电源防雷电路设计中应注意的因素很多,包括以下几个方面:
1.防雷电路的设计应满足规定的保护水平要求,防雷电路的剩余电压水平应能保护后续电路不受损坏。
2.在雷电暂态过电压情况下,保护装置应具有足够快的动作响应速度,即能尽早动作,限制电压,旁路电流。
3.馈线增加防雷电路,不应影响设备的正常馈电。如采用串联电源防雷电路时,防雷电路应能通过设备满负荷工作时的电流,并有一定的裕度。
4.保护电路不应在系统的最高工作电压下工作。通常,在交流电路中,保护电路的工作电压为交流工作电压有效值的2.2 ~ 2.5倍,在DC电路中,保护电路的工作电压为额定DC工作电压的1.8 ~ 2倍。
5.馈线增加防雷电路,不应给设备的安全运行带来隐患。例如,由于电路设计不当,应避免防雷电路出现火灾等安全隐患。
6.当整个支线道路上有多级防雷电路时,应注意各级防雷电路之间有良好的配合关系,不应出现后级防雷电路被雷击损坏,前级防雷电路完好无损的情况。
7.防雷电路应具有损坏报警、远程通信、热容量和过电流保护功能,并可更换。
交流电源端口和DC电源端口的防雷电路设计指南如下。
01交流电源端口防雷电路设计
1.交流电源端口的防雷电路
交流电源端口的防雷电路
上图为两级交流电源端口保护电路:
1.G1和G2是气体放电管。
2.Rvz1~Rvz6为压敏电阻。
3.F1和F2是空气开关。
4.F3和F4是保险
5.L1和L2是去耦电感。
电路原理简述如下:
一级防雷电路是具有共模和差模保护的电路,差模保护采用压敏电阻。共模保护采用压敏电阻和气体放电管串联。一级防雷电路的电流容量很大,一般是几十kA(8/20us)。第一防雷回路中短路过流故障的保护装置应选择空气开关。
第二级防雷电路的形式与第一级相同。合理设计一级电路和二级电路之间的电感值,可以使大部分雷电流通过一级防雷电路泄放,而二级电路只能泄放少量雷电流,这样就可以通过二级电路进一步降低避雷器的输出残压,达到保护后级设备的目的。第二防雷电路的保护装置应选择保险。
保护电路中各保护器件通量的选择应满足设计指标的要求,并有一定的裕度;差模压敏电阻器的电压值可根据压敏电阻器一章中给出的方法选择;在变阻器和气体放电管串联的共模保护电路中,当变阻器和气体放电管单独并联时,变阻器和气体放电管的值仍可按相关章节给出的计算方法选取。
02交流电源端口的防雷电路变体
1.修改电路1
交流电源端口修改电路1
变体电路1用具有一定长度的馈线代替了原始电路中的电感。指定长度的馈线电感与原电路电感基本相同。用馈线代替电感的优点是当设备工作电流很大时,合理选择馈线线径可以满足供电要求
后级电路抗浪涌过电压能力强时采用电路A,外部提供一级保护措施时采用电路B,一般设计在电源模块内部。修改后的电路2降低了电路的复杂度,并且由于去掉了电感,所以不需要考虑通过设备满足正常工作电流的需要,方案更容易实现。因为这个电路去掉了电感,所以从串联防雷电路变成了并联防雷电路。将此电路做成独立的避雷器时,应注意避雷器的安装。
03 DC电源端口防雷电路设计
1.DC供电港的防雷电路
DC供电港的防雷电路
上图显示了一个具有串联2级差模保护的电路,它可以实现5kA的标称放电电流。电路原理简述如下:
第一级采用差模保护,两个压敏电阻并联,两个气体放电管并联进行共模保护(注意:这里并联两个器件的目的是降低残压,增加电流容量,单个器件满足要求时可以只用一个器件),可以满足标称放电电流5kA的设计指标。第二级采用压敏电阻和TVS管保护,将残压降低到后级电路可以承受的水平,推荐使用双向TVS管T1。共模保护采用两个气体放电管并联组成的一级保护电路。这种电路的优点是输出残压低,适用于后级电路耐过压能力低的情况。防雷电路中各保护元件的电流、压敏电压、反向击穿电压和电感的选择可按相关章节给出的方法进行。两级防雷电路应有保险保护。
这种保护电路的应用是后级电路抗浪涌过电压能力较弱,一级防雷电路不足以保护后级设备,需要通过二级防雷电路进一步降低残压。
04型DC供电港防雷电路
1.修改电路1
DC电源端口修改电路1
变体电路1用一定长度的馈线代替图6-4中DC电源端口防雷电路中的电感。指定长度的馈线电感与原电路电感基本相同。用馈线代替电感的好处是当设备工作电流很大时,合理选择馈线线径就能满足给设备供电的需求,从而克服了设备供电电流很大时空芯电感体积太大在电路上无法实现的问题。一级保护电路和二级保护电路可以在两个不同的设备中实现,例如,一级保护电路设计成DC高阻柜,二级防雷电路内置在通信设备中。
因为去除了电感,所以修改后的电路1可以被视为两个并联的防雷电路。这两个防雷电路做成两个独立的避雷装置时,要注意避雷装置的安装。
2.修改后的电路2
DC电源端口修改电路2
可变电路2是对DC供电端口防雷电路的简化设计:防雷电路中的第一个防雷电路被保留(注意:这里并联选择两个器件的目的是为了降低残压和增加通流能力,单个器件满足要求时可以只用一个器件),电感和第二个防雷电路被去掉。其他设计点与DC供电港防雷电路相同。
变体电路2的应用场合是后一种电路具有较强的抗浪涌过电压能力时。这种方案可以降低电路的复杂性。同时,由于去掉了电感,不需要满足通过设备的正常工作电流的需要,方案更简单
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