浅谈防雷器在电源系统中原理以及应用

一、雷电防护基本原理

雷电及其它强干扰对通信系统的致损及由此引起的后果是严重的，雷电防护将成为必需。雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成。其主要通过两种形式，一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备；一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备。绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。金属管线通道，如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的浪涌；地线通道，地电们反击；空间通道，电磁小组的辐射能量。

其中金属管线通道的浪涌和地线通道的地电位反击是电子信息系统致损的主要原因，它的最见的致损形式是在电力线上引起的雷损，所以需作为防扩的重点。由于雷电无孔不入地侵袭电子信息系统，雷电防护将是个系统工程。雷电防护的中心内容是泄放和均衡。

1泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入通信系统之前泄放入地；层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。防雷保护区又称电磁兼容分区，是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同把环境分成几个区域：LPZOA区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各特体都可能导走全部雷电流，本区内电磁场没有衰减。LPZOB区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区电磁场没有衰减。LPZ1区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比LPZOB区进一步减少，电磁场衰减和效果取决于整体的屏蔽措施。后续的防雷区（LPZ2区等）如果需要进一步减小所导引的电流和电磁场，就应引入后续防雷区，应按照需要保护的系统所要求的环境区选择且续防雷区的要求条件。保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。在现代雷电防护技术中，防雷区的设置具有重要意义，它可以指导我们进行屏蔽、接地、等电们连接等技术措施的实施。

2均衡就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差，即系统所在环境及系统本身所有金属导电体的电位在瞬态现象时保持基本相等，这实质是基于均压等电位连接的。由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接器（防雷器）组成一个电位补偿系统，在瞬态现象存在的极短时间里，这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内所有导电部件之间建立起一个等电位，这些导电部件也包括有源导线。通过这个完备的电位补偿系统，可以在极短时间内形成一个等电位区域，这个区域相对于远处可能存在数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不存在显著的电位差。

3雷电防护系统由三部分组成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防护，由接闪器、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。过渡防护，由合理的屏蔽、接地、布线组成，可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应。内部防护，由均压等电位连接、过电压保护组成，可均衡系统电位，限制过电压幅值。

二、防雷器的作用及技术参数

防雷器又称等电位连接器、过电压保护器、浪涌抑制器、突波吸收器、防雷保安器等，用于电源线防护的防雷器称为电源防雷器。鉴于目前的雷电致损特点，雷电防护尤其在防雷整改中，基于防雷器防护方案是最简单、经济的雷电防护解决方案。防雷器的主要作用是瞬态现象时将其两端的电位保持一致或限制在一个范围内，转移有源导体上多余能量。

进入地下泄放，是实现均压等电位连接的重要组成部分。防雷器的一些主要技术参数：额定工作电压、额定工作电流，特批串并式电源防雷器的载流量。通流能力，防雷器转移雷电流的能力，以千安为单位，与波开开式有关。防雷器在功能上可分为可防直击雷的防雷器和防感应雷的防雷器。可防直击雷的防雷器通常用于可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOA区与LPZ1区交界处的保护。用10/35μs电流波形测试与表示其通流能力。防感应雷的防雷器通常用于不可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOB区与LPX1区、LPZ1区交界处的保护。用8/20μs电流波形测试与表示其通流能力响应时间，防雷器对瞬态现象起控制作用所需的时间，与波形性质有关。残压，防雷器对瞬态现象的电压限制能力，与雷电流幅值及波形性质有关。

三、防雷器的选用

基于防雷器的防护想要取得理想的效果，应注重“在合适的地方合理地装设合适的防雷器”，防雷器的选择十分重要。

1进入建筑物的各种设施之间的雷电流分配情况如下：约有50%的雷电流经外部防雷装置泄放入地，另有50%的雷电流将在整个系统的金属物质内进行分配。这个评估模式用于估算在LPAOA区、LPZOB区和LPZ1区交界处作等电位连接的防雷器的通流能力和金属导线的规格。该处的雷电流为10/35μs电流波形。在各金属物质中雷电流的分配情况下：各部分雷电流幅值取决于各分配通道有的阻抗与感抗，分配通道是指可能被分配到雷电流的金属物质，如电力线、信号线、自来水管、金属构架等金属管级及其它接地，一般仅以各自的接地电阻值就可以大致估算。在不能确定的情况下，可以认为接是电阻相等，即各金属管线平均分配电流。

2在电力线架空引入，并且电力线可能被直击雷击中时，进入建筑物内保护区的雷电流取决于外引线路、防雷器放电支路和用户侧线路的阻抗和感抗。如内外两端阻抗一致，则电力线被分配到一半的直击雷电流。在这种情况下必须采用具有防直击雷功能的防雷器。

3后续的评估模式用于评估LPZ1区以后防护区交界处的雷电流分配情况。由于用户侧绝缘阻抗远远大于防雷器放电支路与外引线路的阻抗，进入后续防雷区的雷电流将减少，在数值上不需特别估算。一般要求用于后续防雷区的电源防雷器的通流能力在20kA（8/20μs）以下，不需采用大通流能力的防雷器。后续防雷区防雷器的选择应考虑各级之间的能量分配和电压配合，在许多因素难以确定时，采用串并式电源防雷器是个好的选择。串并式是根据现代雷电防护中许多应用场合、保护范围层次区分等特点提出的概念（相对于传统的并式防雷器而言）。其实质是经能量配合和电压分配的多级放电器与滤波器技术的有效结合。串并式防雷有如下特点：应用广泛。不但可以按常规进行应用，也适合保护区难以区别的场所。感生退耦器件在瞬态过电压下的分压、延迟作用，以帮助实现能量配合。减缓瞬态干扰的上升速率，以实现低残压与长寿命以及极快的响应时间。

4防雷器的其它参数选择取决于各个被保护物所在防雷区的级别，其工作电压以安装在引电路中所有部件的额定电压为准。串并式防雷器还需注意其额定电流。

5影响电子线雷电流分配的其它因素：变压器端接地电阻降低将使电子线中分配电流增大。供电线缆的长度的增加将使电力线中分配电流减少，并使几要导线中有平衡的电流分配。过短的电缆长度和过低的中性线阻抗将使电流不平衡，从而引起差模干扰。供电线缆并接多用户将降低有效阻抗，导致分配电流增大，在连成网状的供电状态下，雷临时性流主要流入电力线，这是多数雷损发生在电力线处的原因。

浪涌电压:
电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的 *** 作过电压，这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。随着电路中各电容充电的完成，和电感中自感电势的消失，电压就趋于平稳了。
浪涌的危害:
浪涌包括浪涌冲击、电流冲击和功率冲击，可分为由雷击引起的浪涌以及电气系统内部产生的 *** 作浪涌。出现在建筑物内的浪涌从近kV到几十kV，如不加以限制会导致：引起电子设备的误动；电源设备和贵重的计算机及各种硬件设备的损坏，造成直接经济损失；在电子芯片中留下潜伏性的隐患，使电子设备运行不稳定和老化加速。
浪涌的抑止方法:
浪涌保护器是通过泄放雷电流、限制浪涌电压来保护电子设备，是电子设备防雷的主要手段，也是内部防雷保护的主要措施，从而成为综合防雷体系中的重要组成部分。
浪涌保护器并联在被保护设备两端，通过泄放浪涌电流、限制浪涌电压来保护电子设备。泄放雷电流、限制浪涌电压这两个作用都是由其非线性元件(一个非线性电阻，或是一个开关元件)完成 的。在被保护电路正常工作，瞬态浪涌未到来以前，此元件呈现极高的电阻，对被保护电路没有影响；而当瞬态浪涌到来时，此元件迅速转变为很低的电阻，将浪涌电流旁路，并将被保护设备两端的电压限制在较低的水平。到浪涌结束，该非线性元件又迅速、自动地恢复为极高电阻。
浪涌电压抑制器 :
主要功能是保护系统免受浪涌高压的损害。不间断电源(UPS)用来防止电压下降和电源断开，大部分台式系统的电源可以处理高达800伏的浪涌电压。浪涌抑制器可以阻止高于这个级别的电压。现在出售的大多数浪涌抑制器将浪涌电压转移到地线，但在有些建筑物的布线中，浪涌电压可能会重新出现在其它计算机系统中。有的浪涌抑制器使用线圈和电解电容来吸收过剩的能量，而不是将能量分散到地下。地线分散法主要用来保护浪涌抑制器本身不被烧坏。现在很多抑制器还采用这种技术，但是将来更有效的抑制器将避免采用它。
浪涌保护额定电压应该高达6000伏。保护装置都配备了电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)噪声过滤电路。然而大多数台式系统的电源中已经有这种过滤器，所以你应当用怀疑的态度来看强调EMI/RFI噪声过滤器的广告。
必须谨慎使用瞬间电压浪涌抑制器(TTSS)技术的浪涌抑制设备。这种抑制器可以防止大的瞬间高压，如闪电雷击，但是对低到一定程度而对电子设备仍然有害的瞬间电压无抑制作用。况且它把瞬间高压引到地下，而它们有可能返回其它设备。当网络有多个接地点时，情况就恶化了。

保护锁定功能的实现。针对本质安全型电源保护LT4356公司设计了一种基于LT4356芯片浪涌抑制器的本质安全型电源保护模块，详细分析了该模块中软启动，过压、过流及电压跌落故障保护，保护锁定功能的实现原理。

局域网的电源保护需求局域网用户最易觉察的电源问题是停电，其次是市电电压过低（如低于150V）或过高（如高于260V）。这些电源故障会导致局域网中交换机、路由器、服务器和数据存储器等各类设备无法连续正常工作。其他诸如电源浪涌、线间噪声、谐波失真、频率漂移、瞬态尖峰、波形断续等电源故障，虽然用户难以觉察，但却是发生最频繁，对用户设备损害最多的问题。各类电源污染是造成网络运行阻塞、数据传输不畅的主要原因。例如谐波、浪涌和噪声，大大增加网络系统的数据传输误码率，导致网络数据传输速率严重下降，使用户网络达不到设计要求，造成用户的损失。而雷击、感性负载投切造成的瞬态尖峰、高压脉冲等也会造成系统硬件损坏，如电源、磁盘、硬盘等。而在局域网中，存储的数据价值通常远远高于单纯的硬件成本。由于局域网的节点数量多，而且各节点可能分散在不同地点，这样，就会有位于不同地点的多台电源需要维护。利用网络对UPS进行集中监控，是局域网电源维护的最佳手段。用户可以在一个地方及时、准确、全面了解各网点电源的运行状况，显著减少维护费用。总之，局域网电源必须同时具备不停电功能、净化功能和集中监控功能。局域网的UPS选择在局域网的中心机房中，采用10-20kVA中等功率UPS集中供电的方式已被广泛接受。为了有效提高系统可靠性，一般采用双机热备份或并联供电。对于局域网的众多PC、路由器、打印机、传真机、复印机等设备，考虑到其分散性，需要有现场安置的小功率UPS提供电力保障，这种分散性电力布局有助于分散供电的风险。有些局域网用户认为，分散的小功率UPS可以使用后备式、互动式等低端离线式产品来节省投资。但是，离线式UPS产品，无论是后备式还是互动式，都基本无法抑制电网污染传至网络设备。互动式在遇到比较恶劣的电网环境时，则易于在市电与电池工作状态之间频繁切换，导致UPS存在发生故障的隐患。而且互动式UPS输入功率因数完全取决于负载功率因数，对电网有谐波污染。因此， 在小功率UPS的选择上，也应当首选能够全面消除电源污染的在线式UPS产品。对于国内市场的长延时产品，应注意所选UPS产品的电池管理性能。对于用户实际使用中最重要的电池管理要素，首先是放电终止保护----因为UPS应根据实际放电倍率，自动调整保护点，否则固定保护点设置会导致UPS电池受到过放电的损害；其次，UPS应能够保证电池能量的恢复，这就要求UPS电池充电器有足够大的充电能力，最好具备均浮充控制和温度补偿能力；最后，在上述保证电池正确使用的基础设计上，一些对电池容量、故障的判定，也可以为用户提供使用上的便利。根据经验，在为网络设备选用UPS电源时，应注意：（1） 根据负载设备的摆放位置，选用大容量的UPS集中供电方案。原因是：单台容量较大的UPS的故障率较低；UPS的每单位千伏安的价格，随着UPS容量的增大而下降；选用单台容量UPS时，有利于用户更经济合理地使用蓄电池。（2） 根据用户的不同配送电系统选用UPS机型，以适应用户配送电系统带载能力的要求。（3） 选用允许市电电源波动范围大的UPS机型，可以更好的适应市电电网恶劣的供电环境。（4） 选用UPS过载能力强和具有优良抗输出短路能力的机型。只要UPS执行市电交流旁路供电与逆变器供电切换 *** 作，就总是存在着出故障的概率。显然，UPS抗过载能力越强，客观上UPS做上述切换的机会就越少，随之而来的是UPS的故障率越低。（5） 要有配置适当的抗瞬态浪涌抑制器，以便更好的保护网络设备。（6） 选用UPS输出中线对地线电位低的机型，可以获得尽可能高的数据传输速率，降低数据传输的误码率。

浪涌抑制器也称做防雷器或者浪涌隔离器，当线路突然受到雷击或者其他干扰产生的尖峰脉冲电流或者尖峰脉冲电压时，浪涌抑制器可以快速的导流干扰脉冲电压或者电流，从而保护用电设备的安全运行。电磁阀和电磁隔离器由线圈构成，漆包线最高承受的击穿电压1000V左右，雷电或者其他脉冲干扰的电压很可能瞬间超过线圈中的漆包线耐受击穿电压，形成线圈之间或者线圈和外壳骨架之间击穿，增加浪涌抑制器可以有效的克服这种现象的发生。

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和现在的大电脑公司一样，都是代加工然后拼凑的，台达的生产线还有这两个品牌的产品呢

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