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关于(雷电)浪涌电压及防护知识

发布时间: 2020-12-08  点击次数: 2062次
  1. 闪电的常识

      闪电的平均电流: 30,000A   (目前记录的大值:300,000A)

闪电中心的空气温度: 摄氏3000度

90%以上的闪电是云层对云层放电过程

云层对地面的闪电次数:每秒种100次 (范围)

闪电的强度可达 1000000000

一个中等强度雷暴的功率有 10000000 瓦(相当于一个小型核电站的输出功率)

每年因雷击造成的直接损失超过1000000000 美元(不含中国的统计)

    2. 雷电是浪涌电压的一种

首先让我们看看什么是浪涌。浪涌也叫突波,顾名思义超出正常工作电压的瞬间过电压。日本一些资料将浪涌分为四个组成部分 

分 类

产生浪涌电压的原因

雷击

直接雷

雷击直接电殛电源或信号线

感应雷

静电感应

电磁感应

线路浪涌

故障浪涌

相线与地短路引起的过电压

一相开路引起的过电压

其它原因

系统开关过电压

无负载时开关

切断电流

容性或感性负载开关

整流

其它原因

电磁感应

EMI/RFI*

使用电吹风,无绳等

静电感应

 

人体静电,摩擦静电等

*注:EMI-Electro Magnetic Interference 电磁干扰RFI-RADIO Frequency Interference 无线电干扰


    我们常常说的防雷器的英文是 SPD - SURGE PROTECTION DEVICE 即 [ 浪涌保护器 ],因此防雷事实上是浪涌保护器的一种功能,由于雷击的浪涌电压和能量要远远高于其他种类浪涌电压,所以我们通常称 SPD为防雷器了。

如果大家有兴趣,可以参照防雷幻灯片的浪涌电压部分(法国版本的浪涌电压分类,基本上是一样的,多了一个核磁脉冲辐射)

  3线路上的浪涌电压很多吗,是多大? --线路上浪涌电压的数量和大小影响


    电脑和家用电器的电源来自供电电网。电网绵延千里,不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距你几十上百公里的远方发生了雷击时,雷击浪涌通过供电电网网光速传输,经过变电站等衰减,到你的电脑时可能仍然有几百上千伏,这个高压很短只有几十到几百个微妙,或者不足以烧毁电脑,但是对于电脑内部的半导体元件却有很大的损害,正象旧音响的杂音比新的要大是因为内部元件受到损害一样,随着这些损害的加深电脑也逐渐变的越来越不稳定,或有可能造成您重要数据的丢失。通过变压器以后到用户的电源线仍然有可能遭受雷击和其它浪涌

    左是美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(美国是110V,中国是220V)在10000小时(约一年零两个月)内在线间发生的各种电压值浪涌的次数,我们可以看到超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800余次,其中超过1000V的就有300余次。这样的浪涌电压完全有可能在其中一次损坏电脑或家用电器。 

    
        通讯线路和电源线路类似,也是从远距离传输过来,遭受雷击或者其它干扰(如电车运行,电焊机,冲击钻等电动工具工作等)的可能性很高,在通讯线路中会有许多高高低低的浪涌电压对设备的影响则更大,例如线本身工作在48V电压下,加上铃的电压多到150V左右,因此浪涌电压的电压更低时就可能对通信线路造成影响。
    为了避免浪涌电压的影响和增加带宽,现在大多数的远程传输多采用光纤,也就是说通信线路上的浪涌电压仅仅会在光纤出口到用户端的这一段产生。
    有线电视的情况类似于通信线路。

  • 浪涌保护 与 防雷保护
  1. 浪涌保护及防雷保护的关系和区别:
  2. IEC 的防雷分区 和 防雷分级

   1   IEC 的防雷分区:

  • LPZ0ALPZ0BLPZ1LPZ2....

2   IEC 的防雷分区通俗说明:

  • LPZ0A - 天空、没有避雷针保护的大楼外部、上面没有顶棚等覆盖物的地面... 等等雷电可能会直接击中的的空间。如大楼顶部避雷针保护范围之外的空间。
  • LPZ0B - 没有避雷针保护的非屏蔽大楼内部、有避雷针保护的大楼天台受保护部分、避雷线下的电缆等等雷电不易直接击中的LEMP没有衰减空间。如大楼顶部避雷针保护范围之内的空间和没有屏蔽的大楼内部或有屏蔽大楼内部的窗口附近。
  • LPZ1  - 雷电不易直接击中,但LEMP因屏蔽而衰减的空间。如上述屏蔽大楼内部(不包含窗口附近)。
  • LPZ2  - LPZ1区内,再次屏蔽的空间。如上述屏蔽大楼的另外设立的屏蔽网络中心。
  • LPZ3  - LPZ2区内,再次屏蔽的空间。如上述屏蔽网络中心内的机器金属外壳内部,或接地的机柜内部。
  • LPZ4 ...

3   假如我们把所有雷击与浪涌的电源保护的措施分为“五级”

  • 第一级:避雷针、避雷线、避雷网等直击雷的金属引下接地等装置属于外部防雷
  • 第二级:IEC CLASS-I 进线端总电源防雷或LPZ0区进入LPZ1区界面的等电位连接属于内部防雷
  • 第三级:IEC CLASS-II 分配端的电源防雷或LPZ1区进入LPZ2区界面的等电位连接属于内部防雷
  • 第四级:IEC CLASS-III 设备端的电源防雷或LPZ2区进入LPZ3区界面的等电位连接属于内部防雷
  • 第五级:合格的通过正常设计和安装的电子设备内部应该具备的基本浪涌吸收能力  -  基本浪涌吸收能力

 

直击雷
  雷电直接击在建筑物上,产生电效应、热效应和机械力者。

雷电感应
  雷电放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应,它可能使金属部件之间产生火花。

雷电波侵入
  由于雷电对架空线路或金属管道的作用,雷电波可能沿着这些管线侵入屋内,危及人身安全或损坏设备。

雷击电磁脉冲
  作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的效应。绝大多数是通过连接导体的干扰,如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及磁辐射干扰。

等电位连接
  将分开的装置诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。


 

  人们通常把发生闪电的云称为雷雨云,其实有几种云都与闪电有关,如层积云、雨层云、积云、积雨云,重要的则是积雨云,一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。
云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。使空气中水汽达到饱和是形成云的一个必要条件,其主要方式有:
           (1) 水汽含量不变,空气降温冷却;
           (2) 温度不变,增加水汽含量;
           (3) 既增加水汽含量,又降低温度。
  但对云的形成来说,降温过程是主要的过程。而降温冷却过程中又以上升运动而引起的降温冷却作用普遍。
  积雨云就是一种在强烈垂直对流过程中形成的云。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层,所以白天地面温度升高较多,夏日这种升温更为明显,所以近地面的大气的温度由于热传导和热辐射也跟着升高,气体温度升高必然膨胀,密度减小,压强也随着降低,根据力学原理它就要上升,上方的空气层密度相对说来就较大,就要下沉。热气流在上升过程中膨胀降压,同时与高空低温空气进行热交换,于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴,就形成了云。在强对流过程中,云中的雾滴进一步降温,变成过冷水滴、冰晶或雪花,并随高度逐渐增多。在冻结高度(-10摄氏度),由于过冷水大量冻结而释放潜热,使云顶突然向上发展,达到对流层顶附近后向水平方向铺展,形成云砧,是积雨云的显著特征。
  积雨云形成过程中,在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下,正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度,就会在云与云之间或云与地之间发生放电,也就是人们平常所说的"闪电"。
  雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难,尤其是近几年来,雷电灾害频繁发生,对国民经济造成的危害日趋严重。我们应当加强防雷意识,与气象部门积极合作,做好预防工作,将雷害损失降到低限度。

 

  当人类社会进入电子信息时代后,雷灾出现的特点与以往有极大的不同,可以概括为:(1)受灾面大大扩大,从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业,特点是与高新技术关系密切的领域,如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等;(2)从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落,无空不入地造成灾害,因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲(LEMP)。前面是指雷电的受灾行业面扩大了,这儿指雷电灾害的空间范围扩大了。例如二000年七月二十五日14点40分左右,一次闪电造成漕宝路桂菁路附近二家单位同时受到雷灾,而不是以往的一次闪电只是一个建筑物受损。(3)雷灾的经济损失和危害程度大大增加了,它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大,而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如一九九九年八月二十七日凌晨2点,某寻呼台遭受雷击,导致该台中断寻呼数小时,其直接损失是有限的,但间接损失将大大超过直接损失。(4)产生上述特点的根本原因,也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变,而是科学技术的发展,使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域,微电子器件灵敏这一特点很容易受到*的LEMP的作用,造成微电子设备的失控或者损坏。

  为此,当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了,雷电的防御已从直击雷防护到系统防护,我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术,提高人类对雷灾防御的综合能力。

 

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