中心議題：
- 防雷元器件的選型技巧
- 防雷元器件的一般使用方法及注意事項(xiàng)
- 線路和電氣設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)方案
- 儀表開關(guān)電源的防雷擊浪涌電路設(shè)計(jì)
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本文通過(guò)比較常用的三大類防雷元器件（開關(guān)元件類、限壓元件類和防過(guò)流和過(guò)熱保護(hù)元件類）的特性來(lái)詳細(xì)介紹防雷器件的選型技巧，并在介紹防雷元器件的一般使用方法和使用注意事項(xiàng)的基礎(chǔ)之上，結(jié)合防雷器件在電氣設(shè)備和儀表開關(guān)電源中的應(yīng)用實(shí)例，具體探討防雷器件的設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)難點(diǎn)。
1 防雷元器件的選型技巧
在防雷設(shè)計(jì)中，合理選擇防雷元器件是非常關(guān)鍵的一環(huán)。防雷元器件可以分為開關(guān)元件類、限壓元件類和防過(guò)流和過(guò)熱保護(hù)元件類三大類，具體選用哪種應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行分析，合理選擇。
開關(guān)型防雷元器件主要有陶瓷氣體放電管、半導(dǎo)體放電管等；限壓元件類主要有壓敏電阻、TVS管（瞬態(tài)電壓抑制二極管）等。開關(guān)型防雷器為間隙放電型器件，其雷電能量瀉放能力大，在線路上使用的主要作用是泄放雷電能量；限壓型防雷器為氧化鋅壓敏電阻器件，其雷電能量瀉放能力小，但其過(guò)電壓抑制能力好，在線路上使用的主要作用是限制過(guò)電壓。因此，一般在建筑物入口處選用如開關(guān)型防雷器來(lái)泄放雷電能量，然后，在后級(jí)電路使用限壓型防雷器來(lái)限制因前級(jí)雷電能量瀉放后，在后級(jí)線路產(chǎn)生的高過(guò)電壓。兩種防雷器需配合使用，方能保證配電線路中設(shè)備的安全。
防過(guò)流元件有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、電流保險(xiǎn)絲、電阻，防過(guò)熱保護(hù)和過(guò)熱檢測(cè)元件有溫度保險(xiǎn)管和溫度保險(xiǎn)絲。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲是一種正溫度系數(shù)熱敏電阻，主要應(yīng)用于電訊及網(wǎng)絡(luò)、用戶終端設(shè)備及模擬/模擬線路卡等。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲可以用于代替電流保險(xiǎn)絲，免除經(jīng)常更換的麻煩。溫度保險(xiǎn)管和溫度保險(xiǎn)絲是一種溫度開關(guān)元件，正常工作時(shí)是短路的，當(dāng)溫度高于其斷開溫度時(shí)開關(guān)斷開（不可恢復(fù)），常用于過(guò)熱保護(hù)和過(guò)熱檢測(cè)。
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2 防雷元器件的一般使用方法及注意事項(xiàng)
開關(guān)元件主要應(yīng)用于共模保護(hù)，也常在無(wú)源電路中作差模保護(hù)。而限壓元件主要應(yīng)用于差模保護(hù)，也常用在共模電路中和開關(guān)元件串聯(lián)，防止開關(guān)元件導(dǎo)通后使線路與地發(fā)生短路；或者作為開關(guān)元件的限流元件以阻斷續(xù)流，使開關(guān)元件復(fù)位。
在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，防雷元器件的使用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）開關(guān)元件不能單獨(dú)跨接在有源電路中作差模保護(hù)，為避免電源短路，必須串接限壓元件。
2）流過(guò)防雷元器件的浪涌電流必須小于其脈沖峰值電流。壓敏電阻應(yīng)按其降額特性選擇。
3）用作差模保護(hù)的防雷元器件，其最小擊穿電壓必須大于線路的最高工作電壓。
4）用作差模保護(hù)的防雷元器件，其限制電壓必須小于被保護(hù)設(shè)備所能承受的最高安全電壓。
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3 線路和電氣設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)方案
通常，雷電波是通過(guò)電源線、信號(hào)傳輸線和空間交變電磁場(chǎng)感應(yīng)到線路和電氣設(shè)備中，對(duì)線路和電氣設(shè)備的保護(hù)應(yīng)從電源系統(tǒng)的防雷、信號(hào)系統(tǒng)的防雷和空間屏蔽3方面進(jìn)行。
3.1電源系統(tǒng)的過(guò)電壓防護(hù)
依據(jù)線路絕緣結(jié)構(gòu)理論及IEC61312、IEC664-1、IEC61643、GB50097-1994（2000年版）等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑物和電氣設(shè)備（如第三類防雷建筑物）進(jìn)行感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)的絕緣結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
圖1感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)
從圖1可以看出，在220V/380V線路中的每一區(qū)域，都應(yīng)該在其前面并聯(lián)氧化鋅壓敏電阻器或過(guò)電壓保護(hù)器，雷電感應(yīng)過(guò)電壓能量將通過(guò)逐級(jí)的防雷器件吸收和釋放到大地中，達(dá)到保護(hù)線路和設(shè)備免受雷電破壞的目的；雖然應(yīng)用于Ⅳ、Ⅲ區(qū)域的過(guò)電壓保護(hù)器具有自身劣化斷開電源的功能，但考慮到不同的接地狀況，還應(yīng)與過(guò)電壓保護(hù)器串聯(lián)合適的熔斷器或空氣開關(guān).
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3.2信號(hào)線的過(guò)電壓防護(hù)
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要設(shè)備更易被雷電感應(yīng)過(guò)電壓破壞，因此數(shù)據(jù)信號(hào)線路的過(guò)電壓防護(hù)迫在眉睫，隨之產(chǎn)生了由線路結(jié)構(gòu)決定的計(jì)算機(jī)串口、數(shù)據(jù)線和同軸電纜專用的過(guò)電壓保護(hù)器。這些防護(hù)元件一般由三極放電管與快速嵌位二極管相結(jié)合的兩級(jí)保護(hù)組成，額定脈沖電流大于5kA（8μs/20μs），響應(yīng)時(shí)間小于1ns，具有很低的工作電壓、很高的使用頻率和傳速頻率、很低的插入損耗。
3.3設(shè)備的電磁屏蔽
空間電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)其附近一定空間內(nèi)的電源設(shè)備和信號(hào)數(shù)據(jù)線路及其元器件產(chǎn)生破壞，目前只能通過(guò)對(duì)設(shè)備和線路按各自的防雷區(qū)施行多級(jí)屏蔽及屏蔽層良好接地的方法來(lái)避免此類問(wèn)題的發(fā)生。但是，感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)效果與設(shè)計(jì)方案、施工質(zhì)量及成本費(fèi)用有極大關(guān)系，很難達(dá)到理想的屏蔽效果。因此對(duì)雷電感應(yīng)過(guò)電壓的防護(hù)主要集中在電源線和信號(hào)線系統(tǒng)，特別是在信號(hào)數(shù)據(jù)線路中使用的過(guò)電壓保護(hù)器應(yīng)該具有電磁屏蔽功能。
3.4電氣設(shè)備防雷電路設(shè)計(jì)
電氣設(shè)備中用到的交流電源防雷器主要有單相并聯(lián)式防雷器、三相并聯(lián)式防雷器、單相串聯(lián)式防雷器和三相串聯(lián)式防雷器四種。在“電氣設(shè)備防雷電路設(shè)計(jì)研究”PDF文檔中，詳細(xì)介紹了上述四種防雷器的通用安全保護(hù)電路，給出具體的電路圖，介紹應(yīng)用在電路中的防雷器的選型技巧，并對(duì)電路的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析。
PDF下載：電氣設(shè)備防雷電路設(shè)計(jì)研究
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4 儀表開關(guān)電源的防雷擊浪涌電路設(shè)計(jì)
基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯(lián)式抗雷擊浪涌電路主要分為防雷電路部分和開關(guān)電源電路部分，如圖2所示。電路采用復(fù)合式對(duì)稱電路，共模、差摸全保護(hù)，可以不分L、N端連接。使壓敏電阻RV1位于貼片整流模塊前端分別與電源L、N并聯(lián)，主要來(lái)鉗位L、N線間電壓，壓敏電阻RV0、RV2與陶瓷氣體放電管FD1串聯(lián)后接地，RV0與FD1串聯(lián)主要是泄放L線上感應(yīng)雷擊浪涌電流，RV2與FD1串聯(lián)主要是泄放由信號(hào)口串人24V參考電位上的能量，RV0、RV2短路失效后，F(xiàn)D1可將其與電源電路分離，不會(huì)導(dǎo)致失火現(xiàn)象。
圖2 基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯(lián)式抗雷擊浪涌電路
RV1前端線路上串聯(lián)了一個(gè)線繞電阻，當(dāng)此RV1短路失效時(shí)，線繞電阻可起到保險(xiǎn)絲的作用，將短路電路斷開，壓敏電阻屬電壓鉗位型保護(hù)器件，其鉗位電壓點(diǎn)即壓敏電阻參數(shù)選擇相對(duì)比較重要(選壓敏電壓高一點(diǎn)的，通流量大一些的更安全、耐用，故障率低)；根據(jù)通流容量要求選擇外形尺寸和封裝形式，本電路中采用561k－10D的壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯(lián)來(lái)延長(zhǎng)使用壽命和確保安全。
陶瓷氣體放電管的通流容量根據(jù)要求的通流容量選擇，電路采用3RM470L－7．5－L，通流量為5000A。線繞電阻R1起限流分壓作用；貼片整流模塊為開關(guān)電源電路前端整流作用，C1為高壓濾波電容，Y1為去耦電容，電阻R2和電容C2及VD2組成開關(guān)電源芯片MOS管的吸收鉗位電路，保護(hù)芯片，開關(guān)電源芯片采用PI公司的TNY27系列，TR1為高頻變壓器，VD3、C3構(gòu)成高頻變壓器次級(jí)濾波，U2、VD4、R3、R4、R5構(gòu)成開關(guān)電源電路的反饋電路，可將變壓器次級(jí)輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值，此防雷抗浪涌電路在實(shí)際使用中取得了較好的效果。
