專利名稱：一種電源防雷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源防雷器，特別是一種電源防雷器用放電模塊。
2)、殘壓UP殘壓是在一定波形沖擊電流(本文所指殘壓為IEC等國際標(biāo)準(zhǔn)、我國的GA-173標(biāo)準(zhǔn)等推薦的雷電3KA 8/20μs波)下防雷器的鉗位電壓(又稱保護(hù)電壓)，該電壓是雷電經(jīng)防雷器后直接加在后續(xù)設(shè)備上的電壓，因此，殘壓是防雷器的最主要指標(biāo)，越低越好，但殘壓與啟動電壓是有關(guān)連的，即殘壓低，啟動電壓也低。

圖1中，殘壓完全由MOV的性能決定，一般殘壓為啟動電壓的約3倍。如Uo＝484V，則殘壓為1452V。圖2中，殘壓為MOV與GDT殘壓之和，大都也在1500V。因此，由于現(xiàn)有的放電模塊采用單一的MOV或簡單的MOV與GDT串連使得啟動電壓Uo與殘壓UP兩個相互制約的參數(shù)很難做到啟動電壓高、而殘壓低這樣一個理想狀況。現(xiàn)在采用傳統(tǒng)放電模塊的防雷器大都是Uo＝500V，UP＝1500V。造成防雷器的整體性能差，難以達(dá)到理想的保護(hù)效果。
為有效降低在220V正常供電情況下氣體放電管G1兩端的分壓，保證在降低氣體放電管G1的啟動電壓的情況下，不會因220V的波動而損壞氣體放電管G1，主放電電路的氣體放電管G1兩端并聯(lián)有電阻R1，且氣體放電管G1的兩端分別串聯(lián)有至少一個以上的壓敏電阻VR2、VR4。
為進(jìn)一步提高主放電電路的響應(yīng)速度，并使電阻分壓電路中也有非線性器件，而使其與壓敏電阻等非線性器件相匹配，從而有效保證在不同的壓敏電阻的情況下，可選用相同的電阻R1，上述主放電電路的電阻R1與瞬變抑制二極管T1串聯(lián)后再和主體放電管G1并聯(lián)。
為進(jìn)一步降低主放電電路的殘壓，壓敏電阻VR2、VR4的兩端分別并聯(lián)有至少一個以上的壓敏電阻。
本發(fā)明由于采用主放電電路和啟動電路相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，利用由壓敏電阻組成的啟動電路來解決氣體放電管完全啟動前殘壓高的問題，并在氣體放電管完全啟動后，由主放電電路來承擔(dān)主要的放電，使本發(fā)明的殘壓始終保持在一個比較低的范圍內(nèi)，并且這種結(jié)構(gòu)的氣體放電管和壓敏電阻都可以選用具有較低啟動電壓的單個元件來實現(xiàn)其較高的整體啟動電壓，并有效提高其整體的響應(yīng)速度。同時，在氣體放電管兩端并聯(lián)一個電阻R，可有效降低在220V正常情況下氣體放電管兩端的分壓，保證在降低氣體放電管G1啟動電壓的情況下，不會因220V電壓的波動而損壞氣體放電管，而且通過由電阻R和瞬變抑制二極管T1來組成電阻分壓回路，既可通過瞬變抑制二極管T1在氣體放電管G1兩極管預(yù)分給一個固定的電壓(約110V左右)，使雷電時只需再加一定的電壓(約140V左右)即達(dá)到250V后就可以啟動氣體放電管G1，相當(dāng)于提前啟動氣體放電管G1，進(jìn)一步提高主放電電路的響應(yīng)速度，又利用瞬變抑制二極管T1的非線性特性，使電阻分壓回路也是一個非線性電路，從而與整個主放電回路的壓敏電阻等非線性器件相匹配，保證在不同的壓敏電阻情況下均可以選用相同的電阻R，而且用兩個或多個容量較小的壓敏電阻并聯(lián)來代替一個大容量的壓敏電阻，可進(jìn)一步降低主放電電路的殘壓。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)與工作原理
圖8是本發(fā)明放電模塊最佳實施方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明的氣體放電管的伏安特性示意圖；圖10是本發(fā)明兩種情況下的標(biāo)準(zhǔn)雷電波形的對比示意圖。
為進(jìn)一步提高主放電電路的響應(yīng)速度，并使電阻R1電路中也有非線性器件，而使其與壓敏電阻等非線性器件相匹配，從而有效保證在不同的壓敏電阻的情況下，可選用相同的電阻R1，如圖7所示，本實施例中上述主放電電路的電阻R1與瞬變抑制二極管T1串聯(lián)后再和主體放電管G1并聯(lián)。
為進(jìn)一步降低主放電電路的殘壓，如圖8所示，本實施例中上述壓敏電阻VR2、VR4的兩端分別并聯(lián)有至少一個以上的壓敏電阻。本實施例中，在保證可降低壓敏電阻啟動電壓的情況下，壓敏電阻VR2、VR4的兩端分別并聯(lián)有一個壓敏電阻VR3或VR5。
本發(fā)明的工作原理是放電模塊由主放電電路與啟動電路組成，其中主放電電路的作用是泄放強(qiáng)大的雷電流中的絕大部分，啟動電路主要作用是協(xié)助主放電電路啟動，即是在主放電電路完全工作前將雷電鉗位在較低值(一般為800V左右)。
當(dāng)外線電壓UEF高出本發(fā)明的啟動電壓時，本發(fā)明中的啟動電路先啟動放電，接下來主放電電路放電，并將殘壓鉗在一定值上。保護(hù)后續(xù)設(shè)備。
本發(fā)明充分利用了各種放電元器件的特點及雷電波的特性，使其啟動電壓較高而殘壓較低，其結(jié)構(gòu)特點如下1)、設(shè)計的啟動電路，使得整個放電模塊的反應(yīng)速度快有效保證整個放電模塊的殘壓在一個比較低的范圍內(nèi)，因主放電電路有多個MOV器件串連，使得響應(yīng)時間是單個MOV的兩倍，而響應(yīng)時間與殘壓成反比，因此，如不加啟動電路，則整個放電模塊的殘壓會很高。
2)、主放電電路中，采取兩種主要措施使在啟動電壓不變的情況下大大降低殘壓(1)、采用MOV串GDT(GDT并有TVS等)再串MOV結(jié)構(gòu)，其殘壓是三部分器件殘壓之和，兩頭的MOV的啟動電壓與殘壓的關(guān)系同傳統(tǒng)的放電模塊一樣，電路的關(guān)鍵是中間串入了一個GDT，GDT的主要作用改變啟動電壓與殘壓的關(guān)系，GDT有輝光放電和弧光放電兩個放電階段，伏安特性見圖9。由圖9可看出GDT的特點是啟動電壓高而導(dǎo)通后極間電壓低，250V啟動電壓產(chǎn)品啟動后極間電壓不高于30V，也就是說當(dāng)GDT完全導(dǎo)通后，主放電電路的殘壓是兩個MOV殘壓之和加30V。這樣主放電電路的殘壓是很低的了，而啟動電壓是三部啟動電壓之和。但我們從圖9也可看出這樣的結(jié)果是在GDT完全導(dǎo)通后，但在GDT完全導(dǎo)通前(GDT響應(yīng)時間約100ns)100ns時間段內(nèi)，主放電電路的殘壓還是三部分之和是相當(dāng)高的。也就是說在100ns內(nèi)主放電電路內(nèi)的殘壓是相當(dāng)高的，這一問題由啟動電路解決。GDT并有TVS(TVS的特點是響應(yīng)時間在幾ns內(nèi)，但容量較小)其作用是提高主放電電路的響應(yīng)速度。主放電電路中MOV與GDT結(jié)合還有兩大優(yōu)點利用GDT極間電阻大的特點(109級)解決了MOV老化問題，延長了MOV的使用壽命。利用MOV的伏安特性解決了GDT的續(xù)流問題，保護(hù)了GDT同時也使防雷器不影響供電質(zhì)量。
下面結(jié)合雷電波來說明本發(fā)明的高啟動電壓與低殘壓的工作過程，見圖10，在圖6中VR1取啟動電壓500V，VR2到VR5取150V，GDT取DC250V。TVS取180V。
首先，計算啟動電壓，啟動電路的啟動電壓為VR1的啟動電壓500V，主放電電路的啟動電壓為兩組MOV之300V加TVS回路約200V(TVS本身為180V，電阻有約20V)等于500V。兩電路的啟動電壓是相同的。其次，計算在主放電完全啟動后的殘壓，兩組MOV的殘壓為(150*3)*2＝900V，GDT極間電壓為30V，因此，總殘壓為930V。該殘壓與傳統(tǒng)放電模塊的殘壓相比有了大大的改進(jìn)。最后，分析在主放電電路中的GDT完全啟動前的殘壓。在分析前，先要明白MOV在沖擊電流下的殘壓變化規(guī)律，MOV的殘壓是在一定沖擊電流下所測得的值，國際上一般取3KA 8/20μs，當(dāng)沖擊電流小于該值時，MOV的殘壓就不是啟動電壓的3倍了，要小一些，具體值與MOV本身的容量、啟動電壓、生產(chǎn)工藝有很大的關(guān)系，如實測西門子的500V 8KA(3KA 8/20μs)MOV在5KA時為1510V，3KA時殘壓為1450V，2KA時為1350V，1KA時為1000V，700A時為950V，100A時為870V。由此可看出3KA以上時殘壓基本為1500V，700A以下殘壓就低多了。下面再分析在雷電達(dá)到防雷器啟動電壓后GDT完全啟動前約100ns內(nèi)的雷電流有多大。圖10中，6KV 1.2/50μs雷電壓需100ns達(dá)到啟動500V的A點。相對應(yīng)的雷電流以3KA 8/20μs在100ns內(nèi)才到0.0375KA的A1點，從A點(A1點)開始GDT還需100ns才完全啟動，此時已到B點(B1點)，B1點的的電流為0.075KA，照上述數(shù)據(jù)啟動電路完全能將該雷電流鉗位在870V內(nèi)。這些是在標(biāo)準(zhǔn)測試波下得到的數(shù)據(jù)，在實際雷擊過程中如雷電流大十倍啟動電路都能在GDT啟動前將雷電鉗位在900V內(nèi)。
主放電回路還有兩個特點一是主放電回路中的TVS的另一作用是在正常情況下將220V工作電壓分給GDT兩極間110V，這樣雷電只要在再加140V到250V后GDT就開始啟動了，相當(dāng)于GDT提前啟動，也就等于GDT的響應(yīng)變快了。其次主放電電路中的MOV采用多片并連，這樣的結(jié)構(gòu)使得在同一啟動電壓下殘壓比采用單一大容量MOV的殘壓低，這是MOV的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的。這一點從西門子產(chǎn)品資料中可查出，如多個S20K150并連后殘壓為900V，單一B32K150的殘壓為1100V。兩者相差還較大的。
綜上所述，有了上述的優(yōu)點分析，并對比本發(fā)明放電模塊的實測結(jié)果，下表為用不同的沖擊設(shè)備對本發(fā)明組成的40KA防雷器進(jìn)行的實測結(jié)果

可以清楚地反映出本發(fā)明的放電模塊結(jié)構(gòu)雖比傳統(tǒng)放電模塊要稍微復(fù)雜一些，但性能優(yōu)良得多，具體比較見下表

權(quán)利要求
1.一種電源防雷器，包括至少一個以上的分別連接在電源相線、零線及地線的其中兩線之間的放電模塊和性能指示電路組成，其特征在于放電模塊由主放電電路和啟動電路并聯(lián)組成，其中主放電電路由壓敏電阻VR2和氣體放電管G1串聯(lián)組成，啟動電路由壓敏電阻VR1組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源防雷器，其特征在于上述主放電電路的氣體放電管G1兩端并聯(lián)有電阻R1，且氣體放電管G1的兩端分別串聯(lián)有至少一個以上的壓敏電阻VR2、VR4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2述的電源防雷器，其特征在于上述主放電電路的電阻R1與瞬變抑制二極管T1串聯(lián)后再和氣體放電管G1并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電源防雷器，其特征在于上述壓敏電阻VR2、VR4的兩端分別并聯(lián)有至少一個以上的壓敏電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電源防雷器,包括至少一個以上的分別連接在電源相線、零線及地線的其中兩線之間的放電模塊和性能指示電路組成,其特征在于放電模塊由主放電電路和啟動電路并聯(lián)組成,其中主放電電路由壓敏電阻VR
文檔編號H02H9/04GK1354540SQ01130029
公開日2002年6月19日 申請日期2001年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月5日
發(fā)明者孫海元 申請人:深圳市威爾利實業(yè)有限公司