电源系统的雷电保护

电源系统的雷电保护第1页，共37页，2023年，2月20日，星期二

当雷击于电网附近或直击于电网时，在线路上产生的过电压波沿线路传播进入户内，通过交流电源系统侵入电子设备，造成电子设备的损坏。

雷电过电压波也能从交流电源侧或通信线路传播到直流电源系统，危及直流电源及其负载电路的安全。

第2页，共37页，2023年，2月20日，星期二§7.1对保护装置的基本要求1、保护装置接入后，对电源系统正常运行的影响限制到可以忽略不计的程度。即并联（纵向）元件具有很高的阻抗，串联（横向）元件具有很小的阻抗；(前者是为了防止漏流，后者是为了防止保护器件的串联分压)第3页，共37页，2023年，2月20日，星期二2、保护装置应该具有良好的箝位效果。保护装置的箝位电压水平应该接近（1～3倍）所在系统的最高运行电压。具体的倍数取决于被保护电子设备的过电压耐受能力。第4页，共37页，2023年，2月20日，星期二

3、

在抑制设计允许的苛刻雷电暂态过电压情况下，保护装置自身应能安全生存，不被损坏。苛刻雷电暂态过电压情况通常由专门的技术标准规定或由保护装置产品的使用说明手册给出。在保护设计中不要过分夸大苛刻雷电暂态过电压的严重性，在保护可靠性和保护投资之间寻求优化方案，合理选用保护装置（不要一味选用高级的器件产品）。第5页，共37页，2023年，2月20日，星期二4、在遇到雷电暂态过电压作用时，保护装置应该具有足够快的动作响应速度，应尽早动作限压和旁路泄流；

5、

对保护装置，需要规定其工作环境的温度、湿度和气压等参数的范围，保证保护装置中的各种元件能够正常发挥其功能；第6页，共37页，2023年，2月20日，星期二6、保护元件安装连接线的长度应该尽可能短，以减小纵向并联支路的寄生电感，降低保护装置安装点处的实际箝位水平；（连接线会产生电阻、电感电压降，和残压一起叠加在设备上）第7页，共37页，2023年，2月20日，星期二7、系统正常运行时，保护装置中的泄漏、电流要很小，以减缓保护装置自身的老、化，并减小对系统正常运行的影响。要是限制并联保护元件的稳态泄漏电流值，同时要限制保护装置中电源引线端对地之间的寄生电容值；第8页，共37页，2023年，2月20日，星期二8、在保护装置中应加装故障报警器和暂态过电压脉冲计数器，以监视保护装置的运行状况，并及时更换故障元件。第9页，共37页，2023年，2月20日，星期二第10页，共37页，2023年，2月20日，星期二在比较复杂的供电系统中，保、护装置一般设置在供电干线上，这样由该干线供电的支线设备负载基本都能得到保护。如果在某条支线是设置保护装置，那么，其他支线上的设备不能得到保护。第11页，共37页，2023年，2月20日，星期二第12页，共37页，2023年，2月20日，星期二对建筑物内电子设备的保护，一般在供电线路进入建筑物的入口处设置保护装置，要求有比较大的通流容量；对于一些脆弱的电子设备，在其电源输入端前应设置保护装置，要求该保护装置具有比较低的箝位水平。第13页，共37页，2023年，2月20日，星期二§7.2配电变压器的保护对配电变压器采取防雷保护措施，一方面可以防止变压器自身受到雷电过电压的损坏，提高供电的可靠性，另一方面可以防止雷电过电压波通过变压器传到建筑物内的电源系统，使电子设备得到保护。第14页，共37页，2023年，2月20日，星期二雷击低压侧；

反变换过程；

正变换过程。第15页，共37页，2023年，2月20日，星期二§7.3交流电源的单级保护第16页，共37页，2023年，2月20日，星期二第17页，共37页，2023年，2月20日，星期二使用M3的原因：

L、N之间的箝位电压为M1、M2的残压之和，被保护的电子设备难以耐受；共模过电压可以通过隔离变压器或低通滤波器来衰减，而差模过电压不能通过这些设备来衰减，这样差模过电压就可能传到电子设备上，损坏设备。

第18页，共37页，2023年，2月20日，星期二保护器件选用注意点：

M1、M2的参数（尤其是参考电压和响应时间）应该保持一致，否则可能因为动作不一致将共模过电压转化为差模过电压。在要求不高的场合，可仅用M3来抑制差模过电压，共模过电压由隔离变压器和低通滤波器来抑制。还可以只使用M2、M3或者只使用M1、M3。（前提是能确定过电压从哪条线传过来）第19页，共37页，2023年，2月20日，星期二第20页，共37页，2023年，2月20日，星期二优点：正常工作时，压敏电阻中几乎没有泄漏电流流过，可以减缓压敏电阻的老化。在保证可靠切断放电管工频续流的前提下，可将压敏电阻的参考电压选得低一些（参考电压越低的压敏电阻片，在同样电压作用下流过的电流越大），以降低其残压和箝位水平，提高对电子设备保护的可靠性。第21页，共37页，2023年，2月20日，星期二关于保护器件参数的选择：1、放电管在系统最高运行电压下不能放电，要求：放电管的直流放电电压Ufdc大于系统的最高运行电压Up（峰值），Ufdc可按照下式来估算：

min（Ufdc）≥1.2max（Up）

2、暂态过程结束后，放电管要能够可靠灭弧，要求：串联支路在系统最高运行电压作用下，压敏电阻中的电流Iv小于放电管的灭弧电流值Ie。第22页，共37页，2023年，2月20日，星期二Iv值的估算：放电管在电弧区的压降为20V，则压敏电阻两端的电压为Up－20，因为Up＞＞20，所以近似认为压敏电阻两端的电压为Up。根据压敏电阻的伏安特性数据可以确定在Up电压下压敏电阻中的电流Iv，并确定压敏电阻的参考电压U1mA。如果所确定的Iv大于Ie，那么可以选一个参考电压U1mA高一些的压敏电阻。（参考电压越高的压敏电阻片，在同样电压作用下，流过的电流越小）第23页，共37页，2023年，2月20日，星期二第24页，共37页，2023年，2月20日，星期二§7.4交流电源的多级保护对耐压水平低的电子设备来说，单级保护不能满足要求，需要采用多级保护电路。多级保护电路一般为两级：第25页，共37页，2023年，2月20日，星期二第一级为泄流环节，旁路泄放暂态大电流。应选用通流容量大、耐受脉冲冲击能力强的器件。一般可以选用放电管或压敏电阻。用于220V/380V交流电源线路保护时，使用放电管要注意工频续流问题，有时要与其它元件配合使用。

第26页，共37页，2023年，2月20日，星期二第27页，共37页，2023年，2月20日，星期二第二级是箝位环节，将暂态过电压限制到电子设备可以耐受的范围内。要求保护器件的伏安特性具有良好的非线性（即使电流增加很大，电压也不能增加很大），且动作箝位后的残压水平要低。可以选用压敏电阻或暂态抑制二极管。第28页，共37页，2023年，2月20日，星期二关于第一级和第二级之间的能量配合问题：有时候为了协调第一级和第二级之间的动作特性，需要在二者之间串联一些元件，可以是电阻或电感。对串联电阻的要求：当负载电流比较大时，要求电阻上的压降较小；电阻的功率要求比较大，能耐受较大的过载电流。这样对电阻的选择提出了苛刻的要求，常常难以实施。第29页，共37页，2023年，2月20日，星期二对电感的要求：正常运行时，对电感值和功率没有特别要求，只要求在暂态过电压脉冲冲击下电感值不发生明显的下降。可以通过对电感线圈的特殊设计和特殊绕制来达到这个要求。第30页，共37页，2023年，2月20日，星期二电路组成；

动作过程。第31页，共37页，2023年，2月20日，星期二第32页，共37页，2023年，2月20日，星期二§7.5直流电源的保护简单的直流电源主要由电源变压器、整流器、滤波电容、稳压电路和其它一些配件组合，过电压防护措施主要是围绕这些元器件实施的。第33页，共37页，2023年，2月20日，星期二第34页，共37页，2023年，2月20日，星期二保护电路分析如下：1、三个压敏电阻装在电源变压器的原边，用于抑制电源线上的共模和差模暂态过电压；雪崩二极管D1保护变压器副边的元器件（整流器、滤波电容C和稳压器）。D1的击穿电压UZ选得略低于稳压器的最大容许输出电压和滤波电容的耐受电压，同时UZ应大于正常运行时稳压器的最大输入电压（防止误动作）。第35页，共