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交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。
(2)信号保护器:
低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。
二、SPD的根本元器件及其工作原理:
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(如图15a),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,把一局部过电压的电荷引入大地,防止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间隔可按需要调整,构造较简单,其缺点时灭弧性能差。
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:
它是由互相分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。
为了进步放电管的触发概率,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(>
109Ω);
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:
Udc≥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到达一定数值后,电阻对电压非常敏感。
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程度,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〔图19〕,由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点,特别适宜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,它由两个尺寸一样,匝数一样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,如图15e所示,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。
这种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互相绝缘,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才能。
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,其构造如图21所示。
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〔如图22所示〕,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,可到达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,其缺乏之处是工频带较窄,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。
三、SPD的根本电路
电涌保护器的电路根据不同需要,有不同的形式,其根本元器件就是上面介绍的几种,一个技术精通的防雷产品研究工作者,可设计出五花八门的电路,好似一盒积木可搭出不同的构造图案。
研制出既有效又性能价格比好的产品,是防雷工作者的重任。
构筑和作用于建筑物内部的防雷工程称内部防雷工程。
内部防雷工程主要有屏蔽、防雷器和等电位连接三局部组成。
建筑物内部防雷工程涉及面较宽,面对的是包括感应雷、球雷、传导雷或因线路上浪涌高电压所造成电网波动在内的众多损害,归纳起来危害最大的主要方面是高电压引入。
高电压引入是指雷电高电压通过金属线引导到其他地方和室内造成破坏的雷害现象。
高电压引入的电源有三种:
其一是直击雷直接击中金属导线,让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内;
第二种是来自感应雷的高电压脉冲,即由于雷雨云对大地放电;
或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应,感生出几KV到几十KV至数百KV的地电位还击,这种还击会沿着电力系统的零线,保护接地线和各种形式的接地线,以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围,造成大面积的危害。
雷击电子设备的途径和损坏机理
雷击电子设备的途径,雷击电子设备的途径可分为三种情况:
(一)雷电直接击中电子设备网络物理
落雷点为电源高电压侧,雷电沿供电线路侵入到电子设备系统供电局部,产生过电流与过电压造成网络供电系统的UPS电源损坏、断电、致使整个系统瘫痪。
雷电直击网络无线通信的天线,沿天馈进入网络系统,造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等网络主要通信设备损坏?
lt;
/P>
雷击网络通信有线线路〔如光缆、DDN、帧中继、X.25专线、线〕产生强大的机械力,猛烈的冲击波,炽热的高温使通信线路
损坏;
过电压过电流沿通信有线线路侵入到网络系统内,造成路由器、交换机及前端设备的损坏。
(二)感应过电压
1.回路感应过电压
由于网络系统在建筑物内大量布设各种导体线路〔如电源线、数据通信线、天馈线〕,这些线路网络构造布局错综复杂,在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路,当建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时,将在建筑物内部空间产生脉冲暂态磁场,这种快速变化的磁场交链这些回路后,将在回路中感应出暂态过电压,危及与这回路相接的电子设备。
2.线路感应过电压
是网络通信线路上感应过电压,分静电感应与电磁感应
1〕静电感应主要是指架空线路设于雷击点附近,由雷云团先导通道中充满电荷,对架空线产生静电感应作用累积大量相反电荷,当雷云主放电开始,雷云中电荷速中和,从而使架空线上原先被束缚的电荷被速释放,形成暂态过电压波。
这种波以接近光速向架空线两测传播,侵入导线路端接的网络设备将其损坏。
2〕当雷电直接击在避雷针、避雷带上时,由于雷电流幅值大,波头陡度高,在雷电流的通道附近形成一个很强的感应电磁场。
这强大的感应电磁场将直接感应在电源线或网络通信设备上,形成感应过电压侵入到网络系统中,损坏网络设备。
高强度〔30KA雷电流〕雷电放电可以对间隔雷击点1KM范围内网络系统产生电磁感应作用,造成系统设备损坏。
据统计,这种感应雷击占计算机雷击事故的70%以
上。
3.耦合与转移过电压
雷击引起暂态高电压或过电压常常可以通过网络线路耦合或转移到网络设备上,造成设备的损坏。
(三)雷击地电位抬高入侵
建筑物在遭受直接雷击时,雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地,在此过程中,雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压,假设引下线与周围网络设备绝缘间隔不够且设备与避雷系统不共地,将在两者之间出现很高的电压,并会发生放电击穿,导致网络设备严重损坏,甚至人身平安。
这种由于接地技术处理不当引起地电位的还击,造成整个网络系统设备全部击毁。
地电位暂态高电位危及到相邻建筑物内网络设备,如网络系统建筑物没有遭雷击又无采取过电压保护措施,附近建筑物遭雷击后,暂态高电位将沿地下管道传至网络设备接地系统中对线路发生还击,使得与这些线路相连接的设备受到暂态高电位的损害。
雷击过电压
不管是雷电冲击波或者是地电位还击,都会在网络、线路或设备上产生瞬时的雷击过电压。
雷击过电压又分为纵向过电压和横向过电压。
1、纵向过电压:
在平衡电路某点出现的对地的过电压称之为纵向过电压。
地电位上升起的电压,可看做是从地系统侵入的纵向过电压。
2、横向过电压:
在平衡电道路与线之间,或不平衡电路的线对地之间出现的过电压称之为横向过电压。
连接对称平衡传输线路的设备由于线路中两线分别对地的纵向过电压不平衡,或因纵向防护元件动作时间的差异,都会导致横向过电压的产生。
连接同轴电缆系统的电子设备,纵向过电压即为横向过电压。
电子设备的损坏机理
纵向冲击对平衡电路中设备元部件的损坏有:
损坏跨接在线与地之间的元部件或其绝缘介质;
击穿在线路和设备间起阻抗匹配作用的变压器匝间、层间或线对地绝缘等。
横向冲击那么同信息一样可在电路中传输,损坏内部电路的电容、电感及耐冲击才能差的固体元件。
设备中元部件遭受雷击损坏的程度,取决于不同的绝缘程度及受冲击的强度。
对具有自行恢复才能的绝缘,击穿只是暂时的,一旦冲击消失,绝缘很快得到恢复,有些非自行恢复的绝缘介质,假设击穿后只流过很小的电流,常不会立即中断设备的运行,但随时间的推移,元部件受潮其绝缘逐渐下降,电路特性变坏,最后将使电路中断。
有的设备元部件如晶体管的集电极与发射极或发射极与基极,假设发生反向击穿就出现了永久性损坏,对易受能量损坏的元器件,受损坏程度主要取决于流过其上的电流及持续时间。
雷击电磁脉冲防护措施
〔1〕大楼通过建筑物主钢筋,上端与接闪器,下端与地网连接,中间与各层均压网或环形均压带连接,对进入建筑物的各种金属管线施行均压等电位连接,具有特殊要求的各种不同地线进展等电位处理。
〔2〕对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式要求:
通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。
通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量防止紧靠建筑物立柱或横梁,并与之保持较长的间隔,通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于间隔建筑物立柱或横梁较远的位置。
〔3〕根据雷电保护区的划分要求,建筑物大楼外部是直接雷击区域;
建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区,越往内部,危险程度越低。
雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。
保护区的界面由外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏敝层形成。
电气通道以及金属管等金属构件,穿过各级雷电保护区时必须在每一穿过点做等电位连接。
〔4〕进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处、以及终端设备的前端,根据IEC1312--雷电电磁脉冲防护标准,安装上电源类SPD,以及通讯网络类SPD〔瞬态过电压保护器〕。
SPD是用以防护电子设备因受雷电闪击及其它干扰造成传导电涌过电压危害的有效手段。
防雷根本知识
来源:
时间:
2008-03-18
常躲避雷装置及其开展
1750年,富兰克林提出以针尖放出电荷缓慢中和雷云中的电荷的避雷针用来防雷。
后来的理论证明,它不能“避雷〞,而是将雷引向自身来保护其周围的设备。
随后俄国罗蒙诺索夫在重复了富兰克林的著名风筝试验〔他的朋友利赫曼和他一起试验,因被引下的直击闪电击中而牺牲〕之后,于1753年发表的论文〔关于因电力而产生的大气现象的发言〕中也对此作了重要论证。
一个鲜为人知的重要事实是,富兰克林发表避雷针理论之后不久,法国一位工程师即按其理论建立一个避雷针,并且很快发生一次接闪。
这是人类首次主动设法改变雷闪途径,也是直击雷可以防护的证明。
这位法国工程师作为一个正直的科学家,当即快乐地报告了富兰克林避雷针的引雷成功。
避雷针的实际应用,必须解决的是它的保护范围问题。
这是在试验室和实际应用中多年逐步定量化的,而且其准确性已根本满足了工程设计的需要。
正是各国高压输电和电力系统的开展推动了这一科研工作的前进。
1925-1926年,Peek第一个在实验室内利用冲击电压发生器造成“人工雷〞对避雷针模型放电,研究保护范围—保护系数与雷云高度对针高之比〔H/h〕的关系,并研究了雷云极性对保护系数的影响。
1930-1934年,各国开始广泛利用避雷针保护发电厂和变电所。
当时230KV电网已经出现多年,287KV超高压电网正在建立中。
如美国煤气和电力公司(AGE)1934年开始用避雷针、避雷线保护变电所,避雷线的保护范围是这样确定的:
当架构强度足够时,每保护程度间隔,避雷线悬挂高度要抬高;
架构强度受限制时,每保护程度间隔,要抬高。
这分别相当于保护角56°
和64°
。
这与日本60年代末的防雷标准60°
相近。
到60年代初〔1963年Davis〕、70年代初美、英等国对保护输电线路的避雷线的保护范围陆续提出击距理论,即考虑雷电流辐值的大小来选定保护范围。
我国高电压工作者〔朱木美教授指导王小瑜同志〕在职1962~1964年研究输电线路防雷时也提出了类似方法。
至于用来保护发电厂和变电所,我国50年代因担忧避雷线断线会涉及全厂和全变电所而只采用避雷针。
到70年代中期,才明确避雷线可用于发电厂和变电所的保护。
避雷带
避雷带是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的接地导体,是由避雷针、避雷线开展而来的。
作者最早是由德国资料中理解到这项技术。
避雷网是在避雷带的中间敷设接地导体,以保护建筑物的中间部位。
用于保护建筑物,其优点是敷设简便、造价低,而且同高耸的避雷针相比,引雷的几率大为减少。
而且它接闪后一般是由多根引下线泄散电流,室内设备上的还击电压相对较低。
我国建筑防雷工作者提出并在全国广泛应用的笼型防雷方式那么是利用建筑物钢筋形成的法拉笼。
同时也解决了等电位连接问题,极大地进步了建筑防雷的可靠性。
此外,它也便于笼内〔屋内〕电力、电信、电子设施统一接地〔共地式〕。
我国电力部门发电厂厂房、机房、变电所及主控室,包括控制和信号电缆等不同用途不同电压设备,并制订1952、1956年以来各版过电压和接地标准。
这同IEC近年规定、国外公司广泛宣传的统一接地和等电位连接相比,要早40年以上。
人们曾企图利用在针尖敷设上放射物质来进步引雷作用,扩大保护范围,后来证明无效。
60年代末、70年代初,英、德等国建筑物防雷标准已明确做出否认的结论。
80年代,水利电力部电力科学院在高压试验室内所做的试验也证明,放射性避雷针在引雷效果上与同尺寸的普通避雷针没有差异。
我国过电压与绝缘配合标准对它一直持否认态度。
尽管国际上已有定论,法国及一些法语国家还有一些地方,继续使用带有放射物的避雷针。
我国一些从法语国家引进的工业设备,还有用这种避雷针保护的。
这不仅浪费资金,无助于防雷改进,而且由于其放射性物质,还造成人身的环境方面的隐患。
它违犯我国所有有关防雷的标准。
提早放电避雷针的工作原理
提早放电避雷针的工作原理就是产生一个比普通避雷针更加快的上行先导。
此描绘基于负极性下行放电的情况下,此类放电形式最具有普遍性。
单位怎样进展雷电灾害防护
1、单位应定期由专业防雷公司检测防雷设施,评估防雷设施是否符合国家标准要求,比方:
学校、公司、区级以上医院、四星级以上宾馆、城区内高度在45米以上的高层建筑需两年检测一次。
2、单位应设立防范雷电灾害责任人,负责防雷平安工作,建立各项防雷平安工作,建立各项防雷设施的定期检测,雷雨后的检查和日常的维护。
如雷雨过后,安装在程控交换机、电脑等电器设备电源上和信号线上的过压保护器应检查有无损坏,发现损坏时应及时更换。
3、建立单位在防雷设施的设计和建立时,应根据地质、土壤、气象、环境、被保护物的特点,雷电活动规律等因素综合考虑,采用平安可靠、技术先进、经济合理的设计施工。
4、应采用技术和质量均符合国家标准的防雷设备、器件、器材、防止使用非标准防雷产品和器件。
5、新增加建立和新增加安装设备应同时对防雷系统进展重新设计和建立,如:
重新铺设电脑网络线、室外天线的移位和加高等等都应该重新设计和建立防雷设施。
6、雷灾发生时应及时处理,采取措施,防止再次雷击。
雷电保护的整体概念
六点防雷方案
针对雷电的危害,我们认为防雷必须是全面的。
主要包括以下六方面:
A控制雷击点〔采用大保护范围的避雷针〕
B平安引导雷电流入地网
C完善的低阻地网
D消除地面回路
E电源的浪涌冲击防护
F信号及数据线的瞬变保护
1>
接闪
接闪就是让在一定范围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄放到大地中去。
地面通信台站的平安在很大程度上取决于能不能利用有效的接闪装置,把一定保护范围的闪电放电捕获到,纳入预先设计的对地泄放的合理途径之中。
避雷针是一种主动式接闪装置,其英文原名是LightningConductor,原意是闪电引导器,其功能就是把闪电电流引导入大地。
避雷线和避雷带是在避雷针根底上开展起来的。
采用避雷针是最首要、最根本的防雷措施。
2>
均压连接
接闪装置在捕获雷电时,引下线立即升至高电位,会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络,并使其电位升高,进而对人员和设备构成危害。
为了减少这种闪络危险,最简单的方法是采用均压环,将处于地电位的导体等电位连接起来,一直到接地装置。
台站内的金属设施、电气装置和电子设备,假设其与防雷系统的导体,特别是接闪装置的间隔达不到规定的平安要求时,那么应该用较粗的导线把它们与防雷系统进展等电位连接。
这样在闪电电流通过时,台站内的所有设施立即形成一个“等电位岛〞,保证导电部件之间不产生有害的电位差,不发生旁侧闪络放电。
完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的还击。
3>
接地
接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地,良好的接地才能有效地降低引下线上的电压,防止发生还击。
过去有些标准要求电子设备单独接地,目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。
90年代以前,部队的通信导航装备以电子管器件为主,采用模拟通信方式,模拟通信对干扰特别敏感,为了抗干扰,所以都采取电源与通信接地分开的方法。
如今,防雷工程领域不提倡单独接地。
在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地,美国标准IEEEStd1100-1992更锋利地指出:
不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。
接地是防雷系统中最根底的环节。
接地不好,所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。
防雷接地是地面通信台站安装验收标准中最根本的平安要求。
4>
分流
分流就是在一切从室外来的导线〔包括电力电源线、线、信号线、天线的馈线等〕与接地线之间并联一种适当的避雷器。
当直接雷或感应雷在线路上产生的过电压波沿着这些导线进入室内或设备时,避雷器的电阻突然降到低值,近于短路状态,将闪电电流分流入地。
分流是现代防雷技术中迅猛开展的重点,是防护各种电气电子设备的关键措施。
近年来频繁出现的新形式雷害几乎都需要采用这种方式来解决。
由于雷电流在分流之后,仍会有少局部沿导线进入设备,这对于不耐高压的微电子设备来说仍是很危险的,所以对于这类设备在导线进入机壳前应进展多级分流。
如今避雷器的研究与开展,也超出了分流的范围。
有些避雷器可直接串联在信号线或天线的馈线上,它们能让有用信号顺畅通过,而对雷电过压波进展阻隔。
采用分流这一防雷措施时,应特别注意避雷器性能参数的选择,因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。
比方信号避雷器的接入应不影响系统的传输速率;
天馈避雷器在通带内的损耗要尽量小;
假设使用在定向设备上,不能导致定位误差。
5>
屏蔽
屏蔽就是用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来,阻隔闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道。
屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。
局域网防雷电攻击方法完全解析
2008-03-10
高效、平安是局域网设备工作运行的主旋律之一,不过提到局域网平安,相信多数人都会把目光聚焦到网络防病毒、网络防攻击上来,而很少有人会考虑雷击或感应雷击也能给局域网设备造成致命的平安威胁。
在高层建筑物日益增多的今天,局域网设备遭受到雷击的可能性越来越大,假设我们不及时采取防雷措施,那么轻那么容易导致网络设备不能正常工作,严重的话能损坏或烧毁网络设备,从而给我们带来经济上的损失。
为了让局域网设备远离雷电的攻击,进步网络设备的工作稳定性,我们必须高度重视、积极应对局域网防雷问题。
下面,笔者就局域网设备如何防止雷电攻击,提出自己的一些看法,希望各位网友能批评指正。
由于局域网中使用的网络设备大局部是精细的电子设备,这些电子设备抗电流、抗
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