防雷基础知识

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防雷基础知识

浪涌电压

雷击、闪电
工业过电压
静电感应
核磁辐射

雷击闪电--直击雷

脉冲电流 : 20 至 200 千安培
上升时间 : 大约 1 μs
直击雷防护系统 : LPS (Lightning Protection System : Cage, Lightning rod)
预防 : 雷暴预测

雷击损坏设备的渠道

工业过电压

瞬间过电压-- 电气短路、断路 (circit breaker, fse...)、开关电闸 (switching circits...)、感性容性负载通断
临时过电压-- 相线错误、地线错误 (IT network...)、零线断路

静电感应 Electro-Static Discharge

人体的电容量大约为 100 至 300 pF
在地毯上行走大约会产生 25-40 kV的高压
在接触时约会产生 5 到 15 kV / 25 ns的放电
对极为敏感的半导体回路产生干扰或破坏

核电磁脉冲核辐射电场磁场，以上能量的瞬变带来的浪涌脉冲

EM field > 50 kV/m
Rise Time : 10 ns

雷击风险

雷击风险问 : 我们需要关注雷击吗 ? 答 : 是的，当然要，因为:

高技术类的敏感设备越来越多
延长设备正常工作时间，减小出错的概率
设备停机带来昂贵的间接损失
防雷保护会影响到购买保险公司的判断

Worldwide IsoKeranic Map世界雷区分布图

统计数据通讯及数据传输处理设备损失比例 Insrance 保险公司统计

本数据未包含因实施防雷保护而减少的雷击损失

浪涌电压对设备侵害后果

部分或整体损坏
干扰正常功能，无法完成正常使用效果
设备加速老化，缩短寿命

雷击损坏图例--电路板及元器件损坏

防雷保护雷击点传导设备基本准则

防雷保护的主要原则

防雷器安装位置于被保护设备越近越好
等电位连接 n
所有外接线路需进行防雷保护

防雷保护--保护方法

目的	事例
完全消除	改用光纤传输
降低损坏概率，减小损失	安装防雷器
预防	雷暴预告

主要防雷元件

n气体防雷管（间隙放电器件）
n压敏电阻器 (MOV)
瞬态二极管
固态放电管

防雷器的安装

实现分级浪涌保护示意

防雷标准--最重要的防雷标准的最新变化:

Protection against Lightning: IEC 61312
Protection against Direct Strike : IEC 61024
Eqipment immnity : IEC 61000-4-5 Low voltage SPD : IEC 61643-1
Bonding/Earthing : prEN 50130

低压浪涌保护器（SPD）标准--适应最新设备最新要求

改进浪涌保护方式
n提供最大的可靠性与完善的保护方法
n实际指导选型、安装

低压浪涌保护器（SPD）标准

国际标准 IEC 61643-1
法国标准 NFC 61740
德国标准 VDE 0675n美国标准 L 1449
英国标准 BS 6651

低压浪涌保护器（SPD）

国际标准n防雷器标准 : IEC 61643-1 (issed Feb.98)
防雷器的选择与应用 : IEC 61643-2 (in work)
联合标准: 直击雷保护 : IEC 61024-1 电磁辐射脉冲保护: IEC 61312-1 F(Lightning Electromagnetic Plse)

国际标准

总则 IEC 61312-1 n
防雷器的选择 IEC 61312-3 (pending) n
雷击保护 IEC 61024-1 n
设备保护 IEC 61000-4-5 n
低压防雷器 IEC 61643-1-1 n
低压防雷器的安装 IEC 61643-1-2 (pending) n
低压线路上的过电压 IEC 62066 (pending) n
通信防雷器 IEC 61644-2-1 (pending)

低压防雷器的等级

低压防雷器的特性 Parameters

IEC 61643-1 国际标准

Test Class I : For a SDP (called Lightning Crrent Arrester) intended to be install in a installation eqipped with a LPS where a part of the crrent of the direct lightning strike cold cross the device.
Test Class II : For a SDP intended to be install at the electrical entrance or inside a classical installation. n
Test Class III : A different way (american type..) to test a SPD : more adapted to ? low power ? SDP.

SPD 浪涌保护器 -- LPS 防雷系统

雷电流对比图

IEC 61643-1 国际标准

标称放电电流 : In (Class I and II) n Test cycle: 15 shocks on wave 8/20 μs
Typical vale : 1,5 - 2,5 - 5 - 10 - 15 - 20 kA n
最大放电电流 : Imax (Class II) n Test cycle : 0,1 - 0,25 - 0,5 - 0,75 and 1 x Imax (wave 8/20 μs)
Typical vale : 3 - 5 - 10 - 20 - 40 kA n
脉冲电流 : Iimp (Class I) n Test cycle : 0,1 - 0,25 - 0,5 - 0,75 and 1 x Imax (wave 10/350 μs)
Typical vale : 1 - 2 - 5 - 10 - 20 kA n
保护水平 : p (Class I II and III) n Residal voltage at In
Typical vale : ….0,8 - 0,9 - 1 - 1,2 - 1,5 - 2 - 2,5…. kV

低压浪涌保护器 - 选择

按防雷等级选择: <Class I> SPD 要求可以防止直击雷 (LPS on installation)<Class II> SPD 可安装与线路进口或建筑内部分线端 <Class III> SPD 安装设备侧
选择放电电流 : 对于高暴露性防护选择 70 kA (或更以上) 对于标准安装选择 40 kA 对于设备侧选择10kA
防雷器的选择原则 : 高敏感设备 (限制电压低) 广泛应用 (secondary overshoots)
配合熔断丝或断路器优先使用防雷熔断丝或延迟断路器

SPD的安装