专利名称：一种免接地三相电源系统直接雷击保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种免接防雷接地线，在三相电源系统使用的，可对电源系统直接雷击起可靠保护的三相电源保护器，可广泛应用于三相电源系统供电的电子电气设备的直接雷击的保护。
背景技术：
标准的电源系统防雷保护措施如图I所示电源进口加装SPD，SPD接地端口通过接地汇流排和被保护设备实行等电位连接后，用良好的防雷接地系统(接地引下线和接地体)和大地相连。公认的保护机理从电网系统引入的雷电作用势能w通过sro和防雷接地线泄放到大地，接地电阻越小，泄放到大地的雷电能量越多，泄放时间越快，保护效果越好。其实这是基本物理学的认识错误，如图2是系统防雷接地线的一般连接图，其等效作用示意图如图3，从这二个基本图中我们可以看出，电源进口的雷电作用势能W通过 SPD、防雷接地线和大地组成泄放消耗途经，全部的雷电作用势能W消耗在大地零电势点的前面，而不是泄放到零电势点的后面。闭合回路非静电场的零电位参考点和静电场的零电势参考点是二个不同的物理概念，电位为零的参考点，其电势不为零。防雷接地线的接地阻抗为这个雷电势能消耗途径的一部分，接地阻抗越小，表示的是在接地系统中消耗的雷电作用势能越小，相应的加重了保护系统的雷电作用能量的消耗，也即加重了系统的雷击负担。接地阻抗越大，表示的是在接地系统中消耗的雷电作用势能越大，相应的减少了保护系统的雷电作用能量的消耗，也即减轻了系统的雷击负担，在合适的技术措施保证下，接地电阻是越大越好。假定我们所做的接地系统为理想的零阻抗，说明的是在接地系统中消耗的雷电能量为零，并不是说雷电能量全部泄放到接地线后的大地，此时我们所做的这个理想的零阻抗的接地系统对防雷的作用等于零，良好接地并不是防雷保护技术的必要条件。一个电源防雷器(sro)的技术可靠性有雷电位和雷电压这二个方面的要求雷电位过高，会造成系统设备内部线路和机壳(地)的打火、放电的故障；雷电压过高，会造成系统设备元器件的损坏故障。现有三相四线制电源系统国家标准规定的电源防雷保护器，有二种基本的连接方式(I)如图4所示的T-T系统:雷电位Ua、Ub、U。为P (A、B、C) -N间的氧化锌元件残压+N-PE的氧化锌元件残压；雷电压为UAN、UBN、UCN :P(A、B、C)_N间的氧化锌元件残压。这种方式在选择合适的氧化锌元件参数的前提下，有可靠的雷电压的保护，没有可靠的雷电位的保护(在一些系统应用中，在N-PE间选择开关型器件，而这些开关型器件对过压的反应时间只有毫微秒，远大于限压型要求的纳秒)。[0016](2)如图5所示的T-N系统:雷电位Ua、Ub、U。为P (A、B、C)、N-PE间的氧化锌元件残压；雷电压为UAN、UBN、UCN :P(A、B、C) ,N-PE间的雷电位之差，当接地不好或遇不平衡雷击(电网侧击),就有可能发生地电位反击的事故。这种T-N方式在选择合适的氧化锌元件参数的前提下，有可靠的雷电位的保护， 没有可靠的雷电压的保护。一个独立的T-T和T-N系统，只能做为一个防雷设备的组成部件，其中T-T系统应作为雷电压的保护部件，T-N系统应作为雷电位的保护部件，而不能作为一个独立的防雷设备使用。事实上，在很多的场合，独立的T-T和T-N系统被直接作为防雷设备使用，这种使用方法都是没有理解雷电位和雷电压的保护要求而采取的保护不全面的方法，在实际使用中经常出现防雷器不起保护作用的情况，对于这种保护失效，我们通常的解决方法是采用降低氧化锌元件的残压，即采用直流工作参数低的氧化锌元件，但这种方法氧化锌元件本身很容易发生老化损坏，在此情形下，如果设备的热脱离装置不好，严重的会发生火灾事故，为此又在氧化锌元件前串接空开，其典型保护方法有以下二种基本的连接方法(I)如图6所示的T-T系统+空开雷电位为P (A、B、C) -N间的氧化锌元件残压+N-PE的氧化锌元件残压+空开残压；雷电压为P(A、B、C)、N-PE间的雷电位差+空开残压。这种方式在选择合适的氧化锌元件参数的前提下，雷电压和雷电位的保护可靠性，要考虑空开残压的影响，对于使用在SPD中的空开都是一种电感式空开，在雷击瞬间， 空开的残压很高，特别是在电网侧击雷击情况下，没有可靠的雷电位和雷电压的保护可靠性。(2)如图7所示的T-N系统+空开雷电位为P (A、B、C) -N间的氧化锌元件残压+空开残压；雷电压为P(A、B、C) ,N-PE间的雷电位差+空开残压，当接地不好或遇不平衡雷击 (电网侧击),就会发生地电位反击的事故。这种方式在选择合适的氧化锌元件参数的前提下，雷电压和雷电位的保护可靠性，要考虑空开残压的影响，在雷击瞬间，空开的残压很高，特别是在电网侧击雷情况下，没有可靠的雷电位和雷电压的保护可靠性。在本专利申请以前，本人申请了由T-T、T-N串联在一起使用的七模块浪涌保护器 (专利号=200820120204. 9)，这种简单的T-T、T-N串联，只能保证输出的残压小于1500伏 (取决于直流工作参数)，根据电器设备的过电压和过电位安全特性当过压时间小于毫秒时，小于1500伏的过压不会损害电器设备；当过压时间大于毫秒时，大于300伏的过压就要损害电器设备；电器设备线路和机壳地的过电位承受能力为1000伏/I毫米。参照直接雷击和感应雷击的特性感应雷击产生的感应电压的持续时间一般均小于彖秒；直接雷击产生的直接雷击过电压的过压持续时间一般均大于豪秒。[0037]从上对比看出，200820120204. 9能在简单接地情况下，保证感应雷击情况的保护安全性要求，不能保证输出的持续时间超过毫秒的雷电压小于300伏的要求，其对电源系统引入的直接雷击不起可靠的保护作用。
实用新型内容本实用新型是针对上述防雷措施的不足而设计的一种输出残压幅度和持续时间满足直接雷击安全性要求、不随接地电阻的大小、安装位置、雷击的性质(平衡和不平衡雷击)变化的、在免接防雷接地线的情况下，保证三相电源系统直接雷击安全的三相电源直接雷击保护器，具有使用方便，保护可靠性高(包括本身安全性)，安装成本低等优点。本实用新型的目的是通过以下技术方案来完成的一种免接地三相电源系统直接雷击保护器，所述雷击保护器由T-T模式浪涌保护器、T-N模式浪涌保护器以及隔离变压器串联而成，所述T-T模式浪涌保护器由氧化锌元件 BLU BL2、BL3、BL4构成，T-N模式浪涌保护器由氧化锌元件BL4、BL5、BL6、BL7构成，隔离变压器的初级相线和零线分别和T-T模式浪涌保护器、T-N模式浪涌保护器的输出端的相线和零线连接，隔离变压器的次级为雷击保护器的输出端口。优选地，所述的隔离变压器为三相隔离变压器，三相隔离变压器的三个输入端口和T-T模式浪涌保护器、T-N模式浪涌保护器的输出口的三个相线端相连，零线N和零线相连，隔离变压器的隔离绕组和接地端PE相连。优选地，所述的隔离变压器为三个单相隔离变压器BI、B2、B3，T-T模式浪涌保护器、T-N模式浪涌保护器连接的输出口的三个相线端分别和单相隔离变压器B1、B2、B3的一个输入端相连，隔离变压器BI、B2、B3的另一个输入端和输入零线共接在一起，隔离变压器 BI、B2、B3的输出端组成三个独立的输出口，输出口的零线共接在一起，共零相连。优选地，所述的T-T模式浪涌保护器的氧化锌元件的直流起始工作电压在 800-1000伏/I毫安，T-N模式浪涌保护器的氧化锌元件的直流起始工作电压在600-800伏 /I晕安。再优选地，T-T模式浪涌保护器的氧化锌元件的直流起始工作电压在600-900伏/ 毫安，T-N模式浪涌保护器的氧化锌元件的直流起始工作电压在600-700伏/毫安。这样的参数选址，能够保证氧化锌元件工频续流的安全性要求，从而可以去掉空开，提高保护的
可靠性。采用上述结构设计的免接地三相电源直接雷击保护器的有益效果串接二组 T-T、T-N模式连接的七模块电源浪涌保护器使本产品具有雷电位和雷电压双重的保护作用，经T-T、T-N保护输出的雷击浪涌脉冲为单向脉冲，其基本组成为直流基波和谐波成分， 用隔离变压器可消除直流基波的影响，经隔离变压器输出的雷击残压仅为谐波成分，这些谐波的残压幅度和持续时间符合直接雷击保护的技术要求；另外隔离变压器还可以直接割断输入输出相线端的雷电位影响，可利用电网零线或机壳和大地零电势点组成消耗通路， 消耗雷电对系统的作用能量，因此可以采用保护器免接防雷接地线的方法使用，达到降低防雷工程的接地成本，利用这种泄放消耗途径的高阻抗，减少流过T-T、T-N系统氧化锌元件的雷电流，提高保护的可靠性的目的。
图1电源系统接地防雷措施示意图；图2传统电源系统接地防雷措施的系统连接图；图3雷电作用能量消耗模型示意图；图4为现有技术中T-T模式连接的SPD基本示意图；图5为现有技术中T-N模式连接的SPD基本示意图；图6是现有技术中T-T系统加空开的SPD示意图；图7是现有技术中T-N系统加空开的SPD示意图；图8实施例1三相输入、三相输出的直接雷击三相电源保护器的基本电路原理 图；图9实施例2三相输入、单相输出的直接雷击保护器的基本电路原理图；图10是残压幅度和过压持续时间处理示意图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本实用新型的技术方案作进ー步具体的说明。实施例1參看图8，ー种免接地三相电源系统直接雷击保护器，由氧化锌元件BL1, BL2, BL3、 BL4, BL5, BL6, BL7 构成，其中氧化锌元件 BL” BL2, BL3> BL4 为 T-T 模式 SPD，BL4, BL5, BL6, BL7 为T-N模式SPD，三相隔离变压器的三个输入端口和T-T、T-N连接的输出ロ的三个相线端相 连，零线N和零线相连(输入输出可根据实际情况要求共零或不共零)，隔离变压器的隔离绕 组和接地端PE相连，如果选定BL” BL2、BL3> BL4, BL5, BL6, BL7的工作电压为680V/1毫安的 氧化锌元件，则经过BL1、BL2、BL3、BL4·制嵌位的雷电位可控制在1500V以内，雷电压幅度 经见53“、8レ压制可控制在1500V以内，如图10，此雷电流图10a，可分解为图IOb的直流 基波和图IOc的谐波成分，雷电流i直接加在隔离变压器的输入端，三相隔离变压器的直接 作用能够隔离雷电压脉冲的直流基波成分，经过隔离变压器输出的是ー些谐波成分，在理 想情况下，过压幅度减小一半，过压时间减少一半，因此能够满足直接雷击情况下的电器设 备的安全性的要求。另外，可借助电网系统或机壳本身和大地良好的泄放消耗途径，使电网 上产生的雷击浪涌脉冲的能量可全部通过这ー泄放途径以热能的形式消耗掉，从而可以保 证避雷器免接地前提下雷击能量的泄放消耗要求。本实用新型结构简単，使用方便，安全可 靠性高，安装成本低，是ー种采用380V供电的电子电器设备使用的三相直接雷击保护器。实施例2參看图9，本实用新型保护器电路由氧化锌元件BL1, BL2, BL3> BL4, BL5, BL6, BL7构 成，其中氧化锌元件BL1、BL2、BL3、BL4为T-T模式SPD，BL4、BL5、BL6、BL7为T-N模式SPD，在 T-T、T-N连接的输出口的三个相线端分別和单相隔离变压器B1、B2、B3的一个输入端相连， 隔离变压器B1、B2、B3的另ー个输入端和输入零线共接在一起，隔离变压器B1、B2、B3的输 出端組成三个独立的输出ロ，一般情况下，输出口的零线共接在一起，共零相连，如果选定 BL1、BL2、BL3、BL4、BL5、BL6、BL7 的工作电压为 680V/1MA 的氧化锌元件，则经过 BL1、BL2、BL3、 BL4H制嵌位的雷电位可控制在1500￥以内，雷电压幅度经8“、8“、8レ压制可控制在1500V 以内，此雷电压直接加在隔离变压器的输入端，经三相隔离变压器的隔离作用，输出的雷电压脉冲能够满足直接雷击情况下的电器设备的安全性的要求。本实用新型结构简单，使用方便，安全可靠性高，可组成在线备份的使用方式，特别适合保护安全要求高的场合，如移动基站系统电源系统的直接雷击保护。最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均应认为属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种免接地三相电源系统直接雷击保护器，其特征在于所述雷击保护器由T-T模式浪涌保护器、T-N模式浪涌保护器以及隔离变压器串联而成，所述T-T模式浪涌保护器由氧化锌元件BL^ BL2, BL3> BL4构成，T-N模式浪涌保护器由氧化锌元件BL4、BL5, BL6, BL7构成，隔离变压器的初级相线和零线分别和T-T模式浪涌保护器、T-N模式浪涌保护器的输出端的相线和零线连接，隔离变压器的次级为雷击保护器的输出端口。
2.如权利要求I所述的免接地三相电源系统直接雷击保护器，其特征在于所述的隔离变压器为三相隔离变压器，三相隔离变压器的三个输入端口和T-T模式浪涌保护器、T-N 模式浪涌保护器的输出口的三个相线端相连，零线N和零线相连，隔离变压器的隔离绕组和接地端PE相连。
3.如权利要求I所述的免接地三相电源系统直接雷击保护器，其特征在于所述的隔离变压器为三个单相隔离变压器B1、B2、B3，T-T模式浪涌保护器、T-N模式浪涌保护器连接的输出口的三个相线端分别和单相隔离变压器BI、B2、B3的一个输入端相连，隔离变压器 B1、B2、B3的另一个输入端和输入零线共接在一起，隔离变压器BI、B2、B3的输出端组成三个独立的输出口，输出口的零线共接在一起，共零相连。
4.如权利要求I所述的免接地三相电源系统直接雷击保护器，其特征在于所述的T-T 模式浪涌保护器的氧化锌元件的直流起始工作电压在800-1000伏/I毫安，T-N模式浪涌保护器的氧化锌元件的直流起始工作电压在600-800伏/I毫安。
专利摘要本实用新型涉及一种免接地三相电源系统直接雷击保护器，通过由氧化锌元件BL1、BL2、BL3、BL4构成的T-T模式浪涌保护器、由氧化锌元件BL4、BL5、BL6、BL7构成的T-N模式浪涌保护器及初级相线和零线分别和T-T模式浪涌保护器、T-N模式浪涌保护器的输出端的相线和零线连接的隔离变压器串联而成，隔离变压器的次级为雷击保护器的输出端口。本实用新型具有雷电位和雷电压双重的保护作用；隔离变压器割断输入输出相线端的雷电位影响，由电网零线或机壳和大地零电势点组成消耗通路，消耗雷电对系统的作用，降低防雷工程接地成本，泄放消耗途径的高阻抗减少流过T-T、T-N系统氧化锌元件的雷电流，提高保护可靠性。
文档编号H02H9/04GK202309057SQ20112035309
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者叶林 申请人:杭州碧蕾科技有限公司