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干货 | 电源口防雷电路设计要注意什么?

  • 防雷电路的设计应满足规定的防护等级要求,且防雷电路的残压水平应能够保护后级电路免受损坏。

  • 当遇到雷电暂态过电压时,保护装置应具有足够快的动作响应速度,即尽快限制动作压力和旁路泄漏。

  • 在馈电线上添加防雷电路不应影响设备的正常馈电。例如,当使用串联电源防雷电路时,防雷电路应能够通过设备满负荷工作,并有一定的充电。

  • 当系统的最高工作电压时,保护电路不应移动。通常在交流电路中,保护电路的动作电压是交流工作电压的有效值2.2~2.5倍,在直流电路中,保护电路的动作电压额定工作电压的1倍.8~2倍。

  • 在馈电线上增加防雷电路不应给设备的安全运行带来隐患。例如,应避免因电路设计不当而引起火灾等安全风险。

  • 在整个馈电通路上存在多级防雷电路时,应注意各级防雷电路间有良好的配合关系,不应出现后级防雷电路遭到雷击损坏而前级防雷电路完好的情况。

  • 防雷电路应具有损坏报警、遥信、热容和过流保护功能,并具有可替代性。

交流电源和直流电源的防雷电路设计指导如下。

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交流电源口防雷电路

上图为两级交流电源口保护电路:

  1. G1和G二是气体放电管

  2. Rvz1~Rvz6为压敏电阻

  3. F1和F2为空气开关

  4. F3和F4为保险

  5. L1和L二是退耦电感。

电路原理简介如下:

第一级防雷电路是具有共模和差模保护的电路,用于差模保护的压敏电阻。共模保护采用压敏电阻与气体放电管串联。第一级防雷电路通流能力高,通常是几十个kA(8/20us)。第1级防雷电路宜选用空气开关做短路过流故障的保护器件。

第二级防雷电路形式与第一级相同合理设计一级电路与二级电路之间的电感值,可通过一级防雷电路排放大部分雷电流,二级电路只排放少量雷电流,进一步降低二级电路防雷器的输出残压,保护后级设备。二级防雷电路应选择保险作为保护装置。

保护电路中各保护装置的通流量的选择应符合设计指标的要求,并有一定的裕度;可根据压敏电阻章节给出的方法选择差模压敏电阻的压敏电压值;在压敏电阻与气体放电管串联的共模保护电路中,压敏电阻和空气放电管的值仍可根据压敏相关章节给出的计算方法选择。

交流电源口变形电路1

变形电路1用一定长度的馈线替换原电路中的电感。规定长度的馈线的电感与原电路中的电感值基本相同。

将电感换成馈线的优点是,在设备工作电流大的情况下,合理选择馈线直径可以满足设备供电的需要,克服了设备供电电流大时空心电感体积过大无法在电路上实现的问题。一级防护电路和二级防护电路可分别放置在两种不同的设备中。例如,将一级防护电路设计成独立的防雷箱,并将二级防雷电路内置在通信设备中。

由于电感被移除,变形电路1可以被视为两个并联防雷电路。当两级防雷电路制成两个单独的防雷装置时,应注意防雷装置的安装。

交流电源口变形电路2

变形电路2是交流防雷电路的简化设计:只保留防雷电路中的第一级防雷电路或第二级防雷电路,其他设计点与交流电源端口的防雷电路相同。

后电路抗浪涌过电压能力强时采用电路a,外部采用一级保护措施时采用电路B,一般设计在电源模块内。变形电路2降低了电路的复杂性,方案更容易实现,因为它去除了电感,不需要考虑满足通过设备正常工作电流的需要。由于电路去除了电感,它从串联防雷电路变成了并联防雷电路。当电路制成独立防雷器时,应注意防雷器的安装。

直流电源口防雷电路

上图为串联式2级差模保护电路,标称放电电流5kA,电路原理简介如下:

第1级采用两个压敏电阻并联的差模保护,两个气体放电管并联进行共模保护(注:这里选用两个器件并联的目的是降低残压和增大通流能力,在使用单个器件满足要求的情况下可以只使用一个器件),可以达到标称放电电流5kA第二级设计指标采用压敏电阻和TVS管道保护,将残压降低到后电路能承受的水平,其中TVS管T推荐双向使用TVS管道可以防止反接或单向使用TVS但有不防反接的缺点。共模保护采用两根气体放电管并联组成的一级保护电路。

该电路具有输出残余压力低的优点,适用于后电路抗过电压水平低的情况。防雷电路中各保护元件的通流、压敏电压、反向击穿电压的选择和电感值可参照相关章节给出的方法进行。两级防雷电路应选择保险作为保护装置。

防护电路的应用是后电路的抗浪涌过电压能力较弱。一级防雷电路不足以保护后设备,需要通过二级防雷电路进一步降低残余压力。

直流电源口变型电路1

变形电路1用一定长度的馈线替换图6-4直流电源端口防雷电路中的电感。规定长度的馈线与原电路中的电感值基本相同。

将电感换成馈线的优点是,在设备工作电流大的情况下,合理选择馈线直径可以满足设备的供电需求,克服了设备供电电流大时空心电感体积过大无法在电路上实现的问题。一级防护电路和二级防护电路可分别放置在两种不同的设备中,如将一级防护电路设计成直流高阻柜,并将二级防雷电路内置在通信设备中。

由于去掉了电感,变型电路1可以看作为两个并联式的防雷电路。当这两级防雷电路做成两个单独的防雷器时,需要注意防雷器的安装问题。

直流电源口变电路2

变形电路2是直流电源端口防雷电路的简化设计:保留防雷电路中的第一级防雷电路(注:两个设备并联的目的是降低残余压力,增加通流能力,只能使用一个设备满足要求),去除电感和第二级防雷电路。其他设计点与直流电源端口的防雷电路相同。

当后电路抗浪涌过电压能力强时,采用变形电路2的应用场合,可降低电路的复杂性。同时,由于电感被移除,无需考虑满足设备正常工作电流的需要,方案更容易实现。由于变形电路2去除了电感,它从串联防雷电路变成了并联防雷电路。当电路制成独立防雷器时,应注意防雷器的安装。

标签: 等级共模电感

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