雷击浪涌抑制电路设计技巧

浅谈抑制雷电浪涌电压和电流的技术措施

浅谈抑制雷电浪涌电压和电流的技术措施作者：马兴来源：《科学与财富》2018年第20期由于雷电对无线通信系统造成危害的主要原因是浪涌电压和电流，因此对其抑制措施也就应根据电路理论中电压、电流遵守的基本规律来解决。

1、直击雷防护技术直击雷的产生机理是带电雷云和大地之间产生的静电感应及大量异种点荷的急剧中和。

根据这一特点，对其有效防护就可采用200年前富兰克林发明的避雷针，也叫接闪器（把避雷针及其变形产品避雷线、避雷带、避雷网等统称为接闪器）。

其基本原理是：静电荷在曲率大的物体上的分布大于在曲率小的物体上的分布。

也就是前面讲到的大地上的感应电荷容易集中到高出地面的突出物体上。

这样通过安装高出地面一定高度的接闪器在其强电场作用下，就容易把雷云吸引到其周围，变地面或屋面上大量电荷和雷云中大量电荷的集中短时中和为相对长时中和，这就有效的避免了由于大量电荷的集中短时中和而产生的弧光和响声，也保证了雷云中的电荷通过接闪器流入大地。

2.感应雷防护技术由于感应雷是因直击雷放电而在其附近的金属导体上通过电磁感应产生的。

感应雷一般可通过两种不同的感应方式侵入导体，一是静电感应：在雷云中的电荷积聚时，附近的导体也会感应上相反的电荷，当雷云对地放电时，雷云中的电荷迅速释放，导体中原来被雷云电场束缚住的静电荷失去雷云对其束缚作用，就会沿导体流动寻找释放通道，这样就在电路中形成电流脉冲；二是电磁感应：在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，位于其附近的导体中就会产生很高的感生电动势和感应电流。

实验研究表明：①由静电感应方式引起的浪涌电流数倍于电磁感应引起的浪涌电流。

②感应雷（浪涌电流）可以通过电力电缆、通信电缆、光纤和天馈线侵入通信设备，而且由于电力电缆的距离长且对雷电波的传输损耗小，所以由电源线侵入的感应雷造成的危害十分突出，据统计约占了通信设施雷击事故的80%。

因此，对通信台站进行感应雷防护时，电源应作为重点。

6个实例详解雷击超高浪涌电压抑制电路技术与设计方法

6个实例详解雷击超高浪涌电压抑制电路技术与设计方法一、实例1：上图是一个可抗击较强雷电浪涌脉冲电压的电原理图，图中：G1、G2为气体放电管，主要用于对高压共模浪涌脉冲抑制，对高压差模浪涌脉冲也同样具有抑制能力；VR为压敏电阻，主要用于对高压差模浪涌脉冲抑制。

经过G1、G2和VR抑制后，共模和差模浪涌脉冲的幅度和能量均大幅度降低。

G1、G2的击穿电压可选1000Vp~3000Vp，VR的压敏电压一般取工频电压最大值的1.7倍。

G1、G2击穿后会产生后续电流，一定要加保险丝以防后续电流过大使线路短路。

二、实例2：增加了两个压敏电阻VR1、VR2和一个放电管G3，主要目的是加强对共模浪涌电压的抑制，由于压敏电阻有漏电流，而一般电子产品都对漏电流要求很严格（小于0.7mAp），所以图中加了一个放电管G3，使平时电路对地的漏电流等于0。

G3的击穿电压要远小于G1、G2的击穿电压，采用G3对漏电隔离后，压敏电阻VR1或VR2的击穿电压可相应选得比较低，VR1、VR2对差模浪涌电压也有很强的抑制作用。

三、实例3：G1是一个三端放电管，它相当于把两个二端放电管安装在一个壳体中，用它可以代替上面两个实例中的G1、G2放电管。

除了二端、三端放电管之外，放电管还有四端、五端的，各放电管的用途也不完全相同。

四、实例4：增加了两个压敏电阻（VR1、VR2），主要目的是为了隔断G1击穿后产生的后续电流，以防后续电流过大使输入电路短路，但由于VR1、VR2的最大峰值电流一般只有G1的几十分之一，所以，本实例对超高浪涌电压的抑制能力相对实例3要的抑制能力差很多。

五、实例5：直接在PCB板上制作避雷装置。

在PCB板上直接制作放电避雷装置，可以代替防雷放电管，可以抑制数万伏共模或差模浪涌电压冲击，避雷装置电极之间距离一般要求比较严格，输入电压为AC110V时，电极之间距离可选4.5mm，输入电压为AC220V时，可选6mm；避雷装置的中间电极一定要接到三端电源线与PCB板连接的端口上。

电磁兼容技术讲座-雷击浪涌防护设计技术(非常好).概要

第一级保护电路第二级保护电路
L1
C1
L M4
第一级：泄流
M1 N
L2 C2 C3 M5
M2 PE
M3
第二级：箝位
M6
雷击浪涌防护设计技术
典型电路分析
信号接口保护电路
发送器保护电路长线保护电路接收器
雷击浪涌防护设计技术
减小寄生电感
保护器件
保护器件

保护器件

保护器件
雷击浪涌防护设计技术
案例三：工程防雷
某电信局站Ａ该站总共 6 块用户板，一年半时间共返修 50余块。
电源线和用户线均由架空明线引入，接地桩的接地电阻为3Ω。分析认为这些损坏是因雷击引起。
雷击浪涌防护设计技术
案例三：工程防雷
雷击浪涌防护设计技术
案例三：工程防雷
雷击浪涌防护设计技术
案例三：工程防雷
相关设备的接地设计(站Ａ )
高能量避雷器
过压保护器
雷击浪涌防护设计技术
分级保护
u
u
t
t
粗保护如:放电管
退藕器件如:电阻,电感,滤波器等
精细保护如:齐纳二极管
雷击浪涌防护设计技术
雷击浪涌防护器件
气体放电管半导体放电管压敏电阻 TVS 防雷模块（SPD）
雷击浪涌防护设计技术
气体放电管
伏安特性
水管
燃气管基础接地极 Z
外部防雷系统
电源
雷击浪涌防护设计技术
设备的等电位保护
雷击浪涌防护设计技术
分级保护
L1 L2 L3 N
DEHNport
Blitzstromableiter
DEHNguard Typ 275

新型抑制雷击浪涌电流电路的设计学习-硬件和射频工程师

PoE系统实施浪涌抑制保护有何用处 (1)TVS瞬态干扰抑制器性能与应用 (8)压敏电阻器 (12)气体放电管在浪涌抑制电路的应用 (15)固体放电管 (17)电涌保护器应用常识 (19)新型抑制雷击浪涌电流电路的设计学习 (26)防雷器分级保护原理 (36)防雷保护的原理及方法 (37)防雷器选型 (38)正确使用压敏电阻 (39)防雷器件性能比较 (40)通信线路的雷电过电压及抑制措施 (41)弱电设备防雷技术初探 (45)防雷专业术语及雷电名词解释 (50)网口浪涌问题 (57)电子设备雷击保护导则 (59)下一代产品所需的过流和过压电路保护 (62)通信电源设备的雷电过电压防护 (65)如何对高速数据接口进行可靠的ESD保护 (71)USB接口的EMI和ESD设计方案 (73)PoE系统实施浪涌抑制保护有何用处了解电气瞬态的不同原因和特征，可以使设计人员利用离散保护电路对PoE 系统进行很好地保护，以避免电气瞬态事件造成的损害。

电气过应力可以造成电子设备或系统的失效、永久性性能下降，或暂时性的不稳定行为。

通信系统和应用电路的集成度越高，对电气瞬态的敏感性也就越高。

抑制这些瞬态对设计人员来说是一个巨大的挑战，因为过压的来源和严重程度可能是未知的。

设计一款电子电路或定义一个完整系统时，确定这些应力源，并正确理解它们的机制以正确定义操作系统的环境是非常重要的。

这样做可以使您定义简单的设计规则，并利用低成本的解决方案对敏感的电子系统进行充分有效的保护。

以太网供电(PoE) 设备是一种必须对敏感电源电路进行保护的系统。

尽管PoE 规范提供了过电流保护功能，但对那些会损害其他类型电源设备的电气瞬态来说，这些系统也很易遭受同样的损害。

[1-2]在PoE 设备中，供电设备(PSE) 将电源通过以太网线缆供应到用电设备(PD) 中。

如图1 所示，通过以太网线缆数据通道所用的两条双绞线对的共模电压差进行供电。

信号口浪涌防护电路设计分解

信号口浪涌防护电路设计通讯设备的外连线和接口线都有可能遭受雷击（直接雷击或感应雷击），比如交流供电线、用户线、ISDN接口线、中继线、天馈线等，所以这些外连线和接口线均应采取雷击保护措施。

设计信号口防雷电路应注意以下几点：1、防雷电路的输出残压值必须比被防护电路自身能够耐受的过电压峰值低，并有一定裕量。

2、防雷电路应有足够的冲击通流能力和响应速度。

3、信号防雷电路应满足相应接口信号传输速率及带宽的需求，且接口与被保护设备兼容。

4、信号防雷电路要考虑阻抗匹配的问题。

5、信号防雷电路的插损应满足通信系统的要求。

6、对于信号回路的峰值电压防护电路不应动作，通常在信号回路中，防护电路的动作电压是信号回路的峰值电压的1.3～1.6倍。

1.1网口防雷电路网口的防雷可以采用两种思路：一种思路是要给雷电电流以泄放通路，把高压在变压器之前泄放掉，尽可能减少对变压器影响，同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。

另一种思路是利用变压器的绝缘耐压，通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级，从而实现对接口的隔离保护。

下面的室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。

1.1.1室外走线网口防雷电路当有可能室外走线时，端口的防护等级要求较高，防护电路可以按图1设计。

ab图1 室外走线网口防护电路图1a 给出的是室外走线网口防护电路的基本原理图，从图中可以看出该电路的结构与室外走线E1口防雷电路类似。

共模防护通过气体放电管实现，差模防护通过气体放电管和TVS 管组成的二级防护电路实现。

图中G1和G2是三极气体放电管，型号是3R097CXA ，它可以同时起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。

中间的退耦选用2.2Ω/2W 电阻，使前后级防护电路能够相互配合，电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，防雷性能会更好，但电阻值不能小于2.2Ω。

后级防护用的TVS 管，因为网口传输速率高，在网口防雷电路中应用的组合式TVS 管需要具有更低的结电容，这里推荐的器件型号为SLVU2.8-4。

4雷击浪涌防护设计技术

word格式-可编辑-感谢下载支持电磁兼容技术讲座雷击浪涌防护设计技术Boris Ma雷击浪涌防护设计技术主要内容雷电的产生雷电压/电流的特性雷电的危害机理雷击浪涌防护设计技术案例分析城市雷电日城市雷电日北京 40 西安 20 上海 35 重庆 40 南京 38 南昌 60 天津 30 长沙 50 广州 90 福州 60 哈尔滨 80 兰州 25 沈阳33 太原 40雷击浪涌防护设计技术关于雷击的数据我国一些重要城市的年平均雷电日雷击浪涌防护设计技术雷电的产生雷击浪涌防护设计技术雷电压/电流的特性1.2/50uS雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)雷击浪涌防护设计技术雷电压/电流的特性1.2/50uS雷电压脉冲波形(拟合)u(t ) = AU m (1 et⎜ 1 ) et⎜ 210.90.80.70.6A = 1.037τ1 = 0.4074μS τ2 = 68.22μS 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1word 格式-可编辑-感谢下载支持v o l t a g e (V )0 10 20 3040 50 60 70 80 90 100time(uS )G (⎤ ) = + u (t ) e 雷击浪涌防护设计技术雷电压/电流的特性1.2/50uS 雷电压脉冲的频谱特性j ⎤tdtG (⎤ ) = AU m (1⎜ 21+ j ⎤1⎜ 2+11⎜ 1+ j ⎤)a m p l i t u d ea m p l i t u d e雷击浪涌防护设计技术雷电压/电流的特性1.2/50uS 雷电压（1000V ）的频谱特性 7010.9600.8500.70.6 400.530200.40.30.2100.1123456123456frequencyfrequency雷击浪涌防护设计技术雷电压/电流的特性8/20uS雷电流脉冲波形(IEC61000-4-5)word格式-可编辑-感谢下载支持雷击浪涌防护设计技术雷电压/电流的特性8/20uS雷电流脉冲波形(拟合)10.93t⎜0.80.70.60.50.4A=0.01243(uS)-3 τ=3.911(uS) 0.3 0.2 0.1 0word 格式-可编辑-感谢下载支持c u r r e n t (A )i (t ) AI m t e0 5 10 15 2025 30 35 40 45 50time(uS )雷击浪涌防护设计技术雷电压/电流的特性8/20uS雷电流脉冲的频谱特性j⎤t dtG(⎤ ) =1 ⎜6 AI m4G(⎤ ) = + i(t ) e( + j⎤ )雷击浪涌防护设计技术雷电压/电流的特性8/20uS雷电流（1000A）的频谱特性0.05 0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.00510.90.80.70.60.50.40.30.20.1x 10 -40 1 2 3 4 5 6 00 1 2 3 4 5 6word 格式-可编辑-感谢下载支持a m p l i t u d ea m p l i t u d efrequencyfrequencyword格式-可编辑-感谢下载支持雷击浪涌防护设计技术雷电闪击电压的计算Lit.: IEC 61024-1-1举例:Rstword格式-可编辑-感谢下载支持ûE=100kA ·1Ω=100kVword格式-可编辑-感谢下载支持雷击浪涌防护设计技术雷击电流引起的感应电压建筑物i/ t1s3 3下引线2word格式-可编辑-感谢下载支持word格式-可编辑-感谢下载支持雷击浪涌防护设计技术正方形回路的互感M1 µH 100101M10.1Uit a0.010.001 aqword格式-可编辑-感谢下载支持q = ↓0.01 0.03 0.1 0.3 1 3 10a mi t雷击浪涌防护设计技术正方形回路的过电压计算电气安装的保护导体10mU↓ = 150 ↓µs10mq = 50mm²M 1 H 16 µH雷击浪涌防护设计技术正方形回路的互感M2 µH 1010.1M20.01 i t0.001 U a 0.1 · 10-30.01 ·10-30.1 0.3 1 3word格式-可编辑-感谢下载支持a = 10ma =3ma =a = 1ma = 0,1ma = 0,03m ↓s10 30ma sword格式-可编辑-感谢下载支持雷击浪涌防护设计技术正方形回路的过电压计算i kAtµs 10m Uword格式-可编辑-感谢下载支持10m 1m↓ = 150 ↓word格式-可编辑-感谢下载支持雷击浪涌防护设计技术并行电缆回路互感M'3 nH 100m101 UitM'3 0.1 ls0.010.001 bword 格式-可编辑-感谢下载支持b =b = 3mm↓↓0.1 0.3 13s10 30mword格式-可编辑-感谢下载支持雷击浪涌防护设计技术并行电缆回路互感M'3通讯线U↓ = 150 ↓i kAt µs10mM'3 H 0.60 nH/m3mm 1mword格式-可编辑-感谢下载支持雷击浪涌防护设计技术并行电缆回路互感M'4nH 10mm10.1M'40.01U bi t0.001 l sword 格式-可编辑-感谢下载支持l =l =l = 1ml = 3ml = 10m↓↓↓0.1 0.3 1 310 30s(m)↓ = 150 ↓ 雷击浪涌防护设计技术并行电缆回路互感M'4通讯线i kA t µs3mmUM'4 H 0.48 nH/mm10m1m雷击浪涌防护设计技术在环形回路中引起的最大感应电压sûsaword格式-可编辑-感谢下载支持k u2 = 5000 kA/µsûs = k u2 · max.雷击浪涌防护设计技术静电感应产生过电压架空导线雷击浪涌防护设计技术雷电的危害(小结)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。

电子设备雷击共模浪涌抑制电路与防浪涌设计计算

电子设备雷击共模浪涌抑制电路与防浪涌设计计算1、防浪涌设计：防浪涌设计时，假定共模与差模这两部分是彼此独立的。

然而，这两部分并非真正独立，因为共模扼流圈可以提供相当大的差模电感。

这部分差模电感可由分立的差模电感来模拟。

为了利用差模电感，在设计过程中，共模与差模不应同时进行，而应该按照一定的顺序来做。

首先，应该测量共模噪声并将其滤除掉。

采用差模抑制网络，可以将差模成分消除，因此就可以直接测量共模噪声了。

如果设计的共模滤波器要同时使差模噪声不超过允许范围，那么就应测量共模与差模的混合噪声。

因为已知共模成分在噪声容限以下，因此超标的仅是差模成分，可用共模滤波器的差模漏感来衰减。

对于低功率电源系统，共模扼流圈的差模电感足以解决差模辐射问题，因为差模辐射的源阻抗较小，因此只有极少量的电感是有效的。

对4000Vp以下的浪涌电压进行抑制，一般只需采用LC电路进行限流和平滑滤波，把脉冲信号尽量压低到2~3倍脉冲信号平均值的水平即可。

电感很容易饱和，因此，L1、L2一般都采用一种漏感很大的共模电感。

用在交流，直流的都有，通常我们在电源EMI滤波器，开关电源中常见到，而直流侧少见，在汽车电子中能够看到用在直流侧。

加入共模电感是为了消除并行线路上的共模干扰（有两线的，也有多线的）。

由于电路上两线阻抗的不平衡，共模干扰最终体现在差模上。

用差模滤波方法很难滤除。

共模电感到底需要用在哪。

共模干扰通常是电磁辐射，空间耦合过来的，那么无论是交流还是直流，你有长线传输，就涉及到共模滤波就得加共模电感。

例如：USB线好多就在线上加磁环。

开关电源入口，交流电是远距离传输过来的就需要加。

通常直流侧不需要远传就不需要加了。

没有共模干扰，加了就是浪费，对电路没有增益。

电源滤波器的设计通常可从共模和差模两方面来考虑。

共模滤波器最重要的部分就是共模扼流圈，与差模扼流圈相比，共模扼流圈的一个显著优点在于它的电感值极高，而且体积又小，设计共模扼流圈时要考虑的一个重要问题是它的漏感，也就是差模电感。

雷击浪涌防护设计技术1211-PPT精品文档

1
L1 L2 L3 PEN
2a
20 kV
2c
1b
2a
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。
2b 1a
Rst
信息系统电源系统
2c
在野外,雷电击中通信线缆
雷击浪涌防护设计技术
防雷技术
雷击浪涌防护设计技术
雷击防护分区
LPZ 0 A
M
Lightning Protection Zone（LPZ）
s
s
m
雷击浪涌防护设计技术
环形回路的过电压计算
i
kA 100 t µs
10m
U M 4.8 µH
10m 1m
U = 4.8 ·100 = 480 kV
雷击浪涌防护设计技术
在环形回路中引起的感应电压
100 kA/s
信号线
400 m
300 m²
电源线
15 kV!
雷击浪涌防护设计技术
雷击浪涌防护设计技术
环形回路的互感M
10
a = 10m
1
a = 3m
s a M 0 . 2 a l n ( H ) s
µH
0.1 0.01
a = 1m a = 0,3m a = 0,1m a = 0,03m
M
10-3
10-4 10-5 0.1 0.3 1
a = 0,01m
a
3
10
30
a
LEMP 接闪系统
LPZ 0 B ü LPZ 1 房间屏蔽空调装置 LPZ 2 设备屏蔽 LPZ 3 ü LPZ 0 B ü SEMP 电源系统 ü ü LPZ 1

雷电与浪涌防护及EMC电路设计

ANSI/IEEEE C62.41、GR1089、FCC PART68、UL1449，相对来说，国外的技术标准
要比中国的技术标准要严格很多，这也表示中国的总体科学技术水平相对还比较落后。目前我们国内使用的大多数电子产品还不具备抵抗4000Vp以上的二次雷电浪涌电压的冲击，我国的很多地区，特别是农村或城市的郊区，配电设施的建设还很不规范，我国的三相四线制（TN-C）的弊端（地线与中线经常接错）也开始显露出来，每年被雷击损坏的各类电子设备不计其数，经济损失惨重，这要求我们的防雷意识还

由于感应导体中的电场强度每处都不一样，所以导体中位移电流大小每处都不一样。 17
1.5 实验证明空间电场的存在 E
-U1
E
-U1
I
法拉第罩
+U1
验电器
把极化带电物体的一端接地，在物体中就会产生位移电流，位移电流的大小与物体的电容大小与电场强度有关，相当于对电容进行充放电。把极化带电物体的一端接地，然后再把接地导线断开，物体就会带电。再把带电物体放进验电器的法拉第罩中，验电器就会指示物体带负电。 18
1.3 电场感应
U1 U1
U1
U2
d
+
A 带电体
B 感应带电体

当某物体靠近另一带电物体时，就会被感应带电；一端带正电，而另一
端则带负电，所以感应带电也叫极化带电。
U 2 U1 V 电场强度 E d d
电场强度也成为电位梯度。 16
感应电压
V Ed
U1、U2 分别为感应带电体的端电位，d为感应带电体的长度，所以，
14
1.2 地球表面的电场
在地球的周围充满着电场和磁场，这是造成很多大自然灾害的一个根源。

(完整版)信号口浪涌防护电路设计

信号口浪涌防护电路设计通讯设备的外连线和接口线都有可能遭受雷击（直接雷击或感应雷击），比如交流供电线、用户线、ISDN接口线、中继线、天馈线等，所以这些外连线和接口线均应采取雷击保护措施。

设计信号口防雷电路应注意以下几点：1、防雷电路的输出残压值必须比被防护电路自身能够耐受的过电压峰值低，并有一定裕量。

2、防雷电路应有足够的冲击通流能力和响应速度。

3、信号防雷电路应满足相应接口信号传输速率及带宽的需求，且接口与被保护设备兼容。

4、信号防雷电路要考虑阻抗匹配的问题。

5、信号防雷电路的插损应满足通信系统的要求。

6、对于信号回路的峰值电压防护电路不应动作，通常在信号回路中，防护电路的动作电压是信号回路的峰值电压的1.3～1.6倍。

1.1网口防雷电路网口的防雷可以采用两种思路：一种思路是要给雷电电流以泄放通路，把高压在变压器之前泄放掉，尽可能减少对变压器影响，同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。

另一种思路是利用变压器的绝缘耐压，通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级，从而实现对接口的隔离保护。

下面的室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。

1.1.1室外走线网口防雷电路当有可能室外走线时，端口的防护等级要求较高，防护电路可以按图1设计。

ab图1 室外走线网口防护电路图1a 给出的是室外走线网口防护电路的基本原理图，从图中可以看出该电路的结构与室外走线E1口防雷电路类似。

共模防护通过气体放电管实现，差模防护通过气体放电管和TVS 管组成的二级防护电路实现。

图中G1和G2是三极气体放电管，型号是3R097CXA ，它可以同时起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。

中间的退耦选用2.2Ω/2W 电阻，使前后级防护电路能够相互配合，电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，防雷性能会更好，但电阻值不能小于2.2Ω。

后级防护用的TVS 管，因为网口传输速率高，在网口防雷电路中应用的组合式TVS 管需要具有更低的结电容，这里推荐的器件型号为SLVU2.8-4。

雷击浪涌防护设计技术

R st
举例 :
? E = 100 kA ·1Ω = 100 kV
第八页，编辑于星期三：十二点四十七分。
雷击浪涌防护设计技术
雷电击中建筑物引起的破坏性电压反击
100 kA
230 V
230 V
100 kV 100 kV
100 kV 1 ???
第九页，编辑于星期三：十二点四十七分。
雷击浪涌防护设计技术
电磁兼容技术讲座 s
雷击浪涌防护技术
第一页，编辑于星期三：十二点四十七分。
雷击浪涌防护设计技术
主要内容
? 雷电的产生
? 雷电压/电流的特性 ? 雷电的危害机理 ? 雷击浪涌防护设计技术
? 案例分析
第二页，编辑于星期三：十二点四十七分。
雷击浪涌防护设计技术
雷电的产生
第三页，编辑于星期三：十二点四十七分。
V BR
V
VDM
VBO
V BR
单向半导体放电管
双向半导体放电管
第三十七页，编辑于星期三：十二点四十七分。
雷击浪涌防护设计技术
半导体放电管
优点
? 通态电压低 ? 动作响应快 ? 无老化
缺点
? 通流容量较小 ? 有续流 ? 转折电压较高
第三十八页，编辑于星期三：十二点四十七分。
压电
雷击浪涌防护设计技术
2c 1b
1a
R st 信息系统
电源系统
2b
2a 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
2b 线缆引起感应雷电波及过电压。
2c 在野外 ,雷电击中通信线缆
第二十一页，编辑于星期三：十二点四十七分。
雷击浪涌防护设计技术

弱电系统的防雷防浪涌保护设计

弱电系统的防雷防浪涌保护设计引言雷电放电可能发生在云层之间或云层内部，或云层对地之间；另外许多大容量电气设备的使用带来的内部浪涌，对供电系统（中国低压供电系统标准：AC50Hz220/380V）和用电设备的影响以及防雷和防浪涌的保护，已成为人们关注的焦点。

云层与地之间的雷击放电，由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。

一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电，每次闪电之间大约相隔二十分之一秒的时间。

大多数闪电电流在10，000至100，000安培的范围之间降落，其持续时间一般小于100微秒。

#l2到5kA到间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。

所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。

供电系统的浪涌保护对于低压供电系统，浪涌引起的瞬态过电压（TVS）保护，最好采用分级保护的方式来完成。

从供电系统的入口（比如大厦的总配电房）开始逐步进行浪涌能量的吸收，对瞬态过电压进行分阶段抑制。

[第一道防线]应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护器。

一般要求该级电源保护器具备100KA/相以上的最大冲击容量，要求的限制电压应小于1500V。

我们——仅供参考称为A级电源防浪涌保护器（10/350us波形）。

这些电源防浪涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量浪涌能量吸收而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。

它们仅提供限制电压（冲击电流流过SPD时，线路上出现的最大电压成为限制电压）为中等级别的保护，因为A级的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。

仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。

[第二道防线]应该是安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保护器。

这些SPD对于通过了用户供电入口浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。

该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为45KA/相以上，要求的限制电压应小于1200V。

详细剖析雷击浪涌抑制电路设计基本功

优缺点
半导体放电管
伏安特性
优缺点
压敏电阻
ห้องสมุดไป่ตู้伏安特性
优缺点
瞬态电压抑制器（TVS）
伏安特性
优缺点
几种保护器件的比较
防雷电路设计
三级保护电路
典型电路分析
典型电路分析
单相交流电源的两级保护电路
信号接口保护电路
防雷保护器件布线注意
减小寄生电感
PCB板上防雷器件的布局
详细剖析雷击浪涌抑制电路设计基本功
雷电压/电流的特性
雷电压/电流的特性
1.2/50uS雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)
1.2/50uS雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)
雷击浪涌防护器件各自的优缺点
■气体放电管
■半导体放电管
■压敏电阻
■TVS
■防雷模块（SPD）
气体放电管
伏安特性
应用中存在的问题

防雷击浪涌方案(电气部分)

上海紫江集团紫东公司电气、电源系统浪涌保护设计方案MTL仪器仪表有限公司本方案是我公司工程技术人员在经过实地勘测之后，并结合有关技术人员提供的相关设备技术数据。

根据一期我方的应用经验，依据国际电工委员会IEC标准和中国相关GB标准，及有关部门颁发的设计规范，制定的一套比较完整、有效且易于实施，解决紫东公司二期BOPET电气系统问题的浪涌解决方案。

设计依据GB50057-94 建筑物防雷设计规范该标准在有关建筑物对直击雷的防护要求上增加了一些对用于信息系统上的浪涌保护器的原则上的要求。

将暴露区域的等级分为LPZ0，LPZ1，····LPZ(n+1)等区域。

室内需要进行保护的设备分为I类、II类、III类、IV类等，对残压水平作了相应规定。

ANSI/IEEE C.C62.41该标准对SPD的防护区域分为A、B、C三个区域；A区：低度暴露区域，如室内;B区：中度暴露区域，如室外到室内的入口处；C区：高度暴露区域，如无任何遮蔽的室外旷野；对应于使用于这些区域的SPD应作出分级要求。

UL 1449 2nd该标准对电源浪涌保护器的性能、质量、安全保护均有严格的要求，与IEC相关标准的推荐性不同，该标准提出了强制性要求，要求浪涌保护器在测试时，不仅能够通过标称值的浪涌电流，输出较低的保护电压，还要具备自身过热、过流安全保护措施。

IEC1312 《雷电电磁脉冲的防护》本标准为建筑物内或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护；并对装有这系统（如电子系统）的建筑物评估LEMP屏蔽措施的效率的方法。

针对现有的防雷器（SPD）应用在防雷概念安装上提出相关的要求。

IEC 61643 《SPD电源防雷器》本标准对电源防雷器用于交直流电源电路和设备上，额定电压在1000Va.c.或1500Vd.c.。

电源防雷器分级分类测试和应用。

IEC 61644 《SPD通讯网络防雷器》本标准对通讯网络防雷器用于通信信号网络系统，这类防雷器内置过压过流元器件，额定电压在1000Va.c.或1500Vd.c.。

电子通讯设备的雷击浪涌保护设计

电子通讯设备的雷击浪涌保护设计范大祥1 效果的提出雷电会给电子通讯设备及其相关的修建物、输电线、信号电缆、操作人员形成危害，招致设备缺点、通讯中缀甚至设备烧毁，酿成严重事故,使国度和人民的生命财富遭受严重损失。

这样的事例屡见不鲜。

我们公司的产品在运转现场遭受雷击的事情也时有发作，损失沉重，形成的结果无法估量，令人痛心。

笔者对公司多种产品停止过调查，发现雷击浪涌维护设计不够完善，有的产品没有采取雷击浪涌维护措施，如多种设备的E1接口；有的产品维护措施不当，如维护电路拓扑结构错误，装置位置错误；有的维护器件参数选择不合理，不剖析电路环境而自觉照搬。

这些就是招致产品的雷击浪涌抗扰性不高，遭受雷击后损失严重的基本缘由。

为确保公司产品的平安运转，增加雷击浪涌形成的损失，必需对电子通讯设备停止雷击浪涌维护设计。

2雷电的发生、效应和实验波形2.1 雷电的发生雷电是放电途径长度为数千米的瞬时大电流放电。

雷雨云中空气的活动和翻腾发生剧烈的静电荷区，当电荷及相应的电场强度大到足以使空气击穿时，就发生了雷电。

雷电可以发作在云内、云间、云地间或云与周围空气之间。

人们最关心的是云对地雷电〔包括直击雷和感应雷〕。

据统计，云对地雷电的一次闪击，平均继续时间为5.5μs，最大峰值电流达150KA，最大di/dt达32KA/μs。

2.2 雷电的效应雷电具有高电压、大电流和瞬时性的特点，雷电放电可以发生机械、热和电的效应。

⑴机械和热效应上升速度快、峰值幅度高的雷击电流，会发生弱小的电磁力，使放电通道上的金属部件损坏或歪曲。

雷击电流发生的热量足以使放电通道上的金属部件熔穿或烧成孔洞、使金属部件的衔接点如螺丝和焊点等熔化。

⑵ 电效应雷电能够对修建物、结构物和户外设备直接放电，快速上升和大幅值的电流脉冲以及由此构成的高电压会对放电点的物体形成消灭性的打击。

变化率极大的雷电流会在临近导体上发生电磁感应电压，袭击架空线和地下电缆。

雷电发生的静电场、电磁场、雷电波、感应电压、地电位还击等，统称雷电电磁脉冲LEMP ，会严重搅扰电子通讯设备的正常任务，使绝缘击穿、参数劣化、元器件失效、设备缺点甚至烧毁。

220V防雷击浪涌保护电路

尧丰发科技推荐２２０Ｖ防雷保护方案
F1 L
6A
输入 AC220
N
Q1 2R8-470ML
R1
压敏电阻
L1 47mA 输出 AC220来自20D511KR2
R3
20D511K 20D511K
Q2 气体放电二极管 GDT
工作条件： 1、电源能长时间通过交流 300V 的电压。 2、电源能通过 4KV 的雷击浪涌，不会烧坏。
工作原理：气体放电管和压敏电阻组成一级雷击浪涌保护电路，当有 4KV 的雷击浪涌时，压敏电阻和气体放电管共同分压，用压敏电阻和气体放电管的特性把高能量的电路释放出来，保护后面的电路。电感 L1 是用来阻碍高电压和高电流瞬间流到后面的电路中，能在前一级的保护电路中被吸收释放。

雷击浪涌的防护全面解析

雷击浪涌的防护全面解析1、电子设备雷击浪涌抗扰度试验标准电子设备雷击浪涌抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.5（等同于国际标准IEC61000-4-5 ）。

标准主要是模拟间接雷击产生的各种情况：（1）雷电击中外部线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压。

（2）间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路上感应出电压和电流。

（3）雷电击中线路邻近物体，在其周围建立的强大电磁场，在外部线路上感应出电压。

（4）雷电击中邻近地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。

标准除了模拟雷击外，还模拟变电所等场合，因开关动作而引进的干扰（开关切换时引起电压瞬变），如：（1）主电源系统切换时产生的干扰（如电容器组的切换）。

（2）同一电网，在靠近设备附近的一些较小开关跳动时的干扰。

（3）切换伴有谐振线路的晶闸管设备。

（4）各种系统性的故障，如设备接地网络或接地系统间的短路和飞弧故障。

标准描述了两种不同的波形发生器：一种是雷击在电源线上感应生产的波形；另一种是在通信线路上感应产生的波形。

这两种线路都属于空架线，但线路的阻抗各不相同：在电源线上感应产生的浪涌波形比较窄一些（50uS），前沿要陡一些（1.2uS）；而在通信线上感应产生的浪涌波形比较宽一些，但前沿要缓一些。

后面我们主要以雷击在电源线上感应生产的波形来对电路进行分析，同时也对通信线路的防雷技术进行简单介绍。

2、模拟雷击浪涌脉冲生成电路的工作原理上图是模拟雷电击到配电设备时，在输电线路中感应产生的浪涌电压，或雷电落地后雷电流通过公共地电阻产生的反击高压，的脉冲产生电路。

4kV时的单脉冲能量为100焦耳。

图中Cs是储能电容（大约为10uF，相当于雷云电容）；Us为高压电源；Rc为充电电阻；Rs 为脉冲持续时间形成电阻（放电曲线形成电阻）；Rm为阻抗匹配电阻Ls为电流上升形成电感。

雷击浪涌抗扰度试验对不同产品有不同的参数要求，上图中的参数可根据产品标准要求不同，稍有改动。