电磁兼容技术讲座-雷击浪涌防护设计技术

电磁兼容技术讲座s雷击浪涌防护技术雷击浪涌防护技术主要内容主要内容雷击浪涌防护设计技术&雷电的产生雷电的产生&雷电压雷电压/电流的特性电流的特性&雷电的危害机理雷电的危害机理&雷击浪涌防护设计技术雷击浪涌防护设计技术&案例分析案例分析雷电的产生雷电的产生雷击浪涌防护设计技术雷电的产生雷电的产生雷击浪涌防护设计技术雷电压雷电压/电流的特性电流的特性雷击浪涌防护设计技术uSuS雷电压脉冲波形雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)IEC61000-4-5)雷电压雷电压/电流的特性电流的特性雷击浪涌防护设计技术 8/20 8/20uSuS雷电流脉冲波形雷电流脉冲波形(IEC61000-4-5)IEC61000-4-5)雷电的危害机理雷电的危害机理雷击浪涌防护设计技术保护级别保护级别雷电流峰值雷电流峰值.kAkAI I200200II II150150III-IVIII-IV100100Lit.:IEC 61024-1-1RstE=Rstit举例举例:E E=100 kA =100 kA 1=100 kV 1=100 kV 10/350 10/350 s s波形波形雷击浪涌防护设计技术雷电闪击电压的计算雷电闪击电压的计算100 kA100 kV100 kV100 kV230 V230 V1 雷电击中建筑物引起的破坏性电压反击雷电击中建筑物引起的破坏性电压反击雷击浪涌防护设计技术雷电击中建筑物雷电击中建筑物1 1引起建筑物引起建筑物1 1与与2 2 之间的过电压之间的过电压S341341通信线缆通信线缆i建筑物建筑物1建筑物建筑物2U1几百几百kVi2U20 Vi1雷击浪涌防护设计技术邻近建筑物之间危险的浪涌雷击邻近建筑物之间危险的浪涌雷击几几 100 kA几几 10 kV几几 100 kV几几 kA几几 10 kA几几 10 kV通信通信线缆线缆OV230 V几几 10 kA几几 kAWater/Gas几几10 kA几几 几几 kA几几 几几 kA几几 230V雷击浪涌防护设计技术1010.10.0110-3 10-410-50.10.3131030s mHMa=10ma=3ma=1ma=0,3ma=0,1ma=0,03ma=0,01m环形回路的互感环形回路的互感MM雷击浪涌防护设计技术0.2 ln()saMaHsasa环形回路的过电压计算环形回路的过电压计算 M 4.8 HU=4.8 100=480 kV ikA 100 tsU10m1m10m雷击浪涌防护设计技术在环形回路中引起的感应电压在环形回路中引起的感应电压雷击浪涌防护设计技术400 m信号线电源线100 kA/s300 m15 kV!静电感应产生过电压静电感应产生过电压雷击浪涌防护设计技术架空导线架空导线静电感应产生过电压静电感应产生过电压雷击浪涌防护设计技术设备雷击损坏机理设备雷击损坏机理雷击浪涌防护设计技术q 地电位升的影响地电位升的影响接地阻抗接地阻抗设备设备电源线、信号线电源线、信号线接地系统越完善，接地阻抗越小，地电位升接地系统越完善，接地阻抗越小，地电位升造成的损害就越小。造成的损害就越小。设备雷击损坏机理设备雷击损坏机理雷击浪涌防护设计技术 设备设备电源线、信号线电源线、信号线q 感应雷的影响感应雷的影响设备雷击损坏机理设备雷击损坏机理雷击浪涌防护设计技术q 直击雷的影响直击雷的影响 设备设备电源线、信号线电源线、信号线设备雷击损坏机理设备雷击损坏机理雷击浪涌防护设计技术设备设备电源线、信号线电源线、信号线其它设备其它设备q 其它相连设备的地电位升产生的传导浪涌影响其它相连设备的地电位升产生的传导浪涌影响雷电的危害雷电的危害(小结小结)直击雷或邻近雷击直击雷或邻近雷击:击在外部防雷系统，如保护框架（工业装置上击在外部防雷系统，如保护框架（工业装置上.）电缆上等。）电缆上等。浪涌电流在接地电阻浪涌电流在接地电阻R Rst st上引起电压降。上引起电压降。闭合环路感应产生过电压闭合环路感应产生过电压信息系统信息系统电源系统电源系统L1L2L3PEN20 kVRst2c1a1b12a2b11a1b远处雷击远处雷击:击在远处架空输送线缆上击在远处架空输送线缆上雷云之间的放电通过架空雷云之间的放电通过架空线缆引起感应雷电波及过线缆引起感应雷电波及过电压。电压。在野外在野外,雷电击中通信线缆雷电击中通信线缆2a2b2c雷击浪涌防护设计技术防雷技术防雷技术雷击浪涌防护设计技术雷击防护分区雷击防护分区 Lightning Protection Zone（LPZ）电源系统电源系统信息网络系统信息网络系统电源系统电源系统局部等电位连接局部等电位连接设备屏蔽房间屏蔽基础接地极基础接地极加强筋加强筋防雷等电位连接防雷等电位连接 雷电流雷电流SPDSPD局部等电位连接局部等电位连接过压保护器过压保护器 SPD SPD空调装置空调装置接闪系统接闪系统M摄像机摄像机灯光灯光插座插座“滚球半径滚球半径 20 m 20 m防雷保护区防雷保护区雷击浪涌防护设计技术外部防雷系统外部防雷系统避雷针避雷针下引线下引线接地系统接地系统 h滚球滚球r保护角度保护角度网孔网孔雷击浪涌防护设计技术外部防雷系统外部防雷系统(接闪系统接闪系统,引下线引下线,基础接地极基础接地极)基础接地极基础接地极雷击浪涌防护设计技术防雷分区概念的应用防雷分区概念的应用雷击浪涌防护设计技术LPZ 0ALPZ 0BLPZ 1基站基站建筑物有防雷系统的等电位连接建筑物有防雷系统的等电位连接雷击浪涌防护设计技术线槽线槽天线架天线架基站基站防雷系统防雷系统室室外外天天线线与与电电缆缆的的布布设设Mobilf-englisch.ppt/18.08.00/ESC雷击浪涌防护设计技术进出线缆端口的防雷等电位连接进出线缆端口的防雷等电位连接Z基础接地极基础接地极等电位汇流排等电位汇流排水管水管电源电源外部防雷系统外部防雷系统雷击浪涌防护设计技术设备的等电位保护设备的等电位保护雷击浪涌防护设计技术分级保护分级保护DEHNguardTyp 275DEHNDEHNportBlitzstromableiterDEHNL1L2L3N高能量避雷器高能量避雷器过压保护器过压保护器线缆长度线缆长度 5 5 mm*如果如果PEPE线与主线在同一线缆中线与主线在同一线缆中，则线缆长度要求，则线缆长度要求 15 15 mm雷击浪涌防护设计技术分级保护分级保护退藕器件退藕器件如如:电阻电阻,电感电感,滤波器滤波器等等tutu粗保护粗保护如如:放电管放电管精细保护精细保护如如:齐纳二极管齐纳二极管雷击浪涌防护设计技术雷击浪涌防护器件雷击浪涌防护器件雷击浪涌防护设计技术n 气体放电管气体放电管n 半导体放电管半导体放电管n 压敏电阻压敏电阻n TVS TVSn 防雷模块（防雷模块（SPDSPD）气体放电管气体放电管雷击浪涌防护设计技术 伏安特性伏安特性10mA1mA100mA1A10A100A1kA100200电电 压压(V)电电 流流ABCDEFBCDBCD：辉光放电区辉光放电区A A：直流放电点直流放电点E E：电弧放电点电弧放电点F F：电弧熄灭点电弧熄灭点气体放电管气体放电管雷击浪涌防护设计技术 应用中存在的问题应用中存在的问题 时延时延 续流续流当暂态电压过去后，在被保护电路的电源或信号电压作用当暂态电压过去后，在被保护电路的电源或信号电压作用下，原处于导通状态的放电管不灭弧，仍保持导通状态下，原处于导通状态的放电管不灭弧，仍保持导通状态utufdcufr uufr：实际放电电压气体放电管气体放电管雷击浪涌防护设计技术 优点优点 缺点缺点 极间绝缘电阻大极间绝缘电阻大 极间电容小极间电容小 泄放暂态过电流能力强泄放暂态过电流能力强 时延时延 续流续流 老化老化半导体放电管半导体放电管雷击浪涌防护设计技术 伏安特性伏安特性IBOIHITIPPIDMVBOVDMVIVBRVTIBOIHITIPPIDMVBOVDMVIVBRVT单向半导体放电管单向半导体放电管 双向半导体放电管双向半导体放电管 半导体放电管半导体放电管雷击浪涌防护设计技术 优点优点 缺点缺点 通态电压低通态电压低 动作响应快动作响应快 无老化无老化 通流容量较小通流容量较小 有续流有续流 转折电压较高转折电压较高压敏电阻压敏电阻雷击浪涌防护设计技术 伏安特性伏安特性10-810-610-410-2100102电流电流/A A1041020501002005001000电压电压(V)V)泄漏区泄漏区箝位工作区箝位工作区过载区过载区压敏电阻压敏电阻雷击浪涌防护设计技术 优点优点 缺点缺点 通流容量大通流容量大 动作响应快动作响应快 无续流无续流 极间电容大极间电容大 老化老化瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器雷击浪涌防护设计技术TVSTransient Voltage Suppressor 伏安特性伏安特性+-+-正向正向反向反向正向电压反向电压VRMVbrVcIPPIRM正向电流反向电流TVS雷击浪涌防护设计技术 优点优点 缺点缺点 箝位电压低箝位电压低 动作响应快动作响应快 无续流无续流 无老化无老化 通流容量较小通流容量较小几种保护器件的比较几种保护器件的比较雷击浪涌防护设计技术气体放电管气体放电管压敏电阻压敏电阻TVS泄漏电流泄漏电流无无小小小小续流续流有有无无无无极间电容极间电容小小大大中中响应时间响应时间慢慢(us)较快较快(ns)快快(ps)通流容量通流容量大大(1kA100kA)大大(0.11kA100kA)较小较小(0.1kA1kA)老化现象老化现象有有有有无无箝位电压箝位电压放电电压高放电电压高中等中等低低防雷电路设计防雷电路设计雷击浪涌防护设计技术三级保护电路三级保护电路雷击浪涌防护设计技术输出端输出端输入端输入端VVVttt典型电路分析典型电路分析雷击浪涌防护设计技术 单相交流电源的单级保护电路LM1M2M3PENM1M1、M2M2的型号和参数应一样的型号和参数应一样典型电路分析典型电路分析雷击浪涌防护设计技术 单相交流电源的单级保护电路PELNM1M2M3min(Ufdc)1.2 max(UP)放电管：放电管：压敏电阻：压敏电阻：在电压在电压UP下的电流应小于放电下的电流应小于放电管的熄弧电流值管的熄弧电流值UP：电路最高工作电压峰值：电路最高工作电压峰值典型电路分析典型电路分析雷击浪涌防护设计技术 单相交流电源的两级保护电路LNPEM1M2M3L1L2C1C2M6M4M5C3第一级：泄流第一级：泄流第一级保第一级保护电路护电路第二级保第二级保护电路护电路第二级：箝位第二级：箝位典型电路分析典型电路分析雷击浪涌防护设计技术 信号接口保护电路 保护电路保护电路 保护电路保护电路 发送器发送器 长线长线 接收器接收器减小寄生电感减小寄生电感雷击浪涌防护设计技术 保护器件 保护器件保护器件保护器件 减小寄生电感减小寄生电感雷击浪涌防护设计技术防雷器件安装点 PCB 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击浪涌防护设计技术案例一：电源端口防雷设计案例一：电源端口防雷设计雷击浪涌防护设计技术G1VR2VR3VR1F1F2LNPE保险管的参数必须合理选取，使之不能损保险管的参数必须合理选取，使之不能损坏电路的防雷能力。坏电路的防雷能力。案例一：电源端口防雷设计案例一：电源端口防雷设计雷击浪涌防护设计技术q 器件参数器件参数F1F1、F2F2：型号型号T10AL250VACT10AL250VAC，额定电流额定电流1010A A。VR1VR1、VR2VR2、VR3VR3：型号型号S20K385S20K385，8585环境温度下最大可承受冲击电环境温度下最大可承受冲击电流（流（8/208/20uSuS）10KA10KA。G1G1：型号型号EC600XEC600X，额定通流量额定通流量5 5KAKA，最大通流量最大通流量1010KAKA。模块一模块一F1F1、F2F2：型号型号250250VT8AHVT8AH，额定电流额定电流8 8A A。VR1VR1、VR2VR2、VR3VR3：型号型号S20K420S20K420，8585环境温度下最大可承受冲击电环境温度下最大可承受冲击电流（流（8/208/20uSuS）10KA10KA。G1G1：型号型号R608XAR608XA，额定通流量额定通流量5 5KAKA，最大通流量最大通流量1010KAKA。模块二模块二案例一：电源端口防雷设计案例一：电源端口防雷设计雷击浪涌防护设计技术q 防雷能力防雷能力模块一模块一模块二模块二有保险管，防雷能力小于有保险管，防雷能力小于3KA（8/20us）保险管短接，防雷能力大于保险管短接，防雷能力大于5KA（8/20us）案例一：电源端口防雷设计案例一：电源端口防雷设计雷击浪涌防护设计技术 直流电源保护电路Fuse-48VTVS根据电压拉偏要求（根据电压拉偏要求（EN300132-2EN300132-2），），V-57VV-57V范围内正常工作范围内正常工作，因此单板供电电压的上限值，因此单板供电电压的上限值V VMOMO取为取为5757V V，V VRMRM可在（可在（6363V68VV68V）范围内取值，范围内取值，V VRMRM最大值不超过最大值不超过8080V V。案例二：信号端口的防雷案例二：信号端口的防雷雷击浪涌防护设计技术 E1、T1 接口保护电路案例三：工程防雷案例三：工程防雷雷击浪涌防护设计技术某电信局站某电信局站 该站总共该站总共6 6块用户板，一年半时间共返修块用户板，一年半时间共返修5050余块。余块。电源线和用户线均由架空明线引入，接电源线和用户线均由架空明线引入，接地桩的接地电阻为地桩的接地电阻为33。分析认为这些损坏。分析认为这些损坏是因雷击引起。是因雷击引起。案例三：工程防雷案例三：工程防雷雷击浪涌防护设计技术案例三：工程防雷案例三：工程防雷雷击浪涌防护设计技术案例三：工程防雷案例三：工程防雷雷击浪涌防护设计技术相关设备的接地设计相关设备的接地设计(站站 )配线架配线架ONUONUSDHSDH室内室内室外室外架空用户线架空用户线案例三：工程防雷案例三：工程防雷雷击浪涌防护设计技术 该站开通时间早于站该站开通时间早于站，但雷击故障很少，但雷击故障很少 。该站的电源条件和用户线条件与黄竹站该站的电源条件和用户线条件与黄竹站一样，都是农电和架空明线引入一样，都是农电和架空明线引入 。某电信局站某电信局站 案例三：工程防雷案例三：工程防雷雷击浪涌防护设计技术相关设备的接地设计相关设备的接地设计(站站 )配线架配线架ONUONUSDHSDH室内室内室外室外架空用户线架空用户线雷击浪涌防护设计技术参考文献参考文献&张小青，张小青，建筑物内电子设备的防雷保护建筑物内电子设备的防雷保护，电子工业出版社，电子工业出版社&GB50057GB50057，建筑物内防雷设计规范建筑物内防雷设计规范&YD5098YD5098，通信局（站）防雷与接地工程设计规范，通信局（站）防雷与接地工程设计规范&YD/T993YD/T993，电信终端设备防雷技术要求及试验方法，电信终端设备防雷技术要求及试验方法&YD/T944YD/T944，通信电源设备的防雷技术要求和测试方法，通信电源设备的防雷技术要求和测试方法&，浪涌冲击抗扰性试验，浪涌冲击抗扰性试验雷击浪涌防护设计技术谢谢 谢谢