防雷电路原理及基础的设计的研究.docVIP

防雷电路原理及基础设计研究 1. 基本概念 1 1.1 问题背景 1 1.2 雷电和浪涌 1 1.3 避雷器和浪涌保护器的异同 2 2. 浪涌保护器件及原理 3 2.1 浪涌保护器类型 3 2.2 主要类型的原理及优缺点 3 3. 基础浪涌防护电路 6 3.1 交流电源浪涌防护 6 3.1.1 最简单的防护电路 6 3.1.2 较安全的防护电路 7 3.1.3 通用的安全防护电路 8 3.2 通用两级信号防护电路 8 3.2.1 双绞线型 8 3.2.2 同轴线型 10 4. 器件选取 12 4.1 常用参数 12 4.1.1 压敏电阻： 12 4.1.2 气体放电管 12 4.1.3 瞬变抑制二极管 13 4.1.4 浪涌模块整体参数 13 4.2 选用原则 14 4.2.1 通流容量选择 14 4.2.2 气体放电管 14 4.2.3 压敏电阻： 15 4.2.4 TVS管 16 4.2.5 温度保险管： 16 5. 参考设计 16 5.1 APC排插保护电路 16 5.2 其他参考 18 6. 补充资料 19 基本概念 问题背景 在购买排插的时候，经常看到不同品牌采用防雷排插和防浪（电）涌排插的买点说明，甚至同一个品牌也有不同的描述，如图1.1-1所示。那么这些排插在防护上面有什么区别吗？ 图1.1 -1 不同的排插说明 答案是：没有！ 在排插上所有的防雷和防浪（电）涌都是相同的东西，属于浪涌保护器，一般用于对于接入的电网可能存在的过电压和过电流进行限制，以保护后端的接入设备。在电子技术领域，可以等效看待。 雷电和浪涌 雷击即大气中形成的自然放电现象。 在社会生活领域，根据放电位置的不同分为直击雷和感应雷。直击雷，带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象。相对应的，感应雷，则是没有直接参与雷电放电作用的物体中产生了高电压大电流的现象。 感应雷根据原理不同，分为静电感应雷和电磁感应雷。静电感应雷，是在带电积云接近地面时，由于单一雷云带电的单极性，总是会在附近的金属导体上感应出大量的反极性束缚电荷。而金属导体远离带电积云端会相应产生与雷电同级性的电荷，从而在金属导体与雷云之间，以及金属导体自身产生出很高的静电电压（感应电压），其电压幅值可达到几万到几十万伏。电磁感应雷，则是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种电磁感应雷对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，又或者使周围的金属构件产生感应电流，从而产生大量的热而引起火灾。 雷电的直击雷与感应雷原理如图1.2-1所示： 图1.2-1 直击雷和感应雷示意图 现代建筑由于避雷针的普遍使用，通常可以有效应对直击雷对建筑本身的直接危害。但在雷电电磁脉冲（LEMP）经由这个路径释放的过程中仍然会在周围的线路中形成感应雷。根据距离泄放路径远近的不同，形成的感应电压也不同，当其中形成的电压较低时可以被称作浪（电）涌。这也是排插广告中防雷的来源。 另一方面，浪涌的产生并不仅仅限于感应雷，电网中的容性负载接入电路或者感性负载突然断开等都会由于其特性在电路中瞬间的电流，这些属于电流浪涌。常见的如洗衣机启动，日光灯启动等都会产生。 根据研究显示，平时电网中存在的浪涌，仅有20%来自于雷击，其余80%都是由于电网中其他用电设备或者电网运行中产生的。 避雷器和浪涌保护器的异同 了解了雷电和浪涌的关系就比较容易明确避雷器和浪涌保护器的关系。 在电子电信领域：避雷器和浪涌保护器是完全相同的。 在工业领域： 相同点：采用相同的原理对过电压和过电流进行保护，即接地保护 差异点： 避雷器有多个电压等级，从0.38KV低压到500KV特高压均有，而浪涌保护器一般只有低压产品； 避雷器多安装在一次系统上，防止雷电波的直接侵入，而浪涌保护器大多安装在二次系统上，是在避雷器消除了雷电波的直接侵入后，或避雷器没有将雷电波消除干净时的补充措施； 避雷器是保护电气设备的，而浪涌保护器大多是为保护电子仪器或仪表的； 避雷器由于接于电气一次系统上，要有足够的外绝缘性能，外观尺寸比较大，而浪涌保护器由于接于低压，尺寸制作的可以很小。 浪涌保护器件及原理 浪涌保护器类型 根据浪涌的形成及其特性，才能有针对性的选择浪涌保护器件。 从组合结构分；现在市场上的浪涌保护器有几下几种： 1）间隙类————开放式间隙、密闭式间隙 2）放电管类———开放式放电管密封式放电管 3）压敏电阻类——单片、多片 4）抑制二极管类 5）压敏电阻/气体放电管组合类----简单组合、复杂组合 6）碳化硅类 按照其保护性质有可以分为：开路式、短路式或开关型、限压型； 按照工作状态（安装形式）又可分为：并联和串联式。 主要类型的原理及优缺点 开放式间隙保护器： 基于电弧放电技术，当电极间的电压达到一