1、1,Lightning&Surge Protection 雷电及过电压保护讲座,蔡振新（高工）,2,3,1997年对超过8722多件案例损坏原因的分析,过电压 31,68% (雷击及操作过电压),盗窃 7,01%,火灾 4,88%,水灾 6,22%,不小心/误操作 22,67%,其它 26,76%,风暴0,78%,4,中国各主要城市雷暴天数,5,建筑物被烧毁,6,电路板及元器件损坏,7,配电柜被损坏,8,雷暴引起感应雷击及过电压,直击雷或邻近雷击: 击在外部防雷系统，如保护框架（工业装置上.）电缆上等。浪涌电流在接地电阻Rst上引起电压降。闭合环路感应产生过电压,信息系统,电源系统,L1 L2
2、 L3 PEN,20 kV,Rst,2c,1a,1b,1,2a,2b,1,1a,1b,远处雷击: 击在远处架空输送线缆上雷云之间的放电通过架空线缆引起感应雷电波及过电压。在野外,雷电击中通信线缆,2a,2b,2c,9,邻近建筑物之间危险的浪涌雷击,几 100 kA,几 10 kV,几 100 kV,几 kA,几 10 kA,几 10 kV,通信 线缆,OV,230 V,几 10 kA,几 kA,Water / Gas,几 kA,几 ,几 kA,几 ,几 kA,几 ,230V,10,Standard IEC 61024 Protection of structures against light
3、ning,Standard IEC 61312 Protection against LEMP,Standard IEC 61643 Lightning protection -Telecommunication lines,Technical Report IEC 61662 Assessment of risk of damage due to lightning Published: 1995-04 Amendment 1 to IEC 61662 Published: 1996-05,Technical Report IEC 61819 / Ed.1 Test parameters s
4、imulating the effects of LPS components IEC 81/145/CDV Forecast: 2001 TR,Part 1: General principles IEC 61024-1 Published: 1990-03,Section 1: Guide A Selection of protection levels for lightning protection systems IEC 61024-1-1 Published: 1993-08,Section 2: Guide B Design, installation, maintenance
5、and inspection of lightning protection systems Published: 1998-05,Part 1: General principles IEC 61312-1 Published: 1995-02,Part 2 (technical specification): Shielding of structure, bonding inside structure and earthing IEC 61312-2 TS Published: 1999-08,Part 3 (technical specification): Requirements
6、 of surge protective devices (SPDs) IEC 61312-3 TS Published: 2000-07Amendment 1: Annex D Coordination of SPD within existing structures IEC 81/150/CD Forecast: 2001,Part 4 (Technical Report): Protection of equipment in existing structures Published: 1998-09,IEC TC 81 雷电保护,Part 1: Fibre optic instal
7、lations IEC 61643-1 Published: 1999-07,Part 2: Lines using metallic conductors IEC 81/164/FDIS Forecast 2001,Part 5: Application Guide IEC 81/165/CD Forecast: 2000,IEC 61024-1/ Ed. 2 Protection of structure against fire, explosion and life hazards IEC 81/151/CDV Status: MCR circulated Forecast: 2001
8、,IEC 61662/Ed.2 TS Risk due to lightning IEC 81/156/CD Forecast: 2001,11,国际标准,总则 IEC 61312-1 防雷器的选择 IEC 61312-3 (pending) 雷击保护 IEC 61024-1 设备保护 IEC 61000-4-5 低压防雷器 IEC 61643-1-1 低压防雷器的安装 IEC 61643-1-2 (pending) 低压线路上的过电压 IEC 62066 (pending) 通信防雷器 IEC 61643-2-1 (pending),12,国内标准,国家标准: 建筑物防雷设计规范(GB500
9、57-94),行业标准: 通信工程电源系统防雷技术规定(YD 5078-98) 移动通信基站防雷与接地设计规范(YD 5068-98) 微波站防雷与接地设计规范(YD 2011-93) 通信局(站)接地设计暂行技术规定(YDJ 26-89) 计算机信息系统防雷保安器(GA 173-1998) 电力系统通信站防雷运行管理规程(DL 548-94),13,建筑物防雷设计规范 GB50057-94 (2000年局部修订版),总则 建筑物的防雷分类 建筑物的防雷措施 防雷装置 接闪器的选择和布置 防雷击电磁脉冲,14,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
10、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,15,浪涌电压的定义,16,雷电流对比图,17,LEMP,Intermediate floor,LPZ 2,LPZ 3,LPZ 1,LPZ 0 A,LPZ 1,防雷分区概念,电源系统,信息网络系统,电源系统,局部汇流排,设备再次层屏蔽,室内次层屏蔽,基础接地极,加强筋,防雷等电位连接 雷电流SPD,局部等电位 过压保护器 SPD,空调装置,接闪系统,LPZ 0 B,摄像机,灯光,插座,“滚球半径“20 m,LPZ 0 B,LPZ,防雷保护区,18,230/400 V, 50
11、Hz 避器器,配电箱,屏蔽室里的钢筋,接地 系统,金属结构作为建筑物屏蔽,建筑物用钢筋网屏蔽,建筑物屋顶的外部接闪装置,接闪装置到钢筋的接点,钢筋墙作为建筑的屏蔽和引下线,数据线 避雷器,等电位连接,EBB,LPZ 1,LPZ 2,通信和数据 的电源过压保护,LPZ 0,LPZ 0 到 LPZ 1 到 LPZ 2的界面,地下的钢筋用作 建筑物屏蔽和接地系统,雷电保护系统依据IEC 61312-1: 1995-02,基础接地装置,通信线避雷器,19,防雷保护方案,20,浪涌过压保护,主要针对感应雷电操作过电压的防护,低压电源防护 数据通讯防护 等电位连接 完备的接地系统,21,SPD 防 雷 保
12、 护,22,进出线缆端口的防雷等电位连接,阴极保护输送管,基础接地极,等电位汇流排,EBB,水管,燃气管,外部防雷系统,23,低压浪涌保护器（SPD） 标准,Surge Protection Device : SPD,国际标准 IEC 61643-1 法国标准 NFC 61740 德国标准 VDE 0675 美国标准 UL 1449 英国标准 BS 6651,24,低压浪涌保护器（SPD）,防雷器标准 : IEC 61643-1 (issued 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
13、保护: IEC 61312-1(Lightning Electromagnetic Pulse),国际标准,25,低压防雷器的等级,安装位置 进线端 分配端 设备端,国际标准 Class I Class II Class III 法国标准 Imax enhanced Standard 采用国际标准 德国标准 Class B Class C Class D 美国标准 ClassC ClassB ClassA 英国标准 Class C Class B Class A,26,低压防雷器的特性,安装 位置 线路入口 分配端 设备端,国际标准 10/350 s 8/20 s 8/20 s 1.2/50
14、s Iimp=20 kA max In=20 kA max Isc=10 kA max 法国标准 In 20 kA In 5 kA 德国标准 10/350 s In = 5 kA In = 1.5 kA0.5-50 kA 美国标准 10 kA 3 kA 500 A 英国标准 10 kA 3 kA 500 A,27,防雷器IEC 61643-1 国际标准,Test Class I : For a SDP (called Lightning Current Arrester) intended to be install in a installation equipped with a LPS
15、where 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 different way (american type) to test a SPD : more adapted to low power SDP.,28,低压浪涌保护
16、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,29,SPD的安装,30,4 kV III,2.5 kV II,防浪涌和过压类型（依据DIN VDE
17、 0110 Part 1）,230/400 V,1.5 kV I,C,B,D,none,依据 E DIN VDE 0675 Part 6/A1 、SPD 级别的区分,6 kV IV,31,电源系统保护,32,避雷器在电源技术网络中的应用,LPZ = 防雷保护区 SEB =配电柜 EBB =等电位连接排,33,SPD 的安 装,34,电源防雷器工作原理,当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时, 防雷器在纳秒内导通，将脉冲电压短路于地泄放，后又恢复为高阻状态，从而不影响用户设备的供电。,设 备,35,50 % (100 kA, 10/350 s) 的电流是通过接地系统泄放的. 50 % (100 kA,
18、 10/350 s) 的电流是被内部的供应系统泄放的.(电源系统, 信息技术系统, 金属管道等.) 如果在最坏的情况里仅有电源系统，它将承受50的雷电流. 假设最坏的情况仅有两条导线(L; PEN) , 则每根导线要承受 50 kA (10/350 s) 的电流. 这是一个避雷器承受的最坏情况. 它有以下的参数 : 电流峰值 50 kA (10/350 s) 电量 25 As 单位能量 0.625 MJ/,类防雷等电位连接避雷器,36,假设雷电流的泄放,100%,等电位连接排,50%,通讯系统电源系统金属管道,外部 防雷装置,接地系统,50%,50%,37,火花间隙成份避雷器的特性,电压 电流
19、,火花间隙的击穿电压,浪涌电压 1.2/50 s,雷电流,电源系统中的电流,电源系统电压,火花间隙灭弧,s,大约 100 s,大约 10 ms,几 kA,100 kA,38,敞开式火花间隙的剖面模型,39,喷弧技术功能图,电极 1,电极 2 (驱动电极),隔离气体流向的材料,气体流向 - 径向 - 纵向,弧光,40,串联式滑动火花间隙工作原理,第一个滑动火花间隙,第二个滑动火花间隙,接线端子1,零件1,零件2,零件3,接线端子2,密闭式、无火花释放蠕动放电火花间隙,外壳,电极1,产生气体的绝缘材料,电极2,从电极伸出的4个火花连络点,42,火花间隙避雷器自动灭弧电流波形图,动作电流,后续电流,
20、43,火花间隙避雷器自动灭弧电压波形图,浪涌电压,电弧电压,工作电压/市电电压,44,TN - C 系统B级防雷器安装示意图,L1,F1,F4,F6,F5,F4 - F6 250 A gL required only if F1 - F3 250 A gL,L2,L3,PEN,F2,F3,Conductor size 16 mm 125 A 25 mm 160/200 A 35 mm 250 A,Terminals up to 50 mm stranded,Grounding cross-section = conductor size,45,过电压保护器 C级,符合 E DIN VDE 0675 第 6/11.89 部分和第 6/A1/03/96 部分 具有遥信接点选择，可以供集中监控使用 具有故障显示窗口 模块化设计，方便维护，并不影响供电 内置热感断路器，避免因发热而导致爆炸 反应时间纳秒级 采用导轨式安装 额定放电电流 ：20KA(8/20 s) 高阻燃性,46,C级浪涌保护器剖面图,47,在金属氧化物上的过压保护器的特性,电源系统电压,浪涌电流 8/20s,电源系统电压,大约 10 A,大约 10 s,电压 电流,5 kA,残压,大约 10 A,48,谢谢大家！,
