雷电与防护(1.2-1)

1、雷电与防护,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,雷电的危害,雷电流具有电流的一切效应，它在短时间内以脉冲

2、的形式通过强大的电流峰值可达几十KA乃至几百KA。峰值时间通常负闪击只有几S正闪击较长些。正是这种特殊情况，使雷电流具有它特殊的破坏作用。如，雷电流热效应的破坏 、雷电流冲击波的破坏 、雷电流动力效应的破坏 、雷电的静电感应的破坏（LEMP）,雷云对地放电,雷云对雷云放电,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,直击雷 脉冲电流 : 20 至 200 千安培 上升时间 : 大约 1 s 直击雷防护系统 : LPS(Lightning Protection System : Cage, Lightning rod) 预防 : 雷暴预测,直击雷,

3、浪涌电压,时间,电压,浪涌电压幅值很高,维持时间很短 在微秒级,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,感应雷电流,U,I,B,避雷保护装置遭受雷击、排放雷电冲击电流，会产生电磁影响并通过耦合侵入导线回路，产生感应电压。 如果闪电在电子设备附近或某个较远的地方通过自然通道击入大地，也会产生线路回路的耦合。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,瞬间过电压 电气短路、断路 (circuit breaker, fuse.) 开关电闸 (switching circuits.) 感性容性负载通断

4、 临时过电压 相线错误、地线错误 (IT network.) 零线断路,工业过电压,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,雷电灾害事例,2000.5.27黑龙江鹤岗市南华村遭雷击，1人死亡 2000.8.25上海日立家用电器公司遭雷击，击坏程控交换机电源、ISDN终端等设备 2000.4深圳招商银行蛇口培训中心遭雷击，击坏无

5、线M oden、内线电话系统、室外监视器等，直接损失15万元左右,风暴,过电压,开关操作或雷电放电,偷窃,火灾,水灾,2,误操作,其它情况,对8722件案例损坏原因的分析,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,直击雷的危害,直击雷是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。,直击雷的灾害,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,感应雷的危害,遭感应雷害,感应雷 是雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，在附近的户外传输信号线、埋地电力线、设备间连接线和电

6、磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生几率高。直击雷只有在雷云对地放电时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论雷云对地还是雷云对雷云都可能发生灾害，而且可以通过电力线、电话线、数据线等传输到很远，至使雷害范围扩大。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,通过避雷装置即接闪器

7、（针、带、网、线）引下线构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁，但雷电会透过多种形式及途径破坏电子设备。,直击雷的防护,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,室外传输线路遭受雷击,闪电带来的电磁脉冲辐射,地电位反击,被保护设备,雷击损坏设备的渠道,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,防雷保护原则,防雷基本准则 防雷器安装在雷击发生点 到被保护设备之间,雷击 点传导 设备,一、防雷器安装位置于 被保护设备越近越好 二、等

8、电位连接 三、所有外接线路需进 行防雷保护,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,雷电的防护,一、良好的接地系统是防护的首要及根本条件，它的好坏直接影 响保护效果。 二、使用接闪器防御直击雷的侵害。 三、对感应雷的防护根据不同情况采用不同的防雷器及不同的措施，如：线路屏蔽、地下高压电缆、屏蔽网等。,接收天线,电源线路,通讯线路,SPD,SPD 浪涌保护器,浪涌电压,数据线路,SPD,SPD,SPD,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件

9、,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,实行分级防护,CLASS I,CLASS II,被保护设备,CLASS III,外接线路,逐级降压。 逐级降低通流量。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,过压保护区的划分,外部避类雷装置,电网系统,信息线路,EMC保护区0,雷电保护区0,EMC保护区1,EMC保护区2,EMC保护区3,主配电,二次配电,二次配电,电流均衡汇流排,过压保护区,0区： 建筑物外部，直接雷击响应

10、；对LEMP无屏蔽；（雷击区）,1区： 建筑物内部，由于开关动作（SEMP）、雷击分电流而引起的高能瞬变量（过压保护1区）,2区： 建筑物内部，由于开关动作（SEMP）、静电放电（ESD）而引起的能量较小的瞬变量（过压保护2区）,3区： 建筑物内部，未形成超出毁坏极限的瞬变电流或者电压；对各个可能引起相互影响的电路进行屏蔽和分别部线（过压保护3区）,水管等,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国际,COMTE

11、CH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,防雷器的种类,防雷器，又叫电压限制器，作用是把窜入电力线、信号传输线等雷电高电压限制在一定的范围内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。常用的防雷器种类繁多，但归纳起来可分三大类放电间隙型（空气间隙和陶瓷气体放电管 ）GDI；阀型（压敏电阻 ）MOV；半导体器件（瞬态二极管、稳压管及其它元件）TVS 。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国

12、际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,放电间隙是把暴露在空气中的两块相互隔离一空气间隙的金属物作为防雷放电的装置，通常把其中一块金属接在需要防雷的导线上，另一块金属与地线连接。当过电压进入时首先在间隙处击穿，使间隙的空气电离，形成短路，雷电流通过间隙流入大地达到减低雷电压的目的。通常用在不同电压等级的地方，间隙的宽度可以调节，在电力系统最常用的角式防雷器便是其中的一种。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,应注意的问题, 制作放电间隙防雷器所选用的金属材料

13、，必须有良好的导电性能和优良的耐高温特性，因为当放电间隙起弧时，会产生很高的温度，一般的金属材料会溶化变形，使其放电间隙的放电电压会发生变化，无法达到原有技术指标。 由于放电间隙放电以后，会产生巨大的工频续流，如果不采取有效的灭弧措施切断续流，将会给该电网造成危害。 使用放电间隙受环境条件的影响，严禁在易燃易爆场所使用。在湿度较大的场所慎用。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电管,由于放电间隙的放电电压容易受天气、温度、湿度等条件的影响，故在要求放电电压较稳定的地方采用放电管。把一对相互隔开的电极封装在玻璃或陶瓷管内，管内再充以一定

14、压力的惰性气体，就构成了一只放电管。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电管的开关等效,i,放电管,开关断开,i0,放电管放电,i2,i1,i,i0,i2,i1,开关闭合,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电管的主要参数,直流放电电压Vsdcn。在放电管级间施加上升速率为100V/S的直流电压，致使放电管击穿的直流电压值。也称“直流点火电压”。 冲击点火电压Vsi。对放电管施加一定上升速率的单次冲击电压，致使放电管击穿时刻的电压值。 冲击放电电流Idin。通过放电管的冲击电流

15、峰值，也称“脉冲放电电流”。 交流放电电流Idan。通过放电管放电间隙的交流电流（有效值）。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电管的特点,优点：放电管具有通流容量大，从几千安培到上百千安培；极间电容小，1MHz下的极间电容值只有几皮法；关断时的极间阻抗大。 缺点：响应速度慢，一般为 10 S；放电管开始放电时di/dt很大，可达10 A/s ；放电难关断；容易老化，寿命短。,-6,11,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电管的应用,放电管主要应用在通信、信号系统做防雷和防强

16、电的保护元件，与其他一些元器件合理搭配，制造出计算机系统和数据、信号系统的专用防雷器. 放电管可用于电源系统的NPE的线路保护。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,压敏电阻（MOV）,防雷用压敏电阻分碳化硅和氧化锌压敏电阻，在70年代初期是以碳化硅压敏电阻，从70年代中期开始，就由氧化锌压敏电阻逐步取代了碳化硅压敏电阻，

17、替代的主要原因是：碳化硅压敏电阻尽管生产工艺简单、成本低，但非线性系数差、通流能力小、体积大，与氧化锌压敏电阻比较，在性能上有很大的差距。所以，目前生产电源防雷器的主要元件还是首选氧化锌压敏电阻。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,压敏电阻主要技术参数,压敏电压U1mA：在规定的温度（25）和直流电流下，压敏电阻流过1mA时的端电压。 泄漏电流IL：在75%U1mA（80%）的电压下，流过压敏电阻的电流。 通流能力：用820S标准波形，对压敏电阻进行冲击，体现压敏电阻所能够承受的幅值和次数。 残压比：UnkA/U1mA的比值，体现压敏电

18、阻的保护水平。 最大允许工作电压Uc：在正常情况下，允许连续运行最大工作电压的有效值。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,压敏电阻的特点,优点：通流量大，从几百安培到上百千安培；响应速度快，一般为10 S；在工频交流和直流电路中，放电后无续流；价格低；产品电压、电流可选范围大。 缺点：极间电容大，1MHz下的极间电容典型值为几十到几千皮法。,适用范围,MOV具有较大的通流容量，在工频交流和直流电路中放电后无续流，因此被广泛应用于电源系统的初级和次级保护。,-10,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTEC

19、H.COM.CN,放电间隙型防雷器,压敏电阻（MOV）,半导体防雷器件,分级防护,雷电的防护,雷电的特性,雷电,雷电防护,防雷器种类,雷电的危害,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,半导体防雷器件,压敏电阻防雷器的极间电容较大，在高频、超高频等的电路中，往往因极间电容太大而受到限制。现代电子设备往往采用多级防雷保护，半导体防雷器件往往放在最后一级，又叫细保护。,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,稳压二极管,稳压二极管是靠它的伏安特性起箝位作用的功能来保护电子电路的。稳压二极管反向击穿是在强电场作用下，PN结共价键的共价电子在“齐纳”作用下成为自由电子，这些电子再撞击其他原子，产生更多的自由电子而形成电流通道，这样的过程叫“雪崩”。稳压二极管的击穿一般包含齐纳过程雪崩过程，4V以下的稳压二极管以齐纳为主，7V以上的以雪崩为主。,0,I,U,U2,U1,稳压二极管的伏安特性,科通国际,COMTECH INTERNATIONAL WWW.COMTECH.COM.CN,瞬态二极管,又叫瞬态电压抑制二极管，有单极性和双极性之分。单极性只对一个方向的浪涌电压冲击起保护作用，相当一个稳压二极管的作用。双极性对相反的极性浪涌电压冲击都起保护作用，相当两只稳压二极管反向串联