CN104426144A - 防雷器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种防雷器，解决现有防雷器防雷效果差、电路残压高、保险丝电阻过流后损坏需更换等问题。该防雷器包括电源保护电路，电源保护电路包括电源正极接口、电源负极接口、接地线、陶瓷气体放电管DS1和陶瓷气体放电管DS2，电源正极接口和接地线通过陶瓷气体放电管DS1相互连接：电源负极接口和接地线通过陶瓷气体放电管DS2相互连接；电源正极接口与电源负极接口之间依次串联有耦合电感L1、自恢复保险丝F1、浪涌吸收元件D1、耦合电感L2和耦合电感L3；电源保护电路还包括浪涌吸收元件T1，浪涌吸收元件T1一端连接于耦合电感L1与自恢复保险丝F1连接节点，另一端连接于耦合电感L2与耦合电感L3连接节点。

Description

防雷器

技术领域

本发明涉及防雷装置，特别是一种防雷器。

背景技术

雷电分直击雷、电磁脉冲、球形雷和云闪四种。其中直击雷和球形雷都会对人和建筑造成危害，直击雷的能量最大，约为1亿至10亿伏，平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。电磁脉冲主要影响电子设备，也就是我们所说的感应雷；每年的雷雨季节给人类造成的直接经济损失高达数亿美元，其中由于感应雷所造成的损失占70％。感应雷是在闪雷时所产生的瞬间脉冲磁场，这种强大的感应磁场，可在地面1km范围内的金属网络中产生感应电荷，包括有线、无线通讯网络，电力输电网络和其他金属材料制成的线路***。高强度的感应电荷会在这些金属网络中形成强大的瞬间高压电场，从而形成对用电设备的高压弧光放电，最终会导致电器设备烧毁。其中弱电电器受到的危害最大，雷电影响到市电网络会造成电器供电电源电位上升，从而会击穿内部元件：电器金属外壳、插接口、供电线路、信号线路及所有与内部电路有连接的金属，将随时成为感应雷的侵入路径，弱电电器的耐压能力远低于强电设备。

针对此问题，市场上已推出多款外置防雷器，但是在室外安装外置防雷器，有很大的隐患，防雷效果差；当雷击中避雷针时，在接到大地的引线周围会产生很强的瞬变电场，处在电磁场中的设备和传输线路会感应出较大的电动势，瞬变电场的能量达到1.5KA会击穿设备的绝缘介质侵入到设备内部，从而把内部元件打坏；外置防雷器所应用的电路都是传统的二级保护电路，其电路的缺陷是残压高，而且在雷击后，电路中的保险丝电阻过流后会发生损坏，需更换后才可以再次使用，更换器件不但要花费人工和物料成本，由于未及时更换器件也会导致设备受损。

发明内容

本发明提出一种防雷器，可以对设备的电源电路和信号电路全面保护，解决了现有防雷器防雷效果差、电路残压高、保险丝电阻过流后损坏需更换电子器件等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种防雷器，包括电源保护电路，所述电源保护电路包括电源正极接口、电源负极接口、接地线、陶瓷气体放电管DS1和陶瓷气体放电管DS2，所述电源正极接口和所述接地线通过所述陶瓷气体放电管DS1相互连接；所述电源负极接口和所述接地线通过所述陶瓷气体放电管DS2相互连接；

所述电源正极接口与所述电源负极接口之间依次串联有耦合电感L1、自恢复保险丝F1、浪涌吸收元件D1、耦合电感L2和耦合电感L3；

所述电源保护电路还包括浪涌吸收元件T1，所述浪涌吸收元件T1的一端连接于所述耦合电感L1与所述自恢复保险丝F1的连接节点，另一端连接于所述耦合电感L2与所述耦合电感L3的连接节点。

进一步的，还包括信号保护电路，所述信号保护电路包括信号正极接口、信号负极接口、接地线、陶瓷气体放电管DS3和陶瓷气体放电管DS4，所述信号正极接口和所述接地线通过所述陶瓷气体放电筲DS3相互连接，所述信号负极接口和所述接地线之间通过所述陶瓷气体放电管DS4相互连接；

所述信号正极接口与所述信号负极接口之间依次串联有自恢复保险丝F2、压敏电阻R1、浪涌吸收元件T2、压敏电阻R2和自恢复保险丝F3；

所述信号保护电路还包括浪涌吸收元件T3，所述浪涌吸收元件T3的一端连接于所述自恢复保险丝F2与所述压敏电阻R1的连接节点，另一端连接于所述压敏电阻R2与所述自恢复保险丝F3的连接节点。

进一步的，所述耦合电感L2与所述浪涌吸收元件D1的连接节点和所述压敏电阻R1与所述浪涌吸收元件T2的连接节点相连接。

进一步的，所述浪涌吸收元件T2和所述浪涌吸收元件T3均为半导体放电管。

进一步的，所述浪涌吸收元件D1为瞬态抑制二极管，所述浪涌吸收元件T1为半导体放电管。

由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、外置防雷器采用传统的防雷二级保护，残压高；本发明中，陶瓷气体放电管DS1、陶瓷气体放电管DS2构成电源的第一级保护电路，陶瓷气体放电管DS3和陶瓷气休放电管DS4构成信号的第一级保护电路，主要用于将强浪涌泄掉；耦合电感L1、耦合电感L3、浪涌吸收元件T1构成电源的第二级保护电路，自恢复保险丝F2、自恢复保险丝F3以及浪涌吸收元件T3构成信号的第二级保护电路，主要用于降低两线间的残压；自恢复保险丝F1、耦合电感L2、浪涌吸收元件D1构成电源的第三级保护电路，压敏电阻R1、压敏电阻R2以及浪涌吸收元件T2构成信号的第三级保护电路，主要用于将两线间的电压钳位在安全范围内。

由上述描述可知，本发明经过三级保护电路后，电压钳位在安全范围内，分别对电源电路和信号电路进行保护，使设备不受损害。

二、本发明电路中采用自恢复保险丝代替保险丝电阻，保险丝电阻是一次性器件，过流后保险丝电阻会被损坏，需要更换器件才能再次起到保护作用；而使用自恢复保险丝时，当流过它的电流小于其保持电流时，它的阻值很小，当流过它的电流超过其触发电流时，它的阻值急剧增大而不是熔断，从而阻断雷电流的继续侵入或者电路的续流，温度降低后自行恢复，起到持续保护的作用。由上述描述可知，本发明采用自恢复保险丝，避免雷击后由于器件损坏未及时更换带来的损失，节约成本。

三、本发明中所述耦合电感L2与所述浪涌吸收元件D1的连接节点和所述压敏电阴R1与所述浪涌吸收元件T2的连接节点相连接，从而使电源电路和信号电路相连接，此连接方法方便使用过程中与设备的连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种防雷器，包括电源保护电路，所述电源保护电路包括电源正极接口DC+、电源负极接口DC-、接地线GND、陶瓷气体放电管DS1和陶瓷气体放电管DS2，所述电源正极接口DC+和所述接地线GND通过所述陶瓷气体放电管DS1相互连接；所述电源负极接口DC-和所述接地线GND通过所述陶瓷气体放电管DS2相互连接；

所述电源正极接口DC+与所述电源负极接口DC-之间依次串联有耦合电感L1、自恢复保险丝F1、浪涌吸收元件D1、耦合电感L2和耦合电感L3；

所述电源保护电路还包括浪涌吸收元件T1，所述浪涌吸收元件T1的一端连接于所述耦合电感L1与所述自恢复保险丝F1的连接节点，另一端连接于所述耦合电感L2与所述耦合电感L3的连接节点。

本发明还包括信号保护电路，所述信号保护电路包括信号正极接口V+、信号负极接口V-、接地线GND、

和所述接地线GND之间通过所述陶瓷气体放电管DS4相互连接；

所述信号正极接口V+与所述信号负极接口V-之间依次串联有自恢复保险丝F2、压敏电阻R1、浪涌吸收元件T2、压敏电阻R2和自恢复保险丝F3；

所述信号保护电路还包括浪涌吸收元件T3，所述浪涌吸收元件T3的一端连接于所述自恢复保险丝F2与所述压敏电阻R1的连接节点，另一端连接于所述压敏电阻R2与所述自恢复保险丝F3的连接节点。

所述耦合电感L2与所述浪涌吸收元件D1的连接节点和所述压敏电阻R1与所述浪涌吸收元件T2的连接节点相连接。

防雷模块的工作原理为将大部分的感应雷的电荷泄入大地，钳位后端电压，使后面元器件不受损害。其中，电源正极接口DC+和电源负极接口DC-分别用于接电源的正负极，信号正极接口V+和信号负极接口V-分别用于接信号的正负极。陶瓷气体放电管DS1、陶瓷气体放电管DS2构成电源的第一级保护电路，陶瓷气体放电管DS3和陶瓷气体放电管DS4构成信号的第一级保护电路，主要用于将强浪涌泄掉；耦合电感L1、耦合电感L3、浪涌吸收元件T1构成电源的第二级保护电路，自恢复保险丝F2、自恢复保险丝F3以及浪涌吸收元件T3构成信号的第二级保护电路，主要用于降低两线间的残压；自恢复保险丝F1、耦合电感L2、浪涌吸收元件D1构成电源的第三级保护电路，压敏电阻R1、压敏电阻R2以及浪涌吸收元件T2构成信号的第三级保护电路，主要用于将两线间的电压钳位在安全范围内。

在本实施例中，浪涌吸收元件T1、浪涌吸收元件T2和浪涌吸收元件T3均为半导体放电管；浪涌吸收元件D1为瞬态抑制二极管。半导体放电管和瞬态抑制二极管可相互替换。

本实施例中，自恢复保险丝可用保险丝电阻替换，但保险丝电阻是一次性器件，过流后保险丝电阻会发生损坏，需要更换器件才能再次起到保护作用；自恢复保险丝是一种正温度系数热敏电阻，在此保护电路中起到限流保护的作用，当流过它的电流小于其保持电流时，此时自恢复保险丝的温度较低，它的阻值很小，当流过它的电流超过其触发电流时，自恢复保险丝温度升高，它的阻值急剧增大而不是熔断，从而阻断雷电流的继续侵入或者电路的续流，温度降低后自行恢复，起到持续保护的作用。

本实施例选用两种规格的自恢复保险丝，其中电源保护部分优选触发电流是1.85A的自恢复保险丝，信号保护部分优选触发电流是0.3A的自恢复保险丝。

本发明电路简单，占用空间小，可以安装在被保护设备内部，解决了现有防雷器占用空间大的问题。其中，电源三级保护电路与信号三级保护电路可单独使用，单独使用电源三级保护电路时，只能对电源起到防雷保护作用，单独使用信号三级保护电路时，则只能对信号起到防雷保护作用。

本实施例中，当感应雷从电源负极接口DC-和信号负极接口V-侵入，浪涌电流会在第一时间流入陶瓷气体放电管DS2、陶瓷气体放电管DS3、耦合电感L3和自恢复保险丝F2，因为陶瓷气体放电管有一定的响应时间，在这段时间里会有浪涌电流流过耦合电感L3和自恢复保险丝F2，若流过自恢复保险丝F2的浪涌电流超过其触发电流0.3A时，它的阻值急剧增大，阻断浪涌电流的继续流入；陶瓷气体放电管DS2和陶瓷气体放电管DS3响应后呈低阻，大部分浪涌电流经陶瓷气体放电管DS2和陶瓷气体放电管DS3泄入接地端GND后泄入大地。

流过自恢复保险丝F2的浪涌电流降低到其触发电流以下，自恢复保险丝F2恢复到初始状态，电路导通。流过耦合电感L3和自恢复保险丝F2的浪涌电流会同时流到浪涌吸收元件T1、耦合电感L2、压敏电阻R1和浪涌吸收元件T3，因为浪涌吸收元件T1和浪涌吸收元件T3为半导体放电管，响应速度快，所以会在短时间内使电源正极接口DC+与电源负极接口DC-之间的残压以及信号正极接口V+与信号负极接口V-之间的残压降到很低。同一时间还是会有浪涌电流流过耦合电感L2和压敏电阻R1，因为浪涌吸收元件D1为瞬态抑制二极管，响应速度极快，且在正向导通状态，浪涌吸收元件T2为半导体放电管，所以后端的残压会降到更低。感应雷从信号正极接口V+对接地端GND侵入同理。

当感应雷从电源正极接口DC+对地端GND侵入，浪涌电流会在第一时间流入陶瓷气体放电管DS1和耦合电感L1，因为陶瓷气体放电管有一定的响应时间，在这段时间里会有浪涌电流流过耦合电感L1，陶瓷气体放电管DS1响应后呈低阻，大部分浪涌电流经陶瓷气体放电管DS1泄入接地端GND后泄入大地。

流过耦合电感L1的浪涌电流会同时流到浪涌吸收元件T1和自恢复保险丝F1，因为浪涌吸收元件T1为半导体放电管，响应速度快，所以会在短时间内使电源正极接口DC+与电源负极接口DC-之间的残压降到很低。同一时间还是会有浪涌电流流过自恢复保险丝F1和浪涌吸收元件D1，若流过自恢复保险丝F1的浪涌电流超过其触发电流1.85A时，它的阻值急剧增大，阻断浪涌电流的继续流入，当浪涌电流低于其触发电流后，电路导通，此时因为浪涌吸收元件D1为瞬态抑制二极管，响应速度极快，且在正向导通状态，所以后端的残压会降到更低。

当感应雷从接地端GND侵入，因为电流是选择阻抗最低的路径，所以大部分电荷会经过陶瓷气体放电管DS2和陶瓷气体放电管DS3流到电源负极接口DC-和信号负极接口V-后泄入大地，但因为线缆和大地有阻抗，所以会有电荷反窜入到二级保护电路和三级保护电路中去，二级保护电路和三级保护电路采用快速响应元器件，从而将电压钳位到最低，使需要保扩的设备电路不受损伤。感应雷从电源正极接口DC+对电源负极接口DC-或信号正极接口V+对信号负极按口V-窜入原理与上述原理相同，不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种防雷器，其特征在于：包括电源保护电路，所述电源保护电路包括电源正极接口、电源负极接口、接地线、陶瓷气体放电管DS1和陶瓷气体放电管DS2，所述电源正极接口和所述接地线通过所述陶瓷气体放电管DS1相互连按；所述电源负极接口和所述接地线通过所述陶瓷气体放电管DS2相互连按；

所述电源正极接口与所述电源负极接口之间依次串联有耦合电感L1、自恢复保险丝F1、浪涌吸收元件D1、耦合电感L2和耦合电感L3；

所述电源保护电路还包括浪涌吸收元件T1，所述浪涌吸收元件T1的一端连接于所述耦合电感L1与所述自恢复保险丝F1的连接节点，另一端连接于所述耦合电感L2与所述耦合电感L3的连接节点。

2.如权利要求1所述的防雷器，其特征在于：还包括信号保护电路，所述信号保护电路包括信号正极接口、信号负极接口、接地线、陶瓷气体放电管DS3和陶瓷气体放电管DS4，所述信号正极接口和所述接地线通过所述陶瓷气体放电管DS3相互连接，所述信号负极接口和所述接地线之间通过所述陶瓷气体放电管DS4相互连接；

所述信号正极接口与所述信号负极接口之间依次串联有自恢复保险丝F2、压敏电阻R1、浪涌吸收元件T2、压敏电阻R2和自恢复保险丝F3；

所述信号保护电路还包括浪涌吸收元件T3，所述浪涌吸收元件T3的一端连接于所述自恢复保险丝F2与所述压敏电阻R1的连接节点，另一端连接于所述压敏电阻R2与所述自恢复保险丝F3的连接节点。

3.如权利要求2所述的防雷器，其特征在于：所述耦合电感L2与所述浪涌吸收元件D1的连接节点和所述压敏电阻R1与所述浪涌吸收元件T2的连按节点相连接。

4.如权利要求2所述的防雷器，其特征在于：所述浪涌吸收元件T2和所述浪涌吸收元件T3均为半导体放电管。

5.如权利要求1-4中任一项所述的防雷器，其特征在于：所述浪涌吸收元件D1为瞬态抑制二极管，所述浪涌吸收元件T1为半导体放电管。