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  • 電子設備雷擊保護

    1.1.1縱向過電壓及縱向保護
      縱向過電壓指由于某種原因,使平衡電路上某點與地間超過容許的電壓。用來掏此種過電壓的保護稱縱向保護。
      1.1.2橫向過電壓及橫向保護
      橫向過電壓指由于某種原因,使平衡電路的線間,或不平衡電路的線與地間出現的超過[容許的電壓。用來掏此過電壓的保護稱橫向保護。
      1.1.3内電路
      指不直接聯接于外線的機内側電路,
      1.1.4 粗保護
      指限幅電壓較高,耐流能力較大,裝在靠近外線的電路點上的保護裝置,如放電管等。
      1.1.5 細保護
      指限幅電壓較低,耐流能力較弱,用于内電路保護固體元件的保護裝置,如半導體二級管等。

      1.2 危險源
      1.2.1 直擊雷
      過可以引起幾千伏的過電壓直接加到線路裝置和終端設備上,。
      1.2.2 應雷
      通過雷雲之間或雷雲對地的放電,在附近的架空線路、埋地線路、鋼軌或類似導體上産生的感應過電壓稱感應雷。
      1.2.3 地電位升
      雷電流通過接地裝置流入大地電位升高稱電位升,會危害設備的對地絕緣。

      1.3基本的保護方法
      1.3.1規定設備的介質絕緣強度、耐流量、阻抗等,以适應所使用的環境。
      1.3.2保護元件分流(如火花間隙)或中斷(如用熔絲)可能到達設備内部的沖擊。

      1.4 保護元件
      1.4.1 帶碳精闆或金屬電極的空氣隙保護器
      通常聯接于每一引入線與地之間,限制出現在兩極間的電壓,此類元件價格低廉,但運行一段時間特别經雷擊放電後,絕緣電阻會下降,需經常維護及更換。
      1.4.2 氣體放電管
      到被保護系統可容許的範圍。可較長期工作不需要特殊的維護。但應對氣體電管作定期檢查,。三極氣體入電管的橫向電壓小,保護效果優于二極氣體放電管。
      1.4.3 半導體二極管
      可把外來過電壓值幅低至1V,以保護設備。器件的動作速度快,但易因過流而遭損壞。多用于細保護電路。
      1.4.4 壓敏電阻
      中一種其電阻值随外加電壓而變化的非線性元件。從高阻到低阻的過渡可達納秒級,耐流能力較大,但這器件漏電會逐漸增加、極間電容較大,使用時應加以考慮。
      1.4.5 熔絲
      串聯在每一引入線之中,當流過過載電流時熔斷。可以中斷過電流以保護設備與人身安全。
      1.4.6熱線圈
      串聯在每一引入線之中,它附有易熔易焊料,并當時間超過規定值的弱電流潛入時熔動,用以切斷電路,或同時将線路接地。
      1.4.7 其他保護元件
      對設備遭受過電壓能起保護作用的元器件及裝置,如排流線圈、隔離變壓器等,可視不同設備而選用。
      1.5使用保護元件存在和帶來的不利因素
      1.5.1 殘壓——包括未使用權保護元件動作的過電壓,保護元件動作前的瞬變,保護元件動作後的端電壓,保護元件動作引起的電路瞬變等。1.3條的保護應包括這一因素。
      1.5.2 橫向電壓——兩線放電管動作不一緻會産生橫向電壓。當被保護設備阻抗較低時,其值往往可達到縱向過電壓的幅值和維持同樣的時間。1.3條的保護應包括這一因素。
      1.5.3對電路正常工作的影響——若電路正常工作電平和保護元件限幅電壓之間“隔離”不夠,則可能影響電路的正常工作。
      1.5.4 轉移效應——保護元件雖然保護了設備的某一部分,但對設備的另一部分可能喪失保護或甚至造成更大危險。例如,熔絲熔斷,會導緻熔絲線路側的過電壓升高;放電管放電短路造成部分電路過流等。
      1.5.5 在多級保護中,後級保護元件運用可能影響到前級保護元件的動作,損壞耐流能力弱的保護元件,或造成保護級之間的電路過流。
      1.5.6 保護元件動作過程中可引起溫升。
      1.5.7 保護元件動作可造成信号暫時或永久性中斷。
      1.5.8 可能增加維護工作量及影響電路的正常測試。

      1.6危險估計
      1.6.1 設備受雷電影響程度的估計
      設備受雷電影響的程度與設備上出現過電壓的幅度及其概率、網絡結構、設備抗過電壓能力,保護元件、接地等有關。
      1.6.2 環境條件的估計
      雷電活動頻繁及大地電阻率高的地區的設備,容易受直擊雷和鄰近雷擊所破壞。周圍埋地金屬物如水管、電纜铠裝及屏蔽,可以降低雷擊在線路上引起的感應過電壓。一般可把使用環境劃分為非暴露和暴露兩大類:
      非暴露環境——指城市中心和低雷暴活動的地區,其間極少出現超過保護元件殘壓的過電壓;
      暴露環境——指除以上列出外的所有其他環境,也包括必須采用一切有效保護措施,才能有滿意效果的特殊暴露環境。
      1.6.3工作狀态影響的估計
      某些設備的内部接線是時刻變化着的,此時,保護設計不能孤立地局限于設備的一種工作狀态,應考慮到設備工作狀态變化(内部接線變化引起,台通信用的交換機)時雷電沖擊産生的影響和受到破壞可能更大。否則,一旦發生故障,設備性能受到的破壞或波及範圍将太到更加嚴重的程度。

      2 保護設計

      2.1 确定耐沖擊等級
      即應對受保護設備耐過電壓能力加以分級。可能規定兩級:
      a.僅僅發生在局部上的輕微故障;
      b.嚴重擊穿、熔化、功能故障應盡量予以避免。不應因一個保護元件的損壞,繼而導緻嚴重故障的發生。
      
      2.2 設備外部的保護
      可以采取某些附加措施,達到下列目的:
      a.中斷或降低過電流;
      b.降低過電壓;
      c.例如,為了保護通信設備可在線路和設備之間,最好是在MDF(總配線架)的線路側接保護元件。既避免MDF至設備間的電路過渡,還可使MDF在發生  1.5.4款所述的轉移效應時不受到損害。

      2.3 耐壓水平
      直接聯于線路的變壓器(如,設備輸入或輸出的匹配變壓器、電源進線的電源變壓器)、線路濾波器中的元器件應有不導緻絕緣擊穿的最低耐壓。
      對于變壓器,指初次級之間、端子與地及端子之間的耐壓。
      對于濾波器的電感元件,指線圈端子對地的耐壓,電容器指端子間的耐壓。
      端子對地和變壓器初次級間的耐壓,是用以防縱向過電壓,端子間的耐壓水平是用以防橫向過電壓。
      在确定設備耐壓水平時,應結合保護措施一起考慮。最低的耐壓水平應能經受暴露環境并接有保護元件時所存在的殘壓的沖擊作用。

      2.4 設備内部的保護
      可能通過在電路串聯或并接保護元件,收到斷開或短路過電壓源的效果。常用1.1.4和1.1.5款的粗保護和細保護限制過電壓。
      圖1示出常用粗保護的設置,表1、表2為常用的粗、細保護電路。
      應正确設計保護電路,合理選擇保護器件及安裝位置。注意不要使用多餘的保護器件,否則不僅不經濟,而且還會顯著惡化設備的特性功能,降低運行的可靠性。

      3 其他措施

      3.1 利用及增大電流負反饋,可以限制晶體管上的過流,在一定程度上減弱晶體管所承受的過電壓沖擊。
      3.2 裝有濾波器的電子設備,可在不影響電路正常工作條件下盡量提高高通濾波的截頻,或盡量降低低通濾波器的截頻,增大阻帶衰耗,以減少進入内電路的沖擊能量。
      3.3 在不影響正常工作的條件下,電路中可串入限流電阻,以限制其過流。粗、細保護比較靠近時,限流電阻還可使粗保護的動作不受細保護的影響。
      3.4 任何保護元件,均應盡可能縮短引線,直接裝于需要保護的電路點上。
      3.5 在易受雷電沖擊的電路中,不能使用金屬膜電阻,因為它的耐沖擊能力差。
      3.6 印制電路闆中可能出現過電壓的導線 間絕緣強度,應滿足沖擊耐壓要求。
      3.7 用于線路放大以及其他可能承受沖擊的晶體管,應進行耐沖擊篩選。
      3.8 應選用動态電阻小的半導體二極管作保護元件。
      3.9 設備應有良好的保護接地,并定期檢查,以養活地電位升的影響

    [來源:原創] [作者:admin] [日期:10-04-30] [熱度:]

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