防雷基本知识课件

Basicsofovervoltages

and

lightning

瞬态过电压和闪电的基本知识TRABTECH暂态吸收技术TRANSIENT暂态ABSORPTION吸收TECHNOLOGY技术TT162D19.04.00

Damagingenergy摧毁能量TT06GB16.04.98电动机/发电机Filtercoils滤波器线圈电子管Relays继电器Capacitors电容器Diodes二极管Transistors晶体三极管计算机部件IC’s集成电路Energy能量(Ws)10...possibledamage可能损坏certaindamage肯定损坏nodamage无损坏-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7

IEC61000-4-1TT001GB21.07.994.Definitions定义...Electromagneticcompatibility电磁兼容性(EMC):Theabilityofanequipmentorsystemtofunctionsatisfactorilyinitselectromagneticenviromentwithoutintroducingintolerableelectromagneticdisturbancetoanythinginthatenviroment.[IEV161-01-07]

设备或系统在其所处的电磁环境中能正常工作，且不对环境其它有生命或无生命物质构成不能承受的电磁骚扰。ExplanationofTerms术语的解释:

Overvoltagesorsurgevoltages:Overvoltageisthepermanentortemporaryvoltage

betweenconductersorbetweenconductorandground

insystemswhichcandamaging(electrical)equipment过电压是在系统中的导线之间或在导线和地之间的常态的或暂态的电压，这种电压是能损坏(电子)仪器的。过电压或浪涌电压ExplanationofTerms术语的解释:暂态过电压（TOV)：高压系统接地故障出现的过电压。持续时间ms-s数量级。permanent

常态过电压/过电流：工频（50HZ)或直流Surge瞬态过电压：斜三角波持续时间μs、ns数量级。

ExplanationofTerms术语的解释:Adevicethatisintendedtolimittransientvervoltagesanddivertsurgecurrents.Itcontainsatleastonenonlinearcomponent.一个装置，可以有目的限制瞬态过电压和转移浪涌电流。她至少使用了一个非线性零件。

SurgeProtectiveDevice电涌保护器(SPD):

Electromagneticcompatibility电磁兼容性EMCTT002GB17.08.99EMC

SEMPESDLEMPNEMPperiodicinterferingfrequencynetreactioncoronadischargegalvanicinductivcapazitivinfluencescausedbyelectromagn.-waves-radiationlightningcurrentarrestersurgevoltagearresterfilterpotentialequalizationearthingshielding干扰原因耦合机制开关电磁脉冲静电放电雷电电磁脉冲电流，电感，电容，电波影响放射影响抗干扰措施雷电电流放电器过压放电器滤波器均压等电位接地，屏蔽瞬态浪涌电压产生的原因雷电电磁脉冲(LEMP)开关电磁脉冲(SEMP)静电放电

(ESD)核电磁脉冲(NEMP)TTGBLightning(downwards)Lightning(upwards)Directlightningstrikeintodrivingcar

二次闪电三次闪电一次闪电闪电电流闪电电流kAkA0-10-20-30-408060402000 2040 60 80 1001201400 200400 600 800 100012001400μstμstLightningcurrentoscillogramsofnegativeandpositivecloud-groundlightnings正负极性云对地闪电电流波形图

50%10%5%»1%3080100200kA2090100100kA/ms1080100400As1051065.106107A2sfrequency概率peakvalueofthelightningcurrent雷击电流峰值maximumlightningcurrent-steepnessofrise雷击电流最大上升陡度chargeofaLightning雷击电荷量lightningcurrentsquareimpulse雷击电流平方脉冲Frequencyandcurrentdataoflightnings闪电的频率和电流的数据TT008GB17.08.99

Uo

t=0

UL

Umax

Uo

BURST短脉冲群Ttswitchingaction开关动作TT450D26.05.98

Cs

R

L

CpCpCpCpCpElectrostaticdischarge静电放电TT011GB17.02.99Carpet地毯(Insulator）绝缘体Ground地Dischargecurrent放电电流

Electromagneticcompatibility电磁兼容性EMCTT002GB17.08.99EMC

SEMPESDLEMPNEMPperiodicinterferingfrequencynetreactioncoronadischargegalvanicinductivcapazitivinfluencescausedbyelectromagn.-waves-radiationlightningcurrentarrestersurgevoltagearresterfilterpotentialequalizationearthingshielding干扰原因耦合机制开关电磁脉冲静电放电雷电电磁脉冲电流，电感，电容，电波影响放射影响抗干扰措施雷电电流放电器过压放电器滤波器均压等电位接地，屏蔽RE1RE2Galvaniccoupling电流偶合iBiB1UE=RE1xiB1iB2iB2iB2iB2improvement!改良potentialequalization均压等电位 &surgevoltageprotection电涌保护iB2‘‘‘50%/50%lightningcurrentdistribution

雷击电流分配betweentheservicestothestructure(IEC61312...)在公用接地装置与建筑物间servicesentering

thestructure50%50%

电感耦合iimpRE1RE2

电容耦合iimpRE1RE2ETT566GB21.01.99surgevoltagesuperimposelinevoltage叠加在线电压上的浪涌电压

U[V]t[ms]15001000500050010001500TTGB1009050100

i%t1t2tµstestpulse,waveshapesand国际标准规internationalstandards定的测试脉冲波TTGB1009050100

i%t1t2tµstestpulse,waveshapesandinternationalstandartsSEMP1,2/50

µsand8/20µsIEC61000-4-4 IEC61000-4-5ESD 1,2/50µs IEC61000-4-2LEMP10/350µs IEC61312 IEC61024IEC61312-1

和

GB50057-2000

雷电流参量首此雷击防雷建筑物的类别

I II III幅值I(kA) 200 150 100波头

T1(ms) 10 10 10半值时间T2(ms) 350 350 350电荷QS

(As) 100 75 50单位能量W/R

(MJ/W) 10 5,6 2,5

90%50%10%IiT1T2t

I:幅值T1: 波头T2: 半值时间首次雷击参量TTGB冲击电流测试脉冲10020030040082010IsnkA3507,5FLT60-40010/350ms(IEC61024-1&GB50057-2000)VALVETRABMS/ME8/20ms(IEC60-1)FLT25-400

10/350ms(IEC61024-1&GB50057-2000)tms601525503010020030040082010IsnkA350tms402010/350ms

8/20ms

10/350ms

和8/20ms电流波型比较Q(10/350)=20*Q(8/20)E(10/350)=200*E(8/20)雷击电流的函数U=Ldi/dtQ=t2i

Ldi/dt

t1W=t2i2

Ldi/dt

t1

TT199CN18.11.98

Electromagneticcompatibility电磁兼容性EMCTT002GB17.08.99EMC

SEMPESDLEMPNEMPperiodicinterferingfrequencynetreactioncoronadischargegalvanicinductivcapazitivinfluencescausedbyelectromagn.-waves-radiationlightningcurrentarrestersurgevoltagearresterfilterpotentialequalizationearthingshielding干扰原因耦合机制开关电磁脉冲静电放电雷电电磁脉冲电流，电感，电容，电波影响放射影响抗干扰措施雷电电流放电器过压放电器滤波器均压等电位接地，屏蔽OutdoorLightningProtectionbuildingwithexternallightningprotectionsystem使用专用外部雷击保护系统的建筑物TT_920eng11.01.99Server服务器

UV5.1UV1UV2UV3UV5UV4HV30kV400/230VtelecommunicationSystem电子通讯系统video

monitoring

system视频监视系统fire-alarmsystem火警系统burglaryalarmsystem入屋盗窃报警系统UV5.2productionmachineandcontrol专用机床outdoorlighting

equipment户外的照明设备maindistrbutionframe主配电盘subdistributionFrame子（分）配电盘datanetworkCable数据网络线galvanic,inductive,capacitivecouplingiLiLiL滚球半径(单根避雷针为例)一类建筑物30米二类建筑物45米三类建筑物60米机房45米45米XX`rx=雷电流最小值与相关的滚球半径拦截标准的项目防雷建筑物类别第一类第二类第三类最小雷电流幅值I（KA）51016滚球半径R（M）304560Surgevoltageprotectiondevices

瞬态过电压保护器

Functionprincipleofsurgevoltagearresters瞬态过电压保护器的工作原理TT570GB16.04.98

ABS2S3S1

ArcChopping

sparkgap角形放电间隙gas-filled

surgearrester气体放电管MOV金属氧化物压敏电阻suppressor

diode抑制二级管TT019GB23.04.98Components元器件SurgecurrentCapability处理浪涌能力Components-specialfeaturesReactionspeed响应速度放电间隙反应时间一般为1Us通流量大点火电压与du/dt相关无漏电流有续流6x88x85x53-ElectrodesÜsAgComponents:Gasfilledsurgearrestor气体放电管的特点反应时间一般为100ns体积小、通流量大（在通讯行业已应用了几十年）点火电压与du/dt相关无漏电流有续流S05S14S20B40S07S10VaristorComponents:Varistor

Microstructureandconductionmechanismofvaristors压敏电阻的显微结构和导电机制TT24GB23.04.98Electrodes电极Epoxyresin

环氧树脂leadesoftinnedcopperwire镀锡铜引线sinteredzincoxidetogetherwithothermetaloxideadditives附加有其他金属氧化物的氧化锌烧结体Zincoxids氧化锌Microvaristor微压敏电阻intergranularBoundary晶粒间界层Source:SiemensMatsushitaComponentsVAL230的U-特性曲线1724e

10020080040010-560010002000400010-410-310-210-1100101102103104105(A)U(V)压敏的特点在与气体放电管相同体积下通流量小很多反应时间为25ns压敏易老化(老化是指压敏内部的二极管无件熔穿，P-N过渡在大部情况下会因为过载而引起短路，压敏电阻就会随着它的负载频率而开始吸收泄漏电流）电容相当高Suppressordiode15kW5kW1,5kW0,6kWComponents:SuppressodiodeCurrent(A)URUBUCVoltage(V)UCUBURTT026D05.03.98Shape:Suppressordioden抑制式二级管反应快电压抑制好，一般为额定电压的1.8倍通流量小、电容量大具有自感，额定电压越小，自感就越高，与连接导线的电感共同构成一个低通，随着信号电路中的信号频率对数据转输产生衰减作用。12345656Functionofthearcchoppingsparkgap

角形放电间隙的原理TT21GB05.09.971.Ignitionatresponsevoltage点火电压->4kV2.Arcbridgesthedistancebetweenelectrodes极间拉弧3.Arcispushedoutwards向外拉弧4.Arcischoppedagainstbasicchrashplate5.Designofpartialarcs6.BreakdownandextinguishingofpartialarcsLPE/PEN/NFLT-PLUS结构及工作原理

Principialconstructionandoperation123465657788ABCDEABCDE绝缘物起弧电极臂电弧导引板熄弧板撞击板1.过电压点燃电弧2.电火花连接两个电极3.电火花向外部扩散4.电火花由电极的尖端在撞击板上弥散5.电火花分散...6.移至电弧导引板7.电弧导引板将电火花传至熄弧板8.在熄弧板间产生许多单个电火花，

其反向电压阻断了电网后续电流，

电火花最后熄灭。TT661CN18.11.981stElectrode第一电极2ndElectrode第二电极FLASHTRAB..Construction结构电源第一级保护FLT35/3+1快速安装的3+1组合模块预先桥接标准35mm导轨安装3+1

雷电流避雷器带发光指示额定雷电放电电流Iimp=50KA(10/350)µs紧凑设计:仅70mm

宽

(4TE)TriggerelectronicwithcurrentignitionFunctionmetallicelectrodespecialconductiveelement电源第二级保护VALVETRAB保护插头定位块压敏电阻标记位双接线端子失效指示热敏分断编码环远程报警压杆插拔式远程报警接口基座

one-position,pluggable

surgevoltagearrester

nominalvoltagesfrom

60VACto500VAC

withandwithoutremoteindicatorcontact4-channelpluggable

surgevoltagearresterfor230/400VAC5-wiresystems

withandwithoutremoteindicatorcontactTT1216GB26.01.01VALVETRABSurgevoltagearrester->MOV电源第二级保护VAL-MS230/3+1

FM

4位集成插拔式防雷保护单元适用

TT和

TN电网系统的保护所有插头均有失效指示整体式基座可选择远程报警接口FM额定浪涌放电电流（每相）IN=20KA(8/20)µs紧凑设计:仅70mm宽

(4TE)电源第三级保护PT2-PE/S-230AC插拔式防雷保护单元适用单相电源的保护插头含有失效指示窗口基座含有远程报警接口FM额定浪涌放电电流（每相）Imax=10KA(8/20)µs紧凑设计:仅17.5mm宽

(1TE)项目型号技术参数PT3-HF-12DCIEC类别/VDE规格等级C1，C2，C3，D1标称电压UN12VDC最大持续工作电压UC14VDC标称电流

IN450mA额定通流量In（8/20）μs10KA最大通流量Imax（8/20）μs20KA响应时间

ta500ns保护水平(8/20)

μs25V插入损耗0.2dB@5MHZ传输频率

fg70Mbps接入阻抗2.5Ω/线环境温度-40℃至85℃IP等级IP20阻燃等级V0信号保护PT3-HF-12DCPowerSupply

电源Maindistributionpanel6kVSubdistributionpanel4kVdevice2,5kV

spec.equipment1,5kVWithstandsurgevoltageresistanceoftheinsulationkWhZL1L2L3PENLightningcurrentarresterSurgevoltagearresterDeviceprotectionInsulationcoordination

绝缘配合

acc.toIEC60364-4-443符合TT035GB17.08.99绝缘配合Insulationcoordination

主配电

6kV二次配电

4kV2,5kV用电器1,5kV绝缘材料的最大冲击耐压kWhZL1L2L3PEN雷击电流放电器

过电压放电器

设备保护器FLASHTRABVALVETRABSOCKETTRAB

MAINTRAB

UAK2-PE/S-XDeviceSubdistributionpanelMaindistributionpanel>5

m>10

m__LineasdecouplingelementTT043GB17.08.99Multistagesurgeprotection

circuitdiagramofa3-stagesurgeprotectionlightningcurrentarrester(classI/B)Example:FLT25-400inductance(coilorline)surgevoltagearrester(classII/C)VALMS-230inductance(coilorline)deviceprotection(classIII/D)MNT-1DSPD能量配合的基本原理Decouplingbyinductance

circuitdiagramlightningcurrentarrester(classI/B)Example:FLT25-400inductance(coilorline)surgevoltagearrester(classII/C)inductance(coilorline)deviceprotection(classIII/D)VALMS-230MNT-1DLightningcurrent

arrester(classI/B)Example:FLT25-400Inductance

(coilorline)Surgevoltage

arrester

(classII/C)VALMS-230UresUindUres+UindDecouplingbyinductance自感解偶

在MOV将承受最大的能量Emax之前,MOV的残压URES和冲击电感的电压降LDExdi/dt

的总和必须超过火花间隙的动态工作电压UOVdyn.10.05.2000/PME091Uind退耦距离不够的危险Arrester(ClassI)Decoupling(Coilo.Wire)Arrester(ClassII)FLT60-400VALMS-230UresDecouplingbyinductance

divisionofsurgeenergyThemomentofcommutationisdeterminedbythesteepnesofthecurrentDecouplingbyinductance:itcommutationvaristorenergy:W=WmaxtoearlynoFLT25-400ActiveEnergyContol

circuitdiagramlightningcurrentarrester(classI/B)Example:surgevoltagearrester(classII/C)VALMS-230ElectronictriggerelectronicFLT-PLUSCTRL-0.9Lightningcurrent

arrester

(classI/B)Surgevoltage

arrester

(classII/C)UresUresElektronikExample:VALMS-230FLT-PLUSCTRL-0.9orFLT35CTRL0.9triggerelectronicElektronikelectronicActiveEnergyControlfunctionalityTT36218.02.9824/230/400/690VEffectiveprotectioncircle有效的保护圈Datatelecommunication数字电讯Ethernet,Cat5以太网，5类电缆RS485Videosignal

视频信号....

Auxiliarypowersupply附属电源MCR-lines测量控制线0...20mAI/O‘s...

区域0:a建筑物外部，在避雷针保护半径外，会直接遭受雷击，无雷电电磁脉冲屏蔽区域0:b建筑物外部，在避雷针保护半径内，不会直接遭受雷击，无雷电电磁脉冲屏蔽（雷击保护区）雷电电磁脉冲波形为10/350区域1:

建筑物内部，能量较强的瞬态过程由开关电磁脉冲和雷击电流 部分分量产生（过电压保护区1）区域2:

建筑物内部，能量较弱的瞬态过程由开关电磁脉冲和静电放电 产生（过电压保护区2）区域3:

建筑物内部，无瞬态电流电压产生于干扰源外部，相互间可能 产生影响的电流回路被屏蔽并分开布线（过电压保护区3）

电磁兼容性保护区TT36CN18.11.9861312-1@IEC:1995将一个需要保护的空间划分为不同的防雷区的原则等电位连接点通信线金属管道:如：水管LPZ0A

和LPZ1的界面旗杆或栅栏天线电源线洞(如：窗)LPZ0BLPZ1LPZ2

LPZ1与LPZ2的界面设备LPZ0AEMCprotectionzoneconcept电磁兼容保护区EMCPZ0(LPZ0：b)(PZ=保护区)EMCPZ1EMCPZ2EMCPZ3EMCPZ3TT371CN18.11.98EMCPZ0(LPZ0：a)61312-1@IEC:1995将钢筋连接成金属框架的措施，以实现减小内部磁场的例子在各交叉点的连接金属门框每根钢筋的连接金属窗框61312-1©IEC:1995采用一个内部环形导体时外来导电物在地面多点进入的等电位连接其它电