电子产品的开关电源系统雷电影响的理论分析-一

当设备附近发生雷电时，这时考验设备的抗扰度问题！

1）雷击（主要模拟间接雷）：例如，雷电击中户外线路，有大量电流流进外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压；又如，间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在线路上感应出的电压或电流；再如，雷电击中了邻近物体，在其四周建立了电磁场，当户外线路穿过电磁场时，在线路上感应出了电压和电流；还如，雷电击中了四周的地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。

2）切换瞬变：例如，主电源系统切换时（例如补偿电容组的切换）产生的干扰；又如，同一电网中，在靠近设备四周有一些较大型的开关在跳动时所形成的干扰；再如，切换有谐振线路的晶闸管设备；还如，各种系统性的故障，例如设备接地网络或接地系统间产生的短路或飞弧故障。

自然雷电浪涌是从电网的中线传输进来，而不是从火线进来；打雷的时候会打在建筑物上；再传到供电设备上！雷电传到地上有两个方向来传；

A．通过线路（电网中线）

B．通过地面

地面有水分有矿物质比如Fe（含量在6％左右）；所以雷电的传播速度很慢，相当于光速的几十分之一！

通过电缆中线的传输就相当来说要快的多，大概只有光速的几分之一！

在同样打雷的时候从中线传输就很快！要经过较长的时间才会衰减到零！假如我们的雷电是100us， 通过地面是光速的1／10 其传输距离为好几百米；通过中线是光速的1／3其传输距离就可以达到好几公里！这样中线上的电压就很高！如果电子产品＆设备跟中线连接跟大地连接，就相当于有几万伏或者几千伏的电压加在设备上；就会出现产品的故障损坏！

中性点（中线）接地（产品的供电系统）给我们电网带来好处；优越性如下： 在220／380V三相四线制低压配电网络中，配电变压器的中性点大都实行工作接地。这主要是因为这样做具有下述优越性：一是正常供电情况下能维持相线的对地电压不变，从而可向外（对负载）提供220／380V这两种不同的电压，以满足单相220V（如电灯、电热）及三相380V（如电动机）不同的用电需要。二是若中性点不接地，则当发生单相接地的情况时，另外两相的对地电压便升高为相电压的几倍。中性点接地后，另两相的对地电压便仍为相电压。这样，即能减小人体的接触电压，同时还可适当降低对电气设备的绝缘要求，有利于制造及降低造价。三是可以避免高压电窜到低压侧的危险。实行上述接地后，万一高低压线圈间绝缘损坏而引起严重漏电甚至短路时，高压电便可经该接地装置构成闭合回路，使上一级保护动作跳闸而切断电源，从而可以避免低压侧工作人员遭受高压电的伤害或造成设备损坏。所以，低压电网的配电中性点一般都要实行直接接地。

中性点有电源中性点与负载中性点之分。它是在三相电源或负载按Y型联接时才出现。对电源而言，凡三相线圈的首端或尾端连接在一起的共同连接点，称电源中性点，简称中点；而由电源中性点引出的导线便称中性线，简称中线，常用N表示。三相四线制中性点不接地系统和三相四线制中性点接地系统。

一般情况下，当中性点接地时，则称为零线；若不接地时，则称为中线。

配电系统的三点共同接地。为防止电网遭受过电压的危害，通常将变压器的中性点，变压器的外壳，以及避雷器的接地引下线共同于一个接地装置相连接，又称三点共同接地。这样可以保障变压器的安全运行。当遭受雷击时，避雷器动作，变压器外壳上只剩下避雷器的残压，减少了接地体上的那部分电压。

那么防雷最有效的方法是铺设地网！如果在建大楼或实验室时要铺地网，地网和中线连接，把中线与地线两个都接在同电位的平面上面；地网和中线同电位了！这样哪怕雷电在地网的传播速度和电网的中线有差别，同时再隔20米进行中线重新接地网，这样雷电引起的分布电压就很小了！设备被雷电击坏的可能性就很小了！但实际我们建筑物等系统都没有这种充分的措施，所以雷电会对我们的产品＆设备产生威胁；

雷电对电子产品＆设备的影响：

1． 直接雷击：

直击雷蕴含极大的能量，峰值电压可高达5000KV，峰值电流可高达140KA最大可达300KA，具有极大的破坏力，如果建筑物直接被雷电击中，巨大的雷电流沿电网线入地，会造成以下影响：

1）．巨大的雷电在数微秒时间内入地，使地电位迅速提高，造成“反击”事故，危害人身和设备的安全；

2）．雷电流产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压；雷电流流经电气设备产生极高的热量，造成火灾或爆炸事故。

2． 感应雷击：直接雷击发生后由于静电感应而产生的雷击，常称二次雷击。

感应雷的特性：感应雷实际上是一个峰值高． 持续时间μS 级的脉冲电流（或电压），又称为浪涌电流（或浪涌电压）。与直接雷击的雷电流波形相比，感应雷电流峰值低，半值时间短。从能量角度来看，10／350μS波形是8／20μS波形的5倍以上。IEEE 指出，电力线上的感应雷电流峰值不会大于10KA（8／20）。雷电压峰值不会大于20KV（1．2／50）。

IUT 指出数据线上的感应雷电流峰值不会大于125A（8／20），雷电压峰值不会大于5KV（10／700）。

感应雷击的危害：感应雷击是沿导体传播并将导体相连接的电器设备损坏。它的主要破坏对象是弱电设备，由于雷电流可沿导体传到很远的地方，因此，感应雷击的破坏面很广，人们经常遇到的没有感觉到有雷击而设备损坏了的情况，就是远处的感应雷电流传过来了导致。据统计，全球80％的雷击损失来自感应雷击。

3． 雷电的几种破坏途径：

1）． 直击雷破坏

当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建筑物水份受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中接闪物体，电流沿传播物体／电网杆线向大地泻放时，这时对地电位升高，有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”，从而造成火灾或人身伤亡。

2）． 感应雷破坏

感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种。由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。

①静电感应雷

带有大量负电荷的雷云所产生的电场将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云对感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。易燃易爆场所、计算机及其场地的防静电问题，应特别重视。

②电磁感应雷

雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了，对用电设备造成极大危害。因此，避雷针引下线通体要有良好的导电性，接地体一定要处于低阻抗状态。

③雷电波引入的破坏

当雷电接近架空管线时，高压冲击波会沿架空管线侵入室内，造成高电流引入，这样可能引起设备损坏或人身伤亡事故。如果附近有可燃物，容易酿成火灾。

云层之间频繁放电产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压，峰值电压可达50KV，峰值电流可达20KA，严重损坏电气设备。

所以在大电流下存在地平面阻抗问题！通过对设备施加瞬态高电流，出现地线反击：

若电流为5kA，地线阻抗为0．5欧，则反击电压达到2500V ！

那么对于开关电源系统雷击会产生什么损坏？

A．差模雷击产生高的差模电流能导致输入大电容的电压升高，而损坏输入大电解电容和开关管的漏极。

B．共模雷击会产生非常高的共模电压，共模电压能造成电弧放电。电弧放电发生会产生一个非常高的高频的电流。如果没有电弧放电发生，电流比较小，只有寄生电容Cparasitic ＊ dv／dt．

当发生一个电弧放电，会得到一个非常高的峰值高频电流，高频电流产生噪声能耦合进入低压电路导致误动作。

总结：

自然雷电浪涌是从电网的中线传输进来，雷电在电网中线与大地的传输速度存在好多倍的差异；以此中线上的电压就很高！如果电子产品＆设备跟中线连接跟大地连接，就相当于有几万伏或者几千伏的电压加在设备上；就会出现产品的故障损坏！后面我再进行开关电源系统电子线路的雷击浪涌的防护设计技巧推荐给大家！

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审核编辑 黄昊宇