雷電電磁脈沖也需“三段”防護

孔祥輝李寶華

（作者單位：1.吉視傳媒股份有限公司延邊分公司；2.延邊廣播電視轉播臺）

雷電電磁脈沖也需“三段”防護

孔祥輝1李寶華2

（作者單位：1.吉視傳媒股份有限公司延邊分公司；2.延邊廣播電視轉播臺）

雷電電磁脈沖也稱雷電感應，主要是雷電擊中電子設備附近，在雷電周圍產生的“場”對電子設備所造成影響和破壞，這種破壞越來越引起防雷界的重視。

1 在信號系統中產生的機理

雷電電磁脈沖有三種耦合方式，分別為電阻耦合、電場耦合和磁場耦合，我們在多年的防雷實踐中認為這三種感應主要是磁場耦合，雷電電磁波耦合主要是通過磁場作用產生的，因此只需要考慮此效能即可。只要分析出磁場感應破壞的原理就能找出相應防護方法。

1.1 雷電流經過的引線引起的雷電感應

雷電流入地時通過的導線（導體）產生的耦合，一般是避雷塔的接地引線、機殼的接地線、浪涌保護器的引下線、發射機的饋線等。總之，是直擊雷電流經過的電線或導體產生的磁場，該磁場對信號線進行電磁感應。其原理如圖1所示，I0是直擊雷電流，B是I0產生的磁場，在該磁場的作用下，在信號線的外導體（屏蔽層）和芯線同時產生感生電流，因外導體與地相連，即使與地不連（如衛星接收機的高頻頭），其外導體與地之間也會有分布電容和絕緣電導，外導體的電位首先降低，致使內導體的電位相對升高，感應雷電流I1、I2進入設備，并起破壞作用。地或自然物體上引起的雷電感應

打雷是云間放電或是云地之間放電的過程，放電本身就是一個巨大的脈沖電流，該電流周圍也產生巨大的變化磁場，如果信號線處在其中，同樣會在信號線的內外導體中產生感生電流和感生電動勢，同樣有破壞作用。

2 對信號系統的“三”段防護

2.1 初段防護

2.1.1 一個是采用磁場屏蔽辦法，用磁導率高的金屬屏蔽信號線。這是一個比較成熟并行之有效的方法，包括使用“防雷電感應信號傳輸線”（專利號：201120068770.1）。應到信號線里的能量再通過電磁感應原理感應出來并被電阻吸收。由于雷電感應能量吸收器本身就是一個較大的電感，對該還電流起到抑制作用。

圖2　將接地引線穿入其中

2.3 末段防護

就是一直流行的使用信號浪涌保護器。該類產品眾多，魚目混雜，良莠不齊，但都有一個致命缺點，就是對正常信號會造成影響。該類產品多兩個接頭，易產生接觸不良故障，同時要求接地，有時確實較難辦，引線較長會影響接地效果，不打折扣的接地會產生較大費用，該辦法是最后辦法，筆者認為能不用就不用。

3 雷電感應對電源系統的侵襲分析與防護

我們所使用的市電幾乎都是三相四線制，是將外電高壓電經過三相變壓器變壓到線電壓為380 V、相電壓為220 V的三相四線制使用。如圖3所示，是高壓變壓器，外電高壓三線A、B、C分別連接變壓器的三個繞組的一端，三個繞組采用角接，在變壓器的輸出端三個輸出端采用星接，輸出繞組的一端連在一起與大地相連接。同時，該端也作為三相四線制的一個輸出端（零線N），而三個繞組另一端分別作為三個輸出端（火線A、B、C）。該變壓器輸出端A、B、C之間的電壓為線電壓，是380 V，相電壓（A 與N、B與N、C與N之間的電壓）為220 V，我們民用的市電一般都取相電壓，也就是A、B、C三項其中一項與零線之間的電壓。

圖1　雷電流的信號線耦合

圖3　雷電感應通路

1.2 雷電流直接擊中設備附近的大

2.1.2 可以考慮減少雷電流產生磁場方法，具體方法是在產生磁場的導體套上幾個雷電感應能量吸收器（專利號：201220476546）。如圖2所示，將雷電感應能量吸收器套在可以產生磁場的接地引線上，使雷電流產生的磁通量盡可能多地在鐵芯內部流通，這樣就能減少外部磁場的強度，并消耗其能量。套上鐵芯后，該接地引線的電感量隨之增大，流過該導線的脈沖電流會變緩，刺痛量的變化率會降低，致使在信號線上產生的感生電動勢下降。由于穿過鐵芯的雷電流達到一定幅值時，鐵芯就進入磁飽和狀態，不會對雷電流的泄放造成影響或影響有限。

2.2 中段防護

此時由于雷電感應的作用，信號線的內外導體都已經感應出脈沖電流，此時適合使用“雷電感應能量吸收器”（專利號：20120476546.0）。其原理是把感

由此可見當有雷電感應在輸入端的A、B、C產生的破壞電壓時，由于變壓器初次級有分布電容存在，雷電脈沖通過分布電容在變壓器的輸出端的A、B、C與地（零線）也會產生破壞電壓，而我們市電用戶恰恰使用這一電壓，這就難免造成用電設備的損壞。

4 對電源系統的三段防護

4.1 初段防護

在高壓輸變線路上架設避雷線，在易遭雷擊區域每根線桿處都做接地處理，并在線桿頂端加裝避雷針，目的是使雷電流垂直于輸變線路，盡量減少電磁耦合。

4.2 中段防護

4.2.1 可以考慮在高壓線入戶前加裝二合一雷雷電電磁脈沖能量吸收器。如圖4所示，把已經感應到高壓線里的脈沖能量再通過電磁感應原理感應出來，并被電阻吸收，同時它也是一個電感，對高壓線產生的共模脈沖有抑制作用，而對正常供電不會造成影響。

圖4　將二合一吸收器掐在電纜上

4.2.2 將高壓電纜穿入鐵管內，并將鐵管接地，與前者組成T形濾波網路，效果會更佳。

4.2.3 加裝隔離變壓器

一個是利用雷電電磁脈沖在三根高壓線上的雷電電磁脈沖相位和幅度相同的特點，抑制雷電脈沖。另一個是采用各種措施降低變壓器初次級之間分布電容，加大初次級間的隔離度。

4.3 末段防護

使用串聯式防雷電電磁脈沖電源箱，將空氣開關、低壓浪涌保護器、雷電感應能量吸收器（或者電感）、無極性濾波電容組合到一起使用，裝在一個箱內。目的是濾除或降低進入設備內部的雷電脈沖，只靠浪涌保護器防護雷電電磁脈沖是不夠的。

5 關于等電位連接

很多資料上把等電位連接作為防雷電電磁脈沖的重要手段，筆者認為等電位連接對電阻感應和電場感應是必不可少的（這兩種感應在實際線路中所占比例是很小的），而對磁場該應作用有限。而且不當的等電位連接還會造成“引雷入室”，進而在室內產生更大的脈沖磁場，產生更嚴重的破壞作用。所以在做等電位連接時還要防止引雷入室，盡量把直擊雷電流釋放到室外。

參考文獻：

[1] 潘忠林.現代防雷技術與工程：186