防雷技术与科学-06 第六章.ppt

第 六 章 低压电气系统 电子设备的电涌保护 6.1 概 述 输配电线路上线路电压变化从数千伏到百万伏。 电涌保护器(SPDs)有很多种叫法，包括：避雷器、浪涌保护器、雷电保护器。 它们(SPDs)的作用机理是限制雷电发生瞬间感应产生的高电压，并把浪涌电流泄放掉，以实现保护电力或电子设备不被损坏的目的。 避雷器是用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的一种电气设备。 避雷器的保护原理与避雷针不同，它实质上是一种放电器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器即先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其他电气设备免遭击穿损坏。 在公共输电线路和一些用电设备上，SPD会被用于抑制由于雷电感应产生高压的导体与邻近低压导体间的击穿(电击穿)。 SPD也用于防止一些非雷电原因造成的瞬间高电压和电流，例如空调电机开、关的瞬间，发电厂接入和断开负载时形成的“操作过电压”导致的在公用设施中的干扰。 电动机和变压器在线路间断的开启转换，导致的瞬间过电压特别容易损坏与之联系紧密的低压电气电子设备。 一种基本的电子设备雷电保护系统 一种基本的电子设备雷电保护系统 电路电阻被看做是一个电阻模块在图中用Z1表示，分流电路电阻在图中用Z2表示，用于分流不希望要的瞬态干扰。 Z1可以是一个电阻器，或者是一个线圈(当瞬态干扰的频率超过信号频率值时)，或者看成是一个电容器(当瞬态干扰的频率低于信号频率值时)，Z2通常情况下是SPD，或者是一种电路，与Z1一起组成一种高通或低通滤波器。 一种基本的电子设备雷电保护系统 在正常的工作条件下(没有瞬态干扰)， Z1 应该可以看成是一个小电路，或者是一个低阻抗被保护电路(其阻抗小到可以忽略不计)，对应于被保护电路而言，Z2应该可以看做是一个并联在电路中呈开路或者高电阻状态(电路正常工作状态下，对电路没有影响)。 如果是在不正常的操作情况下，过电压保护设备会造成信号的失真。把SPD并联在电路Z2的位置上，可以视为在那里安装一个电容器的效果，在高频的时候表现为一个低电阻(电容的阻抗与丁作频率成反比列关系)，这会减小正常信号的振幅并引起失真。 6.2 瞬态雷电流的幅值和波形 保护电路必须考虑到雷电瞬态波的预期波形和最大幅值。通信电缆和公共输电线路的防雷设计都需要考虑雷电流波形。 雷电流波形的确定标准由雷电防护系统决定；然而，有些时候雷电造成的冲击电压波形标准是非标准的，特别是当雷电发生在很近的范围内的时候。 （1）10／1000μs波形的雷电流 通信电缆一般都与电力电缆铺设在不同的位置，通信电缆一般都设置在配电线的下方，通常还会有屏蔽层包裹着。 预期最严重的情况下，雷电击中暴露在外面的电话线上产生过电压的过程中，在开始的10μs内达到最大伏特值，并在随后的1000μs内减小到最大伏特值一半。这种类型的瞬时冲击叫做10／1000μs波形的雷电流。然而这种波形不是雷电流的典型波形，而是为了测试信息系统的雷电防护效果，综合了各种最坏的情况而形成的一种特殊波形。 图示（1）是10／1000μs波形的前60μs的一段，10／1000μs波形是建立在很多标准的数据的基础上的，与10／700μs波形有很多的形似之处。 一种气体放电管避雷器在10／1000μs波形的雷电流的冲击下能通过500A的电流。在其他标准中以峰值电压、峰值电流区分雷电流的是1500V／40A，800V／100A，1500V／200A。 在研究家用电子钟的电机的故障时(1970)发现对绝缘水平是6000 V的电机故障的几率是绝缘水平为2000 V的电机的1％。 在工频为60 Hz， 120 V的供电线路中，出现6000 V瞬态高电压的几率很小，出现2000 V的瞬态高电压的几率会大很多。 由于家用电器导线以及与其他金属器件的间隔使得机壳与电路板之间的绝缘水平为5000到10000V之间，因此，不要指望在建筑物内观察到更高级别的瞬态干扰电压，这是因为这些绝缘薄弱点发生击穿( 这些位置起了气体火花间隙阵列的作用 )。 在其他有关建筑物内供电线路的瞬态干扰的研究中发现，大部分记录到的120 V供电线路上的瞬态干扰电压值在数百伏之内，300～2000V的最多只占1％。 当在建筑物附近数百米范围内发生闪电时，120 V供电线路上出现