防雷技术

电源防雷技术概述



雷电对于各种建筑物和设备的危害性是不言而喻的。国外一些厂家如英国FURSE公司等，致力于研究开发防止雷击破坏手段，已有上百年的历史。在国内，一直以来对直击雷的发生采取了许多有效的防护措施，但对感应雷的破坏性，在近期才开始引起重视。事实上，感应雷的破坏同样造成每年各系统为数不小的损失。目前气象系统信息多通过计算机网络传送，一旦产生感应雷破坏，后果十分严重。　　

　　国外通行的概念，将雷击分为两种——直击雷和感应雷。感应雷指雷击引致设备电源线上的感应电流而产生的瞬间过电压，即在微秒至毫秒之内所产生的尖峰冲击电压(有别于一般电源过压，因此种过压可能维持数秒或以上)。　　

　　根据多种世界认可研究标准，一般电源线上的感应电流在3000安培左右，绝不超过10000安培，电压则不超过6000伏。在数据／讯号线及电话线上，感应电压一般在5000伏左右，感应电流则大约为数百安培(据CCITT测试)。　　

一、瞬间过电压的成因和后果

　　瞬间过电压的成因有两种：雷击和电器开关动作。一般建筑物避雷网只能保护其本身免受直击雷损毁，但雷电会通过以下形式和途径破坏电子设备：　

(1)雷电直击到电源输入线，继而进入和损坏设备。虽然电力传输线上都安装了各种保护间隙和电力避雷器如隔离变压器，但这只可使雷电冲击波经过输电线路侵入时，将线对地的电压限制到小于6000伏(IEEEC62.41)，而线对线则无法控制。　　

(2)以感应方式如：电阻性电感性或电容性耦合到电源、讯号及电话线上，最终危害设备。

　　电器开关动作众所周知当电流在导体上流动时会产生磁场，把能量储存。电流越大及导线越长则储能越多。所以当大负载(特别是电感性负载如变压器)电器设备开关时，便产生瞬间过电压。瞬间过电压所造成的破坏性后果体现于以下四点：　　

(1)传输或储存的讯号或数据，不论是数位或模拟，受到干扰或丢失，甚至可使电子设备产生错误动作或暂时瘫痪。

(2)由于重复受到较少幅度的瞬间过电压影响，元器件虽不致马上烧毁，但性能和寿命已严重降低。　　

(3)若情况严重，电子设备的线路板及元件便烧毁。　　

(4)整个系统停顿造成大量间接损失，如银行电脑服务停顿、移动电话通讯中止等，远远超过设备本身受损的直接金钱损失。　　

　　高集成半导体元器件的急速发展使电子设备的体积趋于细小，但另一方面却使其更易受到瞬间过电压的破坏。虽然暂时没有一套通用的标准可指出电子设备可承受多大的瞬间过电压，但根据IEEE组织指出，一般元器件可经受两倍于其额定电压以上。因此一般单相设备在230V士10％便能经受2×(230V×2×1.1)＝700V左右的峰值过电压。　　

二、防雷器的使用和选择　　

　　要发挥最有效及最完整的避雷功能，使电子设备免受因感应雷或开关动作而产生的瞬间过电压所破坏，必须考虑各类传输线，包括：电源进出入线、数据、讯号及电话线，此外如有程控交换机也要装上适当的防雷器。　　

　　要发挥良好的避雷功能，一个防雷器必须具备以下各点：　　

(一)相容性：一个理想的防雷器应不会对其所保护的设备或线路造成任何干扰及中断现象。厂家必须提供以下技术规格以确保防雷器完全不会干扰被保护设备的性能：　　

(二)能承受高电流虽然雷电电流可高达20万安培，但一般二次感应电流不会超过10000安培，因此防雷器必须能承受最少10000安培的瞬间电流通过。　　

(三)低“通过”电压防雷器必须能把瞬间尖峰电压降至一般电子设备所能承受的范围，即低于二倍于设备的尖峰电压(约700V)。　　

(四)全面保护电源防雷器必须能提供以下每一种的保护作用：相对地、中对地及相对中接地。　　

(五)操作状态显示无论是在正常工作状态、功能减退状态或发生故障时，都应能在面板上清楚显示出来。

(六)遥测功能当防雷器发生故障时能透过遥测干触点把故障状态通知远端的监察中心。　　

(七)反复使用及长寿命在正常使用情况下可经受多次雷击后仍能反复使用，而且其自身工作寿命必须长达20年以上。　　

　　以上为英国FURSE公司积累上百年经验总结出的有关防雷技术的基础理论。而国内外生产开发防雷产品的厂家有近40多家，但多为“消雷器”，且因其设计思路简单和追求造价低廉，并未真正发挥有效作用。如何使我国防雷工作提高层次，与国际研究水平和世界公认标准同步，是需要各部门共同努力的方向。　　

　　另外目前我国大部分地区已渐近雷雨季节，如何使防雷器在实际工作中发挥作用，减少雷害造成的经济损失，是摆在气象部门及其他各单位面前刻不容缓的课题。