专利名称：一种电源防雷器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源防雷器，特别是一种电源防雷器用放电模块。
2)、残压UP残压是在一定波形冲击电流(本文所指残压为IEC等国际标准、我国的GA-173标准等推荐的雷电3KA 8/20μs波)下防雷器的钳位电压(又称保护电压)，该电压是雷电经防雷器后直接加在后续设备上的电压，因此，残压是防雷器的最主要指标，越低越好，但残压与启动电压是有关连的，即残压低，启动电压也低。
图1中，残压完全由MOV的性能决定，一般残压为启动电压的约3倍。如Uo＝484V，则残压为1452V。图2中，残压为MOV与GDT残压之和，大都也在1500V。因此，由于现有的放电模块采用单一的MOV或简单的MOV与GDT串连使得启动电压Uo与残压UP两个相互制约的参数很难做到启动电压高、而残压低这样一个理想状况。现在采用传统放电模块的防雷器大都是Uo＝500V，UP＝1500V。造成防雷器的整体性能差，难以达到理想的保护效果。
为有效降低在220V正常供电情况下气体放电管G1两端的分压，保证在降低气体放电管G1的启动电压的情况下，不会因220V的波动而损坏气体放电管G1，主放电电路的气体放电管G1两端并联有电阻R1，且气体放电管G1的两端分别串联有至少一个以上的压敏电阻VR2、VR4。
为进一步提高主放电电路的响应速度，并使电阻分压电路中也有非线性器件，而使其与压敏电阻等非线性器件相匹配，从而有效保证在不同的压敏电阻的情况下，可选用相同的电阻R1，上述主放电电路的电阻R1与瞬变抑制二极管T1串联后再和主体放电管G1并联。
为进一步降低主放电电路的残压，压敏电阻VR2、VR4的两端分别并联有至少一个以上的压敏电阻。
本发明由于采用主放电电路和启动电路相结合的结构，利用由压敏电阻组成的启动电路来解决气体放电管完全启动前残压高的问题，并在气体放电管完全启动后，由主放电电路来承担主要的放电，使本发明的残压始终保持在一个比较低的范围内，并且这种结构的气体放电管和压敏电阻都可以选用具有较低启动电压的单个元件来实现其较高的整体启动电压，并有效提高其整体的响应速度。同时，在气体放电管两端并联一个电阻R，可有效降低在220V正常情况下气体放电管两端的分压，保证在降低气体放电管G1启动电压的情况下，不会因220V电压的波动而损坏气体放电管，而且通过由电阻R和瞬变抑制二极管T1来组成电阻分压回路，既可通过瞬变抑制二极管T1在气体放电管G1两极管预分给一个固定的电压(约110V左右)，使雷电时只需再加一定的电压(约140V左右)即达到250V后就可以启动气体放电管G1，相当于提前启动气体放电管G1，进一步提高主放电电路的响应速度，又利用瞬变抑制二极管T1的非线性特性，使电阻分压回路也是一个非线性电路，从而与整个主放电回路的压敏电阻等非线性器件相匹配，保证在不同的压敏电阻情况下均可以选用相同的电阻R，而且用两个或多个容量较小的压敏电阻并联来代替一个大容量的压敏电阻，可进一步降低主放电电路的残压。
以下结合附图详细说明本发明的基本结构与工作原理
图8是本发明放电模块最佳实施方案的结构示意图；图9是本发明的气体放电管的伏安特性示意图；图10是本发明两种情况下的标准雷电波形的对比示意图。
为进一步提高主放电电路的响应速度，并使电阻R1电路中也有非线性器件，而使其与压敏电阻等非线性器件相匹配，从而有效保证在不同的压敏电阻的情况下，可选用相同的电阻R1，如图7所示，本实施例中上述主放电电路的电阻R1与瞬变抑制二极管T1串联后再和主体放电管G1并联。
为进一步降低主放电电路的残压，如图8所示，本实施例中上述压敏电阻VR2、VR4的两端分别并联有至少一个以上的压敏电阻。本实施例中，在保证可降低压敏电阻启动电压的情况下，压敏电阻VR2、VR4的两端分别并联有一个压敏电阻VR3或VR5。
本发明的工作原理是放电模块由主放电电路与启动电路组成，其中主放电电路的作用是泄放强大的雷电流中的绝大部分，启动电路主要作用是协助主放电电路启动，即是在主放电电路完全工作前将雷电钳位在较低值(一般为800V左右)。
当外线电压UEF高出本发明的启动电压时，本发明中的启动电路先启动放电，接下来主放电电路放电，并将残压钳在一定值上。保护后续设备。
本发明充分利用了各种放电元器件的特点及雷电波的特性，使其启动电压较高而残压较低，其结构特点如下1)、设计的启动电路，使得整个放电模块的反应速度快有效保证整个放电模块的残压在一个比较低的范围内，因主放电电路有多个MOV器件串连，使得响应时间是单个MOV的两倍，而响应时间与残压成反比，因此，如不加启动电路，则整个放电模块的残压会很高。
2)、主放电电路中，采取两种主要措施使在启动电压不变的情况下大大降低残压(1)、采用MOV串GDT(GDT并有TVS等)再串MOV结构，其残压是三部分器件残压之和，两头的MOV的启动电压与残压的关系同传统的放电模块一样，电路的关键是中间串入了一个GDT，GDT的主要作用改变启动电压与残压的关系，GDT有辉光放电和弧光放电两个放电阶段，伏安特性见图9。由图9可看出GDT的特点是启动电压高而导通后极间电压低，250V启动电压产品启动后极间电压不高于30V，也就是说当GDT完全导通后，主放电电路的残压是两个MOV残压之和加30V。这样主放电电路的残压是很低的了，而启动电压是三部启动电压之和。但我们从图9也可看出这样的结果是在GDT完全导通后，但在GDT完全导通前(GDT响应时间约100ns)100ns时间段内，主放电电路的残压还是三部分之和是相当高的。也就是说在100ns内主放电电路内的残压是相当高的，这一问题由启动电路解决。GDT并有TVS(TVS的特点是响应时间在几ns内，但容量较小)其作用是提高主放电电路的响应速度。主放电电路中MOV与GDT结合还有两大优点利用GDT极间电阻大的特点(109级)解决了MOV老化问题，延长了MOV的使用寿命。利用MOV的伏安特性解决了GDT的续流问题，保护了GDT同时也使防雷器不影响供电质量。
下面结合雷电波来说明本发明的高启动电压与低残压的工作过程，见图10，在图6中VR1取启动电压500V，VR2到VR5取150V，GDT取DC250V。TVS取180V。
首先，计算启动电压，启动电路的启动电压为VR1的启动电压500V，主放电电路的启动电压为两组MOV之300V加TVS回路约200V(TVS本身为180V，电阻有约20V)等于500V。两电路的启动电压是相同的。其次，计算在主放电完全启动后的残压，两组MOV的残压为(150*3)*2＝900V，GDT极间电压为30V，因此，总残压为930V。该残压与传统放电模块的残压相比有了大大的改进。最后，分析在主放电电路中的GDT完全启动前的残压。在分析前，先要明白MOV在冲击电流下的残压变化规律，MOV的残压是在一定冲击电流下所测得的值，国际上一般取3KA 8/20μs，当冲击电流小于该值时，MOV的残压就不是启动电压的3倍了，要小一些，具体值与MOV本身的容量、启动电压、生产工艺有很大的关系，如实测西门子的500V 8KA(3KA 8/20μs)MOV在5KA时为1510V，3KA时残压为1450V，2KA时为1350V，1KA时为1000V，700A时为950V，100A时为870V。由此可看出3KA以上时残压基本为1500V，700A以下残压就低多了。下面再分析在雷电达到防雷器启动电压后GDT完全启动前约100ns内的雷电流有多大。图10中，6KV 1.2/50μs雷电压需100ns达到启动500V的A点。相对应的雷电流以3KA 8/20μs在100ns内才到0.0375KA的A1点，从A点(A1点)开始GDT还需100ns才完全启动，此时已到B点(B1点)，B1点的的电流为0.075KA，照上述数据启动电路完全能将该雷电流钳位在870V内。这些是在标准测试波下得到的数据，在实际雷击过程中如雷电流大十倍启动电路都能在GDT启动前将雷电钳位在900V内。
主放电回路还有两个特点一是主放电回路中的TVS的另一作用是在正常情况下将220V工作电压分给GDT两极间110V，这样雷电只要在再加140V到250V后GDT就开始启动了，相当于GDT提前启动，也就等于GDT的响应变快了。其次主放电电路中的MOV采用多片并连，这样的结构使得在同一启动电压下残压比采用单一大容量MOV的残压低，这是MOV的内部结构所决定的。这一点从西门子产品资料中可查出，如多个S20K150并连后残压为900V，单一B32K150的残压为1100V。两者相差还较大的。
综上所述，有了上述的优点分析，并对比本发明放电模块的实测结果，下表为用不同的冲击设备对本发明组成的40KA防雷器进行的实测结果
可以清楚地反映出本发明的放电模块结构虽比传统放电模块要稍微复杂一些，但性能优良得多，具体比较见下表
权利要求
1.一种电源防雷器，包括至少一个以上的分别连接在电源相线、零线及地线的其中两线之间的放电模块和性能指示电路组成，其特征在于放电模块由主放电电路和启动电路并联组成，其中主放电电路由压敏电阻VR2和气体放电管G1串联组成，启动电路由压敏电阻VR1组成。
2.根据权利要求1所述的电源防雷器，其特征在于上述主放电电路的气体放电管G1两端并联有电阻R1，且气体放电管G1的两端分别串联有至少一个以上的压敏电阻VR2、VR4。
3.根据权利要求2述的电源防雷器，其特征在于上述主放电电路的电阻R1与瞬变抑制二极管T1串联后再和气体放电管G1并联。
4.根据权利要求2或3所述的电源防雷器，其特征在于上述压敏电阻VR2、VR4的两端分别并联有至少一个以上的压敏电阻。
全文摘要
本发明涉及一种电源防雷器,包括至少一个以上的分别连接在电源相线、零线及地线的其中两线之间的放电模块和性能指示电路组成,其特征在于放电模块由主放电电路和启动电路并联组成,其中主放电电路由压敏电阻VR
文档编号H02H9/04GK1354540SQ01130029
公开日2002年6月19日 申请日期2001年12月5日 优先权日2001年12月5日
发明者孙海元 申请人:深圳市威尔利实业有限公司