变电所电磁骚扰的防护.ppt

1、第七章 变电所电磁骚扰的防护,第一节 电缆的屏蔽原理 第二节 变电所设计中应考虑的几个问题 第三节 交流电源系统中的电磁暂态 （电涌）防护 第四节 提高二次设备抗骚扰能力的措施 第五节 计算机受电网骚扰的抑制方法,既然电力系统中各种电磁骚扰的存在是不可避免的，那末尽量减小它们对供用电线路、供用电设备绝缘的破坏，尽量降低它们在二次控制、保护线路和设备上的感应量，尽量提高二次设备的抗骚扰能力就成为电力系统电磁骚扰防护研究的主要任务。 常见的抗骚扰措施有：屏蔽、接地和滤波等，本章简要介绍变电所电磁骚扰的防护原理和方法。,第一节 电缆的屏蔽原理,敷设在高压导线附近的二次电缆，如果不采取屏蔽措施，一次回

2、路或其它骚扰源会通过容性耦合或感性耦合在电缆芯线上产生骚扰电压。 现场的实测表明，在220kV高压母线下方平行放置的一根135m长的无屏蔽的塑料电缆，当用隔离开关切合空载母线时，电缆芯线上的感应电压可达到15001600V。,如果采用金属外皮的屏蔽电缆,而且电缆外皮两端接地,则不论对容性耦合或感性耦合产生的骚扰都有明显的抑制作用。 为了避免较大的地中电流流过金属外皮而将其烧毁，在外界磁场较小的情况下，可采取一端接地的方式。接地点最好选在近端，以降低感应电压。 屏蔽电缆的屏蔽作用分为: 静电屏蔽 低频电磁屏蔽 高频电磁屏蔽,一、静电屏蔽,静电屏蔽适用于抑制容性耦合产生的骚扰。 高压母线和电缆之间

3、静电耦合的原理示意图如图7-1(a)所示，其等值电路如图7-1(b)所示。,图7-1 高压母线和屏蔽电缆静电耦合方式 (a) 耦合方式示意图； (b) 等值电路,在一般情况下， ，则电缆外皮上感应电压可按下式近似计算: 电缆芯线上的感应电压则为:,由上式可以看出，为了降低芯线上的感应电压，应尽量减小电缆外皮电位,最有效的办法是: 减小外皮的接地阻抗ZS ， 将外皮接地点尽量靠近被保护的二次设备， 必要时可沿电缆增加接地点。,二、低频电磁屏蔽,低频电磁屏蔽适用于抑制感性耦合产生的骚扰。 屏蔽原理主要是利用外皮上的感应电流产生二次场来抵消骚扰源一次场的作用。 所以屏蔽回路应当两端接地，显然，屏蔽回

4、路的纵向阻抗及接地电阻愈小，回路内的感应电流愈大，屏蔽效果愈明显。,图7-2 阻抗关系图 1骚扰母线； 2电缆芯线；3电缆外皮,屏蔽效果一般用屏蔽系数来衡量。 屏蔽系数K0定义为:屏蔽以后和屏蔽以前电缆芯线上纵向感应电势之比。 忽略回路间互阻抗的实数部分，屏蔽系数可写成下列形式 ： 式中 M13 、M23 、M12 各回路间互感系数； R3 、L3 屏蔽回路单位长度的电阻和自感。,屏蔽电缆的理想屏蔽系数K0 不难看出，要减小屏蔽系数,提高屏蔽效果，应当减小屏蔽回路的电阻并增大其自感。,当考虑“外皮一大地”回路的横向导纳，即外皮对地的泄漏时( 见图7-3 )，电缆外皮的实际屏蔽系数可按下列公式计

5、算,其中,式中 K0 外皮的理想屏蔽系数， 骚扰母线和电缆的平行段长度； 电缆的长度； “外皮大地”回路的传输常数； Rn 外皮与地之间的泄漏电阻； ZH 外皮终端接地阻抗； Zc 电缆的波阻抗。,图7-3 计及外皮对地阻抗时的屏蔽原理图,提高低频电磁屏蔽效果的措施： ( 1 ) 减小R3 ，( 减小K0 ) ( 2 ) 增大L3 ，( 减小K0 ) ( 3 ) 减小端部接地阻抗ZH ( 4 ) 降低对地泄漏电阻,多点接地 ( 5 ) 在电缆铠装外加绕钢丝或将电缆放在铁管中 ( 6 ) 两条结构相同的电缆在同一沟内平行敷设，相互屏蔽，屏蔽效果有一定程度的提高。,三、高频电磁屏蔽,高频电磁屏蔽适

6、用于抑制高频辐射产生的骚扰。 高频屏蔽的基本原理: ( 1 ) 利用波阻抗变化，电磁波在屏蔽界面反射，减弱骚扰能量 ( 2 ) 利用屏蔽内涡流衰减电磁波，使骚扰能量进一步减弱。,以简单的平面型屏蔽体为例。如图7-4所示，E0及H0分别代表入射的骚扰电场强度和磁场强度，E0和H0分别代表在屏蔽体界面上产生的反射场强，穿过屏蔽体以后骚扰场强减弱为: E0 及 H0，其中 为高频屏蔽系数。,图7-4 平面型屏蔽体的屏蔽作用,根据边界条件可求出高频屏蔽系数 式中 : N 介质波阻抗与屏蔽体 波阻抗之比值。 b 屏蔽体厚度。,高频屏蔽系数 决定于( )和N，其中 代表屏蔽内涡流引起的屏蔽效果；而N 则反

7、映了折反射引起的屏蔽效果。 从前者考虑，钢的屏蔽效果最好，铜、铝、铅次之。而从后者考虑，则铜的屏蔽效果最好，钢最差。 故在实际中有时采用多层屏蔽保护。,第二节 变电所设计中应考虑的几个问题,在变电所设计中，采用合理的方式敷设二次电缆及选择正确的走向等措施可以避免或减少周围电磁场对二次电缆的骚扰。,一、将高、低电平的信号电缆分开-主要抑制容性耦合骚扰,电缆中一个芯线的暂态信号可以通过芯线间的电容或电感耦合到另一芯线上。 据实测，在一段约10m长的多芯塑料电缆的一根芯线上施加骚扰电压时，另一芯线上感应电压可达60%左右。 在这种情况下,无论是将电缆外皮接地或者将备用芯线接地，都不能有效地削弱这种骚

8、扰。 有效的方法是将不同类别电路的导线分置于不同的电缆中。,二、 二次电缆在变电所内走向尽可能呈辐射状，避免环路-抑制感性耦合骚扰,变电所内的电磁场分布十分复杂，因此电缆的走向要成辐射状，如图7-6，即每一回路的往返导线要在全程内安排在同一根多芯电缆内，避免形成环路。 从控制室到变电所内的任一点只能有一条电缆到达，而且同一个设备的所有联络线具有同一个走向途径。 否则，两条导线间出现电位差，流过骚扰电流。,图7-6 电缆的辐射状布置,采用绞对线电缆可改善两根导线对骚扰源的平衡度，减小在静电耦合作用中由于不对称而在导线间产生的电位差(差模）,如图7-8所示。 通过两根导线不断换位，反复改变导线内电

9、磁感应电势的方向，从而起互相抵消的作用，使电磁骚扰(差模）电压降低。,图7-7 同一线路的不对称耦合,图7-8 绞对线电缆的平衡作用,三、 二次电缆应尽量远离高压母线和暂态电流的入地点并尽量减少和母线的平行长度,高压母线常是强骚扰源，增加电缆和高压母线之间的距离是减少耦合的重要手段 。 二次电缆要尽可能离开高频暂态电流的入地点，如避雷器、避雷针的接地点；CVT、耦合电容器和带电容型套管的设备的接地点等。,四、利用电缆沟的屏蔽作用,放置在地面以下电缆沟中的二次电缆可以利用大地的天然屏蔽作用。 电缆沟最好能靠近接地网的导体并与之平行。 在超高压变电所中可以考虑在电缆沟内沿电缆走向的上方敷设接地导线

10、、并与接地网相连，这样可增加静电屏蔽作用。,五、改善变电所的接地，降低接地电阻,降低变电所接地网和设备接地引下线的冲击阻抗可以减少地电位升高。 在超高压变电所内要用较密的接地网。高压设备的接地引下线要尽可能短。 为改善接地引下线的高频特性，应用较大截面的导线或扁而宽的导线作接地引下线。 高压设备各相接地线要互相连接。,六、合理选择变电站中保护小室的接地方式并加强其屏蔽,( 一 ) 变电站中保护小室的接地方式 由于较好的经济性，在一些新建的500kV变电站中，保护和控制设备已经被下放到远离控制室的保护小室内。 当雷电流或故障电流流入地网时，由钢材构成的接地网是不等电位的。尤其在雷直击保护小室附近

11、避雷针时，在保护小室内独立地网上的两点间可能产生较大的暂态地电位差。,该暂态地电位差可能通过保护小室内二次设备的任两个接地点耦合进二次设备中，从而给二次设备带来骚扰。 图7-11所示接地方式产生的暂态地电位差的最大值最小。该接地方式是保护小室接地网采用钢制时应选用的最合适的接地方式。,图7-11 变电站中保护小间的接地方式,综上所述得到以下结论： ( 1 ) 500kV变电站内保护小室应有独立接地网，该接地网与变电站主接地网四点连接，连接点在保护小间的四个角点上。 ( 2 ) 保护小室应该远离避雷针，这样可以很大程度地降低雷击该避雷针时保护小间内的暂态地电位差。 ( 3 ) 为了减小保护小室内

12、任意两点之间在雷击或母线故障接地时的地电位差，保护小室本身的接地应采用一点接地方式。,( 二 ) 保护小室的屏蔽 ( 1 ) 屏蔽及屏蔽效能 保护小室为其中的二次设备提供良好的电磁环境，以保证它们的正常工作。 保护小室的屏蔽不仅是屏蔽体本身，还包括滤波、接地。屏蔽体主要是屏蔽空间辐射场。 而对于由电源、信号端口传导进入保护小室的骚扰，则须借助滤波器。,按照IEC的设备安装位置环境的分类，变电站的控制室与商业区属于同类环境，这类环境与开关场中的环境相比，各种电磁骚扰现象的强度小620dB。 我国保护设备在变电站控制室中已有长期的运行经验，所以经过20dB的衰减值(保护小室提供)后，可保证达到控制

13、室的环境。,根据我国军用标准GJB/z 25-91电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南，一般的钢混建筑的屏蔽效能可达20dB左右。 所以对保护小室采取一定的屏蔽措施，使其屏蔽效能达到40dB，是非常安全的。,( 2 ) 屏蔽设计方案 屏蔽体 钢板是比较理想的电磁屏蔽材料，但对开门、开窗和开孔的要求比较严格，否则屏蔽效能下降很快，而且与砖混结构的外墙配合比较困难. 经过屏蔽效能的计算，认为采用合理的孔径和线径的钢板网可以满足需要。, 电源滤波器及进出信号电缆的处理 保护小室的供电线路通过电源滤波器(插入损耗应在40dB以上)才能进入小室。其安装方法和质量对其性能影响很大，应遵循以下原则： A

14、、进入小室的每根电源线均应配置电源滤波器； B、滤波器应安装在电源穿越屏蔽体入口处的外侧，所有电源滤波器应安装在一起，便于滤波器的外壳接地方便简单； C、滤波器滤波后的输出线应通过金属管敷设； D、控制和信号电缆应经过贯穿钢管后，才能进入保护小室。,第三节 交流电源系统中的电磁暂态（电涌）防护,一、交流电源系统中的电磁暂态-电涌及电涌特性 ( 一 ) 电涌的概念及其来源 ( 1 ) 电涌的概念 电涌称为瞬态过电，是低压系统中出现的一种短暂的电流、电压波动，通常持续约百万分之一秒。,220 V系统中持续瞬间(百万分之一秒)的5kV或10kV伏的电压波动，即为电涌。 电涌与过电压相联系，但又不等同

15、于过电压。电涌防护是低压系统和设备可靠运行的保障。 ( 2 ) 电涌的来源 对于图7-12所示低压系统建筑物内线路和设备而言，电涌来自两个方面：外部电涌和内部电涌。, 来自外部的电涌 外部电涌最主要的来源是雷电。 如果雷电击中附近电力线路，部分电流将沿线路进入建筑物，巨大的电流就会直接扰乱或破坏计算机和其它敏感的电气设备。 这部分电涌进入低压设备和线路的途径及其比例如图7-12所示，可以看出雷击电涌主要内容为大电流。 外部电涌另一个来源是电网中开关操作等在电力线路上产生的过电压。 对于低压系统尤其是入户电源线以下用电设备来讲，这部分是沿电源线从外部传入的，故称为外部电涌。,图7-12 电涌分配

16、与电涌防护, 来自内部的电涌 低压电源线上88的电涌来自于其内部的用电设备，诸如由空调机、电弧焊机、电梯、开关电源和其它一些感性负荷的电磁暂态引起的电涌。 和它们处于同一配电箱供电的其它负荷将因此易受损坏或工作失常。 电源进线上的电涌防护器无法使设备不受内部电涌的危害，因大容量的进线保护器距内部电涌发生处的距离太远。 因此一般要求电气装置装设电涌防护器，以防护内部电涌，如图7-12所示分配电箱处保护。,( 二 ) 低压电源线电涌的特性 ( 1 ) 电涌的波形特点 雷击、静电放电和快速瞬态的波形都为双指数波, 如雷电电涌电流的波形参数为8/20s, 电压的波形参数为1.2/50s。雷击电涌不仅幅

17、值大，且波前时间短陡度较大，含有极高的高频分量。 操作电涌呈现的一般是衰减的振荡波，如: 0.5s-100kHz操作电涌振荡波等。,( 2 ) 电涌的能量频谱的特点 在频域内，电涌可用幅密度频谱描述。典型电涌可用它们幅密度频谱的包络线来表征。 对于在时域中以双指数方程描述的单向电涌，这些包络线可用三条直线来近似，见图7-13(a)及(c) 。,由电涌时间函数曲线的面积（同电涌的幅值A成正比 ）决定的水平线； 自频率 开始以斜率 下降的直线，频率f1由浪涌的持续时间T决定； 自频率 开始以斜率 下降的直线，频率f2由浪涌的持续时间t决定。,对于阻尼振荡波，其频谱在特定的振荡频率处有一“尖峰”，在

18、超出频率 后是一条斜率 为 的斜线，见图7-13(b)及(d)。 电涌波形的波前时间越短，包含的频带越宽，频率越高。高频是辐射骚扰的主要原因。 幅频分析表明: 电涌波形呈现低频特征，即主要能量集中在低频段。,图7-13 电涌的典型波形及其幅密度频谱图 (a)单向浪涌; (b)振荡浪涌; (c) 单向浪涌幅密度图的包络线；(d) 振荡浪涌幅密度图的包络线,由于非常低的能量就会引起集成电路的状态混乱或损坏，因此在电涌波形中所含高频能量即使比例较低也足以影响采用半导体电路的正常运行。 采用集成电路技术电子设备的损害或误动大多是由于电涌能量造成。通常认为集成电路装置的受损能量级为100mJ。 大部分电

19、涌能量是低频，在低频段很窄的频段内可含100mJ，而由电涌能量分析也可知，在显著高频区残余能量也可大于100mJ。,( 三 ) 电涌的传播途径及其危害 ( 1 ) 电涌的传播途径 对于屏蔽良好建筑物，外部电涌进入室内有两种途径：从电源线进入和从信号线入侵。 电源线入侵： 当雷击于高压线路时，电涌会经过变压器和导线传输分配到低压电源线上。 需要在电源线上采取电涌防护措施，以便抑制雷击感应电涌、开关操作电涌、静电放电电涌。, 信号线入侵： 此处入侵主要是感应雷造成的雷电电涌。 感应雷一般来自对地雷击和云间放电，其中对地雷击产生的感应电涌电压较大，一般500米范围的电子信息设备均可能遭其破坏。 实践

20、证明：电子计算机及其它信息设备损坏的主要原因是雷电感应电涌电压造成，它可通过各种信号引线把感应电涌电压波引入设备内部，破坏其芯片和接口。所以应在信号线间加装信号防雷装置。, 内部电涌则会通过配电电源线传播。 对于没有屏蔽或屏蔽效果较差的电气设备，则须考虑电磁脉冲的辐射骚扰问题。 ( 2 ) 电涌对计算机控保设备等敏感电子设备的危害 微波设备、计算机控保设备、程控设备等都很娇气。 对计算机的数据而言，骚扰电磁场大于 0.03高斯则可能使计算机数据混乱或丢失。,试验发现：当闪电脉冲磁场超过 0.07高斯时，计算机产生误操作，而当磁场增加到2.4高斯时，造成晶体管和固态二极管永久性损坏。 雷电每次释

21、放的数百兆焦耳能量与足可影响敏感设备的毫焦耳能量相比相差悬殊。 特别是电子技术从20世纪60年代的电子管元器件发展到80年代大型集成电路以来，元件的耐受能量已由0.110J降至 10-810-6J,因而设备损坏率骤然升高。,二、电涌的系统防护问题,电涌防护措施主要应包括： 1.电源系统的防护； 2.信号电路系统的防护； 3.电子设备的综合防护。 其中，电源保护电路是为了防止被保护电路受到过大过载的冲击，它通常是和被保护电路相联系的。,电源保护电路应具备如下特性: ( 1 ) 对过电压应有良好的限幅能力，在大瞬变电流期间，被保护设备两端应接近系统的最大工作电压。 ( 2 ）保护电路应有强的分流能

22、力，使保护电路吸收最严重情况下的瞬变过程能量，而不致损坏。 ( 3 ) 保护电路对过电压应有快速响应时间，对于NEMP的响应时间要求尽量小。,( 4 ) 在正常工作时，要求保护电路对系统的影响可忽略不计，即它的并联电阻应足够大，而串联电阻和并联电容充分小。 ( 5 ) 瞬变过程保护电路应能对持续不断或连续过载过程起保护作用而不损坏本身。 ( 6 ) 瞬变过程防护电路在瞬变过程结束后应恢复正常，不应是不可恢复、一次性的。 ( 7 )保护电路应体积小、价廉、易于维护。,电磁暂态防护技术是一个综合性、系统性工程，完善的防护体系必须把直击雷防护、等电位连接、屏蔽和系统地安装电涌防护器有机地结合起来。

23、采用有效的直击雷防护措施 选择安全的供电方式 正确的接地型式 有效的等电位连接 良好的屏蔽措施 合理的布线 恰当地运用电涌防护器件 骚扰滤波器 采用电涌多级综合防护技术等。,( 一 )直击雷保护 避雷针(或避雷带、避雷网)、引下线和接地装置构成建筑物的直击雷保护 同时要抑制引雷过程中的二次效应。 ( 二 ) 低压系统的供电方式 低压配电系统一般分为非接地系统和接地系统。 常用的供电方式为：单相二线制、单相三线制、两相三线制、两相五线制、三相三线制、三相四线制。 ( 三 ) 低压配电网的接地型式 低压配电系统按接地型式不同，分为TN、TT和IT 3种。,图7-14不同供电方式和接地系统,( 1

24、) TN系统 TN系统是指电源有中性点直接接地，电气设备外露导电部分通过防护导体与该接地点连接的系统。 TN系统按照中性线N和防护线的组合情况又分成TN-S，TN-C和TN-C-S 3种型式。 对民用建筑物和电子设备，IEC和ITU(国际电信联盟)都推荐使用TN-S系统。, TN-S系统(防护中性线系统)的中性线导体和防护导体是分开的，配电系统是一个三相五线制系统 。 PE线在正常工作时不呈现电流，设备外露导电部分对地也不呈现电压，对电子设备有较强的适应性。, TN-C系统（又称兼用系统）中防护线PE与中性线N合为PEN线，具有通过正常负荷电流和安全防护的作用，高次谐波电流也在PEN线通过，这

25、对安全和电子设备等极为不利。 在不具备TN-S系统的供电环境中，可将TN-C系统改造成TN-C-S系统。 民用供电系统多采用TN-C系统即三相四线制。,( 2 ) 各个防护接地系统（TT系统） TT电力系统有一个直接接地点，电气设施的外露可导电部分接至电气上与电力系统的接地点无关的接地极。 ( 3 ) 非接地系统（IT系统） IT电力系统的带电部分与大地间不直接连接，而电气设施的外露可导电部分则是接地的。,公用供电网若是以TT或IT系统向建筑物供电时，ITU建议采用隔离变压器将TT/ IT系统改造成TN-S系统。 建筑物应全部采用TN-S接线方式供电。建筑物施工结束后，要检查中性导体N线和防护

26、导体PE线的绝缘，不论是永久连接的或插头、插座连接的设备中，不允许 N 线和 PE 线在任何地方相连或相碰。,( 四 ) 等电位联接 过电压防护的基本原理是在瞬态过电压发生的瞬间，在被防护区域内的所有金属部件之间应实现一个等电位。 等电位是用连接导线或过电压防护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。,方法如下: ( 1 )在那些自然连接不能保证电气贯通的地方用连接导线连接； ( 2 )在那些不允许用连接导线的地方，采用过电压防护器跨接(选用一些响应速度快的元件)； ( 3 ）必须尽可能在靠近进户点处对外来导体做等电位连接，预计大

27、部分雷电流将流过这些连接点； ( 4 )电力线路的所有导体本身应做直接或非直接等电位连接。相线应只通过电涌防护器连到避雷接地装置上。在TN系统中，PE线或PEN线应直接连到避雷接地装置上。,按IEC标准,一个建筑物内只允许有一个接地系统，即建筑物内各种用途的接地极都应纳入等电位连接范围而形成一个共同接地系统。 当电气接地装置和防雷接地装置共用和相连时，必须安装过电压防护器。 在建立了由连接导线和电涌防护器组成的等电位连接网络后，当网络出现电涌过电压甚至受到雷击时，可认为在极短的时间内形成了一个等电位岛。 这个等电位岛的岛内由于实现了等电位连接，所有导电部件之间不会产生有害的电位差，在防范人身电

28、击、爆炸和火灾等用电安全措施中起重要作用。,( 五 ) 屏蔽 屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减施加在电子设备上的电磁骚扰或过电压能量。 屏蔽具体可分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆的屏蔽。也可分为建筑物屏蔽和室内屏蔽，把设备屏蔽和线缆屏蔽归为室内屏蔽。,( 1 ) 建筑物的屏蔽 建筑物的屏蔽是利用建筑物的钢筋、金属构架、金属门窗、地板等，把它们相互连接在一起，形成一个法拉第笼，并与地网有可靠的电气连接，形成初级屏蔽网。 其主要目的是对建筑物内微电子设备进行电磁辐射防护。,( 2 ) 室内屏蔽 室内屏蔽是指设备屏蔽和线缆屏蔽。 设备的屏蔽应在对电子设备耐压水平调查的基础上，按IEC划分的防雷

29、区施行多级屏蔽。 屏蔽效果首先取决于初级屏蔽网的衰减程度，其次取决于屏蔽层对于入射电磁波的反射损耗和吸收损耗程度，而这又取决于屏蔽层厚度、网孔密度、屏蔽材料。 在屏蔽中要特别注意对各种“洞”的密封，除门、窗外，重点对入户的金属管道、通信线路，电力线缆入口作好屏蔽。,各种线缆均要采取屏蔽措施，金属丝编织网、金属软导管、硬导管均可用于屏蔽线缆。 对线缆的屏蔽应注意以下事项： 是屏蔽管线的接地：一般要求入户线在入户前应埋入地中水平距离10m以上。, 电缆连接器的屏蔽: 最佳办法是沿电缆的周边，把屏蔽层与连接器沿周长连起来，实现沿周长360的连接，或使用尽可能短的附加连线将连接器两端电缆屏蔽相连，或利

30、用插头的备用芯将两端屏蔽相连。 用金属丝编制网屏蔽电缆，因其重量轻，使用方便而广为应用，但在电磁波频率较高、其波长接近编织层网孔尺寸时，波的透入将增加，因此最好再穿一层金属管。,( 六 ) 合理的布线 无论从防雷还是从电磁兼容角度上考虑，布线都有一定明确要求： ( 1 ) 电力线路不要与馈线、信号线同槽架设； ( 2 ) 外部引线不要与内部接线同槽架设； ( 3 ) 所有的网线与墙壁有条件时应远距离安装； ( 4 ) 在进行串扰预测分析的基础上合理设计布线路径，爬线间距等。,( 七 ) 电涌防护器的合理运用 ( 1 ) 电涌防护器的作用与分类 低压配电系统中电能质量问题主要靠电涌防护器或它们与

31、噪声滤波装置的联合应用来解决。 目前它已经成为接地、屏蔽之后采用最多的抑制技术措施。,电涌防护器的分类大致如下： 限幅型：MOV具有较高电能吸收能力和纳秒级响应时间； 开关型：主要指气体放电管； 混合型：主要是指MOV与开关管的联合使用； 正弦波跟踪型：这是一种新技术，它能跟踪交流正弦波，对通过其它防护装置上的微小尖峰和瞬态做出响应； 其它：其它包括数据、信号和噪声滤波器等。,( 2 ) 弱电系统各种电涌防护器的特性比较 可用于弱电系统电涌防护器件有放电管、ZnO压敏电阻、齐纳TVS二极管和瞬态抑制TVS晶闸管等。 正确地选择这些器件，实现它们之间的合理配合可达到要求的防护目的和防护水平。,(

32、 3 ) 综合性电涌防护器的应用 综合防护技术应用的意义 电涌防护器是抑制经电源线传输电涌的简单有效的方法。 但在实际应用中由于存在分布电感和分布电容等原因，从而使它对电涌高频分量的抑制变得十分有限。 压敏电阻对外呈现的波特性都是反射和折射能量，它的箝位能力只能降低电涌的低频幅值，而对电涌波前影响不大。 采用电容器滤波可降低脉冲上升沿陡度，同时可消除产生于设备内部的电磁骚扰，如设备内部的尖刺脉冲和振荡脉冲。,电磁骚扰滤波器是为抑制经由电源线传导的骚扰信号，以及满足各种EMC标准而设计的。但用它来抑制电涌信号中100kHz以下的成分是有困难的。 把骚扰滤波器和电涌防护器结合在一起，组成具有滤波功

33、能的综合性电涌防护器。能集二者的长处，弥补各自的不足，实现对电涌信号较为理想的抑制。 一方面，电涌防护器有箝位作用，能把电磁瞬变信号低频端的骚扰信号控制到电子电路允许的范围内； 另一方面又利用滤波器的抑制功能，对电涌高频骚扰进行控制。, 综合防护器的原理与设计 针对电涌防护器件只能限幅而不能抑制沿电源线传播的高频骚扰噪声的实际情况，同时为了防止设备内部的尖刺脉冲和和振荡脉冲进入供电网，应采用滤波和限幅相结合的综合防护器。 常用的噪声滤波电路如图7-15所示。 但对于图7-15（a）和（b）电路，因为电感和电容的同时存在，在一定频率下会产生振荡。这是电路设计中应考虑的。,图7-15 常用的噪声滤

34、除电路,典型的综合防护器电路原理接线图如图7-16所示。,图7-16 综合防护电路原理接线图,电涌综合防护装置设计时应注意以下问题: 与MOV并联的C 越大，MOV响应越慢。因此滤波C一般不与MOV直接并联。 但采用LC 滤波电路又会产生振荡，因此，必须非常严格地选择滤波器件，设计安装中尽量减小连接导线的分布电容。 综上所述可得出如下结论：电子设备电源线中使用MOV时，要加入滤波装置可采取L-C 滤波方式，而一般不直接并联C。,滤波回路的基本参数应满足： ( 1 ) LC 滤波电路的时间常数远大于入射波所滤除频率部分的周期。 为缩小体积，可用较小的电感和较大的电容来增大回路时间常数。 电感减小

35、以及电容增大的范围要根据滤波电路所使用的环境来确定。 ( 2 ) 滤波回路的波阻 应大于MOV所承受最大电流时的动态电阻:,( 3 ) 根据冲击截波的时间常数来选择电感和电容。 显然，选择电感和电容时应综合考虑上述因素，才能达到理想的效果。,( 八 ) 电涌多级综合防护技术的应用 气体间隙、阀式避雷器、 MOA等防雷装置具有泻流量大、转移功率大的特点，但具有响应速度慢、残压高的缺点。 压敏电阻( MOV )、齐纳二极管、瞬态抑制器等具有响应快、残压低的优点，但是他们的泻流能力差、功率低。 实际应用中采取多级防护的方法，即把泻流防护和限压防护分开，采取前级泻流，后级限压的多级防护措施。,( 1

36、) 低压配电线路防护设备选择原则 防护设备的选择及安装基本原则可概括为：同耐同级、分级防护、级间协调、位置合理，最终达到残压低于耐压水平。,( 2 ) 电涌多级防护的原理 在多级防护中要求次级防护的残压比初级低，则其动作电压必然也将低于初级防护，这就带来初、次级防护的协调问题。 如果次级防护先于初级动作，将可能抑制初级防护的动作而使次级防护承受所有的电涌能量，导致防护的失败。 所以采取多级防护时，各级防护动作电压要和它们之间的距离相协调，以便实现分级分流能量，逐次降压的目的。,( 3 ) 电源线中电涌多级综合防护 的实现 电涌多级防护装置至少应包括泻流和限压这两级电路。 初级作为泻流电路，主要

37、用来泻放脉冲大电流，将电涌暂态的大部分能量旁路和吸收。 次级作为限压电路，主要用来钳制电压，即限制电路中的残压，以防护后续设备。,初级为泻流电路，要求所选防护元件通流容量大，耐冲击能力强。放电管和MOV可作为被选元件。 但放电管动作后不能自行熄弧的问题，因此必须与其它器件进行配合。 而大容量的MOV能较好地满足泻流的要求，如果单个MOV的通流容量不够，可采用多个MOV并联运行的技术。,次级为限压电路，要求所选限压元件的非线性特性好，残压水平低。MOV及齐纳TVS二极管可作为被选元件。 但由于齐纳TVS二极管的通流能力十分有限，而且难与初级的元件进行配合，因此在这种场合下使用有一定困难。 MOV

38、通流能力较强，能实现限压的目的。,单纯多级防护不能消除电源线中的电涌高频含量。 把带滤波环节的综合防护技术与多级防护技术结合起来，组成具有滤波功能的多级综合电涌防护装置。从而构成最为理想的电涌防护措施。 在220/380 V交流电源使用的多级防护装置中，一般选用电感线圈和电容器作为两级电路之间的配合元件。 图7-20及图7-21给出了典型的220/380 V交流电源用两级综合防护装置原理图。 图中初、次级的限压元件均选用MOV，介于初、次级之间的元件选用电感线圈。,图7-28为另外一种多级保护的电源示意图。 第一级采用气体放电管，特大的浪涌电流限制到后续系统可允许的范围；第二级用压敏电阻；第三

39、级用雪崩二极管，使输出的嵌位电压达到规定值。 经三级保护元件的逐级限压，沿线路侵入的雷电暂态过电压逐步被限制到一个很低的电压水平，从而获得了多后级设备的可靠保护。,图7-28 典型的电源多级保护原理图,第四节 提高二次设备抗骚扰能力的措施,提高二次设备抗骚扰能力的方法应当随被保护设备的不同而不同。本节只提出一些普遍适用的方法和措施。,一、采用隔离变压器,二次设备的交流输入回路通常和各类中间互感器相连。这些中间互感器是骚扰电压进入二次回路的重要途径。 共模骚扰电压则通过互感器原、副绕组之间的耦合电容进入二次设备，如图7-29( a )所示。 如果在互感器的原、副方绕组之间装设一个用铜箔做成的屏蔽

40、层，而且将屏蔽层和铁芯一起接地，称为隔离变压器，如图7-29( b )所示。,图7-29 隔离变压器的屏蔽原理 (a) 无屏蔽; (b) 有屏蔽,隔离变压器使原方出现的共模骚扰电压u1经杂散电容C1s及屏蔽层而接地短路，不进入二次侧。 一般来说，屏蔽层在变压器信号侧（副边）接地效果最好。 屏蔽层对抑制共模骚扰的效果: 无屏蔽时一般有20%60%的共模骚扰电压进入二次侧。 加了接地屏蔽层以后,二次侧共模骚扰电压可降为3%15%，铁芯接地后比不接地时可进一步降低20%30% 。 只有一层屏蔽时，屏蔽层要接地而不宜接“零”。否则，不能起到屏蔽的作用。,二、采用合理的布线,在二次设备内部及背板配线方面应注意： ( 1 ) 强弱电平的导线最好不要平行走线和绑扎在一起。如必须平行走线，平行长度应尽量短，且中间留有13cm以上的间距。 ( 2 ) 如果不同电平的导线平行紧靠，则有必要在关键的部位使用屏蔽线。 ( 3 ) 各个插件的相互连接线应尽可能短，同时应使同一回路的引出和引入的导线尽量靠在一起，避免形成环路。,三、瞬变骚扰的抑制措施,瞬态骚扰对电子设备的危害较大。 一方面瞬态骚扰可通过电缆经设备的