專利名稱：電子設(shè)備防雷、過壓、過流、自動延時恢復(fù)保護開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種電子設(shè)備的保護裝置，特別是電子設(shè)備防雷、過壓、過流自動延時恢復(fù)保護開關(guān)。本開關(guān)的特征是采用抗電沖擊性強，響應(yīng)速度快的電子元器件，以多重保護及簡單自動延時恢復(fù)的電路設(shè)計而實現(xiàn)。
已知的電子設(shè)備多以整流浮充或市電整流方式供電，其過壓狀態(tài)通常采用較復(fù)雜的放大檢測電路實現(xiàn)自動保護和恢復(fù)；過流狀態(tài)則是采用一次性的普通熔斷器保護，以人工來恢復(fù)。但在感應(yīng)雷擊狀態(tài)下，如數(shù)字微波通信電子設(shè)備是采用自動空氣開關(guān)，以人工恢復(fù)方式來進行保護，而其他種類的國產(chǎn)和進口電子設(shè)備的防雷保護幾乎是空白。這些不完善的保護性能，對于通信、氣象、鐵路、電力、廣播電視、石油管道、礦山、地質(zhì)等部門，設(shè)置在高山野外無人值守及其他環(huán)境中日夜連續(xù)運行的傳輸、監(jiān)測電子設(shè)備極為不利。
常見的避雷針、消雷器、屏蔽網(wǎng)等對于局部小范圍的雷擊防護是有效的，但對外部長引線的直擊雷、感應(yīng)雷擊防護則無能為力。據(jù)統(tǒng)計資料表明，后者發(fā)生的概率高達90％以上，大多數(shù)電子設(shè)備因電源關(guān)系，其市電整流器、電源變壓器是與外線相連的，輸電外線路上的各種避雷放電裝置，因放電殘壓遠大于電子設(shè)備所能承受的極限，外線引雷防不勝防，每年各部門因此而造成毀機、停機等長時間信號阻斷及全程全網(wǎng)癱瘓事故的損失是嚴重的。所以提高電子設(shè)備自身的抗雷擊能力是防雷保護的最后一道重要防線，在外部電源與設(shè)備之間接入防雷保護開關(guān)，則為其中的主要手段。
本實用新型的目的，是針對上述電子設(shè)備防雷、過壓、過流保護裝置的不完善和存在的不足，從而提供一種電子設(shè)備防雷、過壓、過流自動延時恢復(fù)保護開關(guān)。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述

圖1和圖2是本實用新型工作于負，正電源的保護開關(guān)電路示意圖；其實施例如圖1所示當(dāng)工作電源為－24V，負載電流＜10A時，圖1電路各元件參數(shù)見后附表。若改變工作條件，部分元件參數(shù)需作相應(yīng)的調(diào)整?，F(xiàn)以圖1為例說明其實施的工作原理1.正常狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備電源開關(guān)K。人工閉合后，主開關(guān)繼電器J3經(jīng)延時恢復(fù)繼電器J4、延時保護繼電器J2、檢測繼電器J1的常閉接點(J4－1、J2－1、J1－1)通電，其常開接點(J3－1)快速吸合向負載RL供電，并使J3自鎖保護。因設(shè)計使J4吸合動作時間常數(shù)遠小于J2吸合動作時間常數(shù)，約1秒J4動作，使J2斷電，處在與電源輸入端絕緣的待命狀態(tài)；同時，二極管D1～D7、電阻R2、R6、R8等對各繼電器接點、元件起到一定的隔離、緩沖、保護作用，以增強開關(guān)電路的自動化和抗電沖擊能力。
2.過壓保護。開關(guān)輸入端J1的檢測動作電流由其繞組整定為負載電流的2～3倍，開關(guān)輸出端由可控硅SCR進行電壓檢測，調(diào)整電阻R13即可獲得設(shè)備規(guī)定的上限保護電壓；當(dāng)輸入電壓超過整定電壓時，SCR導(dǎo)通，RL被短路，使J1過流、接點(J1－1)斷開，J3因此失電，接點(J3－1)快速切斷電源，其瞬態(tài)浪涌電壓、電流由壓敏電阻ZNR和鐵芯電感L吸收，以保護SCR及RL的安全。斷電后，SCR因后繼無源而自動關(guān)斷，保護開關(guān)進入消除故障、延時恢復(fù)期。由D5、C2、C3、BG2、BG3、J4等元件構(gòu)成的振蕩放電型延時電路，使J4釋放時間常數(shù)較大，其接點(J4－1)約180秒后閉合，使J3通電動作，若此時故障消除、開關(guān)即恢復(fù)為正常狀態(tài)。反之，SCR再次導(dǎo)通，重復(fù)上述過程，因J1、J3反復(fù)動作，C2充電不足，使延時恢復(fù)期縮短，接點(J4－1)逐漸由斷續(xù)變?yōu)檫B續(xù)向D1、DW、C1、R3、BG1、J2等元件構(gòu)成的記憶型延時電路充電，在約30秒的保護期內(nèi)、經(jīng)過多次恢復(fù)性動作，若故障消除，則開關(guān)即恢復(fù)為正常狀態(tài)，反之，J2動作，接點(J2－1)斷開，J3徹底失電自鎖保護，狀態(tài)發(fā)光二極管LED顯示光、電告警信號，等待人工處置。
3.過流保護。設(shè)備內(nèi)部元件變質(zhì)損壞或人為瞬間短路造成的過流，保護開關(guān)除SCR不動作外，其余過程與過壓保護相同。由繞組改制的串聯(lián)過流檢測繼電器(J1)組成的快速輔助保護，及J2、J3、J4的配合，使原設(shè)備一次性保護、斷電后難以實行的遠程遙控，自動恢復(fù)、自動保護等復(fù)雜功能，經(jīng)過簡單的智能化組合，在一定時間內(nèi)即自動完成。
4.防雷保護。雷擊狀態(tài)是一個復(fù)雜的物理過程，其物理模型可由一個或幾個正、負極性不定，持續(xù)、間隔時間不等，開關(guān)各異的極高壓脈沖等效。通過觀察實驗表明在電子設(shè)備遭受感應(yīng)雷擊關(guān)機保護后，經(jīng)過一定延滯時間的緩沖，射過雷擊預(yù)放電后形成的主放電再自動開機恢復(fù)，防護效果較好。圖1和圖2即針對雷電的這些特性而設(shè)計的硬件電路。如圖1和圖2所示利用SCR進行大功率過壓保護控制簡單，但它承受瞬態(tài)過電流的能力較差；而ZNR正相反，其保護電壓不受控，離散性大，持續(xù)平均功率小，但對浪涌電壓反應(yīng)快，瞬態(tài)過流能力極強；電源輸入端的放電間隙JX或低壓避雷放電管FS的耐沖擊性強，對外線感應(yīng)雷電沖擊波有較大的衰減，但其殘壓較大。根據(jù)這幾種元件的特性，利用這幾種元件的優(yōu)勢互補，進行階梯式多重保護，同時采用鐵芯電感L進一步限制SCR電流上升率(di／dt)，大功率被釉琺瑯線繞電阻R1作輔助串聯(lián)放電間隙和熄弧之用。
當(dāng)雷擊感應(yīng)放電高壓與電源同極性時，若放電持續(xù)時間很短，SCR還未導(dǎo)通，則沖擊能量由JX(FS)、ZNR泄流吸收。反之，SCR導(dǎo)通，短路負載、切斷電源。當(dāng)雷擊感應(yīng)放電高壓與電源異極性時，D7導(dǎo)通，短路負載、切斷電源。其后的過程與過壓自動保護相同。信號傳輸要求保護開關(guān)延時恢復(fù)期要短，而避開雷擊的延滯時間要長。在斷電后的無源狀態(tài)下，要維持一定的控制時間，可采用下述三種方式①電容儲能型，②機械定時型，③外電源補充型。從電路結(jié)構(gòu)、可靠性、成本、體積等多因素綜合考慮，方式①較實用。在①的基礎(chǔ)上增加一個頻率為0.1～10KHz范圍的電子振蕩節(jié)能放電開關(guān)，以延長放電時間。反之，在①的基礎(chǔ)上增加一個有源單向記憶型充電開關(guān)，以延長充電時間。在圖1和圖2電路中采用了這兩種簡單而新穎的延時電路或集成電路，使自動恢復(fù)、保護時間達到數(shù)百秒、以滿足各種保護功能的特殊要求。
通常電子設(shè)備遠比電機設(shè)備的負荷小，故開關(guān)元件選用繼電器控制較為方便，其接通、分斷能力主要取決于相關(guān)繼電器接點的特性，為提高開關(guān)的防雷保護能力，電路中各元件的耐壓、電流、功率等參數(shù)均選擇高等級的。對于采用整流供電的電子設(shè)備，因交流側(cè)的電源變壓器抗電沖擊能力遠比直流側(cè)的電子器件強，因此，實踐中除嚴格按照設(shè)計規(guī)范做好外線的防雷保護外，在變壓器初級端加裝接地良好的低壓避雷器或火花間隙抑制雷擊感應(yīng)高壓，大力削弱對次級側(cè)保護開關(guān)和設(shè)備的沖擊能量，也可獲得較好的保護效果。
權(quán)利要求電子設(shè)備防雷、過壓、過流自動延時恢復(fù)、保護開關(guān)，其特征在于(1)輸入端放電間隙(JX)或放電管(FS)、熄弧電阻(R1)和輸出端主開關(guān)繼電器(J3)、可控硅(SCR)、壓敏電阻(ZNR)、鐵芯電感(L)組成階梯式多重保護電路；
(2)繞組改制的串聯(lián)過流檢測繼電器(J1)組成的快速輔助保護電路；
(3)大電流二極管(D7)組成的異極性輔助保護電路；
(4)由晶體管(BG2、BG3)、二極管(D5)、電容(C2、C3)、電阻(R9、R10、R11)、繼電器(J4)等組成的頻率為0.1-10KHZ范圍的晶體管阻容式或集成電路電子振蕩節(jié)能放電延時電路或機械定時型，外電源補充型延時電路組成的緩沖自動恢復(fù)輔助保護電路；
(5)由隔離二極管(D1)、晶體管(BG1)、穩(wěn)壓管(Dw)、電容(C1)、繼電器(J2)構(gòu)成阻容式充電記憶型延時電路組成的恢復(fù)/自鎖選擇輔助保護電路。
專利摘要本實用新型提供一種電子設(shè)備防雷、過壓、過流、自動延時恢復(fù)保護開關(guān)。它包括階梯式多重保護電路，快速輔助保護電路，異極性輔助保護電路，緩沖自動恢復(fù)輔助保護電路，恢復(fù)/自鎖選擇輔助保護電路。本保護開關(guān)電路簡單，延時、恢復(fù)功能在一定時間內(nèi)既自動完成，又可進行恢復(fù)選擇、延時、自鎖保護，其保護方式有效地減少了設(shè)備連續(xù)工作或無人值守條件下，因電源故障造成的毀機、停機等長時間癱瘓事故危害，提高了設(shè)備運行的安全可靠性和智能化自動控制能力。
文檔編號H02H7/20GK2133084SQ9223351
公開日1993年5月12日 申請日期1992年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月18日
發(fā)明者王曉進, 朱江蘭 申請人:朱江蘭, 王曉進