一种具有自动复位电磁驱动机械机构的开关型过电压保护组件

技术领域

本发明涉及一种过电压保护器，特别涉及一种具有自动复位电磁驱动机械机构的开关型过电压保护组件。

背景技术

随着电子与信息化系统的技术进步提升，雷电过电压、操作过电压等对敏感、抗扰度能力弱的电子设备、通信装置的影响和危害日益加剧，过电压防护是电力、通信系统安全运行的重要保障。

过电压防护器件从类型上分为限压型防护器件、开关型防护器件和混合型防护器件。典型的限压型防护器件包括压敏电阻MOV、半导体瞬态电压抑制器TVS等，典型开关型保护器件包括气体放电管、放电间隙等，混合型过电压防护器件为以上两种类型过电压防护器件的组合。开关型过电压防护器件是电子信息化系统重要的过电压防护器件，广泛对通过电源、天线、无线发射/接收设备等线路传导或辐射进入电子设备、网路设备强脉冲电磁干扰的过电压防护。国际电工委员会标准IEC61312等详细提出了雷电分区以及多级防护的防雷思想，在多级防护体系中，开关型过电压防护器件由于具有冲击残压低的显著优势，通常被设置在多级防护的Ⅰ级防护位置，其主要作用是尽可能地能够吸收直接雷击的绝大部分能量；二级防护推荐采用的是限压型过电压防护器件，用于吸收Ⅰ级防护器件尚未吸收的能量或者是雷电感应的过电压能量；三级防护可以采用通用的限压型过电压保护器件，包括压敏电阻、瞬态电压抑制器等。在具有特殊防护要求的场合，可以设置第四级乃至更多级的精密防护。

为了改善和调整多级防护器件由于对过电压响应时间不同造成雷电能量在多级过电压防护器件之间的分配作用，诸多学者和发明专利均公开了一种主动性的开关型过电压防护技术，明显加速了传统被动开关型过电压防护器件对过电压的响应时间，可以有效解决多级防护系统中Ⅰ级防护器件不动作、后续限压型过电压防护器件因吸收能量过大而产生爆炸的技术难题，但是无论被动性还是主动型开关型过电压防护器件，下面的问题依然存在：

比如，开关型过电压防护器件用于通信电源的Ⅰ级防护时，当雷电或操作过电压发生时，开关型过电压防护器件由高阻转换为低阻(接近于短路)状态，因此开关型过电压防护器件也成为“短路型防护器件”，这将引起通信电源的瞬态短路。当过电压暂态过程消失，如果开关型过电压防护器件不能够瞬间恢复高阻状态，在开关型过电压防护器件中将会产生后续的工频/直流电流，长时间的后续工频/直流电流将会造成开关型过电压防护器件的严重发热、烧毁或更为严重的事故发生。由此，提升开关型过电压防护器件对后续工频/直流电流的抑制能力，是确保开关型过电压防护器件安全有效发挥其防护功能的重要研究课题。

发明内容

针对现有开关型过电压防护器件存在的技术缺陷，本发明目的在于提供了一种具有自动复位电磁驱动机械机构的开关型过电压保护组件，提升开关型过电压防护器的后续工频/直流电流抑制能力，延长开关型过电压防护器的使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有自动复位电磁驱动机械机构的开关型过电压保护组件，包括开关型过电压保护元件、自动复位电磁驱动机械机构和辅助电路；

所述自动复位电磁驱动机械机构包括安装在绝缘外壳中的一对常闭触头、可伸缩弹簧机构和电磁驱动机构，绝缘外壳上下两端分别通过上端法兰、下端法兰封闭；常闭触头的上电极为可移动触头，常闭触头的上电极和下电极分别通过上端法兰、下端法兰引出上连接端和下连接端，开关型过电压保护元件的下端与常闭触头的上连接端电气连接，组成串联结构的开关型过电压保护组件，开关型过电压保护元件的上端和常闭触头的下连接端分别作为开关型过电压保护组件的高压端HV和低压端LV；

可伸缩弹簧机构安装于常闭触头上电极与上端法兰之间，并在正常情况下处于自然伸缩状态，可伸缩弹簧机构的下端通过绝缘隔离固定安装在常闭触头上电极(H21)的下表面上，可伸缩弹簧机构的上端固定在上端法兰上；

所述电磁驱动机构包括上金属盘和下电磁驱动盘；上金属盘固定在常闭触头上电极底部，下电磁驱动盘固定在绝缘外壳中，且与上金属盘位置相对位于上金属盘下方，未通电情况下二者相接触，下电磁驱动盘中固定有螺旋导体线圈，螺旋导体线圈流经的电流取自开关型过电压保护元件的脉冲电流信号；

辅助电路包括保护电路和遥信电路，遥信电路用于获取过电压防护组件正常/非正常工作的信号以及与上位机的信号传输。

进一步，所述电磁驱动机构的下电磁驱动盘通过绝缘杆固定在下端法兰上或者固定在绝缘外壳上，螺旋导体线圈从绝缘外壳侧面引出。

进一步，所述电磁驱动机构的下电磁驱动盘是一个刻有圆形或矩形螺旋线的绝缘盘，在绝缘盘的圆形或矩形螺旋槽中固定有螺旋导体线圈。

进一步，所述保护电路为欠压保护电路、过热保护电路或过流保护电路。

进一步，所述开关型过电压保护元件为气体放电管、保护间隙或瞬态电压抑制器。

进一步，所述常闭触头的上电极表面大于下电极表面。

进一步，所述开关型过电压保护元件单独安装在一个封闭单元中，或者与自动复位电磁驱动机械机构共同安装在一个封闭单元中，封闭单元尺寸为1P、2P或3P。

本发明主要由开关型过电压保护元件和自动复位电磁驱动机械机构构成，具有与开关型过电压保护元件串联连接的可自动复位的由电磁机构驱动的机械机构，可以弥补或解决现有开关型过电压防护元件后续工频/直流电流抑制能力差的技术难题。通常状态下，电磁驱动机械机构的常闭触头处于闭合状态，不影响开关型过电压保护元件正常的工作状态和过电压下的防护性能；当发生过电压时，流经开关型过电压防护元件中的脉冲电流，在电磁驱动机械机构的上金属盘感应出与下电磁驱动盘的螺旋导体线圈中方向相反的电流，使得下电磁驱动机构的上金属盘感应出与下电磁驱动盘产生电磁斥力，从而使电磁驱动机械机构的常闭触头分断，有效抑制后续工频或直流电弧对开关型保护元件的持续作用，避免开关型过电压保护元件出现过热崩溃现象，提升开关型过电压防护元件的后续工频/直流电流抑制能力，并延长开关型过电压保护元件的使用寿命，实现开关型过电压防护器件的重复使用。特别适用于通信领域、乃至电力领域等应用场合的过电压防护。

附图说明

图1是本发明的一种具有自动复位电磁驱动机械机构的开关型过电压保护组件的结构组成框图；

图2是本发明中自动复位电磁驱动机械机构的结构示意图；

图中：1-开关型过电压保护元件，2-自动复位电磁驱动机械机构，3-辅助电路，4-上端法兰，5-下端法兰，6-绝缘外壳，H21-上电极，L21-下电极，HC21-上连接端，LC21-下连接端，21-常闭触头，22-可伸缩弹簧机构，23-电磁驱动机构，24-磁力线，31-保护电路，32-遥信电路，QD23-1-上金属盘，QD23-2-下电磁驱动盘，QDXQ-螺旋导体线圈。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1，本发明一种具有自动复位电磁驱动机械机构的开关型过电压保护组件主要由开关型过电压保护元件1、自动复位电磁驱动机械机构2和辅助电路3组成。其中，开关型过电压保护元件1通常可以是应用通信领域的过电压保护元件——气体放电管、保护间隙、瞬态电压抑制器等；自动复位电磁驱动机械机构2由一对常闭触头21、可伸缩弹簧机构22和电磁驱动机构23组成，其中，常闭触头21与开关型过电压保护元件1串联连接。辅助电路3包括保护电路31、遥信电路32等，其中保护电路31可以包括有欠压保护、过热保护以及过流保护等，遥信电路可以实现与过电压防护组件正常/非正常的指示以及与上位机的信号传输信号等。自动复位电磁驱动机械机构2中常闭触头21开关信号可以兼作遥信电路的控制信号之一。

如图2所示，自动复位电磁驱动机械机构2安装在绝缘外壳5中，绝缘外壳5与上端法兰4、下端法兰5组成一个封闭单元。常闭触头21的上电极H21为可移动触头，且常闭触头21的上电极H21的表面大于下电极L21的表面。常闭触头21的上电极H21和下电极L21分别通过上端法兰4、下端法兰5引出上连接端HC21和下连接端LC21。

开关型过电压保护元件1的下端与常闭触头21的上电极H21电气连接，组成串联结构的限压型过电压保护组件，开关型过电压保护元件1的上端和常闭触头21的下连接端LC21分别作为开关型过电压保护组件的高压端HV和低压端LV。

开关型过电压保护元件1可以安装在一个封闭单元中，也可以与自动复位电磁驱动机械机构2共同安装在一个封闭单元中。优先选择的方案是独立安装，且封闭单元的尺寸优先选取符合电气轨道安装的尺寸，可以设计为1P、2P或其他尺寸。

可伸缩弹簧机构22安装于常闭触头21上电极H21与上端法兰3之间，并在正常情况下处于自然伸缩状态可伸缩弹簧机构22的下端通过绝缘隔离固定安装在常闭触头21上电极H21的下表面上，可伸缩弹簧机构22的上端固定在上端法兰4上。

电磁驱动机构23主要由上金属盘QD23-1和下电磁驱动盘QD23-2组成。电磁驱动机构23的下电磁驱动盘QD23-2是一个刻有圆形或矩形螺旋线的绝缘盘，在绝缘盘的圆形或矩形螺旋槽中固定有螺旋导体线圈QDXQ，螺旋导体线圈QDXQ流经的电流取自开关型过电压保护组件的脉冲电流信号。

电磁驱动机构23的上金属盘QD23-1安装在常闭触头21上电极H21底部，下电磁驱动盘QD23-2与上金属盘QD23-1位置相对安装在上金属盘QD23-1下方，未通电情况下二者相接触。下电磁驱动盘QD23-2通过绝缘杆固定在电磁驱动机构23密闭壳体的下端法兰5上或者下电磁驱动盘QD23-2固定在绝缘外壳上，螺旋导体线圈QDXQ从绝缘外壳6侧面引出，便于与开关型过电压保护元件1下端进行电气连接。

参见图2，本发明自动复位电磁驱动机械机构的结构示意图，电磁驱动机构的工作原理如下：

通常状态下，自动复位电磁驱动机械机构的常闭触头处于闭合状态，不影响限压型过电压保护组件正常的工作状态和过电压下的防护状态。

当发生过电压时，限压型过电压防护元件1由高阻状态转变为低阻状态，脉冲电流将流经开关型过电压保护元件1；同时，安装在电磁驱动机构23的下电磁驱动盘QD23-2的螺旋导电线圈中感应出脉冲电流。

下电磁驱动盘QD23-2的螺旋导体线圈QDXQ中的脉冲电流在电磁驱动机构23的上金属盘QD23-1中感应出与螺旋导体线圈QDXQ流经方向相反的电流，因而上金属盘QD23-1和下电磁驱动盘QD23-2之间将产生电磁斥力，使得上金属盘QD23-1带动可伸缩弹簧机构22向上运动，常闭触头21的上电极H21与下电极L21快速分离，可以避免过电压后工频或直流后续电流对开关型过电压保护元件1的影响，加速开关型过电压保护元件1由过电压作用下的导通状态向绝缘状态的恢复过程，提升开关型过电压保护元件1的抗续流能力，延长开关型过电压保护元件1的使用寿命，特别的可以避免开关型过电压保护元件1因工频或者直流后续电流而导致的热崩溃甚至起火事故。

当过电压过后，下电磁驱动盘QD23-2的螺旋导电线圈中的脉冲电流消失，上金属盘QD23-1和下电磁驱动盘QD23-2之间的电磁斥力也随之消失，在可伸缩弹簧机构22驱动下常闭触头21恢复原始常闭状态。

参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本专利要求范围当中。