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陶顯芳老師談電磁干擾與電磁兼容(二)

發(fā)布時間:2009-02-19

中心議題:
  • 電子設(shè)備防止雷電的有效方法
解決方案:
  • 靜電屏蔽、過壓保護是電子設(shè)備防止雷電損壞的主要方法
  • 用放電管和壓敏電阻避免電器設(shè)備遭受雷擊或雷電感應(yīng)產(chǎn)生高壓脈沖擊穿損壞
  • 交流供電系統(tǒng)設(shè)備,一般用壓敏電阻跨接于電源線與地線之間,將雷電感應(yīng)高壓電脈沖進行放電
  • 小電器設(shè)備或器件,選用放電管或壓敏二極管,或選用壓敏電阻等跨接于輸入線與大地之間
  • 電視機防雷擊電路制作成鋸齒狀讓高壓放電更容易發(fā)生

前面已經(jīng)指出,地球平均每一秒鐘有100多次閃電,而閃電也是一個放電過程,由此可知,原來每秒中流進地球1.4×103安培的電流就是用來打雷放電的。如果地球不經(jīng)常打雷放電,試想,地球電位正好是每秒要增加1.4×103伏特,一小時后地球電位就可以增加到500多萬伏,一天之后地球電位又會增加到12000多萬伏,這是一個多么巨大的數(shù)字,在此電場強度之下,任何東西都可能會被擊穿。所以,地球時時刻刻都在放電才應(yīng)該是正常的。



防止雷電的最有效方法就是靜電屏蔽,例如,高壓電網(wǎng)為了避免雷擊,除了電線塔的高度要求比高壓電網(wǎng)線的高度高之外,在高壓電網(wǎng)線的最上面還要設(shè)置一根屏蔽線,這根屏蔽線通過電線塔與大地連接。當遇到打雷時,屏蔽線首先與雷電接觸,把產(chǎn)生雷電物體(云)的電荷通過屏蔽線,再經(jīng)電線塔傳入大地而被釋放掉。避雷針也是這個道理,在物體的高處安裝針狀導(dǎo)體,并把它連接到大地,把空中帶電物體(云)的電荷通過避雷針放電引入大地,以降低帶電物體(云)對其它物體或人體感應(yīng)產(chǎn)生放電的機會。還有,在高速公路兩旁安裝電線竿也是一種保護人類免遭雷擊的有效方法。

除了屏蔽可以防止雷擊以外,很多貴重電器設(shè)備還需要對雷電感應(yīng)進行保護,因為,當雷電擊中某個建筑物的機房,或某個供電設(shè)備的時候,瞬間幾十萬安培以上的電流通過這些建筑物或設(shè)備,也會對周圍幾十米范圍內(nèi)的電器設(shè)備產(chǎn)生電磁感應(yīng),使周圍的電線或設(shè)備,不管是否與雷擊物體直接接觸或不接觸,都會通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生高壓脈沖,很容易把電器設(shè)備中的電子器件擊穿損壞。因此,對那些與長電纜線連接的設(shè)備,如:電話機、傳真機、電視機等,對它們進行過壓保護還是必要的。目前,避免電器設(shè)備遭受雷擊或雷電感應(yīng)產(chǎn)生高壓脈沖擊穿損壞的最有效的方法,還是用放電管和壓敏電阻。

對于交流供電系統(tǒng)設(shè)備的防雷,一般都是用壓敏電阻跨接于電源線與地線之間,用于對雷電感應(yīng)高壓電脈沖進行放電,避免設(shè)備被高壓電脈沖擊穿損壞;而小電器設(shè)備或器件防雷電擊穿損壞,可選用放電管或壓敏二極管,也可以選用壓敏電阻等跨接于輸入線與大地之間,例如,一般家中的電話插座以及有線電視插座內(nèi)部都應(yīng)該連接一個或兩個放電管到大地。放電管的工作原理是在玻璃管或陶瓷管中注入惰性氣體,惰性氣體平時不導(dǎo)電,當電場強度強到一定的時候,惰性氣體開始電離導(dǎo)電;壓敏二極管和壓敏電阻的工作原理與穩(wěn)壓管的工作原理很接近,平時也不導(dǎo)電,當電壓超過一定值后,壓敏二極管或壓敏電阻就擊穿導(dǎo)通,不過這種擊穿是可以恢復(fù)的。

圖2是電視機防雷擊電路,圖中防雷擊電路是在PCB電路板上直接制作放電間隙(6mm)裝置,在外接天線端口就近與電網(wǎng)輸入引線之間加接這種放電間隙裝置。由于電視機本身沒有金屬機殼或機殼接地電氣連接點,所以防雷放電間隙可直接利用電網(wǎng)輸入電源引線代替地線使用。



另外,電視機的安全標準要求冷熱地之間的耐壓強度大于AC2000V,而絕緣距離要求大于6mm,選用其它放電器件反而難以符合安全要求,并且會提高成本。因為在正常氣壓下,每1萬伏的正常放電距離正好是10mm,因此,2000伏的正常放電距離是2mm,而取3倍安全系數(shù)后正好就是6mm。圖2中,電視機防雷擊電路制作成鋸齒狀的原因,是讓高壓放電更容易發(fā)生,因為電極的尖端處電場強度最強,當尖端放電產(chǎn)生后,周圍空氣將變成導(dǎo)體,使放電更容易進行,這樣,在很短時間內(nèi)就可以把電放完。
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