雷电电涌保护系统
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雷电电涌保护系统
长沙磐龙安全系统设备有限公司
雷电防护专题的内容和顺序
1.雷电的产生及特征 2.雷电电涌保护系统总体介绍 3. 浪涌过电压的成因和效应 4. 对雷击放电及其效应的保护体系 5. 电涌保护器器的工作原理 6. 电涌保护器的安装和选用 7. 电涌保护器应用示例 8. 总结 /问题和解答 !
2 EMC电磁兼容的历史
真空管
晶体管
集成电路
1950
1960
1970
1980
干扰变量/ 设备内置电子元件数量
抗干扰能力
个人电脑
1990
2000
时间
三 浪涌过电压成因和效应
1 雷电击中没有外部防雷装置的建筑物
1.1 效应（直击雷）
雷电击中没有外部避雷系统的建筑物
效应 : 原因 :
火灾 雷电流携带的电量和能量。
4 直击雷波形与感应雷波形的区别
current [kA]
60 50
40 30
20 10
0 0
-10
直击雷电流脉冲波形, 10/350 µs 感应浪涌电流波形, 8/20 µs
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 time [µs]
二 雷电电涌保护系统 总体介绍
2.1 雷电的成因
大约 6 000 米
雷云的锋面是由上升的暖湿气流形成，这些暖湿气流上升到大约6000米的高空。 强烈的上升气流位于锋面中心，在云中产生出正、负电荷。
2.2 雷电的成因
+
+
+
++
+
+
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+ +
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++
+
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+ ++
+
冰块
-
-
+
+
++
+
+-
+ +
+
用雷达和探测器进行的研究表明：云 内电场的形式与冰晶和过冷水滴的存 在紧密相关。
U i ×R 接地
当雷电流沿着引下线分流到地时，导致接地体 的电位升高，高电压将通过接地等电位连接系 统进入到建筑物内部。
在电源线上的雷电保护的等电位连接（防雷器 /B类）保护电气安装不被损坏。
5 建筑物附近雷击
建筑物附近的雷击
效应： 雷电流通过耦合的方式进入埋地的管道、 电源线等等。（电流耦合） 这增加了建筑物内部火灾的危险性。
一 雷电的产生及特征
1 雷电的种类
➢ 直击雷 ➢ 感应雷击 ➢ 传导雷 ➢ 操作过电压
2 雷电的成因
放电类型
发生在云地之间90%的雷击现象是属于云 /地负闪击情况，在本处作主要描述。其 他雷击分类如下：
负闪击 地/云 正闪击 云/地 正闪击 地/云
然而，多数的雷击放电是发生在云层内部 或两个云层之间。
实验室研究表明：冰块带负电荷，小 冰晶带正电荷。因为冰晶较轻，被上 升气流带到云的上部，而冰块下降到 云的中部。
这种过程使云的不同区域带上不同的 电荷。
2.3 雷电的成因
大约 6000 米 -
+
+
+
+
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+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
电场
+
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+
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+
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+
+
典型分布：正电荷位于云的上部，负电荷在云的下部。 另外，接近地面的部分带上正电荷（地平面的磁场强度作用）！ 可触发雷电的电场强度与空气的绝缘度相关，电场强度在0.5-10kV/cm之间。
W R
i2dt
0
Q idt
0
雷电直接对建筑物放电，使大电流流过建筑 物，雷电流的能量将发生转换。建筑物某些 部分的温度将急剧升高，产生火灾现象。
另外，雷电流通过时，材料可能被熔化或产 生爆炸。
2 雷电击中高压架空线
2.1 效应（传导雷）
雷电击中高压架空线
效应 原因
: 过电压 （电压浪涌） : 雷击脉冲电流峰值
如果某一导线环路靠近有雷电流通过的 导体（雷电放电通道），根据电磁感应 原理，导线上就会产生感应过电压。
7 远处的雷击
雷击发生时产生极大峰值 和陡度的雷电流
雷电流在周围空间产生强 大的变化磁场
磁场中的导体感应出较 大的过电压
感应过电压通过传导线 击毁设备
8 电源开关转换
8.1 效应（操作过电压）
电源开关转换
效应 原因
: 电源线上的过电压（浪涌） : 在电源线上的开关转换所致的暂态浪涌
（操作过电压）的高电流陡度。
开关转换几乎发生在任何有用电设备的地方。 特别是在一些有大容量电感设备的场合， 例如：
• 电动机 • 变压器 • 扼流线圈 • 空调装置 • 焊接设备 • 长的灯串
2.4 雷电的成因
雷电全过程：
3 雷电流波形
I (kA) -40
首次雷击
Iimp -20
实测的雷电流脉冲波形 雷电流脉冲模拟波形, 10/350 µs
经过几毫秒（ms）
后续雷击
0 0
100 200
300 400 500 600 700 800
900 t (µs) 1100
在一个放电通道内的主放电和后续放电的能量效应与模拟雷电波形10/350 µs相似，在 IEC 61024-1“建筑物防雷保护”，以及IEC 61312-1“雷电电磁脉冲防护”中提出和确认。
1 防雷保护系统
外部防雷保护
• 接闪器 • 引下线 • 接地体 • 空间屏蔽
防雷保护系统
内部防雷保护
• 防雷等电位连接 • 空间屏蔽 • 安全距离
浪涌保护
浪涌保护装置SPD是防雷 保护系统的一部分。浪 涌保护器的配置必须与 内部防雷保护相配合。 外部防雷保护系统须和 内部防雷系统有机组合 。才构成更有效和完善 整体防雷保护。
U
ZW
I 2
当雷击架空线时，瞬时的阻抗是由导线本身的浪涌 阻抗决定的。
对于单一导线，该阻抗(ZW)通常在400-500 ohms 之 间。
3 雷电击中低压架空线
3.1 效应（传导雷）
雷击低压架空线
效应: 原因:
在低压供电系统产生过电压（浪涌） 和传导部分雷击电流。 雷电电流脉冲峰值。
低压架空线上的雷击的效应与高压架空线上的雷击 的效应是不同的。
雷电流产生的电磁场导致的感应耦合。
wenku.baidu.com
6 远处的雷击
6.1 效应（感应雷击）
Conductor loop 导线环路
Lightning arresters
Lines running parallel
远处的雷击
效应
： 感应耦合
引起原因 ：雷电流的最大陡度
di dt max
当雷电流通过某导体时，在该导体周围 将会形成磁场。
基本的区别是：低压架空线上的雷击非常接近建筑 物，导线上可传导部分的雷击电流进入邻近建筑物 内。
4 雷电击中有外部防雷装置的建筑物
4.1 效应（传导雷）
L1 L2 L3 PEN
有外部防雷系统的建筑物遭受雷击， 该建筑物并没有做防雷等电位连接。
效应: 原因:
电压浪涌 （过电压） 绝缘崩溃 雷电脉冲电流峰值
长沙磐龙安全系统设备有限公司
雷电防护专题的内容和顺序
1.雷电的产生及特征 2.雷电电涌保护系统总体介绍 3. 浪涌过电压的成因和效应 4. 对雷击放电及其效应的保护体系 5. 电涌保护器器的工作原理 6. 电涌保护器的安装和选用 7. 电涌保护器应用示例 8. 总结 /问题和解答 !
2 EMC电磁兼容的历史
真空管
晶体管
集成电路
1950
1960
1970
1980
干扰变量/ 设备内置电子元件数量
抗干扰能力
个人电脑
1990
2000
时间
三 浪涌过电压成因和效应
1 雷电击中没有外部防雷装置的建筑物
1.1 效应（直击雷）
雷电击中没有外部避雷系统的建筑物
效应 : 原因 :
火灾 雷电流携带的电量和能量。
4 直击雷波形与感应雷波形的区别
current [kA]
60 50
40 30
20 10
0 0
-10
直击雷电流脉冲波形, 10/350 µs 感应浪涌电流波形, 8/20 µs
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 time [µs]
二 雷电电涌保护系统 总体介绍
2.1 雷电的成因
大约 6 000 米
雷云的锋面是由上升的暖湿气流形成，这些暖湿气流上升到大约6000米的高空。 强烈的上升气流位于锋面中心，在云中产生出正、负电荷。
2.2 雷电的成因
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冰块
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用雷达和探测器进行的研究表明：云 内电场的形式与冰晶和过冷水滴的存 在紧密相关。
U i ×R 接地
当雷电流沿着引下线分流到地时，导致接地体 的电位升高，高电压将通过接地等电位连接系 统进入到建筑物内部。
在电源线上的雷电保护的等电位连接（防雷器 /B类）保护电气安装不被损坏。
5 建筑物附近雷击
建筑物附近的雷击
效应： 雷电流通过耦合的方式进入埋地的管道、 电源线等等。（电流耦合） 这增加了建筑物内部火灾的危险性。
一 雷电的产生及特征
1 雷电的种类
➢ 直击雷 ➢ 感应雷击 ➢ 传导雷 ➢ 操作过电压
2 雷电的成因
放电类型
发生在云地之间90%的雷击现象是属于云 /地负闪击情况，在本处作主要描述。其 他雷击分类如下：
负闪击 地/云 正闪击 云/地 正闪击 地/云
然而，多数的雷击放电是发生在云层内部 或两个云层之间。
实验室研究表明：冰块带负电荷，小 冰晶带正电荷。因为冰晶较轻，被上 升气流带到云的上部，而冰块下降到 云的中部。
这种过程使云的不同区域带上不同的 电荷。
2.3 雷电的成因
大约 6000 米 -
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典型分布：正电荷位于云的上部，负电荷在云的下部。 另外，接近地面的部分带上正电荷（地平面的磁场强度作用）！ 可触发雷电的电场强度与空气的绝缘度相关，电场强度在0.5-10kV/cm之间。
W R
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Q idt
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雷电直接对建筑物放电，使大电流流过建筑 物，雷电流的能量将发生转换。建筑物某些 部分的温度将急剧升高，产生火灾现象。
另外，雷电流通过时，材料可能被熔化或产 生爆炸。
2 雷电击中高压架空线
2.1 效应（传导雷）
雷电击中高压架空线
效应 原因
: 过电压 （电压浪涌） : 雷击脉冲电流峰值
如果某一导线环路靠近有雷电流通过的 导体（雷电放电通道），根据电磁感应 原理，导线上就会产生感应过电压。
7 远处的雷击
雷击发生时产生极大峰值 和陡度的雷电流
雷电流在周围空间产生强 大的变化磁场
磁场中的导体感应出较 大的过电压
感应过电压通过传导线 击毁设备
8 电源开关转换
8.1 效应（操作过电压）
电源开关转换
效应 原因
: 电源线上的过电压（浪涌） : 在电源线上的开关转换所致的暂态浪涌
（操作过电压）的高电流陡度。
开关转换几乎发生在任何有用电设备的地方。 特别是在一些有大容量电感设备的场合， 例如：
• 电动机 • 变压器 • 扼流线圈 • 空调装置 • 焊接设备 • 长的灯串
2.4 雷电的成因
雷电全过程：
3 雷电流波形
I (kA) -40
首次雷击
Iimp -20
实测的雷电流脉冲波形 雷电流脉冲模拟波形, 10/350 µs
经过几毫秒（ms）
后续雷击
0 0
100 200
300 400 500 600 700 800
900 t (µs) 1100
在一个放电通道内的主放电和后续放电的能量效应与模拟雷电波形10/350 µs相似，在 IEC 61024-1“建筑物防雷保护”，以及IEC 61312-1“雷电电磁脉冲防护”中提出和确认。
1 防雷保护系统
外部防雷保护
• 接闪器 • 引下线 • 接地体 • 空间屏蔽
防雷保护系统
内部防雷保护
• 防雷等电位连接 • 空间屏蔽 • 安全距离
浪涌保护
浪涌保护装置SPD是防雷 保护系统的一部分。浪 涌保护器的配置必须与 内部防雷保护相配合。 外部防雷保护系统须和 内部防雷系统有机组合 。才构成更有效和完善 整体防雷保护。
U
ZW
I 2
当雷击架空线时，瞬时的阻抗是由导线本身的浪涌 阻抗决定的。
对于单一导线，该阻抗(ZW)通常在400-500 ohms 之 间。
3 雷电击中低压架空线
3.1 效应（传导雷）
雷击低压架空线
效应: 原因:
在低压供电系统产生过电压（浪涌） 和传导部分雷击电流。 雷电电流脉冲峰值。
低压架空线上的雷击的效应与高压架空线上的雷击 的效应是不同的。
雷电流产生的电磁场导致的感应耦合。
wenku.baidu.com
6 远处的雷击
6.1 效应（感应雷击）
Conductor loop 导线环路
Lightning arresters
Lines running parallel
远处的雷击
效应
： 感应耦合
引起原因 ：雷电流的最大陡度
di dt max
当雷电流通过某导体时，在该导体周围 将会形成磁场。
基本的区别是：低压架空线上的雷击非常接近建筑 物，导线上可传导部分的雷击电流进入邻近建筑物 内。
4 雷电击中有外部防雷装置的建筑物
4.1 效应（传导雷）
L1 L2 L3 PEN
有外部防雷系统的建筑物遭受雷击， 该建筑物并没有做防雷等电位连接。
效应: 原因:
电压浪涌 （过电压） 绝缘崩溃 雷电脉冲电流峰值