简谈浪涌保护器原理及应用.docx

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1、简谈浪涌保护器原理及应用fenghy导语：文章介绍了防雷击电磁脉冲的根本原理及所采取的保护措施，常用的浪涌保护器的性能和特点摘要：文章介绍了防雷击电磁脉冲的根本原理及所采取的保护措施，常用的浪涌保护器的性能和特点，并简单介绍了一些常用的SPD产品。关键词：等电位联结过电压保护SPD近年来，随着微电子技术的长足进步，个人PC、各类中型、大型及超大型计算机、大型程控交换机的运用越来越普及。由于这类电子设备内部有大量的对过电压特别敏感的大规模或者超大规模集成电路，进而使由过电压造成的损失越来越大。针对这种现状，（建筑物防雷设计标准）GB50057-942000年版中参加了第六章防雷击电磁脉冲的内容。

2、根据这一要求，一些消费厂家也推出了相应的过电压保护产品，也就是我们如今常讲的浪涌保护器SurgeProtectiveDeviceSPD。要保护电气和电子系统重要的是在电磁兼容性保护区内设置一套包括全部有源导线在内的完好的等电位联结系统。不。不同种类的过电压保护装置中放电元器件的物理特性在实际应用中既有优点，亦有缺点，因此采用多种元件组合的保护电路运用得更为广泛。但是，能知足具有现代技术程度的，能传导10/350s脉冲电流的雷击电放逐电器，用于二次配电的可插式浪涌保护器，电器电源保护装置直到电源滤波器所有技术要求的产品系列却是极为少见的。同样这种产品系列应该包括适用于所有的电路，即除电源外，还应

3、包括用于测量、控制、调节技术电路和电子数据处理传输电路以及适用于无线和有线通讯的放电器，以便客户使用。本文将对目前常用的几种浪涌保护产品做简单的介绍并对其特性及适用场合做简单分析。1等电位联结系统过电压保护的根本原理是在瞬态过电压发生的瞬间微秒或者纳秒级，在被保护区域内的所有金属部件之间应实现一个等电位。“等电位是用连接导线或者过电压保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。（建筑物防雷设计标准条文讲明）GB50057-94。“等电位联结的目的在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差IEC13123.4。（建筑物防

4、雷设计标准）GB50057-94中规定：“第3.1.2条装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与其他设施和建筑物内人员无法隔离的情况下，应采取等电位联结。在建立这个等电位联结网络时，应留意使互相之间必须进展信息交换的电器和电子设备与等电位联结带之间的连接导线保持最短间隔。根据感应定理，电感量越大，瞬变电流在电路中产生的电压越高;U=Ldi/dt电感量大小主要和导线的长度有关，与导线截面关系不大。因此，应使接地导线尽可能的短。多条导线的并联连接可显著地降低电位补偿系统的电感量。为了将这两条付诸理论，理论上可以把应与等电位联结装置连在一起的所有电路和设备连在同一块金属板上。基于金属板的设想在补装等电位联

5、结系统时可采用线状、星状或者网状构造。设计新的设备时原那么上应只采用网状的等电位联结系统。2将电源线路与等电位联结系统连接所谓瞬变电压或者瞬变电流意味着其存在时间仅为微秒或者毫微秒。浪涌保护的根本原理是：在瞬态过电压存在的极短时间内，在被保护区域内的所有导电部件之间建立起一个等电位。这种导电部件也包括电路中的电源线。人们需要响应速度快于微秒的元件，对于静电放电甚至要快于毫微秒。这种元件可以在极短的时间间隔内，将非常强大直到高达数倍于十千安的电流导出。在预期的雷击情况下按10/350s脉冲计算，电流高达50kA。通过完备的等电位联结装置，可以在极短的时间内形成一个等电位岛，这个等电位岛对于远处的

6、电位差甚至可高达数十万伏。但重要的是，在需要保护的区域内，所有导电部件都可以为具有接近相等或者绝对相等的电位，而不存在显著的电位差。3浪涌保护器的安装及其作用浪涌保护电器元件从响应特性来看，有软硬之分。属于硬响应特性的放电元件有气体放电管和放电间隙型放电器，二者要么是基于斩弧技术Arc-chopping的角型火花隙，要么是同轴放电火花隙。属于软响应特性的放电元件有压敏电阻和抑制二极管。所有这些元件的区别在于放电才能、响应特性以及剩余电压。由于这些元件各有优缺点，人们将其组合成特殊保护电路，以扬长避短。在民用建筑领域中常用的浪涌保护器主要为放电间隙型放电器和压敏电阻型放电器。闪电电流和闪电后续电

7、流需要放电性能极强的放电器。为了将闪电电流通过等电位联结系统导入接地装置，建议使用根据斩弧技术带角型火花隙的雷击电放逐电器。只有用它才能传导大于50kA的10/350s脉冲电流还可以实现自动灭弧，这种产品应用的额定电压可达400V。此外，当短路电流到达4kA时，这种放电器不会引起额定电流为125A的保险丝熔断。由于其良好的性能，使得在保护区域内安装的仪器和设备的不连续工作特性得以大大进步。十分要指出的是，这里不仅取决于幅值很高的电流可以进展处理，更重要的是电流的脉冲形式起着决定性的作用。二者必须同时考虑。因此，固然角型火花隙也可以输导最高达100kA的电流，但其脉冲形式较短8/80s。这种脉冲

8、是冲击电流脉冲，在1992年10月以前是作为开发雷击电放逐电器的设计根底。尽管雷击电放逐电器放电才能很好，但总有其缺点：其剩余电压高达2.53.5kV。因此，在整体安装雷击电放逐电器时，还需与其它的放电器组合使用。此类产品主要有阿西亚布朗勃法瑞ABB公司的LimitorM-B、LimitorNB-B、LimitorG-B、LimitorGN-B;德国DEHN同轴火花间隙的DEHNportMaxi10/350s，50kA/相、DEHNport25510/350s，75kA/相;德国PHOENIX角型火花间隙：FLT60-40010/350s，60kA/相、FLT25-40010/350s，25k

9、A/相;Schneider的PRF1电涌保护器;MOELLER的VBF-系列产品。压敏电阻其功能相当于很多与串联和并联在一起的双向抑制二极管，工作原理如同与电压相关的电阻。电压超过规定电压，压敏电阻可以导电;电压低于规定电压，压敏电阻那么不导电。这样压敏电阻可起到很好的电压限位作用。压敏电阻工作极为迅速，响应时间在毫微秒范围下段。电源上常用的压敏电阻可输导极限可达40kA8/20s脉冲的电流，因此很合适做电源第二级放电器。但作为雷击电放逐电器那么不适宜。国际电子技术委员会IEC1024-1文献中记载，要处理脉冲为10/350s的电荷量，相当于8/20s脉冲情况下电荷量的20倍。Q10/350s

10、=20Q8/20s从这条公式可以看出，不仅要留意放电电流的幅度，而且一定要留意脉冲形式，这是至关重要的，压敏电阻的缺点是易老化和电容较高，老化是指压敏电阻内的二极管元件被击穿。由于大多数情况下P-N结过载时会造成短路，依其负载的频繁程度，压敏电阻开场吸引泄漏电流，泄漏电流会在敏感的测试电路中引起测量数据误差，同时，十分是在额定电压高的电路中，会造成强烈发热。压敏电阻的电容高，使它在很多情况下不能在信号传输线路中使用。电容和导线电感形成一个低通电路，会使信号极大地衰减。但频率大约在30kHz以下的衰减可以忽略不计。此类产品主要有ABB的LimitorV、LimitorVTS、LimitorVE、

11、LimitorVETS、LimitorGE-S;Schneider的PRD系列可更换式电涌保护器;MOELLER的VR7-、VS7-系列产品;德国DEHN的DEHNguard3858/20s，40kA/相、DEHNguard2758/20s，40kA/相;德国PHOENIX的VAL-MS400ST8/20s，40kA/相、VAL-ME400ST/FM8/20s，40kA/相;国产万马神的DB30-4A/B8/20s，30kA/相、DB40-4A/B8/20s，40kA/相。4根据过电压保护的方案安装浪涌保护器包含单个保护元件或组合保护电路，又按安装技术条件集成一体的组合件导轨安装式、电源插座式

12、、适配器称作放电器。几乎在所有情况下的过电压保护，至少应分成两级。如电源，各个只包含一级保护的放电器，可安装在不同的位置，同一放电器中也可能包含多级保护。为了到达有效的过电压保护，人们将需要保护的范围按不同的电磁兼容性分区，这个保护范围，包括从闪电保护区0，过电压保护区1至3，直到干扰电压保护区具有更高的序号。设置电磁兼容性保护区0到3，是为了防止因高能耦合而损坏设备。而序号更高的电磁兼容性保护那么为防止信息失真和信息丧失而设置。保护区的序号越高，预期的干扰能量和干扰电压电平越低。需要保护的电气和电子设备安装在一个特别有效的保护圈内，这样的保护圈可以针对单个的电子设备，也可以是一个装有多个电子

13、设备的空间，甚至一整栋楼，所有穿过通常具有空间屏蔽的保护圈的电线，在接到该保护圈的外围设备的同时接过电压保护放电器。浪涌保护器的选择取决于各个电路和参数。浪涌保护器的工作电压以安装在此电路中所有部件的额定电压为准，而要到达的剩余电压那么根据安装在此电路中所有部件的耐压强度确定。耐压强度按1.2/50s脉冲测试。并联时，即在有源导线和地之间接上放电器时，无需留意放电器的额定电流，由于额定电流并不通过放电器。电路装有串联浪涌保护器的情况下，必须留意其额定电流，在数据传输率很高的电路中，浪涌保护器的衰减起着决定性的作用。至于专门为数据传输电路而设计的放电器，消费厂家已考虑到其传输速率。为到达最优化的过电压保护方案，用户需要与电气和电子设备的规划人员，及建筑设计人员及时对话。正是在设计规划阶段，留意到电磁兼容性的根本原理可以大大降低本钱，并最有效地到达过电压保护的目的。在设计阶段，确定网状电位补偿系统的设置，并为空间屏蔽和电气及电子设备线路的布置奠定根底。按电路参数而挑选出的浪涌保护器，就很轻易确定其适宜的安装位置了。需十分留意的是，只有符合专业规定及标准的安装，才能使一个优秀而便于应用的过电压保护方案成功地付诸理论。0