新型防雷及电涌保护在控制系统与设备中的应用.doc

新型防雷及电涌保护在控制系统与设备中的应用鲁思慧1、概述如今对于雷击电过电及浪涌过电压危害的保护，必须对财产（系统、设备、建筑物）等和个人，即包含对楼宇智能自动化控制系统自动化及网络系统的保护。这是因为近年来，现代电子技术的不断发展，各种高、精、尖的电子设备不断推广和普及应用，自动化控制系统与网络系统广泛应用于各行各业中，由于这些系统的电子设备内部结构的高度集成化，耐过电压、耐过电流的水平极低，避雷针对这些电子设备的保护收效甚微，因而极易遭受雷电流的冲击而损坏，轻者使网络终端接口设备损坏、通信中断、各种信息无法传递；重者使主机损坏，致使系统与网络瘫痪，工作无法进行。又如闭路电视监控系统在建筑物内的应用越来越多，由于建筑物内的电气环境比较复杂，容易形成各种工扰源，如果未采取恰当的防范措施，各种干会通过传输线缆进入闭路电视监控系统，造成图象质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等故障。因此，为了使系统正常运作，防止雷击带来的惨重损失，有必要对控制系统自动化及网络系统及电子系备的雷电及浪涌过电压采取综合防护措施。而各系统中的供电系统防雷及电涌保护又是其重中之重。为此首先对，将对电涌的危害与产生及防雷及电涌保护等技术从基本特征原理到应用上作概述。2、瞬态过电压会造成的损坏瞬态过电压在很大的程度上危及甚至摧毁电气和电子装置，见图1(a)所示。瞬态过电压造成的损坏率近年来明显上升。仪器设备需要长期可靠地正常工作，一旦遭到损坏，除了要支付重新购买或者修理的费用外，有关设备部件中断运行期间造成的间接损失，甚至软件和数据的丢失也会产生额外的费用。一般情况下毁坏事故留下的场景是导线损坏(见图1(b)所示)，甚至建筑物电气安装系统遭到明显的机械性摧毁。高集成度微电子系统的广泛使用使得电磁兼容(EMC)的问题愈来愈突出。直接或间接雷击对电气系统和电子系统造成很严重的危害，因而如何解决供电系统的防雷及电涌保护是楼宇或小区智能系统制造商与电气系统设计工程师梦寐以求的问题。3、电源和数据线路中浪涌电压是如何产生的瞬态过电压在大多数晴况下是由于电气设备中的开关过程和静电放电产生的。除此之外，因雷击放电和与此相关的电磁感应电磁感应，如图2所示雷击放电包括安装回路中能引起高压和电流的电磁感应场而导致电气及电子设备的毁坏。图2瞬态过电压从一个系统耦合到另一个系统可以是电阻性耦合方式的，也可以呈电感性或者电容性的耦台方式。此处仅以雷电放电为例对各种耦合形式作一说明。电阻性耦合过电压利用共同的阻抗部件从干扰源通过电路连接耦合进入干扰受体，上升特性非常陡直的电流诱发过电压，其数值主要取决于电感量和电流的变化速率，根据公式可得：UL=Ldi／dt，这一瞬态过电压可以通过均压等电位汇流排耦台进入相连的线路。电感性耦合根据感应定律，进入一根导线的电感耦合通过另一根载流导线的磁场发生。直接电感耦合的电涌使得在受影响的导线中产生了有高变化率引di/dt的浪涌电流。同时，相应的强磁场在此导线周围建立(变压器的初级绕组功能)。在其他导线中，例如在此磁场范围内的信号传辅导线中，感应出一个电压或浪涌电压(变压器的次级绕组功能)，浪涌电压沿着该导线到达所连接的设备。电容性耦合电容性耦台始终通过有高电位差的两个点之间的电场发生。4、对智能搂宇防雷及电涌的保护4.1电涌的保护与有效保护电路”的设计方案4.11瞬态浪涌是由于闪电放电、电气系统的开关操作和静电放电而引起的没有限压和泄流保护措施，闪电放电所包含的能量对于即使非常可靠的建筑物的低压电源来说也还是太大了。尽管浪涌电压仅在百万分之一秒的范围内瞬时发生，仍能够摧毁电子电路或击穿印刷电路板。为了防止瞬态浪涌摧毁电气系统，所有处于危险中的接口，如信号输入和电源，必须安装防雷及电涌保护器。根据需要，应在保护电路中单独或组合安装诸如放电间隙、气体放电管、压敏电阻和抑制二极管之类的元件，因为各元件的限压水平和通流量不同。通过“有效保护电路”(见图3所示)，我们可以完全地防止浪涌电压的侵害。图34.12“有效保护电路”的设计方案“有效保护电路”的设计方案保护方案的第一步是列出所有需要保护的设备和保护区域见图3中天馈、数据、过程控制和低压配电系统。然后对所有登记的设备所需的保护级别进行评价。必须把被保护的系统或设备看成是在一个受保护的区域内，如图3所示。在所有的交叉点“线路一保护电路”，应安装与需保护装置的具体电路类型或接口的标称数据相匹配的防雷及电涌保护器。如此保护电路之内的区域将是安全的，不可能受外部耦合浪涌电压的侵害。a电源根据所选择的电涌保护器和预期的环境影响，保护系统的电源和设备所需的电涌保护器的应用示意图，见图4所示。图4b测量和控制系断过程控制领埔中的