电磁兼容技术讲座
雷击浪涌防护设计技术
Boris Ma
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
关于雷击的数据
我国一些重要城市的年平均雷电日
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
雷电的产生
雷电压/电流的特性
1.2/50uS雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)
v o l t a g e (V )
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 e
t
? 1
) e
t
? 2
1
0.9 0.8
0.7 0.6
A = 1.037
τ1 = 0.4074 μS
τ2 = 68.22 μS
0.5 0.4 0.3 0.2
0.1
0 10 20 30
40 50
60 70 80 90 100
time(uS )
G (? ) = + u (t ) e
雷电压/电流的特性
1.2/50uS 雷电压脉冲的频谱特性
j ?t
dt
G (? ) = AU m (
1
? 2
1
+ j ?
1
? 2
+
1
1
? 1
+ j ?
)
a m p l i t u d e
a m p l i t u d e
雷电压/电流的特性
1.2/50uS 雷电压（1000V ）的频谱特性 70
1
0.9
60
0.8
50
0.7
0.6 40
0.5
30
20
0.4
0.3
0.2
10
0.1
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
frequency
frequency
雷电压/电流的特性
8/20uS雷电流脉冲波形(IEC61000-4-5)
c u r r e n t (A )
i (t ) = AI m t e
雷电压/电流的特性
8/20uS 雷电流脉冲波形(拟合)
1 0.9
3
t
?
0.8 0.7
0.6 0.5
0.4
A=0.01243(uS)-3
τ=3.911(uS)
0.3 0.2 0.1
0 0
5
10
15
20
25 30
35
40
45
50
time(uS )
G (? ) = + i (t ) e ( + j ? )
雷电压/电流的特性
8/20uS 雷电流脉冲的频谱特性
j ?t
dt
G (? ) =
1
?
6 AI m
4
a m p l i t u d e
a m p l i t u d e
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
0.005
1 0.9
0.8
0.7 0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
x 10
-4
0 0
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
frequency
frequency
雷击浪涌防护设计技术
雷电闪击电压的计算
保护级别
I
II
III-IV
雷电流峰值.kA
200
150
100
i
?
Lit.: IEC 61024-1-1
t
10/350 μs 波形
?E = ? · R st
举例:
Rst
?E =100kA ·1Ω=100kV
雷击浪涌防护设计技术
雷击电流引起的感应电压
雷击电流
建筑物
s1 i/ t
1
i
t
U
时间
s3 3
s2 下引线 t Time
2
1=下引线绕行形成的回路s1.
2=下引线与线路形成的回路s2.
3=线路回路s3.
q = ↓
正方形回路的互感M1 μH 100
10
1
M1
0.1
U
i
t a
0.01
0.001 a
q
0.01 0.03 0.1 0.3 1 3 10
a m
i t
正方形回路的过电压计算
电气安装的保护导体
10m
U
↓ = 150 ↓
μs
10m
q = 50mm2
M 1 H 16 μH
U = 16 · 150 = 2400 kV
a = 10m
a =
3m
a =
a = 1m
a = 0,1m
a = 0,03m ↓
正方形回路的互感M2 μH 10
1
0.1
M2
0.01 i t
0.001 U a 0.1 · 10
0.01 ·10-3
0.1 0.3 1 3
s 10 30
m
a s
↓ = 150 ↓
正方形回路的过电压计算
i kA t μs
10m
U
M 2 H 4.8 μH
U = 4.8 · 150 = 720 kV
10m
1m
b =
b = 3mm
↓ ↓
并行电缆回路互感M'3
nH 100 m
U
i t
M'3
l
s
b
0.1
0.3
1
3
s
10
30
m
↓ = 150 ↓
并行电缆回路互感M'3
通讯线
U
i kA t μs
10m
M'3 H 0.60 nH/m
3mm
1m
U = 0.60 · 10 · 150 = 900 V