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監(jiān)控弱電設(shè)備的雷電危害分析及保護

  
評論: 更新日期:2014年09月13日

???    4.2.3時間、電流特性;
???    比較PTC和保險絲的時間、電流曲線圖,PTC的響應(yīng)速度比普通保險絲要慢得多,而這一點對保護電路中異常敏感的部分特別關(guān)鍵。   
???    4.2.4尺寸;如果有需求請電話聯(lián)系:李經(jīng)理13811568528 qq:1336356556??
???    普通保險絲的功率密度比PTC大得多,高達(dá)5A的保險絲已可采用0603封裝,2A的則采用0402封裝。最佳尺寸的表面安裝型PTC的最大額定電流為2、6A,采用1812封裝,業(yè)界主要制造商正在開發(fā)1206封裝,并致力于增加電流承載能力。
???    4.3過壓保護   
???    在任何電子設(shè)備中都可能出現(xiàn)瞬態(tài)電壓,它通常是由電路故障、雷擊或ESD引發(fā)的?,F(xiàn)在已開發(fā)出幾種提供過電壓電路保護的零配件,包括二極管、MOV、MLV、瞬態(tài)電壓抑制器和ESD抑制器?!  ?.3.1變阻器;
???    金屬氧化物變阻器(MOV)專為抑制汽車、電訊和交流電源應(yīng)用中的過電壓而設(shè)計。MOV是一種電壓鉗位元件,其阻抗與電壓有關(guān),如電壓超過其閾值則其阻抗將變得非常小。MOV具有高的V-I非線性特性,反應(yīng)速度快,能承受很高峰值電流,待機狀態(tài)下漏電流又較低?! OV的主要用途是保護那些必須滿足"瞬態(tài)電壓浪涌抑制器"UL1449各項要求的產(chǎn)品免受雷電損害。一個附近的閃電放電可通過云層到地或云層到云層感應(yīng)出電磁場,這個電磁場能在原邊電路或副邊電路中感應(yīng)出電壓。直接的閃電放電能在交流電網(wǎng)或電話線路上產(chǎn)生高的浪涌電壓。在敏感電路中安裝的MOV器件可以將雷擊帶來的不利影響最小化?! ?br /> ???    多層變阻器(MLV)較小,是一種適合保護便攜式和電腦設(shè)備中低電壓電路的表面安裝型無引線片式變阻器。同MOV一樣,在電壓超過其閾值時MLV就變得高度導(dǎo)電。MLV可以具有不同的電壓和電流額定范圍,以滿足各種應(yīng)用要求,容值僅為10pF的新款0402MLV在移動電路中得到了極好的應(yīng)用。  
???    典型的變阻器主要是為工作于18V或更低電壓的電路板的應(yīng)用設(shè)計的,這些表面安裝器件通常應(yīng)用在移動通訊、電腦、醫(yī)療儀和便攜式設(shè)備中。
???    4.3.2瞬態(tài)電壓抑制器;如果有需求請電話聯(lián)系:李經(jīng)理13811568528 qq:1336356556??
???    隨著電子工業(yè)界探索更多地提高效率和增加功能、降低產(chǎn)品成本和制造更緊湊便攜式產(chǎn)品的方法,新的設(shè)計趨勢是在單個封裝中整合更多不同類型的元件,以提供完整的電路保護解決方案。將過壓、過流保護器件、過溫、過壓保護器件和ESD抑制器整合在一起的新產(chǎn)品正在開發(fā)之中,它們將形成電路保護技術(shù)的又一次革命。瞬態(tài)電壓抑制器是另一種選擇,Surgector就是其中之一,它專為有線通訊系統(tǒng)提供二級保護。Surgector采用矽閘流技術(shù)以提供雙向鉗位保護,該器件可用來吸收通訊電路的瞬態(tài)波形和高峰值浪涌電流。Surgector有雙極性、單極性和編程式SCR3種類型,并采用表面安裝、D0214AA封裝和直插式TO-202封裝。
???    (1)ESD抑制器;現(xiàn)代電子系統(tǒng)(不論是便攜的、機載的,還是陸基的)中的高密度電路,都很容易受到靜電或ESD的侵害。人體能產(chǎn)生超過15kV的ESD,因此為了有效防止ESD侵害,要求許多新的電子設(shè)備必須滿足IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)?! ?br /> ???    傳統(tǒng)的鉗位二極管和多層變阻器(MLV)通常用來保護低速、高功耗固體電路,不過,隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進步,市場正向低電壓、高速集成電路方向發(fā)展,這些具有較大寄生電容的器件可能會導(dǎo)致信號傳輸失真。目前一種從聚合物正溫度系數(shù)(PTC)技術(shù)發(fā)展而來的新器件,具有處理經(jīng)常出現(xiàn)在IC之間的較大ESD脈沖的性能?! ?br /> ???    靜電(ESD)抑制器的聚合物結(jié)構(gòu)使得制造商可生產(chǎn)出各種形狀的ESD抑制器,以滿足各種不同應(yīng)用的需要。該器件具有小于1pF的電容,可提供良好的限制信號降級和衰減的性能,以保證高速數(shù)據(jù)線和下一代電池組電路設(shè)計中的數(shù)據(jù)線能正常工作。
???    (2)TVS管即瞬態(tài)電壓抑制器。
???    當(dāng)其兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時,它能以10-12s量級的速度,將兩級間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?,吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值(一般小于2倍額定工作電壓),有效的保護電子電路中的精密元器件免受各種浪涌脈沖的破壞。
???    TVS管的伏安特性;其正向特性與普通二級管相同,反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。在瞬態(tài)脈沖電流的作用下,流過TVS管的電流,由原來的反向漏電流ID上升到 IR時,其兩極呈現(xiàn)的電壓由額定反向關(guān)斷電壓Uoff上升到擊穿電壓UBR,TVS管被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出現(xiàn),流過TVS管的電流達(dá)到峰值脈沖電流Ipp,其兩極的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓Uc以下;其后,隨著脈沖電流按指數(shù)衰減,TVS管兩極電壓不斷下降,最后恢復(fù)到起始狀態(tài)。這就是TVS管抑制出現(xiàn)的浪涌脈沖功率,保護電子元件的過程。
???    TVS管的顯著特點為:響應(yīng)速度快(10-12s級)、瞬時吸收功率大(數(shù)千瓦)、漏電流小(10-9A級)、擊穿電壓偏差小(±5%UBR與±10%UBR兩種)、箝位電壓較易控制(箝位電壓Uc與擊穿電壓UBR之比為1.2~1.4)、體積小等。它對保護裝置免遭靜電、雷電、操作過電壓、斷路器電弧重燃等各種電磁波干擾十分有效,可有效地抑制共模、差模干擾,是微電子設(shè)備過電壓保護的首選器件。
??? 1.概述   如果有需求請電話聯(lián)系:李經(jīng)理13811568528 qq:1336356556??
???    隨著科技的不斷發(fā)展,人類已步入信息社會,計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及越來越多的辦公大樓、寫字樓、醫(yī)院、銀行、賓館等建筑離不開綜合布線系統(tǒng)。配置綜合布線系統(tǒng),猶如為建筑物建立了一個高速,大容量的信息傳送平臺,為建筑智能化提供了快速的信息通道。計算機、程控交換機、CATV等微電子設(shè)備日益增多,而微電子器件承受雷電電磁脈沖能力較差,因此,雷害事故不斷發(fā)生。我國每年因雷擊破壞建筑物內(nèi)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的事件時有發(fā)生,所造成的損失是非常巨大的。因此綜合布線系統(tǒng)的防雷設(shè)計就顯得尤其重要。
???    我們知道雷電入侵電器設(shè)備的形式有兩種:直擊雷和感應(yīng)雷。雷電直接擊中線路并經(jīng)過電器設(shè)備入地的雷擊過電流稱為直擊雷;由雷閃電流產(chǎn)生的強大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓,過電流形成的雷擊稱為感應(yīng)雷。
???    目前,在建筑物防雷系統(tǒng)設(shè)計上,是執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057- 94,設(shè)計由避雷網(wǎng)(帶),避雷針或混合組成的接閃器,立柱基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)與鋼屋架,屋面板鋼筋等構(gòu)成一個整體,避雷網(wǎng)通過全部立柱基礎(chǔ)的鋼筋作為接地體,將強大的雷電流入大地。計算機系統(tǒng)安置在建筑物內(nèi),受建筑物防雷系統(tǒng)保護,直擊雷擊中計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可能性非常小,計算機設(shè)備抗直擊雷能力很低,防護設(shè)備非常昂貴,通常不必安裝防護直擊雷的設(shè)備,而計算機網(wǎng)絡(luò)必須防感應(yīng)雷和雷電浪涌電壓。
??? 2.干擾途徑與耦合機制
???   產(chǎn)生干擾必須具備三個條件:干擾源、干擾通道、易受干擾設(shè)備。
???    干擾源分為內(nèi)部和外部。內(nèi)部主要是裝置原理和產(chǎn)品質(zhì)量等。外部主要由使用條件和環(huán)境因素決定,如工作電源直流回路受開關(guān)操作和天氣影響等而引起的浪涌電壓,強電場或強磁場以及電磁波輻射等。
???    干擾通道有傳導(dǎo)耦合、公共阻抗耦合和電磁耦合三種。外部主要通過分布電容的電磁耦合傳到內(nèi)部;內(nèi)部則三種均有。
???    由于設(shè)備采用的敏感元件的選用和結(jié)構(gòu)布局等不盡合理,造成本身抗干擾能力差, 對干擾加以抑制,降低其幅度,減少其影響力,這是從外部環(huán)境上加以改善。
???    2.1干擾途徑
???    感應(yīng)雷可由靜電感應(yīng)產(chǎn)生,也可由電磁感應(yīng)產(chǎn)生,形成感應(yīng)雷電壓的機率很高,對建筑物內(nèi)的弱電設(shè)備威脅巨大,計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及電話程控交換機的防雷工作重點是防止感應(yīng)雷入侵。入侵計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑:
???    2.1.1由交流電220V電源供電線路入侵;計算機系統(tǒng)的電源由電力線路輸入室內(nèi),電力線路可能遭受直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷擊中高壓電力線路,經(jīng)過變壓器耦合到220伏低壓,入侵計算機供電設(shè)備;另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應(yīng)雷過電壓。在220伏電源線上出現(xiàn)的雷電過電壓平均可達(dá)10000伏,對計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可造成毀滅性打擊。電源干擾復(fù)雜性中眾多原因之一就是包含著眾多的可變因素,電源干擾可以以"共模"或"差模"方式存在。"共模"干擾是指電源線與大地,或中性線與大地之間的電位差。"差模"干擾存在于電源相線與中性線之間。對三相電源來講,還存在于相線與相線之間。電源干擾復(fù)雜性中的第二個原因是干擾情況可以從持續(xù)周期很短暫的尖峰干擾到全失電之間的變化。
???    電源干擾的類型見表一: 表一 序號 干擾的類型 典型的起因 1 跌落 雷擊,重載接通,電網(wǎng)電壓低下 2 失電 惡劣的氣候,變壓器故障,其他原因的緣故 3 頻率偏移 發(fā)電機不穩(wěn)定,區(qū)域性電網(wǎng)故障 4 電氣燥聲 雷達(dá),無線電信號。電力公司和工業(yè)設(shè)備的飛狐,轉(zhuǎn)換器和逆變器 5 浪涌 忽然減輕負(fù)載,變壓器的抽頭不恰當(dāng) 6 諧波失真 整流,開關(guān)負(fù)載。開關(guān)型電源,調(diào)速驅(qū)動 7 瞬變 雷擊,電源線負(fù)載設(shè)備的切換,功率因數(shù)補償電容的切換,空載電動機的斷開如果有需求請電話聯(lián)系:李經(jīng)理13811568528 qq:1336356556??
???    電源干擾進入設(shè)備的途徑;一是電磁耦合;二是電容耦合;三是直接進入三種。
???    2.1.2由計算機通信線路入侵;可分為三種情況:
???    (1) 當(dāng)?shù)孛嫱怀鑫镌庵睋衾状驌魰r,強雷電壓將鄰近土壤擊穿,雷電流直接入侵到電纜外皮,進而擊穿外皮,使高壓入侵線路。
???    (2) 雷云對地面放電時,在線路上感應(yīng)出上千伏的過電壓,擊壞與線路相連的電器設(shè)備,通過設(shè)備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播,涉及面廣,危害范圍大。
???    (3)若通過一條多芯電纜連接不同來源的導(dǎo)線或者多條電纜平行鋪設(shè)時,當(dāng)某一導(dǎo)線被雷電擊中時,會在相鄰的導(dǎo)線感應(yīng)出過電壓,擊壞低壓電子設(shè)備。
???    2.1.3地電位反擊電壓通過接地體入侵;雷擊時強大的雷電流經(jīng)過引下線和接地體泄入大地,在接地體附近放射型的電位分布,若有連接電子設(shè)備的其他接地體靠近時,即產(chǎn)生高壓地電位反擊,入侵電壓可高達(dá)數(shù)萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引入了強大的雷電流通過引下線入地,在附近空間產(chǎn)生強大的電磁場變化,會在相鄰的導(dǎo)線(包括電源線和信號線)上感應(yīng)出雷電過電壓,因此建筑物避雷系統(tǒng)不但不能保護計算機,反而可能引入了雷電。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等設(shè)備的集成電線芯片耐壓能力很弱,通常在 100伏以下,因此必須建立多層次的計算機防雷系統(tǒng),層層防護,確保計算機特別是計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全。
???    2.2耦合機制
???    雷電沖擊影響微電子設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)的耦合機制有下面幾種。   
???    2.2.1電阻耦合;雷電放電將使受影響的物體相對于遠(yuǎn)端地的電位上升高達(dá)幾百千伏,地電位升高形成的電流將分布到設(shè)備的金屬部分。如連接到系統(tǒng)參考點數(shù)據(jù)線和電源電線。電纜屏蔽層的電流在屏蔽層與芯線之間引起過電壓,其數(shù)值與傳輸阻抗成正比例?! ?br /> ???    2.2.2磁耦合;在導(dǎo)體上流通的或處在雷電通道的雷電流會產(chǎn)生磁場,在幾百米范圍內(nèi),可以認(rèn)為磁場的時間變化率與雷電電流時間變化率相同。然而,磁場經(jīng)常被建筑材料和周圍的物體所衰減和改變。磁場的變化會在室內(nèi)外電纜設(shè)備上產(chǎn)生感應(yīng)電流和電壓。  
???    2.2.3電耦合;雷電通道下端的電荷會在附近產(chǎn)生一個很強的電場,它對鞭狀天線設(shè)備有影響,而對于建筑物內(nèi)部電場干擾一般可以忽略。   
???    2.2.4電磁耦合;遠(yuǎn)距離雷電放電產(chǎn)生的電磁場會在大范圍的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)上感應(yīng)出過電壓,這種干擾會傳導(dǎo)到接口上,但這種情況下,直接輻射的電磁場很難對建筑物或機柜內(nèi)的微電子設(shè)備造成破壞如果有需求請電話聯(lián)系:李經(jīng)理13811568528 qq:1336356556?? 。
??? 3.弱電設(shè)備防雷措施
???   按照防護范圍可將弱電設(shè)備的防雷措施分為兩類,外部防護和內(nèi)部防護。外部防護是指對安裝弱電設(shè)備的建筑物本體的安全防護,可采用避雷針、分流、屏蔽網(wǎng)、均衡電位、接地等措施,這種防護措施人們比較重視、比較常見,相對來說比較完善。內(nèi)部防護是指在建筑物內(nèi)部弱電設(shè)備對過電壓(雷電或電源系統(tǒng)內(nèi)部過電壓)的防護,其措施有:等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽、保護隔離、合理布線和設(shè)置過電壓保護器等措施,這種措施相對來說是比較新的辦法,也不夠完善,針對弱電設(shè)備防雷的特性機理,對雷電浪涌及地電位差的防護進行探討。
???    3.1弱電設(shè)備的外部防護   
???    弱電設(shè)備的外部防護首先是使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引入大地;其次是在將雷電流引入大地的時候盡量將雷電流分流,避免造成過電壓危害設(shè)備;第三是利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規(guī)則的法拉第籠,起到一定的屏蔽作用,如果建筑物中的設(shè)備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號電路的電器,則需要加裝專門的屏蔽網(wǎng),在整個屋面組成不大于5m-5m,6m-4m的網(wǎng)格,所有均壓環(huán)采用避雷帶等電位連接;第四是建筑物各點的電位均衡,避免由于電位差危害設(shè)備;第五是保障建筑物有良好的接地,降低雷擊建筑物時接點電位損壞設(shè)備。
???    3.2弱電設(shè)備的內(nèi)部保護   
???    從EMC(電磁兼容)的觀點來看,防雷保護由外到內(nèi)應(yīng)劃分為多級保護區(qū)。最外層為0級,是直接雷擊區(qū)域,危險性最高,主要是由外部(建筑)防雷系統(tǒng)保護,越往里則危險程度越低。保護區(qū)的界面劃分主要通過防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土及金屬管道等構(gòu)成的屏蔽層而形成,從0級保護區(qū)到最內(nèi)層保護區(qū),必須實行分層多級保護,從而將過電壓降到設(shè)備能承受的水平。一般而言,雷電流經(jīng)傳統(tǒng)避雷裝置后約有50%是直接泄入大地,還有50%將平均流入各電氣通道(如電源線,信號線和金屬管道等)?! ?br /> ???    隨著微電子設(shè)備的大規(guī)模使用,雷電以及操作瞬間過電壓造成的危害越來越嚴(yán)重。以往的防護體系已不能滿足微電子設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對安全提出的要求。應(yīng)從單純一維防護轉(zhuǎn)為三維防護,包括:防直擊雷,防感應(yīng)雷電波侵入,防雷電電磁感應(yīng),防地電位反擊以及操作瞬間過電壓影響等多方面作系統(tǒng)綜合考慮。  
???    多級分級(類)保護原則:即根據(jù)電氣、微電子設(shè)備的不同功能及不同受保護程序和所屬保護層確定保護要點作分類保護;根據(jù)雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到數(shù)據(jù)通信線路都應(yīng)做多級層保護。
???   3.3電源部分防護   
???    弱電設(shè)備的電源雷電侵害主要是通過線路侵入。高壓部分有專用高壓避雷裝置,電力傳輸線把對地的電壓限制到小于6000V(IEEEEC62.41),而線對線則無法控制。所以,對380V低壓線路應(yīng)進行過電壓保護,按國家規(guī)范應(yīng)有三部分:建議在高壓變壓器后端到二次低壓設(shè)備的總配電盤間的電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對地加避雷器或保護器,作一級保護;在二次低壓設(shè)備的總配電盤至二次低壓設(shè)備的配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端應(yīng)對地加裝避雷器保護器,作二級保護;在所有重要的、精密的設(shè)備以及UPS的前端應(yīng)對地加裝避雷器或保護器,作為三級保護。目的是用分流(限幅)技術(shù)即采用高吸收能量的分流設(shè)備(避雷器)將雷電過電壓(脈沖)能量分流泄入大地,達(dá)到保護目的,所以,分流(限幅)技術(shù)中采用防護器的品質(zhì)、性能的好壞是直接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)保護的關(guān)鍵,因此,選擇合格優(yōu)良的避雷器或保護器至關(guān)重要。
???    3.4信號部分保護   
???    對于信息系統(tǒng),應(yīng)分為粗保護和精細(xì)保護。粗保護量級根據(jù)所屬保護區(qū)的級別確定,精細(xì)保護要根據(jù)電子設(shè)備的敏感度來進行確定。

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