一種防雷器的製作方法

2023-06-10 18:39:31

專利名稱：：一種防雷器的製作方法
技術領域：
：本實用新型一種防雷器涉及一種帶提前點火間隙裝置的防雷器。技術背景對建築物的電力線路和建築物內的配電系統應進行過電壓保護，按國家規範應分為三部分在電力變壓器低壓側輸出端至建築物總配電盤間的電纜內芯線兩端相應對地加裝避雷器，作為第一級保護；在建築物總配電盤至各分配電箱間電纜內芯線兩端應對應加裝避雷器，作為第二級保護；在所有重要的、精密的設備及UPS前端應對地加裝避雷器，作為三級保護。IEC61312-3規定Imax為電源防雷器在8/20us波形下，在不損壞設備的情況下所流過電湧保護器的最大峰值電流。通常Imax是作為測試電源保護器第二級和第三級的測試電流參數；而limp則類似於自然雷電特性(峰值，電荷量和比能)的10/350us波形的模擬雷電流，雷電流避雷器必須能瀉放數次這樣的雷電流次數而不受損壞。通常Iimp是作為測試第一級電源保護器的測試電流參數。對於電源保護器，第一級主要採用開關型的元器件(如放電間隙、高能量的氧化鋅閥片)，通常這種器件能通過的能量比較大，但反應速度比較慢，主要的作用是對雷電流的大部分能量進行洩放，但相對流過保護器後仍殘留較高的電壓，對後端設備不起保護作用。Iftj電源的第—級以及第三級保護器，則主要採用限壓型的元器件(如限壓型的氧化鋅閥片和瞬態穩壓管TVS)但這種元器件的特性主要的反應速度比較快，但通過的能量相對比較弱，主要對通過它的雷電流進行電壓的限制，殘留的電壓在設備的耐受電壓以下，但不能通過太大的能量，如果通過的能量太大有機會損壞避雷器。由於第一級電源防護器與第二、二級的作用以及反應速度不同，所以它們之間應通過退偶器件達到能量和反應速度互相配合的目的。IEC61643-11規定，退耦元件既可採用分立設備，也可採用防雷區界面和設備之間的線纜的自然電阻和電感，開關型SPD與限壓型SPD之間的線纜長度應大於15m，限壓型SPD之間的線纜長度應大於5m,達不到要求時可串接足夠電感量的去耦元件。SPD是非線性器件，由於其結構和性能的不同，不同類型的SPD各有特點(見表1)。為了保證響應速度快，需要進行能量配合，使特徵能量小的器件在工作時通過的能量不超過其自身能承受的最大能量且可以及時響應，並把餘下的更大的能量交換到反應慢但可以承受更大能量的器件上。表ltableseeoriginaldocumentpage4但是在國內目前的防雷設計往往沒有考慮能量配合問題，例如採用兩級壓敏電阻進行保護時，由於它們屬於限壓型SPD間的配合，如果沒有去耦，則第一級SPD形同虛設，保護不會起作用。同時，通過壓敏電阻的並聯來增大電源保護器的通流容量的方法也是不可取的，可以把壓敏電阻的並聯作去耦距離為無限短的兩級SPD，由於沒有能量配合，也無法提高衝擊能量。氧化物壓敏電阻的非線性及其伏安特性的離散性(正C容許壓敏電壓有±10%的誤差)決定了並聯後每增加一倍數量的器件時，SPD的通流容量In最多增加1.2倍。以下將通過對自感去耦的能量分配的分析，簡單計論一下幾種去耦的特點以及自感去耦的優缺點。(1)自感觶耦(靜態伏安特性配合)放電間隙的放電取決於氧化物壓敏電阻兩端的殘壓(UvAL)以及去耦元件兩端的動態壓降UL。在觸發放電前，放電間隙兩端的電壓UFL產UVAL+U"—旦UFLT超過放電間隙的動態放電電壓，就可實現配合。這取決於氧化物壓敏電阻的特性，浪湧的上升陡度和幅值以及去耦元件的性質(如空氣心電感.鐵心電感或電阻)。放電間隙與SPD的配合如附圉1。自感去耦時浪湧能量的分配如下圖表所示。圖中電流波形的面積所代表的物理意義為；A能l4i交換點B提前交換點自感去耦時電湧能量的分配(Htit2JL雄(1)W—w/Ldi/dt(2)式中Q——電荷量；h——波前時間；t2——視在半峰時間；i——浪湧電流；L—去耦電感；W——比能。Q與W具有直接的數學關係，所以可以用I-t波形面積定性地比較浪湧能量的分配。能量交換的時間點取決於浪湧電流的陡度，A點為理想的能量交換點，這時限壓型SPD所承受的能量等於它自身可以承受的最大能量，即W-Wmax。B點為提前交換點，這對氧化物壓敏電阻所承受的能量W遠小於Wmax。當然，這時氧化物壓敏電阻的壽命會大大延長，殘壓也會比A點氧化物壓敏電阻的殘壓低得多。圖中C區表示未能交換的情況，這時氧化物壓敏電阻將承受所有的浪湧能量，W>WmaX。這時氧化物壓敏電阻一定會被損壞，同時前面的開關型SPD也無法正常響應。(2)去耦元件的性能分析為了達到能量配合的目的，需要採用電感作為去耦元件，這時必須考慮浪湧電流的上升時間及峰值幅度(如10/350tis)。Di/dt的值越大，去耦所需的電感越小。目前可採用空氣心電感和鐵心電感作為去耦電感。下面簡單分析一下去耦電感對能量分配的影響。鐵心電感的電感量LFE-UrXLair，這裡磁導率Ur不是常數，其大小取決於頻率，磁場強度(H)和交變場應力等，Lair為鐵心電感的電感量。對於能源配合來說，發生浪湧時時間對電感的影響(電感瞬態特性理論)比較重要。在一個很高的瞬變電流的作用下，一個鐵心電感的磁心會立刻飽和，同時電感量也會快速減小到空氣心電感的電感量。依照電感特性理論，在瞬態場電流的作用下每個電感會產生時變電感量Ls,這個電感量在鐵心電感器中的變化率(dLs/dt)非常大。而由頻率決定的磁導率Ur和渦旋感應電流也會導致各種不同的電感量的時間特性。通過試驗可知，金屬心產生的能量交換點靠前，配合效果要好於空氣心，但是金屬心去耦必須設計成瞬態特性的，並且常態電感量要很大。通過以上分析，可以看出現有利用電感去耦的防雷器還是存在以F不足之處①能量控制點要依靠於電流的陡度。②線路的額定電流受限於電感心的額定電流。③存在不定期定的能源浪費(熱能)，工頻電流會流過電感心。佔用一定的安裝空間。
發明內容為避免現有技術的不足之處，本實用新型提供一種帶提前點火間隙的複合型防雷器，它的核心是一個B類的SPD，該類SPD是在一個特殊合金材料的環形間隙的電極間加裝-個主動能量控制器而製成的，是對以前的電壓開關型SPD的改進，以使其Up不大於2.5KV。這類SPD兼有放電間隙和氧化鋅壓敏電阻的優點，將這二者組合在一起，而且不使用退耦元件。本實用新型是通過以下技術措施來實現的它由外殼以及設置在外殼內的防雷電路組成，防雷電路由電源零線與地線之間的放電間隙與1個或者3個接在電源相線L與零線N之間的基本放電模塊組成，放電模塊包括連接在電源相線與零線之間的限壓用壓敏電阻、串接在其前端的保險絲、以及相線L與零線N之間帶點火極的放電間隙Y，其特徵是在相線L與零線N之間裝有點火電路，點火電路包括保險絲U、用於限制充電電壓壓敏電阻R、電容C、高頻變壓器T和放電管V，保險絲U、限制充電電壓壓敏電阻R和電容C串連後接在相線L與零線N之間，高頻變壓器T原邊線圈一端通過放電管V連接到電容C的一端，另一端接於零線，高頻變壓器T副邊線圈的一端與相線L與零線N之間帶點火極的放電間隙的點火極連接，另一端接於零線。當流經相線與零線的過電壓能量水平相對比較低時，限壓壓敏電阻兩端導通，把電壓鉗制在設備的耐受電壓水平以下，傳統的避雷器主要是通過這種手段保護電源線間電壓。由於壓敏電阻本身有漏電流等缺點，所以必須在它的前面串聯保險絲，避免壓敏電阻由於漏電流過大著火或爆破。限制充電電壓壓敏電阻平時不導通，當限壓壓敏電阻的電壓高達一定水平以後，限制充電電壓壓敏電阻開始導通，並向電容充電。，當電容充電電壓達到一定水平以後，限制充電電壓壓敏電阻兩端電壓相應降低，限制充電電壓壓敏電阻截止導通，而放電管V則被擊穿。放電管被擊穿後，變壓器的原邊得到一個電壓，這個電壓一定是一個等於或高於放電管V的導通電壓，這樣就在一定程度上控制了點火極的動作電壓。當變壓器的原邊得到一個電壓後，變壓器的副邊就以10倍以上的電壓變壓輸出(如原邊的電壓是90V，副邊則為900V)。點火極帶高電壓輸出，同時擊穿間瞎的兩端放電。當點火極擊穿間隙兩端後形成電弧，相線與地線之間出現的過電壓主能量通過間隙釋放，把主能量從限壓壓敏電阻轉移到放電間隙上。防雷電路由3個基本放電模塊組成，其中3個基本放電模塊分別接入三相四線制交流電源的三個相線與零線之間，與電源的相線、零線相併聯，通過與電源的相線、零線相併聯，並且零線通過一個放電間隙對地線連接。形成一個典型的3+1保護形式，其三條相線分別通過一個放電的機制在電壓高於正常工作電壓的時候對零線放電，使相線與零線之間形成差摸電壓保護。在零線與地線之間接入放電間隙，其主要作用在於在零線與地線、相線與地線之間形成共模保護。這種保護形式能應用於所有TN-S、TN-C、TT、TN-S(C)等供電系統。由於所有的供電系統98%的過電壓損害案例都集中於零線與相線間，這種提前點火間隙的機理主要應用於相線與零線之間的差模保護上。本實用新型在限壓壓敏電阻R的兩端裝有故障檢測電路。每相都有一個檢測用顯示燈。顯示燈一端通過開關、電阻連接在壓敏電阻前端，保險絲的後端上，另一端連接與零線上。當保險絲正常，按開關鍵時由於相線與零線之間存在電壓使顯示燈發亮；當保險絲斷開後，按開關鑣時相線與零線仍然是開路，所以顯示燈不亮。三條相線共有三組檢測電路。本實用新型有3個基本放電模塊與三相四線制交流電源相接時，相線與零線間的三個防雷模塊之間裝有一個故障顯示電路，故障顯示電路中有顯示燈，顯示燈的一端通過三個分壓電阻分別與三條相線與零線間並聯的限壓壓敏電阻所串接的保險絲後端連接，另一端與零線連接。由於顯示燈的一端連接與三條相線，根據三相平衡的特性，顯示燈連接三相的一端與連接零線的一端電壓差為零；當顯示燈連接於三條相線的保險絲中有任何一個保險絲斷開時，立即造成三相不平衡，紅燈連接與相線與零線之間的兩端發生電壓差。顯示燈亮。顯示燈為發光二極體或氖氣泡。本實用新型防雷器應用於三相系統的一些參數如下雷電衝擊電流Iimp(10/350^)為每相25KA;電壓保護水平Up^l.5KV，已達到國家標準GB50057規定的I類絕緣耐壓水平；短路電流能力為25KA。本實用新型防雷器的技術特性如下①當進來的電壓tKUp時，防雷器的保護元件不動作。②當U^Up且Wtrig^KWactiv時，限制過電壓由氧化鋅壓敏電阻完成，放電間隙不用動作(Wtrigger為與氧化鋅壓敏電阻組合在一起的觸發單元產生的觸發能量，Wactiv為使觸發放電間隙動作的饞量)。③當l^Up且Wtrig^r^Vactiv時，觸發放電間隙動作，緊接著主放電間隙也動作，使氧化鋅壓敏電阻中流過的電流減少而不使其損壞。本實用新型是防雷器是一個B+C類的SPD，所以它既具有C類SPD的響應速度和低保護電平，同時又具有B類SPD兆焦耳(MJ)級的能量級別，是一種性能可靠、防雷效果好的防雷器。附圖1為自感解耦型防雷器結構圖。附圖2為本實用新型結構圖。附圖3為本實用新型用於三相四線制交流電源的結構圖。以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。具體實施方式如附圖2所示，本實用新型它由外殼以及設置在外殼內的防雷電路組成，防雷電路由電源零線與地線之間的放電間隙PE和接在電源相線L與零線N之間的基本放電模塊組成，放電模塊包括連接在電源相線與零線之間的限壓用壓敏電阻R1、串接在其前端的保險絲U1、以及相線L1與零線N之間帶點火極的放電間隙Y1，在相線L1與零線N之間裝有點火電路，點火電路包括保險絲U2、用於限制充電電壓壓敏電阻R2、電容C1、高頻變壓器T1和放電管V1，保險絲U1、限制充電電壓壓敏電阻R1和電容C1串連後接在相線L1與零線N之間，高頻變壓器T原邊線圈一端通過放電管V1連接到電容C1的一端，另一端接於零線，高頻變壓器T副邊線圈的一端與相線L1與零線N之間帶點火極的放電間隙Yl的點火極連接，另一端接於零線。當流經相線與零線的過電壓能量水平相對比較低時，限壓壓敏電阻兩端導通，把電壓鉗制在設備的耐受電壓水平以下，傳統的避雷器主要是通過這種手段保護電源線間電壓。由於壓敏電阻本身有漏電流等缺點，所以必須在它的前面串聯保險絲，避免壓敏電阻由於漏電流過大著火或爆破。限制充電電壓壓敏電阻平時不導通，當限壓壓敏電阻的電壓高達一定水平以後，限制充電電壓壓敏電阻開始導通，並向電容充電。，當電容充電電壓達到一定水平以後，限制充電電壓壓敏電阻兩端電壓相應降低，限制充電電壓壓敏電阻截止導通，而放電管V則被擊穿。放電管被擊穿後，變壓器的原邊得到一個電壓，這個電壓一定是一個等於或高於放電管V的導通電壓，這樣就在一定程度上控制了點火極的動作電壓。當變壓器的原邊得到一個電壓後，變壓器的副邊就以IO倍以上的電壓變壓輸出(如原邊的電壓是90V，副邊則為900V)。點火極帶高電壓輸出，同時擊穿間隙的兩端放電。當點火極擊穿間隙兩端後形成電弧，相線與地線之間出現的過電壓主能量通過間隙釋放，把主能量從限壓壓敏電阻轉移到放電間隙上。如附圖3所示，本實用新型它由外殼以及設置在外殼內的防雷電路組成，防雷電路由電源零線與地線之間的放電間隙PE和接在電源相線L與零線N之間的3個基本放電模塊組成，該避雷器與三相(Ll、L2、L3)四線制交流電源並聯接入工作時，通過與電源的相線、零線相併聯，並且零線通過一個放電間隙對地線連接。形成一個典型的3+1保護形式，其三條相線分別通過一個放電的機制在電壓高於正常工作電壓的時候對零線放電，使相線與零線之間形成差摸電壓保護。在零線與地線之間接入放電間隙，其主要作用在於在零線與地線、相線與地線之間形成共模保護。這種保護形式能應用於所有TN-S、TN-C、TT、TN-S(C)等供電系統。由於所有的供電系統98%的過電壓損害案例都集中於零線與相線間，這種提前點火間隙的機理主要應用於相線與零線之間的差模保護上。本實用新型在基本放電模塊每個限壓用壓敏電阻(如圖R1、R3、R5)兩端裝有故故障檢測電路。每相都有一個檢測用顯示燈(DS1、DS2和DS2)。顯示燈一端通過開關(K1、K2、K3)電阻(Rll、R12、R13)連接在壓敏電阻前端，保險絲的後端上，另一端連接與零線上。當保險絲正常，按開關鍵時由於相線與零線之間存在電壓使顯示燈發亮；當保險絲斷開後，按開關鍵時相線與零線仍然是開路，所以顯示燈不亮。三條相線共有三組檢測電路。在限壓壓敏電阻R1、R2、R3的兩端還裝有故障顯示電路，故障顯示電路中有一個顯示燈DS4，顯示燈的一端通過三個分壓電阻分別與三條相線與零線間並聯的限壓壓敏電阻所串接的保險絲後端連接，另一端與零線連接。由於顯示燈的一端連接與三條相線，根據三相平衡的特性，顯示燈連接三相的一端與連接零線的一端電壓差為零；當顯示燈連接於三條相線的保險絲中有任何一個保險絲斷開時，立即造成三相不平衡，紅燈連接與相線與零線之間的兩端發生電壓差。顯示燈亮。權利要求1.一種防雷器，它由外殼以及設置在外殼內的防雷電路組成，防雷電路由電源零線與地線之間的放電間隙與1個或者3個接在電源相線L與零線N之間的基本放電模塊組成，放電模塊包括連接在電源相線與零線之間的限壓用壓敏電阻、串接在其前端的保險絲、以及相線L與零線N之間帶點火極的放電間隙Y，其特徵是在相線L與零線N之間裝有點火電路，點火電路包括保險絲U、用於限制充電電壓壓敏電阻R、電容C、高頻變壓器T和放電管V，保險絲U、限制充電電壓壓敏電阻R和電容C串連後接在相線L與零線N之間，高頻變壓器T原邊線圈一端通過放電管V連接到電容C的一端，另一端接於零線，高頻變壓器T副邊線圈的一端與相線L與零線N之間帶點火極的放電間隙的點火極連接，另一端接於零線。2.根據權利要求1所述的一種防雷器，其特徵是防雷電路由3個基本放電模塊組成，其中3個基本放電模塊分別接入￡相四線制交流電源的三個相線與零線之間，與電源的相線、零線相併聯。3.根據權利要求1所述的-種防雷器，其特徵是每個相線與零線間的放電模塊都裝有檢測顯示電路，檢測顯示電路由開關、電阻和顯示燈串接而成，顯示燈一端通過開關、電阻連接在壓敏電阻前端，保險絲的後端上，另-端連接與零線上。4.根據權利要求3所述的一種防雷器，其特徵是相線與零線間的三個防雷模塊之間裝有一個故障顯示電路，故障顯示電路中有顯示燈，顯示燈的一端通過三個分壓電阻分別與三條相線與零線間並聯的限壓壓敏電阻所串接的保險絲後端連接，另一端與零線連接。5.根據權利要求3或權利要求4所述的一種防雷器，其特徵是顯示燈為發光二極體或氖氣泡。專利摘要本實用新型一種防雷器，它由外殼以及設置在外殼內的防雷電路組成，防雷電路由1個或3個基本放電模塊組成，放電模塊包括連接在電源相線與零線之間的限壓用壓敏電阻、串接在其前端的保險絲、以及相線L與零線N之間帶點火極的放電間隙Y，其特徵是在相線L與零線N之間裝有點火電路，點火電路包括保險絲U、用於限制充電電壓壓敏電阻R、電容C、高頻變壓器T和放電管V，保險絲U、限制充電電壓壓敏電阻R和電容C串連後接在相線L與零線N之間，高頻變壓器T原邊線圈一端通過放電管V連接到電容C的一端，另一端接於零線，高頻變壓器T副邊線圈的一端與相線L與零線N之間帶點火極的放電間隙的點火極連接，另一端接於零線。本實用新型是一個B+C類的SPD，所以它既具有C類SPD的響應速度和低保護電平，同時又具有B類SPD兆焦耳(MJ)級的能量級別，是一種性能可靠、防雷效果好的防雷器。文檔編號H02H9/04GK201061136SQ200720049929公開日2008年5月14日申請日期2007年3月29日優先權日2007年3月29日發明者張雲龍申請人:廣州市海德防雷科技有限公司