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电源浪涌保护器 一级防雷器 知识产权重点企业
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浪涌保护器的具体作用与原理1.主要结构及工作原理 电涌保护器的工作原理见示意图,两个电极分别与 L(或者 N)和 PE 线相联,两个电极之 间形成一个电气间隙。

电网在不超过最大持续运行电压的情况下运行时, 两个电极之间呈高 阻状态。

如果电网因雷击或者操作过电压使两个电极之间的电压超过点火电压时, 间隙被击 穿,通过弧光放电将过电压能量释放。

冲击波过后,电弧将被由分弧片和灭弧室组成的灭弧 系统熄灭,恢复到高阻状态。

图 1 原理示意图 2.作用 BY 系列电涌保护器采用了一种非线性特性极好的压敏电阻,在正常情况下,电涌保护器外 于极高的电阻状态,漏流几乎为零,保证电源系统正常供电。

当电源系统出现上述情况的过 电压时, 电涌保护器立即在纳秒级的时间内迅速导通, 将该过电压的幅值限止在设备的安全 工作范围内。

同时把该过电压的能量释放掉。

随后,保护器又迅速的变为高阻状态,因而不 影响电源系统的正常供电。

浪涌保护器,也叫防雷器. 是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。

当电气回路或者通 信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时, 浪涌保护器能在极短的时间内导通 分流,从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

泻流开启时间和泻流量是衡量它标准. 我现在一般一级用 70KA 的二级用 40KA 的,再就是在楼顶上的用的大些一般也是 40KA 100KA 的还没有碰到过浪涌保护器的作用雷电放电可能发生在云层之间或云层内部, 或云层对地之间; 另外许多大容量电气设备的使 用带来的内部浪涌,对供电系统(中国低压供电系统标准:AC 50Hz 220/380V)和用电设 备的影响以及防雷和防浪涌的保护,已成为人们关注的焦点。

云层与地之间的雷击放电, 由一次或若干次单独的闪电组成, 每次闪电都携带若干幅值很高、 持续时间很短的电流。

一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电, 每次闪电之间大约相 隔二十分之一秒的时间。

大多数闪电电流在 10,000 至 100,000 安培的范围之间降落,其 持续时间一般小于 100 微秒。

供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用, 带来日益严重的内部浪涌问题。

我们将 其归结为瞬态过电压(TVS)的影响。

任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。

有时 即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。

瞬态过电压(TVS)破坏作用就 是这样。

特别是对一些敏感的微电子设备,有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏。

供电系统浪涌的影响 供电系统浪涌的来源分为外部(雷电原因)和内部(电气设备启停和故障等) 。

雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上: (1)直接雷击:雷电放电直接击中电力系统的部件,注入很大的脉冲电流。

发生的概率相 对较低。

(2)间接雷击:雷电放电击中设备附近的大地,在电力线上感应中等程度的电流和电压。

内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关: 供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因,都会 带来内部浪涌,给用电设备带来不利影响。

特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲 击。

即便是没有造成永久的设备损坏,但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。

如核电站、 医疗系统、 大型工厂自动化系统、证券交易系统、电信局用交换机、 网络枢纽等。

直接雷击是最严重的事件, 尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。

在发生这些事 件时,架空输电线电压将上升到几十万伏特,通常引起绝缘闪络。

雷电电流在电力线上传输 的距离为一公里或更远,在雷击点附近的峰值电流可达 100kA 或以上。

在用户进线口处低 压线路的电流每相可达到 5kA 到 10kA。

在雷电活动频繁的区域,电力设施每年可能有好几 次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。

而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁 的地区,上述事件是很少发生的。

间接雷击和内部浪涌发生的概率较高, 绝大部分的用电设备损坏与其有关。

所以电源防浪涌 的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。

供电系统的浪涌保护 对于低压供电系统, 浪涌引起的瞬态过电压 (TVS) 保护, 最好采用分级保护的方式来完成。

从供电系统的入口(比如大厦的总配电房)开始逐步进行浪涌能量的吸收,对瞬态过电压进 行分阶段抑制。

[第一道防线] 应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护 器。

一般要求该级电源保护器具备 100KA/相以上的最大冲击容量,要求的限制电压应小于 2800V。

我们称为 CLASS I 级电源防浪涌保护器 (简称 SPD)。

这些电源防浪涌保护器 ) 是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量浪涌能量吸收而设计的, 可将大量的浪涌电流 分流到大地。

它们仅提供限制电压(冲击电流流过 SPD 时,线路上出现的最大电压成为限 制电压)为中等级别的保护,因为 CLASS I 级的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。

仅靠 它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。

[第二道防线] 应该是安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保 护器。

这些 SPD 对于通过了用户供电入口浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收, 对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。

该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为 40KA/相以上,要求的限制电压应小于 2000V。

我们称为 CLASS II 级电源防浪涌保护器。

一般的用户供电系统作到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了。

[最后的防线] 可在用电设备内部电源部分使用一个内置式的电源防浪涌保护器,以达到完 全消除微小瞬态的瞬态过电压的目的。

该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为 20KA/相或更低一些,要求的限制电压应小于 1800V。

对于一些特别重要或特别敏感的电子 设备, 具备第三级的保护是必要的。

同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电 压影响。

浪涌电流指电源接通瞬间,流入电源设备的峰值电流。

浪涌电流指电源接通瞬间,流入电源设备的峰值电流。

由于输入滤波电容迅速充电,

浪涌 所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。

电源应该限制 AC 开关、整流桥、保险丝、EMI 滤波器件能承受的浪涌水平。

反复开关环路,AC 输入电压不应损坏电源或者导致保险丝烧 断。

浪涌电流也指由于电路异常情况引起的使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载 电流。

浪涌根据电流分类 1.放电间隙(又称保护间隙) : 它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成, 其中一根金属棒与所需保护 设备的电源相线 L1 或零线(N)相连,另一根金属棒与接地线(PE)相连接,当瞬时过电 压袭来时, 间隙被击穿, 把一部分过电压的电荷引入大地, 避免了被保护设备上的电压升高。

这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整,结构较简单,其缺点是灭弧性能差。

改 进型的放电间隙为角型间隙,它的灭弧功能较前者为好,它是靠回路的电动力 F 作用以及 热气流的上升作用而使电弧熄灭的。

2.气体放电管: 它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷管内 组成的。

为了提高放电管的触发概率,在放电管内还有助触发剂。

这种充气放电管有二极型 的,也有三极型的, 气体放电管的技术参数主要有: 直流放电电压 Udc; 冲击放电电压 Up (一般情况下 Up≈ (2~3) Udc; 工频而授电流 In; 冲击而授电流 Ip; 绝缘电阻 R (>109 ) 极间电容 ; (1-5PF) 气体放电管可在直流和交流条件下使用,其所选用的直流放电电压 Udc 分别如下:在 直流条件下使用:Udc≥1.8U0(U0 为线路正常工作的直流电压) 在交流条件下使用:U dc≥1.44Un(Un 为线路正常工作的交流电压有效值) 3.压敏电阻: 它是以 ZnO 为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻,当作用在其两端的电压达到 一定数值后,电阻对电压十分敏感。

它的工作原理相当于多个半导体 P-N 的串并联。

压敏 电阻的特点是非线性特性好(I=CUα 中的非线性系数 α) ,通流容量大(~2KA/cm2) ,常态 泄漏电流小(10-7~10-6A) ,残压低(取决于压敏电阻的工作电压和通流容量) ,对瞬时过 电压响应时间快(~10-8s) ,无续流。

压敏电阻的技术参数主要有: 压敏电压 (即开关电压) UN, 参考电压 Ulma; 残压 Ures; 残压比 K(K=Ures/UN) ;最大通流容量 Imax;泄漏电流;响应时间。

压敏电阻的使用条件有:压敏电压:UN≥[(√2×1.2)/0.7]U0(U0 为工频电源额定电压) 最小参考电压:Ulma≥(1.8~2)Uac (直流条件下使用) Ulma≥(2.2~2.5)Uac(在交流条件下使用,Uac 为交流工作电压) 压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定, 应使压敏电阻的残压 低于被保护电子设备的而损电压水平,即(Ulma)max≤Ub/K,上式中 K 为残压比,Ub 为 被保护设备的而损电压。

4.抑制二极管: 抑制二极管具有箝位限压功能, 它是工作在反向击穿区, 由于它具有箝位电压低和动作 响应快的优点, 特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。

抑制二极管在击穿区内 的伏安特性可用下式表示:I=CUα,上式中 α 为非线性系数,对于齐纳二极管 α=7~9,在 雪崩二极管 α=5~7. 抑制二极管的技术参数主要有 (1)额定击穿电压,它是指在指定反向击穿电流(常为 lma)下的击穿电压,这于齐 纳二极管额定击穿电压一般在 2.9V~4.7V 范围内,而雪崩二极管的额定击穿电压常在

5.6V~200V 范围内。

(2)最大箝位电压:它是指管子在通过规定波形的大电流时,其两端出现的最高电压。

(3)脉冲功率:它是指在规定的电流波形(如 10/1000µs)下,管子两端的最大箝位电 压与管子中电流等值之积。

(4)反向变位电压:它是指管子在反向泄漏区,其两端所能施加的最大电压,在此电 压下管子不应击穿。

此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值, 也即 不能在系统正常运行时处于弱导通状态。

(5)最大泄漏电流:它是指在反向变位电压作用下,管子中流过的最大反向电流。

(6)响应时间:10-11s 5.扼流线圈: 扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件, 它由两个尺寸相同, 匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上, 形成一个四端器件, 要对于共模信 号呈现出大电感具有抑制作用, 而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。

扼流线 圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号(如雷电干扰) ,而对线路正常传输的差模 信号无影响。

扼流线圈在制作时应满足以下要求: 1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发 生击穿短路。

2)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和。

3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

4)线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的 而授能力。

6. 1/4 波长短路器 1/4 波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号电涌保 护器,这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号频率(如 900MHZ 或 1800MHZ)的 1/4 波长的大小来确定的。

此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来说,其阻抗无穷大, 相当于开路,不影响该信号的传输,但对于雷电波来说,由于雷电能量主要分布在 n+KHZ 以下,此短路棒对于雷电波阻抗很小,相当于短路,雷电能量级被泄放入地。

由于 1/4 波长短路棒的直径一般为几毫米,因此耐冲击电流性能好,可达到 30KA (8/20µs)以上,而且残压很小,此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的,其不足之处 是工频带较窄,带宽约为 2%~20%左右,另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏置,使某 些应用受到限制浪涌