初探浪涌保护保护原理及工程应用.doc

初探浪涌保护保护原理及工程应用庄严吉林省长春市人，27岁，从事防雷行业6年。大学毕业后直接进入防雷生产企业从事防雷产品设计研发，对防雷产品原理有一定理论性研究；从业期间担任过英国著名防雷品牌FURSE系列防雷产品的全国技术支持，并且在国内知名防雷公司担任项目负责人和项目经理。浪涌（surge）是存在于供电系统中的一种电压/电流的波动现象，形成线路浪涌的原因很多，为防止线路浪涌对设备造成损坏，一般都在线路上采用防浪涌器件。根据保护原理的不同，一般设备采用的防护元件也不同，以下对保护元件的种类和工程安装的保护形式进行了简单的阐述。 ??? 1.? 保护元件种类 ??? 1.1瞬态保护元件主要有以下三种： ??? 1）????????????? 限压型器件； ??? 2）????????????? 开关型器件： ??? 3）????????????? 滤波型器件。 ??? 1.2限压型器件的工作原理 限压型器件主要作用是当线路电压高于系统工作电压时，把线路电压箝位于正常水平上。以氧化锌为例，当工作电流增大时，它将降低其阻抗以保持其电压不变。氧化锌（MOV）和抑制二极管（TVS）这两种产品的共同特点是：无论流经其电流怎样变化，器件两端的电压总是保持不变的。 MOV是由许多颗粒物相互挤压成型的三维结构，任何2个颗粒之间都形成一个半导体结（PN结）半导体结的数量决定了整体器件的耐压等级，而整体器件的尺寸决定其通流量。（氧化锌产品一般从直径/厚度就可以判断其通流能力）MOV同时对大电流的处理非常迅速，但由于产品的不同效果也并非完全理想。抑制二极管（TVS）是由加大了半导体结（PN结）而构成的加强型齐纳管，其工作曲线非常接近理想值，但由于承受的电流相对较小所以一般用做电子设备内部的保护器件。 ????????????????????????????????????????????? 图1.限压型器件的特性曲线 1.3开关型器件的工作原理 开关型器件的工作原理是当器件两端的工作电压达到器件自身的启动电压时，开关器件则迅速导通，并且只要系统能够提供维持其导通的电压，开关型产品将持续保持导通状态。这也是为什么保护间隙存在续流的原因。气体放电管、保护间隙、阶跃二极管都属于这种工作原理。 ??? 气体放电管（GDT）一般是由一对置于充满气体的玻璃管或陶瓷管内的电极组成。气体放电管的工作电压一般可做到90V左右。而且该产品的导通电压反映的是低速脉冲时的特性，当频率增高时，其特性会下降。和气体放电管一样保护间隙也存在同样问题，而且GDT或保护间隙导通后在其两端会存在一定的维持电压，状态接近短路，由于其电流因素这种状态很难自行断开，所以GDT和保护间隙不能单独应用于电力电源系统中，但这类产品的通流能力是非常大的。与之相反的是阶跃二极管（BOD），它是一种半导体开关元件，通流能力非常小，所以应用场合较少。 ????????????????????????????????????????? 图2（电压）开关型产品的特性曲线 ?? 1.4滤波型产品的保护原理 高、低通滤波器和电源滤波器是比较常见的产品。滤波器一般由电感和电容组件构成。原理主要应用了电感和电容在不同频率时的特性，电感器在高频时呈现开路状态，电容器在高频呈现短路状态。 ?? 低通滤波器一般用于电源的射频干扰（RFI）防护。有人认为：既然低通滤波器可以消除高频，而瞬态有包含高频，因此把低通用于防雷保护上。这种做法从原理上似乎成立，但是从工程实际上来说是不成立的。 图3雷电脉冲的频率特性图????????????????? ?? 4滤波器的工作频率特性 一个雷电的脉冲的频率特性如图3，滤波器的工作频率特性如图4；如果我们对脉冲状态下的滤波器进行测试就会发现实际上滤波器使脉冲增大了（图5.1）。那么如何会增大呢？我们可以从频率测试的角度来分析：标准的频率测试，一般是使信号源的内阻与被负载的阻抗匹配一致一般为50/75欧姆，而实际上测试电源的内阻往往小于50/75欧姆， ??????????? ??? 图5测试设备原理图??????????????????? ? ???? 图5.1瞬态脉冲下的滤波器输出 图6实际滤波器的频率特性 而负载的电阻是随意的，有时甚至是开路的。图6显示了实际条件下的频率特性曲线。不难看出，最初测试振荡频率被放大了，这也说明了为什么滤波器会使脉冲更加恶化。另一个问题是由于磁饱和和损坏滤波器内电感器的磁心，使它无法适应脉冲的大电流而导致设备最终的损坏。而如果改变滤波器的部分结构，他还是可以运用在射频系统的雷电防护上的。在射频传防护上，由于雷电脉冲的信号范围小于射频信号的宽度，所以可以采用高通滤波器或者带通滤波器作为射频系统中的防雷器件。 2.防浪