电子设备防雷击论文

对于雷电流波形的各个量的标志方法各国也不是统一的。典型的雷电流波形是以IEC规定的如图4所示，在幅值Im以前叫波头部分，幅值Im以后叫波尾部分。早先规定由O点到幅值的时间叫波头长度，由0点到波尾半幅值的时间叫全部波长。但是在实际测量中发现，0点及幅值这两点的时间很难精确测定的。为了避免测量中出现的含混，IEC建议测量脉冲电流的实测值按下列方法定义：实效波头时间T1：脉冲电流的实效波头时间，是指脉冲电流在10%幅值及90~/6幅值两个瞬间之间的间隔时间再乘以1.25倍(两个瞬间点A和B见图4(a)。实效半幅值时间T2：脉冲电流的实效半幅值时间T2，是指实效原点O-与波形下降到半幅值的瞬间之间的间隔时间。

测量脉冲电压的方法与脉冲电流相似，所不同的只是选择参考点A的方法不一样。脉冲电压的实效波头时间T1是指从脉冲电压在30~/6幅值及90~/6幅值两瞬间之间的间隔时间乘以1.67倍。实效原点O。是指A点之前0.3T1的一点，如图4b。一般以分式符号表示波头时间及半值时间(又称波尾)，例如1.5/40便是指波头时间为1.5微秒，半值时间为40微秒的波形。通常将雷电流由零增长到幅值这一部分称为波头，只有几个微秒;电流值下降的部分称为波尾，长达数十微秒到几百微秒。

在1995年的EIC61312—1中的典型10/350us和8720us雷电流波形。10/35us波是直接雷的电流波形，其能量远大于8/20us波，用这种波型来确定接闪器的大小尺寸。8/20us波是感应雷和传导雷电的电流波形，用这种波形来检验防雷器件耐雷击能力的一种通用标准。它代表雷电电流经过分流、衰减的电流波，又是线路静电感应电压波和防雷导体通过雷电流时对其附近电气导线的电磁感应过电压波。例如防雷的引下线，建筑物LPZI区及其内部计算雷电流的波。

由于雷电参数值随地理环境不同，传输线的结构不同，关于国际标准所规定的波形只是推荐，容许各国根据本国实际情况加以引用或制订。由于我国尚无这方面的资料，故直接引用了IEC和ITU的推荐波形。对于架空明线的波形采用了我国邮电部门的观测资料制订。

建筑物防雷设计规范(GB50057-94)规定了防雷保护区的概念，便于设计者利用系统的层次分析各防雷保护区界面处的金属导体等电位联接和装设过电压保护器去分流和限压的措施，使侵入波干扰信号不断减少。这同我们过去的多道防雷的保护是一致的，在不同防雷保护区的界面上有不同层次的结合，就是要求注意各个介面处内外系统的相互关系与相互作用，即要根据流过电压保护器的电流波形，残压特性和大小，过电压保护器的伏秒特性以及雷电流通过后产生的工频续流大小等选择过电压保护器才是合理的。

3防雷元件性能

防雷元件的冲击特性与试验方法的关系甚为密切，它是规定防雷元件技术参数标准的基础之一。但试验方法又与雷电波形有联系。因为电子设备大都在一定的频率范围内工作，不同频率范围的通路，对冲击波有着不同的响应。因此，对雷电冲击波形进行频谱分析，无论对电子设备的防雷设计和试验都是有意义的。

防雷元件种类繁多，概括起来可分间隙式的(如放电间隙、阀型避雷器、放电管等)和非间隙式的(如压繁电阻、齐纳二极管)，再推广一下像扼流线圈、电阻、电容……也可归人这一类，从动作时间来说有快慢的区别。

使用在电涌保护器(sPD)中几类元件的有关参数，虽然有厂家产品说明，但在选用时有的参数还须注意了解。例如放电管的伏秒特性：表征放电管点火电压与时间的关系。它反映了各种不同上升速度的电压波作用在放电管上其点火电压和延迟时间的关系。由伏秒特性曲线可以判断放电管的防护能力。放电管属间隙式，有空气间隙、气体放电管等。再如氧化锌压敏电阻，是一种对电压敏感的元件，是一种陶瓷非线性电阻器，有氧化锌、氧化硅。这种元件，其电压非线性系数高、容量大、残压低、漏电流小、无续流、伏安特性对称、电压范围宽、响应速度快、电压温度系数小等特点。并且有结构简单，成本低等优点，是目前广泛应用的过电压保护器件。适用于交流电压浪涌吸收和各种线圈，接点间过电压的吸收和灭弧，在电子器件过电压保护中广为应用。在选用时关注的是通流容量;按规定的电流波形，在一定的试验条件下施加的冲击电流值，压敏电阻所能承受冲击电流的能力。我国对压敏电阻的考核一般以8/20us波形，在室温条件下，间隔5分钟单方向冲击两次后，5分钟内测试压敏电阻的起始动作电压Vlma值的变化率在百分之十以内时，冲击电流的最大幅值定为通流容量。压敏电阻的残压(LJres)：压敏电阻通过电流时，在其两端的电压降谓之残压。通常均以规定的波形，通过不同的电流幅值进行残压测试。目前采用8/20us电流波形，以100A、1000A、3000A、5000A及该元件的满通容量进行残压

试验。另外还有半导体浪涌抑制器件：如瞬间二极管，它是一种过箝压器件，简单TKS，利用大面积硅园锥P-N结的雪崩效应实现过箝位，TRS响应速度快、漏电流小，是极佳的过电压吸收器件。齐纳二极管较为常用，其无极性，正反向具有相同的保护特性，但器件的工作电压至少要为联端的工作电压三倍。其适用于交直流回路，常应用于自动化控制装置的输出回路，即继电器线圈或电磁间线圈两端并联应用。

以上各类间隙式，非间隙式和抑制式器件都是通过浪涌电压产生非线性元件瞬时短路的方式实现防雷保护。

4对电子系统及电子设备的防雷看法

由于电子信息设备是集电脑技术与集成微电子技术的产品，它的信号电压只有5~10伏，这种产品的电磁兼容能力较差，很容易感受脉冲过电压的袭击，它受雷击的概率又比较高，受雷电损坏的可能性就大。但是，电子信息系统是由信号采集、传输、存储、检索等多环节组成。鉴于系统环节多、接口多、线路长等原因，给雷电的耦合提供了条件。系统的电源进线接口，信号输入输出接口，接口的线路较长等是感应脉冲过电压容易侵人的原因，也是过电压波侵入的主要通道。

基于以上原因。电子系统及电子设备的防雷保护重点是感应雷。防雷的方法和措施，是按照现行的防雷规范规定的各个防雷分区的交界处安装SPD设备。将整个系统的雷电防护看成是一个系统工程，综合考虑，全方位保护，力求将雷击灾害降低到最低。为此，规范里阐述了三级网络防雷概念。在线路上三级网络防护是逐步减少瞬态浪涌电流幅值的。最后一级将浪涌过电压限制在设备能安全承受的范围内。一般元件可承受两倍其额定电压以上之瞬间电压，约700V左右的峰值过电压。700V的耐压值在欧洲防雷方面被广泛引用。当然，浪涌电压被限制得越低，则设备越安全。因此，我们在工程设计时分别将第一级SPD尽量靠近建筑物的电源进线处，第二、三级SPD尽量靠近被保护设备。第一级过电压限制在1.5-1.8kV，第二级将残压限制在0.9~1.2kV，第三级将残压限制在0.4~0.TkV。通过这三级限压和对浪涌电流的泄放，最后加载到设备上的过电压通常都不会对设备和系统产生影响。现在防雷防电磁脉冲的保护器件还比较贵，技术性能都有差别，有些防雷产品通过保险只是为了促销，设计者不能盲目地认为是可靠的产品，而应按防雷规范的要求进行设计。

参考文献：

1《电子设备雷击试验导则》编制说明1982年5月。

2通信线路和通信设备的防雷手册(CCITT资料)邮电设计院译.