雷電及過電壓保護(hù)講座

1、1,,Lightning&Surge Protection雷電及過電壓保護(hù)講座,蔡振新（高工）電話：13901990787,2,3,1997年對超過8722多件案例損壞原因的分析,過電壓 31,68%(雷擊及操作過電壓),盜竊 7,01%,火災(zāi) 4,88%,水災(zāi) 6,22%,不小心/誤操作22,67%,其它 26,76%,風(fēng)暴 0,78%,,,,,,,,4,中國各主要城市雷暴天數(shù),5,,建筑物被燒毀,6,,

2、電路板及元器件損壞,7,,配電柜被損壞,8,,,,,,雷暴引起感應(yīng)雷擊及過電壓,,,,,,,,,直擊雷或鄰近雷擊:擊在外部防雷系統(tǒng)，如保護(hù)框架（工業(yè)裝置上.）電纜上等。浪涌電流在接地電阻Rst上引起電壓降。閉合環(huán)路感應(yīng)產(chǎn)生過電壓,信息系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,電源系統(tǒng),L1L2L3PEN,20 kV,Rst,,2c,1a,1b,1,2a,2b,1,1a,1b,遠(yuǎn)處雷擊:擊在遠(yuǎn)處架空輸送線

3、纜上雷云之間的放電通過架空線纜引起感應(yīng)雷電波及過電壓。在野外,雷電擊中通信線纜,2a,2b,2c,,9,,,鄰近建筑物之間危險的浪涌雷擊,,,幾 100 kA,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,幾 10 kV,幾 100 kV,幾 kA,,,幾 10 kA,,,,,,,,,,,,幾 10 kV,,,,通信線纜,,,OV,230 V~,幾 10 kA,,幾 kA,,Water / Gas,幾 kA,,

4、幾 ?,幾 kA,,幾 ?,幾 kA,,幾 ?,230V,,,,,,,,,,,,10,,,,,,Standard IEC 61024Protection of structuresagainst lightning,Standard IEC 61312Protection against LEMP,Standard IEC 61643Lightning protection-Telecommunicationlines,Te

5、chnical Report IEC 61662Assessment of riskof damage due to lightningPublished: 1995-04Amendment 1 toIEC 61662Published: 1996-05,Technical Report IEC 61819 / Ed.1Test parameterssimulating theeffects of LPScompo

6、nentsIEC 81/145/CDVForecast: 2001TR,Part 1: General principlesIEC 61024-1Published: 1990-03,Section 1: Guide ASelection of protectionlevels for lightningprotection systemsIEC 61024-1-1Published: 1993-08,Section

7、 2: Guide BDesign, installation,maintenance andinspection of lightningprotection systemsPublished: 1998-05,Part 1: General principlesIEC 61312-1Published: 1995-02,Part 2 (technical specification):Shielding of str

8、ucture, bonding inside structure and earthingIEC 61312-2 TSPublished: 1999-08,Part 3 (technical specification):Requirements of surgeprotective devices (SPDs)IEC 61312-3 TSPublished: 2000-07Amendment 1: Annex D

9、Coordination of SPDwithin existing structuresIEC 81/150/CD Forecast: 2001,Part 4 (Technical Report):Protection of equipment inexisting structuresPublished: 1998-09,IEC TC 81 雷電保護(hù),Part 1: Fibre opticinstallation

10、sIEC 61643-1Published: 1999-07,Part 2: Lines using metallic conductorsIEC 81/164/FDISForecast 2001,,,Part 5: Application GuideIEC 81/165/CDForecast: 2000,IEC 61024-1/Ed. 2Protection ofstructure againstfire, ex

11、plosion and life hazardsIEC 81/151/CDVStatus: MCR circulatedForecast: 2001,IEC 61662/Ed.2 TSRisk due to lightningIEC 81/156/CDForecast: 2001,,,,,,,11,國際標(biāo)準(zhǔn),總則IEC 61312-1 防雷器的選擇 IEC 61312-3 (pendin

12、g) 雷擊保護(hù)IEC 61024-1 設(shè)備保護(hù)IEC 61000-4-5 低壓防雷器IEC 61643-1-1 低壓防雷器的安裝 IEC 61643-1-2 (pending)低壓線路上的過電壓 IEC 62066 (pending) 通信防雷器IEC 61643-2-1 (pending),,12,國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),國家標(biāo)準(zhǔn):建筑物防雷設(shè)計規(guī)范(GB50057

13、-94),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定(YD 5078-98)移動通信基站防雷與接地設(shè)計規(guī)范(YD 5068-98)微波站防雷與接地設(shè)計規(guī)范(YD 2011-93)通信局(站)接地設(shè)計暫行技術(shù)規(guī)定(YDJ 26-89)計算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器(GA 173-1998)電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)行管理規(guī)程(DL 548-94),13,建筑物防雷設(shè)計規(guī)范　GB50057-94 (2000年局部修訂版),總則建筑物的防雷

14、分類建筑物的防雷措施防雷裝置接閃器的選擇和布置防雷擊電磁脈沖,14,雷擊風(fēng)險,問 : 我們需要關(guān)注雷擊嗎 ? 答 : 是的，當(dāng)然要 ，因為:高技術(shù)類的敏感設(shè)備越來越多 延長設(shè)備正常工作時間，減小出錯的概率 設(shè)備停機(jī)帶來昂貴的間接損失 防雷保護(hù)會影響到購買保險公司的判斷,15,,浪涌電壓的定義,,16,,雷電流對比圖,17,,,,,,,,,,LEMP,,,Intermediate floor,LPZ 2,,,,,

15、,,,,LPZ 3,,,,,,,,,LPZ 1,LPZ 0 A,LPZ 1,防雷分區(qū)概念,,電源系統(tǒng),,信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),電源系統(tǒng),,,,,ü,,ü,ü,ü,,,,局部匯流排,,,,設(shè)備再次層屏蔽,室內(nèi)次層屏蔽,,,,,,,,,,,,,,,基礎(chǔ)接地極,,加強(qiáng)筋,,,,,,,防雷等電位連接 雷電流SPD,,ü,局部等電位過壓保護(hù)器 SPD,空調(diào)裝置,,,,,,,,,,接閃系統(tǒng),LPZ 0

16、B,,,,,,,,,,,,,攝像機(jī),燈光,插座,,,“滾球半徑" 20 m,LPZ 0 B,,,,ü,ü,LPZ,防雷保護(hù)區(qū),18,,,,,,,,,,,,,,,,,230/400 V,50 Hz避器器,配電箱,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,屏蔽室里的鋼筋,接地系統(tǒng),金屬結(jié)構(gòu)作為建筑物屏蔽,,建筑物用鋼筋網(wǎng)屏蔽,,,建筑物屋頂?shù)耐獠拷娱W裝置,,接閃裝置到

17、鋼筋的接點,,,,,鋼筋墻作為建筑的屏蔽和引下線,,,數(shù)據(jù)線避雷器,等電位連接,,EBB,,,,,,,,LPZ 1,,,,LPZ 2,,,,,,,,通信和數(shù)據(jù)的電源過壓保護(hù),,,,,,,LPZ 0,LPZ 0 到 LPZ 1 到 LPZ 2的界面,,,,,,,,,,地下的鋼筋用作建筑物屏蔽和接地系統(tǒng),,,雷電保護(hù)系統(tǒng)依據(jù)IEC 61312-1: 1995-02,基礎(chǔ)接地裝置,,,,,,通信線避雷器,,,19,防雷保護(hù)方案,20,

18、,浪涌過壓保護(hù),主要針對感應(yīng)雷電﹑操作過電壓的防護(hù),低壓電源防護(hù)數(shù)據(jù)通訊防護(hù)等電位連接完備的接地系統(tǒng),21,SPD 防 雷 保 護(hù),22,,,,,,,,,,,,進(jìn)出線纜端口的防雷等電位連接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,陰極保護(hù)輸送管,基礎(chǔ)接地極,,等電位匯流排,EBB,水管,燃?xì)夤?,,,,外部防雷系統(tǒng),23,低壓浪涌保護(hù)器（SPD） 標(biāo)準(zhǔn),,Surge Protection D

19、evice : SPD,國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61643-1 法國標(biāo)準(zhǔn)NFC 61740 德國標(biāo)準(zhǔn)VDE 0675 美國標(biāo)準(zhǔn)UL 1449 英國標(biāo)準(zhǔn)BS 6651,24,低壓浪涌保護(hù)器（SPD）,防雷器標(biāo)準(zhǔn) : IEC 61643-1 (issued Feb.98)防雷器的選擇與應(yīng)用 : IEC 61643-2 (in work)聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn):直擊雷保護(hù) : IEC 61024-1電磁輻射脈沖 保護(hù):

20、 IEC 61312-1(Lightning Electromagnetic Pulse),國際標(biāo)準(zhǔn),25,低壓防雷器的等級,,,,,安裝位置 > 進(jìn)線端 分配端 設(shè)備端,國際標(biāo)準(zhǔn)Class I Class II Class III 法國標(biāo)準(zhǔn) Imax enhancedStandard

21、采用國際標(biāo)準(zhǔn)德國標(biāo)準(zhǔn) Class B Class C Class D美國標(biāo)準(zhǔn) ClassC ClassB ClassA英國標(biāo)準(zhǔn) Class C Class B Class A,26,低壓防雷器的特性,,,,,安裝 位置 >

22、 線路入口 分配端 設(shè)備端,國際標(biāo)準(zhǔn)10/350 µs 8/20 µs 8/20 µs 1.2/50 µs Iimp=20 kA max In=20 kA max Isc=10 kA max

23、 法國標(biāo)準(zhǔn) In > 20 kA In > 5 kA德國標(biāo)準(zhǔn) 10/350 µs In = 5 kA In = 1.5 kA 0.5-50 kA 美國標(biāo)準(zhǔn) 10 kA 3 kA

24、 500 A英國標(biāo)準(zhǔn) 10 kA 3 kA 500 A,27,防雷器IEC 61643-1 國際標(biāo)準(zhǔn),Test Class I : For a SDP (called Lightning Current Arrester) intended to be install in a installation equipped with a LPS wher

25、e a part of the current of the direct lightning strike could cross the device. Test Class II : For a SDP intended to be install at the electrical entrance or inside a classical installation. Test Class III : A diffe

26、rent way (american type..) to test a SPD : more adapted to « low power » SDP.,,28,低壓浪涌保護(hù)器 - 選 擇,按防雷等級選擇 : « Class I » SPD 要求可以防止直擊雷 (LPS on installation) « Class II

27、60;» SPD 可安裝與線路進(jìn)口或建筑內(nèi)部分線端 « Class III » SPD 安裝設(shè)備側(cè) 選擇放電電流 : 對于高暴露性防護(hù)選擇 70 kA (或更以上) 對于標(biāo)準(zhǔn)安裝選擇 40 kA 對于設(shè)備側(cè)選擇10kA防雷器的選擇原則 : 高敏感設(shè)備 (限制電壓低) 廣泛應(yīng)用 (secondary overshoots) 配合熔斷絲或斷路器 優(yōu)先使用防雷熔斷絲或

28、延遲斷路器,,29,,SPD的安裝,30,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4 kVIII,2.5 kVII,,,防浪涌和過壓類型（依據(jù)DIN VDE 0110 Part 1）,230/400 V,,1.5 kVI,,,,,,,C,B,D,none,依據(jù) E DIN VDE 0675 Part 6/A1 、SPD 級別的區(qū)分,6 kVIV,31,電源系統(tǒng)保護(hù),,,32,避雷器在電源

29、技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,LPZ = 防雷保護(hù)區(qū)SEB =配電柜EBB =等電位連接排,33,SPD 的安 裝,,34,電源防雷器工作原理,當(dāng)電網(wǎng)由于雷擊出現(xiàn)瞬時脈沖電壓時,防雷器在納秒內(nèi)導(dǎo)通，將脈沖電壓短路于地泄放，后又恢復(fù)為高阻狀態(tài)，從而不影響用戶設(shè)備的供電。,,,設(shè)備,,,,,,,,,,,,,,,35,50 % (100 kA, 10/350 µs) 的電流是通過接地系統(tǒng)泄放的.50 % (100 kA, 10/350

30、 µs) 的電流是被內(nèi)部的供應(yīng)系統(tǒng)泄放的.(電源系統(tǒng), 信息技術(shù)系統(tǒng), 金屬管道等.) 如果在最壞的情況里僅有電源系統(tǒng)，它將承受50％的雷電流. 假設(shè)最壞的情況僅有兩條導(dǎo)線(L; PEN) , 則每根導(dǎo)線要承受 50 kA (10/350 µs) 的電流. 這是一個避雷器承受的最壞情況. 它有以下的參數(shù) :電流峰值 50 kA (10/350 µs)電量 25 As單位能量 0.625 MJ/?

31、,Ｂ類防雷等電位連接避雷器,36,假設(shè)雷電流的泄放,,,,,,,100%,等電位連接排,,50%,通訊系統(tǒng)電源系統(tǒng)金屬管道,外部防雷裝置,接地系統(tǒng),,50%,,50%,,,,,,,,,,,,37,,,,,,火花間隙成份避雷器的特性,,,,電壓電流,,,,,,,,,,,,火花間隙的擊穿電壓,浪涌電壓1.2/50 µs,雷電流,電源系統(tǒng)中的電流,電源系統(tǒng)電壓,,,,,,火花間隙滅弧,,,,µs,大約 100

32、 µs,大約 10 ms,幾 kA,100 kA,38,敞開式火花間隙的剖面模型,,39,,,,,,噴弧技術(shù)功能圖,,,,,電極 1,電極 2(驅(qū)動電極),隔離氣體流向的材料,氣體流向-徑向-縱向,弧光,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,40,串聯(lián)式滑動火花間隙工作原理,第一個滑動火花間隙,第二個滑動火花間隙,接線端子1,零件1,零件2,零件3,接線端子2,密閉式、無火花釋放蠕動放電火花間隙,外

33、殼,電極1,產(chǎn)生氣體的絕緣材料,電極2,從電極伸出的4個火花連絡(luò)點,42,火花間隙避雷器自動滅弧電流波形圖,動作電流,后續(xù)電流,43,火花間隙避雷器自動滅弧電壓波形圖,浪涌電壓,電弧電壓,工作電壓/市電電壓,44,TN - C 系統(tǒng)B級防雷器安裝示意圖,,,L1,,,,,,,,,,,,,,F1,F4,F6,F5,,,,,F4 - F6 ??250 A gLrequired only if F1 - F3 > 250 A gL,

34、,,,,,,L2,L3,PEN,F2,F3,,Conductor size16 mm² ??125 A25 mm² 160/200 A35 mm² 250 A,Terminalsup to 50 mm² stranded,Groundingcross-section =conductor size,,45,過電壓保護(hù)器 C級,符合 E DIN VDE 0675 第 6/11

35、.89 部分和第 6/A1/03/96 部分 具有遙信接點選擇，可以供集中監(jiān)控使用 具有故障顯示窗口 模塊化設(shè)計，方便維護(hù)，并不影響供電內(nèi)置熱感斷路器，避免因發(fā)熱而導(dǎo)致爆炸反應(yīng)時間納秒級采用導(dǎo)軌式安裝額定放電電流 ：20KA(8/20 μs) 高阻燃性,46,C級浪涌保護(hù)器剖面圖,47,,在金屬氧化物上的過壓保護(hù)器的特性,,,,,,,,電源系統(tǒng)電壓,浪涌電流 8/20µs,電源系統(tǒng)電壓,,,大約 10