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電源防雷器

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淺談電源防雷器在系統(tǒng)中原理以及應(yīng)用?

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淺談電源防雷器在系統(tǒng)中原理以及應(yīng)用?

發(fā)布日期:2018-07-27 作者: 點(diǎn)擊:

一、雷電防護(hù)基本原理:

雷電及其它強(qiáng)干擾對通信系統(tǒng)的致?lián)p及由此引起的后果是嚴(yán)重的,雷電防護(hù)將成為必需。雷電由高能的低頻成份與極具滲透性的高頻成份組成。其主要通過兩種形 式,一種是通過金屬管線或地線直接傳導(dǎo)雷電致?lián)p設(shè)備;一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應(yīng)到金屬管線或地線產(chǎn)生浪涌致?lián)p設(shè)備。絕大 部分雷損由這種感應(yīng)而引起。對于電子信息設(shè)備而言,危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量,通過以下三個(gè)通道所產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌。金屬管線通道,如自來水管、電源線、天饋線、信號(hào)線、航空障礙燈引線等產(chǎn)生的浪涌;地線通道,地電們反擊;空間通道,電磁小組的輻射能量。

其中金屬管線通道的浪涌和地線通道的地電位反擊是電子信息系統(tǒng)致?lián)p的主要原因,它的最見的致?lián)p形式是在電力線上引起的雷損,所以需作為防擴(kuò)的重點(diǎn)。由于雷電無孔不入地侵襲電子信息系統(tǒng),雷電防護(hù)將是個(gè)系統(tǒng)工程。雷電防護(hù)的中心內(nèi)容是泄放和均衡。

1.泄放是將雷電與雷電電磁脈沖的能量通過大地泄放,并且應(yīng)符合層次性原則,即盡可能多、盡可能遠(yuǎn)地將多余能量在引入通信系統(tǒng)之前泄放入地;層次性就是按 照所設(shè)立的防雷保護(hù)區(qū)分層次對雷電能量進(jìn)行削弱。防雷保護(hù)區(qū)又稱電磁兼容分區(qū),是按人、物和信息系統(tǒng)對雷電及雷電電磁脈沖的感受強(qiáng)度不同把環(huán)境分成幾個(gè)區(qū) 域:LPZOA區(qū),本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊,因此各特體都可能導(dǎo)走全部雷電流,本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減。LPZOB區(qū),本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到 直接雷擊,但本區(qū)電磁場沒有衰減。LPZ1區(qū),本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊,流往各導(dǎo)體的電流比LPZOB區(qū)進(jìn)一步減少,電磁場衰減和效果取決于整 體的屏蔽措施。后續(xù)的防雷區(qū)假如需要進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的電流和電磁場,就應(yīng)引入后續(xù)防雷區(qū),應(yīng)按照需要保護(hù)的系統(tǒng)所要求的環(huán)境區(qū)選擇且續(xù)防雷區(qū)的要求條 件。保護(hù)區(qū)序號(hào)越高,預(yù)期的干擾能量和干擾電壓越低。在現(xiàn)代雷電防護(hù)技術(shù)中,防雷區(qū)的設(shè)置具有重要意義,它可以指導(dǎo)我們進(jìn)行屏蔽、接地、等電們連接等技術(shù) 措施的實(shí)施。

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2.均衡就是保持系統(tǒng)各部分不產(chǎn)生足以致?lián)p的電位差,即系統(tǒng)所在環(huán)境及系統(tǒng)本身所有金屬導(dǎo)電體的電位在瞬態(tài)現(xiàn)象時(shí)保持基本相等,這實(shí)質(zhì)是基于均壓等電位連 接的。由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導(dǎo)線和等電位連接器組成一個(gè)電位補(bǔ)償系統(tǒng),在瞬態(tài)現(xiàn)象存在的極短時(shí)間里,這個(gè)電位補(bǔ)償系統(tǒng)可以迅速地在被保護(hù) 系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)所有導(dǎo)電部件之間建立起一個(gè)等電位,這些導(dǎo)電部件也包括有源導(dǎo)線。通過這個(gè)完備的電位補(bǔ)償系統(tǒng),可以在極短時(shí)間內(nèi)形成一個(gè)等電位區(qū)域,這個(gè) 區(qū)域相對于遠(yuǎn)處可能存在數(shù)十千伏的電位差。重要的是在需要保護(hù)的系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)部,所有導(dǎo)電部件之間不存在顯著的電位差。

3.雷電防護(hù)系統(tǒng)由三部分組成,各部分都有其重要作用,不存在替代性。外部防護(hù),由接閃器、引下線、接地體組成,可將絕大部分雷電能量直接導(dǎo)入地下泄放。 過渡防護(hù),由合理的屏蔽、接地、布線組成,可減少或阻塞通過各入侵通道引入的感應(yīng)。內(nèi)部防護(hù),由均壓等電位連接、過電壓保護(hù)組成,可均衡系統(tǒng)電位,限制過 電壓幅值。


二、防雷器的作用及技術(shù)參數(shù):

防雷器又稱等電位連接器、過電壓保護(hù)器、浪涌抑制器、突波吸收器、防雷保安器等,用于電源線防護(hù)的防雷器稱為電源防雷器。鑒于目前的雷電致?lián)p特點(diǎn),雷電防 護(hù)尤其在防雷整改中,基于防雷器防護(hù)方案是最簡單、經(jīng)濟(jì)的雷電防護(hù)解決方案。防雷器的主要作用是瞬態(tài)現(xiàn)象時(shí)將其兩端的電位保持一致或限制在一個(gè)范圍內(nèi),轉(zhuǎn) 移有源導(dǎo)體上多余能量。


進(jìn)入地下泄放,是實(shí)現(xiàn)均壓等電位連接的重要組成部分。防雷器的一些主要技術(shù)參數(shù):額定工作電壓、額定工作電流,特批串并式電源防雷器的載流量。通流能力,防雷器轉(zhuǎn)移雷電流的能力,以千安為單位,與波開開式有關(guān)。 防雷器在功能上可分為可防直擊雷的防雷器和防感應(yīng)雷的防雷器??煞乐睋衾椎姆览灼魍ǔS糜诳赡鼙恢睋衾讚糁械木€路保護(hù),如LPZOA區(qū)與LPZ1區(qū)交界處 的保護(hù)。用10/35μs電流波形測試與表示其通流能力。防感應(yīng)雷的防雷器通常用于不可能被直擊雷擊中的線路保護(hù),如LPZOB區(qū)與LPX1區(qū)、LPZ1 區(qū)交界處的保護(hù)。用8/20μs電流波形測試與表示其通流能力響應(yīng)時(shí)間,防雷器對瞬態(tài)現(xiàn)象起控制作用所需的時(shí)間,與波形性質(zhì)有關(guān)。殘壓,防雷器對瞬態(tài)現(xiàn)象 的電壓限制能力,與雷電流幅值及波形性質(zhì)有關(guān)。


三、防雷器的選用:

基于防雷器的防護(hù)想要取得理想的效果,應(yīng)注重“在合適的地方合理地裝設(shè)合適的防雷器”,防雷器的選擇十分重要。

1.進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施之間的雷電流分配情況如下:約有50%的雷電流經(jīng)外部防雷裝置泄放入地,另有50%的雷電流將在整個(gè)系統(tǒng)的金屬物質(zhì)內(nèi)進(jìn)行分配。 這個(gè)評(píng)估模式用于估算在LPAOA區(qū)、LPZOB區(qū)和LPZ1區(qū)交界處作等電位連接的防雷器的通流能力和金屬導(dǎo)線的規(guī)格。該處的雷電流為10/35μs電 流波形。在各金屬物質(zhì)中雷電流的分配情況下:各部分雷電流幅值取決于各分配通道有的阻抗與感抗,分配通道是指可能被分配到雷電流的金屬物質(zhì),如電力線、信 號(hào)線、自來水管、金屬構(gòu)架等金屬管級(jí)及其它接地,一般僅以各自的接地電阻值就可以大致估算。在不能確定的情況下,可以認(rèn)為接是電阻相等,即各金屬管線平均 分配電流。

2.在電力線架空引入,并且電力線可能被直擊雷擊中時(shí),進(jìn)入建筑物內(nèi)保護(hù)區(qū)的雷電流取決于外引線路、防雷器放電支路和用戶側(cè)線路的阻抗和感抗。如內(nèi)外兩端阻抗一致,則電力線被分配到一半的直擊雷電流。在這種情況下必須采用具有防直擊雷功能的防雷器。

3.后續(xù)的評(píng)估模式用于評(píng)估LPZ1區(qū)以后防護(hù)區(qū)交界處的雷電流分配情況。由于用戶側(cè)絕緣阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于防雷器放電支路與外引線路的阻抗,進(jìn)入后續(xù)防雷區(qū)的 雷電流將減少,在數(shù)值上不需非凡估算。一般要求用于后續(xù)防雷區(qū)的電源防雷器的通流能力在20kA以下,不需采用大通流能力的防雷器。后續(xù)防雷區(qū)防雷器的選 擇應(yīng)考慮各級(jí)之間的能量分配和電壓配合,在許多因素難以確定時(shí),采用串并式電源防雷器是個(gè)好的選擇。串并式是根據(jù)現(xiàn)代雷電防護(hù)中許多應(yīng)用場合、保護(hù)范圍層 次區(qū)分等特點(diǎn)提出的概念。其實(shí)質(zhì)是經(jīng)能量配合和電壓分配的多級(jí)放電器與濾波器技術(shù)的有效結(jié)合。串并式防雷有如下特點(diǎn):應(yīng)用廣泛。不但可以按常規(guī)進(jìn)行應(yīng)用, 也適合保護(hù)區(qū)難以區(qū)別的場所。感生退耦器件在瞬態(tài)過電壓下的分壓、延遲作用,以幫助實(shí)現(xiàn)能量配合。減緩瞬態(tài)干擾的上升速率,以實(shí)現(xiàn)低殘壓與長壽命以及極快 的響應(yīng)時(shí)間。

4.防雷器的其它參數(shù)選擇取決于各個(gè)被保護(hù)物所在防雷區(qū)的級(jí)別,其工作電壓以安裝在引電路中所有部件的額定電壓為準(zhǔn)。串并式防雷器還需注重其額定電流。

5.影響電子線雷電流分配的其它因素:變壓器端接地電阻降低將使電子線中分配電流增大。供電線纜的長度的增加將使電力線中分配電流減少,并使幾要導(dǎo)線中有 平衡的電流分配。過短的電纜長度和過低的中性線阻抗將使電流不平衡,從而引起差模干擾。供電線纜并接多用戶將降低有效阻抗,導(dǎo)致分配電流增大,在連成網(wǎng)狀 的供電狀態(tài)下,雷臨時(shí)性流主要流入電力線,這是多數(shù)雷損發(fā)生在電力線處的原因。


四、防雷器的安裝:

1.電源線應(yīng)實(shí)現(xiàn)多級(jí)防護(hù),多級(jí)防護(hù)是以各防雷區(qū)為層次,對雷電能量的逐級(jí)減弱,使各級(jí)限制電壓相互配合,最終使過電壓值限制在設(shè)備絕緣強(qiáng)度之內(nèi)。在下列情況下,多級(jí)防護(hù)成為必須:某一級(jí)防雷器失效或防雷器某一路失效。防雷器的殘壓不配合設(shè)備絕緣強(qiáng)度,線纜在建筑物內(nèi)長度較長時(shí)。

2.幾乎所有情況下的線纜防護(hù),至少應(yīng)分成兩級(jí)以上,同一級(jí)防雷器還可能包含多級(jí)保護(hù)。為了達(dá)到有效的保護(hù),可在各防雷區(qū)界面處設(shè)置相應(yīng)的防雷器,防雷器 可針對單個(gè)電子設(shè)備,或一個(gè)裝有多個(gè)電子設(shè)備的空間,所有穿過通常具有空間屏蔽的防雷區(qū)的導(dǎo)線,在穿過防雷區(qū)界面同時(shí)接有防雷器。另外,防雷器的保護(hù)范圍 是有限的,一般防雷器與設(shè)備線路距離超過10m以后將使防護(hù)效果劣化,這是因?yàn)榉览灼骱托枰Wo(hù)的設(shè)備之間的電纜上有反射造成的振蕩電壓,其幅值與線路長 度、負(fù)載阻抗成正比。

3.在使用電源孩子雷器的多級(jí)防護(hù)中,假如不注重能量分配,則可能引入更多的雷電能量進(jìn)入保護(hù)區(qū)域。這要求防雷器應(yīng)根據(jù)前述評(píng)估模式選擇。一般防雷器都有 通過雷電流越大,殘壓越高的特點(diǎn),通過能量分配后未級(jí)防雷器流過的雷電流極小,有利于電壓限制。注重,不考慮電壓配合而僅僅選擇低響應(yīng)電壓的防雷器作末級(jí) 保護(hù)是危險(xiǎn)的。

實(shí)現(xiàn)能量分配與電壓配合的要點(diǎn)在于利用兩級(jí)防雷器之間線纜本身的感抗。線纜本身的感抗有一定的阻礙埋電流及分壓作用,使雷電流更多地被分配到前級(jí)泄放。一 般要求兩級(jí)防雷器之間線纜長度在15m左右,適??纜之內(nèi)的情況。線纜上分支線路的長度對線纜要求長度有影響,當(dāng)保護(hù)地線與被保護(hù)線纜有一定距離,這時(shí)要 求線纜長度大于5m即可。在一些不適合采用線纜本身作退耦措施的如兩級(jí)防雷區(qū)界面靠近或線纜長度較短時(shí),可利用專門的退耦器件,這時(shí)無距離要求。

4.退耦器件是實(shí)現(xiàn)能量分配與電壓配合的重要措施,以下幾種材料可作為退耦器件:線纜、電感和電阻。串并式電源防雷器就是一種考慮了能量分配與電壓配合,利用濾波器作為退耦器件的防雷器組合形式,適合于各種場合的應(yīng)用。

5.在某些極端情況下,裝上防雷器反而會(huì)增加設(shè)備損壞的可能,必須杜絕;這類情況發(fā)生。防雷器保護(hù)幾條線,其中一條線上的防雷器失效或響應(yīng)速度過慢。這可 能使共模干擾轉(zhuǎn)化為差模干擾而損壞設(shè)備。這要求必須實(shí)施多級(jí)防護(hù)及注重防雷器的維護(hù)。不考慮防雷保護(hù)區(qū)、能量配合及電壓分配而隨便安裝防雷器,比如僅僅在 設(shè)備前端裝設(shè)一只防雷器,由于沒有前級(jí)保護(hù),強(qiáng)大的雷電流將被吸引到設(shè)備前端,致使防雷器殘壓超過設(shè)備絕緣強(qiáng)度。這要求防雷器必須按層次性原則安裝。

6.在另外的一些情況下,錯(cuò)誤的安裝將使設(shè)備得不到有效保護(hù)。過長的防雷器連接線、防雷器工作時(shí),連接線上由感抗引起的電壓將極高,加在設(shè)備上的仍會(huì)危險(xiǎn) 電壓,這個(gè)問題在末級(jí)防雷器的應(yīng)用中更加明顯。解決這個(gè)問題的方法是采用短的連接線,也要以采用兩要以上分開的連接線以分擔(dān)磁場強(qiáng)度,減少壓降,單線加粗 連接線是沒有什么效果的。必要時(shí)可通過改變被保護(hù)線的布線,使其靠近等電位連接排以減少連接線長度。

防雷器輸出線和輸入線、接地線靠近、并排敷設(shè)。這種情況對串并式防雷器的影響比較嚴(yán)重。當(dāng)串并式電源防雷器的輸出線和輸入線、地線靠近敷設(shè),會(huì)使輸出線內(nèi) 感應(yīng)出瞬態(tài)浪涌,雖然其強(qiáng)度較原來小,但仍可能是危險(xiǎn)的。解決這個(gè)問題的方法是將輸入線、地線與輸出線分開敷設(shè)或垂直敷設(shè),盡量減少并行敷設(shè)的長度,拉開 敷設(shè)的距離。

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關(guān)鍵詞:電源防雷器,三相電源防雷器,AC電源防雷器

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