知識拓展 避雷器件用在不同電路中的反應(yīng)

知識拓展 避雷器件用在不同電路中的反應(yīng)

現(xiàn)在形形色色的避雷器，如果單純地就其本身結(jié)構(gòu)來判斷是否有防雷作用是不全的，還要看這些器件用在什么電路。下面介紹幾種電路在雷電過程中的反應(yīng)：

（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(nèi)阻高的電路網(wǎng)絡(luò)，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(hù)時，接線方式一般為線間并聯(lián)及線與地間并聯(lián)，這種器件在小電流電路上是能有效地箝定壓電流的，因為小電流電路功率容量小，電源內(nèi)阻高。比如：當(dāng)雷電沖擊電話用戶時，雷電流通過用戶線倒傳到交換機(jī)的終端，如果交換機(jī)終端安了壓敏器件，壓敏器件對雷電流進(jìn)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閾值上。在電子電路中，我們常見在穩(wěn)壓二極管的前面串聯(lián)一只電阻，這只電阻是限流電阻，也可看成是為增加電源內(nèi)阻而設(shè)定的，由于此電阻的限流，穩(wěn)壓二極管就能將電壓箝定在它的閾值上，但負(fù)載電流不能大，否則穩(wěn)壓值低于閾值，所以在小電流電路中，使用壓敏器件進(jìn)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(nèi)阻小。如果在這樣的電路上使用壓敏器件并聯(lián)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閾值上顯然是做不到的。雷電要在電源電路形成超壓狀態(tài)，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(nèi)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(shè)備同樣受雷電過壓的沖擊。

現(xiàn)在市面上有些設(shè)備具有防雷功能，單純的將防雷器件和整機(jī)并聯(lián)在電源上，并在電源電路上串聯(lián)保險絲。制作者們認(rèn)為在雷擊過程中，壓敏器件放電而使電路過流而熔斷保險絲，達(dá)到避雷的目的。這樣的接線，對功率器件即電機(jī)和電力變壓器有避雷作用，但對于微電子設(shè)備沒有防范功效。前面說過加在壓敏器件上的過壓值同時加到了用戶設(shè)備上，而且由于電源內(nèi)阻小，電壓不會因此而降落很多，另外，保險絲是一個熱元件，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(shè)備而言是不可取的。

要使壓敏器件在電源電路上發(fā)揮避雷作用，只有增加電源內(nèi)阻即在電路上串聯(lián)電抗元件，但是由于這個電抗元件使電路在正常工作狀態(tài)下，降低了工作電壓，同時又隨負(fù)載的變化而波動使此電源不能使用，所以當(dāng)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(yīng)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(dāng)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(shù)不盡相同，是高壓側(cè)的避雷器絕緣性能更難求得，所以在雷擊過程中會出現(xiàn)一線先向地放電現(xiàn)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(xiàn)了雷電位差，這個電壓通過變壓器高壓側(cè)繞組，低壓側(cè)（即變壓器副邊）就由于電磁感應(yīng)出現(xiàn)雷電壓，這個電壓很高時就危及用戶設(shè)備的安全。

（4）低壓輸電線雷電勢的分布與過渡

低壓為三相四線制，零線與大地相連，雷電發(fā)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(dá)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(dāng)然相線由于零電位上升而相應(yīng)上升，而且每相向零線放電時，都是通過用戶設(shè)備進(jìn)行的，由于各自的負(fù)載不同，相應(yīng)的雷電位也不盡相同，這樣又出現(xiàn)了相對零線間和相間的雷電流。所以當(dāng)雷擊低壓線時，對用戶設(shè)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(lián)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(xiàn)象。什么是浪流呢？雷電如水浪一樣來勢兇猛，下降快，認(rèn)為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(dāng)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(xiàn)象，主要分量是直流，諧波頻率較寬。這個交流分量很小，所以把雷電頻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(dāng)前對于微電子設(shè)備的防雷方法使用1∶1變壓器，普遍認(rèn)為具有較好的防雷效果，為什么能得到這樣的效果呢？認(rèn)為：它能阻止浪流，起隔離作用。但這種解釋沒有說到點子上。應(yīng)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(yīng)，如果在它的副邊并接壓敏器件，由于功率容量受到限制，壓敏器件能將電壓箝位。因為現(xiàn)在生產(chǎn)的氧化鋅壓敏器件瞬間電流可達(dá)數(shù)千安培。

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