述T-T模式浪涌保護(hù)器由氧化鋅元件BL^ BL2, BL3> BL4構(gòu)成，T-N模式浪涌保護(hù)器由氧化鋅元件BL4、BL5, BL6, BL7構(gòu)成，隔離變壓器的初級(jí)相線和零線分別和T-T模式浪涌保護(hù)器、T-N模式浪涌保護(hù)器的輸出端的相線和零線連接，隔離變壓器的次級(jí)為雷擊保護(hù)器的輸出端口。
2.如權(quán)利要求1所述的免接地三相電源系統(tǒng)直接雷擊保護(hù)器，其特征在于所述的隔離變壓器為三相隔離變壓器，三相隔離變壓器的三個(gè)輸入端口和T-T模式浪涌保護(hù)器、T-N 模式浪涌保護(hù)器的輸出口的三個(gè)相線端相連，零線N和零線相連，隔離變壓器的隔離繞組和接地端PE相連。
3.如權(quán)利要求1所述的免接地三相電源系統(tǒng)直接雷擊保護(hù)器，其特征在于所述的隔離變壓器為三個(gè)單相隔離變壓器B1、B2、B3，T-T模式浪涌保護(hù)器、T-N模式浪涌保護(hù)器連接的輸出口的三個(gè)相線端分別和單相隔離變壓器Bi、B2、B3的一個(gè)輸入端相連，隔離變壓器 B1、B2、B3的另一個(gè)輸入端和輸入零線共接在一起，隔離變壓器Bi、B2、B3的輸出端組成三個(gè)獨(dú)立的輸出口，輸出口的零線共接在一起，共零相連。
4.如權(quán)利要求1所述的免接地三相電源系統(tǒng)直接雷擊保護(hù)器，其特征在于所述的T-T 模式浪涌保護(hù)器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在800-1000伏/1毫安，T-N模式浪涌保護(hù)器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在600-800伏/1毫安。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種免接地三相電源系統(tǒng)直接雷擊保護(hù)器，通過(guò)由氧化鋅元件BL1、BL2、BL3、BL4構(gòu)成的T-T模式浪涌保護(hù)器、由氧化鋅元件BL4、BL5、BL6、BL7構(gòu)成的T-N模式浪涌保護(hù)器及初級(jí)相線和零線分別和T-T模式浪涌保護(hù)器、T-N模式浪涌保護(hù)器的輸出端的相線和零線連接的隔離變壓器串聯(lián)而成，隔離變壓器的次級(jí)為雷擊保護(hù)器的輸出端口。本發(fā)明具有雷電位和雷電壓雙重的保護(hù)作用；隔離變壓器割斷輸入輸出相線端的雷電位影響，由電網(wǎng)零線或機(jī)殼和大地零電勢(shì)點(diǎn)組成消耗通路，消耗雷電對(duì)系統(tǒng)的作用，降低防雷工程接地成本，泄放消耗途徑的高阻抗減少流過(guò)T-T、T-N系統(tǒng)氧化鋅元件的雷電流，提高保護(hù)可靠性。
文檔編號(hào)H02H9/04GK102332714SQ20111027982
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者葉林 申請(qǐng)人:杭州碧蕾科技有限公司