隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展,大規模及超大規模集成電路相繼出現,且廣泛用于通信、測量、監控和計算機系統等電子設備(系統)中。這類(lèi)元器件具有著(zhù)極為廣闊的發(fā)展前景。然而,他zui明顯的缺點(diǎn)就是抗過(guò)超低頻高壓發(fā)生器電壓能力和抗干擾性能力很低,易受雷電等電磁脈沖和其他過(guò)電壓的損壞,繼而造成電路和設備的損壞。因此,提高與加強這些設備放過(guò)電壓的能力是迫在眉睫的事情。
一、設備受雷擊的途徑
雷電直擊地面(物體)和/或空中雷云間放電時(shí)產(chǎn)生強烈的沖擊電磁場(chǎng),在設備和傳輸線(xiàn)上感生雷電過(guò)電壓,從而損壞設備或傳輸線(xiàn)路。從所掌握的資料表明,除少數屬雷電直擊或空間感應外,絕大部分是因為雷電行波從室外的傳輸線(xiàn)引人而損壞設備的。這些室外傳輸線(xiàn)包括傳輸信息的金屬引入(出)線(xiàn)路和用以饋電的交(直)流線(xiàn)路。傳輸信息線(xiàn)路有架空線(xiàn)路、埋地線(xiàn)路、鋼軌或其他類(lèi)似的傳導體。而架空線(xiàn)主要指通信明線(xiàn)、架空電(廣)纜或其他性能相近的線(xiàn)路;埋地線(xiàn)路則有埋地(對稱(chēng)、同軸)電纜和光纜等。
傳輸線(xiàn)路上引入的過(guò)電壓分為縱向(共模)過(guò)電壓和橫向(差模)過(guò)電壓兩類(lèi)。在平衡(對稱(chēng))線(xiàn)路上某點(diǎn)出現的線(xiàn)與地之間的過(guò)電壓成為縱向過(guò)電壓;平衡(對稱(chēng))線(xiàn)路間或不平衡線(xiàn)路(如同軸電纜)的線(xiàn)路與地之間出現的過(guò)電壓成為橫向過(guò)電壓。一般情況下,橫向過(guò)電壓低于縱向過(guò)扁平橡套軟電纜電壓。但在比較的情況下,橫向過(guò)電壓可具有與縱向過(guò)電壓相同的幅值和特續時(shí)間。若某些系統有中繼設備和遠供回路時(shí)(如通信系統的增音機),當前、后段的線(xiàn)路感應有不同的過(guò)電壓時(shí),還會(huì )造成順線(xiàn)路方向的縱向過(guò)電壓,同樣損壞設備,這一點(diǎn)易為人們所忽視。
傳輸線(xiàn)路因其自身結構的原因、雷電行波傳輸過(guò)程的差異,以及縱向保護元件動(dòng)作時(shí)間的不同等,令分別出現在量平衡獻上的縱向過(guò)電壓不相等,從而形成橫向過(guò)電壓(不平衡線(xiàn)路上的橫向過(guò)電壓即縱向過(guò)電壓)??v向過(guò)電壓損壞設備線(xiàn)于地(機殼0之間的絕緣,但橫向過(guò)電壓則像信號般在線(xiàn)間傳輸,盡管其幅值不很高,卻足以損壞既敏感,耐壓水平又很低的元器件和內部電路。
二、雷擊保護的基本原則
欲使設備得到很好的保護,首先應對其所處的環(huán)境、受雷電影響的程度做出客觀(guān)的估計,因他于出現 過(guò)電壓的幅值、概率、網(wǎng)絡(luò )結構、設備抗電能力、保護水平和接地等有關(guān)。不過(guò),防雷工作應作為一項系統工程來(lái)考慮,強調全面防護(包括建筑物、傳輸線(xiàn)路、設備和接地等),綜合治理,且要做到科學(xué)、可靠、使用和經(jīng)濟。我們并不一定要求對雷電進(jìn)行100%的防護,允許有一定的風(fēng)險率,這當然應通過(guò)一定的技術(shù)經(jīng)濟比較以后才可確定??偟膩?lái)說(shuō),考慮防雷時(shí)可歸納為如下3種主要方法。
1. 采用躲避的方法
這是非常重要的、經(jīng)濟有效的措施。應正確的選擇線(xiàn)路的路由、站址(設備安放點(diǎn)),有意識的盡量避開(kāi)在理論上、經(jīng)驗上和實(shí)際上電力測試導線(xiàn)證實(shí)的雷擊區或雷擊點(diǎn)。
2. 對雷電進(jìn)行橫截
這需要外加一定的保護元器件,旁路或限制進(jìn)入系統內的雷電壓(流),從而減輕系統受損的程度或在系統能承受的水平之下。
3. 提高系統的耐雷水平
從改善系統的結構人手,通過(guò)對危險性的估計,規定線(xiàn)路、設備的介質(zhì)絕緣強度、耐沖擊能力等,提高其自身的耐雷能力(改善設備的伏秒特性)。
三、保護元件的選擇
上一張提到的三條保護原則中,后面兩條均需要外加一些保護元件才能實(shí)現。本章僅就常用保護元件的選擇問(wèn)題作進(jìn)一步論述。
1. 保護元件的分類(lèi)
保護元件的分類(lèi)
保護元件從不同角度考慮,可粗分如下。
?。?) 從導通的類(lèi)型分
空間空隙:如空氣隙碳精放電器
放電型
密封間隙:如氣體放電管
開(kāi)關(guān)型:順態(tài)二極管
限幅型 :壓敏電阻、穩壓管(齊納管) 、開(kāi)關(guān)二極管
?。?) 從功能分。
開(kāi)關(guān)型
過(guò)壓保護 放電型
?。ú⒙?lián)用) 限幅型
過(guò)流保護 非自復型
?。ù?lián)用) 自復型:正溫度系數熱敏電阻
不中斷 隔離變壓器
傳輸信號 排流線(xiàn)圈
上述的保護元件可以是單個(gè)元件,也可以由幾種不同功能的元件組合而成為更復雜的組件(后文還會(huì )提及)。
2. 保護元件應具備的特性
本文主要介紹過(guò)電壓保護元件的特性。
過(guò)電壓保護元件與迅速的將外來(lái)的沖擊能量滑線(xiàn)指示燈全部或部分分瀉放掉,不讓其進(jìn)入設備內部,達到保護的目的,其必須具備如下的性能。
?。?) 能承受一定的沖擊能量,尤其是在于其強大的雷電流作用下也不致?lián)p壞。
?。?) 能迅速的抑制瞬間過(guò)電壓,且其殘壓應低于設備的安全值。
?。?) 對過(guò)電壓的影響速度要快。在正常狀態(tài)時(shí)是高阻抗。且從高(低)阻抗狀態(tài)轉到低(高)阻抗狀態(tài)的時(shí)間極短。
?。?) 元件本身有高的可靠性和穩定性,受多次沖擊而性能不變。
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