三種低壓交流電源系統防雷保護電路的保護性分析

[摘 要]：各領域應用廣泛的低壓交流電源系統由于其自身耐過電壓能力較差而極其容易遭受雷擊，會為人們的生活帶來巨大是生活損失。本文選擇壓敏電阻構成的兩級電涌保護電路、帶LC濾波器的兩級電涌保護電路、壓敏電阻配合放電管構成的兩級電涌保護電路三種低壓交流電源對過電壓的防雷保護電路的保護性進行淺要的分析。

[關鍵詞]：低壓交流電源 防雷保護電路 保護性

雷電是一種很普遍的物理現象，對于雷電的形成人們至今仍舊處于探索階段。隨著人們生活水平提高，電子信息設備的廣泛使用，雷電對于人們生活的危害也越來越大，其主要原因是因為雷電電涌產生的過電壓會使得一般電子設備出現事故或者故障。而各領域應用廣泛的低壓交流電源系統由于其自身耐過電壓能力較差而極其容易遭受雷擊，會為人們的生活帶來巨大是生活損失。因此，探討低壓交流電源系統的防雷保護性能具有重大的意義，不僅能夠指導人們更安全的運用電子設備，同時也具有一定的經濟效益。本文選擇壓敏電阻構成的兩級電涌保護電路、帶LC濾波器的兩級電涌保護電路、壓敏電阻配合放電管構成的兩級電涌保護電路三種低壓交流電源對過電壓的防雷保護電路的保護性進行淺要的分析。

一、三種低壓交流電源系統分析

一般來說壓敏電阻是低壓交流電源的保護電路的主要構成，為了更好的突出保護效果，一般會加上LC濾波器和放電管。壓敏電阻的主要設計特征就是為了保護電子元件或者產品免受雷擊或者突發誘因的波動，當瞬間突波高壓出現時，壓敏電阻阻值變低，造成電路短路，從而保護電子元件。1.當保護電路中加入LC濾波器之后，它能夠使得電路中的電容電壓之比隨著入射波的波長以及入射波電壓變化而變化，并且成線性關系，與濾波器 周期成反比，因此，在設計濾波器的時候，需要選取濾波器周期大的，來降低濾波器輸出的峰值電壓值，從而更有效的保護原電路。2.當保護電路中放置了放電管后，放電管本身是一種高壓保護元件，當其兩端的電壓高出額定值，內部會吸收輸入的過電壓，出現短路，進而保護電路。

二、三種低壓交流電源系統防雷保護電路的保護性體現

對于低壓電源系統來說，電涌主要來自于內部電涌和外部電涌，內部電涌主要來自內部用電設備，如開關電源等，外部電涌則來自于雷電，當雷電發生放電時，使得云層與地面間的電位瞬間升高，發生雷擊并且通過雷擊進行放電。防雷保護電路的主要是防止因雷電產生的外部電涌產生的電子設備故障。針對以上三種低壓交流電源系統防雷保護電路的保護性體現研究，采用PSCAD/EMTDC對三種電路分別進行了仿真分析。

1.由壓敏電阻構成的兩級電涌保護電路

實驗過程中，主要采用了共模和差模兩種模擬雷電侵入方式侵入低壓交流電源系統。選用4個共模過電壓抑制壓敏電阻，2個差模過電壓抑制壓敏電阻，在零線與火線之間防止差模抑制壓敏電阻，火線與地線之間，以及零線與地線之間分別防止共模抑制壓敏電阻。通過分別模擬共模和差模兩種雷電侵入方式，得出實驗結果，驗證了實驗值與計算值在偏差范圍內，證實了仿真的有效性。當模擬雷電信號侵入時，電壓波進入保護電路，隨之達到了電感，電感能夠產生反射波與折射波，并且經過來波與反射波的疊加升高第一級壓敏電阻的電壓，通過折射波組織第二輯壓敏電阻的上升速度，加強電路保護的限壓作用。

2. 帶LC濾波器的兩級電涌保護電路

模擬雷電電涌沖擊下，瞬間電壓增大，與此同時，電容隨之增大，而壓敏電阻的電壓幅值變化速度減慢，進而引起電容的電壓幅值變化速度降低，故而起到限壓作用，通過計算結果與實驗結果的對比，證實了仿真性的有效性。

3. 壓敏電阻配合放電管構成的兩級電涌保護電路

實驗過程中，主要采用了共模模擬雷電侵入方式侵入低壓交流電源系統。在壓敏電阻之間配合放電管來抑制共模過電壓。采用1.2 / 50 μs 沖擊電壓發生器作為共模模擬電壓侵入設備，通過示波器獲得測試殘壓波形，與仿真波形進行偏差比較，證實了仿真的有效性。

三、三種低壓交流電源系統防雷防護措施；

對于低壓交流電源系統來說，最主要的防雷保護措施為裝設電涌保護器（super protective device）。當雷電出現時，感應雷會在電源系統中產生過電壓和過電流，而電涌保護器的主要作用是對電子系統的產生感應干擾，從而降低電子系統內對雷電的感應過電壓。電涌保護器在電路設計選擇時候需要考慮到通流容量和電壓保護水平，按照有關規定，通流容量的選擇標準分配原則是選擇首次和首次后的雷電流，假定總量的一般入地消散，其余電流平均分配。電壓保護水平則可以直接理解為殘壓值越低越好。另外，對于裝設電涌保護器的時候需要同時采取一些保護措施：共用及聯合接地系統、以最短路徑敷設線路及線路屏蔽措施、正確的配置安裝電涌保護器等。當單級電涌保護器不能夠完全限定雷電產生的過電壓至保護水平以下的時候，需要采用多級電涌保護器。

四、小結

人們的生活在進步，對雷電的認識不斷深入，我國的電子信息設備信息技術正在飛速發展，同時也需要注重電子設備的防雷保護。雷電現象產生的直擊雷和感應雷會產生強大的雷電電涌，侵入電子信息中去，產生的過電壓與過電壓會使得電子設備產生無法彌補的損壞，為了確保電子設備能夠免受雷電危害，對于低壓交流電源系統的防雷保護研究需要不斷深入，不斷探索出更加方便人類生活的綜合防雷措施。

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