电子设备雷击保护导则

GB7450-87

　　本导则论述了电子设备防雷击保护原则，供从事电子设备设计、生产及使用人员考虑设备质量、成本、人笛安全时，将在电子设备上产生的雷电冲击限制到设备容许范围内，以达到GB3482—83《电子设备雷击试验方法》所规定的技术要求。
　　本导则适用于与外线相联接的电子设备的雷击保护，对雷电直击设备不能提供保护。

　　1 总 则

　　1.1名词术语

　　1.1.1纵向过电压及纵向保护
　　纵向过电压指由于某种原因，使平衡电路上某点与地间超过容许的电压。用来掏此种过电压的保护称纵向保护。
　　1.1.2横向过电压及横向保护
　　横向过电压指由于某种原因，使平衡电路的线间，或不平衡电路的线与地间出现的超过[容许的电压。用来掏此过电压的保护称横向保护。
　　1.1.3内电路
　　指不直接联接于外线的机内侧电路，
　　1.1.4 粗保护
　　指限幅电压较高，耐流能力较大，装在靠近外线的电路点上的保护装置，如放电管等。
　　1.1.5 细保护
　　指限幅电压较低，耐流能力较弱，用于内电路保护固体元件的保护装置，如半导体二级管等。

　　1.2 危险源
　　1.2.1 直击雷
　　过可以引起几千伏的过电压直接加到线路装置和终端设备上，。
　　1.2.2 应雷
　　通过雷云之间或雷云对地的放电，在附近的架空线路、埋地线路、钢轨或类似导体上产生的感应过电压称感应雷。
　　1.2.3 地电位升
　　雷电流通过接地装置流入大地电位升高称电位升，会危害设备的对地绝缘。

　　1.3基本的保护方法
　　1.3.1规定设备的介质绝缘强度、耐流量、阻抗等，以适应所使用的环境。
　　1.3.2保护元件分流（如火花间隙）或中断（如用熔丝）可能到达设备内部的冲击。

　　1.4 保护元件
　　1.4.1 带碳精板或金属电极的空气隙保护器
　　通常联接于每一引入线与地之间，限制出现在两极间的电压，此类元件价格低廉，但运行一段时间特别经雷击放电后，绝缘电阻会下降，需经常维护及更换。
　　1.4.2 气体放电管
　　到被保护系统可容许的范围。可较长期工作不需要特殊的维护。但应对气体电管作定期检查，。三极气体入电管的横向电压小，保护效果优于二极气体放电管。
　　1.4.3 半导体二极管
　　可把外来过电压值幅低至1V，以保护设备。器件的动作速度快，但易因过流而遭损坏。多用于细保护电路。
　　1.4.4 压敏电阻
　　中一种其电阻值随外加电压而变化的非线性元件。从高阻到低阻的过渡可达纳秒级，耐流能力较大，但这器件漏电会逐渐增加、极间电容较大，使用时应加以考虑。
　　1.4.5 熔丝
　　串联在每一引入线之中，当流过过载电流时熔断。可以中断过电流以保护设备与人身安全。
　　1.4.6热线圈
　　串联在每一引入线之中，它附有易熔易焊料，并当时间超过规定值的弱电流潜入时熔动，用以切断电路，或同时将线路接地。
　　1.4.7 其他保护元件
　　对设备遭受过电压能起保护作用的元器件及装置，如排流线圈、隔离变压器等，可视不同设备而选用。
　　1.5使用保护元件存在和带来的不利因素
　　1.5.1 残压——包括未使用权保护元件动作的过电压，保护元件动作前的瞬变，保护元件动作后的端电压，保护元件动作引起的电路瞬变等。1.3条的保护应包括这一因素。
　　1.5.2 横向电压——两线放电管动作不一致会产生横向电压。当被保护设备阻抗较低时，其值往往可达到纵向过电压的幅值和维持同样的时间。1.3条的保护应包括这一因素。
　　1.5.3对电路正常工作的影响——若电路正常工作电平和保护元件限幅电压之间“隔离”不够，则可能影响电路的正常工作。
　　1.5.4 转移效应——保护元件虽然保护了设备的某一部分，但对设备的另一部分可能丧失保护或甚至造成更大危险。例如，熔丝熔断，会导致熔丝线路侧的过电压升高；放电管放电短路造成部分电路过流等。
　　1.5.5 在多级保护中，后级保护元件运用可能影响到前级保护元件的动作，损坏耐流能力弱的保护元件，或造成保护级之间的电路过流。
　　1.5.6 保护元件动作过程中可引起温升。
　　1.5.7 保护元件动作可造成信号暂时或永久性中断。
　　1.5.8 可能增加维护工作量及影响电路的正常测试。

　　1.6危险估计
　　1.6.1 设备受雷电影响程度的估计
　　设备受雷电影响的程度与设备上出现过电压的幅度及其概率、网络结构、设备抗过电压能力，保护元件、接地等有关。
　　1.6.2 环境条件的估计
　　雷电活动频繁及大地电阻率高的地区的设备，容易受直击雷和邻近雷击所破坏。周围埋地金属物如水管、电缆铠装及屏蔽，可以降低雷击在线路上引起的感应过电压。一般可把使用环境划分为非暴露和暴露两大类：
　　非暴露环境——指城市中心和低雷暴活动的地区，其间极少出现超过保护元件残压的过电压；
　　暴露环境——指除以上列出外的所有其他环境，也包括必须采用一切有效保护措施，才能有满意效果的特殊暴露环境。
　　1.6.3工作状态影响的估计
　　某些设备的内部接线是时刻变化着的，此时，保护设计不能孤立地局限于设备的一种工作状态，应考虑到设备工作状态变化（内部接线变化引起，台通信用的交换机）时雷电冲击产生的影响和受到破坏可能更大。否则，一旦发生故障，设备性能受到的破坏或波及范围将太到更加严重的程度。

　　2 保护设计

　　2.1 确定耐冲击等级
　　即应对受保护设备耐过电压能力加以分级。可能规定两级：
　　a．仅仅发生在局部上的轻微故障；
　　b．严重击穿、熔化、功能故障应尽量予以避免。不应因一个保护元件的损坏，继而导致严重故障的发生。
　　
　　2.2 设备外部的保护
　　可以采取某些附加措施，达到下列目的：
　　a．中断或降低过电流；
　　b．降低过电压；
　　c．例如，为了保护通信设备可在线路和设备之间，最好是在MDF（总配线架）的线路侧接保护元件。既避免MDF至设备间的电路过渡，还可使MDF在发生　 1.5.4款所述的转移效应时不受到损害。

　　2.3 耐压水平
　　直接联于线路的变压器(如,设备输入或输出的匹配变压器、电源进线的电源变压器)、线路滤波器中的元器件应有不导致绝缘击穿的最低耐压。
　　对于变压器，指初次级之间、端子与地及端子之间的耐压。
　　对于滤波器的电感元件，指线圈端子对地的耐压，电容器指端子间的耐压。
　　端子对地和变压器初次级间的耐压，是用以防纵向过电压，端子间的耐压水平是用以防横向过电压。
　　在确定设备耐压水平时，应结合保护措施一起考虑。最低的耐压水平应能经受暴露环境并接有保护元件时所存在的残压的冲击作用。

　　2.4 设备内部的保护
　　可能通过在电路串联或并接保护元件，收到断开或短路过电压源的效果。常用1.1.4和1.1.5款的粗保护和细保护限制过电压。
　　图1示出常用粗保护的设置，表1、表2为常用的粗、细保护电路。
　　应正确设计保护电路，合理选择保护器件及安装位置。注意不要使用多余的保护器件，否则不仅不经济，而且还会显著恶化设备的特性功能，降低运行的可靠性。

　　3 其他措施

　　3.1 利用及增大电流负反馈，可以限制晶体管上的过流，在一定程度上减弱晶体管所承受的过电压冲击。
　　3.2 装有滤波器的电子设备，可在不影响电路正常工作条件下尽量提高高通滤波的截频，或尽量降低低通滤波器的截频，增大阻带衰耗，以减少进入内电路的冲击能量。
　　3.3 在不影响正常工作的条件下，电路中可串入限流电阻，以限制其过流。粗、细保护比较靠近时，限流电阻还可使粗保护的动作不受细保护的影响。
　　3.4 任何保护元件，均应尽可能缩短引线，直接装于需要保护的电路点上。
　　3.5 在易受雷电冲击的电路中，不能使用金属膜电阻，因为它的耐冲击能力差。
　　3.6 印制电路板中可能出现过电压的导线 间绝缘强度，应满足冲击耐压要求。
　　3.7 用于线路放大以及其他可能承受冲击的晶体管，应进行耐冲击筛选。
　　3.8 应选用动态电阻小的半导体二极管作保护元件。
　　3.9 设备应有良好的保护接地，并定期检查，以养活地电位升的影响。