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一种全新的防雷器安全脱扣装置实验

技术要求(2)
一种全新的防雷器安全脱扣装置包括脱扣开关、漏流取样器、执行机构、信号处理电路,其特征在于在防雷元件的主回路上依次串联有脱扣开关和漏流取样器,漏流取样器和信号处理电路电性连接,信号处理电路与执行机构连接,执行机构与脱扣开关连接。
2. 依据权利要求l的防雷器安全脱扣装置,其特征在于在脱扣开关和漏流取样器之间 还串联连接有压敏电阻。
技术领域

1. 本研究属于电力电子技术,具体涉及一种全新的防雷器安全脱扣装置,尤其

适用于大通流量的防雷系统中。 背景技术

2. 众所周知,现代社会已经进入信息时代,微电子产品的发展和应用已经渗透到了 社会生产及生活的每一个角落。现代微电子产品的基础是半导体集成电路技术及在其中所 使用的半导体元件。另外,低电压工作特性是半导体元件的一个突出优点。然而,也正是这 个突出的优点,在另一个侧面成为半导体元件的一个同样十分突出的弱点。即,半导体元件 抗浪涌能力很差,很容易因雷击或其它原因造成的电磁浪涌而损坏。

3. 针对电磁浪涌的问题,很快又兴起了一门新的技术,即现代防雷技术。现代防雷技 术不同于传统防雷技术之处在于:传统防雷技术使用避雷针防范的是直击雷,其工作方式 是为直击雷提供泄放通道;而现代防雷技术针对感应雷,是采用各种非线性防雷元件在被 保护设备的电源或信号端口建立一个浪涌电流的泄放通道,将浪涌电压限制在安全幅度之 内,从而达到保护电子产品安全的目的。

4. 现代防雷设备可以有效地保护各种微电子产品的安全。但其自身也有一个致命的 弱点,这就是一旦外来浪涌电压的能量超过了防雷元件的承受能力,或者由于长期使用元 件老化,防雷元件就会产生漏流,漏流增大到一定程度时就会起火燃烧,从而使防雷元件成 为一个安全隐患,显然这是一个必须解决的问题,否则作为保安设备的防雷器就失去了使 用的价值和意义。

5. 为了解决防雷元件自身的安全问题,防雷行业的专业人士多年来作了大量的工 作,进行了大量的研究试验,设计了多种防雷器安全装置。这些安全装置的工作方式都是将 损坏或失效的防雷元件与电路断开脱离,防止防雷元件的起火燃烧,所以也将其叫做脱扣 装置。目前国内外防雷器的脱扣装置,尽管其结构设计虽然五花八门,但无一例外地全部是 基于热脱扣原理,即当防雷元件损坏时,原来处于高阻状态的防雷元件电阻开始降低,正常 情况下几乎没有电流通过的防雷元件开始有电流(我们将这个电流称做漏流)通过。漏流 会呈现逐步增加的趋势,有时是缓慢增加,有时是雪崩式的迅速增大。漏流经过防雷元件, 必然会使防雷元件发热。目前,所有的脱扣装置都是利用防雷元件损坏时的发热去加热一 个易熔焊点,易熔焊点熔化之后再由弹性元件(弹片或弹簧)使其断路,从而使防雷元件脱 离电源,避免起火燃烧。显然,这样的脱扣有一个过程,需要一段时间。时间的长短主要取 决于易熔焊点加热熔化的过程,当然这首先取决于热源的能量和升温速度,同时也和易熔 焊点的大小、位置、热传导的方式有关。

6. 基于上述,目前普遍采用的脱扣方式(大家习惯上称其为热脱扣)有一个致命弱 点,这就是热脱扣靠防雷元件损坏发热间接加热易燃焊点至其熔化需要一段时间,当然防 雷元件自身升温至燃烧也需要时间,如果后者短而前者长,则脱扣装置将失去保护作用。更 进一步地解释如下:7. (1)如果防雷元件是慢损坏,漏流逐步增加,易熔焊点被逐步加热,易熔焊点的温 度与损坏的防雷元件近似同步升高,由于易熔焊点的熔化温度低于防雷元件的起火温度, 在这种情况下,脱扣装置都会可靠动作,保证顺利脱扣;

8. (2)但是如果防雷元件是雪崩式损坏,漏流突然增大到极限,则会出现易熔焊点来 不急加热熔化,在脱扣装置还没有动作时,防雷元件已经起火燃烧。

9. 这就是业内人士所常说的"小电流脱扣容易,大电流脱扣难的问题",也就是目前 的防雷器普遍存在的大电流脱扣不可靠的原因。

10. 此外,目前的脱扣装置还存在另一个问题,这就是在浪涌电流的不断冲击之下,脱 扣装置的弹性元件可能会疲劳退化失去弹性,真正需要脱扣时无法将电路分断。

研究内容

11. 针对现有技术的不足,本研究技术发明人进行多次实验及研究了提出了全新

的防雷器安全脱扣装置。

12. 防雷器安全脱扣装置包括脱扣开关、漏流取样器、执行机构、信号处理电路,其中

在防雷元件的主回路上依次串联有脱扣开关和漏流取样器,漏流取样器和信号处理电路电

性连接,信号处理电路与执行机构连接,执行机构与脱扣开关连接。

13. 在脱扣开关和漏流取样器之间串联连接有压敏电阻。

14. 使用上述防雷器安全脱扣装置,具有以下优点:

15. 它同热量和加热无关,只取决于漏流。只要漏流大于某一限界,脱扣装置就会立即 动作,不存在加热和易熔焊点熔化的问题。而且让脱扣装置动作的漏流数值可以根据不同 的情况作出规定。脱扣动作的时间一般小于O. 1S,而且漏流增长的速度愈快脱扣动作也愈 快。这是一种完全可以充分保证防雷元件自身安全的完全不同于现有方式的脱扣装置。 16. 附图简要说明

17. 图1为依据本研究的应用于单相电路中的防雷器安全脱扣装置; 18. 图2为依据本研究的应用于三相电路中的防雷器安全脱扣装置。

具体实施方式

19. 下面结合附图,对本研究提出的防雷器安全脱扣装置进行详细描述。

20. 图1、2分别为为依据本研究的应用于单相、三相电路中的防雷器安全脱扣装

置。该防雷器安全脱扣装置的主要部分包括脱扣开关、漏流取样器、执行机构、信号处理电

路,其中在防雷元件的主回路上依次串联有脱扣开关和漏流取样器,漏流取样器和信号处

理电路电性连接,信号处理电路与执行机构连接,执行机构与脱扣开关连接。在单相电路

中,L为火线,N为零线。在三相电路中,Lp L2、 L3为火线,N为零线。

21. 在脱扣开关和漏流取样器之间串联连接有压敏电阻。

22. 该防雷器安全脱扣装置完全不同于现有方式的脱扣装置。这一装置的特点是它同 热量和加热无关,只取决于漏流。只要漏流大于某一限界,脱扣装置就会立即动作,不存在 加热和易熔焊点熔化的问题。而且让脱扣装置动作的漏流数值可以根据不同的情况作出规 定。脱扣动作的时间一般小于O. 1S,而且漏流增长的速度愈快脱扣动作也愈快。这是一种 完全可以充分保证防雷元件自身安全的完全不同于现有方式的脱扣装置。在这里只需要我们选定的脱扣动作电流远小于能使防雷元件燃烧的电流值,就可以保证系统的安全。事实 上这一点很容易办到,脱扣漏流一般我们可以设定在30mA以下,而能使防雷元件迅速燃烧 的漏流值至少比这个值大1?2个数量级。以①20的小压敏电阻为例,50mA漏流条件下, 也要10S以上才能燃烧起来。即使漏流雪崩式增大,防雷元件起火燃烧的过程所需要的时 间也远大于脱扣装置动作的时间。因而这种方法在大电流条件下,更能保证可靠脱扣,同现 行方法相比,有着无可比拟的优势。 23. 更详细地解释为:

24. (1)在防雷元件的主回路中串联有一个脱扣开关,这个开关的特点是接触电阻小, 能够通过与防雷元件最大通流量相当的浪涌电流,分断速度快。

25. (2)在防雷元件主回路中还串联有一个漏流取样器,这实质上是一个小型简易穿 心式电流互感器。

26. (3)在漏流取样器次级连接有一个信号处理器,负责接收处理漏流取样器的信号, 并向执行机构发出驱动命令。

27. (4)脱扣开关的触头与一个执行机构相连,执行机构控制开关的分断,执行机构接

受信号处理器的命令,在需要的时候使开关分断。

28. 该防雷器安全脱扣装置的动作步骤如下:

29. (1)正常情况下,脱扣开关处于闭合状态,各防雷元件漏流均小于2i! A,对漏流取 样器而言可以忽略不计。

30. (2)当防雷元件损坏,漏流开始增加时,漏流取样器会输出一个正比于漏流数值的 电流信号,该信号进入信号处理电路。

31. (3)信号处理电路会对输入的信号的性质和数值进行识别,当确认为漏流信号,并

且在数值上达到了我们事先规定的脱扣界限,则立即给执行机构发出脱扣指令。

32. (4)执行机构接到指令立即使脱扣开关分断。

33. 其中,关于信号处理电路对信号的性质的识别的问题,主要是指当有浪涌电压作 用于防雷元件时,防雷元件上会有浪涌电流通过,这个浪涌电流也会使漏流取样器的次级 有输出。但对于这样的信号,信号处理电路是不能发出脱扣指令的,这就要求信号处理电路 必须有能力识别什么是真正的漏流信号。

34. 事实上,信号的识别并不困难,因为浪涌信号与漏流信号在波形和频率上有很大 区别。漏流信号是标准的50周正弦波,而浪涌信号是典型的微秒级脉冲信号。利用这一差 别,信号处理电路很容易将二者分开,只有真正达到规定界限的漏流信号出现时才执行脱 扣,而在浪涌电流通过时一定不能脱扣。

35. 另外,作为这个系统中的重要指标,这个系统的响应速度主要取决于执行机构的 动作速度,漏流取样器和信号处理器的动作时间相对于执行机构的动作时间可以忽略不 计。整个系统的响应速度一般小于O. 1S,而且漏流愈大响应速度愈快。这个速度对于防止 防雷元件起火燃烧是有充分余地的。

36. 本装置最适合使用的场合是大通流量的防雷系统,而大通流量的防雷系统正是目 前的脱扣技术很难解决的领域。

37. 另外,尽管结合附图已经清楚详细地描述了本研究提出的技术方案,但是参 考本研究的优选实施例,本领域普通的技术人员可以理解,在不背离所附权利要求定义的本研究的精神和范围的情况下,可以在形式和细节中做出各种各样的修改。因此, 所有参考本研究技术方案所做出的各种各样的修改,均应当落入本研究的保护范

围之内。