번개 보호 장비

번개 보호 장비는 현대 전기 및 기타 기술을 통해 장비가 번개에 부딪히는 것을 방지합니다. 번개 보호 장비는 전원 번개 보호, 전원 보호 소켓, 안테나 피더 보호, 신호 번개 보호, 번개 보호 테스트 도구, 측정 및 제어 시스템 번개 보호, 접지극 보호로 나눌 수 있습니다.

IEC (국제 전기 기술위원회) 표준에 따른 하위 영역 낙뢰 보호 및 다단계 보호 이론에 따르면 b 수준 낙뢰 보호는 XNUMX 단계 낙뢰 보호 장치에 속하며 건물; 클래스 C는 건물의 하위 회로 배전반에 사용되는 XNUMX 단계 낙뢰 보호 장치에 속합니다. D 등급은 XNUMX 등급 피뢰기로서 정밀한 보호를 위해 중요한 장비의 프런트 엔드에 적용됩니다.

개요 / 번개 보호 장비

오늘날 정보화 시대, 컴퓨터 네트워크 및 통신 장비는 점점 더 정교 해지고 작업 환경은 점점 더 까다로워지고 있으며, 대형 전기 장비의 천둥과 번개 및 순간적인 과전압은 전원 공급 장치, 안테나, 통신 장치에 의해 점점 더 빈번해질 것입니다. 장비 라인을 실내 전기 장비 및 네트워크 장비, 장비 또는 구성 요소 손상, 사상자로 송수신하기위한 무선 신호, 간섭 또는 손실 데이터 전송 또는 저장, 오작동 또는 일시 중지, 일시적 마비, 시스템 데이터 전송을 생성하는 전자 장비 만들기 인터럽트, LAN 및 완. 그 피해는 현저하고 간접적 손실은 일반적으로 직접적인 경제적 손실 이상입니다. 번개 보호 장비는 현대 전기 및 기타 기술을 통해 장비가 번개에 부딪히는 것을 방지합니다.

변경 / 번개 보호 장비

사람들이 천둥이 전기적 현상이라는 것을 알게되면 그들의 숭배와 천둥에 대한 두려움은 점차 사라지고 인류의 이익을 위해 번개 활동을 사용하거나 제어하기 위해 과학적 관점에서이 신비한 자연 현상을 관찰하기 시작합니다. 프랭클린은 200 년 전부터 천둥에 대한 도전을 시작하여 기술을 선도했으며, 그는 번개 막대를 발명 한 것은 번개 보호 제품 중 첫 번째가 될 가능성이 높습니다. 사실, 프랭클린이 번개 막대를 발명했을 때 그 끝은 금속 막대 기능은 뇌운 충전 방전에 통합 될 수 있으며, 번개 발생을 피하기 위해 구름과 지구 사이의 천둥 전기장을 공기가 파괴되는 수준으로 줄이므로 번개 막대가 요구 사항을 지적해야합니다. 그러나 이후 연구에 따르면 피뢰침은 피뢰침의 발생을 피할 수없고, 피뢰침은 우뚝 솟아 대기 전계를 변화시키기 때문에 번개를 예방할 수 있으며, 뇌운의 범위는 항상 피뢰침으로 방전됩니다. 즉, 피뢰침은 ​​번개의 섬광, 번개 및 기타 물체에 맞은 피뢰침 보호에 응답하기 위해 주변의 다른 물체보다 쉽습니다. 피뢰침의 번개 보호 원리입니다. 추가 연구에 따르면 피뢰침의 피뢰침 접촉 효과는 높이와 거의 관련이 있지만 모양과는 관련이 없습니다. 즉, 피뢰침이 반드시 뾰족한 것은 아닙니다. 이제 낙뢰 보호 기술 분야에서 이런 종류의 낙뢰 보호 장치를 낙뢰 수용체라고합니다.

개발 / 번개 보호 장비

전기의 광범위한 사용은 번개 보호 제품의 개발을 촉진했습니다. 고전압 전송 네트워크가 수천 가구에 전력 및 조명을 제공 할 때 번개는 고전압 전송 및 변환 장비를 크게 위협합니다. 고압선이 높게 세워져 있고 거리가 길고 지형이 복잡하며 번개에 맞기 쉽습니다. 피뢰침의 보호 범위는 수천 킬로미터의 송전선을 보호하기에 충분하지 않습니다. 이에 낙뢰 보호 선은 고압선을 보호하기위한 새로운 유형의 낙뢰 수용체로 등장했다. 고전압 라인이 보호 된 후에도 고전압 라인에 연결된 배전 장비는 여전히 과전압에 의해 손상됩니다. 이것은 "유도 번개"때문인 것으로 밝혀졌습니다. (유도 성 번개는 근처의 금속 전도체에서 직접 번개가 치는 것에 의해 유도됩니다. 유도 성 번개는 두 가지 다른 감지 방법을 통해 전도체를 침입 할 수 있습니다. 첫째, 정전기 유도 : 뇌운의 전하가 축적되면 근처의 전도체도 반대 전하를 유도합니다. , 번개가 치면 뇌운의 전하가 빠르게 방출되고 뇌운 전기장에 묶인 도체의 정전기도 도체를 따라 흐르고 회로 펄스에서 전기를 형성하는 방출 채널을 찾습니다. 두 번째는 전자기 유도입니다. 뇌운이 방전되면 빠르게 변화하는 번개 전류가 주변에 강한 과도 전자기장을 생성하여 인근 도체에 높은 유도 기전력을 생성합니다. 연구에 따르면 정전기 유도로 인한 서지는 몇 가지가 있습니다. 전자기 유도로 인한 서지보다 배 . Thunderbolt는 고전압 라인에 서지를 유도하고 와이어를 따라 연결된 헤어 및 배전 장비로 전파합니다. 이러한 장치의 내전압이 낮 으면 유도 된 번개에 의해 손상됩니다. 전선의 서지를 억제하기 위해 A 라인 어 레스터가 발명되었습니다.

초기 라인 어 레스터는 노천 틈새였습니다. 공기의 항복 전압은 약 500kV / m로 매우 높으며 고전압으로 분해 할 경우 몇 볼트의 저전압에 불과합니다. 이러한 공기 특성을 사용하여 초기 라인 어 레스터가 설계되었습니다. 한쪽 전선의 한쪽 끝은 전력선에 연결되고 다른 쪽 전선의 한쪽 끝은 접지되었으며 두 전선의 다른 쪽 끝은 일정한 거리를두고 분리되어 두 개의 공극을 형성했습니다. 전극과 갭 거리는 피뢰기의 항복 전압을 결정합니다. 항복 전압은 전력선의 작동 전압보다 약간 높아야합니다. 회로가 정상적으로 작동하면 에어 갭은 개방 회로와 동일하며 라인의 정상적인 작동에 영향을주지 않습니다. 과전압이 침입하면 에어 갭이 끊어지고 과전압이 매우 낮은 레벨로 클램핑되며 과전류도 에어 갭을 통해 접지로 방출되어 피뢰기의 보호를 실현합니다. 열린 갭에는 너무 많은 단점이 있습니다. 예를 들어 항복 전압은 환경에 크게 영향을받습니다. 공기 방전은 전극을 산화시킵니다. 에어 아크가 형성된 후 아크를 소멸하는 데 몇 번의 AC 사이클이 필요하며 이는 피뢰기 고장 또는 라인 고장을 일으킬 수 있습니다. 향후 개발 된 가스 방전관, 관 어 레스터, 마그네틱 블로우 어 레스터는 이러한 문제를 크게 극복했지만 여전히 가스 방전 원리를 기반으로하고 있습니다. 가스 방전 방지기의 내재적 인 단점은 높은 충격 파괴 전압입니다. 긴 방전 지연 (마이크로 초 수준); 가파른 잔류 전압 파형 (dV / dt가 큼). 이러한 결점은 가스 방전 방지기가 민감한 전기 장비에 대해 그다지 내성이 없다는 것을 결정합니다.

반도체 기술의 발전은 제너 다이오드와 같은 새로운 낙뢰 보호 재료를 제공합니다. 볼트 암페어 특성은 선로의 낙뢰 보호 요구 사항과 일치하지만 낙뢰 전류를 통과시키는 능력이 약하여 일반 레귤레이터 튜브를 직접 사용할 수 없습니다. 피뢰기. 초기 반도체 어 레스터는 실리콘 카바이드 재질로 만들어진 밸브 어 레스터로 제너 튜브와 유사한 볼트 암페어 특성을 갖지만 낙뢰 전류를 통과하는 능력이 강합니다. 그러나 금속 산화물 반도체 배리스터 (MOV)는 매우 빠르게 발견되어 볼트-암페어 특성이 더 좋으며 빠른 응답 시간과 큰 전류 용량 등 많은 장점이 있습니다. 따라서 현재 MOV 라인 어 레스터가 널리 사용되고 있습니다.

통신의 발전과 함께 통신 선용 피뢰기가 많이 생산되었습니다. 통신 라인 전송 매개 변수의 제약으로 인해 이러한 어 레스터는 커패시턴스 및 인덕턴스와 같은 전송 매개 변수에 영향을 미치는 요인을 고려해야합니다. 그러나 낙뢰 보호 원리는 기본적으로 MOV와 동일합니다.

유형 / 번개 보호 장비

낙뢰 보호 장비는 크게 전원 공급 장치 낙뢰 보호 장치, 전원 보호 소켓 및 안테나 피더 라인 보호기, 신호 피뢰기, 낙뢰 보호 테스트 도구, 측정 및 제어 시스템 용 낙뢰 보호 장치, 지상 보호기로 나눌 수 있습니다.

전원 공급 장치 피뢰기는 B, C 및 D의 세 가지 수준으로 나뉩니다. 구역 낙뢰 보호 및 다중 수준 보호 이론에 대한 IEC (International Electrotechnical Commission) 표준에 따라 Class B 낙뢰 보호는 첫 번째 등급에 속합니다. 수평 낙뢰 보호 장치이며 건물의 주 배전 캐비닛에 적용 할 수 있습니다. 번개 장치는 건물의 분기 배전반에 적용됩니다. D-class는 XNUMX 단계 낙뢰 보호 장치로 중요 장비의 전면 부에 적용하여 장비를 정밀하게 보호합니다.

통신선 신호 피뢰기는 IEC 61644의 요구 사항에 따라 B, C 및 F 레벨로 구분됩니다. 기본 보호 기본 보호 레벨 (거친 보호 레벨), C 레벨 (조합 보호) 포괄적 보호 레벨, 클래스 F (중간 및 미세) 보호) 중간 및 미세 보호 수준.

측정 및 제어 장치 / 낙뢰 보호 장비

측정 및 제어 장치는 생산 공장, 건물 관리, 난방 시스템, 경고 장치 등과 같은 광범위한 응용 분야에 적용됩니다. 번개 또는 기타 원인으로 인한 과전압은 제어 시스템에 손상을 줄뿐만 아니라 값 비싼 변환기에 손상을 줄 수 있습니다. 및 센서. 제어 시스템의 고장은 종종 제품 손실 및 생산에 미치는 영향을 초래합니다. 측정 및 제어 장치는 일반적으로 서지 과전압에 대한 전력 시스템 반응보다 더 민감합니다. 측정 및 제어 시스템에서 피뢰기를 선택하고 설치할 때 다음 요소를 고려해야합니다.

1, 시스템의 최대 작동 전압

2, 최대 작동 전류

3, 최대 데이터 전송 주파수

4, 저항 값 증가 허용 여부

5, 건물 외부에서 와이어를 가져 왔는지 여부 및 건물에 외부 번개 보호 장치가 있는지 여부.

저전압 파워 어 레스터 / 낙뢰 보호 장비

전 우편 및 통신 부서의 분석에 따르면 통신국의 낙뢰 사고의 80 %는 전력선에 번개 파가 침입하여 발생하는 것으로 나타났습니다. 따라서 저전압 교류 피뢰기는 매우 빠르게 발전하는 반면 MOV 재료를 사용하는 주요 피뢰기는 시장에서 지배적 인 위치를 차지합니다. MOV 피뢰기 제조업체는 많으며 제품의 차이점은 주로 다음과 같습니다.

흐름 용량

유량은 피뢰기가 견딜 수있는 최대 낙뢰 전류 (8 / 20μs)입니다. 정보 산업부 표준“통신 공학 전력 시스템 낙뢰 보호 기술 규정”은 전원 공급 용 피뢰기의 유량을 규정하고있다. 20 단계 피뢰기는 XNUMXKA 이상입니다. 그러나 현재 시장에 나와있는 피뢰기의 서지 용량은 점점 더 커지고 있습니다. 큰 전류 운반 피뢰기는 낙뢰에 의해 쉽게 손상되지 않습니다. 작은 낙뢰 전류가 허용되는 횟수가 증가하고 잔류 전압도 약간 감소합니다. 중복 병렬 기술이 채택되었습니다. 피뢰기는 또한 능력의 보호를 향상시킵니다. 그러나 피뢰기의 손상이 항상 낙뢰로 인한 것은 아닙니다.

현재, 피뢰기를 감지하기 위해 10 / 350μs 전류 파를 사용해야한다고 제안되었습니다. 그 이유는 IEC1024 및 IEC1312 표준이 번개 파를 설명 할 때 10 / 350μs 파를 사용하기 때문입니다. 8 / 20μs 전류 파는 여전히 IEC1312에서 어 레스터의 매칭 계산에 사용되고 8 / 20μs 파형은 IEC1643 "SPD"에서도 사용되기 때문에 포괄적이지 않습니다. – 선택 원리 "주 전류로 사용됩니다. 어 레스터 (SPD)를 감지하기위한 파형. 따라서 8 / 20μs 파 어 레스터의 유량이 구식이라고 할 수없고, 8 / 20μs 파 어 레스터의 유량이 국제 규격에 맞지 않는다고 말할 수 없습니다.

회로 보호

MOV 피뢰기의 고장은 단락되고 개방됩니다. 강력한 번개 전류는 피뢰기를 손상시키고 개방 회로 결함을 형성 할 수 있습니다. 이때 어 레스터 모듈의 모양이 종종 파괴됩니다. 피뢰기는 또한 오랜 시간 동안 재료의 노화로 인해 작동 전압을 감소시킬 수 있습니다. 작동 전압이 라인의 작동 전압 아래로 떨어지면 어 레스터가 교류 전류를 증가시키고 어 레스터가 열을 생성하여 결국 MOV 장치의 비선형 특성을 파괴하여 어 레스터의 부분 단락을 초래합니다. 타다. 전력선 장애로 인한 작동 전압 증가로 인해 유사한 상황이 발생할 수 있습니다.

피뢰기의 개방 회로 오류는 전원 공급 장치에 영향을주지 않습니다. 알아 내기 위해서는 작동 전압을 확인해야하므로 피뢰기는 정기적으로 점검해야합니다.

피뢰기의 단락 오류는 전원 공급 장치에 영향을 미칩니다. 열이 심하면 전선이 타 버립니다. 전원 공급 장치의 안전을 보장하려면 경보 회로를 보호해야합니다. 과거에는 퓨즈가 피뢰기 모듈에 직렬로 연결되었지만 퓨즈는 낙뢰 전류와 단락 전류가 끊어지는 것을 보장해야합니다. 기술적으로 구현하기가 어렵습니다. 특히 어 레스터 모듈은 대부분 단락되어 있습니다. 단락시 흐르는 전류는 크지 않지만 연속 전류는 펄스 전류를 방전시키는 데 주로 사용되는 피뢰기가 심하게 가열 될 수 있습니다. 나중에 나타난 온도 차단 장치가이 문제를 더 잘 해결했습니다. 장치의 단선 온도를 설정하여 피뢰기의 부분 단락을 감지했습니다. 피뢰기 가열 장치가 자동으로 분리되면 조명, 전기 및 음향 경보 신호가 제공되었습니다.

잔류 전압

정보 산업부 표준 "통신 공학 전력 시스템의 번개 보호에 대한 기술 규정"(YD5078-98)은 모든 레벨에서 피뢰기의 잔류 전압에 대한 특정 요구 사항을 제정했습니다. 표준 요구 사항을 쉽게 달성 할 수 있습니다. MOV 피뢰기의 잔류 전압은 작동 전압이 2.5-3.5 배입니다. 직 병렬 단단 어 레스터의 잔류 전압 차는 크지 않습니다. 잔류 전압을 줄이기위한 조치는 작동 전압을 낮추고 피뢰기의 전류 용량을 늘리는 것이지만 작동 전압이 너무 낮아 불안정한 전원 공급으로 인한 피뢰기 손상이 증가합니다. 일부 외국 제품은 초기 단계에서 중국 시장에 진입하여 작동 전압이 매우 낮았으며 나중에 작동 전압이 크게 증가했습니다.

잔류 전압은 XNUMX 단계 어 레스터로 줄일 수 있습니다.

번개 파가 침입하면 어 레스터 (1)가 방전되고 생성 된 잔류 전압은 V1입니다. 피뢰기 (1)를 통해 흐르는 전류는 I1이고;

어 레스터 (2)의 잔류 전압은 V2이고 흐르는 전류는 I2입니다. 이것은 V2 = V1-I2Z입니다.

피뢰기 (2)의 잔류 전압이 피뢰기 (1)의 잔류 전압보다 낮다는 것은 명백하다.

단상 전원 공급 장치의 전력이 일반적으로 5KW 미만이고 라인 전류가 크지 않으며 임피던스 인덕턴스가 감기기 쉽기 때문에 단상 전원 공급 장치 낙뢰 보호를 위해 XNUMX 단계 피뢰기를 제공하는 제조업체가 있습니다. XNUMX 상 XNUMX 단계 어 레스터를 제공하는 제조업체도 있습니다. XNUMX 상 전원 공급 장치의 전력이 클 수 있기 때문에 피뢰기는 부피가 크고 비쌉니다.

표준에서는 전력선에 여러 단계로 피뢰기를 설치해야합니다. 실제로 잔류 전압을 줄이는 효과를 얻을 수 있지만 와이어의 자체 인덕턴스는 모든 레벨에서 어 레스터 사이의 절연 임피던스 인덕턴스를 만드는 데 사용됩니다.

피뢰기의 잔류 전압은 피뢰기의 기술적 지표 일뿐입니다. 장비에 적용되는 과전압도 잔류 전압을 기반으로합니다. 전력선과 접지선에 연결된 피뢰기의 두 도체에서 생성 된 추가 전압이 추가됩니다. 따라서 올바른 설치가 수행됩니다. 피뢰기는 장비의 과전압을 줄이는 중요한 수단이기도합니다.

기타 / 번개 보호 장비

피뢰기는 또한 사용자 요구에 따라 낙뢰 카운터, 모니터링 인터페이스 및 다양한 설치 방법을 제공 할 수 있습니다.

통신선 피뢰기

낙뢰 보호 기술의 요구 사항을 충족하는 것 외에도 전송 표시기가 요구 사항을 충족하는지 확인해야하기 때문에 통신 회선 용 피뢰기의 기술적 요구 사항이 높습니다. 또한 통신 선로에 연결된 장비는 내전압이 낮고 낙뢰 보호 장치의 잔류 전압이 엄격합니다. 따라서 낙뢰 보호 장치를 선택하기가 어렵습니다. 이상적인 통신선 낙뢰 보호 장치는 작은 정전 용량, 낮은 잔류 전압, 큰 전류 흐름 및 빠른 응답을 가져야합니다. 분명히 테이블의 장치는 이상적이지 않습니다. 방전관은 거의 모든 통신 주파수에 사용할 수 있지만 낙뢰 보호 기능이 약합니다. MOV 커패시터는 크고 오디오 전송에만 적합합니다. 번개 전류를 견디는 TVS의 능력은 약합니다. 보호 효과. 다른 낙뢰 보호 장치는 전류 파동의 영향으로 다른 잔류 전압 파형을 갖습니다. 잔류 전압 파형의 특성에 따라 어 레스터는 스위치 형과 전압 제한 형으로 나눌 수도 있고, 두 가지 유형을 결합하여 강도를 만들고 단락을 피할 수 있습니다.

해결책은 두 개의 다른 장치를 사용하여 XNUMX 단계 피뢰기를 형성하는 것입니다. 회로도는 전원 공급 장치의 XNUMX 단계 피뢰기와 동일합니다. 첫 번째 단계 만 방전관을 사용하고 중간 절연 저항은 저항 또는 PTC를 사용하고 두 번째 단계는 TVS를 사용하므로 각 장치의 길이를 사용할 수 있습니다. 이러한 피뢰기는 최대 수십 MHZ까지 가능합니다.

고주파 어 레스터는 주로 이동식 피더 및 페이징 안테나 피더와 같은 방전관을 사용합니다. 그렇지 않으면 전송 요구 사항을 충족하기가 어렵습니다. 고역 통과 필터 원리를 사용하는 제품도 있습니다. 번개 파의 에너지 스펙트럼이 수 킬로 헤르츠에서 수백 킬로 헤르츠 사이에 집중되어 있기 때문에 안테나의 주파수가 매우 낮고 필터 제조가 용이합니다.

가장 간단한 회로는 소형 코어 인덕터를 고주파 코어 와이어와 병렬로 연결하여 고역 통과 필터 피뢰기를 형성하는 것입니다. 포인트 주파수 통신 안테나의 경우 XNUMX/XNUMX 파장 단락 회로를 사용하여 대역 통과 필터를 형성 할 수도 있으며 낙뢰 보호 효과가 더 좋지만 두 방법 모두 안테나 피더 라인에서 전송되는 DC를 단락시킵니다. , 적용 범위가 제한됩니다.

접지 장치

접지는 낙뢰 보호의 기초입니다. 표준에 지정된 접지 방법은 금속 프로파일이있는 수평 또는 수직 접지 극을 사용하는 것입니다. 부식이 심한 영역에서는 아연 도금 및 금속 프로파일의 단면적을 사용하여 부식에 저항 할 수 있습니다. 비금속 재료도 사용할 수 있습니다. 도체는 흑연 접지 전극 및 포틀랜드 시멘트 접지 전극과 같은 접지 극 역할을합니다. 보다 합리적인 방법은 현대 건축의 기본 보강을 접지 기둥으로 사용하는 것입니다. 과거 낙뢰 보호의 한계로 인해 접지 저항 감소의 중요성이 강조되었습니다. 일부 제조업체는 접지 저항을 감소 시킨다고 주장하면서 다양한 접지 제품을 도입했습니다. 저항 감속기, 폴리머 접지 전극, 비금속 접지 전극 등과 같은.

실제로 낙뢰 보호 측면에서 접지 저항에 대한 이해가 변경되었으며 접지 그리드 레이아웃 요구 사항이 높으며 저항 요구 사항이 완화되었습니다. GB50057–94에서는 다양한 건물의 접지 네트워크 형태 만 강조됩니다. 등전위 원리의 낙뢰 보호 이론에서 접지 네트워크는 절대 제로 전위 점이 아닌 총 전위 기준점이기 때문에 저항 요구 사항이 없습니다. 접지 그리드의 모양은 등전위 요구에 필요하며 저항 값은 논리적이지 않습니다. 물론 조건이 허용되는 경우 낮은 접지 저항을 얻는 것이 잘못된 것은 아닙니다. 또한 전원 공급 장치 및 통신에는 접지 저항에 대한 요구 사항이 있으며 이는 번개 보호 기술 범위를 벗어납니다.

접지 저항은 주로 토양 저항력과 접지와 토양 사이의 접촉 저항과 관련이 있습니다. 지반을 형성 할 때 지반의 모양과 수와도 관련이 있습니다. 저항 감속기 및 다양한 접지 전극은 접촉 저항 또는 접지와 토양 사이의 접촉을 향상시키는 것이 아닙니다. 지역. 그러나 토양 저항이 결정적인 역할을하고 나머지는 상대적으로 변경하기 쉽습니다. 토양 저항이 너무 높으면 토양을 바꾸거나 토양을 개선하는 공학적 방법 만이 효과적 일 수 있으며 다른 방법은 작동하기 어렵습니다.

번개 보호는 오래된 주제이지만 여전히 진화하고 있습니다. 시험해 볼 제품이 없다고 말해야합니다. 낙뢰 보호 기술에서 여전히 많은 것을 탐구해야합니다. 현재 번개 발전의 메커니즘은 아직 명확하지 않습니다. 번개 유도에 대한 정량적 연구도 매우 약합니다. 따라서 번개 보호 제품도 개발되고 있습니다. 번개 보호 제품이 주장하는 일부 신제품은 과학적 태도로 실제로 테스트되고 이론적으로 개발되어야합니다. 번개 자체는 작은 확률 이벤트이므로 유익한 결과를 얻으려면 많은 장기 통계 분석이 필요하며이를 달성하려면 모든 당사자의 협력이 필요합니다.