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一文看雷擊浪涌的防護解析

更新時間:2024-01-05      點擊次數:1842
1、電子設備雷擊浪涌抗擾度試驗標準
電子設備雷擊浪涌抗擾度試驗的國家標準為GB/T17626.5(等同于國際標準IEC61000-4-5 )。
標準主要是模擬間接雷擊產生的各種情況:
  (1)雷電擊中外部線路,有大量電流流入外部線路或接地電阻,因而產生的干擾電壓。
  (2)間接雷擊(如云層間或云層內的雷擊)在外部線路上感應出電壓和電流。
  (3)雷電擊中線路鄰近物體,在其周圍建立的強大電磁場,在外部線路上感應出電壓。
  (4)雷電擊中鄰近地面,地電流通過公共接地系統時所引進的干擾。
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標準除了模擬雷擊外,還模擬變電所等場合,因開關動作而引進的干擾(開關切換時引起電壓瞬變),如:
  (1)主電源系統切換時產生的干擾(如電容器組的切換)。
  (2)同一電網,在靠近設備附近的一些較小開關跳動時的干擾。
  (3)切換伴有諧振線路的晶閘管設備。
  (4)各種系統性的故障,如設備接地網絡或接地系統間的短路和飛弧故障。
標準描述了兩種不同的波形發生器:
一種是雷擊在電源線上感應生產的波形;
另一種是在通信線路上感應產生的波形。
這兩種線路都屬于空架線,但線路的阻抗各不相同:在電源線上感應產生的浪涌波形比較窄一些(50uS),前沿要陡一些(1.2uS);而在通信線上感應產生的浪涌波形比較寬一些,但前沿要緩一些。后面我們主要以雷擊在電源線上感應生產的波形來對電路進行分析,同時也對通信線路的防雷技術進行簡單介紹。
2、模擬雷擊浪涌脈沖生成電路的工作原理
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上圖是模擬雷電擊到配電設備時,在輸電線路中感應產生的浪涌電壓,或雷電落地后雷電流通過公共地電阻產生的反擊高壓,的脈沖產生電路。4kV時的單脈沖能量為100焦耳。


圖中Cs是儲能電容(大約為10uF,相當于雷云電容);
Us為高壓電源;
Rc為充電電阻;
Rs為脈沖持續時間形成電阻(放電曲線形成電阻);
Rm為阻抗匹配電阻Ls為電流上升形成電感。
雷擊浪涌抗擾度試驗對不同產品有不同的參數要求,上圖中的參數可根據產品標準要求不同,稍有改動。
基本參數要求:
(1)開路輸出電壓:0.5~6kV,分5等級輸出,最后一級由用戶與制造商協商確定;
(2)短路輸出電流:0.25~2kA,供不同等級試驗用;
(3)內阻:2 歐姆,附加電阻10、12、40、42歐姆,供其它不同等級試驗用;
(4)浪涌輸出極性:正/負;浪涌輸出與電源同步時,移相0~360度;
(5)重復頻率:至少每分鐘一次。
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雷擊浪涌抗擾度試驗的嚴酷等級分為5級:
1級:較好保護的環境;
2級:有一定保護的環境;
3級:普通的電磁騷擾環境、對設備未規定特殊安裝要求,如工業性的工作場所;
4級:受嚴重騷擾的環境,如民用空架線、未加保護的高壓變電所。
X級:由用戶與制造商協商確定。
圖片
圖中18uF電容,可根據嚴酷等級不同,選擇數值也可不同,但大到一定值之后,基本上就沒有太大意義。
10歐姆電阻以及9uF電容,可根據嚴酷等級不同,選擇數值也不同,電阻最小值可選為0歐姆(美國標準就是這樣), 9uF電容也可以選得很大,但大到一定值之后,基本上就沒有太大意義。
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