过电压保护器1.ppt

1、雷电及瞬态过电压保护,Lightning&SurgeProtection,四川省移动公司,第一部分瞬态过电压产生的原理,什么是瞬态过电压？,指在两个或两个以上的导体间测得的电压在几微秒到几毫秒时间内急剧增加的电压,瞬态过电压的起因是什么？,1、雷电,2、电气开关动作,雷电的产生,异性电荷群体间存在着电场，当电场强度增大到超过空气的击穿场强（500-600KV/M）发生大气放电,雷电的分类,直击雷雷电与地面、树木、铁塔和其他地面上物体直接放电形成的。,雷电侵入波雷电流经架空线路或空中金属管道等金属体产生的冲击电压。,感应雷雷击电线或电气设备附近，以静电或电磁感应的形式感应在电线和电气设备上形成过

2、压。,雷电流的波形,它是非周期微秒级瞬态电流波，采用波头时间/波长时间表示。分为直接雷电和感应雷电流波形,IEC规定：采用10/350s波形模拟直接雷击,感应雷电流波形,8/20s防雷设计和保护装置试验用标准电流脉冲波形,雷电是怎样引起瞬态过电压的？,直接雷击侵入电气设施,间接雷击（感应雷），通过电阻、电感、电容耦合效应侵入电气设施,雷电侵入波，通过架空线缆进入电气设施,直接雷击侵入电气设施,直接雷击通过与建筑物直接放电的形式耦合到设备,雷电侵入波,直接雷击通过高压线路、低压线路或通信、控制线路以雷电侵入波的形式耦合到设备,间接雷击（感应雷）电阻耦合,是地下引线或架空线路产生瞬态过电压或受瞬态

3、过电压干扰的最常见的原因。,间接雷击电感耦合,是雷电与电缆之间的电磁感应效应,间接雷击电容耦合,雷电通过接地引下线感应到附近的电缆线或信号线路上的瞬态过电压,电源线,信号线,2、电气开关动作,当电流通过导体时在其周围建立一个磁场，将能量储存起来，当电流断开或接通时，磁场的能量将急速释放，形成瞬态过电压。,供电电源,由于磁场的作用，当开关通断时将造成瞬态过电压,大电容或大电感设备能承受，但灯会变亮,敏感的电子设备不能承受,第二部分怎样防止瞬态过电压,瞬态过电压防护的基本方法,在大量的实践、实验、测试的基础上IEC提出了瞬态过电压防护的基本方法：,1、分流（Dividing）,2、均压(Bondi

4、ng),4、接地(Grounding),3、屏蔽(Shielding),1、分流（Dividing）,就是增加雷电流的泻放通道，尽可能减少线路分布的电流，尽可能减少电磁感应和巨大的应力破坏。,信号保护器,电源线,建筑物,就是在雷击时使各设备之间电位相等，不会因过强的电势差损坏设备。,2、均压(Bonding),D,A,B,C,接地排,VDC,=L,di,dt,L,3、屏蔽(Shielding),是指进入室内导线使用带屏蔽层的导线，可以防止部分静电感应和电磁感应直接进入设备内部。,至地网,电源线路,信号线路,是指联合接地，即将处在室内设备的工作地，保护地，防雷接地，防静电接地都并联至同一接地汇流

5、排上。,4、接地(Grounding),防雷接地,保护接地,防雷接地,电源零线接地,防雷接地,电源线,信号线,天馈线,大地,避雷针接地,分流,浪涌电压,SPD浪涌保护器,接收天线,电源线路,数据线路,通讯线路,接地装置,地线网络,综合的防护方案,第三部分系统的接地等电位连接,3、对于直流系统其接地目的至少应包括以下两个方面：a.固定电位，防止在供电系统故障后，危险电压对人身构成电击危险；b.固定电位，防止在供电系统故障后，危险电压对设备本身的危险。所以该接地也可以且必须和保护地合一。4、为防止静电对设备本身的危害，应直接接保护地。5、为给窜入系统的雷电能量提供一个泄放的渠道，应直接接保护地。由

6、于以上原因,信息系统必须采用等电位连接的接地方式.,而对于基本绝缘类设备，由于安规要求必须接地，所以不但要解决差模（线间）感应雷过电压的防护问题，而且还要解决共模（线地间）感应雷过电压的防护问题，并且一般而言差模感应雷过电压的幅值远小于共模感应雷过电压的幅值。另外，由于移动通信基站是一个非常复杂的系统，雷电过电压引起的地电位抬高，高电位反击常常是造成设备损坏的主要原因，所以就造成了人们对接地的偏见，认为防雷就必须接地，甚至很多人以为防雷就是接地。正确的概念是：基站设备接地是安规的要求，而不是防雷的要求；正是由于系统的接地，使得其防雷问题变得更加复杂。,B、不能简单的认为接地电阻越小，防雷效果就

7、越好通常接地电阻越小，防雷问题就越容易解决，但防雷效果和接地电阻并无直接关系。这是因为对防雷而言，接地线电感对设备的影响远大于接地电阻对设备的影响。这个原因在于只要按照标准设计和施工，接地电阻上的电压降对整个机房设备都是等电位的，而不会在设备间形成大的电位差，但引线电感上的电位差却是直接加在设备间的。,零电压,地电位抬高U=Ldi/dt+IR,如用等电位连接线将设备A和设备B连接在一起，则设备A的电位与设备B的电位一致，从而达到保护设备的要求。,设备A,设备B,这个电位差，可根据下式算出：U=Ldi/dt+IR如引线长1m，入侵的雷电流为20kA(8/20us),则每米导线上的电压降为3.6k

8、V,如接地线长度为5米则地电位抬高为18kV。,地电位抬高U=Ldi/dt+IR,设备A,设备B,这个电位差，可根据下式算出：U=Ldi/dt+IR如引线长1m，入侵的雷电流为20kA(8/20us),则每米导线上的电压降为3.6kV，如果等电位连接点提高到a点（a至设备B之间为0.5m,a至PE之间为4.5m），则设备A和设备B之间的电位差降为原来的十分之一1.8kV，此改造方法适用于机房设备较多的情况下使用。,a,正确的概念是：对必须接地的设备，从防雷角度讲，必须进行可靠接地，但地阻值的大小是安规的要求，对防雷效果并无直接影响。对防雷效果影响最大的是基站内系统间的等电位连接，因此为了保证基

9、站内设备安全，设备间必须进行合理有效的等电位连接。,第四部分瞬态过电压保护器的选择,（一）、电源瞬态过电压保护,电源用保护器工作原理,当发现系统受到瞬态过电压或过电流的影响时，电源系统可以采用两种方法进行防护,开路式防护,短路式防护,该防护方式实际上相当于在瞬态时将设备的一部分断开，比如：在线/地间采用变压器或光藕合器等都属于此类防护方式。,在入侵的两端并联一个短路环节，则将不会受到危险电压的影响，而且全部的电流都被该短路装置进行泻放，大多保护器都属此类工作方式,电源用保护器设计原理,目前在市场上防雷器的设计有三种典型的方式,模块式,3+1电路,电源用保护器设计原理,目前在市场上防雷器的设计有

10、三种典型的方式,组合式电路,主要代表品牌：英国FURSE,电源用保护器器件特性,是指保护器在通过瞬态过电压后呈现在保护器两端的电压值,被保护设备,电源用保护器残压,瞬态过电压保护器残压的选择,电源：IEC认定精密仪器供电侧的承受电压为：23801.121182V,2倍,电压值,波动幅值,电压峰值,设备能够承受的瞬态过电压值,当然对防雷而言：残压是越低越好,电源用保护器通流容量,是指保护器的重要参数指标之一，保护器通流容量的选择应根据YD/T5098-2001标准中相关标准要求进行。,标称放电电流：用来划分SPD等级，指具有8/20S、10/350S模拟雷电流冲击波的放电电流,冲击通流容量：是指

11、SPD不发生实质性破坏而能通过规定次数、规定波形的电流最大值,电源用保护器保护模式,电源用保护器保护模式,为什么需要全保护模式的防雷设备,当高压电力线路遭受雷击时而对地发生闪落时，其中一条线路对地闪落会波及其他线路，这就造成此条线路对地之间的瞬态过电压转换成了该线对其他线之间的过电压，并且此瞬态过电压很容易绕过变压器而到达用电设备处,L1,L2,L3,电源用保护器响应时间,响应时间是保护设备一个重要的参数指标，但目前世界上没有一种仪器能够准确的测试出来，基本采用保护器的残压来进行量化,通过上图说明：残压越低反应时间越快,电源用保护器导通电压,对于限压型保护器是指在保护器两端施加1mA直流电流时

12、，保护器导通时所测得的电压,保护器的导通电压与工作电压有如下的关系：1.5U（工作电压）Un(导通电压）2.2U（工作电压）,电源用保护器使用寿命,对于保护器来说：使用寿命取决于保护器的设计原理和核心器件，只有使用寿命较长的保护器才能耐受雷电的反复冲击,混合电路,（二）、信号瞬态过电压保护,信号保护器设计原理,信号保护器数据线路的在线式防护装置基本都是混合式的电路结构。一般包括气体放电管、电阻器和瞬态抑制二级管。,信号保护器残压,对于信号保护器，CCITTIXK17标准规定：电子设备瞬态过电压信号保护器残压的测试采用5KV、10/700s的波形进行测试时，保护器两端的电压。,信号保护器工作电压

13、,工作电压：是指保护器能够正常工作，而不影响信号系统的正常工作的电压，此电压只能略高于系统电压。,系统的工作电压为5V，保护器选用6V的工作电压就可以，因系统的信号端口能承受的瞬态电压不会超过11V的，若选用15V工作电压的保护器，该保护器在15V以下都不会工作，因此当系统遭受瞬态时，保护器不能有效的为设备提供保护。,信号保护器导入阻抗,导入阻抗：由于信号保护器是串接在系统之中，由于信号的敏感程度不一样，因此在选用时必须考虑导入阻抗。,若系统的阻抗为1000欧姆，工作电压为5V，则系统的工作电流为：5mA，若再串入的保护器的阻抗为10欧姆，则系统的工作电流为：4.95mA,对系统几乎没有影响。

14、若系统的阻抗为100欧姆，工作电流为50mA，再串入保护器时，系统的工作电流为45.5mA,则系统不能正常的工作,信号保护器工作电流,工作电流：由于信号保护器是串接在系统之中，保护器不能影响系统的电流通过，并且保护器的工作电流要大于系统短路时的最大电流，因此在选用保护器时必须考虑工作电流要大于系统电流的5倍以上。,信号保护器保护模式,保护模式：信号保护器必须提供线对线、线对地的保护,信号保护器通流容量,通流容量：保护器的通流能力必须提供每两线之间不小于3KA（8/20S）YD5098-2001,信号保护器其它指标,反应时间：保护器的反应时间与残压有密切关系，一般要求不小于10纳秒,失效模式：由

15、于信号保护器没有显示灯，为了能及时有效的了解保护器的工作状态，因此保护器失效后信号中断就表明需要更换,接头形式：信号保护器的连接形式应根据系统来定,漏电流：信号保护器的漏电应小于10A，才能不影响系统的工作,第五部分案例分析,专用变压器被击坏。电表损坏。通信用空调装置损坏。通信开关电源两个模块和BTS设备损坏电源C级防雷器损坏，B级完好,某移动基站遭受雷击损坏情况,移动基站现场情况1、基站地处山坡上，位置突出。2、电源经专用变压器架空线引入机房，其低压侧未安装避雷器。3、天馈线在进机房前未做接地处理，且与架空电力线交错，且进入机房也未加装馈线防雷器。4、由地网分别引出的工作地排和保护地排没有进

16、行等电位连接。5、机房内走线架等金属构件没有做接地处理。6、空调装置前端未加装防雷器，直接从配电箱引入电源。7、B、C级电源防雷器为模块式8、B级防雷器的通流能力为80KA，接地引线至少有10米。,原因分析1、在专用变压器低压侧没有安装避雷器。雷击将致使变压器高压绕组被击坏，中性线将耦合带上高压电，从而击坏后端的电表和空调装置。当雷电流到达变压器时，将分路散开，一部分流入低阻抗的大地，另一部分则流入电力电缆。,2、B级防雷器处，大部分雷电流被泄放。由于B级没有L-N保护，同样电源柜内的C级防雷器也不具备LN的保护模式，使L-N之间的瞬态过电压直接进入高频开关电源柜，使开关电源的模块损坏。,3、B级防雷器完好，说明雷电最大不会超过80KA，但是由于B级防雷器的接地线过长，接地线的电感电压太大，加在C级防雷器的电压至少有60-100KV，因此，将C级防雷器和开关电源的模块损坏。,4、天馈线相当于“天线”能主动捕捉能量，由于天馈线是缠绕在铁搭上面的，在遭受雷闪时，将会感应上雷电流。我们发现，在天馈线进机房转弯处没有进行接地，只是在转弯上方两米处有接地，同