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雷云對大地的電壓低則幾百萬伏,高則數千萬伏,甚至更高,雷云對大地一次閃擊放電的峰值電流平均為30多千安,它的瞬時功率很高,由于瞬時功率很大,所以它的破壞力是相當大的。
到現在為止.直擊雷的防護都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網作為接閃器,把雷電流引下來,然后通過良好的接地裝置迅速而地引入大地。
常用的接閃裝置,如避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網等,它們都是用金屬做成,安裝在建筑物的高點,如屋脊或尾角等易受雷擊的地方。避雷網是用金屬線、帶做成的網格,架在建筑物頂部空間或者利用建筑物屋面板筋連接成網格狀,然后與大地可靠地連接。
當高空出現雷云的時候,大地上由于靜電感應作用,必然帶上與雷云相反的電荷,然而接閃設備(避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網等)都處于地面上建筑物的高處.與雷云的距離近,而且與大地有良好的電氣連接,所以它與大地有相同的電位、以致接閃設備附近空間電場強度相對比較大.比較容易吸引需電先導,使主放電集中到地面,因而在它附近尤其是比它低的物體受雷擊的幾率就大大減少。而接閃器被雷擊的幾率卻大大提高,所以就接閃器本身而言.它不但不能避免雷擊.相反是招來更多的雷擊,它以自身多受雷擊而使周圍免受雷擊.
由于接閃器都與大地有良好的電氣連接,使大地積存的電荷能量迅速與雷云的電荷中和。這樣由雷擊而造成的過電壓的時間大大地縮短.雷擊危害性就
大大減少。
雷擊的時候,雷云通過接閃器向大地放電的過程,可以近似用RC放電過程來模擬。因為大地和雷云之間相當于一個充了電的電容器,如圖1.5所示。圖中雷云與大地之間的電容用電容器C表示.雷云內部和雷電流通道的電阻用R1表示,接閃器和它與大地之間連接的電阻(包括連接線的電阻和接地體的散流電
阻)用R2來表示。
由等效電路圖可知,雷擊時電流i與R及接閃器上的高電壓相互關系適合
RC放電方程:
iR-Uc=0
R=R1+R2
式中:R1-雷云內部和雷電流通道的電阻;
R2-接閃器和它與大地之間的連接電阻。
雷電流源的電阻包括主放電通道的電阻,大約幾千歐,如果把帶電的雷云當作電源,接閃器到大地看作是負載。那么,放電的時候就相當于一個有幾千歐內阻的電源,與一個僅有幾歐接地電阻和少許引線的阻抗的負載連接(如圖1.5所示),這電源一般為幾百萬伏和幾千萬伏,甚至更高。雷擊時接閃器對大地的電壓就是雷云的電壓,在雷云內阻(包括通道電阻)與接地電阻(包括引線電阻)的分壓,接地電阻越小.其分壓值越小,相對來講就越。所以,理論上要求避雷裝置接地電阻越小越好,但是如果要求做到接地電阻很小,勢必造價很高。工程上往往只要求做到足夠的范圍即可。以上說明避雷裝置必須有足夠可靠和足夠小接地電阻的接地裝置,否則它不但起不到避雷的作用,反而增加雷擊的危險。
需要指出的是,大氣變化是大規模的,雷云的發生也是大規模的,而且雷云的移動受很多可變因素支配.很多條件是隨機的,因此,認為有了避雷裝置就萬無一失的想法是錯誤的。避雷裝置只能大大地減少被雷擊的可能性。
(a)雷擊時雷云與大地的示意圖
(b)雷擊時的等效電路圖
圖1.5 雷擊時的電氣原理圖
本文通過對進口防雷器的核心技術和參數進行詳細介紹,并對選擇電源防雷器的幾個重要的參數進行對比分析,對技術人員以后在電源防雷器上的選擇起到一定的參考。
1、電源防雷器介紹
電源防雷器,即電源SPD,在電源系統的防雷中起著重要的作用。它并聯在線路中為雷電流提供一個泄放通道,并將加在后端設備的過電壓限制在一定的范圍內,從而對后面的設備進行保護。
組成電源SPD的元器件主要有陶瓷氣體放電管(GDT)、氧化鋅壓敏電阻(MOV)、瞬態抑制二極管(TVS)。根據三種主要元件器的組合方式不同,可以分為單一元件的電源SPD和組合式的電源SPD。國內的電源SPD都是采用單一的氣體放電管或壓敏電阻組成SPD,成本較低,但存在許多缺陷,如單一的氣體放電管具有殘壓高、響應時間長、工頻續流等缺點,而單一的壓敏電阻存在漏電的問題,這將大大減小SPD的使用壽命,并且可能產生自然自爆的現象。因此,為了克服上述元器件的缺點,充分發揮各自的優點,對元器件進行各種組合,并在技術工藝上進行革新,使得電源SPD的性能和技術參數指標得到優化,更加和有效地保護電氣設備。2、 四種進口電源SPD核心技術介紹
四種進口電源SPD擁有的核心技術分別是:Palmas的復合型技術、PHOENIX的AEC能量配合技術、德國DEHN
的RADAX Flow技術、OBO的多層石墨火花間隙技術。
2.1復合型技術
該技術是將n個壓敏電阻(MOV)、n個陶瓷放電管(GTD)、n個瞬態二極管(TVS)、浪涌電阻(SR)、溫度控制保險管等各種瞬態過電壓保護元器件通過串聯和并聯的矩陣方式排列在PCB電路板,由主放電電路(為雷電流泄放提供通道,并將殘壓逐步限制在很低的水平)和控制電路(用于監測各種防雷元件器的工作和老化狀態)組成,充分利用不同元器件的優點,發揮其作用。它主要解決了殘壓、響應時間、漏電流、通流量、工頻續流、使用壽命的問題。
2.2 AEC能量控制技術
主動能量控制的核心是一個屬于B+C類的SPD,該SPD是在一個用特殊合金材料間隙的電極間加裝了一個主動能量控制器,監測后級SPD的殘壓,在后級能量承受極限之前,主動觸發放電間隙使之工作,并因開關型SPD工作之后維持放電電弧的電壓較低,從而使得點火電路和后級SPD不再因過電壓而處于工作狀態,使得其承受的能量極小。它解決了殘壓、通流量、使用壽命的問題。
2.3 RADAX Flow技術
續流抑制、遮斷專利技術,工作原理以徑向和軸向吹弧優化電弧冷卻為基礎,必須的冷卻氣體是在電弧的影響下由周圍的塑料材料產生的。它可實現被保護電氣裝置工作的高可靠性,與DEHNventil
M 輔助電路配合使用,可以有效降低防雷器的電壓保護水平。它解決了殘壓、能量配合、工頻續流的問題。
2.4多層石墨火花間隙技術
該技術的裝置由九層火花間隙組成,這九層火花間隙由十片高能石墨電極圓盤疊合在一起夠成,高耐熱的特氟綸隔環,可靠地保證了火花間隙內部的距離,用螺栓固定的壓鑄鋅金屬連接板,將火花間隙組合在一起,箝制在的位置上,九層火花間隙中的八層間隙經過了大容量電容控制,因而保證了設定的保護電壓水平小于2KV。
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