雷电电磁脉冲防护技术(李祥超等 主编)思维导图
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雷电电磁感应讲义引言电磁兼容(EMC)是近年来发展很快并受到广泛重视的学科领域。
IEC(国际电工委员会)对EMC的定义是:“设备或系统在其电磁环境中能正常工作,且不对该环境中任何事物产生不允许的电磁骚扰的能力”。
电磁骚扰(EMD)定义是:任何可能引起设备或系统性能降低或对有生命及无生命物质产生损害作用的电磁现象。
电磁骚扰可能是电磁噪声,无用信号或传播媒介自身的变化。
电磁噪声与EMD术语有相似的含义,指“一种明显不传送信息的时变电磁现象,它可能与有用信号叠加或组合。
”电磁骚扰源分为自然骚扰源和人为骚扰源。
典型的自然骚扰源有:1、雷击电磁脉冲LEMP,又称大气噪声;2、太阳噪声,太阳黑子活动时产生的磁暴;3、宇宙噪声,来自银河系;4、静电放电ESD;人为骚扰源较多,典型的有:1、电力网络中操作过电压SEMP;2、核致电磁脉冲NEMP;3、高压配电系统对地短路造成过电压;其它家电、高频设备、电力设备、内燃机、无线电发射和接收设备、高速数字电路设备等,通过放电噪声、接触噪声、过渡现象、反射现象、非功能性噪声和无用信号等电磁骚扰的发生机理均会造成电磁干扰。
在IEC61312-1中对LEMP定义为:“作为干扰源的闪电电流和闪电电磁场。
”GB50057-94局部修改条文定义为:“作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的效应。
绝大多数是通过连接导体的干扰,如雷电流或部分雷电流,被雷电击中的装置的电位升高以及磁辐射干扰。
”LEMP属由于放电而产生的噪声,由于雷云之间或雷云与大地之间产生火花放电,往往伴随着急剧的电流、电压的瞬时变化,即di/dt或du/dt很大。
与NEMP相比LEMP的电磁场强度、陡度和破坏范围都弱得多,但雷电这一大气物理现象,每次释放的数百兆焦尔(MJ)能量与足可影响敏感设备的毫焦尔(mJ)能量相比相差悬殊。
1971年美国通用研究公司R·D希尔用仿真试验建立模式证明:由于雷电干扰,对无屏蔽的计算机当磁感应强度Bm=0.07GS时,计算机会误动作;当Bd=2.4GS时,计算机设备会永久性损坏。
图解防雷技术基础知识1雷电形成雷电形成防雷基础知识雷电的形成•天空中云层间的相互告诉运动、剧烈摩擦,使高端云层和低端云层带上相反电荷。
•低端云层在其下面的大地上感应出大量的异种电荷,形成一个极大的电容。
•当磁场强大一定程度时,就会产生云间放电、云地放电,这就是雷电现象。
2雷电分类雷电分类防雷基础知识•云地闪•云云闪•球状闪电3跨步电压跨步电压防雷接地术语:跨步电压4防雷分区防雷分区通信防雷技术防雷分区5雷电引入途径雷电引入途径防雷基础知识雷电引入途径与防雷6直接雷防护直接雷防护防雷措施直接雷防护滚球保护法7防雷接地防雷接地防雷基础知识接地系统•通过防雷接地系统可以保护建筑内人员设备不受到损害8等电位连接等电位连接通信防雷内部防护一等电位链接9保护接地(1)保护接地术语定义保护接地•设备外壳保护接地,由于人体电阻与接地电阻并联,而人体电阻远远大于接地电阻,电流基本通过接地电阻入地,通过人体电流很小,起到保护作用。
10保护接地(2)保护接地2术语定义保护接地•设备外壳保护,由于人体电阻与接地电阻并联,而人体电阻远远大于接地电阻,电流基本通过接地电阻入地,通过人体电流很小,起到保护作用。
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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。
现代防雷装置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。