浪涌也叫突波,顧名思義就是出正常工作電壓的過(guò)電壓。本質(zhì)上講,浪涌是發(fā)生在幾分之一秒時(shí)間內(nèi)的一種劇烈脈沖,??赡芤鹄擞康脑蛴校褐匦驮O(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動(dòng)機(jī)。而含有浪涌阻裝置的產(chǎn)品可以地吸收突發(fā)的大能量,以保護(hù)連接設(shè)備免于受損。
浪涌保護(hù)器,也叫雷器,是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生電流或者電壓時(shí),浪涌保護(hù)器能在短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流,從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害。
一、電涌保護(hù)器(SPD)工作原理
電涌保護(hù)器(Surge protection Device)是電子設(shè)備雷電護(hù)中的一種裝置,過(guò)去常稱為“避雷器”或“過(guò)電壓保護(hù)器”英文簡(jiǎn)寫為SPD.電涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi),或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地,保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。
電涌保護(hù)器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同,但它至少應(yīng)包含一個(gè)非線性電壓限制元件。用于電涌保護(hù)器的基本元器件有:放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二管和扼流線圈等。
浪涌保護(hù)器的基本元器件
1.放電間隙(又稱保護(hù)間隙):
它一般由暴露在空氣中的兩根相隔間隙的金屬棒組成,其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或線(N)相連,另一根金屬棒與接地線(PE)相連接,當(dāng)瞬時(shí)過(guò)電壓襲來(lái)時(shí),間隙被擊穿,把一部分過(guò)電壓的電荷引入大地,避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,其缺點(diǎn)時(shí)滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙,它的滅弧功能較前者為好,它是靠回路的電動(dòng)力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。
2.氣體放電管:
它是由相互離開的一對(duì)冷陰板封裝在充有的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了放電管的觸發(fā)概率,在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二型的,也有三型的,
氣體放電管的技術(shù)參數(shù)主要有:直流放電電壓Udc;沖擊放電電壓Up(一般情況下Up≈(2~3)Udc;工頻而授電流In;沖擊而授電流Ip;緣電阻R(>109Ω);間電容(1-5PF)
氣體放電管可在直流和交流條件下使用,其所選用的直流放電電壓Udc分別如下:在直流條件下使用:Udc≥1.8U0(U0為線路正常工作的直流電壓)
在交流條件下使用:U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓值)
3.壓敏電阻:
它是以Z為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻,當(dāng)作用在其兩端的電壓數(shù)值后,電阻對(duì)電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好(I=CUα中的非線性系數(shù)α),通流容量大(~2KA/cm2),常態(tài)泄漏電流?。?0-7~10-6A),殘壓低(取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量),對(duì)瞬時(shí)過(guò)電壓響應(yīng)時(shí)間快(~10-8s),無(wú)續(xù)流。
壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有:壓敏電壓(即開關(guān)電壓)UN,參考電壓Ulma;殘壓Ur;殘壓比K(K=Ur/UN);通流容量Imax;泄漏電流;響應(yīng)時(shí)間。
壓敏電阻的使用條件有:壓敏電壓:UN≥[(√2×1.2)/0.7]U0(U0為工頻電源額定電壓)
小參考電壓:Ulma≥(1.8~2)Uac (直流條件下使用)
Ulma≥(2.2~2.5)Uac(在交流條件下使用,Uac為交流工作電壓)
壓敏電阻的參考電壓應(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來(lái)確定,應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)備的而損電壓水平,即(Ulma)max≤Ub/K,上式中K為殘壓比,Ub為被保護(hù)設(shè)備的而損電壓。
4.抑制二管:
抑制二管具有箝位限壓功能,它是工作在反向擊穿區(qū),由于它具有箝位電壓低和動(dòng)作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn),適合用作多級(jí)保護(hù)電路中的末幾級(jí)保護(hù)元件。抑制二管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示:I=CUα,上式中α為非線性系數(shù),對(duì)于齊納二管α=7~9,在雪崩二管α=5~7.
抑制二管的技術(shù)參數(shù)主要有
?。?)額定擊穿電壓,它是指在指定反向擊穿電流(常為lma)下的擊穿電壓,這于齊納二管額定擊穿電壓一般在2.9V~4.7V范圍內(nèi),而雪崩二管的額定擊穿電壓常在5.6V~200V范圍內(nèi)。
?。?)箝位電壓:它是指管子在通過(guò)規(guī)定波形的大電流時(shí),其兩端出現(xiàn)的電壓。
(3)脈沖功率:它是指在規(guī)定的電流波形(如10/1000μs)下,管子兩端的箝位電壓與管子中電流等值之積。
?。?)反向變位電壓:它是指管子在反向泄漏區(qū),其兩端所能施加的電壓,在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護(hù)電子系統(tǒng)的運(yùn)行電壓峰值,也即不能在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。
?。?)泄漏電流:它是指在反向變位電壓作用下,管子中流過(guò)的反向電流。
?。?)響應(yīng)時(shí)間:10-11s
5.扼流線圈:扼流線圈是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩個(gè)尺寸相同,匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上,形成一個(gè)四端器件,要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用,而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能地抑制共模干擾信號(hào)(如雷電干擾),而對(duì)線路正常傳輸?shù)牟钅P盘?hào)無(wú)影響。
這種扼流線圈在制作時(shí)應(yīng)滿下要求:
1)繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互緣,以在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。
2)當(dāng)線圈流過(guò)瞬時(shí)大電流時(shí),磁芯不要出現(xiàn)飽和。
3)線圈中的磁芯應(yīng)與線圈緣,以在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。
4)線圈應(yīng)盡可能繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增強(qiáng)線圈對(duì)瞬時(shí)過(guò)電壓的而授能力。
6. 1/4波長(zhǎng)短路器
1/4波長(zhǎng)短路器是根據(jù)雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號(hào)電涌保護(hù)器,這種保護(hù)器中的金屬短路棒長(zhǎng)度是根據(jù)工作信號(hào)頻率(如900MHZ或1800MHZ)的1/4波長(zhǎng)的大小來(lái)確定的。此并聯(lián)的短路棒長(zhǎng)度對(duì)于該工作信號(hào)頻率來(lái)說(shuō),其阻大,相當(dāng)于開路,不影響該信號(hào)的傳輸,但對(duì)于雷電波來(lái)說(shuō),由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下,此短路棒對(duì)于雷電波阻很小,相當(dāng)于短路,雷電能量級(jí)被泄放入地。
由于1/4波長(zhǎng)短路棒的直徑一般為幾毫米,因此耐沖擊電流性能好,可30KA(8/20μs)以上,而且殘壓很小,此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的,其不足之處是工頻帶較窄,帶寬約為2%~20%左右,另一個(gè)缺點(diǎn)是不能對(duì)天饋設(shè)施加直流偏置,使某些應(yīng)用受到限制。
三、SPD的基本電路
電涌保護(hù)器的電路根據(jù)不同需要,有不同的形式,其基本元器件就是上面介紹的幾種,一個(gè)技術(shù)精通的雷產(chǎn)品研究工作者,可設(shè)計(jì)出五花八門的電路,好似一盒積木可搭出不同的結(jié)構(gòu)圖案。研制出既又性能價(jià)格比好的產(chǎn)品,是雷工作者的重任。
二、浪涌保護(hù)器(也稱雷器)的分級(jí)護(hù)
由于雷擊的能量是大的,需要通過(guò)分級(jí)泄放的方法,將雷擊能量逐步泄放到大地。級(jí)雷器可以對(duì)于直接雷擊電流進(jìn)行泄放,或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí)傳導(dǎo)的大能量進(jìn)行泄放,對(duì)于有可能發(fā)生直接雷擊的地方,須進(jìn)行CLASS—I的雷。第二級(jí)雷器是針對(duì)前級(jí)雷器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的護(hù)設(shè)備,對(duì)于前級(jí)發(fā)生較大雷擊能量吸收時(shí),仍有一部分對(duì)設(shè)備或第三級(jí)雷器而言是相當(dāng)大的能量會(huì)傳導(dǎo)過(guò)來(lái),需要第二級(jí)雷器進(jìn)一步吸收。同時(shí),經(jīng)過(guò)級(jí)雷器的傳輸線路也會(huì)感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射LEMP,當(dāng)線路長(zhǎng)感應(yīng)雷的能量就變得大,需要第二級(jí)雷器進(jìn)一步對(duì)雷擊能量實(shí)施泄放。第三級(jí)雷器是對(duì)LEMP和通過(guò)第二級(jí)雷器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。
1、級(jí)保護(hù)
目的是浪涌電壓直接從LPZ0區(qū)傳導(dǎo)進(jìn)入LPZ1區(qū),將數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)伏的浪涌電壓限制到2500—3000V。
入戶電力變壓器低壓側(cè)安裝的電源雷器作為級(jí)保護(hù)時(shí)應(yīng)為三相電壓開關(guān)型電源雷器,其雷電通流量不應(yīng)低于60KA。該級(jí)電源雷器應(yīng)是連接在用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相和大地之間的大容量電源雷器。一般要求該級(jí)電源雷器具備每相100KA以上的沖擊容量,要求的限制電壓小于1500V,稱之為CLASS I級(jí)電源雷器。這些電磁雷器是專為承受雷電和感應(yīng)雷擊的大電流以及吸引量浪涌而設(shè)計(jì)的,可將大量的浪涌電流分流到大地。它們提供限制電壓(沖擊電流流過(guò)電源雷器時(shí),線路上出現(xiàn)的電壓稱為限制電壓)為中等級(jí)別的保護(hù),因?yàn)镃LASS I級(jí)保護(hù)器主要是對(duì)大浪涌電流進(jìn)行吸收,靠它們是不能保護(hù)供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電設(shè)備的。
級(jí)電源雷器可范10/350μs、100KA的雷電波,IEC規(guī)定的護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)參考為:雷電通流量大于或等于100KA(10/350μs);殘壓值不大于2.5KV;響應(yīng)時(shí)間小于或等于100ns。
2、第二級(jí)護(hù)
目的是進(jìn)一步將通過(guò)級(jí)雷器的殘余浪涌電壓的值限制到1500—2000V,對(duì)LPZ1—LPZ2實(shí)施等電位連接。
分配電柜線路輸出的電源雷器作為第二級(jí)保護(hù)時(shí)應(yīng)為限壓型電源雷器,其雷電流容量不應(yīng)低于20KA,應(yīng)安裝在向重要或敏感用電設(shè)備供電的分路配電處。這些電源雷器對(duì)于通過(guò)了用戶供電入口處浪涌放電器的剩余浪涌能量進(jìn)行更完善的吸收,對(duì)于瞬態(tài)過(guò)電壓具有好的抑制作用。該處使用的電源雷器要求的沖擊容量為每相45kA以上,要求的限制電壓應(yīng)小于1200V,稱之為CLASS II級(jí)電源雷器。一般用戶供電系統(tǒng)做到第二級(jí)保護(hù)就可以用電設(shè)備運(yùn)行的要求了
第二級(jí)電源雷器采用C類保護(hù)器進(jìn)行相—中、相—地以及中—地的全模式保護(hù),主要技術(shù)參數(shù)為:雷電通流容量大于或等于40KA(8/20μs);殘壓峰值不大于1000V;響應(yīng)時(shí)間不大于25ns。
3、第三級(jí)保護(hù)
目的是終保護(hù)設(shè)備的手段,將殘余浪涌電壓的值降1000V以內(nèi),使浪涌的能量有致?lián)p壞設(shè)備。
在電子信息設(shè)備交流電源進(jìn)線端安裝的電源雷器作為第三級(jí)保護(hù)時(shí)應(yīng)為串聯(lián)式限壓型電源雷器,其雷電通流容量不應(yīng)低于10KA。
后的線可在用電設(shè)備內(nèi)部電源部分采用一個(gè)內(nèi)置式的電源雷器,以消除微小的瞬態(tài)過(guò)電壓的目的。該處使用的電源雷器要求的沖擊容量為每相20KA或更低一些,要求的限制電壓應(yīng)小于1000V。對(duì)于一些重要或敏感的電子設(shè)備具備第三級(jí)保護(hù)是要的,同時(shí)也可以保護(hù)用電設(shè)備免受系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓影響。
對(duì)于微波通信設(shè)備、移動(dòng)機(jī)站通信設(shè)備及雷達(dá)設(shè)備等使用的整流電源,宜視其工作電壓的保護(hù)需要分別選用工作電壓適配的直流電源雷器作為末級(jí)保護(hù)。
4、根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級(jí),假如兩級(jí)雷就可以做到限制電壓低于設(shè)備的耐壓水平,就要做兩級(jí)保護(hù),假如設(shè)備的耐壓水平較低,可能需要四級(jí)甚至更多級(jí)的保護(hù)。第四級(jí)保護(hù)其雷電通流容量不應(yīng)低于5KA。
三、浪涌保護(hù)器的分類:
1、按工作原理分:
1.開關(guān)型:其工作原理是當(dāng)沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)呈現(xiàn)為高阻,但一旦響應(yīng)雷電瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí),其阻就突變?yōu)榈椭担试S雷電流通過(guò)。用作此類裝置時(shí)器件有:放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。
2.限壓型:其工作原理是當(dāng)沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)為高阻擾,但隨電涌電流和電壓的增加其阻會(huì)不斷減小,其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性。用作此類裝置的器件有:氧化鋅、壓敏電阻、抑制二管、雪崩二管等。
3.分流型或扼流型
分流型:與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián),對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻,而對(duì)正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻。
扼流型:與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián),對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻,而對(duì)正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻。
用作此類裝置的器件有:扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長(zhǎng)短路器等。
按用途分:(1)電源保護(hù)器:交流電源保護(hù)器、直流電源保護(hù)器、開關(guān)電源保護(hù)器等。
(2)信號(hào)保護(hù)器:低頻信號(hào)保護(hù)器、高頻信號(hào)保護(hù)器、天饋保護(hù)器等。
安裝方法
1)鉆孔:在選好的施工場(chǎng)地開挖直徑600mm×600mm垂直地面的圓坑,在坑里鉆出直徑130mm×3100mm垂直地面的孔洞。
2)配制填充料
?。?)在容積大于150升的容器內(nèi)放入50Kg淡水(井水、自來(lái)水均可);
?。?)加入填充料,攪拌至糊狀。
3)將電解離子接地從包裝中取出,檢查產(chǎn)品是否完整。
4)拆開地兩端及中間的密封膠帶;
5)將四分之一配制好的填充料填入孔洞底部;
6)將接植入孔洞中,接地頂部與圓坑的底部平齊;
7) 接好引出線;引出線采用不小于35mm的多股銅線或不小于40mm×4mm的鍍鋅扁鋼,引出線與接地體實(shí)行壓接,接點(diǎn)腐處理。
8)將填充料填在接地周圍至接地100mm時(shí)止,測(cè)量接地電阻,要求后,用土填蓋在接地周圍。
9) 當(dāng)一套接地達(dá)不到接地電阻要求時(shí),可用兩套或多套并聯(lián)使用,接地與接地之間的間隔不宜小于5m。
四、浪涌保護(hù)器品牌
目前市面上比較常見的避雷器有:中國(guó)大陸雷科星LKX浪涌保護(hù)器,Haide還得浪涌保護(hù)器,法國(guó)Soule浪涌保護(hù)器,英國(guó)P furse浪涌保護(hù)器,德國(guó)OBO浪涌保護(hù)器,DEHN浪涌保護(hù)器,美國(guó)PANAMAX浪涌保護(hù)器,INVATIVE浪涌保護(hù)器,美國(guó)POLYPHASER浪涌保護(hù)器。美國(guó)ECS公司旗下品牌“SineTamer”,沒(méi)有一種產(chǎn)品象“SineTamer”雷電涌保護(hù)器那樣擁有大的影響,電力浪涌保護(hù)服務(wù)商和的SPD服務(wù)商









