CN101170257B - 电涌保护器的后备保护单元 - Google Patents

Abstract

揭示了一种电涌保护器的后备保护单元，连接于电涌保护器，该后备保护单元包括：故障驱动器、脱扣机构、触头开关、操作柄以及指示器，故障驱动器的两端并联一个电涌旁路器。或者，后备保护单元包括故障保护器和指示器，该故障保护器串联一个电涌阻挡器，在所串联的故障保护器和电涌阻挡器组成的串联电路的两端并联电涌旁路器。本发明提供的所述的电涌旁路器实现了电涌与故障电流的有效分离，转移了故障驱动器本应承受的电涌能量，从而提高了电涌的冲击能力。

Description

电涌保护器的后备保护单元

技术领域

本发明涉及过电流、过电压保护领域，更具体地说，涉及用于对电涌保护器进行后备保护的后备保护单元。

背景技术

电涌保护器在运行过程中，因过大的电涌能量或系统电压波动等原因导致其功能性损坏或系统故障，如保护性能的下降、系统的短路等，而现有产品又不具备短路故障电流分断能力，最终可能造成供电的中断或火灾等事故。为此，IEC、GB等应用标准规定了电涌保护器短路失效时的过流保护措施，如安装熔断器或断路器等过流保护装置。而现有熔断器或断路器产品技术是以工频特性为基础的，没有与电涌相关的技术性能指标，这往往造成了二者在性能上的配合问题，如过流保护装置能否承受与电涌保护器相匹配的电涌冲击；两者的整体残压是否超出被保护设备耐受电压；该过流保护装置能否与前级实现配合。

尽管选用额定电流高的断路器可满足一定范围的要求，这样会增加用户的使用成本，更重要的是与前级过流保护装置难以实现选择性配合(对强雷区小负载系统的电涌保护尤为突出)。这些问题严重制约着电涌保护器的后备过流保护装置的工程应用。

发明内容

本发明的目的在于提供用于保护电涌保护器的后备保护单元，克服现有电涌保护器后备保护工程应用上的缺陷，能提高电涌冲击能力，改善保护性能，同时也易于实现与前级过流保护装置的配合，确保对设备供电的连续。

本发明的第一方面的电涌保护器的后备保护单元，该后备保护单元连接于电涌保护器，该后备保护单元包括互相连接的电涌保护器单元后备保护器单元，该后备保护器单元包括：故障驱动器、脱扣机构、触头开关、操作柄以及指示器，其中所述故障驱动器的两端并联一个电涌旁路器，所述的电涌旁路器用于电涌能量的泄放，所述的故障驱动器用于电涌保护器的短路故障保护。

在该电涌保护器发生短路故障时，所述的电涌旁路器不会导通，所出现的短路故障电流驱动所述的故障驱动器动作，该故障驱动器带动触头开关断开，分离故障的电涌保护器；在该电涌保护器遇到电涌时，在电涌作用下，所述的电涌旁路器迅速导通，分流所述的故障驱动器的电涌能量。

该电涌旁路器具备下述电气特性的其中之一：具有电压幅值开关特征，进一步，幅值开关特征具有平坦的冲击特性曲线，以利于电涌能量泄放；或者具有频敏开关特征以利于电涌能量泄放。该电涌旁路器具有频敏开关特征时由下述结构的其中之一所构成：一个微感的电容器、或者多个微感的电容器并联；该电涌旁路器具有电压幅值开关特征时由下述结构的其中之一所构成：充惰性气体的放电间隙、一个金属氧化物压敏电阻或者多个金属氧化物压敏电阻并联。该故障驱动器具有工频特征以利于工频短路电流通过，该故障驱动器由电感式电磁线圈构成。

在发生短路故障的情况下，该电涌保护器中的故障驱动器两端的电压U1与所述的电涌旁路器的击穿电压U2满足下式关系：U1＜U2；在发生电涌的情况下，故障驱动器两端的电压U1与所述的电涌旁路器的击穿电压U2满足下式关系：U1＞U2。

本发明的第二方面的电涌保护器的后备保护单元，该后备保护单元连接于电涌保护器，该后备保护单元包括故障保护器和指示器，该故障保护器串联一个电涌阻挡器，在所串联的故障保护器、电涌阻挡器组成的串联电路的两端并联电涌旁路器，所述的电涌旁路器用于电涌能量泄放，所述的故障保护器用于电涌保护器的短路故障保护，所述的电涌阻挡器用于限制电涌流过。

在电涌保护器发生短路故障时，所述的电涌旁路器不会导通，所出现的短路故障电流驱动所述的故障保护器断开；在该电涌保护器遇到电涌时，在电涌作用下，所述电涌旁路器迅速导通，分流所述的故障保护器的电涌能量。

该故障保护器由下述结构的其中之一所构成：金属熔丝、熔体；而所述电涌阻挡器由下述结构的其中之一所构成：电感器、电阻器。与上述第一方面的发明同样，该电涌旁路器具备下述电气特性的其中之一：具有电压幅值开关特征，进一步，幅值开关特征具有平坦的冲击特性曲线，以利于电涌能量泄放；或者具有频敏开关特征以利于电涌能量泄放。该电涌旁路器具有频敏开关特征时由下述结构的其中之一所构成：一个微感的电容器、或者多个微感的电容器并联；该电涌旁路器具有电压幅值开关特征时由下述结构的其中之一所构成：充惰性气体的放电间隙、一个金属氧化物压敏电阻或者多个金属氧化物压敏电阻并联。该故障驱动器具有工频特征以利于工频短路电流通过。

本发明提供的所述的电涌旁路器实现了电涌与故障电流的有效分离，转移了故障驱动器本应承受的电涌能量，从而提高了电涌的冲击能力。所述的电涌旁路器击穿(导通)后残压极低，与电涌保护器相比，附加的残压是非常低的。由于分流的电涌能量非常小，所以故障驱动器或者故障保护器可选用额定值更低的器件，这样，更易于与上级过流保护装置实现配合，大大改善了对设备供电的连续性。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明的电涌保护器的后备保护单元的第一实施例的结构图；

图2为图1所示的第一实施例对电涌的响应；

图3为图1所示的第一实施例对短路故障的响应；

图4为本发明的电涌保护器的后备保护电路的第二实施例的结构图。

具体实施方式

图1示出了本发明的电涌保护器的后备保护单元的第一实施例。该后备保护单元1包括故障驱动器13、脱扣机构14、触头开关11、操作柄15及指示器16，并且在故障驱动器13的两端并联一个电涌旁路器12。如此所构成的后备保护单元1与电涌保护器2通过机械的连接，实现对电涌保护器2的故障保护。该电涌旁路器12具有显著的电压幅值开关特征，当电压达到其击穿(导通)电压时，其阻抗迅速下降，有利于电涌能量泄放。该电涌旁路器12或者具有显著的频敏开关特征，对电涌所呈现的高频具有低的阻挡作用，而对工频所呈现的低频具有高的阻挡作用。该电涌旁路器12还具有平坦的冲击特性曲线。该电涌旁路器12可由一个充气体的尤其是充有惰性气体的放电间隙组成，或由一个金属氧化物压敏电阻组成或多个金属氧化物压敏电阻并联组成。该电涌旁路器12的频敏开关特征利用电容的特征，可由一个微感的电容器或多个微感的电容器并联组成。该故障驱动器13具有显著的工频特征，在电涌状态下，具有高的阻抗，而在工频状态下，具有小的阻抗，有利于工频电流通过。该故障驱动器13可由电感式电磁线圈组成。

图2示出了本发明的后备保护单元1的第一实施例对电涌的响应。电涌作用时，首先，故障驱动器13两端残压迅速升高，当其幅值达到电涌旁路器12的击穿(导通)电压时，电涌旁路器12阻抗迅速下降，将会迫使更多的电涌能量从电涌旁路器12(支路a)流过，从而实现了电涌能量的转移，大大减轻了电涌对故障驱动器13的影响，提高了电涌的冲击能力。即在发生电涌的情况下，故障驱动器两端的电压U1与电涌旁路器的击穿电压U2满足下式关系：U1＞U2。电涌旁路器12击穿(导通)后残压极低，与电涌保护器2相比，附加的残压是非常低的。由于故障驱动器13分流的电涌能量非常小，所以故障驱动器13可选用额定值更低的器件，从而易于实现与系统前级过流保护装置的配合，改善对设备供电的连续性。

图3示出了本发明的后备保护单元1的第一实施例对短路故障的响应。相对电涌来说，电涌保护器2出现的故障短路电流具有频率低的特性。故障驱动器13在该电流下的残压幅值达不到电涌旁路器12的击穿(导通)电压，电涌旁路器12不会击穿(导通)，依然呈现高的阻抗，工频电流只能持续通过故障驱动器13(支路b)。即在发生短路故障的情况下，该电涌保护器中的故障驱动器两端的电压U1与所述的电涌旁路器的击穿电压U2满足下式关系：U1＜U2。故障驱动器13在该故障短路电流的电磁力作用下推动与其相连的所述的脱扣机构14，脱扣机构14再带动所述的触头开关11断开，最后使故障的电涌保护器2与系统分离，保护了系统安全。同时，脱扣机构14还带动指示器16，并给出故障指示信号。

图2示出了本发明的后备保护单元的第二实施例。该后备保护单元1本由故障保护器17及指示器16构成，并且，故障保护器17串联一个电涌阻挡器18，在由故障保护器17和电涌阻挡器18构成的串联电路的两端并联一个电涌旁路器12。上述方式所构成的后备保护单元1与电涌保护器2通过机械的连接，实现对电涌保护器2的故障保护。该电涌旁路器12具有显著的电压幅值开关特征，当电压达到其击穿(导通)电压时，其阻抗迅速下降，有利于电涌能量泄放。该电涌旁路器12或者具有显著的频敏开关特征，对电涌所呈现的高频具有低的阻挡作用，而对工频所呈现的低频具有高的阻挡作用。该电涌旁路器12具有平坦的冲击特性曲线，可由一个充气体的尤其是充有惰性气体的放电间隙组成，或由一个金属氧化物压敏电阻组成或多个金属氧化物压敏电阻并联组成。该电涌旁路器12的频敏开关特征利用电容的特征，可由一个微感的电容器或多个微感的电容器并联组成。故障保护器17可由金属熔丝或熔体组成。电涌阻挡器18可由电感或电阻组成。

参考第一实施例的附图2和3，类似的，在第二实施例中，在电涌保护器2发生短路故障时，电涌旁路器12不会导通，所出现的短路故障电流驱动故障保护器17断开；而在电涌作用下，电涌旁路器12迅速导通，分流电涌能量。

本发明提供的所述的电涌旁路器实现了电涌与故障电流的有效分离，转移了故障驱动器本应承受的电涌能量，从而提高了电涌的冲击能力。所述的电涌旁路器击穿(导通)后残压极低，与电涌保护器相比，附加的残压是非常低的。由于分流的电涌能量非常小，所以故障驱动器或者故障保护器可选用额定值更低的器件，这样，更易于与上级过流保护装置实现配合，大大改善了对设备供电的连续性。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种电涌保护器的后备保护单元，该后备保护单元(1)连接于电涌保护器(2)，该后备保护单元(1)包括：故障驱动器(13)、脱扣机构(14)、触头开关(11)、操作柄(15)以及指示器(16)，其特征在于：所述故障驱动器(13)的两端并联一个电涌旁路器(12)，所述的电涌旁路器(12)用于电涌能量的泄放，所述的故障驱动器(13)用于电涌保护器的短路故障保护。

2.如权利要求1所述的电涌保护器的后备保护单元，其特征在于，

在该电涌保护器发生短路故障时，所述的电涌旁路器(12)不会导通，所出现的短路故障电流驱动所述的故障驱动器(13)动作，该故障驱动器(13)带动触头开关断开，分离故障的电涌保护器；

在该电涌保护器遇到电涌时，在电涌作用下，所述的电涌旁路器(12)迅速导通，分流所述的故障驱动器(13)的电涌能量。

3.如权利要求2所述的电涌保护器的后备保护单元，其特征在于，

所述的电涌旁路器(12)具备下述电气特性的其中一个：

具有电压幅值开关特征，进一步，幅值开关特征具有平坦的冲击特性曲线，以利于电涌能量泄放；或者

具有频敏开关特征，以利于电涌能量泄放；

而所述故障驱动器(13)具有工频特征，以利于工频短路电流通过。

4.如权利要求3所述的电涌保护器的后备保护单元，其特征在于，

所述的电涌旁路器(12)具有频敏开关特征时，由下述结构的其中之一所构成：

一个微感的电容器；或者

多个微感的电容器并联；

所述的电涌旁路器(12)具有电压幅值开关特征时，由下述结构的其中之一所构成：

充惰性气体的放电间隙；

一个金属氧化物压敏电阻；或者

多个金属氧化物压敏电阻并联；

而所述故障驱动器(13)由电感式电磁线圈构成。

5.如权利要求1-4中任一项所述的电涌保护器的后备保护单元，其特征在于，

在发生短路故障的情况下，故障驱动器(13)两端的电压U1与所述的电涌旁路器(12)的击穿电压U2满足下式关系：U1＜U2；

在发生电涌的情况下，故障驱动器(13)两端的电压U1与所述的电涌旁路器(12)的击穿电压U2满足下式关系：U1＞U2。

6.一种电涌保护器的后备保护单元，该后备保护单元(1)连接于电涌保护器(2)，该后备保护单元(1)包括故障保护器(17)和指示器(16)，其特征在于：所述的故障保护器(17)串联一个电涌阻挡器(18)，在所串联的故障保护器(17)、电涌阻挡器(18)组成的串联电路的两端并联电涌旁路器(12)，所述的电涌旁路器(12)用于电涌能量泄放，所述的故障保护器(17)用于电涌保护器的短路故障保护，所述的电涌阻挡器(18)用于限制电涌流过。

7.如权利要求6所述的电涌保护器的后备保护单元，其特征在于，

在电涌保护器发生短路故障时，所述的电涌旁路器(12)不会导通，所出现的短路故障电流驱动所述的故障保护器(17)断开；

在该电涌保护器遇到电涌时，在电涌作用下，所述电涌旁路器(12)迅速导通，分流所述的故障保护器(17)的电涌能量。

8.如权利要求7所述的电涌保护器的后备保护单元，其特征在于，所述的故障保护器(17)由下述结构的其中之一所构成：

金属熔丝；以及

金属熔体；

而所述电涌阻挡器(18)由下述结构的其中之一所构成：

电感器；以及

电阻器。

9.如权利要求7所述的电涌保护器的后备保护单元，其特征在于，

所述的电涌旁路器(12)具备下述电气特性的其中之一：

具有电压幅值开关特征，进一步，幅值开关特征具有平坦的冲击特性曲线，以利于电涌能量泄放；或者

具有频敏开关特征，以利于电涌能量泄放。

10.如权利要求9所述的电涌保护器的后备保护单元，其特征在于，

所述的电涌旁路器(12)具有频敏开关特征时，由下述结构的其中之一所构成：

一个微感的电容器；或者

多个微感的电容器并联；

所述的电涌旁路器(12)具有电压幅值开关特征时，由下述结构的其中之一所构成：

充惰性气体的放电间隙；

一个金属氧化物压敏电阻；或者

多个金属氧化物压敏电阻并联。

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