中心議題：

• 防雷元器件的選型技巧
• 防雷元器件的一般使用方法及注意事項
• 線路和電氣設備的防雷設計方案
• 儀表開關電源的防雷擊浪涌電路設計

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本文通過比較常用的三大類防雷元器件（開關元件類、限壓元件類和防過流和過熱保護元件類）的特性來詳細介紹防雷器件的選型技巧，并在介紹防雷元器件的一般使用方法和使用注意事項的基礎之上，結(jié)合防雷器件在電氣設備和儀表開關電源中的應用實例，具體探討防雷器件的設計方案及設計難點。

1 防雷元器件的選型技巧

在防雷設計中，合理選擇防雷元器件是非常關鍵的一環(huán)。防雷元器件可以分為開關元件類、限壓元件類和防過流和過熱保護元件類三大類，具體選用哪種應當根據(jù)具體的應用進行分析，合理選擇。

開關型防雷元器件主要有陶瓷氣體放電管、半導體放電管等；限壓元件類主要有壓敏電阻、TVS管（瞬態(tài)電壓抑制二極管）等。開關型防雷器為間隙放電型器件，其雷電能量瀉放能力大，在線路上使用的主要作用是泄放雷電能量；限壓型防雷器為氧化鋅壓敏電阻器件，其雷電能量瀉放能力小，但其過電壓抑制能力好，在線路上使用的主要作用是限制過電壓。因此，一般在建筑物入口處選用如開關型防雷器來泄放雷電能量，然后，在后級電路使用限壓型防雷器來限制因前級雷電能量瀉放后，在后級線路產(chǎn)生的高過電壓。兩種防雷器需配合使用，方能保證配電線路中設備的安全。

防過流元件有自恢復保險絲、電流保險絲、電阻，防過熱保護和過熱檢測元件有溫度保險管和溫度保險絲。自恢復保險絲是一種正溫度系數(shù)熱敏電阻，主要應用于電訊及網(wǎng)絡、用戶終端設備及模擬/模擬線路卡等。自恢復保險絲可以用于代替電流保險絲，免除經(jīng)常更換的麻煩。溫度保險管和溫度保險絲是一種溫度開關元件，正常工作時是短路的，當溫度高于其斷開溫度時開關斷開（不可恢復），常用于過熱保護和過熱檢測。

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2 防雷元器件的一般使用方法及注意事項

開關元件主要應用于共模保護，也常在無源電路中作差模保護。而限壓元件主要應用于差模保護，也常用在共模電路中和開關元件串聯(lián)，防止開關元件導通后使線路與地發(fā)生短路；或者作為開關元件的限流元件以阻斷續(xù)流，使開關元件復位。

在電子系統(tǒng)設計中，防雷元器件的使用應注意以下幾點：
1）開關元件不能單獨跨接在有源電路中作差模保護，為避免電源短路，必須串接限壓元件。
2）流過防雷元器件的浪涌電流必須小于其脈沖峰值電流。壓敏電阻應按其降額特性選擇。
3）用作差模保護的防雷元器件，其最小擊穿電壓必須大于線路的最高工作電壓。
4）用作差模保護的防雷元器件，其限制電壓必須小于被保護設備所能承受的最高安全電壓。

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3 線路和電氣設備的防雷設計方案

通常，雷電波是通過電源線、信號傳輸線和空間交變電磁場感應到線路和電氣設備中，對線路和電氣設備的保護應從電源系統(tǒng)的防雷、信號系統(tǒng)的防雷和空間屏蔽3方面進行。

3.1電源系統(tǒng)的過電壓防護
依據(jù)線路絕緣結(jié)構(gòu)理論及IEC61312、IEC664-1、IEC61643、GB50097-1994（2000年版）等標準，對建筑物和電氣設備（如第三類防雷建筑物）進行感應過電壓防護的絕緣結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1感應過電壓防護

從圖1可以看出，在220V/380V線路中的每一區(qū)域，都應該在其前面并聯(lián)氧化鋅壓敏電阻器或過電壓保護器，雷電感應過電壓能量將通過逐級的防雷器件吸收和釋放到大地中，達到保護線路和設備免受雷電破壞的目的；雖然應用于Ⅳ、Ⅲ區(qū)域的過電壓保護器具有自身劣化斷開電源的功能，但考慮到不同的接地狀況，還應與過電壓保護器串聯(lián)合適的熔斷器或空氣開關.
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3.2信號線的過電壓防護
隨著信息技術的高速發(fā)展，通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中的重要設備更易被雷電感應過電壓破壞，因此數(shù)據(jù)信號線路的過電壓防護迫在眉睫，隨之產(chǎn)生了由線路結(jié)構(gòu)決定的計算機串口、數(shù)據(jù)線和同軸電纜專用的過電壓保護器。這些防護元件一般由三極放電管與快速嵌位二極管相結(jié)合的兩級保護組成，額定脈沖電流大于5kA（8μs/20μs），響應時間小于1ns，具有很低的工作電壓、很高的使用頻率和傳速頻率、很低的插入損耗。

3.3設備的電磁屏蔽
空間電磁場會對其附近一定空間內(nèi)的電源設備和信號數(shù)據(jù)線路及其元器件產(chǎn)生破壞，目前只能通過對設備和線路按各自的防雷區(qū)施行多級屏蔽及屏蔽層良好接地的方法來避免此類問題的發(fā)生。但是，感應過電壓防護效果與設計方案、施工質(zhì)量及成本費用有極大關系，很難達到理想的屏蔽效果。因此對雷電感應過電壓的防護主要集中在電源線和信號線系統(tǒng)，特別是在信號數(shù)據(jù)線路中使用的過電壓保護器應該具有電磁屏蔽功能。

3.4電氣設備防雷電路設計
電氣設備中用到的交流電源防雷器主要有單相并聯(lián)式防雷器、三相并聯(lián)式防雷器、單相串聯(lián)式防雷器和三相串聯(lián)式防雷器四種。在“電氣設備防雷電路設計研究”PDF文檔中，詳細介紹了上述四種防雷器的通用安全保護電路，給出具體的電路圖，介紹應用在電路中的防雷器的選型技巧，并對電路的優(yōu)點進行了分析。

PDF下載：電氣設備防雷電路設計研究
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4 儀表開關電源的防雷擊浪涌電路設計

基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯(lián)式抗雷擊浪涌電路主要分為防雷電路部分和開關電源電路部分，如圖2所示。電路采用復合式對稱電路，共模、差摸全保護，可以不分L、N端連接。使壓敏電阻RV1位于貼片整流模塊前端分別與電源L、N并聯(lián)，主要來鉗位L、N線間電壓，壓敏電阻RV0、RV2與陶瓷氣體放電管FD1串聯(lián)后接地，RV0與FD1串聯(lián)主要是泄放L線上感應雷擊浪涌電流，RV2與FD1串聯(lián)主要是泄放由信號口串人24V參考電位上的能量，RV0、RV2短路失效后，F(xiàn)D1可將其與電源電路分離，不會導致失火現(xiàn)象。

圖2 基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的單相并聯(lián)式抗雷擊浪涌電路

RV1前端線路上串聯(lián)了一個線繞電阻，當此RV1短路失效時，線繞電阻可起到保險絲的作用，將短路電路斷開，壓敏電阻屬電壓鉗位型保護器件，其鉗位電壓點即壓敏電阻參數(shù)選擇相對比較重要(選壓敏電壓高一點的，通流量大一些的更安全、耐用，故障率低)；根據(jù)通流容量要求選擇外形尺寸和封裝形式，本電路中采用561k－10D的壓敏電阻與陶瓷氣體放電管串聯(lián)來延長使用壽命和確保安全。

陶瓷氣體放電管的通流容量根據(jù)要求的通流容量選擇，電路采用3RM470L－7．5－L，通流量為5000A。線繞電阻R1起限流分壓作用；貼片整流模塊為開關電源電路前端整流作用，C1為高壓濾波電容，Y1為去耦電容，電阻R2和電容C2及VD2組成開關電源芯片MOS管的吸收鉗位電路，保護芯片，開關電源芯片采用PI公司的TNY27系列，TR1為高頻變壓器，VD3、C3構(gòu)成高頻變壓器次級濾波，U2、VD4、R3、R4、R5構(gòu)成開關電源電路的反饋電路，可將變壓器次級輸出電壓穩(wěn)定在設計值，此防雷抗浪涌電路在實際使用中取得了較好的效果。