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防雷器

防雷器,又稱避雷器、浪涌保護(hù)器、電涌保護(hù)器、過電壓保護(hù)器等,主要包括電源防雷器和信號防雷器,防雷器是通過現(xiàn)代電學(xué)以及其它技術(shù)來防止被雷擊中的設(shè)備的損壞。避雷器中的雷電能量吸收,主要是氧化鋅壓敏電阻和氣體放電管。
防雷器
專業(yè)術(shù)語
1、接閃器 Air-termination system

用于直接接受或承受雷擊的金屬物體和金屬結(jié)構(gòu),如:避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)等。

2、引下線 Down conductor system

連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體。

3、接地裝置 Earth termination system

接地體和接地體連接導(dǎo)體的總和。

4、接地體 Earth electrode

埋入地中直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。也稱接地極。直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬設(shè)施、金屬管道、金屬設(shè)備等可以兼作接地體,稱為自然接地體。

5、接地體連接導(dǎo)體 Earth conductor

從電氣設(shè)備接地端子接到接地裝置的連接導(dǎo)線或?qū)w,或從需要等電位連接的金屬物體、總接地端子、接地匯總板、總接地排、等電位連接排至接地裝置的連接導(dǎo)線或?qū)w。

6、直擊雷 Direct lightning flash

直接擊在建筑物、大地或防雷裝置等實(shí)際物體的雷電。

7、地電位反擊 Back flashover

雷電流經(jīng)過接地點(diǎn)或接地系統(tǒng)而引起該區(qū)域地電位的變化。地電位反擊會引起接地系統(tǒng)電位的變化,可能造成電子設(shè)備、電氣設(shè)備的損壞。

8、雷電防護(hù)系統(tǒng) Lightning protection system(LPS

減少雷電對建筑物、裝置等防護(hù)目標(biāo)造成損害的系統(tǒng),包括外部和內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng)。

①外部雷電防護(hù)系統(tǒng) External lightning protection system

建(構(gòu))筑物外部或本體的雷電防護(hù)部分,通常由接閃器、引下線和接地裝置組成,用于防直擊雷。

8.2內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng) Internal lightning protection system

建(構(gòu))筑物內(nèi)部的雷電防護(hù)部分,通常由等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線、電涌防護(hù)器等組成,主要用于減小和防止雷電流在防護(hù)空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。

發(fā)展歷程
最原始的電涌保護(hù)器角形間隙,出現(xiàn)于19世紀(jì)末期,用于架空輸電線路,防止雷擊損壞設(shè)備絕緣而造成停電。20世紀(jì)20年代,出現(xiàn)了浪涌保護(hù)器,氧化膜浪涌保護(hù)器和丸式浪涌保護(hù)器。30年代出現(xiàn)了管式浪涌保護(hù)器。50年代出現(xiàn)了碳化硅防雷器。70年代又出現(xiàn)了金屬氧化物浪涌保護(hù)器,F(xiàn)代高壓浪涌保護(hù)器,不僅用于限制電力系統(tǒng)中因雷電引起的過電壓,也用于限制因系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓。1992年以來,以德、法為代表的工控標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌卡接式可拔插SPD防雷模塊,開始大規(guī)模引進(jìn)到中國,稍后以美、英為代表的一體化箱式電源防雷組合也進(jìn)入了中國。
基本特點(diǎn)
1、保護(hù)通流量大,殘壓極低,響應(yīng)時間快;

2、采用最新滅弧技術(shù),徹底避免火災(zāi);

3、采用溫控保護(hù)電路,內(nèi)置熱保護(hù);

4、帶有電源狀態(tài)指示,指示浪涌保護(hù)器工作狀態(tài);

5、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),工作穩(wěn)定可靠。

分類
按工作原理分:

1、開關(guān)型:其工作原理是當(dāng)沒有瞬時過電壓時呈現(xiàn)為高阻抗,但一旦響應(yīng)雷電瞬時過電壓時,其阻抗就突變?yōu)榈椭?允許雷電流通過。用作此類裝置時器件有:放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。

2、限壓型:其工作原理是當(dāng)沒有瞬時過電壓時為高阻擾,但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小,其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性。用作此類裝置的器件有:氧化、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。

3、分流型或扼流型

分流型:與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián),對雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗,而對正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。

扼流型:與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián),對雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗,而對正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。

用作此類裝置的器件有:扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長短路器等。

按用途分:

1、電源保護(hù)器:交流電源保護(hù)器、直流電源保護(hù)器、開關(guān)電源保護(hù)器等。

2、信號保護(hù)器:低頻信號保護(hù)器、高頻信號保護(hù)器、天饋保護(hù)器等。

基本元器件
1、放電間隙(又稱保護(hù)間隙):

它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成,其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或零線(N)相連,另一根金屬棒與接地線(PE)相連接,當(dāng)瞬時過電壓襲來時,間隙被擊穿,把一部分過電壓的電荷引入大地,避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整,結(jié)構(gòu)較簡單,其缺點(diǎn)時滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙,它的滅弧功能較前者為好,它是靠回路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

2、氣體放電管:

它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率,在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的,也有三極型的,

氣體放電管的技術(shù)參數(shù)主要有:直流放電電壓Udc;沖擊放電電壓Up(一般情況下Up≈(2~3)Udc;工頻而授電流In;沖擊而授電流Ip;絕緣電阻R(>109Ω);極間電容(1-5PF)

氣體放電管可在直流和交流條件下使用,其所選用的直流放電電壓Udc分別如下:在直流條件下使用:Udc≥1.8U0(U0為線路正常工作的直流電壓)

在交流條件下使用:U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效值)

3、壓敏電阻:

它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻,當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后,電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好(I=CUα中的非線性系數(shù)α),通流容量大(~2KA/cm2),常態(tài)泄漏電流。10-7~10-6A),殘壓低(取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量),對瞬時過電壓響應(yīng)時間快(~10-8s),無續(xù)流。

壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有:壓敏電壓(即開關(guān)電壓)UN,參考電壓Ulma;殘壓Ures;殘壓比K(K=Ures/UN);最大通流容量Imax;泄漏電流;響應(yīng)時間。

壓敏電阻的使用條件有:壓敏電壓:UN≥[(√2×1.2)/0.7]U0(U0為工頻電源額定電壓)

最小參考電壓:Ulma≥(1.8~2)Uac (直流條件下使用)

Ulma≥(2.2~2.5)Uac(在交流條件下使用,Uac為交流工作電壓)

壓敏電阻的最大參考電壓應(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來確定,應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)備的而損電壓水平,即(Ulma)max≤Ub/K,上式中K為殘壓比,Ub為被保護(hù)設(shè)備的而損電壓。

4、抑制二極管:

抑制二極管具有箝位限壓功能,它是工作在反向擊穿區(qū),由于它具有箝位電壓低和動作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn),特別適合用作多級保護(hù)電路中的最末幾級保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示:I=CUα,上式中α為非線性系數(shù),對于齊納二極管α=7~9,在雪崩二極管α=5~7.

抑制二極管的技術(shù)參數(shù)主要有

①額定擊穿電壓,它是指在指定反向擊穿電流(常為lma)下的擊穿電壓,這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9V~4.7V范圍內(nèi),而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V~200V范圍內(nèi)。

②最大箝位電壓:它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時,其兩端出現(xiàn)的最高電壓。

③脈沖功率:它是指在規(guī)定的電流波形(如10/1000μs)下,管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流等值之積。

④反向變位電壓:它是指管子在反向泄漏區(qū),其兩端所能施加的最大電壓,在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護(hù)電子系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓峰值,也即不能在系統(tǒng)正常運(yùn)行時處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。

⑤最大泄漏電流:它是指在反向變位電壓作用下,管子中流過的最大反向電流。

⑥響應(yīng)時間:10-11s

5、扼流線圈:扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩個尺寸相同,匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上,形成一個四端器件,要對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用,而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(如雷電干擾),而對線路正常傳輸?shù)牟钅P盘枱o影響。

這種扼流線圈在制作時應(yīng)滿足以下要求:

①繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣,以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。

②當(dāng)線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要出現(xiàn)飽和。

③線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣,以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。

④線圈應(yīng)盡可能繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增強(qiáng)線圈對瞬時過電壓的而授能力。

6、1/4波長短路器

1/4波長短路器是根據(jù)雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號電涌保護(hù)器,這種保護(hù)器中的金屬短路棒長度是根據(jù)工作信號頻率(如900MHZ或1800MHZ)的1/4波長的大小來確定的。此并聯(lián)的短路棒長度對于該工作信號頻率來說,其阻抗無窮大,相當(dāng)于開路,不影響該信號的傳輸,但對于雷電波來說,由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下,此短路棒對于雷電波阻抗很小,相當(dāng)于短路,雷電能量級被泄放入地。

由于1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米,因此耐沖擊電流性能好,可達(dá)到30KA(8/20μs)以上,而且殘壓很小,此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的,其不足之處是工頻帶較窄,帶寬約為2%~20%左右,另一個缺點(diǎn)是不能對天饋設(shè)施加直流偏置,使某些應(yīng)用受到限制。

基本電路
電涌保護(hù)器的電路根據(jù)不同需要,有不同的形式,其基本元器件就是上面介紹的幾種,一個技術(shù)精通的防雷產(chǎn)品研究工作者,可設(shè)計出五花八門的電路,好似一盒積木可搭出不同的結(jié)構(gòu)圖案。研制出既有效又性能價格比好的產(chǎn)品,是防雷工作者的重任。
主要參數(shù)
1、標(biāo)稱電壓Un:設(shè)備正常耐受電壓,不動作。與被保護(hù)系統(tǒng)的額定電壓相符,在信息技術(shù)系統(tǒng)中此參數(shù)表明了應(yīng)該選用的保護(hù)器的類型,它標(biāo)出交流或直流電壓的有效值。

2、額定電壓Uc:能長久施加在保護(hù)器的指定端,而不引起保護(hù)器特性變化和激活保護(hù)元件的最大電壓有效值。

3、額定放電電流Isn:也稱標(biāo)稱放電電流In,給保護(hù)器施加波形為8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊10次時,保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。

4、最大放電電流Imax:給保護(hù)器施加波形為8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊1次時,保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。

5、電壓保護(hù)級別Up:保護(hù)器在下列測試中的最大值:1KV/μs斜率的跳火電壓;額定放電電流的殘壓。

6、響應(yīng)時間tA:主要反應(yīng)在保護(hù)器里的特殊保護(hù)元件的動作靈敏度、擊穿時間,在一定時間內(nèi)變化取決于du/dt或di/dt的斜率。

7、數(shù)據(jù)傳輸速率Vs:表示在一秒內(nèi)傳輸多少比特值,單位:bps;是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中正確選用防雷器的參考值,防雷保護(hù)器的數(shù)據(jù)傳輸速率取決于系統(tǒng)的傳輸方式。

8、插入損耗Ae:在給定頻率下保護(hù)器插入前和插入后的電壓比率。

9、回波損耗Ar:表示前沿波在保護(hù)設(shè)備(反射點(diǎn))被反射的比例,是直接衡量保護(hù)設(shè)備同系統(tǒng)阻抗是否兼容的參數(shù)。

10、最大縱向放電電流:指每線對地施加波形為8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊1次時,保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。

11、最大橫向放電電流:指線與線之間施加波形為8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊1次時,保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。

12、在線阻抗:指在標(biāo)稱電壓Un下流經(jīng)保護(hù)器的回路阻抗和感抗的和。通常稱為“系統(tǒng)阻抗”。

13、峰值放電電流:分兩種:額定放電電流Isn和最大放電電流Imax.

14、漏電流:指在75或80標(biāo)稱電壓Un下流經(jīng)保護(hù)器的直流電流。

性能特點(diǎn)
單相一體化電源防雷箱采用共模、差模全保護(hù)模式

單相一體化電源防雷箱采用多級壓敏嵌位并聯(lián)技術(shù)

單相一體化電源防雷箱采用通流量大殘壓低、響應(yīng)時間快

單相一體化電源防雷箱采用帶負(fù)載過流、過熱、失效分離裝置

單相一體化電源防雷箱的

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成,供參考,如有問題請及時溝通、指正。

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