[发明专利]电涌保护系统

说明书

技术领域

本发明涉及低压电器领域，更具体地说，涉及一种用于保护低压配电系统及其电气设备的电涌保护系统，对由雷电引起的瞬态过电压下相线与地线(或中性线)之间起均压或降低两者之间的电位差的作用。

背景技术

随着社会的不断发展，电子信息技术已经深入到国民社会当中，特别是在通讯、金融、石油化工、电力以及交通等领域，可以说电子信息技术时时刻刻在影响着我们的社会。如何保证他们正常运行的安全问题也随着他们的深入发展而被提到了新的高度，特别是自然灾害带来的安全隐患极其巨大，其中雷电是电子信息技术面临的重大安全问题之一。

为创建信息电子设备免遭雷电干扰环境，特别是由雷电感应产生的干扰，人们通常安装电涌保护器来进行钳压和/或泄流，并为此编制了较多的技术规范或标准，特别是国际上通用的分级保护技术，对抑制雷电损害起了巨大的作用，并形成了用具有大通流容量的开关型电涌保护器来对LPZO_B区域进行防护，该级电涌保护器的主要目的是对雷电流进行最大量的泄放，能够最大限度的减少雷电的感应电流，但仍然存在较高的雷电脉冲电压和剩余部分雷电感应电流。LPZ1区域内安装的电涌保护器的主要目的是对雷电脉冲电压进行钳压并进一步衰减雷电感应电流。如果信息设备还不能承受LPZ1区域内电涌保护器的电压保护水平，还在LPZ2区域内装设电涌保护器进行钳压，直到信息设备能够承受的范围为止。

上述保护措施能够用于大部分雷电防护需要，但存在一些问题。该防护措施的最大要求是不同区域安装的电涌保护器之间保持一定的距离，特别是对开关型电涌保护器和限压型电涌保护器之间，以免出现盲点，但对需要进行雷电分级防护的小建筑物，如一些通信基站，根本没有分级防护措施所需要的空间。为了满足分级防护的需要，通常人为地在开关型电涌保护器和限压型电涌保护器之间加上退耦器或类似措施，这种解决方式既带来安装空间的压力，又提高了成本，同时还受到退耦器额定电流的制约。

目前，开关型电涌保护器采用变压器触发技术实现低电压情况下的触发，但由于受脉冲变压器触发能量的限制，通过触发电极点火的能量非常小，这就意味着对触发电极启动主电极点火的能力较弱，需要将被触发的主电极间距控制在很小的范围内才能够被可靠点火，而将主电极的间距设置的很小又会严重地削弱开关型电涌保护器的另外一个性能——遮断续流的能力，增大主电极的间距又会降低触发的可靠性，而且，这种可靠性对于在与限压型电涌保护器作零距离配合使用时也是非常关键的。

为了平衡两者的技术矛盾，通过对触发技术的改进，形成了以非线性元件为主的持续性触发技术，即触发电弧形成后一直维持到主放电电路导通为止，由此可大大地提高了触发的稳定性和可靠性，又为提高开关型电涌保护器的遮断续流能力提供了空间。例如CN101227088A公开了这类电涌保护器技术，在这种技术中，通过多点火花触发主间隙(开关型SPD，下同)，使得大部分的电涌能量通过主电路得到泄放，从而实现电涌保护的目的。这种装置的工作方式，是依靠电容和非线性电阻所对应的电极逐个击穿并形成串联的触发电弧，触发电弧在一定的时间内持续改变主放电电极间的击穿环境，最终达到迫使主放电电极击穿放电的目的。在该放电过程中，由于触发电弧影响主放电电极间放电环境需要一定的时间，因此，触发电弧及与之串联的触发元件形成的电压降将被看成是产品残压的一部分。

现有技术提出的解决方案存在以下的缺点：

对于开关型电涌保护器而言，一般特征是，泄放电涌能量时产生的电弧电压是很低的、持续时间较长。而在对电涌响应初始阶段并开始放电的时间区域内会形成一个高的电压跌落点，该点即为动作电压值，数值远远高于电弧电压降，故将其看成主要压降，通常会代表产品的电压保护水平。对于多点火花触发电涌保护器，采用了多点火花触发技术，虽然降低了动作电压的数值，但由于在最后一个环节设置了非线性电阻作为持续触发元件，使得泄放雷电脉冲的总压降U_res′仍然保持高的水平。总压降U_res′可用以下公式表示：

U_res′＝U_ch′+U_L′+U_Z′

上面的式子中，U_res′表示主间隙击穿前多点火花触发电涌保护器的总体残压；

U_ch′表示触发电弧的压降；

U_L′表示连接导体的压降；

U_Z′表示触发电路中非线性电阻的压降。