電源系統(tǒng)的雷電保護(hù)

電源系統(tǒng)的雷電保護(hù)第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二

當(dāng)雷擊于電網(wǎng)附近或直擊于電網(wǎng)時(shí)，在線路上產(chǎn)生的過電壓波沿線路傳播進(jìn)入戶內(nèi)，通過交流電源系統(tǒng)侵入電子設(shè)備，造成電子設(shè)備的損壞。

雷電過電壓波也能從交流電源側(cè)或通信線路傳播到直流電源系統(tǒng)，危及直流電源及其負(fù)載電路的安全。

第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二§7.1對(duì)保護(hù)裝置的基本要求1、保護(hù)裝置接入后，對(duì)電源系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響限制到可以忽略不計(jì)的程度。即并聯(lián)（縱向）元件具有很高的阻抗，串聯(lián)（橫向）元件具有很小的阻抗；(前者是為了防止漏流，后者是為了防止保護(hù)器件的串聯(lián)分壓)第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二2、保護(hù)裝置應(yīng)該具有良好的箝位效果。保護(hù)裝置的箝位電壓水平應(yīng)該接近（1～3倍）所在系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓。具體的倍數(shù)取決于被保護(hù)電子設(shè)備的過電壓耐受能力。第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二

3、

在抑制設(shè)計(jì)允許的苛刻雷電暫態(tài)過電壓情況下，保護(hù)裝置自身應(yīng)能安全生存，不被損壞?？量汤纂姇簯B(tài)過電壓情況通常由專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或由保護(hù)裝置產(chǎn)品的使用說明手冊(cè)給出。在保護(hù)設(shè)計(jì)中不要過分夸大苛刻雷電暫態(tài)過電壓的嚴(yán)重性，在保護(hù)可靠性和保護(hù)投資之間尋求優(yōu)化方案，合理選用保護(hù)裝置（不要一味選用高級(jí)的器件產(chǎn)品）。第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二4、在遇到雷電暫態(tài)過電壓作用時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)該具有足夠快的動(dòng)作響應(yīng)速度，應(yīng)盡早動(dòng)作限壓和旁路泄流；

5、

對(duì)保護(hù)裝置，需要規(guī)定其工作環(huán)境的溫度、濕度和氣壓等參數(shù)的范圍，保證保護(hù)裝置中的各種元件能夠正常發(fā)揮其功能；第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二6、保護(hù)元件安裝連接線的長度應(yīng)該盡可能短，以減小縱向并聯(lián)支路的寄生電感，降低保護(hù)裝置安裝點(diǎn)處的實(shí)際箝位水平；（連接線會(huì)產(chǎn)生電阻、電感電壓降，和殘壓一起疊加在設(shè)備上）第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二7、系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置中的泄漏、電流要很小，以減緩保護(hù)裝置自身的老、化，并減小對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。要是限制并聯(lián)保護(hù)元件的穩(wěn)態(tài)泄漏電流值，同時(shí)要限制保護(hù)裝置中電源引線端對(duì)地之間的寄生電容值；第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二8、在保護(hù)裝置中應(yīng)加裝故障報(bào)警器和暫態(tài)過電壓脈沖計(jì)數(shù)器，以監(jiān)視保護(hù)裝置的運(yùn)行狀況，并及時(shí)更換故障元件。第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二在比較復(fù)雜的供電系統(tǒng)中，保、護(hù)裝置一般設(shè)置在供電干線上，這樣由該干線供電的支線設(shè)備負(fù)載基本都能得到保護(hù)。如果在某條支線是設(shè)置保護(hù)裝置，那么，其他支線上的設(shè)備不能得到保護(hù)。第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二對(duì)建筑物內(nèi)電子設(shè)備的保護(hù)，一般在供電線路進(jìn)入建筑物的入口處設(shè)置保護(hù)裝置，要求有比較大的通流容量；對(duì)于一些脆弱的電子設(shè)備，在其電源輸入端前應(yīng)設(shè)置保護(hù)裝置，要求該保護(hù)裝置具有比較低的箝位水平。第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二§7.2配電變壓器的保護(hù)對(duì)配電變壓器采取防雷保護(hù)措施，一方面可以防止變壓器自身受到雷電過電壓的損壞，提高供電的可靠性，另一方面可以防止雷電過電壓波通過變壓器傳到建筑物內(nèi)的電源系統(tǒng)，使電子設(shè)備得到保護(hù)。第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二雷擊低壓側(cè)；

反變換過程；

正變換過程。第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二§7.3交流電源的單級(jí)保護(hù)第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二使用M3的原因：

L、N之間的箝位電壓為M1、M2的殘壓之和，被保護(hù)的電子設(shè)備難以耐受；共模過電壓可以通過隔離變壓器或低通濾波器來衰減，而差模過電壓不能通過這些設(shè)備來衰減，這樣差模過電壓就可能傳到電子設(shè)備上，損壞設(shè)備。

第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二保護(hù)器件選用注意點(diǎn)：

M1、M2的參數(shù)（尤其是參考電壓和響應(yīng)時(shí)間）應(yīng)該保持一致，否則可能因?yàn)閯?dòng)作不一致將共模過電壓轉(zhuǎn)化為差模過電壓。在要求不高的場(chǎng)合，可僅用M3來抑制差模過電壓，共模過電壓由隔離變壓器和低通濾波器來抑制。還可以只使用M2、M3或者只使用M1、M3。（前提是能確定過電壓從哪條線傳過來）第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二優(yōu)點(diǎn)：正常工作時(shí)，壓敏電阻中幾乎沒有泄漏電流流過，可以減緩壓敏電阻的老化。在保證可靠切斷放電管工頻續(xù)流的前提下，可將壓敏電阻的參考電壓選得低一些（參考電壓越低的壓敏電阻片，在同樣電壓作用下流過的電流越大），以降低其殘壓和箝位水平，提高對(duì)電子設(shè)備保護(hù)的可靠性。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二關(guān)于保護(hù)器件參數(shù)的選擇：1、放電管在系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓下不能放電，要求：放電管的直流放電電壓Ufdc大于系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓Up（峰值），Ufdc可按照下式來估算：

min（Ufdc）≥1.2max（Up）

2、暫態(tài)過程結(jié)束后，放電管要能夠可靠滅弧，要求：串聯(lián)支路在系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓作用下，壓敏電阻中的電流Iv小于放電管的滅弧電流值Ie。第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二Iv值的估算：放電管在電弧區(qū)的壓降為20V，則壓敏電阻兩端的電壓為Up－20，因?yàn)閁p＞＞20，所以近似認(rèn)為壓敏電阻兩端的電壓為Up。根據(jù)壓敏電阻的伏安特性數(shù)據(jù)可以確定在Up電壓下壓敏電阻中的電流Iv，并確定壓敏電阻的參考電壓U1mA。如果所確定的Iv大于Ie，那么可以選一個(gè)參考電壓U1mA高一些的壓敏電阻。（參考電壓越高的壓敏電阻片，在同樣電壓作用下，流過的電流越?。┑?3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二§7.4交流電源的多級(jí)保護(hù)對(duì)耐壓水平低的電子設(shè)備來說，單級(jí)保護(hù)不能滿足要求，需要采用多級(jí)保護(hù)電路。多級(jí)保護(hù)電路一般為兩級(jí)：第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第一級(jí)為泄流環(huán)節(jié)，旁路泄放暫態(tài)大電流。應(yīng)選用通流容量大、耐受脈沖沖擊能力強(qiáng)的器件。一般可以選用放電管或壓敏電阻。用于220V/380V交流電源線路保護(hù)時(shí)，使用放電管要注意工頻續(xù)流問題，有時(shí)要與其它元件配合使用。

第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第二級(jí)是箝位環(huán)節(jié)，將暫態(tài)過電壓限制到電子設(shè)備可以耐受的范圍內(nèi)。要求保護(hù)器件的伏安特性具有良好的非線性（即使電流增加很大，電壓也不能增加很大），且動(dòng)作箝位后的殘壓水平要低。可以選用壓敏電阻或暫態(tài)抑制二極管。第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二關(guān)于第一級(jí)和第二級(jí)之間的能量配合問題：有時(shí)候?yàn)榱藚f(xié)調(diào)第一級(jí)和第二級(jí)之間的動(dòng)作特性，需要在二者之間串聯(lián)一些元件，可以是電阻或電感。對(duì)串聯(lián)電阻的要求：當(dāng)負(fù)載電流比較大時(shí)，要求電阻上的壓降較小；電阻的功率要求比較大，能耐受較大的過載電流。這樣對(duì)電阻的選擇提出了苛刻的要求，常常難以實(shí)施。第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二對(duì)電感的要求：正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)電感值和功率沒有特別要求，只要求在暫態(tài)過電壓脈沖沖擊下電感值不發(fā)生明顯的下降?？梢酝ㄟ^對(duì)電感線圈的特殊設(shè)計(jì)和特殊繞制來達(dá)到這個(gè)要求。第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二電路組成；

動(dòng)作過程。第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二§7.5直流電源的保護(hù)簡(jiǎn)單的直流電源主要由電源變壓器、整流器、濾波電容、穩(wěn)壓電路和其它一些配件組合，過電壓防護(hù)措施主要是圍繞這些元器件實(shí)施的。第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二第34頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二保護(hù)電路分析如下：1、三個(gè)壓敏電阻裝在電源變壓器的原邊，用于抑制電源線上的共模和差模暫態(tài)過電壓；雪崩二極管D1保護(hù)變壓器副邊的元器件（整流器、濾波電容C和穩(wěn)壓器）。D1的擊穿電壓UZ選得略低于穩(wěn)壓器的最大容許輸出電壓和濾波電容的耐受電壓，同時(shí)UZ應(yīng)大于正常運(yùn)行時(shí)穩(wěn)壓器的最大輸入電壓（防止誤動(dòng)作）。第35頁，共