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ESD、EMI、EMC——防雷设计

上海雷卯电子 2022-02-22 10:08 次阅读

雷电防护对于发电机那边来说已经是很成熟了,整天打雷发电厂都没有瘫痪,为什么能够做得这么好?就是把发电机的中线接地,与大地相连接,以后跟外面输送电,上面的高压电塔上一般都拉有一根线或两根线,就是避雷线,避雷线与中线不同,中线单独接地,地线是单独给避雷用的,不电的,这叫三相四线制供电。现在美国推出一个标准是三相五线制,就是中线接地,用电这边也要另外接地,接地不与那边相连,叫做三相五线制,一般中线是不接的,到了变压器这边以后,这里也有一个中线,中线也接地,还有变压器的外壳也接地,这边有个中线,也接地,三个地最好都不要接在一起,越分开越好,这边的中线是一个小线路,当成供电线路,对变压器有保护,对使用设备不保护,名义上是接地的,但那边实际上没有接地。接地的概念是这样,任何一个导线,当你充放电很快的时候电磁波传播的速度是有限的,比如说电磁波在空气里面传是30万公里/秒,在导体里面传播没有这么快,一般只有空气中的1/3或1/2左右,少了之后灵敏度没有这么高,当放电在每秒计的时候,放电的时候经过多少秒钟才到这里?当电流传到这边来,那边早就烧掉了。所以在快速充放电里面不要随便把某一点接地,某一点与另外一点看成同样的功能,因为有一个时间差的问题。你认为它在这里接地是对直流可以,对交流也行,因为是排队走,没有轮到你,接地也没有用。

雷电的原理就是这样,这一块是带电的,降到这两根线上面去。对地球来说相当于一个分布电容,雷电就是一个共模信号,相当于对整个电容进行放电。放电有几个回路,上面的电流通过电容到达地,电流通过电容到大地,这是共模电容。这部分电流也通过电容下地,还有一部分通过变压器分布电容传到负载这边,然后通过分布电容下地。你可以认为这个电容是大地的分布电容,实际上不跟大地它本身也是分布电容,任何一个导体只要电位改变就相当于一个电容,比如说你的身体带电,另外一个不带电,两个人握手就会把电荷传到另外一个人身上,相当于你这个电容对另外一个电容放电,另外一个相对来说是充电,是一个充放电的过程。

除了共模电流以外,还有一个差模电流,为什么?两个回路都放电的时候,放电的时间、强度不一样,有的放快一点,有的放慢一点,如果两个东西的速度都一样,任何电位差都是一样的就不会产生差模电流了。但是有时候有一些是中线接地,放电快一些,相对来说电压跌得特别快,另外一个跌得特别慢,就会产生差模,首先是共模,然后产生差模。

下面讲一下共模电压对电路的损害。其实共模电压对开关电容前面的影响不是很大,最大是后面一点,通过电压器分布电路,以前的模式电路电压用得很低,都是1v-5v左右,纳米级容易击穿,电容也相当小。从里面串进去的电压经过滤波不断的吸收降下来,一般有上千伏,容易把后面的击穿。在实践过程中为了防雷,这几个位置最好在上面布一个雷点电容,对防雷电击穿很有效。共模电压进去以后瞬间击穿,如果电子没断开,外面的电流会继续延续下去把它烧掉,如果备一个电容上去,共模电容通过电容一下子把它吸收掉,让几个电容互相通电位,几个模组不会那么容易击穿。

现在很多防雷都是用压敏电阻或放电器件,我在这里告诉你,最有效的是在排版的时候,在电源线那个地方排出一个放电装置,这样既经济又实用,放电管没有那么大的功率吸收掉雷电的能量,如果排一个像锯齿一样的放电装置,只要能量不大基本上都能够吸收。发电距离一般是6mm,现在规定低于6mm就不合格,因为测试的时候,打火的时候耐压2000v,交流2000v,其实正常放电是10000v/mm,也就是说1000v/cm,要留一定的安全系数,所以不测你,不到6mm就算不合格,所以一定要6mm,真正打雷进来,经过放电,电压输入进来只有6000v。前面输入电压是几十万伏都没有关系,一放电它就在6000v的范围里面,进来只有6000v了,其他都放掉。放掉以后吸收才有效,最有效的里面有一个限流电感,还有共模电流,对雷电有效。差模会通过差模电容来吸收,放电是一样的,有一个差模,可以用电容吸收。电容上面标的是耐压交流250v,实际测的直流耐压是8000v以上,大家要注意一下。这个CX标的是250v,买的浪涌电压都在5000v以上,用5000v电压都打不穿,但是标的是250v,这是安全规定。

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