[发明专利]一种用于顶驱变频器的信号防雷电路

说明书

技术领域

本发明涉及防雷电路领域，具体涉及一种工业控制类信号传输过程中的雷电过电压、 以及系统内部感应过电压的防护电路。

背景技术

雷电是一种自然现象，能释放出巨大的能量、具有极强的破坏能力，由雷电引起的灾 害算得上自然灾害中最严重的灾害之一，而且发生频率很高。随着电气时代不断更新，现 代化的电气设备集成度越来越高，大量的微电子设备得到广泛应用，由雷击引起的灾害事 故正呈现上升趋势。

近年来，石油化工企业的规模、数量不断扩大增加，对于石油钻探开采的需求也日益 增多，在陆地石油开采的同时，向蕴藏着丰富石油资源的海洋进军也是大势所趋。现在海 上钻井平台因为工作和生活等原因限制，要求其必须采用高智能化集中控制系统，只需要 很少的人即可完成操作。同时钻井平台孤悬在海平面上，远离大陆，较之陆地石化产业而 言遭受雷电损坏的概率更高。而对于在控制系统占据核心地位的顶驱变频器而言，因其所 处平台的位置较高、处于易遭受雷击的环境中，其对应的控制信号系统的仪表设备普遍存 在绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，一旦仪表设备受到 直接雷击或其附近区域发生雷击后，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、仪 表信号线、电缆汇线槽、穿线管等途径到达仪表设备，威胁仪表设备的正常工作和安全运 行。如果防护不当，轻则使仪表设备工作失灵，重则使仪表设备永久性损坏，严重时还可 能造成人员伤亡、生产事故。因此，海洋钻井平台控制系统运行必须高度重视雷电防护。

目前国内一般的石化企业，在石油钻探开采平台整体电气设计时基本上仅考虑到供配 电系统的雷电感应防护，但是对控制系统的防雷保护却很少见或者极不完善。现有技术在 对控制单元进行雷电防护时一般采取如图1中的电路设计方式，采用二级雷电防护，线间 雷电流过后的残压较高，并且线对地防护仅仅依靠放电管的对地泄放，产生的残压也会较 高。后级瞬态二极管TVS的寄生电容较大，无形中增大信号的衰减，影响信号传输。

发明内容

本发明针对目前石油钻探开采平台整体电气设计时，控制信号系统雷电防护的不完 善，传统雷电防护产品性能指标差，信号传递失真或起不到很好的雷电防护功能等缺陷和 问题，提供了一种用于顶驱变频器的信号防雷电路，详见下文描述：

一种用于顶驱变频器的信号防雷电路，包括：跨接在第一信号线、第二信号线之间的 第一放电管；第一信号线与信号地之间连接有第二放电管；第二信号线与信号地之间连接 有第三放电管；所述信号防雷电路还包括：

跨接在第一信号线、第二信号线之间的第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元；

连接在第一信号线与信号地之间的第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元；

连接在第二信号线与信号地之间的第二级雷电防护单元、第三级雷电防护单元。

其中，所述第二级雷电防护单元由二极管桥和瞬态抑制二极管组成。

进一步地，所述第三级雷电防护单元由二极管桥和瞬态抑制二极管组成。

所述信号防雷电路还包括：设置在线路中的退耦器件，所述退耦器件由电阻或电感组 成。

当所述退耦器件为电感时，信号传输电路中的电流介于1A～2.5A之间，所述电感由线 径不小于0.8mm的漆包线绕制，电感量为15～30mh。

当所述退耦器件为电阻时，信号传输电路中的电流小于1A，所述电阻的功率为2W， 阻值为2.2～4.7Ω。

具体实现时，所述信号防雷电路还用于2组、及2组以上的信号线路。

当所述信号防雷电路还用于2组、及2组以上的信号线路时，信号线间、与信号线对 地共用第二级雷电防护单元、与第三级雷电防护单元。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、在每级雷电防护单元之间使用起到能量配合作用的电感或电阻作为退耦器件。每 个雷电防护单元都采取二极管桥阵列配合瞬态二极管TVS的方式，降低元器件在信号线路 的寄生电容，保证信号的可靠正常传输。同时采用三级雷电泄流和电压限制的方式，尽可 能将雷电流下放后的残压限制在足够低状态下，保证后级设备能够承受，达到和后级仪器 仪表信号设备的完美配合，有效的保证设备不间断正常运行

2、本发明还可以同时进行两组或多组信号线路的信号传输与雷电流泄放限制，并且 第二级和第三级雷电防护单元可以共用，在保证产品性能的基础上，成本得到很大程度的 降低。