防雷隔离变压器在广播局站应用初探.doc

防雷隔离变压器在广播局站应用初探
新电元（上海）电器有限公司 曹华刚
1. 雷的种类和特性
除常见的雷的种类划分外，雷电还可按季节分为夏季雷和冬季雷。夏季雷是在气温比较高的夏天发生。通过强热的太阳光加热地面后使得气流上升形成积雨云，上升的热气流与对流层的冷空气碰撞摩擦而引起的云间或云地的雷电。冬季雷是在秋冬季节由于来自西伯利亚的冷空气和相对温暖的对流暖流的互相作用引起的。与夏季雷一样, 气流上升,积雨云增加而打雷。不过，放电的形式或电流波浪形等与夏季雷有很多不同（参见表1）。

夏季雷
冬季雷
雷暴云的电压
数千万～数亿V
数千万～数亿V
雷云的高度
1200～2000m
300m～
雷云的厚度
7000～16000m
4000～7000m
雷电电流(峰值)
数kA～300kA
(中间值约 30kA)
数kA～300kA
(中间值约 30kA)
持续时间(波峰长度)
1～数十μs
1～数十μs
持续时间(波尾长)
数十μs～数百μs
有时超过数十ms
能量
大
极其大，(是夏季雷的数百倍)

表1

一般大家都会对夏季雷击的防护和应急准备比较重视，但从上表可见，冬季雷的破坏力度还大于夏季雷，务必引起足够重视。
雷电在电源线或天线馈线上产生的雷过电压可分为直击雷和感应雷及回流雷（地电位反击）。直撃雷是雷电直接击在配电线路(高压、低压)或通讯线路、建筑物、天线、设备或装置等时产生的过电压，其能量非常大。感应雷是雷击在周围的树木或避雷针上时，由于雷电的放电路径上突变的电流，会引起周围的电磁场突变而在线路上感应过电压（俗称浪涌电压）。回流雷又称地电位反击，当直击雷发生，雷击电流流过接地体而使其接地电位升高，升高的地电位电压建筑物的配电线和通讯线路上形成的雷电流回流而产生的过电压。感应雷的特性见表2。

配电线路上感应的电压(波峰值)
最大约数百kV
持续时间(波峰长度)
1～数十μs
持续时间(波尾长)
数十μs～数百μs

能量
小

表2
2.高山广播差转站台的防雷
高山广播差转站台通常都处于地势相对于周边较高的山顶上，且由于山顶上又架设铁塔，输电和馈线线路复杂。另外山上多位岩石，故而地阻大，使得台站特别容易遭受雷击，机房设备和人员安全受到威胁。这些年，通过采取各种防直击雷/侧击雷/感应雷/联合接地等措施及SPD/避雷针/天馈及信号防雷等设备，高山广播差转站台的雷击防护有了很大改善。但是这些措施对于防止感应雷和地电位反击的防护仍然不尽人意，机房设备仍时常遭雷击损坏。防雷隔离变压器能有效解决此问题。

3. 防雷隔离变压器的技术特征
我司专利防雷隔离变压器（专利号ZL2010 2 05496937）是指加装有防雷器件和静电屏蔽的具有防雷和隔离功能的变压器。其通过屏蔽层和内部安装的SPD及电容尽量阻断从输入电源侵入的浪涌电压向输出电路迁移和地电位反击的浪涌电压，使之衰减至不到原值1/10,00，即·浪涌转移系数小于1/10,00。基本做到无残压，这是单纯传统SPD防雷设备无法比拟的。
单相防雷变压器电路示意图如下图1。

由于防雷变压器实际上是一个由防雷器件（SPD），交流电容，屏蔽隔离变压器等组成的复合防雷设备，因此具有能平抑雷击电流，衰减雷击残压至最低值，以及接地的隔离和保护等作用。即使侵入30kv的浪涌电压，到次级线路上也只会产生几十伏的残压。因此，耐电压低的多半导体器件构成的差转台站机房设备保护最合适用之。
4.防雷变压器降低残压测试方法及结果：
4.1测试条件
测试电路示意图如下图2：

4.2测试结果
测试结果如下图3和图：

图3
噪音波形 初级端电压波形 次级端电压波形

图4噪音迁移特性波形图
下图5为在防雷变压器的初级线路和地之间输入10kv(1.2/50μs)浪涌时，次级线路和地间的残压是0.4v，在次级线间的残压只有0.2v。

5.地电位反击的保护
如下图6所示，当从天线入侵的浪涌电压流入接地线时受到接地电阻的影响，雷电流不断地积累，使地电位上升在这种情况下，如果防雷变压器装置的接地和机房的接地连接的话，虽然此地电位相对于远端的参考零电位有很大的升高，但所有联接在它上面的机房设备的电位将随着此地电位的升高而同时升高这样电子设备就不会受到这个异常电压冲击而造成危害。并经过内置的L-N或N-PN间SPD流入配电变压器输出端的接地线。

6.防雷装置的安装事例
6.1 最能预期防雷效果的安装事例：
参见图7。因各接地极间是分开的，可以最低限度降低浪涌转移率，并可实现负载端的地电位局部等电位化

6.2负载设备和防雷变压器近接安装的事例
参见图8.浪涌转移率比以前的防雷变压器可更低，可实现负载端的等电位化。

6.3 防雷变压器安装在雷击尤为严重场所的事例
参见图9。在这种场合中，先拆下防雷变压器初级侧的较小容量的MOV型的SPD，在外部安装大容量的间隙型SPD。改造后的产品能抵抗能量更大的或更频繁的雷击。

7.小结
防雷隔离变压器具有极好的防感应雷效果，是极经济的防地电位反击的手段。该设备至2010.7安装在山东平度大泽山运行以来，以前频繁遭雷击损坏的机房设备再没有出现因雷击故障现象。