專利名稱：一種含有l(wèi)c退耦元件的組合式電涌保護器的制作方法
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器，屬于雷電科學與技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在建筑物內(nèi)對一個電氣系統(tǒng)的設(shè)備進行電涌保護時，通常會在一條線路上依次安裝兩級或兩級以上的電涌保護器，簡稱SPD。每一級電涌保護器具有不同的功能，前級主要用來釋放雷電波的能量，后級主要用來箝位。然而由于各SPD動作特性和響應時間的不一致性， 在電涌入侵時，各級SPD不一定按預期的要求和連接次序動作，其后果是達不到預定的保護效果，嚴重時導致SPD自身損壞，甚至爆炸起火。SPD的級間能量配合要求是在各級SPD能將各自位置上的電涌電壓限制到預期水平的條件下，各SPD還能夠承受動作時耗散在其上的最大電涌能量而仍然安全；通常要求前級SPD能泄放大部分電涌電流，而后級SPD主要限制設(shè)備上的電涌電壓。級間SPD能量配合的基本情況是兩級SPD間的配合，基本電路模型如圖1所示， 前后級的保護元件均采用限壓型MOV (即氧化鋅壓敏電阻)。兩級SPD配合的分析應基于兩級MOV的伏安特性，直接并聯(lián)的兩個MOV伏安特性如圖2所示。兩級SPD并聯(lián)接在線路上，當雷電波入侵該線路時，前級SPD應先動作。但是 MOV是非線性電阻元件，如果不考慮級間的阻抗特性，在電涌電壓上升的過程中，MOV伏安特性曲線中較低的SPD II將先動作，流過較大的電流，沒有按照預定的SPD動作次序。如果要求伏安特性較高卻處于前級的MOV首先動作，并流過較大的電流，就應該在兩級間串入退耦元件，提高前級SPD I兩端間的電壓，促使SPD I先動作。根據(jù)IEC62305標準的規(guī)定，安裝多級電涌保護器時，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。在實際的防雷工程設(shè)計中，依次安裝多級SPD在工程的施工中卻難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問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)計規(guī)范要求，達到防止電子、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起到對入侵的雷電波能量對地釋放的作用，SPD工作記錄裝置實現(xiàn)監(jiān)測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、傳感器I、傳感器II、存儲器和液晶顯示器，傳感器I和傳感器II分別與MC-51單片機單向連接，液晶顯示器與遠程通訊也分別與MC-51單片機單向連接，存儲器和MC-51單片機雙向連接。所述的組合式SPD包括五個壓敏電阻、兩個退耦電感、兩個退耦電容、三個溫度保險絲，第一溫度保險絲和第一壓敏電阻的串聯(lián)電路、第三溫度保險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與負輸入線N之間；第二溫度保險絲和第五壓敏電阻的串聯(lián)電路連接在正輸入線L線與負輸入線N 之間；第二退耦電感串接在第一溫度保險絲正輸入端與第三溫度保險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輸出端與第三壓敏電阻負輸出端之間的負輸入線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)計符合IEC18802. 1及JB/ T10618-2006 標準的設(shè)計要求。2.該SPD具有通流容量大的特點，通流容量最大可達120kA，標稱放電電流為 60kA。3. 退耦電感前后兩級的電流比可達到5:1的比例，保證了第一級主要用來釋放能量，第二級主要起到箝位的功能。4. SPD的電壓保護水平低，電壓保護水平達到IkV以下，這主要是由于電感L、電容C對雷電波的折、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)記錄裝置實時監(jiān)測SPD的工作狀態(tài)，并記錄其工作的情況，對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。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。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主要起到對入侵的雷電波能量對地釋放，起L-N線間箝位的作用。SPD工作記錄裝置主要實現(xiàn)監(jiān)測SPD的工作狀態(tài)，包括器件是否工作正常、器件失效、動作的時間及次數(shù)，還能實現(xiàn)遠程報失效，報警的功能。下面對兩大組成部分進行詳細的說明 (1)組合式SPD
組合式SPD具體組成部分見圖4所示
工作原理過程分析當雷電波通過正輸入L、負輸入N線入侵到SPD中時，雷電過電壓的值達到第一壓敏電阻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，第一壓敏電阻M0V1、第二壓敏電阻M0V2將首先動作，這主要用來對大地釋放雷電流的能量，第一壓敏電阻M0V1、第二壓敏電阻M0V2動作后的殘壓一般為1.8kV左右，殘余的雷電波能量將通過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，這兩個壓敏電阻M0V3、M0V4主要用來箝位雷電過電壓，使其輸出一個較低的殘壓值，第三壓敏電阻M0V3、第四壓敏電阻M0V4動作后的殘壓一般為LOkV左右，以保護后面所接的電子設(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在雷電過電壓的作用下動作，對大地釋放能量，這種保護模式稱為縱向保護。當?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 動作時，由于這些器件參數(shù)的不一致性，主要是響應時間的不一致性，使正輸入線L、負輸入線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)，當這一高的電位差達到M0V5的參考電壓(M0V5的參考電壓一般為560V左右)時，第五壓敏電阻M0V5動作以起到抑制L、N兩線間電位差的作用，第五壓敏電阻M0V5動作后的殘壓一般為1. OkV左右， 這使L、N兩線間輸出一個能使接入設(shè)備承受的電壓值，這種保護模式也稱為橫向保護。電感L、電容C作為退耦元件，其工作原理是根據(jù)雷電波的傳輸特點雷電波通過串聯(lián)的電感和并聯(lián)的電容時將產(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的保護效果。(2) SPD工作狀態(tài)記錄裝置其工作原理框圖見圖5所示
電路采用基本MC-51單片機電路，主要組成有傳感器I、傳感器II、單片機MC-51，存儲器以及液晶顯示等組成。傳感器I相當于羅氏線圈，將其套在SPD的中性PE線上，當SPD在雷電過電壓作用下動作時羅氏線圈兩端將感應出一個電壓，該電壓將去觸發(fā)單片機工作，計數(shù)一次，并記錄當時的時間，可以精確到年、月、日、時、分、秒，這樣當雷電造成設(shè)備損壞時可以根據(jù)記錄的時間調(diào)出當時的天氣資料，以分析SPD有沒有起到保護作用。傳感器II是溫度保險絲，與壓敏電阻MOV串聯(lián)安裝。當壓敏電阻MOV長期帶電工作時，由于在線電壓作用下，壓敏電阻MOV可能會出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，導致壓敏電阻MOV漏流變大發(fā)熱，Rt (溫度保險絲)熔斷最終使壓敏電阻MOV與電源斷開，避免出現(xiàn)火災事故，此時壓敏電阻MOV已失去防雷的效果。通過單片機進行遠程通訊，告知壓敏電阻MOV已損壞，顯然電路中設(shè)置了多路的Rt (溫度保險絲)。存儲器主要用來存儲SPD動作的時間以及MOV失效的時間數(shù)據(jù)信息。顯示器用來顯示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，U2為存儲器，U3 為時鐘芯片，U4為光電耦合器。當SPD因為雷電波的侵入而動作時，羅氏線圈將產(chǎn)生感應的脈沖信號，該信號通過Bl整流橋，Bl的作用是用來進行極性變換，使其輸出一個正的脈沖信號觸發(fā)光電耦合器U4，U4輸出的信號觸發(fā)單片機，單片機將采集的信號存儲在U2中。 LCD為液晶顯示器，顯示記錄的信息。時鐘芯片U3的作用是給單片機提供一個時間信號。
權(quán)利要求
1.一種含有LC退耦元件的組合式電涌保護器，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起到對入侵的雷電波能量對地釋放的作用，SPD工作記錄裝置實現(xiàn)監(jiān)測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、傳感器I、傳感器II、存儲器和液晶顯示器，傳感器I和傳感器II分別與MC-51單片機單向連接，液晶顯示器與遠程通訊也分別與MC-51 單片機單向連接，存儲器和MC-51單片機雙向連接。
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器，其特征在于所述的組合式SPD包括五個壓敏電阻(M0V1、M0V2、M0V3、M0V4、M0V5)、兩個退耦電感(Li、L2)、 兩個退耦電容(Cl、C2)、三個溫度保險絲(Rtl、Rt2、Rt3)，第一溫度保險絲(Rtl)和第一壓敏電阻(MOVl)的串聯(lián)電路、第三溫度保險絲(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與負輸入線N之間；第二溫度保險絲(Rt2)和第五壓敏電阻(M0V5)的串聯(lián)電路連接在正輸入線L線與負輸入線N之間；第二退耦電感(L2)串接在第一溫度保險絲(Rtl)正輸入端與第三溫度保險絲(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)負輸出端與第三壓敏電阻(M0V3)負輸出端之間的負輸入線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器，屬于雷電科學與技術(shù)領(lǐng)域。該電涌保護器包括組合式SPD和SPD工作狀態(tài)記錄裝置；組合式SPD起到對入侵的雷電波能量對地釋放的作用，SPD工作記錄裝置實現(xiàn)監(jiān)測SPD工作狀態(tài)的作用。該電涌保護器通流容量大、并且可以實時監(jiān)測，為雷電事故分析提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)防止電子、電氣設(shè)備因浪涌而損壞的目的。
文檔編號H02H5/04GK102170119SQ20101051308
公開日2011年8月31日 申請日期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 申請人:南京信息工程大學