電磁兼容技術(shù)講座-雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù)(非常好)

1、電磁兼容技術(shù)講座s 雷擊浪涌防護(hù)技術(shù)雷擊浪涌防護(hù)技術(shù) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) & 雷電的產(chǎn)生雷電的產(chǎn)生 & 雷電壓雷電壓/ /電流的特性電流的特性 & 雷電的危害機(jī)理雷電的危害機(jī)理 & 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù)雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) & 案例分析案例分析 雷電的產(chǎn)生雷電的產(chǎn)生 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 雷電的產(chǎn)生雷電的產(chǎn)生 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 雷電壓雷電壓/ /電流的特性電流的特性 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 1.2/50 1.2/50uSuS雷電壓脈沖波形雷電壓脈沖波形( (IEC61000-4-5)IEC61000-4-5) 雷電壓雷電壓/ /電流的特性電流的特性 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù)

2、8/20 8/20uSuS雷電流脈沖波形雷電流脈沖波形( (IEC61000-4-5)IEC61000-4-5) 雷電的危害機(jī)理雷電的危害機(jī)理 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 保護(hù)級別保護(hù)級別雷電流峰值雷電流峰值. . kAkA I I200200 II II150150 III - IVIII - IV100100 Lit.: IEC 61024-1-1 Rst E = Rst i t 舉例舉例: : E E = 100 kA = 100 kA 1 = 100 kV 1 = 100 kV 10/350 10/350 s s波形波形 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 雷電閃擊電壓的計算雷電閃擊電壓的計算 100 k

3、A 100 kV 100 kV100 kV230 V 230 V 1 雷電擊中建筑物引起的破壞性電壓反擊雷電擊中建筑物引起的破壞性電壓反擊 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 雷電擊中建筑物雷電擊中建筑物1 1引起建筑物引起建筑物1 1與與2 2 之間的過電壓之間的過電壓 S341341e.ppt / 04.09.97 通信線纜通信線纜 i 建筑物建筑物1 建筑物建筑物 2 U1 幾百幾百kV i2U2 0 V i1 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 鄰近建筑物之間危險的浪涌雷擊鄰近建筑物之間危險的浪涌雷擊 幾幾 100 kA 幾幾 10 kV幾幾 100 kV 幾幾 kA幾幾 10 kA 幾幾 10 kV 通信通信

4、線纜線纜 OV 230 V 幾幾 10 kA幾幾 kA Water / Gas 幾幾10 kA幾幾 幾幾 kA幾幾 幾幾 kA幾幾 230V 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 10 1 0.1 0.01 10-3 10-4 10-5 0.10.3131030 s m H M a = 10m a = 3m a = 1m a = 0,3m a = 0,1m a = 0,03m a = 0,01m 環(huán)形回路的互感環(huán)形回路的互感MM 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 0.2 ln() sa MaH s as a 環(huán)形回路的過電壓計算環(huán)形回路的過電壓計算 M 4.8 H U = 4.8 100 = 480 kV ikA 100

5、 ts U10m 1m 10m 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 在環(huán)形回路中引起的感應(yīng)電壓在環(huán)形回路中引起的感應(yīng)電壓 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 400 m 信號線 電源線 100 kA/s 300 m 15 kV! 靜電感應(yīng)產(chǎn)生過電壓靜電感應(yīng)產(chǎn)生過電壓 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 架空導(dǎo)線架空導(dǎo)線 靜電感應(yīng)產(chǎn)生過電壓靜電感應(yīng)產(chǎn)生過電壓 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 設(shè)備雷擊損壞機(jī)理設(shè)備雷擊損壞機(jī)理 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) q 地電位升的影響地電位升的影響 接地阻抗接地阻抗 設(shè)備設(shè)備 電源線、信號線電源線、信號線 接地系統(tǒng)越完善，接地阻抗越小，地電位升接地系統(tǒng)越完善，接地阻抗越小，地電位升 造成的損害就越小。造成的損害就越小

6、。 設(shè)備雷擊損壞機(jī)理設(shè)備雷擊損壞機(jī)理 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 設(shè)備設(shè)備 電源線、信號線電源線、信號線 q 感應(yīng)雷的影響感應(yīng)雷的影響 設(shè)備雷擊損壞機(jī)理設(shè)備雷擊損壞機(jī)理 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) q 直擊雷的影響直擊雷的影響 設(shè)備設(shè)備 電源線、信號線電源線、信號線 設(shè)備雷擊損壞機(jī)理設(shè)備雷擊損壞機(jī)理 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 設(shè)備設(shè)備 電源線、信號線電源線、信號線 其它設(shè)備其它設(shè)備 q 其它相連設(shè)備的地電位升產(chǎn)生的傳導(dǎo)浪涌影響其它相連設(shè)備的地電位升產(chǎn)生的傳導(dǎo)浪涌影響 雷電的危害雷電的危害(小結(jié)小結(jié)) 直擊雷或鄰近雷擊直擊雷或鄰近雷擊: : 擊在外部防雷系統(tǒng)，如保護(hù)框架（工業(yè)裝置上擊在外部防雷系統(tǒng)，如保護(hù)框架（

7、工業(yè)裝置上. .）電纜上等。）電纜上等。 浪涌電流在接地電阻浪涌電流在接地電阻R Rst st上引起電壓降。上引起電壓降。 閉合環(huán)路感應(yīng)產(chǎn)生過電壓閉合環(huán)路感應(yīng)產(chǎn)生過電壓 信息系統(tǒng)信息系統(tǒng) 電源系統(tǒng)電源系統(tǒng) L1 L2 L3 PEN 20 kV Rst 2c 1a 1b 1 2a 2b 1 1a 1b 遠(yuǎn)處雷擊遠(yuǎn)處雷擊: : 擊在遠(yuǎn)處架空輸送線纜上擊在遠(yuǎn)處架空輸送線纜上 雷云之間的放電通過架空雷云之間的放電通過架空 線纜引起感應(yīng)雷電波及過線纜引起感應(yīng)雷電波及過 電壓。電壓。 在野外在野外, ,雷電擊中通信線纜雷電擊中通信線纜 2a 2b 2c 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 防雷技術(shù)防雷技術(shù) 雷擊浪涌防護(hù)

8、設(shè)計技術(shù) 雷擊防護(hù)分區(qū)雷擊防護(hù)分區(qū) Lightning Protection Zone（LPZ） 電源系統(tǒng)電源系統(tǒng) 信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 電源系統(tǒng)電源系統(tǒng) 局部等電位連接局部等電位連接 設(shè)備屏蔽 房間屏蔽 基礎(chǔ)接地極基礎(chǔ)接地極 加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋 防雷等電位連接防雷等電位連接 雷電流雷電流SPDSPD 局部等電位連接局部等電位連接 過壓保護(hù)器過壓保護(hù)器 SPD SPD 空調(diào)裝置空調(diào)裝置 接閃系統(tǒng)接閃系統(tǒng) M 攝像機(jī)攝像機(jī) 燈光燈光 插座插座 “滾球半徑滾球半徑 20 m 20 m 防雷保護(hù)區(qū)防雷保護(hù)區(qū) 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 外部防雷系統(tǒng)外部防雷系統(tǒng) 避雷針避雷針 下引線下引線 接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)

9、h 滾球滾球 r 保護(hù)角度保護(hù)角度 網(wǎng)孔網(wǎng)孔 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 外部防雷系統(tǒng)外部防雷系統(tǒng) ( (接閃系統(tǒng)接閃系統(tǒng), ,引下線引下線, , 基礎(chǔ)接地極基礎(chǔ)接地極) ) 基礎(chǔ)接地極基礎(chǔ)接地極 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 防雷分區(qū)概念的應(yīng)用防雷分區(qū)概念的應(yīng)用 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) LPZ 0A LPZ 0B LPZ 1 基站基站 建筑物有防雷系統(tǒng)的等電位連接建筑物有防雷系統(tǒng)的等電位連接 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 線槽線槽 天線架天線架 基站基站 防雷系統(tǒng)防雷系統(tǒng) 室室 外外 天天 線線 與與 電電 纜纜 的的 布布 設(shè)設(shè) Mobilf-englisch.ppt / 18.08.00 / ESC 雷擊浪涌防

10、護(hù)設(shè)計技術(shù) 進(jìn)出線纜端口的防雷等電位連接進(jìn)出線纜端口的防雷等電位連接 Z 基礎(chǔ)接地極基礎(chǔ)接地極 等電位匯流排等電位匯流排 水管水管 電源電源 外部防雷系統(tǒng)外部防雷系統(tǒng) 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 設(shè)備的等電位保護(hù)設(shè)備的等電位保護(hù) 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 分級保護(hù)分級保護(hù) DEHNguard Typ 275 DEHN DEHNport Blitzstromableiter DEHN L1 L2 L3 N 高能量避雷器高能量避雷器 過壓保護(hù)器過壓保護(hù)器 線纜長度線纜長度 5 5 mm* * * *如果如果PEPE線與主線在同一線纜中線與主線在同一線纜中 ，則線纜長度要求，則線纜長度要求 15 15 mm

11、雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 分級保護(hù)分級保護(hù) 退藕器件退藕器件 如如: :電阻電阻, ,電感電感, ,濾波器濾波器 等等 t u t u 粗保護(hù)粗保護(hù) 如如: :放電管放電管 精細(xì)保護(hù)精細(xì)保護(hù) 如如: :齊納二極管齊納二極管 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 雷擊浪涌防護(hù)器件雷擊浪涌防護(hù)器件 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) n 氣體放電管氣體放電管 n 半導(dǎo)體放電管半導(dǎo)體放電管 n 壓敏電阻壓敏電阻 n TVS TVS n 防雷模塊（防雷模塊（SPDSPD） 氣體放電管氣體放電管 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 伏安特性伏安特性 10mA 1mA 100mA 1A 10A 100A 1kA 100200 電電 壓壓 (V) 電電

12、流流 A B C D E F BCDBCD：輝光放電區(qū)輝光放電區(qū) A A：直流放電點(diǎn)直流放電點(diǎn) E E：電弧放電點(diǎn)電弧放電點(diǎn) F F：電弧熄滅點(diǎn)電弧熄滅點(diǎn) 氣體放電管氣體放電管 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 應(yīng)用中存在的問題應(yīng)用中存在的問題 時延時延 續(xù)流續(xù)流 當(dāng)暫態(tài)電壓過去后，在被保護(hù)電路的電源或信號電壓作用當(dāng)暫態(tài)電壓過去后，在被保護(hù)電路的電源或信號電壓作用 下，原處于導(dǎo)通狀態(tài)的放電管不滅弧，仍保持導(dǎo)通狀態(tài)下，原處于導(dǎo)通狀態(tài)的放電管不滅弧，仍保持導(dǎo)通狀態(tài) u t ufdc ufr u ufr：實(shí)際放電電壓 氣體放電管氣體放電管 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 極間絕緣電阻大極間絕緣電阻大

13、極間電容小極間電容小 泄放暫態(tài)過電流能力強(qiáng)泄放暫態(tài)過電流能力強(qiáng) 時延時延 續(xù)流續(xù)流 老化老化 半導(dǎo)體放電管半導(dǎo)體放電管 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 伏安特性伏安特性 IBO IH IT IPP IDM VBOVDM V I VBR VT IBO IH IT IPP IDM VBOVDM V I VBR VT 單向半導(dǎo)體放電管單向半導(dǎo)體放電管 雙向半導(dǎo)體放電管雙向半導(dǎo)體放電管 半導(dǎo)體放電管半導(dǎo)體放電管 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 通態(tài)電壓低通態(tài)電壓低 動作響應(yīng)快動作響應(yīng)快 無老化無老化 通流容量較小通流容量較小 有續(xù)流有續(xù)流 轉(zhuǎn)折電壓較高轉(zhuǎn)折電壓較高 壓敏電阻壓敏電阻 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技

14、術(shù) 伏安特性伏安特性 10-810-610-410-2100102 電流電流/ /A A 104 10 20 50 100 200 500 1000 電壓電壓( ( V ) V ) 泄漏區(qū)泄漏區(qū) 箝位工作區(qū)箝位工作區(qū)過載區(qū)過載區(qū) 壓敏電阻壓敏電阻 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 通流容量大通流容量大 動作響應(yīng)快動作響應(yīng)快 無續(xù)流無續(xù)流 極間電容大極間電容大 老化老化 瞬態(tài)電壓抑制器瞬態(tài)電壓抑制器 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) TVSTransient Voltage Suppressor 伏安特性伏安特性 +- +- 正向正向 反向反向 正向電壓 反向電壓 VRMVbrVc IPP IRM

15、正向電流 反向電流 TVS 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 箝位電壓低箝位電壓低 動作響應(yīng)快動作響應(yīng)快 無續(xù)流無續(xù)流 無老化無老化 通流容量較小通流容量較小 幾種保護(hù)器件的比較幾種保護(hù)器件的比較 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 氣體放電管氣體放電管壓敏電阻壓敏電阻TVS 泄漏電流泄漏電流無無小小小小 續(xù)流續(xù)流有有無無無無 極間電容極間電容小小大大中中 響應(yīng)時間響應(yīng)時間慢慢(us)較快較快(ns)快快(ps) 通流容量通流容量大大(1kA100kA)大大(0.11kA100kA)較小較小(0.1kA1kA) 老化現(xiàn)象老化現(xiàn)象有有有有無無 箝位電壓箝位電壓放電電壓高放電電壓高中等中等低低 防雷電路

16、設(shè)計防雷電路設(shè)計 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 三級保護(hù)電路三級保護(hù)電路 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 輸出端輸出端 輸入端輸入端 V V V ttt 典型電路分析典型電路分析 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 單相交流電源的單級保護(hù)電路 L M1 M2 M3 PE N M1M1、M2M2的型號和參數(shù)應(yīng)一樣的型號和參數(shù)應(yīng)一樣 典型電路分析典型電路分析 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 單相交流電源的單級保護(hù)電路 PE L N M1M2 M3 min ( Ufdc ) 1.2 max (UP) 放電管：放電管： 壓敏電阻：壓敏電阻： 在電壓在電壓UP下的電流應(yīng)小于放電下的電流應(yīng)小于放電 管的熄弧電流值管的熄弧電流值 UP：電路最高工作

17、電壓峰值：電路最高工作電壓峰值 典型電路分析典型電路分析 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 單相交流電源的兩級保護(hù)電路 L N PE M1 M2M3 L1 L2 C1 C2 M6 M4 M5 C3 第一級：泄流第一級：泄流 第一級保第一級保 護(hù)電路護(hù)電路 第二級保第二級保 護(hù)電路護(hù)電路 第二級：箝位第二級：箝位 典型電路分析典型電路分析 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 信號接口保護(hù)電路 保護(hù)電路保護(hù)電路 保護(hù)電路保護(hù)電路 發(fā)送器發(fā)送器 長線長線 接收器接收器 減小寄生電感減小寄生電感 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 保護(hù)器件 保護(hù)器件 保護(hù)器件 保護(hù)器件 減小寄生電感減小寄生電感 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 防雷器件 安裝點(diǎn) PC

18、B PCB板上防雷器件的布局板上防雷器件的布局 案例分析案例分析 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 案例一：電源端口防雷設(shè)計案例一：電源端口防雷設(shè)計 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) G1 VR2 VR3 VR1 F1 F2 L N PE 保險管的參數(shù)必須合理選取，使之不能損保險管的參數(shù)必須合理選取，使之不能損 壞電路的防雷能力。壞電路的防雷能力。 案例一：電源端口防雷設(shè)計案例一：電源端口防雷設(shè)計 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) q 器件參數(shù)器件參數(shù) F1F1、F2F2：型號型號T10AL250VACT10AL250VAC，額定電流額定電流1010A A。 VR1VR1、VR2VR2、VR3VR3：型號型號S20K385S20

19、K385，8585環(huán)境溫度下最大可承受沖擊電環(huán)境溫度下最大可承受沖擊電 流（流（8/208/20uSuS）10KA10KA。 G1G1：型號型號EC600XEC600X，額定通流量額定通流量5 5KAKA，最大通流量最大通流量1010KAKA。 模塊一模塊一 F1F1、F2F2：型號型號250250VT8AHVT8AH，額定電流額定電流8 8A A。 VR1VR1、VR2VR2、VR3VR3：型號型號S20K420S20K420，8585環(huán)境溫度下最大可承受沖擊電環(huán)境溫度下最大可承受沖擊電 流（流（8/208/20uSuS）10KA10KA。 G1G1：型號型號R608XAR608XA，額定通

20、流量額定通流量5 5KAKA，最大通流量最大通流量1010KAKA。 模塊二模塊二 案例一：電源端口防雷設(shè)計案例一：電源端口防雷設(shè)計 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) q 防雷能力防雷能力 模塊一模塊一 模塊二模塊二 有保險管，防雷能力小于有保險管，防雷能力小于3KA（8/20us） 保險管短接，防雷能力大于保險管短接，防雷能力大于5KA（8/20us） 案例一：電源端口防雷設(shè)計案例一：電源端口防雷設(shè)計 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 直流電源保護(hù)電路 Fuse -48V TVS 根據(jù)電壓拉偏要求（根據(jù)電壓拉偏要求（EN300132-2EN300132-2），），設(shè)備應(yīng)在設(shè)備應(yīng)在-40.5-40.5V-57VV-5

21、7V 范圍內(nèi)正常工作，因此單板供電電壓的上限值范圍內(nèi)正常工作，因此單板供電電壓的上限值V VMO MO取為 取為5757V V， V VRM RM可在（ 可在（6363V68VV68V）范圍內(nèi)取值，范圍內(nèi)取值，V VRM RM最大值不超過 最大值不超過8080V V。 案例二：信號端口的防雷案例二：信號端口的防雷 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) E1 、 T1 接 口 保 護(hù) 電 路 案例三：工程防雷案例三：工程防雷 雷擊浪涌防護(hù)設(shè)計技術(shù) 某電信局站某電信局站 該站總共該站總共6 6塊用戶板，一年半時間共返修塊用戶板，一年半時間共返修 5050余塊。余塊。 電源線和用戶線均由架空明線引入，接電源線和用戶線均由架空明線引入，接 地樁的接地電阻為地樁的接地電阻為33。分析認(rèn)為這些損壞。分析認(rèn)為這些損壞 是因雷擊引起。是因雷擊引起。 案例三：工程防雷案