雷电浪涌和内部浪涌的防护

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,雷电浪涌和内部浪涌的防护,航天科工深圳集团东方华创投资有限公司,一、浪涌对电气电子设备的危害应引起重视,年来，随我国现代化程度的提高，电子系统向网络化、,智能化迅猛发展，而电子器件,普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、,对电磁干扰敏感等弱点，一旦受到直接雷击,或其附近区域发生雷击，雷电过电压、过电流和脉冲电,磁场会通过供电线、仪表信号线、电缆汇线槽、,穿线管等途径到达电子设备，威胁电子设备的正常工作,和安全运行。如果防护不当，轻则使仪表设备工作失灵，,重则使仪表设备永久性损坏，严重时还可能造成人员,伤亡、 生产事故。因此，现代电子系统的设计,必须高度,重视,防雷,浪涌和内部浪涌的防护,。,什么是,“,浪涌,”,?,电气线路上出现的短暂电压突然升高现象,.,什么是,“,浪涌,”,?,这种现象通常只持续几纳秒至几毫秒,.,.000000001 秒,什么是,“,浪涌,”,?,浪涌出现时的电压和电流值超过正常值两倍以上,.,0 伏,220 伏, 500 伏,瞬间浪涌的波形,?,脉冲型浪涌,根据,IEEE,的定义, 这种浪涌的电压在几微秒里从几百伏至2万伏,振荡型浪涌,根据,IEEE,的定义, 这种浪涌的电压值在几微秒至几毫秒内从几百伏至6000伏,瞬间浪涌的波形,?,浪涌的来源,用电线路出现 “浪涌”或“尖刺”的原因,既可以来自外部，也可以来自于内部。,信息来源：,美国通用电气公司,，电路保护技术期刊：,Current Scene,主要来源,:,外部,主要是雷击,内部,用电设备的开关等,主要是指配电、微电子设备的运行所引起的电压瞬变、凹陷、尖峰、高次谐波等,据统计：内部浪涌占整个浪涌的,80%,。,外部,20%,内部,80%,外部,20%,内部,80%,二、雷电,1,、直击雷，雷电击在避雷针、避雷带及建筑物或炼油塔的某部位。,2,、雷电电磁辐射；雷击点强大的磁场向四周辐射,3,、雷电流在电源和信号线上的分流；,4,、雷电感应：雷电流从引下线泄放过程中在周围形成强大的交变磁场，处于磁场内的金属导体上产生感应电压。,5,、雷击部位形成的局部高电位,6,、雷电部侵入,雷电侵入的路径,通信线,附近或几公里以外的直接雷击,浪涌在电力导体、地和通信线间产生几千伏的电压差,雷电：直接雷击,电源、数据线,Building metal work,雷电击中从地面感应到电流的物体,雷电释放电流,电磁场,感应电流,雷电：感应耦合,雷击即便没有直接击中建筑物，也会对建筑物内的微电子设备造成损坏，因为只要雷击中心点发生在距建筑物半径,Km,范围内，在此范围内的空间里就会产生极强的电磁场，所有从这个电磁场中穿越的供电线路，网络和信号线路等，都会因电磁感应而在线路上产生一个浪涌电压，并沿着线路进入大楼内的设备输入端口，从而将电子设备摧毁,2KM,邻近的雷电击中地,建筑物间由电缆连接,浪涌电流沿着电缆侵入设备端口,雷电：地电势上升,0,地电势,雷击点的距离,80,kV,200,kV,10,kV,电缆两头的地可能有几十千伏的电势差,雷电波侵入,直接雷击击中电力线路或引下线疏导雷电流时，在电力线路上会产生雷击过电压并在电力线缆周围产生强大的电磁脉冲，凡是在此电磁脉冲范围内的各种电力、信号及控制线路都会感应出过电压，这部分过电压将会沿各种线路传输到后端的设备，从而引起设备的误动作或损坏。,三、内部浪涌,内部浪涌的来源数据分析,信息来源：,美国通用电气公司,，电路保护技术期刊：,Current Scene,主要来源,:,内部,用电设备的开关等,主要是指配电、微电子设备的运行所引起的电压瞬变、凹陷、尖峰、高次谐波等,据统计：内部浪涌占整个浪涌的,80%,。,外部,20%,内部,80%,约有,80,浪涌是来自于客户内部的电网,浪涌的内因,用电设备,用电设备,浪涌的内因,电气线路干扰比例分析,结论,:,在所有的有害线路干扰中，有近,90%,是由于瞬变现象所造成。,11.5%,39.5%,49.0%,88.5%,电压不足,/,过高,:,电力中断：,11%,0.5%,脉冲式瞬变,（尖刺）,振荡衰减式瞬变,内部浪涌现象,每周期只产生,2,个浪涌,变频驱动器,每小时,产生,432,000,浪涌,如何知道您的供电系统存在浪涌,?,您碰到过,“,电压波动吗,?,”,220,225,235,215,210,198,如何知道您的供电系统存在浪涌,?,在正常工作情况下，您的机器设备会启动和停止吗,?,如何知道您的供电系统存在浪涌,?,您的设备是否出现无理由的复位,?,如何知道您的供电系统存在浪涌,?,您和其他公司的供电系统是否由同一输电线馈电,?,如何知道您的供电系统存在浪涌,?,您有空调、压缩机、泵或马达吗,?,内部浪涌对设备的危害,1.,降低器件寿命,2.,直接损坏设备,3.,停机待产,“,由于近日雷电影响，机荷高速各收费口出现大面积停机，导致交通堵塞。,”,深圳特区报,6,月,14,日头版,美国空军,美国通用电机,“,受供电质量和瞬变影响，我们在珠三角区的激光设备平均每月要维修,10,台，每更换一块单板需要,30,万元，停机损失每天,2,万元,”,德国某厂商华南服务经理姚先生,内部浪涌是怎样损坏无防护的设备的,?,正常电流,引起内部到地的短路和燃烧,无电流到地,X,X,X,X,X,X,X,X,X,X,X,X,X,将器件的绝缘层最薄弱处打穿,内部浪涌的危害：多次过零,改变逻辑特性,四、雷电浪涌和内部浪涌的防护,（一）等电位连接,为了消除雷电瞬态电流路径与金属物体之间的击穿放电，可以将所有现场仪表的所有金属外壳、构架、生产装置的金属设备、设施、仪表控制室内的设备、组件和元件的金属外壳、金属设施连接在一起，并且与仪表控制室的防雷接地系统相连接，形成完善的等电位连接。,电话,电源,信息线,水管,暖气,天然气,配电箱,空调管,PE,暖气片,（二）屏蔽,1,、建筑物或房间外部屏蔽：,用钢筋和金属框架构成的大,空间屏蔽,2,、线路屏蔽,（,1,）采用屏蔽电缆时，其屏蔽层应至少在两端并易在防雷区交界处做等电位连接。当系统要求只在一端做等电位连接时，应采用双层屏蔽，外层屏蔽按上述要求处理。,双屏蔽,单屏蔽,（三）合理布线,（四）接地,（五）安装（,SPD),浪涌保护器,SPD,SPD,器件导通,对浪涌呈现低阻抗,浪涌能量转化为,热,并散发,浪涌抑制器如何保护设备,并联型浪涌抑制器,(,正确接法,),电源,负载设备,SPD,6,000,V,理想目标,450,V TSN,100 V ATN,短于6 英寸的连线,串联型浪涌抑制器的接法,电源,负载设备,6,000,V,理想目标,100,V ATN,450 V TSN,SPD,没有连线长度问题,电源系统的浪涌保护,应设置分级防护,电源线路电涌保护器标称电流参数,信息系统浪涌保护,信息系统浪涌保护器分：,网络信号浪涌保护器,监控信号浪涌保护器,天馈信号浪涌保护器,ECS,产品性能介绍,SineTamer,产品家族,ST-SPT,型（,B,、,A,区）,LA,或,RM,型（,B,、,C,区）,ST,型（,B,、,C,区）,ITD,型,产品主要性能,1,、响应速度小于,1,纳秒，快速吸收浪涌。,2,、专利的正旋波,RON,跟踪滤波算法，精确过滤浪涌。,3,、真正的十模保护，阻断浪涌所有可能通路，洁净用电环境。,4,、混合多元及热、电双保险熔断设计，造就数年免维护的卓越品质。,5,、完善的电脱扣与热脱扣相结合的故障保护，确保运行安全。,6,、独一无二的化学封装专利技术，保障器件持久的可靠性能。,7,、产品外壳采用,NEMA4,标准，防水、防火、防爆、防盐雾。,8,、长达,10-25,年的免费更换承诺，解除客户的后顾之忧。,9,、产品免维护设计理念，一体化设计为客户省去日后工作维护的烦恼。,(,一,),、纳秒级的响应速度,快速吸收和输导浪涌,只有纳秒级的反应速度才能对所有的浪涌进行有效抑制,（二）,. ORN,滤波,方式,安装,TVSS,之后对“赃电”的清洁效果,MOV Clamping Voltage,增强型滤波器,赃电,（三）、 全模保护,全模（,10,模）保护设计,全通路防护,10,模,7,模,4,模,火线,火线,火线,零线,地线,火线,火线,火线,零线,地线,（四）,.,多元件矩阵,实现全模保护的混合矩阵,地线,零线,火线,3,火线,2,火线,1,低阻抗总线,Active Tracking Network (ATN) Filter,能承受高强度浪涌电流的总线,浪涌抑制元件,独一无二的专利技术,（五）,.,故障保护,在设计上和浪涌保护元件实现合理配合，熔丝的电流承受能力和浪涌保护器的最大电流承受能力相同；,任何单点故障不会对整个保护器的正常运行造成影响；,Bus,ECS,产品：元件级,-,内部每个元件均配备,热脱扣和电脱扣保护装置,故障保护的等级分析,（六）、独有的化学封装技术，器件性能不降解,快速吸热（防晒霜效应），造就弱接地要求,改传统泄流式防雷为吸热式防雷,帮助,MOV,防潮，确保性能多年不降解，防水、防潮、防盐雾,紧固内部器件，实现,360,度安装,免 维 护,（七）其他免维护设计理验,浪涌记数,遥讯（,C,型干触点）,声光告警,免 维 护,项目,Sinetamer,产品,其他产品,备注,1.,对外过电压防护能力,通流能力最大可达,300KA,以上,通流能力最大为,100KA,Sinetamer,产品比其他产品通流能力大，有更长的产品使用寿命和更强的耐受雷电流冲击的能力,2.,对内部过电压防护能力,具有正弦波跟踪能力和限压限幅功能，消解部分内部浪涌，抑制高次谐波，降低能耗,无正弦波跟踪，不能抑制高次谐波等电力污染,Tinetamer,产品与其他产品相比，不但能防止雷电脉冲的大电流冲击，还能精确的消除内部浪涌、尖冲、凹陷、高次谐波等电力污染，提高能效。,而其他产品只有防雷作用，不能有效抑制内部电力污染,3.,残压,在,20KA,电流冲击下，残压为,1.3KV,在,20KA,电流冲击下，残压为,1.7KV,Sinetamer,产品比其他产品的残压要低很多，提高了对设备的保护水平,4.,保护模式,十模保护，具有,“,三个,L-L,、三个,L-N,、三个,L-PE,、一个,N-PE,”,保护模式,四模保护，仅具有,“,三个,L-N,、一个,N-PE,”,保护模式,Sinetamer,产品比其他产品增加了浪涌的泄放途径、有效降低残压，能更精确的消除内部浪涌，延长保护器使用寿命,ECS,产品,和其他产品的比较,5.,内部封装,内部采用化学封装技术,内部无化学封装,Sinetamer,产品与其他产品相比，通过专利的化学封装不仅将各元件固定封装在电路板上，而且有利于吸收浪涌所产生的热能，提高元器件的性能，延长元器件的使用寿命，具有防火、防爆、防尘、防水等功能。,6.,响应时间,1ns,一般在,25 ns,Sinetamer,产品比其他产品响应时间快，避免因设备来不及动作而出现死机等现象，能够精确过滤高次谐波，而其他产品因反应时间慢，无法过滤高次谐波等内部浪涌,7.,质保期,10-20,年,1-3,年,Sinetamer,产品能提供更长时间的品质保证,8.,外形设计,一体化箱体,多为模块式,Sinetamer,产品箱体化设计安全可靠 安装方便；箱体具有防火、防潮、防爆功能；而其他产品的模块式外形设计则可靠性低，是为经常更换而设计,9.,相关认证,UL1449,、,ISO9001,、,CE,等认证；执行,IEEE C62.41,等防止内部和外部浪涌的相关标准,一般无,UL,认证，执行,IEC,有关防止外部浪涌的相关标准,Sinetamer,产品通过了目前世界上最为严格的,UL,认证，并且执行针对内部和外部浪涌防护最为全面的标准,（八）、典型案例和使用效果,减 少 停 机 时 间,降 低 维 修 费 用,延 长 设 备 寿 命,保 障 系 统 安 全,安装浪涌抑制器前后客户变频设备维修费用一览,安装,TVSS,之前,21,个变频控制设备的维修费用,安装,TVSS,之后,21,个变频控制设备的维修费用,雪铁龙案例,客户变频设备采用常规压敏电阻和,SinetamerSPD,产品效果对比,采用压敏电阻的,5,台变频设备,历时一年的维修费用,采用,SPD,的,5,台变频设备,历时一年的维修费用,案例分析：,Mobil,石油公司,结论,：,采用,Sinetamer,SPD,的变频设备的维修费用之相当于前者的三分之一,安装,Sinetamer,方案后,MTBF,的改善,Annual Pre-Install Maintenance:$7,814,718,TVSS Installed Cost: $2,679,350,Annual Post-Install Maintenance:$2,865,107,Yearly Maintenance Savings:,$4,949,611,Payback Period in Years:,0.54,实例一,南京某军校实验室,时间：,2008,年,7,月,22,日 地点： 南京某军校实验室,故障现象：,1,、直流供电电路中无名噪声（电磁脉冲）严重，无法消除；,2,、系统进行通信连接时频繁死机。,试验方案：,1,、在电脑直流供电电路中串接,ECS SPD1(,型号：,ST-ICPS-5DC-3),2,、在通信线路中串接,ECS SPD2(,型号：,ST-CL5-2),（均未接地）,试验结果： 直流电源线接入,SPD1,后，电路中噪声幅度大大减小，而,SPD1,的输出端波形和输入端波形相比又有明显好转（见实测图像）；）,通信信号线接入后，系统不再死机。,实例二,(2),某圆环链厂,我们用,ECS,产品通过在某圆环连厂安装试用，在安装前电源线路上由于中频加热炉的开停，测出的总谐波率（,TDH,）为,18.5%,突波,(,浪涌,),电压达,580V,使电源线路上其它的用电生产控制设备无法正常工作,.,安装后,测出的总谐波率（,TDH,）为,1.5%,突波,(,浪涌,),电压下降了,40%,大大改善了供电电源质量,减少能量损耗,保障电子信息系统正常运行,.,附件,1,：安装实例,六、附件,IEC,产品安装方法,没有连接导线长度问题,串行电路保护,ECS,通过中石化认证用于,石化电气系统的电源浪涌保护器,介绍,RM-ST180,浪涌保护器说明书,产品用途,该产品适用于各种电源系统的浪涌防护，广泛用于石油石化、电力、工业厂矿、民航、金融、证券、智能建筑等电源系统，如各种配电站、配电房、配电柜、交直流配电屏、开关箱以及其它各种重要且遭受雷电、内部浪涌威胁、侵扰的设备。,产品特点,RM-180,系列浪涌保护器能有效抑制脉冲型和震荡型浪涌,RM-180,适用于敏感,/,关键性设备的保护,响应速度小于,1,纳秒，快速吸收浪涌,专利的正旋波跟踪算法，精确过滤电力污染,混合多元及热、电双保险熔断设计，造就数年免维护的卓越品质,产品外壳采用,NEMA4,标准，防水、防火、防爆,设计紧凑，可以直接安装于配电板及特殊设备的隔离器中,型号,标称通流,容量,In,(kA, 8/20s),最大通流,容量,Imax,(kA,8/20s),保护水平,Up,(kV),（,50kA),响应时间,(ns),额定工作电压,(V,AC,),持续工作电压,Uc,(V,AC,),工作 温度,(),RM-ST180,50,100,4.0,1,N-PE,220,385,-40,+85,L-PE,220,385,L-N,220,385,LA-ST120,浪涌保护器说明书,产品用途,该产品适用于各种电源系统的浪涌防护，广泛用于石油石化、电力、工业厂矿、民航、金融、证券、智能建筑等电源系统，如各种配电站、配电房、配电柜、交直流配电屏、开关箱以及其它各种重要且遭受雷电、内部浪涌威胁、侵扰的设备。,产品特点,LA-120,系列浪涌保护器能有效抑制脉冲型和震荡型浪涌,LA-120,适用于敏感,/,关键性设备的保护,响应速度小于,1,纳秒，快速吸收浪涌,专利的正旋波跟踪算法，精确过滤电力污染,混合多元及热、电双保险熔断设计，造就数年免维护的卓越品质,产品外壳采用,NEMA4,标准，防水、防火、防爆,设计紧凑，可以直接安装于配电板及特殊设备的隔离器中,型号,标称通流,容量,In,(kA, 8/20s),最大通流,容量,Imax,(kA,8/20s),电压水平,Up,(kV),（,60KA),响应时间,(ns),额定工作电压,(VAC),持续工作电压,Uc,(VAC),工作 温度,(),LA-ST120,60,120,4.0,1,L-L,380,550,-40,+85,LA-ST60,浪涌保护器说明书,产品用途,该产品适用于各种电源系统的浪涌防护，广泛用于石油石化、电力、工业厂矿、民航、金融、证券、智能建筑等电源系统，如各种配电站、配电房、配电柜、交直流配电屏、开关箱以及其它各种重要且遭受雷电、内部浪涌威胁、侵扰的设备。,产品特点,LA-60,系列浪涌保护器能有效抑制脉冲型和震荡型浪涌,LA-60,适用于敏感,/,关键性设备的保护,响应速度小于,1,纳秒，快速吸收浪涌,专利的正旋波跟踪算法，精确过滤电力污染,混合多元及热、电双保险熔断设计，造就数年免维护的卓越品质,产品外壳采用,NEMA4,标准，防水、防火、防爆,设计紧凑，可以直接安装于配电板及特殊设备的隔离器中,