专利名称：：一种防雷器的制作方法
技术领域：
：本实用新型一种防雷器涉及一种带提前点火间隙装置的防雷器。技术背景对建筑物的电力线路和建筑物内的配电系统应进行过电压保护，按国家规范应分为三部分在电力变压器低压侧输出端至建筑物总配电盘间的电缆内芯线两端相应对地加装避雷器，作为第一级保护；在建筑物总配电盘至各分配电箱间电缆内芯线两端应对应加装避雷器，作为第二级保护；在所有重要的、精密的设备及UPS前端应对地加装避雷器，作为三级保护。IEC61312-3规定Imax为电源防雷器在8/20us波形下，在不损坏设备的情况下所流过电涌保护器的最大峰值电流。通常Imax是作为测试电源保护器第二级和第三级的测试电流参数；而limp则类似于自然雷电特性(峰值，电荷量和比能)的10/350us波形的模拟雷电流，雷电流避雷器必须能泻放数次这样的雷电流次数而不受损坏。通常Iimp是作为测试第一级电源保护器的测试电流参数。对于电源保护器，第一级主要采用开关型的元器件(如放电间隙、高能量的氧化锌阀片)，通常这种器件能通过的能量比较大，但反应速度比较慢，主要的作用是对雷电流的大部分能量进行泄放，但相对流过保护器后仍残留较高的电压，对后端设备不起保护作用。Iftj电源的第—级以及第三级保护器，则主要采用限压型的元器件(如限压型的氧化锌阀片和瞬态稳压管TVS)但这种元器件的特性主要的反应速度比较快，但通过的能量相对比较弱，主要对通过它的雷电流进行电压的限制，残留的电压在设备的耐受电压以下，但不能通过太大的能量，如果通过的能量太大有机会损坏避雷器。由于第一级电源防护器与第二、二级的作用以及反应速度不同，所以它们之间应通过退偶器件达到能量和反应速度互相配合的目的。IEC61643-11规定，退耦元件既可采用分立设备，也可采用防雷区界面和设备之间的线缆的自然电阻和电感，开关型SPD与限压型SPD之间的线缆长度应大于15m，限压型SPD之间的线缆长度应大于5m,达不到要求时可串接足够电感量的去耦元件。SPD是非线性器件，由于其结构和性能的不同，不同类型的SPD各有特点(见表1)。为了保证响应速度快，需要进行能量配合，使特征能量小的器件在工作时通过的能量不超过其自身能承受的最大能量且可以及时响应，并把余下的更大的能量交换到反应慢但可以承受更大能量的器件上。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>但是在国内目前的防雷设计往往没有考虑能量配合问题，例如采用两级压敏电阻进行保护时，由于它们属于限压型SPD间的配合，如果没有去耦，则第一级SPD形同虚设，保护不会起作用。同时，通过压敏电阻的并联来增大电源保护器的通流容量的方法也是不可取的，可以把压敏电阻的并联作去耦距离为无限短的两级SPD，由于没有能量配合，也无法提高冲击能量。氧化物压敏电阻的非线性及其伏安特性的离散性(正C容许压敏电压有±10%的误差)决定了并联后每增加一倍数量的器件时，SPD的通流容量In最多增加1.2倍。以下将通过对自感去耦的能量分配的分析，简单计论一下几种去耦的特点以及自感去耦的优缺点。(1)自感觯耦(静态伏安特性配合)放电间隙的放电取决于氧化物压敏电阻两端的残压(UvAL)以及去耦元件两端的动态压降UL。在触发放电前，放电间隙两端的电压UFL产UVAL+U"—旦UFLT超过放电间隙的动态放电电压，就可实现配合。这取决于氧化物压敏电阻的特性，浪涌的上升陡度和幅值以及去耦元件的性质(如空气心电感.铁心电感或电阻)。放电间隙与SPD的配合如附圉1。自感去耦时浪涌能量的分配如下图表所示。图中电流波形的面积所代表的物理意义为；A能l4i交换点B提前交换点自感去耦时电涌能量的分配(Htit2JL雄(1)W—w/Ldi/dt(2)式中Q——电荷量；h——波前时间；t2——视在半峰时间；i——浪涌电流；L—去耦电感；W——比能。Q与W具有直接的数学关系，所以可以用I-t波形面积定性地比较浪涌能量的分配。能量交换的时间点取决于浪涌电流的陡度，A点为理想的能量交换点，这时限压型SPD所承受的能量等于它自身可以承受的最大能量，即W-Wmax。B点为提前交换点，这对氧化物压敏电阻所承受的能量W远小于Wmax。当然，这时氧化物压敏电阻的寿命会大大延长，残压也会比A点氧化物压敏电阻的残压低得多。图中C区表示未能交换的情况，这时氧化物压敏电阻将承受所有的浪涌能量，W>WmaX。这时氧化物压敏电阻一定会被损坏，同时前面的开关型SPD也无法正常响应。(2)去耦元件的性能分析为了达到能量配合的目的，需要采用电感作为去耦元件，这时必须考虑浪涌电流的上升时间及峰值幅度(如10/350tis)。Di/dt的值越大，去耦所需的电感越小。目前可采用空气心电感和铁心电感作为去耦电感。下面简单分析一下去耦电感对能量分配的影响。铁心电感的电感量LFE-UrXLair，这里磁导率Ur不是常数，其大小取决于频率，磁场强度(H)和交变场应力等，Lair为铁心电感的电感量。对于能源配合来说，发生浪涌时时间对电感的影响(电感瞬态特性理论)比较重要。在一个很高的瞬变电流的作用下，一个铁心电感的磁心会立刻饱和，同时电感量也会快速减小到空气心电感的电感量。依照电感特性理论，在瞬态场电流的作用下每个电感会产生时变电感量Ls,这个电感量在铁心电感器中的变化率(dLs/dt)非常大。而由频率决定的磁导率Ur和涡旋感应电流也会导致各种不同的电感量的时间特性。通过试验可知，金属心产生的能量交换点靠前，配合效果要好于空气心，但是金属心去耦必须设计成瞬态特性的，并且常态电感量要很大。通过以上分析，可以看出现有利用电感去耦的防雷器还是存在以F不足之处①能量控制点要依靠于电流的陡度。②线路的额定电流受限于电感心的额定电流。③存在不定期定的能源浪费(热能)，工频电流会流过电感心。占用一定的安装空间。
发明内容为避免现有技术的不足之处，本实用新型提供一种带提前点火间隙的复合型防雷器，它的核心是一个B类的SPD，该类SPD是在一个特殊合金材料的环形间隙的电极间加装-个主动能量控制器而制成的，是对以前的电压开关型SPD的改进，以使其Up不大于2.5KV。这类SPD兼有放电间隙和氧化锌压敏电阻的优点，将这二者组合在一起，而且不使用退耦元件。本实用新型是通过以下技术措施来实现的它由外壳以及设置在外壳内的防雷电路组成，防雷电路由电源零线与地线之间的放电间隙与1个或者3个接在电源相线L与零线N之间的基本放电模块组成，放电模块包括连接在电源相线与零线之间的限压用压敏电阻、串接在其前端的保险丝、以及相线L与零线N之间带点火极的放电间隙Y，其特征是在相线L与零线N之间装有点火电路，点火电路包括保险丝U、用于限制充电电压压敏电阻R、电容C、高频变压器T和放电管V，保险丝U、限制充电电压压敏电阻R和电容C串连后接在相线L与零线N之间，高频变压器T原边线圈一端通过放电管V连接到电容C的一端，另一端接于零线，高频变压器T副边线圈的一端与相线L与零线N之间带点火极的放电间隙的点火极连接，另一端接于零线。当流经相线与零线的过电压能量水平相对比较低时，限压压敏电阻两端导通，把电压钳制在设备的耐受电压水平以下，传统的避雷器主要是通过这种手段保护电源线间电压。由于压敏电阻本身有漏电流等缺点，所以必须在它的前面串联保险丝，避免压敏电阻由于漏电流过大着火或爆破。限制充电电压压敏电阻平时不导通，当限压压敏电阻的电压高达一定水平以后，限制充电电压压敏电阻开始导通，并向电容充电。，当电容充电电压达到一定水平以后，限制充电电压压敏电阻两端电压相应降低，限制充电电压压敏电阻截止导通，而放电管V则被击穿。放电管被击穿后，变压器的原边得到一个电压，这个电压一定是一个等于或高于放电管V的导通电压，这样就在一定程度上控制了点火极的动作电压。当变压器的原边得到一个电压后，变压器的副边就以10倍以上的电压变压输出(如原边的电压是90V，副边则为900V)。点火极带高电压输出，同时击穿间瞎的两端放电。当点火极击穿间隙两端后形成电弧，相线与地线之间出现的过电压主能量通过间隙释放，把主能量从限压压敏电阻转移到放电间隙上。防雷电路由3个基本放电模块组成，其中3个基本放电模块分别接入三相四线制交流电源的三个相线与零线之间，与电源的相线、零线相并联，通过与电源的相线、零线相并联，并且零线通过一个放电间隙对地线连接。形成一个典型的3+1保护形式，其三条相线分别通过一个放电的机制在电压高于正常工作电压的时候对零线放电，使相线与零线之间形成差摸电压保护。在零线与地线之间接入放电间隙，其主要作用在于在零线与地线、相线与地线之间形成共模保护。这种保护形式能应用于所有TN-S、TN-C、TT、TN-S(C)等供电系统。由于所有的供电系统98%的过电压损害案例都集中于零线与相线间，这种提前点火间隙的机理主要应用于相线与零线之间的差模保护上。本实用新型在限压压敏电阻R的两端装有故障检测电路。每相都有一个检测用显示灯。显示灯一端通过开关、电阻连接在压敏电阻前端，保险丝的后端上，另一端连接与零线上。当保险丝正常，按开关键时由于相线与零线之间存在电压使显示灯发亮；当保险丝断开后，按开关镳时相线与零线仍然是开路，所以显示灯不亮。三条相线共有三组检测电路。本实用新型有3个基本放电模块与三相四线制交流电源相接时，相线与零线间的三个防雷模块之间装有一个故障显示电路，故障显示电路中有显示灯，显示灯的一端通过三个分压电阻分别与三条相线与零线间并联的限压压敏电阻所串接的保险丝后端连接，另一端与零线连接。由于显示灯的一端连接与三条相线，根据三相平衡的特性，显示灯连接三相的一端与连接零线的一端电压差为零；当显示灯连接于三条相线的保险丝中有任何一个保险丝断开时，立即造成三相不平衡，红灯连接与相线与零线之间的两端发生电压差。显示灯亮。显示灯为发光二极管或氖气泡。本实用新型防雷器应用于三相系统的一些参数如下雷电冲击电流Iimp(10/350^)为每相25KA;电压保护水平Up^l.5KV，已达到国家标准GB50057规定的I类绝缘耐压水平；短路电流能力为25KA。本实用新型防雷器的技术特性如下①当进来的电压tKUp时，防雷器的保护元件不动作。②当U^Up且Wtrig^KWactiv时，限制过电压由氧化锌压敏电阻完成，放电间隙不用动作(Wtrigger为与氧化锌压敏电阻组合在一起的触发单元产生的触发能量，Wactiv为使触发放电间隙动作的饞量)。③当l^Up且Wtrig^r^Vactiv时，触发放电间隙动作，紧接着主放电间隙也动作，使氧化锌压敏电阻中流过的电流减少而不使其损坏。本实用新型是防雷器是一个B+C类的SPD，所以它既具有C类SPD的响应速度和低保护电平，同时又具有B类SPD兆焦耳(MJ)级的能量级别，是一种性能可靠、防雷效果好的防雷器。附图1为自感解耦型防雷器结构图。附图2为本实用新型结构图。附图3为本实用新型用于三相四线制交流电源的结构图。以下结合附图对本实用新型作进一步说明。具体实施方式如附图2所示，本实用新型它由外壳以及设置在外壳内的防雷电路组成，防雷电路由电源零线与地线之间的放电间隙PE和接在电源相线L与零线N之间的基本放电模块组成，放电模块包括连接在电源相线与零线之间的限压用压敏电阻R1、串接在其前端的保险丝U1、以及相线L1与零线N之间带点火极的放电间隙Y1，在相线L1与零线N之间装有点火电路，点火电路包括保险丝U2、用于限制充电电压压敏电阻R2、电容C1、高频变压器T1和放电管V1，保险丝U1、限制充电电压压敏电阻R1和电容C1串连后接在相线L1与零线N之间，高频变压器T原边线圈一端通过放电管V1连接到电容C1的一端，另一端接于零线，高频变压器T副边线圈的一端与相线L1与零线N之间带点火极的放电间隙Yl的点火极连接，另一端接于零线。当流经相线与零线的过电压能量水平相对比较低时，限压压敏电阻两端导通，把电压钳制在设备的耐受电压水平以下，传统的避雷器主要是通过这种手段保护电源线间电压。由于压敏电阻本身有漏电流等缺点，所以必须在它的前面串联保险丝，避免压敏电阻由于漏电流过大着火或爆破。限制充电电压压敏电阻平时不导通，当限压压敏电阻的电压高达一定水平以后，限制充电电压压敏电阻开始导通，并向电容充电。，当电容充电电压达到一定水平以后，限制充电电压压敏电阻两端电压相应降低，限制充电电压压敏电阻截止导通，而放电管V则被击穿。放电管被击穿后，变压器的原边得到一个电压，这个电压一定是一个等于或高于放电管V的导通电压，这样就在一定程度上控制了点火极的动作电压。当变压器的原边得到一个电压后，变压器的副边就以IO倍以上的电压变压输出(如原边的电压是90V，副边则为900V)。点火极带高电压输出，同时击穿间隙的两端放电。当点火极击穿间隙两端后形成电弧，相线与地线之间出现的过电压主能量通过间隙释放，把主能量从限压压敏电阻转移到放电间隙上。如附图3所示，本实用新型它由外壳以及设置在外壳内的防雷电路组成，防雷电路由电源零线与地线之间的放电间隙PE和接在电源相线L与零线N之间的3个基本放电模块组成，该避雷器与三相(Ll、L2、L3)四线制交流电源并联接入工作时，通过与电源的相线、零线相并联，并且零线通过一个放电间隙对地线连接。形成一个典型的3+1保护形式，其三条相线分别通过一个放电的机制在电压高于正常工作电压的时候对零线放电，使相线与零线之间形成差摸电压保护。在零线与地线之间接入放电间隙，其主要作用在于在零线与地线、相线与地线之间形成共模保护。这种保护形式能应用于所有TN-S、TN-C、TT、TN-S(C)等供电系统。由于所有的供电系统98%的过电压损害案例都集中于零线与相线间，这种提前点火间隙的机理主要应用于相线与零线之间的差模保护上。本实用新型在基本放电模块每个限压用压敏电阻(如图R1、R3、R5)两端装有故故障检测电路。每相都有一个检测用显示灯(DS1、DS2和DS2)。显示灯一端通过开关(K1、K2、K3)电阻(Rll、R12、R13)连接在压敏电阻前端，保险丝的后端上，另一端连接与零线上。当保险丝正常，按开关键时由于相线与零线之间存在电压使显示灯发亮；当保险丝断开后，按开关键时相线与零线仍然是开路，所以显示灯不亮。三条相线共有三组检测电路。在限压压敏电阻R1、R2、R3的两端还装有故障显示电路，故障显示电路中有一个显示灯DS4，显示灯的一端通过三个分压电阻分别与三条相线与零线间并联的限压压敏电阻所串接的保险丝后端连接，另一端与零线连接。由于显示灯的一端连接与三条相线，根据三相平衡的特性，显示灯连接三相的一端与连接零线的一端电压差为零；当显示灯连接于三条相线的保险丝中有任何一个保险丝断开时，立即造成三相不平衡，红灯连接与相线与零线之间的两端发生电压差。显示灯亮。权利要求1.一种防雷器，它由外壳以及设置在外壳内的防雷电路组成，防雷电路由电源零线与地线之间的放电间隙与1个或者3个接在电源相线L与零线N之间的基本放电模块组成，放电模块包括连接在电源相线与零线之间的限压用压敏电阻、串接在其前端的保险丝、以及相线L与零线N之间带点火极的放电间隙Y，其特征是在相线L与零线N之间装有点火电路，点火电路包括保险丝U、用于限制充电电压压敏电阻R、电容C、高频变压器T和放电管V，保险丝U、限制充电电压压敏电阻R和电容C串连后接在相线L与零线N之间，高频变压器T原边线圈一端通过放电管V连接到电容C的一端，另一端接于零线，高频变压器T副边线圈的一端与相线L与零线N之间带点火极的放电间隙的点火极连接，另一端接于零线。2.根据权利要求1所述的一种防雷器，其特征是防雷电路由3个基本放电模块组成，其中3个基本放电模块分别接入￡相四线制交流电源的三个相线与零线之间，与电源的相线、零线相并联。3.根据权利要求1所述的-种防雷器，其特征是每个相线与零线间的放电模块都装有检测显示电路，检测显示电路由开关、电阻和显示灯串接而成，显示灯一端通过开关、电阻连接在压敏电阻前端，保险丝的后端上，另-端连接与零线上。4.根据权利要求3所述的一种防雷器，其特征是相线与零线间的三个防雷模块之间装有一个故障显示电路，故障显示电路中有显示灯，显示灯的一端通过三个分压电阻分别与三条相线与零线间并联的限压压敏电阻所串接的保险丝后端连接，另一端与零线连接。5.根据权利要求3或权利要求4所述的一种防雷器，其特征是显示灯为发光二极管或氖气泡。专利摘要本实用新型一种防雷器，它由外壳以及设置在外壳内的防雷电路组成，防雷电路由1个或3个基本放电模块组成，放电模块包括连接在电源相线与零线之间的限压用压敏电阻、串接在其前端的保险丝、以及相线L与零线N之间带点火极的放电间隙Y，其特征是在相线L与零线N之间装有点火电路，点火电路包括保险丝U、用于限制充电电压压敏电阻R、电容C、高频变压器T和放电管V，保险丝U、限制充电电压压敏电阻R和电容C串连后接在相线L与零线N之间，高频变压器T原边线圈一端通过放电管V连接到电容C的一端，另一端接于零线，高频变压器T副边线圈的一端与相线L与零线N之间带点火极的放电间隙的点火极连接，另一端接于零线。本实用新型是一个B+C类的SPD，所以它既具有C类SPD的响应速度和低保护电平，同时又具有B类SPD兆焦耳(MJ)级的能量级别，是一种性能可靠、防雷效果好的防雷器。文档编号H02H9/04GK201061136SQ200720049929公开日2008年5月14日申请日期2007年3月29日优先权日2007年3月29日发明者张云龙申请人:广州市海德防雷科技有限公司