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“等电位截流”防雷新技术原理和应用(节选)
来源: | 作者:海腾电子 | 发布时间: 2020-05-06 | 1713 次浏览 | 分享到:




一、什么是“等电位”?

       何谓“等电位”?简单通俗地说:“某一范围之内,在通电的线路、设备和其裸露的外壳之间,通过人为方式,至少保持在2个或多个电位点上的电位是相等的,各点之间没有电位的差别,即没有“电位差”。没有“电位差”,即各点间所处位置上测试到的电压都是相等的,一致的,这就是我们常说的“等电位”。在线路和设备的接地保护中,“等电位”的原理在上个世纪晚期首先在接地保护中得到应用和普及。在“等电位”接地保护和防雷保护的实践活动中,我们开始把“等电位”原理应用到防雷产品设计中。因此,“等电位”技术防雷产品在上个世纪末期开始崭露头角。


二、“等电位”防雷技术产品的分类和具体工作原理:

       “等电位”技术的防雷产品,是依据“等电位”的原理,综合防雷的需求,采用最新的电子新材料,新技术,在“等电位”接地技术的基础上设计、试验和发展起来的。

       “等电位”技术的防雷产品的电路设计,一般采用限压型新器件和开关型元器件混合保护组合式设计方案,辅助于温控保护和其它保护电路,提高防雷产品的安全性能。

       1、“等电位”技术

       由于“等电位”技术的防雷产品在实际使用中的不断完善和技术创新,目前,市场上的“等电位”技术的防雷产品分为两种,一种是沿袭传统防雷技术和“等电位”技术的综合型产品,我们且称它为“等电位泄流”技术防雷产品;另一种是采用全新“等电位”技术思路和新型电子材料设计的产品,我们暂定为“等电位截流”技术防雷产品;

       2、“等电位泄流”技术

       “等电位泄流”技术防雷产品,从其防雷原理的设计看,实际上采用的是“等电位接地”+“接地泄流”技术;它的防雷效果和防雷接地线有很大关联,防雷产品的防雷原理基本上是在“等电位”接地技术上的复制,雷电通过“等电位”接地线泄放到大地。在正常情况下,防雷产品在电源通道中不工作,处于待机休眠的状态。当雷电从电路中的L线或N线入侵,雷电流浪涌在经过防雷器件时,其瞬间的超高限值的大电流和雷电压,一旦超过防雷器最高限值时,迫使凡防雷器动作;此时的雷电通过和接地线连通,各连接点均处于短路连接状态,雷电通过接地线泄放到大地;各个连接点的电位由于雷电泄流通道的导通,会有泄放电流通过,基本相等的电位必然随之发生变化,各点之间将产生电位差,有雷电流通过,这对于仍在工作中未停电的设备来说,就有可能导致被保护设备的损坏。这一缺陷,就是“等电位泄流”技术防雷产品的最致命的弱点。这也就是用户普遍反映的:装了防雷产品,还是雷电击坏设备的原因。因此,“等电位泄流”技术防雷产品,产品外壳上大多都带有“防雷接地线”,并且都会在安装使用中对防雷接地进行强调和要求。“等电位泄流”技术防雷产品,在防雷保护过程中,不需要以停电的方式来切断设备的工作电源,这和传统的分合式防雷产品不同,是防雷技术上的一大进步。

       3、“等电位截流”技术

       “等电位截流”技术防雷产品,从其防雷原理的设计思路看,实际上是借鉴大型水利枢纽工程的“大坝截流”、“均衡闸流”、“泄洪通道”等思路+“等电位连接”技术,辅之于新技术材料来设计的。“等电位截流”技术的防雷产品,它的防雷效果和防雷接地线没有关联,产品的防雷原理和“等电位泄流”产品相比,在技术上的取得重大技术性突破,它解决了“等电位泄流”产品存在的致命缺陷,雷电不需要通过“等电位”接地线泄放到大地,产品的防雷效果与接地无关。


三、“等电位截流”技术的防雷产品的工作原理:

       假设A1和A2为1组或多组限压型电子器件,B为开关型电子元器件,PE为防雷产品的公共地和被保护设备外露金属壳箱连接端,C为负载或被保护的设备。

       在正常情况下,防雷产品在电源通道中不工作,处于待机休眠的状态。因为,在正常限值时,防雷器件A1和A2为高电阻状态,无电流通过;当雷电从电路中的L线或N线入侵,雷电流浪涌在经过A1或A2时,其瞬间的超高限值的大电流和雷电压,一旦超过了A1或A2的最高限值时,迫使限压型电子器件在极短的时间内由高阻态变为低阻状态,直接导通和其相连接的开关型电子元器件B1动作;此时的雷电通过A1或A2经过B1和PE相通,而PE又和被保护的设备的金属壳体相连接,各连接点均处于短路连接状态,各个连接点的电位基本相等;在这里,由于雷电没有通过接地线泄放到大地,而各个连接点的电位由于没有泄放电流通过,各点之间电位基本相等,没有产生电位差,入侵的雷击过电压和雷电流被限制和截流,因而也就不会对被保护的设备产生损坏。

       当瞬间的雷电过压和雷电流消失或低于A1或A2正常限值时,A1或A2立即由低阻态变为高阻状态,各点间的电位不再是相等的,并且快速恢复到雷击前的正常状态。此时,各点之间的电位不再是相等的,而防雷产品又回到待机休眠的状态,等待下一次雷电的来临。

       “等电位截流”技术的防雷产品,在防雷保护过程中,不需要以接地线的方式来泄放雷电流,那这被限制和截流的雷电又是从哪里消失掉呢?这是人们感到疑惑而常提起的一个问题,也是“等电位截流”技术和“等电位泄流”技术在技术本质上的最大区别。要回答这个问题,就要从现代电子防雷技术层面来研究了。

       现代电子防雷技术的主要核心原则,就是两条:一是为感应雷击(包括雷电电磁脉冲辐射)提供快速泻放的通道;二是有效控制雷电能量的泻放与转换。根据这一思路,我们在等电位原理的基础上大胆创新设计,形成了一种类似水利枢纽工程模式的“等电位截流”电子防雷技术的新理论和实践结果。具体的设计原理和主要的实施措施为:

       1、通道阻截。即对沿电源线和信号线、数据线入侵的雷电流,以及通过接地线反击的雷电,在其进入被保护设备之前,以串接或并接方式进行短路阻截、或通道阻塞,防止雷电流进入被保护设备。这类似于水库的大坝作用,拦截上游各条河流发生的洪水,以确保水库下游区域的人民生命和财产的安全。

       2、能量吸收。即将雷电流的大部分,在产品设计允许的范围内,以短路方式通过防雷器件、连接线路、金属外壳和其它金属导体进行快速吸收和储存,同时进行降压和限流控制。这类似于水库的大坝作用,在设计允许的范围内拦蓄一定库积容量的洪水。

       3、限压保护。利用电子新技术,采用组合保护、复合防护等设计,将雷电压的幅值限制在被保护设备能够承受的电压范围之内。这类似于水库大坝电站放水闸门的作用,在正常发电的范围内放水发电。


       从上所述,我们可以确定:合理选择一定防雷容量和等级的“等电位截流”电子防雷技术产品,可以确保你的设备免遭雷击损害。那为什么“等电位截流”电子防雷技术产品,还可以防止地反击雷的损害?这是因为在产品的防雷原理和设计中,融合了“等电位连接”的技术。具体的内容可参见前面的内容阐述,这里就不重复。