專利名稱：一種免接地三相電源系統直接雷擊保護器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種免接防雷接地線，在三相電源系統使用的，可對電源系統直接雷擊起可靠保護的三相電源保護器，可廣泛應用于三相電源系統供電的電子電氣設備的直接雷擊的保護。
背景技術：
標準的電源系統防雷保護措施如圖I所示電源進口加裝SPD，SPD接地端口通過接地匯流排和被保護設備實行等電位連接后，用良好的防雷接地系統(接地引下線和接地體)和大地相連。公認的保護機理從電網系統引入的雷電作用勢能w通過sro和防雷接地線泄放到大地，接地電阻越小，泄放到大地的雷電能量越多，泄放時間越快，保護效果越好。其實這是基本物理學的認識錯誤，如圖2是系統防雷接地線的一般連接圖，其等效作用示意圖如圖3，從這二個基本圖中我們可以看出，電源進口的雷電作用勢能W通過 SPD、防雷接地線和大地組成泄放消耗途經，全部的雷電作用勢能W消耗在大地零電勢點的前面，而不是泄放到零電勢點的后面。閉合回路非靜電場的零電位參考點和靜電場的零電勢參考點是二個不同的物理概念，電位為零的參考點，其電勢不為零。防雷接地線的接地阻抗為這個雷電勢能消耗途徑的一部分，接地阻抗越小，表示的是在接地系統中消耗的雷電作用勢能越小，相應的加重了保護系統的雷電作用能量的消耗，也即加重了系統的雷擊負擔。接地阻抗越大，表示的是在接地系統中消耗的雷電作用勢能越大，相應的減少了保護系統的雷電作用能量的消耗，也即減輕了系統的雷擊負擔，在合適的技術措施保證下，接地電阻是越大越好。假定我們所做的接地系統為理想的零阻抗，說明的是在接地系統中消耗的雷電能量為零，并不是說雷電能量全部泄放到接地線后的大地，此時我們所做的這個理想的零阻抗的接地系統對防雷的作用等于零，良好接地并不是防雷保護技術的必要條件。一個電源防雷器(sro)的技術可靠性有雷電位和雷電壓這二個方面的要求雷電位過高，會造成系統設備內部線路和機殼(地)的打火、放電的故障；雷電壓過高，會造成系統設備元器件的損壞故障。現有三相四線制電源系統國家標準規定的電源防雷保護器，有二種基本的連接方式(I)如圖4所示的T-T系統:雷電位Ua、Ub、U。為P (A、B、C) -N間的氧化鋅元件殘壓+N-PE的氧化鋅元件殘壓；雷電壓為UAN、UBN、UCN :P(A、B、C)_N間的氧化鋅元件殘壓。這種方式在選擇合適的氧化鋅元件參數的前提下，有可靠的雷電壓的保護，沒有可靠的雷電位的保護(在一些系統應用中，在N-PE間選擇開關型器件，而這些開關型器件對過壓的反應時間只有毫微秒，遠大于限壓型要求的納秒)。[0016](2)如圖5所示的T-N系統:雷電位Ua、Ub、U。為P (A、B、C)、N-PE間的氧化鋅元件殘壓；雷電壓為UAN、UBN、UCN :P(A、B、C) ,N-PE間的雷電位之差，當接地不好或遇不平衡雷擊(電網側擊),就有可能發生地電位反擊的事故。這種T-N方式在選擇合適的氧化鋅元件參數的前提下，有可靠的雷電位的保護， 沒有可靠的雷電壓的保護。一個獨立的T-T和T-N系統，只能做為一個防雷設備的組成部件，其中T-T系統應作為雷電壓的保護部件，T-N系統應作為雷電位的保護部件，而不能作為一個獨立的防雷設備使用。事實上，在很多的場合，獨立的T-T和T-N系統被直接作為防雷設備使用，這種使用方法都是沒有理解雷電位和雷電壓的保護要求而采取的保護不全面的方法，在實際使用中經常出現防雷器不起保護作用的情況，對于這種保護失效，我們通常的解決方法是采用降低氧化鋅元件的殘壓，即采用直流工作參數低的氧化鋅元件，但這種方法氧化鋅元件本身很容易發生老化損壞，在此情形下，如果設備的熱脫離裝置不好，嚴重的會發生火災事故，為此又在氧化鋅元件前串接空開，其典型保護方法有以下二種基本的連接方法(I)如圖6所示的T-T系統+空開雷電位為P (A、B、C) -N間的氧化鋅元件殘壓+N-PE的氧化鋅元件殘壓+空開殘壓；雷電壓為P(A、B、C)、N-PE間的雷電位差+空開殘壓。這種方式在選擇合適的氧化鋅元件參數的前提下，雷電壓和雷電位的保護可靠性，要考慮空開殘壓的影響，對于使用在SPD中的空開都是一種電感式空開，在雷擊瞬間， 空開的殘壓很高，特別是在電網側擊雷擊情況下，沒有可靠的雷電位和雷電壓的保護可靠性。(2)如圖7所示的T-N系統+空開雷電位為P (A、B、C) -N間的氧化鋅元件殘壓+空開殘壓；雷電壓為P(A、B、C) ,N-PE間的雷電位差+空開殘壓，當接地不好或遇不平衡雷擊 (電網側擊),就會發生地電位反擊的事故。這種方式在選擇合適的氧化鋅元件參數的前提下，雷電壓和雷電位的保護可靠性，要考慮空開殘壓的影響，在雷擊瞬間，空開的殘壓很高，特別是在電網側擊雷情況下，沒有可靠的雷電位和雷電壓的保護可靠性。在本專利申請以前，本人申請了由T-T、T-N串聯在一起使用的七模塊浪涌保護器 (專利號=200820120204. 9)，這種簡單的T-T、T-N串聯，只能保證輸出的殘壓小于1500伏 (取決于直流工作參數)，根據電器設備的過電壓和過電位安全特性當過壓時間小于毫秒時，小于1500伏的過壓不會損害電器設備；當過壓時間大于毫秒時，大于300伏的過壓就要損害電器設備；電器設備線路和機殼地的過電位承受能力為1000伏/I毫米。參照直接雷擊和感應雷擊的特性感應雷擊產生的感應電壓的持續時間一般均小于彖秒；直接雷擊產生的直接雷擊過電壓的過壓持續時間一般均大于豪秒。[0037]從上對比看出，200820120204. 9能在簡單接地情況下，保證感應雷擊情況的保護安全性要求，不能保證輸出的持續時間超過毫秒的雷電壓小于300伏的要求，其對電源系統引入的直接雷擊不起可靠的保護作用。
實用新型內容本實用新型是針對上述防雷措施的不足而設計的一種輸出殘壓幅度和持續時間滿足直接雷擊安全性要求、不隨接地電阻的大小、安裝位置、雷擊的性質(平衡和不平衡雷擊)變化的、在免接防雷接地線的情況下，保證三相電源系統直接雷擊安全的三相電源直接雷擊保護器，具有使用方便，保護可靠性高(包括本身安全性)，安裝成本低等優點。本實用新型的目的是通過以下技術方案來完成的一種免接地三相電源系統直接雷擊保護器，所述雷擊保護器由T-T模式浪涌保護器、T-N模式浪涌保護器以及隔離變壓器串聯而成，所述T-T模式浪涌保護器由氧化鋅元件 BLU BL2、BL3、BL4構成，T-N模式浪涌保護器由氧化鋅元件BL4、BL5、BL6、BL7構成，隔離變壓器的初級相線和零線分別和T-T模式浪涌保護器、T-N模式浪涌保護器的輸出端的相線和零線連接，隔離變壓器的次級為雷擊保護器的輸出端口。優選地，所述的隔離變壓器為三相隔離變壓器，三相隔離變壓器的三個輸入端口和T-T模式浪涌保護器、T-N模式浪涌保護器的輸出口的三個相線端相連，零線N和零線相連，隔離變壓器的隔離繞組和接地端PE相連。優選地，所述的隔離變壓器為三個單相隔離變壓器BI、B2、B3，T-T模式浪涌保護器、T-N模式浪涌保護器連接的輸出口的三個相線端分別和單相隔離變壓器B1、B2、B3的一個輸入端相連，隔離變壓器BI、B2、B3的另一個輸入端和輸入零線共接在一起，隔離變壓器 BI、B2、B3的輸出端組成三個獨立的輸出口，輸出口的零線共接在一起，共零相連。優選地，所述的T-T模式浪涌保護器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在 800-1000伏/I毫安，T-N模式浪涌保護器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在600-800伏 /I暈安。再優選地，T-T模式浪涌保護器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在600-900伏/ 毫安，T-N模式浪涌保護器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在600-700伏/毫安。這樣的參數選址，能夠保證氧化鋅元件工頻續流的安全性要求，從而可以去掉空開，提高保護的
可靠性。采用上述結構設計的免接地三相電源直接雷擊保護器的有益效果串接二組 T-T、T-N模式連接的七模塊電源浪涌保護器使本產品具有雷電位和雷電壓雙重的保護作用，經T-T、T-N保護輸出的雷擊浪涌脈沖為單向脈沖，其基本組成為直流基波和諧波成分， 用隔離變壓器可消除直流基波的影響，經隔離變壓器輸出的雷擊殘壓僅為諧波成分，這些諧波的殘壓幅度和持續時間符合直接雷擊保護的技術要求；另外隔離變壓器還可以直接割斷輸入輸出相線端的雷電位影響，可利用電網零線或機殼和大地零電勢點組成消耗通路， 消耗雷電對系統的作用能量，因此可以采用保護器免接防雷接地線的方法使用，達到降低防雷工程的接地成本，利用這種泄放消耗途徑的高阻抗，減少流過T-T、T-N系統氧化鋅元件的雷電流，提高保護的可靠性的目的。
圖1電源系統接地防雷措施示意圖；圖2傳統電源系統接地防雷措施的系統連接圖；圖3雷電作用能量消耗模型示意圖；圖4為現有技術中T-T模式連接的SPD基本示意圖；圖5為現有技術中T-N模式連接的SPD基本示意圖；圖6是現有技術中T-T系統加空開的SPD示意圖；圖7是現有技術中T-N系統加空開的SPD示意圖；圖8實施例1三相輸入、三相輸出的直接雷擊三相電源保護器的基本電路原理 圖；圖9實施例2三相輸入、單相輸出的直接雷擊保護器的基本電路原理圖；圖10是殘壓幅度和過壓持續時間處理示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例和附圖對本實用新型的技術方案作進ー步具體的說明。實施例1參看圖8，ー種免接地三相電源系統直接雷擊保護器，由氧化鋅元件BL1, BL2, BL3、 BL4, BL5, BL6, BL7 構成，其中氧化鋅元件 BL” BL2, BL3> BL4 為 T-T 模式 SPD，BL4, BL5, BL6, BL7 為T-N模式SPD，三相隔離變壓器的三個輸入端口和T-T、T-N連接的輸出ロ的三個相線端相 連，零線N和零線相連(輸入輸出可根據實際情況要求共零或不共零)，隔離變壓器的隔離繞 組和接地端PE相連，如果選定BL” BL2、BL3> BL4, BL5, BL6, BL7的工作電壓為680V/1毫安的 氧化鋅元件，則經過BL1、BL2、BL3、BL4·制嵌位的雷電位可控制在1500V以內，雷電壓幅度 經見53“、8レ壓制可控制在1500V以內，如圖10，此雷電流圖10a，可分解為圖IOb的直流 基波和圖IOc的諧波成分，雷電流i直接加在隔離變壓器的輸入端，三相隔離變壓器的直接 作用能夠隔離雷電壓脈沖的直流基波成分，經過隔離變壓器輸出的是ー些諧波成分，在理 想情況下，過壓幅度減小一半，過壓時間減少一半，因此能夠滿足直接雷擊情況下的電器設 備的安全性的要求。另外，可借助電網系統或機殼本身和大地良好的泄放消耗途徑，使電網 上產生的雷擊浪涌脈沖的能量可全部通過這ー泄放途徑以熱能的形式消耗掉，從而可以保 證避雷器免接地前提下雷擊能量的泄放消耗要求。本實用新型結構簡単，使用方便，安全可 靠性高，安裝成本低，是ー種采用380V供電的電子電器設備使用的三相直接雷擊保護器。實施例2參看圖9，本實用新型保護器電路由氧化鋅元件BL1, BL2, BL3> BL4, BL5, BL6, BL7構 成，其中氧化鋅元件BL1、BL2、BL3、BL4為T-T模式SPD，BL4、BL5、BL6、BL7為T-N模式SPD，在 T-T、T-N連接的輸出口的三個相線端分別和單相隔離變壓器B1、B2、B3的一個輸入端相連， 隔離變壓器B1、B2、B3的另ー個輸入端和輸入零線共接在一起，隔離變壓器B1、B2、B3的輸 出端組成三個獨立的輸出ロ，一般情況下，輸出口的零線共接在一起，共零相連，如果選定 BL1、BL2、BL3、BL4、BL5、BL6、BL7 的工作電壓為 680V/1MA 的氧化鋅元件，則經過 BL1、BL2、BL3、 BL4H制嵌位的雷電位可控制在1500￥以內，雷電壓幅度經8“、8“、8レ壓制可控制在1500V 以內，此雷電壓直接加在隔離變壓器的輸入端，經三相隔離變壓器的隔離作用，輸出的雷電壓脈沖能夠滿足直接雷擊情況下的電器設備的安全性的要求。本實用新型結構簡單，使用方便，安全可靠性高，可組成在線備份的使用方式，特別適合保護安全要求高的場合，如移動基站系統電源系統的直接雷擊保護。最后，應當指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然，本實用新型不限于上述實施例，還可以有許多變形。凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均應認為屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種免接地三相電源系統直接雷擊保護器，其特征在于所述雷擊保護器由T-T模式浪涌保護器、T-N模式浪涌保護器以及隔離變壓器串聯而成，所述T-T模式浪涌保護器由氧化鋅元件BL^ BL2, BL3> BL4構成，T-N模式浪涌保護器由氧化鋅元件BL4、BL5, BL6, BL7構成，隔離變壓器的初級相線和零線分別和T-T模式浪涌保護器、T-N模式浪涌保護器的輸出端的相線和零線連接，隔離變壓器的次級為雷擊保護器的輸出端口。
2.如權利要求I所述的免接地三相電源系統直接雷擊保護器，其特征在于所述的隔離變壓器為三相隔離變壓器，三相隔離變壓器的三個輸入端口和T-T模式浪涌保護器、T-N 模式浪涌保護器的輸出口的三個相線端相連，零線N和零線相連，隔離變壓器的隔離繞組和接地端PE相連。
3.如權利要求I所述的免接地三相電源系統直接雷擊保護器，其特征在于所述的隔離變壓器為三個單相隔離變壓器B1、B2、B3，T-T模式浪涌保護器、T-N模式浪涌保護器連接的輸出口的三個相線端分別和單相隔離變壓器BI、B2、B3的一個輸入端相連，隔離變壓器 B1、B2、B3的另一個輸入端和輸入零線共接在一起，隔離變壓器BI、B2、B3的輸出端組成三個獨立的輸出口，輸出口的零線共接在一起，共零相連。
4.如權利要求I所述的免接地三相電源系統直接雷擊保護器，其特征在于所述的T-T 模式浪涌保護器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在800-1000伏/I毫安，T-N模式浪涌保護器的氧化鋅元件的直流起始工作電壓在600-800伏/I毫安。
專利摘要本實用新型涉及一種免接地三相電源系統直接雷擊保護器，通過由氧化鋅元件BL1、BL2、BL3、BL4構成的T-T模式浪涌保護器、由氧化鋅元件BL4、BL5、BL6、BL7構成的T-N模式浪涌保護器及初級相線和零線分別和T-T模式浪涌保護器、T-N模式浪涌保護器的輸出端的相線和零線連接的隔離變壓器串聯而成，隔離變壓器的次級為雷擊保護器的輸出端口。本實用新型具有雷電位和雷電壓雙重的保護作用；隔離變壓器割斷輸入輸出相線端的雷電位影響，由電網零線或機殼和大地零電勢點組成消耗通路，消耗雷電對系統的作用，降低防雷工程接地成本，泄放消耗途徑的高阻抗減少流過T-T、T-N系統氧化鋅元件的雷電流，提高保護可靠性。
文檔編號H02H9/04GK202309057SQ20112035309
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者葉林 申請人:杭州碧蕾科技有限公司