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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：2247

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。

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

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。

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。