第四讲：防雷器件的选型技巧与设计方案

中心议题：

• 防雷元器件的选型技巧
• 防雷元器件的一般使用方法及注意事项
• 线路和电气设备的防雷设计方案
• 仪表开关电源的防雷击浪涌电路设计

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本文通过比较常用的三大类防雷元器件（开关元件类、限压元件类和防过流和过热保护元件类）的特性来详细介绍防雷器件的选型技巧，并在介绍防雷元器件的一般使用方法和使用注意事项的基础之上，结合防雷器件在电气设备和仪表开关电源中的应用实例，具体探讨防雷器件的设计方案及设计难点。

1 防雷元器件的选型技巧

在防雷设计中，合理选择防雷元器件是非常关键的一环。防雷元器件可以分为开关元件类、限压元件类和防过流和过热保护元件类三大类，具体选用哪种应当根据具体的应用进行分析，合理选择。

开关型防雷元器件主要有陶瓷气体放电管、半导体放电管等；限压元件类主要有压敏电阻、TVS管（瞬态电压抑制二极管）等。开关型防雷器为间隙放电型器件，其雷电能量泻放能力大，在线路上使用的主要作用是泄放雷电能量；限压型防雷器为氧化锌压敏电阻器件，其雷电能量泻放能力小，但其过电压抑制能力好，在线路上使用的主要作用是限制过电压。因此，一般在建筑物入口处选用如开关型防雷器来泄放雷电能量，然后，在后级电路使用限压型防雷器来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。两种防雷器需配合使用，方能保证配电线路中设备的安全。

防过流元件有自恢复保险丝、电流保险丝、电阻，防过热保护和过热检测元件有温度保险管和温度保险丝。自恢复保险丝是一种正温度系数热敏电阻，主要应用于电讯及网络、用户终端设备及模拟/模拟线路卡等。自恢复保险丝可以用于代替电流保险丝，免除经常更换的麻烦。温度保险管和温度保险丝是一种温度开关元件，正常工作时是短路的，当温度高于其断开温度时开关断开（不可恢复），常用于过热保护和过热检测。

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2 防雷元器件的一般使用方法及注意事项

开关元件主要应用于共模保护，也常在无源电路中作差模保护。而限压元件主要应用于差模保护，也常用在共模电路中和开关元件串联，防止开关元件导通后使线路与地发生短路；或者作为开关元件的限流元件以阻断续流，使开关元件复位。

在电子系统设计中，防雷元器件的使用应注意以下几点：
1）开关元件不能单独跨接在有源电路中作差模保护，为避免电源短路，必须串接限压元件。
2）流过防雷元器件的浪涌电流必须小于其脉冲峰值电流。压敏电阻应按其降额特性选择。
3）用作差模保护的防雷元器件，其最小击穿电压必须大于线路的最高工作电压。
4）用作差模保护的防雷元器件，其限制电压必须小于被保护设备所能承受的最高安全电压。

防雷元器件的性能与应用
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3 线路和电气设备的防雷设计方案

通常，雷电波是通过电源线、信号传输线和空间交变电磁场感应到线路和电气设备中，对线路和电气设备的保护应从电源系统的防雷、信号系统的防雷和空间屏蔽3方面进行。

3.1电源系统的过电压防护
依据线路绝缘结构理论及IEC61312、IEC664-1、IEC61643、GB50097-1994（2000年版）等标准，对建筑物和电气设备（如第三类防雷建筑物）进行感应过电压防护的绝缘结构，如图1所示。

图1感应过电压防护

从图1可以看出，在220V/380V线路中的每一区域，都应该在其前面并联氧化锌压敏电阻器或过电压保护器，雷电感应过电压能量将通过逐级的防雷器件吸收和释放到大地中，达到保护线路和设备免受雷电破坏的目的；虽然应用于Ⅳ、Ⅲ区域的过电压保护器具有自身劣化断开电源的功能，但考虑到不同的接地状况，还应与过电压保护器串联合适的熔断器或空气开关.