具有多保护模式的终端电涌保护器及保护方法

摘要

本发明揭示了一种电涌保护方法，将限压元件、脱离器、放电管、快速限压元件和限流电阻按照如下方式连接：第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件依次串接，第一限压元件还连接到相线端，第二限压元件还连接到中线端；从第一脱离器和第二脱离器之间引出端点，并联放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路，所述放电管和支路的另一端连接到接地端。本发明还揭示了一种电涌保护器，将上述的元件按照所述的连接方式连接。通过上述的分析可知，采用了本发明的技术方案，提供一种兼有多保护模式的、低限制电压的、响应快的电涌保护器，同时还具有更能反映真实温度的脱离器。

说明书

技术领域

本发明涉及电涌保护领域，更具体地说，涉及一种多保护模式、低限制电压、响应快的用于低压配电系统终端处的电涌保护方法以及采用该方法的电涌保护器。

背景技术

当前用于低压配电系统终端处的保护器常常采用两类保护器，一类为限压型，另一类为开关型。前者在持续工作电压下有泄漏电流流过，这一泄漏电流常常会引起保护器老化等不安全现象，为降低泄漏电流，采用提高保护器的压敏电压，同时也提高了限制电压，这就使得该保护器难于满足终端设备的冲击耐受性能要求；后者利用开关元件的特性，虽不存在前者老化的不足，但开关元件响应相对较慢，如1kV/μs陡度上升的电压，其响应时间达1μs左右。同时，开关型对击穿放电后的工频续流难于灭弧，造成电网的过流保护装置动作，影响供电的连续性。还有，考虑到电网的暂态过电压，开关型的放电电压不得低于该电压，否则引起不必要的动作，这就使得该保护器的冲击放电电压有一个较高下限值，无法对电子类等弱绝缘设备进行保护。

上述保护器在结构上采用单极单保护模式(线-地、线-中或中-地保护模式)，使用成本较高，

上述保护器的脱离器的温度采样点设置远离发热元件，不利于反映真实温度。

于是，就需要一种新型的电涌保护器来解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼有多保护模式的、低限制电压的、响应快的电涌保护器，同时还具有更能反映真实温度的脱离器。

根据本发明的一方面，提供一种电涌保护方法，将限压元件、脱离器、放电管、快速限压元件和限流电阻按照如下方式连接：

第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件依次串接，第一限压元件还连接到相线端，第二限压元件还连接到中线端；

从第一脱离器和第二脱离器之间引出端点，并联放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路，所述放电管和支路的另一端连接到接地端；

所述方法包括三种保护模式：

线-地保护模式，由第一限压元件、第一脱离器和一并联电路依次串接构成，所述并联电路包括放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路；

中-地保护模式，由第二限压元件、第二脱离器和一并联电路依次串接构成，所述并联电路包括放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路；

线-中保护模式，由第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件依次串接构成。

在上述的方法中，所述第一脱离器、第二脱离器由弹簧、推杆、传热片和低熔点合金构成。所述第一限压元件、第二限压元件为金属氧化物压敏电阻，所述放电管为气体放电管，所述快速限压元件为双向雪崩击穿二极管，所述限流电阻为金属膜电阻。

根据本发明的另一方面，提供一种电涌保护器，包括：第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件、放电管、限流电阻和快速限压元件，其中，

第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件依次串接，第一限压元件的另一端引出相线端，第二限压元件的另一端引出中线端；

从第一脱离器和第二脱离器之间引出端点，并联放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路，所述放电管和支路的另一端引出接地端；

使用相线端和中线端构成线-中保护模式；

使用相线端和接地端构成线-地保护模式；

使用中线端和接地端构成中-地保护模式。

根据本发明的实施例，所述第一脱离器、第二脱离器由弹簧、推杆、传热片和低熔点合金构成。所述低熔点合金为不含铅、镉的环保合金材料。所述第一限压元件、第二限压元件为金属氧化物压敏电阻，所述放电管为气体放电管，所述快速限压元件为双向雪崩击穿二极管，所述限流电阻为金属膜电阻。

根据本发明的实施例，所述第一限压元件、第二限压元件为圆形的金属氧化物压敏电阻，所述第一脱离器、第二脱离器的温度采样点设置在所述圆形的金属氧化物压敏电阻的正下方。第一限压元件、第二限压元件、放电管、限流电阻、快速限压元件以及第一脱离器、第二脱离器中的传热片和低熔点合金都固定在一印刷电路板上。

采用了本发明的技术方案，提供一种兼有多保护模式的、低限制电压的、响应快的电涌保护器，同时还具有更能反映真实温度的脱离器。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中，

图1是根据本发明的电涌保护方法的电涌保护器的原理图；

图2a和2b是根据本发明的一实施例的电涌保护器的结构图；

图3a和3b是根据在图2所示的实施例中所采用印刷电路板的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明所提出的电涌保护方法基本设计思想如下，将限压元件、脱离器、放电管、快速限压元件和限流电阻按照如下方式连接：第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件依次串接，第一限压元件还连接到相线端L，第二限压元件还连接到中线端N；从第一脱离器和第二脱离器之间引出端点M，并联放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路，所述放电管和支路的另一端连接到接地端PE；所述方法包括三种保护模式：线-地保护模式L-PE，由第一限压元件、第一脱离器和一并联电路依次串接构成，所述并联电路包括放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路；中-地保护模式N-PE，由第二限压元件、第二脱离器和一并联电路依次串接构成，所述并联电路包括放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路；线-中保护模式L-N，由第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件依次串接构成。

同样，本发明提供的电涌保护器的基本设计思想如下，包括：第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件、放电管、限流电阻和快速限压元件，其中，第一限压元件、第一脱离器、第二脱离器、第二限压元件依次串接，第一限压元件的另一端引出相线端L，第二限压元件的另一端引出中线端N；从第一脱离器和第二脱离器之间引出端点M，并联放电管和由限流电阻和快速限压元件串接组成的支路，所述放电管和支路的另一端引出接地端PE；使用相线端L和中线端N构成线-中保护模式L-N；使用相线端L和接地端PE构成线-地保护模式L-PE；使用中线端N和接地端PE构成中-地保护模式N-PE。

电涌保护方法实施例

参考图1，图1是根据本发明的电涌保护方法的电涌保护器的原理图，本发明的方法如下：将限压元件、脱离器、放电管、快速限压元件和限流电阻按照如下方式连接：

第一限压元件V1、第一脱离器F1、第二脱离器F2、第二限压元件V2依次串接，第一限压元件V1还连接到相线端L，第二限压元件V2还连接到中线端N；

从第一脱离器F1和第二脱离器F2之间引出端点M，并联放电管G和由限流电阻R和快速限压元件T串接组成的支路，放电管G和支路的另一端连接到接地端PE；

该方法包括三种保护模式：

线-地保护模式L-PE，由第一限压元件V1、第一脱离器F1和一并联电路依次串接构成，并联电路包括放电管G和由限流电阻R和快速限压元件T串接组成的支路；

中-地保护模式N-PE，由第二限压元件V2、第二脱离器F2和一并联电路依次串接构成，并联电路包括放电管G和由限流电阻R和快速限压元件T串接组成的支路；

线-中保护模式L-N，由第一限压元件V1、第一脱离器F1、第二脱离器F2、第二限压元件V2依次串接构成。

根据本发明的一实施例，

上述第一脱离器F1、第二脱离器F2由弹簧、推杆、传热片和低熔点合金构成，其中低熔点合金材料采用不含铅、镉等环保合金材料。

上述第一限压元件V1、第二限压元件V2采用金属氧化物压敏电阻。

上述放电管G采用气体放电管。

上述快速限压元件T采用双向雪崩击穿二极管。

上述限流电阻R采用金属膜电阻。

本发明的电涌保护方法工作原理如下：第一限压元件V1、第一脱离器F1和限流电阻R、快速限压元件T构成分压电路，共同承担持续工作电压。放电管G的电阻远大于限流电阻R、快速限压元件T两者的电阻，放电管G两端的电压取决于限流电阻R、快速限压元件T的电压。同没有限流电阻R、快速限压元件T的支路相比，放电管G两端承担的电压大为减小，故放电管G可选用更低的放电电压元件，从而可降低保护器的限制电压。

在持续工作状态下，第一限压元件V1、第二限压元件V2、快速限压元件T、放电管G的电阻非常大，泄漏电流非常小，有利于提高保护器的老化安全性能。

当电涌作用于相线端L与接地端PE两端时(L-PE保护模式)，第一限压元件V1、第一脱离器F1和限流电阻R、快速限压元件T构成的支路以纳秒级的速度对电涌做出响应，限流电阻R、快速限压元件T支路的存在提高了电涌的响应速度。随着电涌电压的不断升高，第一限压元件V1、快速限压元件T的动态电阻逐渐下降，支路电涌电流增大，在限流电阻R的作用下，放电管G两端的电压迅速上升，电压上升至放电管G的放电电压时，放电管G开始击穿放电，击穿后放电管G两端的电压降至燃弧压降(约几十伏)，相线端L与接地端PE两端的限制电压仅取决于第一限压元件V1的电压。第一限压元件V1的选择仅考虑放电管G的灭弧能力，第一限压元件V1的伏安特性是非线性，其压敏电阻值可选用较低值，相应可得到较低的限制电压。电涌作用后，第一限压元件V1的动态电阻迅速增大，第一限压元件V1、第一脱离器F1、放电管G支路的工频续流被快速限制于放电管G的灭弧范围之内，从而使相线端L与接地端PE两端恢复正常工作状态。

中线端-接地端(N-PE)保护模式的工作原理同相线端-接地端(L-PE)保护模式。

当第一限压元件V1或第二限压元件V2因电涌等原因出现老化现象，在工作电压的作用下，其表面温度会上升，置于其正下方的第一脱离器F1或第二脱离器F2的传热片和低熔点合金吸热而使其温度上升。当温度达到其拉断温度时，在储能弹簧的作用下随同推杆一起移动，从而使第一限压元件V1或第二限压元件V2从电路中分离开，同时还给出一个故障信号。这在后面会详细说明。

电涌保护器实施例

本发明还提供一种电涌保护器，同样可参考图1示出的原理图，包括：第一限压元件V1、第一脱离器F1、第二脱离器F2、第二限压元件V2、放电管G、限流电阻R和快速限压元件T，其中，

第一限压元件V1、第一脱离器F1、第二脱离器F2、第二限压元件V2依次串接，第一限压元件V1的另一端引出相线端L，第二限压元件V2的另一端引出中线端N；

从第一脱离器F1和第二脱离器F2之间引出端点M，并联放电管G和由限流电阻R和快速限压元件T串接组成的支路，放电管G和支路的另一端引出接地端PE；

使用相线端L和中线端N构成线-中保护模式L-N；

使用相线端L和接地端PE构成线-地保护模式L-PE；

使用中线端N和接地端PE构成中-地保护模式N-PE。

根据本发明的一实施例，第一脱离器F1、第二脱离器F2由弹簧、推杆、传热片和低熔点合金构成，其中低熔点合金材料采用不含铅、镉等环保合金材料。

第一限压元件V1、第二限压元件V2采用金属氧化物压敏电阻。

放电管G采用气体放电管。

快速限压元件T采用双向雪崩击穿二极管。限流电阻R采用金属膜电阻。

该图1所示的电路原理图的工作原理如下：第一限压元件V1、第一脱离器F1和限流电阻R、快速限压元件T构成分压电路，共同承担持续工作电压。放电管G的电阻远大于限流电阻R、快速限压元件T两者的电阻，放电管G两端的电压取决于限流电阻R、快速限压元件T的电压。同没有限流电阻R、快速限压元件T的支路相比，放电管G两端承担的电压大为减小，故放电管G可选用更低的放电电压元件，从而可降低保护器的限制电压。在持续工作状态下，第一限压元件V1、第二限压元件V2、快速限压元件T、放电管G的电阻非常大，泄漏电流非常小，有利于提高保护器的老化安全性能。当电涌作用于相线端L与接地端PE两端时(L-PE保护模式)，第一限压元件V1、第一脱离器F1和限流电阻R、快速限压元件T构成的支路以纳秒级的速度对电涌做出响应，限流电阻R、快速限压元件T支路的存在提高了电涌的响应速度。随着电涌电压的不断升高，第一限压元件V1、快速限压元件T的动态电阻逐渐下降，支路电涌电流增大，在限流电阻R的作用下，放电管G两端的电压迅速上升，电压上升至放电管G的放电电压时，放电管G开始击穿放电，击穿后放电管G两端的电压降至燃弧压降(约20V)，相线端L与接地端PE两端的限制电压仅取决于第一限压元件V1的电压。第一限压元件V1的选择仅考虑放电管G的灭弧能力，第一限压元件V1的伏安特性是非线性，其压敏电阻值可选用较低值，相应可得到较低的限制电压。电涌作用后，第一限压元件V1的动态电阻迅速增大，第一限压元件V1、第一脱离器F1、放电管G支路的工频续流被快速限制于放电管G的灭弧范围之内，从而使相线端L与接地端PE两端恢复正常工作状态。中线端-接地端(N-PE)保护模式的工作原理同相线端-接地端(L-PE)保护模式。

电涌保护器实例

根据本发明，第一限压元件V1、第二限压元件V2、放电管G、限流电阻R、快速限压元件T以及第一脱离器F1、第二脱离器F2中的传热片和低熔点合金都固定在一印刷电路板PCB上。并且第一脱离器F1、第二脱离器F2的温度采样点设置在对应的第一限压元件V1、第二限压元件V2正下方。参考图3a和3b示出了根据本发明的一电路印刷版的实施例的结构图。其中可见作为限压元件的金属氧化物压敏电阻采用了圆形结构，与现有技术中广泛采用的方形结构相比，圆形结构更加容易加工。同时，参考图3b所示，图3b中去掉了第一限压元件V1，第一脱离器F1的低熔点合金材料F11放置在第一限压元件V1正下方，使F11充分接近发热源，第一限压元件V1。传热片F10将第一限压元件V1连接到电路中，传热片F10同推杆相连，推杆采用绝热的材料制成，减少了传热导体的损耗。第一脱离器F1具有同样的结构。通过一个印刷电路板来实现上述的元件的连接和固定，使得整体结构简单紧凑，并且消除了传统的模块拼接过程中容易出现的接触不良等问题。

图2a和2b示出了本发明的电涌保护器的结构图，即将上述印刷电路板组装到电涌保护器中之后的结构，通过图2a和2b可见，第一脱离器F1、第二脱离器F2都包括弹簧F12、F22，推杆F13、F23，传热片F10、F20和低熔点合金F11、F21，并且第一脱离器F1、第二脱离器F2分别位于印刷电路板的上下面。当第一限压元件V1或第二限压元件V2因电涌等原因出现老化现象，在工作电压的作用下，其表面温度会上升，置于其正下方的第一脱离器F1或第二脱离器F2的传热片和低熔点合金吸热而使其温度上升。当温度达到其拉断温度时，在储能弹簧的作用下随同推杆一起移动，从而使第一限压元件V1或第二限压元件V2从电路中分离开，同时还给出一个故障信号。

通过上述的分析可知，采用了本发明的技术方案，提供一种兼有多保护模式的、低限制电压的、响应快的电涌保护器，同时还具有更能反映真实温度的脱离器。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。