雷电及过电压保护讲座.ppt

1,Lightning&Surge Protection 雷电及过电压保护讲座,蔡振新（高工） 电话2,3,1997年对超过8722多件案例损坏原因的分析,过电压 31,68% (雷击及操作过电压),盗窃 7,01%,火灾 4,88%,水灾 6,22%,不小心/误操作 22,67%,其它 26,76%,风暴 0,78%,4,中国各主要城市雷暴天数,5,建筑物被烧毁,6,电路板及元器件损坏,7,配电柜被损坏,8,雷暴引起感应雷击及过电压,直击雷或邻近雷击: 击在外部防雷系统，如保护框架（工业装置上.）电缆上等。 浪涌电流在接地电阻Rst上引起电压降。 闭合环路感应产生过电压,信息系统,电源系统,L1 L2 L3 PEN,20 kV,Rst,2c,1a,1b,1,2a,2b,1,1a,1b,远处雷击: 击在远处架空输送线缆上 雷云之间的放电通过架空线缆引起感应雷电波及过电压。 在野外,雷电击中通信线缆,2a,2b,2c,9,邻近建筑物之间危险的浪涌雷击,几 100 kA,几 10 kV,几 100 kV,几 kA,几 10 kA,几 10 kV,通信 线缆,OV,230 V,几 10 kA,几 kA,Water / Gas,几 kA,几 ,几 kA,几 ,几 kA,几 ,230V,10,Standard IEC 61024 Protection of structures against lightning,Standard IEC 61312 Protection against LEMP,Standard IEC 61643 Lightning protection -Telecommunication lines,Technical Report IEC 61662 Assessment of risk of damage due to lightning Published: 1995-04 Amendment 1 to IEC 61662 Published: 1996-05,Technical Report IEC 61819 / Ed.1 Test parameters simulating the effects of LPS components IEC 81/145/CDV Forecast: 2001 TR,Part 1: General principles IEC 61024-1 Published: 1990-03,Section 1: Guide A Selection of protection levels for lightning protection systems IEC 61024-1-1 Published: 1993-08,Section 2: Guide B Design, installation, maintenance and inspection of lightning protection systems Published: 1998-05,Part 1: General principles IEC 61312-1 Published: 1995-02,Part 2 (technical specification): Shielding of structure, bonding inside structure and earthing IEC 61312-2 TS Published: 1999-08,Part 3 (technical specification): Requirements of surge protective devices (SPDs) IEC 61312-3 TS Published: 2000-07 Amendment 1: Annex D Coordination of SPD within existing structures IEC 81/150/CD Forecast: 2001,Part 4 (Technical Report): Protection of equipment in existing structures Published: 1998-09,IEC TC 81 雷电保护,Part 1: Fibre optic installations IEC 61643-1 Published: 1999-07,Part 2: Lines using metallic conductors IEC 81/164/FDIS Forecast 2001,Part 5: Application Guide IEC 81/165/CD Forecast: 2000,IEC 61024-1/ Ed. 2 Protection of structure against fire, explosion and life hazards IEC 81/151/CDV Status: MCR circulated Forecast: 2001,IEC 61662/Ed.2 TS Risk due to lightning IEC 81/156/CD Forecast: 2001,11,国际标准,总则 IEC 61312-1 防雷器的选择 IEC 61312-3 (pending) 雷击保护 IEC 61024-1 设备保护 IEC 61000-4-5 低压防雷器 IEC 61643-1-1 低压防雷器的安装 IEC 61643-1-2 (pending) 低压线路上的过电压 IEC 62066 (pending) 通信防雷器 IEC 61643-2-1 (pending),12,国内标准,国家标准: 建筑物防雷设计规范(GB50057-94),行业标准: 通信工程电源系统防雷技术规定(YD 5078-98) 移动通信基站防雷与接地设计规范(YD 5068-98) 微波站防雷与接地设计规范(YD 2011-93) 通信局(站)接地设计暂行技术规定(YDJ 26-89) 计算机信息系统防雷保安器(GA 173-1998) 电力系统通信站防雷运行管理规程(DL 548-94),13,建筑物防雷设计规范 GB50057-94 (2000年局部修订版),总则 建筑物的防雷分类 建筑物的防雷措施 防雷装置 接闪器的选择和布置 防雷击电磁脉冲,14,雷击风险,问 : 我们需要关注雷击吗 ? 答 : 是的，当然要 ，因为: 高技术类的敏感设备越来越多 延长设备正常工作时间，减小出错的概率 设备停机带来昂贵的间接损失 防雷保护会影响到购买保险公司的判断,15,浪涌电压的定义,16,雷电流对比图,17,LEMP,Intermediate floor,LPZ 2,LPZ 3,LPZ 1,LPZ 0 A,LPZ 1,防雷分区概念,电源系统,信息网络系统,电源系统,局部汇流排,设备再次层屏蔽,室内次层屏蔽,基础接地极,加强筋,防雷等电位连接 雷电流SPD,局部等电位 过压保护器 SPD,空调装置,接闪系统,LPZ 0 B,摄像机,灯光,插座,“滚球半径“ 20 m,LPZ 0 B,LPZ,防雷保护区,18,230/400 V, 50 Hz 避器器,配电箱,屏蔽室里的钢筋,接地 系统,金属结构作为建筑物屏蔽,建筑物用钢筋网屏蔽,建筑物屋顶的外部接闪装置,接闪装置到钢筋的接点,钢筋墙作为建筑的屏蔽和引下线,数据线 避雷器,等电位连接,EBB,LPZ 1,LPZ 2,通信和数据 的电源过压保护,LPZ 0,LPZ 0 到 LPZ 1 到 LPZ 2的界面,地下的钢筋用作 建筑物屏蔽和接地系统,雷电保护系统依据IEC 61312-1: 1995-02,基础接地装置,通信线避雷器,19,防雷保护方案,20,浪涌过压保护,主要针对感应雷电操作过电压的防护,低压电源防护 数据通讯防护 等电位连接 完备的接地系统,21,SPD 防 雷 保 护,22,进出线缆端口的防雷等电位连接,阴极保护输送管,基础接地极,等电位汇流排,EBB,水管,燃气管,外部防雷系统,23,低压浪涌保护器（SPD） 标准,Surge Protection Device : SPD,国际标准 IEC 61643-1 法国标准 NFC 61740 德国标准 VDE 0675 美国标准 UL 1449 英国标准 BS 6651,24,低压浪涌保护器（SPD）,防雷器标准 : IEC 61643-1 (issued Feb.98) 防雷器的选择与应用 : IEC 61643-2 (in work) 联合标准: 直击雷保护 : IEC 61024-1 电磁辐射脉冲 保护: IEC 61312-1(Lightning Electromagnetic Pulse),国际标准,25,低压防雷器的等级,安装位置 进线端 分配端 设备端,国际标准 Class I Class II Class III 法国标准 Imax enhanced Standard 采用国际标准 德国标准 Class B Class C Class D 美国标准 ClassC ClassB ClassA 英国标准 Class C Class B Class A,26,低压防雷器的特性,安装 位置 线路入口 分配端 设备端,国际标准 10/350 s 8/20 s 8/20 s 1.2/50 s Iimp=20 kA max In=20 kA max Isc=10 kA max 法国标准 In 20 kA In 5 kA 德国标准 10/350 s In = 5 kA In = 1.5 kA 0.5-50 kA 美国标准 10 kA 3 kA 500 A 英国标准 10 kA 3 kA 500 A,27,防雷器IEC 61643-1 国际标准,Test Class I : For a SDP (called Lightning Current Arrester) intended to be install in a installation equipped with a LPS where a part of the current of the direct lightning strike could cross the device. Test Class II : For a SDP intended to be install at the electrical entrance or inside a classical installation. Test Class III : A different way (american type) to test a SPD : more adapted to low power SDP.,28,低压浪涌保护器 - 选 择,按防雷等级选择 : Class I SPD 要求可以防止直击雷 (LPS on installation) Class II SPD 可安装与线路进口或建筑内部分线端 Class III SPD 安装设备侧 选择放电电流 : 对于高暴露性防护选择 70 kA (或更以上) 对于标准安装选择 40 kA 对于设备侧选择10kA 防雷器的选择原则 : 高敏感设备 (限制电压低) 广泛应用 (secondary overshoots) 配合熔断丝或断路器 优先使用防雷熔断丝或延迟断路器,29,SPD的安装,30,4 kV III,2.5 kV II,防浪涌和过压类型（依据DIN VDE 0110 Part 1）,230/400 V,1.5 kV I,C,B,D,none,依据 E DIN VDE 0675 Part 6/A1 、SPD 级别的区分,6 kV IV,31,电源系统保护,32,避雷器在电源技术网络中的应用,LPZ = 防雷保护区 SEB =配电柜 EBB =等电位连接排,33,SPD 的安 装,34,电源防雷器工作原理,当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时, 防雷器在纳秒内导通，将脉冲电压短路于地泄放，后又恢复为高阻状态，从而不影响用户设备的供电。,设 备,35,50 % (100 kA, 10/350 s) 的电流是通过接地系统泄放的. 50 % (100 kA, 10/350 s) 的电流是被内部的供应系统泄放的.(电源系统, 信息技术系统, 金属管道等.) 如果在最坏的情况里仅有电源系统，它将承受50的雷电流. 假设最坏的情况仅有两条导线(L; PEN) , 则每根导线要承受 50 kA (10/350 s) 的电流. 这是一个避雷器承受的最坏情况. 它有以下的参数 : 电流峰值 50 kA (10/350 s) 电量 25 As 单位能量 0.625 MJ/,类防雷等电位连接避雷器,36,假设雷电流的泄放,100%,等电位连接排,50%,通讯系统 电源系统 金属管道,外部 防雷装置,接地系统,50%,50%,37,火花间隙成份避雷器的特性,电压 电流,火花间隙的击穿电压,浪涌电压 1.2/50 s,雷电流,电源系统中的电流,电源系统电压,火花间隙灭弧,s,大约 100 s,大约 10 ms,几 kA,100 kA,38,敞开式火花间隙的剖面模型,39,喷弧技术功能图,电极 1,电极 2 (驱动电极),隔离气体流向的材料,气体流向 - 径向 - 纵向,弧光,40,串联式滑动火花间隙工作原理,第一个滑动火花间隙,第二个滑动火花间隙,接线端子1,零件1,零件2,零件3,接线端子2,密