知识拓展 避雷器件用在不同电路中的反应
現在形形色色的避雷器,如果單純地就其本身結構來判斷是否有防雷作用是不全的,還要看這些器件用在什麽電路。下面介紹幾種電路在雷電過程中的反應:
(1)小電流電路
所謂小電流電路系指電源功率容量小、電源內阻高的電路網絡,這種電路我們常見的如電話外線及電子線路本身。
上面說過,目前的防雷器件是由尖端放電和壓敏原理派生,這些器件用于線路壓保護時,接線方式一般爲線間並聯及線與地間並聯,這種器件在小電流電路上是能有效地箝定壓電流的,因爲小電流電路功率容量小,電源內阻高。比如:當雷電沖擊電話用戶時,雷電流通過用戶線倒傳到交換機的終端,如果交換機終端安了壓敏器件,壓敏器件對雷電流進行泄放時,電話線路由于阻值大將雷電流給予限制,因此壓敏器件能箝定在它的阈值上。在電子電路中,我們常見在穩壓二極管的前面串聯一只電阻,這只電阻是限流電阻,也可看成是爲增加電源內阻而設定的,由于此電阻的限流,穩壓二極管就能將電壓箝定在它的阈值上,但負載電流不能大,否則穩壓值低于阈值,所以在小電流電路中,使用壓敏器件進行電壓的箝位能有效地防止雷電的沖擊,就是說防雷效果。
(2)大電流電路
大電流電路一般指電源電路,這種電路的特點是功率容量大、電源內阻小。如果在這樣的電路上使用壓敏器件並聯在線路上,力圖用壓敏器件的過壓放電特性,將過壓值箝定在壓敏器件的阈值上顯然是做不到的。雷電要在電源電路形成超壓狀態,它的功率能量須大于電源電路的能量,這樣一個大的能量由壓敏器件泄放而器件本身不損壞是不可能的,這是其一;其二,由于電源內阻小,就是在壓敏器件放電過程中,壓敏器件兩端電壓不會低于線路的過壓值,這樣用戶設備同樣受雷電過壓的沖擊。
現在市面上有些設備具有防雷功能,單純的將防雷器件和整機並聯在電源上,並在電源電路上串聯保險絲。制作者們認爲在雷擊過程中,壓敏器件放電而使電路過流而熔斷保險絲,達到避雷的目的。這樣的接線,對功率器件即電機和電力變壓器有避雷作用,但對于微電子設備沒有防範功效。前面說過加在壓敏器件上的過壓值同時加到了用戶設備上,而且由于電源內阻。妷翰粫虼硕德浜芏啵硗猓kU絲是一個熱元件,有一個熔斷時間,所以用保險絲與壓敏器件配合的避雷器裝置,對于微電子設備而言是不可取的。
要使壓敏器件在電源電路上發揮避雷作用,只有增加電源內阻即在電路上串聯電抗元件,但是由于這個電抗元件使電路在正常工作狀態下,降低了工作電壓,同時又隨負載的變化而波動使此電源不能使用,所以當今防雷問題的焦點在電源線引雷問題上。
(3)高壓輸電線雷電勢的分布與過渡
高壓輸電線是三相三線制,線對地是絕緣的。不管輸電線受感應雷或直接雷影響,在三線中的雷電勢的電位和相位均是相同的,線與線之間的電位差等于零。所以當雷擊高壓輸電線時,主要危及輸電線及其在線路上運行的變壓器的對地絕緣。在三線的輸電線中,由于各種原因三線對地絕緣系數不盡相同,是高壓側的避雷器絕緣性能更難求得,所以在雷擊過程中會出現一線先向地放電現象。由于一線放電,該線雷電位下降,此時另外二線的雷電位就高于放電線,線與線之間就出現了雷電位差,這個電壓通過變壓器高壓側繞組,低壓側(即變壓器副邊)就由于電磁感應出現雷電壓,這個電壓很高時就危及用戶設備的安全。
(4)低壓輸電線雷電勢的分布與過渡
低壓爲三相四線制,零線與大地相連,雷電發生在低壓電線時,由于零線本身存在著電抗,接地電阻不可能達到零值,四線上的雷電都向地放電,此時的低壓輸電線首先是零電位上升,當然相線由于零電位上升而相應上升,而且每相向零線放電時,都是通過用戶設備進行的,由于各自的負載不同,相應的雷電位也不盡相同,這樣又出現了相對零線間和相間的雷電流。所以當雷擊低壓線時,對用戶設備造成破壞的一是對地絕緣,二是壓過載,往往由于零線電位升高而破壞用戶絕緣的故障顯。
由于電源線上不能串聯電抗元件,但又要使用壓敏器件泄放雷電流,于是有人從雷電頻譜入手,提出了雷電的浪流現象。什麽是浪流呢?雷電如水浪一樣來勢凶猛,下降快,認爲這樣一個沖擊電流主要分量在高頻,所以在電路上使用毫亨級的電感就能防止浪流。當然毫亨級的電感對于50Hz的電源頻率不形成有影響的電抗。但是前面說過,雷電是靜電場的放電現象,主要分量是直流,諧波頻率較寬。這個交流分量很。园牙纂婎l譜定在高頻是不對的,因此使用高頻電感的方法要獲得較好的防雷效果是不可能的。
當前對于微電子設備的防雷方法使用1∶1變壓器,普遍認爲具有較好的防雷效果,爲什麽能得到這樣的效果呢?認爲:它能阻止浪流,起隔離作用。但這種解釋沒有說到點子上。應該是1∶1隔離變壓器將大功率容量的電源變成了定功率容量的電源。由于變壓器具有磁飽和效應,如果在它的副邊並接壓敏器件,由于功率容量受到限制,壓敏器件能將電壓箝位。因爲現在生産的氧化鋅壓敏器件瞬間電流可達數千安培。
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