一种用于顶驱变频器的信号防雷电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及防雷电路领域，具体涉及一种工业控制类信号传输过程中的雷电过电压、以及系统内部感应过电压的防护电路。
【背景技术】
[0002]雷电是一种自然现象，能释放出巨大的能量、具有极强的破坏能力，由雷电引起的灾害算得上自然灾害中最严重的灾害之一，而且发生频率很高。随着电气时代不断更新，现代化的电气设备集成度越来越高，大量的微电子设备得到广泛应用，由雷击引起的灾害事故正呈现上升趋势。
[0003]近年来，石油化工企业的规模、数量不断扩大增加，对于石油钻探开采的需求也日益增多，在陆地石油开采的同时，向蕴藏着丰富石油资源的海洋进军也是大势所趋。现在海上钻井平台因为工作和生活等原因限制，要求其必须采用高智能化集中控制系统，只需要很少的人即可完成操作。同时钻井平台孤悬在海平面上，远离大陆，较之陆地石化产业而言遭受雷电损坏的概率更高。而对于在控制系统占据核心地位的顶驱变频器而言，因其所处平台的位置较高、处于易遭受雷击的环境中，其对应的控制信号系统的仪表设备普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，一旦仪表设备受到直接雷击或其附近区域发生雷击后，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、仪表信号线、电缆汇线槽、穿线管等途径到达仪表设备，威胁仪表设备的正常工作和安全运行。如果防护不当，轻则使仪表设备工作失灵，重则使仪表设备永久性损坏，严重时还可能造成人员伤亡、生产事故。因此，海洋钻井平台控制系统运行必须高度重视雷电防护。
[0004]目前国内一般的石化企业，在石油钻探开采平台整体电气设计时基本上仅考虑到供配电系统的雷电感应防护，但是对控制系统的防雷保护却很少见或者极不完善。现有技术在对控制单元进行雷电防护时一般采取如图1中的电路设计方式，采用二级雷电防护，线间雷电流过后的残压较高，并且线对地防护仅仅依靠放电管的对地泄放，产生的残压也会较高。后级瞬态二极管TVS的寄生电容较大，无形中增大信号的衰减，影响信号传输。
【发明内容】
[0005]本发明针对目前石油钻探开采平台整体电气设计时，控制信号系统雷电防护的不完善，传统雷电防护产品性能指标差，信号传递失真或起不到很好的雷电防护功能等缺陷和问题，提供了一种用于顶驱变频器的信号防雷电路，详见下文描述:
[0006]—种用于顶驱变频器的信号防雷电路，包括:跨接在第一信号线、第二信号线之间的第一放电管;第一信号线与信号地之间连接有第二放电管;第二信号线与信号地之间连接有第三放电管;所述信号防雷电路还包括:
[0007]跨接在第一信号线、第二信号线之间的第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元；
[0008]连接在第一信号线与信号地之间的第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元；
[0009]连接在第二信号线与信号地之间的第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元。
[0010]其中，所述第二级雷电防护单元由二极管桥和瞬态抑制二极管组成。
[0011]进一步地，所述第三级雷电防护单元由二极管桥和瞬态抑制二极管组成。
[0012]所述信号防雷电路还包括:设置在线路中的退耦器件，所述退耦器件由电阻或电感组成。
[0013]当所述退耦器件为电感时，信号传输电路中的电流介于IA?2.5A之间，所述电感由线径不小于0.8mm的漆包线绕制，电感量为15?30mh。
[0014]当所述退耦器件为电阻时，信号传输电路中的电流小于1A，所述电阻的功率为2W，阻值为2.2?4.7 Ω。
[0015]具体实现时，所述信号防雷电路还用于2组、及2组以上的信号线路。
[0016]当所述信号防雷电路还用于2组、及2组以上的信号线路时，信号线间、与信号线对地共用第二级雷电防护单元、与第三级雷电防护单元。
[0017]本发明提供的技术方案的有益效果是:
[0018]1、在每级雷电防护单元之间使用起到能量配合作用的电感或电阻作为退耦器件。每个雷电防护单元都采取二极管桥阵列配合瞬态二极管TVS的方式，降低元器件在信号线路的寄生电容，保证信号的可靠正常传输。同时采用三级雷电泄流和电压限制的方式，尽可能将雷电流下放后的残压限制在足够低状态下，保证后级设备能够承受，达到和后级仪器仪表信号设备的完美配合，有效的保证设备不间断正常运行
[0019]2、本发明还可以同时进行两组或多组信号线路的信号传输与雷电流泄放限制，并且第二级和第三级雷电防护单元可以共用，在保证产品性能的基础上，成本得到很大程度的降低。
【附图说明】
[0020]图1为现有技术提供的信号雷电防护电路示意图；
[0021]图2为本发明提供的一种用于顶驱变频器的信号防雷电路示意图；
[0022]图3为本发明提供的2组或以上信号雷电防护电路示意图。
[0023]图2中:信号线a和信号线b之间的放电管为Gl，信号线a上的退耦器件为LI或Rl(图中用L1/R1表示，以下的表示方式相同，不再赘述)、L3或R3，信号线b上的退耦器件L2或R2、1^4或1?4，第二级雷电防护单元由01、06、03、04和瞬态二极管1731组成;第三级雷电防护单元由D7、D12、D9、D10和瞬态抑制二极管TVS2组成。信号线a对地放电管为G2，第二级雷电防护单元由01、05、02、04和瞬态抑制二极管1731组成，第三级雷电防护单元由07、011、08、010和瞬态抑制二极管TVS2组成;信号线b对地放电管为G3，第二级雷电防护单元由D3、D5、D2、D6和1731组成，第三级雷电防护单元由09、011、08、012和1732组成。
[0024]图3中:2组及以上信号线路进行雷电防护电路设计时，线间共用的第二级雷电防护单元由01、05、02、04和瞬态抑制二极管1'￥31组成，第三级雷电防护单元由07、011、08、010和瞬态抑制二极管TVS2组成;线对地中的一条线对地共用的第二级雷电防护单元由Dl、D5、
02、04和瞬态抑制二极管1731组成，第三级雷电防护单元由07、011、08、010和瞬态抑制二极管TVS2组成；另外一条线对地共用的第二级雷电防护单元由D3、D5、D2、D6和TVSl组成，第三级雷电防护单元由D9、D11、D8、D12和TVS2组成。在第一级的放电管中，信号线a和信号线b之间的放电管为Gl，信号线a和信号线b对地放电管分别为G2，G3;信号线c和信号线d之间的放电管为G4，线路c和线路d对地放电管分别为G5，G6。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0026]为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明实施例提供了一种新型电路设计方式，在降低各类器件寄生电容保证信号传输的基础上，更能有效的降低线间、线对地雷电流泄放后的残压，保证后级被保护设备的可靠安全运行。
[0027]本发明实施例在线间和线对地采取全方位的二极管桥配合瞬态二极管TVS的方式，降低元器件在信号线路的寄生电容，保证信号可靠正常传输，同时采用三级雷电泄流和电压限制的方式，尽可能将雷电流下放后的残压限制在足够低状态下，保证后级设备能够承受，达到和后级仪器仪表信号设备的完美配合，保证设备不间断正常运行。
[0028]实施例1
[0029]—种用于顶驱变频器的信号防雷电路，参见图2，包括:跨接在信号线a(作为第一信号线)、信号线b(作为第二信号线)之间的放电管Gl(作为第一放电管)、第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元;连接在信号线a与信号地之间的放电管G2(作为第二放电管)、第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元;连接在信号线b与信号地之间的放电管G3(作为第三放电管)、第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元。还包括串联在线路中，连接在每两级之间的退耦器件。
[0030]其中，跨接在信号线a和信号线b之间的第二、三级雷电防护单元由二极管桥和瞬态抑制二极管(TVS管)组成。
[0031]其中，分别连接在信号线a、b、与信号地之间的第二、三级雷电防护单元由二极管桥和瞬态抑制二极管(TVS管)组成。
[0032]具体实现时，串联在线路中，连接在每两级之间的退耦器件可以为电感或电阻。
[0033]综上所述，本发明实施例能够达到信号线间、信号线对信号地的全方位雷电防护，并通过三级雷电防护单元的能量逐级泄放，使最终通过该信号防雷电路的残压小于后级被保护设备的最大允许电压值，从而达到有效的保护后级设备的安全。同时每个雷电防护单元都是由瞬态二极管TVS和二极管桥式结构组合而成，有效降低由于器件自身寄生电容造成的信号衰减，保证信号传输的及时性和准确性。
[0034]实施例2
[0035]下面结合图2、图3对实施例1中的方案进行详细介绍，详见下文描述:
[0036]参见图2，该信号防雷电路包括:信号线a和信号线b之间的放电管G1，信号线a上的退耦器件LI或R1、L3或R3;线路b上的退耦器件L2或R2、L4或R4(通过上述的设计，在信号线a和信号线b之间构成了第一级防雷电设计)；信号线a和信号线b之间的第二级防雷单元由二极管01、