1、防雷基本知識第1頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四TRABTECH暫態吸收技術TRANSIENT暫態ABSORPTION吸收 TECHNOLOGY技術TT 162 D 第2頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四第3頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四05101520253035 11,1 % 9,3 % 8,7 % 4,3 % 3,6 %Statistic of damage 1994年各種災害造成的損害統計 3,4 % 2,2 % 23,6 %TT 004 GB Surge voltage/indir. strike過電壓/間

2、接雷擊Drop摔損Burglary破門盜竊Negligence過失，失職Short circuit短路Water水害Fire火災Theft out of cars偷竊機動車Other其它Analysis of the Wrttenbergische Assurance Company保險公司的分析 33,3 %第4頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Damaging energy 摧毀能量TT 06 GB 電動機/發電機Filter coils濾波器線圈電子管Relays繼電器Capacitors電容器Diodes二極管Transistors晶體三極管計算機部件ICs集成

3、電路Energy能量(Ws)10.possible damage可能損壞certain damage肯定損壞no damage無損壞-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 第5頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四IEC 61000-4-1TT 001 GB 4. Definitions定義.Electromagnetic compatibility電磁兼容性(EMC):The ability of an equipment or system to function satisfactorily in i

4、ts electromagnetic enviroment withoutintroducing intolerable electromagnetic disturbance to anything in that enviroment. IEV 161-01-07 設備或系統在其所處的電磁環境中能正常工作，且不對環境其它有生命或無生命物質構成不能承受的電磁騷擾。第6頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Explanation of Terms術語的解釋: Overvoltages or surge voltages:Overvoltage is the permanen

5、t or temporary voltagebetween conducters or between conductor and groundin systems which can damaging (electrical) equipment過電壓是在系統中的導線之間或在導線和地之間的常態的或暫態的電壓，這種電壓是能損壞 (電子) 儀器的。 過電壓或浪涌電壓第7頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Building建筑物2Building建筑物1iB2iBiB2UcUdiB1E1RiB2E2RCommon mode- / differential mode volta

6、ge共模/差模電壓TT 124 GB 第8頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Explanation of Terms術語的解釋:暫態過電壓（TOV)：高壓系統接地故障出現的過電壓。 持續時間 ms -s數量級。permanent 常態過電壓/過電流：工頻（50HZ)或直流Surge瞬態過電壓：斜三角波 持續時間 s、ns 數量級 。 第9頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Explanation of Terms術語的解釋:A device that is intended to limit transient vervoltages and di

7、vert surge currents. It contains at least one nonlinear component.一個裝置，可以有目的限制瞬態過電壓和轉移浪涌電流。她至少使用了一個非線性零件。 Surge Protective Device 電涌保護器(SPD):第10頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Electromagnetic compatibility電磁兼容性 EMCTT 002 GB EMC SEMP ESD LEMP NEMPperiodic interfering frequencynet reactioncorona discharg

8、egalvanicinductivcapazitivinfluences causedby electromagn.- waves- radiationlightning current arrestersurge voltage arresterfilterpotential equalizationearthingshielding干擾原因耦合機制開關電磁脈沖靜電放電雷電電磁脈沖電流，電感，電容，電波影響放射影響抗干擾措施雷電電流放電器過壓放電器濾波器均壓等電位接地，屏蔽第11頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Reasons for transient surge

9、voltage瞬態浪涌電壓產生的原因TT 007 GB lightning electromagnetic pulse (LEMP) switching electromagnetic pulse (SEMP)electrostatic discharge (ESD)nuclear electromagnetic pulse (NEMP)第12頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四瞬態浪涌電壓產生的原因雷電電磁脈沖 (LEMP)開關電磁脈沖 (SEMP)靜電放電 (ESD)核電磁脈沖(NEMP)TT GB 第13頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Li

10、ghtning (downwards)第14頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Lightning (upwards)第15頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Lightning (between clouds)第16頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Direct lightning strike into driving car第17頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四 二次閃電三次閃電一次閃電閃電電流閃電電流kAkA0- 10- 20- 30- 408060402000 20 40 60 80 100

11、 120 1400 200 400 600 8001000 1200 1400ststLightning current oscillograms of negative and positive cloud-ground lightnings正負極性云對地閃電電流波形圖第18頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四50 %10 %5 % 1 %3080100200kA2090100100kA/ms1080100400As1051065.106107A2sfrequency概率peak value of the lightning current雷擊電流峰值maximum l

12、ightningcurrent-steepnessof rise雷擊電流最大上升陡度charge of aLightning雷擊電荷量lightning currentsquare impulse雷擊電流平方脈沖Frequency and current data of lightnings閃電的頻率和電流的數據TT 008 GB 第19頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四SEMP caused by switching action開關過程導致的開關電磁脈沖I I I 第20頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四 Uot = 0ULUmaxUoBUR

13、ST 短脈沖群Ttswitching action開關動作TT 450 D CsRL第21頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四CpCpCpCpCpElectrostatic discharge靜電放電TT 011 GB Carpet地毯(Insulator）絕緣體Ground地Discharge current放電電流第22頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Electromagnetic compatibility電磁兼容性 EMCTT 002 GB EMC SEMP ESD LEMP NEMPperiodic interfering freque

14、ncynet reactioncorona dischargegalvanicinductivcapazitivinfluences causedby electromagn.- waves- radiationlightning current arrestersurge voltage arresterfilterpotential equalizationearthingshielding干擾原因耦合機制開關電磁脈沖靜電放電雷電電磁脈沖電流，電感，電容，電波影響放射影響抗干擾措施雷電電流放電器過壓放電器濾波器均壓等電位接地，屏蔽第23頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星

15、期四types of coupling偶合類型TT 1180 GBRCKu2(t)uR(t)uL(t)i(t)i(t)i(t)Leru(t)Galvanic電流Inductive電感Capacitive電容第24頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四RE1RE2Galvanic coupling電流偶合iBiB1UE = RE1 x iB1iB2iB2iB2iB2improvement !改良potential equalization均壓等電位 &surge voltage protection 電涌保護iB2 第25頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星

16、期四50% /50% lightning current distribution 雷擊電流分配between the services to the structure ( IEC 61312. )在公用接地裝置與建筑物間services enteringthe structure50%50%第26頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四3 kVStep voltage跨步電壓TT 563 GB 第27頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四PASF1SELightning Protection / Surge Protection第28頁，共97頁，20

17、22年，5月20日，14點23分，星期四電感耦合iimpRE1RE2第29頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四電容耦合iimpRE1RE2E第30頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四TT 566 GB surge voltage superimpose line voltage疊加在線電壓上的浪涌電壓UVtms15001000500050010001500第31頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四TT GB 1009050100 i%t1t2tstestpulse, waveshapes and國際標準規internationa

18、l standards定的測試脈沖波第32頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四TT GB 1009050100 i%t1t2tstestpulse, waveshapes and international standartsSEMP 1,2/50 s and 8/20 s IEC 61000-4-4IEC 61000-4-5ESD 1,2/50 s IEC 61000-4-2LEMP 10/350 s IEC 61312IEC 61024第33頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四IEC 61312-1 和 GB 50057-2000雷電流參量首此雷

19、擊 防雷建筑物的類別IIIIII幅值I (kA)200150100波頭 T1 (ms)101010半值時間T2 (ms)350350350電荷QS (As)1007550單位能量W/R (MJ/W)105,62,590 %50 %10 %IiT1T2t I: 幅值T1:波頭T2:半值時間首次雷擊參量TT GB 第34頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四沖擊電流測試脈沖10020030040082010IsnkA3507,5FLT 60-40010/350 ms (IEC 61024-1& GB50057-2000)VALVETRAB MS/ME8/20 ms (IEC 6

20、0-1)FLT 25-40010/350 ms (IEC 61024-1& GB50057-2000)tms6015255030第35頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四10020030040082010IsnkA350tms402010 /350 ms 8 /20 ms 10/350 ms 和 8/20 ms 電流波型比較Q (10/350) = 20*Q (8/20)E (10/350) = 200*E (8/20)第36頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四雷擊電流的函數U= Ldi/dtQ= t2 i L di/dt t1W= t2 i2 L

21、di/dt t1 TT 199 CN 第37頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Electromagnetic compatibility電磁兼容性 EMCTT 002 GB EMC SEMP ESD LEMP NEMPperiodic interfering frequencynet reactioncorona dischargegalvanicinductivcapazitivinfluences causedby electromagn.- waves- radiationlightning current arrestersurge voltage arrest

22、erfilterpotential equalizationearthingshielding干擾原因耦合機制開關電磁脈沖靜電放電雷電電磁脈沖電流，電感，電容，電波影響放射影響抗干擾措施雷電電流放電器過壓放電器濾波器均壓等電位接地，屏蔽第38頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Outdoor Lightning Protection第39頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四building with external lightning protection system使用專用外部雷擊保護系統的建筑物TT_920eng Server服務器 UV 5

23、.1UV 1UV 2UV 3UV 5UV 4HV30 kV400/230 VtelecommunicationSystem電子通訊系統video monitoringsystem視頻監視系統fire-alarmsystem火警系統burglaryalarm system入屋盜竊報警系統UV 5.2production machineand control專用機床outdoor lightingequipment戶外的照明設備main distrbutionframe 主配電盤sub distributionFrame子（分）配電盤data networkCable數據網絡線galvanic,

24、inductive, capacitive couplingiLiLiL第40頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四滾球半徑(單根避雷針為例)一類建筑物30米二類建筑物45米三類建筑物60米機房45米45米XXrx=第41頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四雷電流最小值與相關的滾球半徑攔截標準的項目防雷建筑物類別第一類第二類第三類最小雷電流幅值I（KA）51016滾球半徑R（M）304560第42頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Surge voltage protection devices瞬態過電壓保護器第43頁，共97頁，

25、2022年，5月20日，14點23分，星期四第44頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Function principle of surge voltage arresters瞬態過電壓保護器的工作原理TT 570 GB ABS2S3S1第45頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Arc Choppingspark gap角形放電間隙gas-filledsurge arrester氣體放電管MOV金屬氧化物壓敏電阻suppressordiode抑制二級管TT 019 GB Components元器件第46頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23

26、分，星期四Surge currentCapability處理浪涌能力Components - special featuresReaction speed響應速度第47頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四放電間隙反應時間一般為1Us通流量大點火電壓與du/dt相關無漏電流有續流第48頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四6x88x85x53-ElectrodessAgComponents: Gasfilled surge arrestor第49頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四氣體放電管的特點反應時間一般為100ns體積小、通流

27、量大（在通訊行業已應用了幾十年）點火電壓與du/dt相關無漏電流有續流第50頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四S05S14S20B40S07S10VaristorComponents: Varistor第51頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Microstructure and conduction mechanism of varistors壓敏電阻的顯微結構和導電機制TT 24 GB Electrodes電極Epoxy resin 環氧樹脂leades of tinned copper wire 鍍錫銅引線sintered zinc oxid

28、e togetherwith other metal oxide additives附加有其他金屬氧化物的氧化鋅燒結體Zinc oxids氧化鋅Microvaristor微壓敏電阻intergranularBoundary晶粒間界層Source: Siemens Matsushita Components第52頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四VAL230的 U- 特性曲線1724e 10020080040010-560010002000400010-410-310-210-1100101102103104105 (A)U (V)第53頁，共97頁，2022年，5月20

29、日，14點23分，星期四壓敏的特點在與氣體放電管相同體積下通流量小很多反應時間為25ns壓敏易老化(老化是指壓敏內部的二極管無件熔穿，P-N過渡在大部情況下會因為過載而引起短路，壓敏電阻就會隨著它的負載頻率而開始吸收泄漏電流）電容相當高第54頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Suppressordiode15 kW5 kW1,5 kW0,6 kWComponents: Suppressodiode第55頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Current(A)URUBUCVoltage(V)UCUBURTT 026 D Shape: Suppress

30、ordioden第56頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四抑制式二級管反應快電壓抑制好，一般為額定電壓的1.8倍通流量小、電容量大具有自感，額定電壓越小，自感就越高，與連接導線的電感共同構成一個低通，隨著信號電路中的信號頻率對數據轉輸產生衰減作用。第57頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四12345656Function of the arc chopping spark gap 角形放電間隙的原理TT 21 GB 1. Ignition at response voltage點火電壓 - 4kV2. Arc bridges the distance

31、 between electrodes極間拉弧3. Arc is pushed outwards向外拉弧4. Arc is chopped against basic chrash plate5. Design of partial arcs6. Break down and extinguishing of partial arcsLPE/PEN/N第58頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四FLT-PLUS 結構及工作原理 Principial construction and operation123465657788ABCDEABCDE絕緣物起弧電極臂電弧導引板熄弧

32、板撞擊板1. 過電壓點燃電弧2. 電火花連接兩個電極3. 電火花向外部擴散4. 電火花由電極的尖端在撞擊板上彌散5. 電火花分散.6. 移至電弧導引板7. 電弧導引板將電火花傳至熄弧板8. 在熄弧板間產生許多單個電火花， 其反向電壓阻斷了電網后續電流， 電火花最后熄滅。TT 661 CN 第59頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四1st Electrode第一電極2nd Electrode第二電極FLASHTRAB.Construction結構第60頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四電源第一級保護 FLT 35/3+1快速安裝的3+1組合模塊預先橋

33、接標準 35mm導軌安裝3+1 雷電流避雷器帶發光指示額定雷電放電電流 Iimp = 50 KA (10/350)s緊湊設計: 僅 70mm 寬 (4TE)第61頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Trigger electronic with current ignition Functionmetallic electrodespecial conductive element第62頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四電源第二級保護 VALVETRAB保護插頭定位塊壓敏電阻標記位雙接線端子失效指示熱敏分斷編碼環遠程報警壓桿插拔式遠程報警接口基座第

34、63頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四 one-position, pluggable surge voltage arrester nominal voltages from 60VAC to 500VAC with and without remote indicator contact 4-channel pluggable surge voltage arrester for 230/400VAC 5-wire systems with and without remote indicator contactVALVETRABSurge voltage arre

35、ster - MOV第64頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四電源第二級保護 VAL-MS 230/3+1 FM4位集成插拔式防雷保護單元適用 TT 和 TN電網系統的保護所有插頭均有失效指示整體式基座可選擇遠程報警接口FM額定浪涌放電電流（每相） IN = 20 KA (8/20)s緊湊設計: 僅 70mm寬 (4TE)第65頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四電源第三級保護 PT2-PE/S-230AC插拔式防雷保護單元適用單相電源的保護插頭含有失效指示窗口基座含有遠程報警接口FM額定浪涌放電電流（每相） Imax= 10 KA (8/20)s緊

36、湊設計: 僅 17.5mm寬 (1TE)第66頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四項目型號技術參數PT3-HF-12DCIEC類別/VDE規格等級C1，C2，C3，D1標稱電壓UN12VDC最大持續工作電壓UC14VDC標稱電流 IN450mA額定通流量In（8/20）s10KA最大通流量Imax（8/20）s20KA響應時間 ta500ns保護水平(8/20) s25V插入損耗0.2dB5MHZ傳輸頻率 fg70Mbps接入阻抗2.5/線環境溫度-40至85IP等級IP20阻燃等級V0信號保護 PT3-HF-12DC第67頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23

37、分，星期四Power Supply電源第68頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Main distribution panel 6 kVSub distribution panel 4 kVdevice 2,5 kV spec. equipment 1,5 kVWithstand surgevoltage resistance of the insulationkWhZL1L2L3PENLightning current arresterSurge voltage arresterDevice protectionInsulation coordination 絕緣配合a

38、cc. to IEC 60364-4-443符合TT 035 GB 第69頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四絕緣配合 Insulation coordination 主配電 6 kV二次配電 4 kV2,5 kV用電器 1,5 kV絕緣材料的最大沖擊耐壓kWhZL1L2L3PEN雷擊電流放電器過電壓放電器設備保護器第70頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四FLASHTRABVALVETRABSOCKETTRABMAINTRABUAK 2-PE/S-XDeviceSub distributionpanelMain distributionpanel

39、5 m10 m_Line as decoupling elementTT 043 GB 第71頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Multistage surge protectioncircuit diagram of a 3-stage surge protection lightning currentarrester(class I/B)Example:FLT 25-400inductance(coil or line)surge voltagearrester(class II/C)VAL MS-230inductance(coil or line)device

40、protection(class III/D)MNT-1 D第72頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四SPD能量配合的基本原理第73頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Decoupling by inductancecircuit diagramlightning currentarrester(class I/B)Example:FLT 25-400inductance(coil or line)surge voltagearrester(class II/C)inductance(coil or line)deviceprotection(cla

41、ss III/D)VAL MS-230MNT-1 D第74頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Lightning currentarrester(class I / B)Example:FLT 25-400Inductance(coil or line)Surge voltage arrester(class II / C)VAL MS-230UresUindUres+UindDecoupling by inductance自感解偶第75頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四 在MOV將承受最大的能量Emax之前,MOV的殘壓URES和沖擊電感的電壓降

42、LDExdi/dt 的總和必須超過火花間隙的動態工作電壓UOV dyn. 10.05.2000 / PME091第76頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Uind退耦距離不夠的危險Arrester(Class I)Decoupling(Coil o. Wire)Arrester(Class II)FLT 60 - 400VAL MS - 230Ures第77頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Decoupling by inductancedivision of surge energyThe moment of commutation is det

43、ermined by the steepnes of the currentDecoupling by inductance:itcommutationvaristor energy:W = Wmaxto earlyno第78頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四FLT 25-400Active Energy Contolcircuit diagramlightning currentarrester(class I/B)Example:surge voltagearrester(class II/C)VAL MS-230Electronictriggerelectroni

44、cFLT-PLUS CTRL-0.9第79頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四Lightning currentarrester(class I / B)Surge voltagearrester(class II / C)UresUresElektronikExample:VAL MS-230FLT-PLUS CTRL-0.9orFLT 35 CTRL 0.9triggerelectronicElektronikelectronicActive Energy Controlfunctionality第80頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四TT 3

45、62 24 / 230 / 400 / 690 VEffective protection circle有效的保護圈Data telecommunication數字電訊Ethernet, Cat 5以太網，5類電纜RS485Videosignal視頻信號.Auxiliary power supply附屬電源MCR-lines測量控制線0.20mAI/Os.第81頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四區域 0:a建筑物外部，在避雷針保護半徑外，會直接遭受雷擊，無雷電電 磁脈沖屏蔽區域 0:b建筑物外部，在避雷針保護半徑內，不會直接遭受雷擊，無雷電 電磁脈沖屏蔽（雷擊保護區）雷

46、電電磁脈沖波形為10/350區域 1:建筑物內部，能量較強的瞬態過程由開關電磁脈沖和雷擊電流部分分量產生（過電壓保護區1）區域 2:建筑物內部，能量較弱的瞬態過程由開關電磁脈沖和靜電放電產生（過電壓保護區2）區域 3:建筑物內部，無瞬態電流電壓產生于干擾源外部，相互間可能產生影響的電流回路被屏蔽并分開布線（過電壓保護區3）電磁兼容性保護區TT 36 CN 第82頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四61312 -1 IEC:1995將一個需要保護的空間劃分為不同的防雷區的原則等電位連接點通信線金屬管道:如：水管LPZ 0A 和LPZ 1的界面旗桿或柵欄天線電源線洞(如：窗)

47、LPZ 0BLPZ 1LPZ 2 LPZ 1與 LPZ 2 的界面設備LPZ 0A第83頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四EMC protection zone concept電磁兼容保護區EMC PZ 0(LPZ 0：b)(PZ = 保護區)EMC PZ 1EMCPZ 2EMCPZ 3EMCPZ 3TT 371 CN EMC PZ 0(LPZ 0：a)第84頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四61312 -1 IEC:1995將鋼筋連接成金屬框架的措施，以實現減小內部磁場的例子在各交叉點的連接金屬門框每根鋼筋的連接金屬窗框第85頁，共97頁，2022年，5月20日，14點23分，星期四61312 -1 IEC:1995采用一個內部環形導體時外來導電物在地面多點進入的等電位連接其它電氣接地LPZ 1LPZ 0A, 0B連接排內部環形導體鋼筋混凝土墻外來導電物電力或通訊線局部接地體局部接地體第86