夏季是雷电高发的季节,电闪雷鸣时,有人手忙脚乱地关掉电器、拔掉插头,有人选择关掉所有电器开关。还有一部分人,由于没在家,看着打雷,家里的电器却无法关闭,只好心惊肉眺地看着雷打完,等到回去后马上把每个电器开一下,说不定已经被打坏了一部分电器。
一般来说,电风扇、电水壶等纯机电类家电的耐电涌能力较强,而半导体类电器耐电涌能力普遍不强,民用级半导体器件很少有耐压超过2000V的,在遭遇雷电侵入时就很容易被击穿损坏。因此,电视、电脑、空调、影音设备、电话等典型的由半导体器件构成的电器比较容易损坏,而现代的冰箱、电饭煲、洗衣机中由于也加入了相当多的半导体测控电路,在提高了智能化的同时,也增大了受损的可能。
一般来说,雷直击房内的可能非常小,最大的可能是对建筑物造成损失,而感应雷和雷电侵入波会对房子里的人和家用电器造成危害。感应雷是直击雷在放电过程中,强大的雷电脉冲电流对周围的导线或金属物通过电磁感应及静电感应,产生非常高的电压。此时,雷电会在电源网和信号网内产生足够强的电涌,其感应电压可高达上亿伏。雷电侵入波是雷击在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波,它可毁坏电气设备的绝缘,使高压窜入低压。如果有人接触正在使用的电器,就有可能造成严重的触电事故。
当有人在家时,如果附近有打雷声,要迅速拔掉所有电器的电源插头和与外界有联系的信号插头,使之彻底脱离外部电网。这里说拔掉插头而不是关掉开关的原因是,一般雷电侵入时,产生的电压至少以干伏为量度。而开关关掉之后的间隙根本不足以隔开如此高的电压,相对于侵入雷电来说,基本上等于是接通。因此,只有彻底的脱离外部电网,才能有足够的安全。这里说的和外界有联系的信号插头,也包括电视信号线、电话、宽带、太阳能控制器、卫星电视、监控网络等。它们不但有被直击雷击中的可能,就连雷电感应和雷电波传导的电涌,也有可能对其有严重的威胁。因此,在打雷时,也要拔掉这些电器的电源插头及与外部连接的插线。尤其要注意的是,曾有人因在打雷时打电话而被电击致死,为保证安全,在雷雨天千万不要使用与外界有物理连接的电器。
那么,在打雷时如果没人在家就没办法了吗?现在,针对家庭有二级防雷器(电涌保护器,又称SPD)。在家庭进户线开关箱附近,可安一级防雷器,把雷电进入建筑物内的电涌限制在2000V左右,分流掉大部分的雷电电流。在终端设备上使用防雷插座,可把此电涌控制在1000V以内,使终端设备能够承受。这样,就能把进入家庭的雷电影响消除到最低。不过,在使用二级防雷时,一定要注意两级保护之间的距离。一般来说,距离要大于10m-15m。因为,如果前、后级间距离过短,雷电前级没有充分泄放就已经传到后级,这样,传到后级的电涌强度也就比较高。而后级的通流能力相对较低,最终传到设备的电涌强度也会大大超过设备所能承受的范围。当然。两级的距离也不能太长,因为雷击的电磁感应会在导体中产生强大的电涌。距离长了,即使在第一级前进入的电涌得到足够的衰减,但在两级中间又产生了后级无法承受的电涌,也会对设备造成损坏。同理,设备与第二级保护的距离也不能太长,最好不要超过2m。
下面说说防雷器的安装。一般家庭电源进线都有一个型号为PZ30模数式开关箱,里面有一个总断路器,多个分路小断路器,型号一般是DZ47—60,采用标准DN35卡轨安装。一般的钫雷器(SPD)也采用这种安装方式,可以方便地安在开关箱内,不但可缩短连线的距离,降低附加在连线上的电压,而且可节约安装成本。注意,SPD模块一艘要安在漏电保护器前,不然,在分流较强电涌入地时,漏电保护器会动作(见图1)。一般的SPD都是由压敏电阻、陶瓷放电管及瞬敏二极管之类组合而成的。这些器件有可能会失效,特别是压敏电阻,比较容易因反复高强度电涌冲击而失效.并且,其失效体现在漏电流加大。因此,一般SPD都有失效指示及短路保护。当发现失效时,必须及时更换,不然有可能因发热而烧毁。
电子爱好者完全能够自制家用的防雷器,尤其是设备级防雷插座,完全可以添加在自己现用的插座上,不但可以省钱,而且能对某些空间不够的地方进行灵活保护。
现针对电源进线方面,采用L-PE,N-PE,L-N三块保护构成。本文所用方案见图2。它的工作原理是L、N线(电源火、零线)上的共模雷电电涌,通过压敏电阻泄放到PE(地)线,而L-N之间则吸收进入的差模电涌及L、N线对地线放电后产生的差模电压。图中所有压敏电阻的规格都是D32、20kA级的通流量。其他几个发光管构成相关指示及警示。比如,PE线脱落时对吸收电涌是很不利的,保护器将不能正常工作,因此如该灯不亮必须仔细检查。而压敏电阻因为容易失效,所以故障指示是相当重要的。当故障警示灯亮时,一般代表压敏电阻出现毫安级的漏电流,必须检查和更换压敏电阻。在自制时需注意的是,图中采用的压敏电阻是有热脱离器的,可以在压敏电阻本体发热严重时切断与电源的连接,以保证安全。关于自制防雷插座,本文所用方案见图3。也采用L—PE、N—PE、L—N三块保护构成,只是L、N与PE上串了一只陶瓷放电管。这样,在吸收电涌的同时,不会因压敏电阻漏电或短路引起故障。由于放电管的电阻很大,大部分的电涌都将在这里消耗泄放入地。同样,防雷插座也有故障警示灯,当其点亮时,也必须检查和更换压敏电阻。
一般防雷插座都有对电话线路的保护,本文所用方案见图4。由于现在的电话线路叠加了ADSL的信号,这样,就不能使用电容量较大的压敏电阻了。一般采用三端陶瓷放电管,它的极间电容超低,只有2pF,对ADSL信号的损耗是非常有限的。由于电话振铃时的电压较高,因此采用放电管的电压值为230V左右,型号为3RM230L-8,它能耐受10kA的放电。由于电话线路耐电涌的能力较低,为了获得更精确的钳位保护并避免线路短路带来的麻烦,图中还采用了半导体放电管P2300EC和PPTC自恢复保险丝。
而对闭路电视线的保护(见图5),它的信号频率比ADSL要高得多,因此,也要用陶瓷放电管对电涌进行泄放,后级用半导体放电管进行精确钳位。
防雷保护离不开地线对雷电电涌能量的泄放。什么样的地线才是可靠有效的呢?首先,防雷地线需装设专门的线路,但一般家庭都是不能满足的,不过也可使用市电的PE地线。其次,地线的线径应足够粗,要与LN线一样粗并使用多股线。地线还要尽可能直、短,因为雷电的频率比较高,如果地线的等效阻抗比较大,那么雷电电涌将无法通畅地泄放到地,还会有相当高的电压加在电器上。
综上所述,在家庭中装上防雷保护器对家电的抗雷电侵入非常有用。但是也不能过于依赖技术上的保护。防雷器也不可能对所有的雷击都有足够的保护。为电器设备及人身的安全考虑,在雷电交加时,还是要尽量停用所有的电器,拔掉所有电器的插头。
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