CN112186724A - 基于过电压吸收储能的防护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够提高过电压防护的效果并充分利用过电压的能量特性将过电压转换为可利用的电能进行储存的基于过电压吸收储能的防护装置。该装置包括气体放电管、压敏电阻、N级降压隔离储能电路；所述N级降压隔离储能电路依次串联后并联在压敏电阻的两端，每级降压隔离储能电路均包括高压电阻、高压电容、二极管、蓄电池，本防护装置将非线性的气体放电管、压敏电阻与线性元件高压电阻、高压电容、储能电池等相结合，将雷击过电压或者电网的内部过电压转换成能够被蓄电池吸收的低压进行充电，蓄电池将吸收的电能进行储存，并提高过电压防护的效果。适合在电力各种应用领域推广应用。

Description

基于过电压吸收储能的防护装置
技术领域
本发明涉及雷电和过电压防护领域，具体涉及一种基于过电压吸收储能的防护装置。
背景技术
现有的雷电防护理念都是把雷电当做一种灾害，采用避雷针、屏蔽、接地、合理布线、加装SPD(由非线性元件组成的避雷装置，如压敏电阻、放电管、TVS管等)等综合防雷措施进行雷电防护，保护设备及人员的安全。对感应雷的防护，多采用加装SPD的措施。由于雷电产生的过电压和电网内部产生的过电压本身是一种电能，具有一定的利用价值，现有的防雷方式都是直接将过电压引入大地直接排放，这种方式会造成电能的浪费，而且过电压防护效果也不好。为了提高过电压防护的效果，并充分利用过电压的能量特性，本发明提出了一种基于过电压吸收储能的防护装置，将过电压转换为可利用的电能进行储存，并降低防护装置的限制电压，提高防护效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高过电压防护的效果并充分利用过电压的能量特性将过电压转换为可利用的电能进行储存的基于过电压吸收储能的防护装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该基于过电压吸收储能的防护装置，包括气体放电管、压敏电阻、N级降压隔离储能电路；所述气体放电管的一端与电源线路的L线相连，所述气体放电管的另一端与压敏电阻的一端相连，所述压敏电阻的另一端与地线相连，所述N级降压隔离储能电路依次串联后并联在压敏电阻的两端，每级降压隔离储能电路均包括高压电阻、高压电容、二极管、蓄电池，所述高压电容的正负极分别与高压电阻的两端相连，所述二极管的正极与高压电容的正极相连，所述二极管的负极与蓄电池的正极相连，所述蓄电池的负极与高压电容的负极相连，N级降压隔离储能电路的高压电阻互相串联，所述N＝n值取整+1，所述n＝Up/Um，Up是指压敏电阻的残压最大值，Um是指蓄电池的充电电压允许最大值。
进一步的是，所述气体放电管为2R-600D-40型气体放电管。
进一步的是，所述压敏电阻为34S431K型压敏电阻。
进一步的是，所述高压电阻为5W10型高压电阻。
进一步的是，所述高压电容为10UF2KV型高压电容。
进一步的是，所述二极管为1N4007型二极管。
进一步的是，所述蓄电池为12V8AH型蓄电池。
本发明的有益效果：该基于过电压吸收储能的防护装置将气体放电管和压敏电阻组成的串联电路并联在电源线路L与地线之间，当电源线路L的电压为正常值时，由于气体放电管和压敏电阻构成的非线性保护电路处于未导通状态，没有电流流过气体放电管和压敏电阻，保护电路处于未启动状态；当电源线路中有外部雷击或内部过电压产生并超过由气体放电管和压敏电阻组成的保护电路的启动电压时，气体放电管和压敏电阻为导通状态，当过电压使得气体放电管和压敏电阻击穿时，由于压敏电阻的限压效应，会将电压限制在一定范围内，再将压敏电阻两端的电压用高压电阻和高压电容进行N级分压，由于气体放电管导通后内阻极小；压敏电阻导通后内阻较大，所以保护电路的残压主要由压敏电阻决定；根据压敏电阻的残压最大值Up和蓄电池的充电电压允许最大值Um，即可推算出需要的分压级数N，所述N＝n值取整+1，n＝Up/Um,为保证充电电路安全，根据分压级数N，可计算出每一级的最大分压值，并选取合适的高压电阻和高压电容值；由二极管组成的隔离电路，将蓄电池进行隔离保护，从每一级隔离电路后端引出充电极，供给蓄电池进行充电，蓄电池吸收过电压能量的同时，流过压敏电阻的电流会减小，从而降低压敏电阻两端的限制电压，提高了对设备的保护效果，提高了过电压防护的效果，而且蓄电池充满后可更换取下循环利用。本发明所述的基于过电压吸收储能的防护装置将过电压能量转换成能够被利用的一种能源，起到了变害为宝的作用；同时降低了过电压防护装置的限制电压，提高了对电子设备的保护效果。
附图说明
图1是本发明所述的基于过电压吸收储能的防护装置的框架结构示意图；
附图标记说明：气体放电管1、压敏电阻2、降压隔离储能电路3、高压电阻301、高压电容302、二极管303、蓄电池304。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，该基于过电压吸收储能的防护装置应用于220V交流单相电源中，包括气体放电管1、压敏电阻2、N级降压隔离储能电路3；所述气体放电管1的一端与电源线路的L线相连，所述气体放电管1的另一端与压敏电阻2的一端相连，所述压敏电阻2的另一端与地线相连，所述N级降压隔离储能电路3依次串联后并联在压敏电阻2的两端，每级降压隔离储能电路3均包括高压电阻301、高压电容302、二极管303、蓄电池304，所述高压电容302的正负极分别与高压电阻301的两端相连，所述二极管303的正极与高压电容302的正极相连，所述二极管303的负极与蓄电池304的正极相连，所述蓄电池304的负极与高压电容302的负极相连，N级降压隔离储能电路3的高压电阻301互相串联，所述N＝n值取整+1，Up是指压敏电阻2的残压最大值，Um是指蓄电池304的充电电压允许最大值。该基于过电压吸收储能的防护装置将气体放电管1和压敏电阻2组成的串联电路并联在电源线路L与地线之间，当电源线路L的电压为正常值时，由于气体放电管1和压敏电阻2构成的非线性保护电路处于未导通状态，没有电流流过气体放电管1和压敏电阻2，保护电路处于未启动状态；当电源线路中有外部雷击或内部过电压产生并超过由气体放电管1和压敏电阻2组成的保护电路的启动电压时，气体放电管1和压敏电阻2为导通状态，当过电压使得气体放电管1和压敏电阻2击穿时，由于压敏电阻2的限压效应，会将电压限制在一定范围内，再将压敏电阻2两端的电压用高压电阻301和高压电容302进行N级分压，由于气体放电管1导通后内阻极小；压敏电阻2导通后内阻较大，所以保护电路的残压主要由压敏电阻2决定；根据压敏电阻2的残压最大值Up＝1500V和蓄电池304的充电电压允许最大值Um＝20V，即可推算出需要的分压级数N，所述N＝n值取整+1＝76(n＝Up/Um＝75),为保证充电电路安全，根据分压级数N，可计算出每一级的最大分压值，并选取合适的高压电阻301和高压电容302值；由二极管303组成的隔离电路，将蓄电池304进行隔离保护，从每一级隔离电路后端引出充电极，供给蓄电池304进行充电，蓄电池304吸收过电压能量的同时，流过压敏电阻2的电流会减小，从而降低压敏电阻2两端的限制电压，提高了对设备的保护效果，提高了过电压防护的效果，而且蓄电池304充满后可更换取下循环利用。本发明所述的基于过电压吸收储能的防护装置将过电压能量转换成能够被利用的一种能源，起到了变害为宝的作用；同时降低了过电压防护装置的限制电压，提高了对电子设备的保护效果。
在上述实施方式中，所述气体放电管1、压敏电阻2、高压电阻301根据线路的电压等级进行选择。具体的，所述气体放电管1优选为2R-600D-40型气体放电管，所述压敏电阻2优选为34S431K型压敏电阻，所述高压电阻301优选为5W10型高压电阻。所述高压电容302根据气体放电管1和压敏电阻2的限制电压等级进行选择，具体的，所述高压电容302优选为10UF2KV型高压电容进一步的是，所述二极管303优选为1N4007。所述蓄电池304根据用户使用需要进行选择。通常情况下，所述蓄电池304优选为12V8AH型蓄电池。

Claims (7)

1.基于过电压吸收储能的防护装置，其特征在于：包括气体放电管(1)、压敏电阻(2)、N级降压隔离储能电路(3)；所述气体放电管(1)的一端与电源线路的L线相连，所述气体放电管(1)的另一端与压敏电阻(2)的一端相连，所述压敏电阻(2)的另一端与地线相连，所述N级降压隔离储能电路(3)依次串联后并联在压敏电阻(2)的两端，每级降压隔离储能电路(3)均包括高压电阻(301)、高压电容(302)、二极管(303)、蓄电池(304)，所述高压电容(302)的正负极分别与高压电阻(301)的两端相连，所述二极管(303)的正极与高压电容(302)的正极相连，所述二极管(303)的负极与蓄电池(304)的正极相连，所述蓄电池(304)的负极与高压电容(302)的负极相连，N级降压隔离储能电路(3)的高压电阻(301)互相串联，所述N＝n值取整+1，所述n＝Up/Um，Up是指压敏电阻(2)的残压最大值，Um是指蓄电池(304)的充电电压允许最大值。
2.如权利要求1所述的基于过电压吸收储能的防护装置，其特征在于：所述气体放电管(1)为2R-600D-40型气体放电管。
3.如权利要求2所述的基于过电压吸收储能的防护装置，其特征在于：所述压敏电阻(2)为34S431K型压敏电阻。
4.如权利要求3所述的基于过电压吸收储能的防护装置，其特征在于：所述高压电阻(301)为5W10型高压电阻。
5.如权利要求4所述的基于过电压吸收储能的防护装置，其特征在于：所述高压电容(302)为10UF2KV型高压电容。
6.如权利要求5所述的基于过电压吸收储能的防护装置，其特征在于：所述二极管(303)为1N4007型二极管。
7.如权利要求6所述的基于过电压吸收储能的防护装置，其特征在于：所述蓄电池(304)为12V8AH型蓄电池。
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