雷電脈沖防護設(shè)計

雷電脈沖防護設(shè)計摘要本文主要主要介紹雷電脈沖災(zāi)害產(chǎn)生的原因，分析雷電脈沖的入侵途徑，通過電磁兼容理論獲得解決雷電脈沖的設(shè)計思路。一、 雷電脈沖防護概況電子器件的集成化和超大規(guī)模集成化及新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展都為信息時代的主導(dǎo)技術(shù)支撐產(chǎn)品一一計算機通信技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動和促進作用，但另一方面，這些微電子儀器設(shè)備普遍存在著絕緣強度低，過電壓耐受能力差等致命弱點，一旦遭受雷擊過壓的沖擊，輕則造成這些電子系統(tǒng)的運行中斷，設(shè)備永久性損壞，重的是這些系統(tǒng)所承負(fù)的那些須實時運行的后續(xù)工作的中斷癱瘓所造成的不可估量的直接與間接的巨大經(jīng)濟損失和影響。二、 雷電脈沖入侵途徑雷擊引起的上萬伏的過電壓（過電流）及極強的交變電磁場是損壞樓內(nèi)弱電設(shè)備的主要原因，交變電磁場的瞬即變化是吸引雷電入侵的最佳渠道。其中入侵渠道可以大致分為3種：1、配電線路引入雷電：配電線路（對10KV線路，高壓MOV的殘壓很高，弱電設(shè)備受此高壓都會損壞，變壓器有一定的隔離和衰減作用，但還有相當(dāng)大的剩余雷電會傳到后續(xù)設(shè)備。）產(chǎn)生過電壓后，該過電壓直接傳到弱電子設(shè)備，并將設(shè)備損壞，一般是將設(shè)備的電源部分損壞。2、通信控制線路引入雷電：通信控制線路（通信控制線路一般有數(shù)據(jù)專線、網(wǎng)絡(luò)線、數(shù)據(jù)控制線和視頻線等）感應(yīng)雷電后，雷電也直接傳到設(shè)備，并將設(shè)備損壞，一般是將設(shè)備的通信口損壞，與供電路線上產(chǎn)生雷電流的情況相似，一般來講，通信線路上的雷電流比供電線路上的雷電流要小。3、金屬管道、電纜引入雷電：架空和直接埋地的金屬管道、電纜的進出線等也是雷電引入的又一途徑。通常是由于雷擊靜電感應(yīng)引起或因暫太高電位/過電壓通過線路耦合，造成管道和電纜線路毀壞。三、雷電防護設(shè)計雷電入侵的防范措施：針對上述分析，電子信息系統(tǒng)從電磁兼容角度防止雷擊電磁脈沖，從電磁干擾三要素一干擾源、偶和途徑、敏感設(shè)備入手，采取有效的防護措施，主要有屏蔽、濾波、接地和合理布線等綜合防護措施。1、屏蔽屏蔽是減少電磁脈沖干擾的基本措施。屏蔽體可做成板式、網(wǎng)狀式以及金屬編織帶式等，利用低電阻的導(dǎo)體材料對電磁能流具有反射和引導(dǎo)作用，在內(nèi)部產(chǎn)生與源電磁場相反的電流和磁極化，從而減弱源電磁場的輻射效果。金屬材料的電磁屏蔽效果為對電磁波的反射損耗、吸收損耗和電磁波在屏蔽材料內(nèi)部多次反射損耗之和。銀、銅、鋁等相對電導(dǎo)率大，利用屏蔽體表面所產(chǎn)生渦流的反磁場來達(dá)到屏蔽目的，以反射損耗為主鐵和鐵鎳合金等相對磁導(dǎo)率大，鐵磁材料的高導(dǎo)磁率對干擾磁場進行分路，以吸收損耗為主。一般情況下，材料的導(dǎo)電性越好，屏蔽效果越好隨著頻率升高，電磁波穿透力增強，屏蔽效果下降。防止雷擊電磁脈沖干擾，應(yīng)采取以下屏蔽措施：⑴利用建筑物內(nèi)現(xiàn)存金屬部件,形成初級自然屏蔽體。⑵信號線和低壓電源線應(yīng)采用屏蔽電纜或穿鐵管加以屏蔽遠(yuǎn)離外墻結(jié)構(gòu)柱，進人建筑物就近等電位連接。⑶利用良導(dǎo)體和高磁導(dǎo)率的鍍鋅鋼作為屏蔽體，具有良好的屏蔽效能。⑷采用截止波導(dǎo)技術(shù)處理屏蔽體的孔洞。⑸使用電磁密封襯墊和增加金屬搭接面處理屏蔽體的縫隙。2、濾波濾波技術(shù)是抑制電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)電磁干擾，提高自身抗擾度，原理是壓縮信號回路騷擾頻譜，用濾波器將無用的騷擾頻譜成分濾除。電源的頻率很低（50Hz或直流），雷電暫態(tài)過電壓波形的頻譜中含有豐富的高頻，其不可忽略的頻率一般在1~10MHz。在電源和電子設(shè)備之間接人含有壓敏電阻的低通濾波器，對雷電暫態(tài)過電壓波中的高頻分量進行衰減，同時能夠泄流限壓,保護電源系統(tǒng)和電子設(shè)備。防止雷擊電磁脈沖引起共模和差模形式的傳導(dǎo)電磁干擾，電源線濾波器應(yīng)采取以下措施：⑴設(shè)備內(nèi)未濾波的電源線路盡可能短，遠(yuǎn)離濾波引線，防止再禍合。⑵防止高頻輸人和輸出的寄生電容干擾，濾波應(yīng)優(yōu)化布置。⑶避免電源引線和信號邏輯電纜間的藕合。⑷對敏感設(shè)備采用合適的RF扼流圈和旁路電容。3、 接地接地主要是防止電磁干擾，消除公共阻抗的禍合，保障人身和設(shè)備的安全。在電子信息系統(tǒng)中，為了整個電子電路有一個公共的零電位基準(zhǔn)面，給高頻干擾信號提供公共低阻抗通路，發(fā)揮屏蔽措施良好效能，采用有效的電子設(shè)備接地。電子設(shè)備頻率＜1MHz,避免形成地線回路，防止通過地線回路的電流傳播，可采用一點接地方式;頻率＞10MHz，減少接地線的寄生電感,可采用多點接地方式，但設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部地線回路增多，大信號電路可能通過地線回路電流影響小信號電路，造成干擾頻率在1~10MHz,可采用混合接地。在許多情況下，為了防止電子設(shè)備外殼上的干擾電流直接藕合到電子設(shè)備電路上，將外殼接地，將其中的電子電路浮地。4、 合理布線合理布線已經(jīng)成為減少電磁干擾的有效途徑，基本思想是使感受器和干擾源盡可能遠(yuǎn)離、輸出和輸人端口妥善分離和防護、電源線和信號線互不干擾敷設(shè)，通過合理布線減少雷擊電磁脈沖對電子信息系統(tǒng)和設(shè)備的電磁干擾。增加導(dǎo)線抗擾性，防止導(dǎo)線產(chǎn)生電容性和電感性禍合，應(yīng)采取以下措施:⑴導(dǎo)線長度要短、間距要大、避免平行走線。⑵減少導(dǎo)線形成回路面積，對干擾對象和干擾源電磁屏蔽，抑制電磁場藕合。⑶布線避免靠近用作引下線的柱筋，減少感應(yīng)范圍。⑷采用多條并聯(lián)泄放暫態(tài)雷電流的路徑。⑸所有低壓電源線和信號線都采用屏蔽措施。參考文獻【1】邱楊田錦《電磁兼容設(shè)計》【2】邊登程，周鑫雷電防護中的電磁設(shè)計［期刊論文］-1002-252X(2008)增刊