防雷工程培训讲稿

防雷工程培训讲稿内容摘要：

退耦元件进行配合。 为配合目的，使用具有足够电涌承受能力的阻抗作为退耦元件。 电感主要用于电力系统，电感的配合能力，电流陡度 di/dt是起决定性的参数。 电阻主要用于电信系统。 退耦元件既可采用分立元件也可采用各防雷区界面及设备之间电缆的固有电阻及电感实现。 退耦元件可以用分开的装置或经由后续 SPD 之间的电缆的自然阻抗来实现的。 使用触发型 SPD 的配合（没有退耦元件）： 能量配合 也可以使用触发型 SPD 来实现。 它们的电子触发电路可保证后续SPD 的能量承受能力不会超过最大值（ Imax）。 这一种方法不需要退耦元件，也不需要线路的自然阻抗。 两个电压开关型 SPD 间的配合： 对放电间隙之间的配合，必需使用动态工作特性。 借助于 退耦元件来实现配合。 为了使放电间隙 SPD1 着火放电，在放电间隙 SPD2 着火放电后， 退耦元件两端的动态电压降必需高于 放电间隙 SPD1 的着火动作电压。 为确定去耦元件所需量值，可用短路来代替放电间隙 SPD2。 当使用电感作为退耦元件时，所需求的 UDE主要取决于电涌电流的陡度。 因此应考虑电涌电流的波形及陡度确定 退耦元件的量值。 当使用电阻器作为退耦元件时 , 所要求的 UDE 主要取决于电涌电流的峰值。 再选用退耦元件的脉冲波形参数时 ,也应考虑这个量值。 在着 USGI火之后，总能量将按照单个元件的静态电压 /电流特性来细分。 SPD1 USG1I SG1 USG2I SG2 SPD2 电涌 退耦元件 UDE 18 SPD 的特性的制造容差通常都是要考虑的。 再火花隙或气体放电管实例中，冲击陡度是至关重要的。 (3) 电压开关型和限压性 SPD 间的配合： 放电间隙（ SPD1）的着火放电取决于 MOV（ SPD2）两端的残压（ Ures）以及 退耦元件两端（包括连接导线）的动态压降 （ UDE）之和。 在触发放电之前， SPD 间的电压分配如下式 一旦 USG（放电间隙两端的电压）超过放电间隙的动态放电电压时， SPD1着火放电，即： USG≤ Ures+UDE ， 就实现了配合。 这只取决于： (a)MOV 的特性； (b)入侵的电涌的上升速率及幅值； (c)退耦元件的性质（如电感或电阻）。 当用电感作 退耦元件时，必需考虑电涌电流的 上升时间及峰值（如 10/350μ s， 8/20μ s）。 陡度 di/dt 越大，退耦所需的电感就越小。 必需 考虑两种基本情况： (d)放电间隙 SPD1 不出现火花放电（“盲点”）：此时全部的电涌电流流过 MOV（ SPD2）， MOV（ SPD2）必需按这一电涌电流的能量来确定其规格容量，配合才能实现，否则配合就没有实现。 如果用一个电感作退耦元件，那么，最恶劣（最差）的情况能量配合能实现，此时退耦元件的选择就尤为重要。 (e)放电间隙出现火花放电： 放电间隙的放电改变了施加于下游 MOV（ SPD2）的电涌波形。 MOV 中流过的电流的持续时间大大减小了。 当 SPD1 在 MOV（ SPD2）达到其承受最大 能量 之前着火放电，恰当的配合就实现。 (4) 退耦元件电感的确定： (a)SPD1 的 着火放电 取决于它的 着火 电压 USG及 MOV（ SPD2）两端的电压 U2与USG= Ures + UDE = SPD1 USG1I SG1 U2I2 SPD2 电涌 退耦元件 UDE IDE 19 退耦元件两端的电压 UDE之和。 电压 U2取决于电流 i（见 MOV的电压 /电流特性），然而电压 UDE=IDE di/dt 取决于电流陡度。 (b)对 10/350μ s 电涌，电流陡度 di/dt≈ Imax/10μ s取决于 MOV（由它的承受能量 Wmax 确定）可允许的幅值电流 Imax。 因为电压 UDE和 U2是 Imax的函数， SPD1两端的电压也取决于 Imax， Imax越大， SPD1 两端的电压 USG的陡度也就越大。 因而对于这个标准， SPD1 的火花过电压 USPARK通常是用在“在 1KV/μ s 陡度 处的冲击火花 过电压”来描述的。 (c)为了确定低电压电源系统中的退耦元件，最恶劣的情况是出现在 SPD2 短路（ U2=0），因此要求退耦元件两端的电压 UDE尽可能增加到最大值， UDEUSG时 SPD1着火放电； (d)SPD2 是一个残压 U20 的限压型 SPD，它将会在相当大的程度降低所要求的电压 UDE。 这个残压大大高于电源的峰值电压（例如： AC 额定电压 230V，峰值√ 2 230=325V）。 在获得 SPD2 的这个残压的解释中便可指导恰当的确定出退耦元件的大小。 用其它方法确定的值将会超出上述值。 (5) 两个限压型 SPD 间的配合： 不用 退耦元件情况下，两个 SPD 间的能量配合可根据它们在相关电流范围内的静态伏安特性来实现配合。 利用两 SPD 间的线路阻抗实现能量配合是最简单的方法，系统内的总能量随冲击电流的增大而增大。 只要两个 MOV 之中的每一个消耗的能量没有超过自身能承受的能量，能量配合就实现了。 SPD1 U1I2 SPD1 USG1I SG1 USG2I SG2 SPD2 电涌 退耦元件 SPD1 USG1I SG1 USG2I SG2 SPD2 电涌 退耦元件 UresI2 SPD2 电涌 退耦元件 UDE 20 (6) 末级 SPD 与被保护设备间的配合 : 直接安装在被保护设备输入处的 SPD 对设备本身任何一个相关参数，都不得超过被保护设备的耐受能力。 SPD 的电压保护水平必需低于被保护设备的耐冲 击电压能力。 I[A] MOV1 和 MOV2 的 V/I 特性曲线图 106 105 104 103 102 101 102 103 104 105 106 MOV1的 V/I 特性曲线 MOV2 的 V/I 特性曲线 Uref(1mA) MOV1 的最大电涌电流 MOV2 的最大电涌电流 U[V] 103 103 102 102 102 102 SPD1 U1I2 SPD1 USG1I SG1 USG2I SG2 SPD2 电涌 退耦元件 SPD1 USG1I SG1 USG2I SG2 SPD2 电涌 退耦元件 UresI2 SPD2 电涌 退耦元件 UDE 被保护设备 21 (7) 保护系统的基本配合方案 : 所有 SPD 都具有连续的电压 /电流特性 ,SPD 间以及 SPD 与被保护设备间的配合，通常是用它们之间的线路阻抗来实现的。 最后一级 SPD 的电压保护水平必需低于被保护设备的耐冲击电压能力。 所有 SPD 都具有一种连续的电压 /电流特性 (如 MOV 或瞬态抑制二极管 )。 从SPD1至 SPD4 其残压 URES都按阶梯式上升。 SPD1 具有非连续的电压 /电流特性 (如火花隙 )。 后续的 SPD 具有连续的电压 / 电流特性 (如 MOV 或瞬态抑制二极管 ) 所有 SPD都有相同的残压。 用串联阻抗或滤波器作内部配合的多个级联的 SPD 组合在一起，可构成一个双端口 SPD（四端 SPD）。 其内部实施了成功的配合意味着将向下游的 SPD 或设备传送最小的能量。 (8) 根据“容通能量（ LTE）”进行配合的方法： 本配合方法的目标是使 SPD2 的输入值（如放电电流）与 SPD1 的输出值相匹配，（如 I1出 ≤ I2 入 ）。 在多级保护中，应考虑到能够由后级 SPD2 泄放而不致损坏 SPD2 的等效输入混合脉冲，等于或大于前级 SPD1 的等效输出混合脉冲。 (9)安装地点的配合 尽管有了正确的能量配合，如果 SPD 不是安装在防雷区界面和被保护设备上或其附近，则设备的端子上仍可能出现损害。 其原因在于 SPD 与被保护设备间的线路之间可能出现引起振荡，这种振荡可能导致超过 SPD 残压两倍的高电压而损坏设备。 另外还有安装工艺的配合 :材料选测的配合等等。 电源 SPD 能量配合原理分析示意图 (a)浪涌电压小于 SPD4 标称 导通电压时， SPD1 至 SPD4 都不导通，较小的电 SPD1 开关型 SPD2 MOV SPD3 MOV SPD4 MOV LPZ0 LPZ1 LPZ2 LPZ3 a b c d h g f e U11 U13 U12 r1 r2 r3 U21 U23 U22 U31 U33 U32 设备 U41 U43 U42 注：额外多安装 SPD将产生更多的防雷界面，这是在设 计中应避免的。 22 涌电压能量由负载消耗掉。 SPD4 的动态导通电压必须小于负载设备电源端口的冲击耐压安全水平。 (b)浪涌电压大于 SPD4 标称导通电压时（两端的动态）， SPD4 启动，将电涌钳位在负载设备可耐受安全冲击电压范围内。 (c)电涌电压再升高到 Ucde两端动态电压大于 SPD3 的启动电压（ Ucf）时， SPD3启动。 Ucde= Ucd+U41 +U42 +U43 ； Ucf= U31+U32 +U33 应满足 Ucde Ucf 此时 SPD3 导通泄放电涌电流。 (d)电涌电压再升高到 Ubcf两端动态电压大于 SPD2 的启动电压（ Ubg）时， SPD2启动。 Ubcf= Ubc+U31 +U32 +U33 ； Ubg= U21+U22 +U23 应满足 U bcfUbg 此时 SPD2 导通泄放电涌电流。 (e) 电涌电压再升高到 Uabg两端动态电压大于 SPD1 的着火电压（ Uah）时， SPD1着火放电。 U abg= Uab +U21 +U22 +U23 ； Uab = U11+U12 +U13 应满足 U abg Uah。 此时 SPD1 着火泄放电涌电流。 各级泄流的电流应满足不 超过每级 SPD 标称导通电流 In的值；同时末级SPD 两端的动态电压 必须小于负载设备电源端口的冲击耐压安全水平。 安装在一个系统中的所有电源 SPD，包括与被保护设备，它们之间能量配合的实现，是决定保护效率的决定性因数。 3. 信号线路的防护 信息传输线路设置 SPD的原则 (a) 雷击风险评估为 A、 B 等级的电子信息系统，应安装三级信号信号线 SPD进行防护； (b) 风险评估为 C、 D等级的电子信息系统，应安装两级信号信号线 SPD 进行防护。 (c) 程控数字用户交换机信号线路 ,应根据总配线架所连接的中继线 性质选用适配的 SPD。 (d) 其它类型信息传输线路 SPD 的选择，应根据信息设备的工作频率、电压、阻抗特性、传输速率、频带宽度、接口类型选用电压驻波比和插入损耗小的适配的 SPD。 (e) 在信号线路、程控电话线路、 、 DDN、专线等与外界通信的物理链路和计算机网线、双绞线（屏蔽与非屏蔽）、粗缆、细缆，宜选用信号线 SPD进行保护。 (1) 一级安装在总配线架上 ,其标称放电电流 In≥ 5kA（ 8/20μ S 波形） ,标称导通电压 Un≥ ：最大工作电压） ,响应时间≤ 10ns 的浪涌保护器作为信号线路防护。 (2) 二级安装在 modem 前，其标称放电电流 In≥ 3kA（ 8/20μ S 波形） ,标称 23 导通电压 Un≥ （ Uc：最大工作电压） ,响应时间≤ 10ns 的浪涌保护器作为信号线路防护。 (3)三级安装在 modem 后 ,其标称放电电流 In≥ （ 8/20μ S 波形） ,标称导通电压 Un≥ （ Uc：最大工作电压） ,响应时间≤ 10ns 的浪涌保护器作为 信号线路防护。 信号线路 SPD技术参数选择 推荐见 表 、表 ： 表 3,21 信号线路 SPD 标称放电电流参数选择推荐表 保护级 数 防护等级 一级 二级 三级 A 级 ≥ 3kA ≥ 1kA ≥ B 级 ≥ 3kA ≥ 1kA ≥ C 级 ≥ 3kA ≥ 1kA。