我的防雷器设计报告

       防雷器设计报告

主题：SP系列视频监控多功能电涌保护器（SPD）
关键词:视频、监控、电涌保护器、防雷器

报告提出： 杭州尚普电气科技有限公司研发部     吴晓春


一、报告背景综述

直击雷产生的电效应、热效应和机械效应常造成火灾，建筑物损坏和人身伤亡等灾害。人们为了对直击雷进行防护，多年以来采用Franklin避雷针(由接闪器、引下线和接地装置组成)实现直击雷防护，有效地保护了各种建筑物和工业设施，减少雷害的发生。伴随直击雷同时产生的雷击电磁脉冲(LEMP)的防护是随着微电子技术发展提出的，这是因现代电气和电子系统中广泛的应用的集成电路和其他微电子器件耐受雷击电磁脉冲的能力极低，用避雷针防雷不但不能保护电气、电子系统的安全，通过避雷针的雷电流周围产生的强电磁脉冲会导致电气、电子系统微电子器件劣化、损坏，严重时导致系统瘫痪造成经济损失和人身伤害。

电气和电子系统的雷击电磁脉冲的防护应采用直击雷防护、屏蔽、等电位连接、共用接地和进出系统的各端口安装电涌保护器(SPD)等措施进行综合防护以防止和减少雷电入侵,雷击电磁脉冲造成的危害。

直击雷防护是给雷电流提供泄放通道，使雷击电流顺利的泄放到大地以保护建筑物。
屏蔽和接地系统结合就能阻止和减弱雷击电磁波侵入被保护电气和电子系统，通过屏蔽和接地系统连接把雷击电磁波感应的瞬时过电压、过电流泄放到地。

等电位连接与接地系统相结合为了减少侵入的雷击电磁脉冲在电气、电子系统所在建筑物金属物体与系统之间或系统与系统之间产生的电位差，使电位均衡，防止电位差对系统产生的损坏。对无法进行等电位的电源线、信号线等功能性线路采用电涌保护器方法，实现准等电位连接以防制瞬时过电压来保护电气、电子系统正常工作。

 直击雷防护、屏蔽、等电位连接、共用接地和安装的电涌保护器各有其责，是全系统中的串联子系统，缺一不可。只有各措施做到位才能做好雷电防护工作。


二、设计的目的及意义

避雷针、避雷带等外部防雷装置能保护室外物体免受直击雷损害，而通过电缆、通信线、金属管道等引入设备的感应雷电、操作过电压所造成的破坏，则是外部防雷系统无法防护的。因此，重要的供电线路、监控线路、通信线路等需要专用的电涌保护器进行保护。

设计思路是设计出一个视频监控多功能电涌保护器，将视频信号电涌保护器、控制信号电涌保护器和交/直流电源电涌保护器合为一体, 构成多重保护电路，使其能适用于各种视频监控设备的专用线路电涌保护和多种接口形式。

三、开展本设计具有以下有利条件：

背景条件：
随着科学技术的飞速发展，雷电造成自然灾害的范围日趋扩大，特别是雷电电磁脉冲对各行各业广泛使用的微电子设备和系统的破坏，可能影响到社会生活的方方面面。

国家有关部门要加大对防雷减灾工作的投入，增大雷电防护与标准化学术研究的力度，努力提高防雷技术水平。防雷技术人员要积极参加同行的技术交流活动，吸取先进经验，要熟悉和掌握国内国际的技术方法和标准，进一步做好防雷减灾工作。

基础条件：
杭州尚普电气科技有限公司是专业的防雷产品生产企业,不论是在硬件上还是软件上都有着很好的基础,对本设计有着良好的优势.

四、研究的重点内容

本防雷器的设计涉及到的主要内容有：熟悉防雷原理、理解防雷标准、运用防雷标准对产品进行设计开发、元器件的选购、如何控制产品生产工艺流程、产品的检验.
    
以下为各主要内容的基本情况：

(1) 熟悉防雷原理
理解雷电产生的危害、防雷的意义、防雷保护区的划分、防雷的方法等。
(2) 理解防雷标准
部分防雷标准参照: 
IEC 61312-1《雷电电磁脉冲的防护》第一部分 一般原则
IEC 61312-2《雷电电磁脉冲的防护》第二部分 建筑物在受到直接雷击和邻近雷击情况下内部的电磁场
IEC 61312-3《雷电电磁脉冲的防护》第三部分 电涌保护器的要求
IEC 61312-4《雷电电磁脉冲的防护》第四部分 现有建筑物内部设备的保护
GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》
GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》
GB 7450《电子设备雷击保护导则》
YD/J 26-89《通信局（站）接地设计暂行技术规定》
YD/T 944-1998《通信电源设备的防雷技术要求和测试方法》
YD-T 993-1998《电信终端设备防雷技术要求及试验方法》
YD/T 5068-98 《移动通信基站防雷与接地设计规范》
YD/T 5078-98 《通信工程电源系统防雷技术规定》
YD/T 5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》
GB 18802.1-2002《低压配电系统的电涌保护器》第一部分 性能要求和试验方法

(3) 产品开发流程
从市场调研到电路原理设计、原器件的选用、PCB板的设计、试样。
从市场调研到产品外型及各模具的设计、试样。
元器件的各项参数必须满足设计要求,要符合产品推向市场的几条基本原则, 产品合格,能达到高性能停低成本的投入,产品的外观设计要求新颖性、实用性。

(4) 元器件的采购
需要结合各方面的指标,从参数、成本、工艺水平上看,从符合防雷标准上看,所选取的元器件是否合理。

(5) 产品生产工艺流程
开发部设计文件的输出、产品作业指导书、产品作业指导卡、生产工艺流程图、全检。

(4)产品的检验
如何运用检测仪器和方法来检测与控制产品质量。


附：SPD国家标准一般要求（部分）

用于低压配电系统的电涌保护器的正常使用条件和异常使用条件（摘抄） 
a.正常使用条件： 
频率：电源的交流频率在 48Hz 和 50Hz 之间。 
电压：持续施加在SPD的接线端子之间的电压不应超过其最大持续工作的电压。 
海拔：海拔不应超过 2000m 。 
使用和存储温度：正常范围： -50C ～ +400C ； 极限范围： -400C ～ +700C 。 
湿度—相对湿度：在室温下应在 30% 和 90% 之间。 

b.异常使用条件： 
对置于异常使用条件下,在设计和使用中可能需要作特殊考虑，并引起制造厂的重视。 
对置于阳光或其他射线下的户外型 SPD ，必须附加技术要求。 厂商制作样品,供检验. 只有当样品在各项技术指标都达到国家各项标准的情况下,才能够将其投入市场.


五：结语: 
可见，本次防雷器设计既要了解专业知识，又要明白工业产品在市场情况下与实验研究的区别。既需要专业的知识，又需要产品工艺知识，还需要明白产品与市场的关系,是我所学知识在具体工作中的应用。本次设计整体难度较大，但我相信，通过不断的学习和努力，一定能高质量地完成本次防雷器设计任务。

附记：在发表这篇文章的二个月前，设计制作的产品已经通过了防雷检测中心的测试。