雷电脉冲防护设计
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雷击与电磁脉冲防护技术电子与电气工程是一门关于电力系统、电子设备和电磁场的学科,涵盖了广泛的领域,其中包括雷击与电磁脉冲防护技术。
雷击和电磁脉冲是电气工程中常见的问题,对电力系统和电子设备都可能造成严重的损坏。
因此,开发有效的防护技术对于保障电力系统和电子设备的正常运行至关重要。
雷击是指大气中形成的电荷差异引起的放电现象。
当云与地面或云与云之间的电荷差异达到一定程度时,就会形成雷电放电。
雷电放电会产生巨大的电流和电压,对电力设备和电子设备造成巨大的冲击。
为了防止雷击对电力系统和电子设备的损害,我们需要采取一系列的防护措施。
首先,我们可以在电力系统的设备和建筑物上安装避雷针和避雷网。
避雷针可以通过尖锐的尖端将雷电引向地面,避免其对设备和建筑物的直接冲击。
避雷网则可以将雷电分散到地面上,减小雷电对设备和建筑物的影响。
这些避雷设施可以有效地降低雷击风险,保护电力系统和电子设备的安全运行。
其次,我们还可以采取电磁屏蔽技术来防护电子设备。
电磁脉冲是由强电流和电压突变引起的短暂电磁波,可以对电子设备产生干扰甚至损坏。
为了防止电磁脉冲对电子设备的影响,我们可以在设备周围设置金属屏蔽,将电磁波引导到地下或远离设备。
此外,还可以使用特殊的材料和设计来减小电磁脉冲对设备的影响。
这些电磁屏蔽技术可以有效地保护电子设备免受电磁脉冲的损害。
除了以上的防护措施,我们还可以通过合理的电力系统设计来降低雷击和电磁脉冲的影响。
例如,可以采用合适的接地系统来分散雷击和电磁脉冲的能量,减小其对设备的冲击。
此外,还可以在电力系统中增加过电压保护装置,及时将过电压引向地面,保护设备的安全运行。
综上所述,雷击与电磁脉冲防护技术在电子与电气工程中具有重要的地位。
通过安装避雷设施、采用电磁屏蔽技术和合理的电力系统设计,我们可以有效地保护电力系统和电子设备免受雷击和电磁脉冲的损害。
随着科技的进步和工程技术的不断发展,我们相信雷击与电磁脉冲防护技术将会不断完善,为电力系统和电子设备的安全运行提供更可靠的保障。
1.概述雷电(Lightning)是一种壮观而又令人恐怖的大气自然现象。
雷电威胁着人类的生命安全,常使建筑、电力、电子、通信和航空、航天等诸多领域遭受严重破坏。
随着高新技术的迅猛发展,由雷击引起的灾害事故正呈现出上升的趋势。
到目前为止,雷电作为一种强大自然力的爆发,尚无法有效地加以制止,人们力所能及的工作是设法限制雷击所造成的破坏作用,将雷击的危害减小到尽可能低的限度。
雷电防护(Lightning Protection)科学技术也在人类认识自然、抵御自然灾害的过程中不断发展。
人类自从认识雷电起,就积极地想方设法采取各种措施以减轻其危害。
1749年美国科学家富兰克林(Benjamin Franklin 1706~1790)发明了避雷针(Lightning rod),成功地防止了直接雷击。
在人类社会将近两个半世纪的防雷史上,以避雷针为主体的传统防雷技术,无疑对生命、财产、建筑物起到了一定的保护作用,但随着科学技术的发展,也暴露了传统防雷技术的局限性。
一方面是随着新技术的应用带来了新的雷击方式,另一方面随着科学技术的发展人们对雷电发生机理及其规律的认识更加深刻。
现在,雷电防护技术已进入了综合防护阶段。
八十年代以来,微电子技术特别是电子计算机技术作为高新技术的发展的支柱技术,其应用已渗透到社会经济生活的各个领域。
由于微电子设备对雷电电磁脉冲(LEMP--Lightning Electromagnetic Pulse)特别敏感,雷电这种无时无地都在发生的自然现象对现代社会高度依赖的计算机网络等电子系统潜伏着严重的不安全性,雷电造成的灾害影响到社会经济生活的各个方面,对国民经济造成严重危害。
由于电子设备普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差,对电磁干扰敏感等弱点,一旦建筑物受到直接雷击或其附近区域发生雷击,雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、通信线、接收天线、金属管道和空间辐射等途径侵入建筑物内,威胁室内电子设备的正常工作和安全运行。
雷电电磁脉冲防护分级计算方法雷电过电压对电子设备的危害随着通信技术、计算机技术、信息技术的飞速发展,今日已是电子化时代,日益繁忙庞杂的事物通过高速电脑、自动化设备及通信发展得到井然有序、而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低,其数量和规模不断扩大,因而它们受到过电压特别是雷电袭击而受到损坏的可能性就大大增加,这是由于以雷击中心1.5km—2km范围内都可能产生危险过电压,损坏线路上设备;其后果可能使整个系统的运行中断,并造成难以估计的经济损失,雷电和浪涌电压成了电子化时代的一大公害。
防雷器就是在最短时间(纳秒级)内将被保护线路连入等电位系统中,使设备各端口等电位,同时释放电路上因雷击而产生的大量脉冲能量短路泄放到大地,降低设备各接口端的电位差,从而保护线路上用户的设备。
对系统设备而言,电源线路和信号线路是雷电袭击产生过电压并传导的两条主要通道,因此防雷器就分电源系统避雷器和信号系统防雷器。
防雷区域的划分一、LPZ0A区:本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷击电流;本区内的电磁场强度没有衰减。
二、LPZ0B区:本区内的各种物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击,但本区内的电磁场强度没有衰减。
三、LPZ1区:本区内的各种物体不可能遭到直接雷击,流经各导体的电流比LPZ0B区更小;本区内的电磁场强度可能衰减,这取决于屏蔽措施。
四、LPZn+1后续防雷区:当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时,应增设后续防雷区,并按照需要保护的对象所要求的环境去选择后续防雷区的要求条件。
注:n=1、2、......。
雷电电磁脉冲防护分级计算方法1.建筑物年预计雷击次数N:N=K·(0.024·Td1.3)·(Ae+Ae’)式中:K──校正系数,一般取1。
Td──年平均雷暴日Ae──建筑物截收相同雷击次数的等效面积(KM2)Ae’──建筑物入户设施的截收面积(电源线、信号线)2.等效面积Ae的计算当建筑物高度H<100M:D= [ H·(200-H)]1/2 (M)Ae=[L·W+2(L+W)·D+π·H(200-H)]·10-6 (KM2)式中:L,W ,H分别为建筑物的长,宽,高(米)。
SPD在防雷电磁脉冲中的应用吴照宪(池州市气象局 247000)(池州市气象局 247000)提要为确保建筑物中的电子信息设备和计算机的安全,电源线、通讯线需要通过安装SPD与等电位体连接。
根据GB50057-94(2000版)及IEC关于过电压防护的最新技术标准,本文对SPD(电涌保护器)的原理、技术参数、选择、安装及级间耦合,SPD性能劣化保护等进行分析,提出在具体防雷方案设计中应注意的若干问题。
关键词SPD 应用问题前言随着电子技术和信息技术的飞速发展,信息产品和家用电器已高度普及,雷击灾害特别是感应雷击所造成的危害比例越来越大。
一个电流上升率为100KA/μs的雷电,可在400m以外的计算机房产生300m2的环路,其电磁场能在打印机信号线上感应15KV干扰电压,足以对设备构成破坏。
电源线,通讯线在防雷区界面等处合理安装SPD,能有效地保护设备不受损坏。
但目前对SPD的使用存在不少误区,有的甚至很盲目。
本文根据GB50057-94(2000版)及IEC关于过电压防护的最新技术标准,对SPD的应用进行讨论,供有关人员参考。
1 建筑物防雷区的划分建筑物防雷区是根据其受雷电影响的不同程度而划分的,如图1所示。
LPZ0A区:本区内的各种物体都可能遭到直接雷击和全部雷击电流,本区内的电磁场强度没有衰减。
LPZOB区:本区内的各种物体不可能遭受到大于滚球半径对应的雷电流直接雷击,但区内的电磁场强度没有衰减。
LPZl区:本区内的各种物体不可能遭受到直接雷击,流经各导体的电流比LPZOB区更小,本区内的电磁强度可能衰减,这取决于屏蔽措施。
LPZn+1后续防雷区:当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时,应增设后续防雷区,并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件,n=1、2……。
将需要保护的空间划分为不同的防雷区,以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度。
在防雷方案设计中,防雷区的划分非常重要,直接关系到SPD的选择和防雷效果。
雷电电磁脉冲及其防护1 、雷电电磁脉冲的物理特性(1)物理特性从积雨云的密布到发生闪电,会出现三种物理现象。
①云中静止电荷产生的静电场,产生静电感应现象,地面及各种导体会产生感应电荷,呈观静电场的作用。
这种作用随着距离的增大而迅速减小,与距离的三次方成反比。
②积雨云中电荷的移动(包括闪电)会产生磁场,若磁场强度发生变化就会出现电磁感应现象,这就是感应场产生的作用。
这种作用随着距离的增大而减小较快,与距离的平方成反比。
③闪电发生时,会出现电磁波辐射。
这种辐射场也随距离增大而减小,但比较缓慢,它与距离的一次方成反比。
除了注意上述三种物理现象,更应密切注意雷电流的变化特性,因为雷电的破坏作用与雷电流的峰值和波形密切相关。
现代防雷装臵正是根据雷电流的物理特性设计的,其主要的物理特性是:①峰值电流决定闪电的机械力和电力的作用大小以及雷灾的危害程度;②到达峰值的时间,数值愈小,冲击力愈大,在选用防雷元器件时应考虑响应速度;③最大电流变化率决定了闪电的电磁感应强弱,是电子设备防雷技术中应特别重视的参量,因为电子设备防雷技术中主要是对感应雷的防护;④半峰值时间或到达波尾中间的时间,是指回击电流减小到峰值一半时的时间,这个时间越长,热效应越大,容易造成元器件的损坏,也容易引起火灾。
超过lOO}上s就属于热闪电了。
(2)雷电电磁脉冲的频谱分析雷电电磁脉冲的频谱是研究避雷的重要依据,从频谱结构可以获得雷电电磁脉冲电压、电流的能量在各频段的分布。
根据这些资料可以估算通信设备或系统在其频率范围内可能遭受到的雷电冲击的幅度和能量大小,并以此作为确定避雷措施的参数。
①雷电流峰值比率的频率分析雷电流峰值比率的频率分布是指在雷电流的频谱范围内,每一个频率的电流峰值与雷电流峰值之比的频率分布。
雷电流主要贫布在低频部分,随频率升高迅速递减。
电波的波头越陡,高次谐波越丰富,波尾越长,低频部分越丰富。
②电流峰值比率积累的频率分布雷电流的破坏作用主要表现在对设备的过电压击穿和冲击能量过大的热击穿。
国际电工委员会标准IEC61312-11995-02第一版雷电电磁脉冲的防护第一部分:通则Protection against lightning electromagneticImpulse —Part 1: General principles国际电工委员会雷电电磁脉冲的防护第一部分:通则前言1) IEC (国际电工委员会)是一个由各国电工委员会(IEC 国家委员会)组成的全球性的标准化组织。
IEC 的目标是促进在电气和电子领域内涉及标准化的所有问题的国际间的合作。
为此,除其它的工作外,IEC 还出版国际标准。
这些标准的编制是委托给合技术委员会的,对所涉课题感兴趣的任何一个IEC 国家委员会,均可参一标准的编制工作。
与IEC 保持联系的国际的政府及非政府组织也参与此编制工作。
IEC 根据与国际标准化组织(ISO )双方之间的协议所确定的条件与该组织紧密协作。
2)IEC 就有关的技术问题所通过的正式决定或协议(由代表了对相关问题有特别兴趣的所有国家委员会的各个技术委员会所编制),尽可能接近地表达了对所涉主题国际上的一致看法。
3)IEC 所通过的决定或协议,以标准、技术报告或指南的形式出版,并以推荐的形式供国际使用,在此意义上它们是为和国家委员会所接受的。
4)为了促进国际上的统一,各个IEC 国家委员会应致力于将IEC 国际标准尽可能最大程度地透明地应用于其国家标准及区域标准中去。
IEC 标准与相应的国家标准或区域标准中去。
IEC 标准与相应的国家标准或区域标准间的任何分歧应在后者中明确地指出。
IEC61312-1国际标准已由IEC 81 技术委员会(“防雷”)制订。
此标准的正文根据以下的文件写成:DIS (国际标准草案) 投票报告81(CO )21 81/66/RVD本标准的认可投票的详尽信息可在上表所示的投票报告上找到。
IEC61312-1构成了总标题为“雷电电磁脉冲的防护”的系列出版物的一部分。
防雷设计方案引言随着电子技术的飞速发展,雷电对建筑物和电子设备造成的威胁日益增加。
一个完善的防雷设计方案对于保护人员安全、减少财产损失具有重要意义。
本文档旨在提供一个综合性的防雷设计方案,以供参考和实施。
一、防雷设计原则1.1 安全优先防雷设计应以人员安全为首要目标,确保在雷电发生时,能够有效保护建筑物内外的人员安全。
1.2 全面防护防雷设计应涵盖直接雷击、间接雷击以及雷电电磁脉冲等多方面的防护,实现全面防护。
1.3 经济合理在满足安全防护要求的前提下,防雷设计应考虑经济性,避免不必要的过度投资。
二、防雷系统组成2.1 外部防雷系统外部防雷系统主要由接闪器(避雷针、避雷带)、引下线和接地装置组成,用于引导雷电流入地。
2.2 内部防雷系统内部防雷系统主要包括等电位连接、电涌保护器(SPD)、屏蔽措施等,用于保护建筑物内部的电子设备。
2.3 接地系统良好的接地系统是防雷设计的关键,应确保所有防雷设施有效接地。
三、防雷设计要点3.1 接闪器设计接闪器应根据建筑物的几何形状、高度等因素合理布置,以最大范围覆盖保护区域。
3.2 引下线设计引下线应选择耐腐蚀、导电性能好的材料,且应尽可能短而直,减少雷电流过时的电压降。
3.3 接地装置设计接地装置应根据地质条件设计,确保足够的接地电阻,一般要求不大于10欧姆。
3.4 等电位连接建筑物内的所有金属构件、电缆桥架、金属管道等应进行等电位连接,避免雷电引起的电位差。
3.5 电涌保护器(SPD)配置在电源线路、信号线路上安装合适的SPD,以保护电子设备免受雷电电磁脉冲的损害。
3.6 屏蔽与隔离对于敏感的电子设备,应采取屏蔽和隔离措施,减少雷电电磁脉冲的影响。
四、防雷设计实施4.1 设计阶段在建筑设计初期,就应将防雷设计考虑在内,避免后期改造带来的不便和成本增加。
4.2 施工阶段施工过程中应严格按照设计图纸和相关规范进行,确保防雷设施的正确安装。
4.3 验收阶段工程竣工后,应进行专业的防雷检测和验收,确保防雷系统的有效性。
浅谈雷电电磁脉冲防护[摘要]:随着电子设奋的广泛使用。
雷电磁脉冲的危害也日益严重,雷电电磁脉冲的防护已成为现今雷电防护中最受关注的问题,本文就雷电电磁脉冲防护作一汽析。
并介绍具体实施的做法。
[关键词]:建筑物外部屏蔽合理布线信息系统设备的屏蔽线缆屏蔽电涌保护器21世纪,人类进入信息社会,以微电子技术和计算机网络为依托的信息技术极广泛地渗入政府各个部门、各行业和所有居民家中,与之不可分离的雷灾迅猛发展。
雷电造成自然灾害的范围随社会经济的发展而日益扩大,特别是雷电脉冲对各行各业广泛使用的微电子设备的破坏,使其影响到社会生活的各个方面。
我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,所造成的损失非常巨大。
因此,建筑物雷电磁脉冲防护设计显得尤为重要。
设计的合理与否,对人身安全及电气设备的安全使用与运行有着至关重要的作用。
国际电工委员会编制的标准(IEC1024-1)将建筑物的防雷装置分为两大部分:外部防雷装置和内部防雷装置。
外部防雷装置(即传统的常规避雷装置)由接闪器、引下线和、接地装置三部分组成。
接闪器(也叫接闪装置)有三种形式:避雷针、避雷带和避雷网,它位于建筑物的顶部,其作用是引雷或叫截获闪电,即把雷电流引下。
引下线的作用是将接闪器与接地装置连接在一起,把接闪器截获的雷电流引至接地装置,使雷电流构成通路,接地装置位于地下一定深度,它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。
但外部防雷装置再完善,没有配套的内部防雷装置,仍无法获得好的防雷效果。
接闪装置接闪后,建筑物引下线附近的设备会受到雷电流的感应,这称作雷电电磁脉冲(LEMP)干扰。
雷电电磁脉冲的感应范围很大,对建筑物、人身和各种电气设备及管线都会有不同程度的危害。
现代电子技术日益向高精度、高灵敏度、高频率和高可靠性方向发展。
这些电子设备非常灵敏,但耐压很低,一般电子设各都承受不了正负5伏的电压波动。
因此必须采取必要的防护措施防止雷电电磁脉冲的干扰,以便在先进的建筑物内实现良好的电磁兼容性。
自动化系统的雷电防护摘要雷电过电压能够分成感应雷电过电压以及直接雷电过电压这两种。
其中感应雷电过电压是因为电磁场的变化导致电磁耦合所产生的。
而直接雷电过电压则是因为流经被击物很大的电流所产生的。
不单单会对自动化系统设备造成巨大的危害,同时还会引起电子系统的误动作问题发生,对于电子系统会造成致命性的破坏,从而产生巨大的经济损失,因此一定要对其进行相应的预防。
关键词:配电线路过电压保护防雷保护1一、自动化系统的雷电防护针对自动化系统在雷电防护方面的相关措施进行分析研究。
首先对于暴露在外面的设备应该通过雷电防护系统(LPS)来进行相应的控制,而在这一方面最有效的方式就是避雷针。
通常来说避雷针在设计中是非常重要的组成部分,对于自动化系统的设计以及相应的运用都需要做大全面且详细的检查,要及时的查缺补漏。
在完成了LPS之后,就能够有效的避免直击雷电的大电流入侵自动化系统。
而当前我们应该注重对LEMP的防护工作。
1.1基本的LEMP防护措施对LEMP的基本防护措施包括:1)接地以及等电位连接,接地措施能够将雷电引入到地下,而等电位连接则能够将各个设备之间的电位差降低到最小值,这样也就能够达到最小磁场的目标。
2)空间屏蔽是对于雷电闪击所产生磁场的一种减弱方式,避免出现内部浪涌现象。
3)内外部线路屏蔽,这里应该使用相应的线来进行金属管以及屏蔽电线等方面的链接,随后将电磁脉冲引流,避免进入到设备中产生浪涌。
4)内部合理的布线能够有效的降低回路面积,从而减少在回路方面的感应电压。
5)使用浪涌保护器组合来限制外部以及内部浪涌行为。
上述几种方式对于雷电所产生的进场磁场都进行了最大限度的减弱,从而让进入到供电线路以及信号领域中的浪涌得到相应的控制和管理,让大量的电磁消散到大地中,这样就能够有效的增加设备的承受能力。
1.2接地和等电位连接一个健全的接地系统通常来说都需要等电位连接网和终端装置所构成,而等电位连接网就是接地系统中的一个重要的组成部分。
铁路信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件嘿,朋友们!今天咱们来唠唠铁路信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件这个听起来有点高大上的东西。
这就好比给铁路信号设备穿上一层超级英雄的铠甲,来抵御那雷电这个“大反派”的攻击。
你想啊,雷电那可是天空中的“暴脾气大佬”,它发火的时候,一道闪电劈下来,就像老天爷拿着一把巨大无比的光剑乱挥。
要是铁路信号设备没有好的防护,那可就像脆弱的小绵羊站在老虎面前,一下子就被秒杀了。
这防护技术条件就像是一个特别严格的保镖选拔标准。
比如说,防护的材料得是那种像钢铁侠战衣一样厉害的东西,能抗住巨大的能量冲击。
而且这个“保镖”得是全方位的,就像哆啦A梦的保护罩一样,把铁路信号设备从四面八方都保护起来。
在这个技术条件里,对电阻的要求就像是在挑选最会守门的守门员。
电阻得刚刚好,不能太大也不能太小,就像守门员不能太胖跑不动,也不能太瘦被球一撞就飞了。
如果电阻不合适,那雷电电磁脉冲这个“球”就会轻松突破防线,把铁路信号设备这个“球门”给捣毁。
还有那些防护的线路布局,就像是精心设计的迷宫。
雷电电磁脉冲这个“小怪兽”想进来捣乱,就会在这迷宫里晕头转向,找不到出口,最后只能灰溜溜地走掉。
从接地的角度看呢,接地就像是给铁路信号设备接上一根长长的“地线尾巴”,把雷电电磁脉冲带来的多余能量像倒垃圾一样统统导入大地这个“超级垃圾桶”里。
而对于防护设备的检测,那就像是给这个“超级保镖”定期体检。
要是发现哪里有毛病,就像医生给病人治病一样,赶紧把问题解决掉,可不能让它带着病去和雷电这个“病魔”对抗。
要是没有这些严格的技术条件,铁路信号设备就像是在雷雨中裸奔的小孩,那场面简直不敢想象。
火车可能就会像没头的苍蝇一样乱撞,整个铁路运输就会陷入一片混乱。
不过有了这个雷电电磁脉冲防护技术条件,铁路信号设备就可以在雷电的威胁下稳稳当当的,像一个在风暴中屹立不倒的灯塔,指引着火车安全前行。
所以说啊,这看似枯燥的技术条件,其实是铁路安全运行的超级英雄背后的秘籍呢!。
雷电电磁脉冲的防护措施有哪些
雷电电磁脉冲防护是电磁脉冲安全防护的一部分,是针对高能电磁脉冲中由自然界雷电所引起的高能电磁脉冲的防护,是通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。
雷电电磁脉冲有哪些危害
(1)天空中雷电波的电磁辐射对建筑物内电力线路和电子设备的电磁干扰。
(2)建筑物的防雷装置接闪时,强大的瞬间雷电流对建筑物内电力线路和电子设备的干扰。
(3)由外部各种强、弱电架空线路或电缆线路传来的电磁波对建筑物内电子设备的干扰。
科目:电磁干扰与兼容任课老师:崔志伟作业:雷电电磁脉冲干扰与防护姓名:***学号:**********雷电电磁脉冲干扰与防护绪论雷电是由带电的云在空中对地放电导致的一种特殊的自然现象,其具有选择性、随机性、不可预测性以及破坏性。
雷电存在的形式除了可以直观感受到的发光、发热、发声的雷电流以外,在雷电流形成的同时由于电磁效应还会产生雷电电磁脉冲。
在当今信息化的时代,强大的雷电电磁脉冲是造成电子设备损坏的重要原因,可导致各种微电子设备的运行失效甚至损坏,成为威胁航空航天、国防军事、铁路运输、计算机与通信等领域的一大公害。
电子设备包括信息电子设备和电力电子设备两大类,信息电子设备基本采用微电子控制技术,电力电子设备相对于信息电子设备无信号传输线路外,其控制单元也大多采用微电子控制技术。
近20 年来新发现的电子设备雷灾的起因是闪电的电磁脉冲(LEMP)辐射造成的,电子设备越先进、耐压等级越低、能耗越小,灵敏度越高、体积越小,则雷电电磁脉冲的危害范围越大。
电子设备抗雷电电磁脉冲的干扰危害已是一个不可回避的问题。
雷电电磁脉冲既是雷电,又是电磁脉冲,但它既有别于直击雷,又有别于普通意义上的电磁脉冲干扰信号。
现在对直击雷的防护技术已相当成熟,由于直击雷包含着巨大的能量,通常采用避雷针、避雷网等引雷入地,其实这就是将所接收到的雷电能量直接引向大地而起到分流雷电流的作用,但避雷针引下线由于电感的作用,最多也只能将5 0 % 的雷电流入地,余下的雷电流将通过其他途径或四处扩散后入地。
扩散入地的雷电流就以雷电电磁脉冲的形式出现,对雷电电磁脉冲的防护,要从干扰和所具有的巨大能量两个方面来综合考虑。
直击雷的强大能量需要入地释放,同理,雷电电磁脉冲的能量也必须旁路泄放入地,在入侵通道上将雷电电磁脉冲引起的过电压、电流加以阻挡,且直接或间接泄放入地,从而达到保护电子。
正文雷电防护系统( Lightning Protection System(LPS))是指用以对某一空间进行雷电效应防护的整套装置,它由外部雷电防护系统和内部雷电防护系统两部分组成。
强电磁环境(雷电、HIRF、EMP等)防护设计实施流程航空工业合肥航太电物理技术有限公司(简称“合肥航太”)专业从事我国飞行器(包括飞机、导弹、火箭、飞船、系留球、飞艇等)强电磁环境试验研究及防护产品开发工作,飞行器强电磁环境主要包括:雷电、高强度射频场及电磁脉冲等,往往会对装备产生灾难性的影响。
合肥航太目前已形成的专业优势是:国内领先的飞行器(包括飞机、导弹、火箭、飞船、系留球、飞艇等)雷电、高强辐射场及电磁脉冲防护产品设计生产与鉴定试验。
建有国内领先的大型飞机强电磁环境实验室。
合肥航太作为我国专业强电磁环境实验室,在我国多种型号强电磁效应防护设计中扮演着重要角色,主持或参与众多型号的强电磁防护设计工作。
结合工程经验,总结电子系统电磁干扰防护设计的基本实施过程以及强电磁脉冲防护设计的流程如下。
电子系统电磁干扰防护设计实施流程
总体分析
方案论证与仿真正样研制测试
强电磁脉冲防护设计流程。
雷电脉冲防护设计
摘要
本文主要主要介绍雷电脉冲灾害产生的原因,分析雷电脉冲的入侵途径,通过电磁兼容理论获得解决雷电脉冲的设计思路。
一、雷电脉冲防护概况
电子器件的集成化和超大规模集成化及新的网络通信技术的发展都为信息时代的主导技术支撑产品――计算机通信技术的发展起到了极大的推动和促进作用,但另一方面,这些微电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低,过电压耐受能力差等致命弱点,一旦遭受雷击过压的冲击,轻则造成这些电子系统的运行中断,设备永久性损坏,重的是这些系统所承负的那些须实时运行的后续工作的中断瘫痪所造成的不可估量的直接与间接的巨大经济损失和影响。
二、雷电脉冲入侵途径
雷击引起的上万伏的过电压(过电流)及极强的交变电磁场是损坏楼内弱电设备的主要原因,交变电磁场的瞬即变化是吸引雷电入侵的最佳渠道。
其中入侵渠道可以大致分为3种:
1、配电线路引入雷电:配电线路(对 10KV 线路,高压MOV 的残压很高,弱电设备受此高压都会损坏,变压器有一定的隔离和衰减作用,但还有相当大的剩余雷电会传到后续设备。
)产生过电压后,该过电压直接传到弱电子设备,并将设备损坏,一般是将设备的电源部分损坏。
2、通信控制线路引入雷电:通信控制线路(通信控制线路一般有
数据专线、网络线、数据控制线和视频线等)感应雷电后,雷电也直接传到设备,并将设备损坏,一般是将设备的通信口损坏,与供电路线上产生雷电流的情况相似,一般来讲,通信线路上的雷电流比供电线路上的雷电流要小。
3、金属管道、电缆引入雷电:架空和直接埋地的金属管道、电缆的进出线等也是雷电引入的又一途径。
通常是由于雷击静电感应引起或因暂太高电位 / 过电压通过线路耦合,造成管道和电缆线路毁坏。
三、雷电防护设计
雷电入侵的防范措施:针对上述分析,电子信息系统从电磁兼容角度防止雷击电磁脉冲,从电磁干扰三要素--干扰源、偶和途径、敏感设备入手,采取有效的防护措施,主要有屏蔽、滤波、接地和合理布线等综合防护措施。
1、屏蔽
屏蔽是减少电磁脉冲干扰的基本措施。
屏蔽体可做成板式、网状式以及金属编织带式等, 利用低电阻的导体材料对电磁能流具有反射和引导作用,在内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化,从而减弱源电磁场的辐射效果。
金属材料的电磁屏蔽效果为对电磁波的反射损耗、吸收损耗和电磁波在屏蔽材料内部多次反射损耗之和。
银、铜、铝等相对电导率大, 利用屏蔽体表面所产生涡流的反磁场来达到屏蔽目的, 以反射损耗为主铁和铁镍合金等相对磁导率大, 铁磁材料的高导磁率对干扰磁
场进行分路, 以吸收损耗为主。
一般情况下,材料的导电性越好,屏蔽效果越好随着频率升高,电磁波穿透力增强,屏蔽效果下降。
防止雷击电磁脉冲干扰,应采取以下屏蔽措施:
⑴利用建筑物内现存金属部件,形成初级自然屏蔽体。
⑵信号线和低压电源线应采用屏蔽电缆或穿铁管加以屏蔽远离外墙结构柱,进人建筑物就近等电位连接。
⑶利用良导体和高磁导率的镀锌钢作为屏蔽体,具有良好的屏蔽效能。
⑷采用截止波导技术处理屏蔽体的孔洞。
⑸使用电磁密封衬垫和增加金属搭接面处理屏蔽体的缝隙。
2、滤波
滤波技术是抑制电气、电子设备传导电磁干扰,提高自身抗扰度,原理是压缩信号回路骚扰频谱, 用滤波器将无用的骚扰频谱成分滤除。
电源的频率很低(50Hz或直流), 雷电暂态过电压波形的频谱中含有丰富的高频, 其不可忽略的频率一般在1~10MHz。
在电源和电子设备之间接人含有压敏电阻的低通滤波器,对雷电暂态过电压波中的高频分量进行衰减, 同时能够泄流限压,保护电源系统和电子设备。
防止雷击电磁脉冲引起共模和差模形式的传导电磁干扰, 电源线滤波器应采取以下措施:
⑴设备内未滤波的电源线路尽可能短, 远离滤波引线,防止再祸合。
⑵防止高频输人和输出的寄生电容干扰,滤波应优化布置。
⑶避免电源引线和信号逻辑电缆间的藕合。
⑷对敏感设备采用合适的RF扼流圈和旁路电容。
3、接地
接地主要是防止电磁干扰,消除公共阻抗的祸合, 保障人身和设备的安全。
在电子信息系统中, 为了整个电子电路有一个公共的零电位基准面, 给高频干扰信号提供公共低阻抗通路, 发挥屏蔽措施良好效能,采用有效的电子设备接地。
电子设备频率<1MHz,避免形成地线回路, 防止通过地线回路的电流传播, 可采用一点接地方式;频率>10MHz,减少接地线的寄生电感, 可采用多点接地方式, 但设备或系统内部地线回路增多,大信号电路可能通过地线回路电流影响小信号电路,造成干扰频率在1~10MHz, 可采用混合接地。
在许多情况下,为了防止电子设备外壳上的干扰电流直接藕合到电子设备电路上, 将外壳接地, 将其中的电子电路浮地。
4、合理布线
合理布线已经成为减少电磁干扰的有效途径,基本思想是使感受器和干扰源尽可能远离、输出和输人端口妥善分离和防护、电源线和信号线互不干扰敷设, 通过合理布线减少雷击电磁脉冲对电子信息系统和设备的电磁干扰。
增加导线抗扰性,防止导线产生电容性和电感性祸合, 应采取以下措施:
⑴导线长度要短、间距要大、避免平行走线。
⑵减少导线形成回路面积, 对干扰对象和干扰源电磁屏蔽, 抑制电磁场藕合。
⑶布线避免靠近用作引下线的柱筋, 减少感应范围。
⑷采用多条并联泄放暂态雷电流的路径。
⑸所有低压电源线和信号线都采用屏蔽措施。
参考文献
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【5】百度百科词条:雷电电磁脉冲防护。