雷电感应过电压防护 - 图文(3)

有线电视线SPD也属同轴线SPD的一种，但其特性阻抗为75n，专用于有线电视(CATV)各终端用户。

关于信号线路电涌保护器的分类方法还有很多，如按传输速率分、按保护对象分、按接口分等，因涉及知识面比较广泛，这里不再详述。

二、信号线路SPD的结构原理

信号线路SPD的防电涌动作要求与电源线路SPD基本相同。与之不同的是信号线路SPD的工作电压比电源线路SPD要低，因此绝缘性能要求也低，结构和工艺也相对简单。信号线路SPD的传输速率比电源线路SPD要高，因此，在无雷电的正常工作条件下，对信号线路SPD的插入损耗要求很苛刻，既不能阻塞，也不能大幅衰减信号，影响信号传输。同时要求信号线路SPD有足够大的通流容量和足够低的限制电压。但这种要求低于对电源线路SPD的要求，通流容量一般为几千安，限制电压为几十伏，并要求响应时间足够短，达到纳秒级。

信号线路SPD元件主要是气体放电管、箝位二极管、晶闸管等，后两种本身也是半导体元件，其动作时间足以满足信号防雷要求。普通气体放电管的动作时延不能满足信号防雷要求，因此，信号线路SPD在结构上常用多级限压方式以稳定放电电压，减小放电时延。

非线性电阻片因其极间电容较大，对高频信号的吸收和衰减严重，影响信号的高频通路，因此，不适用于信号线路SPD。

箝位二极管是利用其反向特性的饱和段来箝位限制过电压，实际是齐纳二极管(TVS)。

这是一种专用于抑制过电压的二极管，其核心部分是具有较大截面积的硅PN结。它工作在雪崩状态，具有较强的脉冲吸收能力。为适应两种极性的过电压，将两个单向二极管反向连接使用(相当一个双向TVS管)。信号防雷的晶闸管是TVS晶闸管，它是一种由雪崩二极管控制的TVS器件，在极间正向电压不高时，它等效于一个反向偏置的二极管，仅有泄漏电流。当过电压到来时，PN结雪崩机理起作用，晶闸管开通，近似于短路，此过程与放电管类似。常用信号线路SPD结构原理如图3．4所示。

其内部有两个部分：第一部分为气体放电管，第二部分为箝位二极管，二者之间为解耦电阻，箝位二极管决定电涌保护器的响应时间和限制电压，气体放电管决定通流容量，解耦电阻促使电流增大时气体间隙动作。

同轴电缆电涌保护器有气体放电间隙型和λ／4(1／4波长)型两种，后者通频带很窄，主要用于移动通信基站天馈信号线防雷，如图3—5所示。

三、信号线路电涌保护器的接口类型

(1)天馈线电涌保护器天馈线电涌保护器特性阻抗一般有50Ω、75Ω和93Ω等，用于特性阻抗与之相匹配的同轴天馈线及无线电系统设备，接口类型有BNc、N和UHF等，有

图3—4信号线路SPD结构原理 a)标准保护一2对b)加强保护一2对

图3—5 同轴电缆SPD结构原理 a)气体放电间隙型b) λ／4型

直插式、绕接式、卡接式和螺纹连接等接人方式，适用于雷击保护区的LPZOA—LPZ1区，一般通过电缆焊片或外部屏蔽端子接地。

(2)串口保护器串口保护器系列可直接插入被保护设备的输人端，用于信息技术系统和设备。常见接口类型有D—sub插头和插座连接器，或带数据电缆和插头的连接器。插头及插座有D25脚、D15脚和D9脚几种。D25脚和D9脚用于RS232端口，D15脚用于RS422或jRS485端口，适用于雷击保护区的LPZ2～LPZ3区，一般采用螺栓紧固接地。

(3)同轴电缆线路保护器主要用于特性阻抗为50Ω,75Ω、93Ω的同轴电缆，以及105Ω的T型连接和带10012／150Q的平衡端子计算机系统。接口类型有BNC、N、Twinax和．RJ45，接入方式和天馈线相似，适用于LPZ2～LPZ3区。

(4)双绞线电涌保护器主要用于信号传输、语音传输和高速数据传输线路。接口类型较多，有ISDN连接器或配线架与设备之间用的RJ45或BT接口，保护配线架上1对或10对平衡线用的DPI。接口，以及保护4根数据传输的TFY、RS422、RS485和RJ11接口。一般应用于LPZ2～LPZ3区，接地形式视结构不同而异。

四、信号线路电涌保护器的主要技术参数

信号线路电涌保护器与电源线路电涌保护器所起的保护作用是一样的，在技术参数上，由于传输信号和介质不同，除了有标志电涌保护性能的一般参数以外，还必须考虑几个特定的参数。

(1)响应时间￡A从过电压或过电流施加到SPD的输入端起，到SPD击穿放电开始泄放能量所需要的时间，也就是SPD限制过电压和过电流的动作时间。保护器的响应时间，除了与元件特性有关外，还与输入过电压(或过电流)起始段的变化率du／dt(或di／dt)有关。

(2)插入损耗A。信息网络SPD的插入损耗，是在规定工作频率范围内和负载阻抗 下，SPD接人前负载吸收的功率与SPD接入后负载吸收功率之比，用分贝表示，即

(3—1)

式中P1——SPD接人前负载吸收功率(w)；

P2一一SPD接人后负载吸收功率(w)； Ae——插入损耗(dB)。

如果把SPD接入前负载端电压用U1表示，把SPD接入后负载端电压用U2表示，负载电阻用R表示，则

代入式(3—1)得

(3—2)

上式说明插人损耗也等于SPD接人前后负载电压之比的分贝值。SPD的插入损耗主要是由其内部信号线路中串入阻抗而引起的。在信号频率较高时，信号线之间的并联元件极间电容和导线电容，也是引起插人损耗的重要因素。在信息网络系统中，SPD的插入损耗一般要求≤0.5dB。

(3)数据传输速率魄SPD的数据传输速率是指信息网络接人SPD后不增加系统误码率的最大数据传输速率，用每秒内传输比特数来表示。

SPD的数据传输速率与其通频带和信噪比关系十分密切，通频带越宽，信噪比越大，则传输速率越高。根据“乃奎斯特第一准则”，对具有理想传输特性的信道，其传输速率与频带宽度的理论关系式为

(3—3)

式中．

——信道频带宽度(Hz)；

Vs——信道传输速率(bit／S)。

SPD接人信息网络后，它就是信道的一部分，因此上式也反映了对SPD通频带的要求，但在实际应用中所取魄要小于上式计算值。

(4)反射损耗Ar在高频同轴传输线中接人SPD后，由于SPD的特性阻抗与同轴线的 波阻抗一般不能做到完全匹配，因此当传输的前行波由同轴线进入SPD接入点时，就会产生波反射。反射波幅值与入射波幅值之比用分贝表示，称为反射损耗，即

(反射波幅值／入射波幅值)(3—4)

式中，n=反射波幅值／入射波幅值，称为反射系数。其中的入射波和反射波可以是电压或电流。

反射损耗A。可用网络分析仪直接测得。当阻抗能确定时，可用阻抗来计算。由高频传输线理论可以导出

(3—5)

(3—6)

式中Z1——传输线特性阻抗(Q)；

Z2——SPD的特性阻抗(Q)； MOD——表示阻抗模的计算。

工程中常用“驻波比”(SWD这一术语来说明传输线的匹配情况，SWR与咒的关系为

(3—7)

由实测的Ar值代入式(3—4)可求得行，再代入上式可求得驻波比。有的网络分析仪也可直接读出驻波比数值。对于同轴传输线，希望反射损耗越小越好，一般要求A，≤一21clB，相当SWR≤1.2。

第四节低压配电系统防雷

从雷电过电压侵入的途径看，过电压有可能沿电源线路侵入建筑物内的电子信息系统，损坏系统设备。目前，供电系统一般采用10kV交流高压电力线人户，然后把10kV变成220／380V供电，本节重点讨论配电变压器输出端的低压供电系统防雷。

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