一、英国W.J.Furse公司简介
  英国W.J.Furse公司在接地系统和雷电防护技术领域内是举世推崇的,其积累一百多年防雷经验所生产的"ESP"防雷器更是驰名世界。
  通过一系列的测试证明(已通过邮电部通信产品防护性能监督检验测试中心检测),Furse公司的ESP系列防雷器(电源和信号/数据线)代表了当今电子系统防护技术最高水准。
  "ESP"全系列产品均取得了许多国家标准和相关国际标准的认证:L467、EC1024、BS6651、BS7430、CE、CCITT等。
  在国内,ESP防雷器已在民航、银行、海关、邮电、移动通信、地震局、广电局等部门广泛使用,而且防雷效果显著。

二、ESP系列防雷器的性能特点
  1、 电源防雷器(代表产品有ESP415、ESP240)
   ①、 采用压敏电阻与气体放电管组合的放电回路,解决了单压敏电阻漏电不稳、单气体放电管有续流的问题。由于设计精密严谨,防雷器响应时间小于25ns。
   ②、 一体化设计,将纵向保护模块和横向保护模块设计成一个整体,便于安装,减少了因接点多而可能引发的电气故障。
   ③、 一次性降压:ESP一次性将雷电压(6KV)抑制到设备安全电压范围内(600V)。
   ④、 残压低,ESP电源防雷器残压低于600V。
   ⑤、 过渡性指示,ESP内有一逻辑电路,对防雷器的性能进行实时分析。如:单绿灯亮表示防雷器正常;绿灯和红灯同时亮表示防雷器功能正在衰减应更换;单红灯亮表示防雷器已无防雷功能因立即更换。
   ⑥、 普通型每两之间线泄流20KA,加强型为30KA,超过了IEEEC62.41中C区的要求(10KA)。
   ⑦、 全保护功能,即有相对中、相对地、中对地保护,其中相对中保护是ESP系列产品所特有的功能。
   ⑧、 新推出的ESP415M1和ESP240M1应用了Sovtrip专利技术,对防雷系统的接线错误有闪灯报警。如:相线、中线、地线中任何一条接错或接触不良,防雷器都有明确的指示,它实时监视防雷系统的运作情况,这一点是很有实用价值的。

  2、 信号防雷器(代表性产品有"D"系列、"E"系列、TN等)
   ①、 采用压敏电阻、气体放电管、瞬变抑制二极管等组合放电回路,响应快(小于10ns),残压准确。
   ②、 品种齐全,对于不同的电压、不同的频率、不同的阻抗、不同的接口都有相应的产品。
   ③、 设有纵向保护和横向保护,每线泄流量10KA。

三、"ESP"系列防雷器的设计思想
  1."ESP"防雷器的工作方式:
防雷器一般以两种方式工作:开路或短路第一种防雷器遇到瞬间过电压时便会开路,停止电流的传输,从而保护电子负载设备。变压器,电感器及光电隔离器便是此类。
  第二种防雷器在遇到瞬间过电压时便会对地短路使电流导入大地而不会流过被保护的电子设备。     "ESP"防雷器是根据"短路"原理而工作的。
  当有瞬间过电压从线路(电源线或信号传输线)侵入时,"ESP"防雷器会运用暂时短路的方式把大电流泄放到地,从而把瞬间过电压抑制在设备能够承受的水平以下,待雷电过后,又恢复正常,并不影响电子设备的工作。

  2. "ESP"防雷器的工作原理:

 图I模拟雷电波形

信号防雷器由三种模块组成:
瞬变抑制二级管及限流电阻控压模块;
精密控压,但电流泄放量最小;
ZnO压敏电阻模块。

  图II信号防雷器模块
  起动电压低,起动时间短,但电流泄放量较小;
  ìGDT气体放电管模块:
  电流泄放量大,但起动电压高;
  "ESP"防雷器依托这三组电路的相互配合,共同把瞬间过电压抑制在设备能够承受的水平以下。    例如图I当雷电波到来时,瞬变抑制二级管(图II)首先起动,会把瞬间过电压精密地控制在一定的水平。如果雷电流大,则ZnO压敏电阻起动,并泄放一定的雷电流;两端的电压会有所升高,直至推动前级气体放电管的放电,把大电流泄放到地。
  图III电源防雷器模块

电源防雷器由两种模块组成:
ZnO压敏电阻模块;
起动电压低,起动时间短,但电流泄放量较小;
GDT气体放电管模块:
电流泄放量大,但起动电压高;
例如图I当雷电波到来时,ZnO压敏电阻(图III)首先起动,并泄放一定的雷电流;两端的电压会有所升高,直至推动前级气体放电管的放电,把大电流泄放到地。


四、怎样选择合适的防雷产品
目前国内市场上的防雷产品是国产和进口两者并存,国产防雷产品价位较低,但由于目前国产电子元器件制作工艺相对落后,在性能指标上与国外同型号的产品有一定的距离。因此国产防雷产品的性能指标及质量也相对不稳定。大量雷击事实也能说明这一问题。进口产品性能较好,价位也相对较高,英国 FURSE系列防雷器在指标及质量上均达到世界最高水平。用户在选用防雷产品时,除根据自身实际雷击情况和经济承受能力外,须把防雷器的指标及质量放在第一位。下面就如何选用防雷器提出一些参考意见:
 1、 电源防雷器选型
 A、 电源电压,我国的供电电压是三相380V,单相220V。在考虑电压的波动影响时,防雷器应在此电压波动±10%内都能正常工作。
 B、 防雷器残压是否满足设备的要求。(CCITT指出一般电子设备承受的最大电压为700V),目前,防雷器产品中残压各不相同,从几百伏到几千伏都有。低残压的防雷器一般是一级防雷器,高残压的防雷器一般是多级防雷模块组成。ESP系列防雷器的残压低于600V,是目前防雷产品中残压最低的一种,是典型的一级防雷器。
 C、 防雷器安装及日常维护,目前防雷器有模块型及一体化的。多级防雷的产品是模块型的;如要维护,只需更换一个模块。一体化设计的,安装容易,但如果维护时,需整体更换。ESP系列防雷器是一体化设计的,有维护状态指示,长寿命。
 模块式三级防雷器器(典型代表----德国OBO产品)和一体化一级防雷器(典型代表---英国FURSE产品)比较:
 Ⅰ、残压 OBO分三级逐级将雷电压抑制在1000V,FURSE一级就能将雷电抑制在600 V以下,OBO防雷器受雷击时的残压高于FURSE防雷器的残压。如下图。如果按OBO模块防雷器的三级防护措施,机房内UPS前2KV的残压,对UPS来说,是不安全的,也就没有得到有效地保护;按照ESP一体化防雷器的安装方法,只需在分配电柜处安装一台防雷器,输出的残压为600V,充分保护UPS输出稳定、干净的电源。
 Ⅱ、泄流 V25-B为100KA,V20-C为40KA,VF230-AC为7.5KA。ESP415为20KA,设计时FURSE的理论依据是:CCITT的统计资料显示,感应雷电流一般为3KA,最大为10KA

 III、设计要求 OBO设计产品时没有相对中的保护,Furse设有相对中的保护。一般来讲,雷击时相线对地线和中线对地有电位差的几率较大,相对中因雷电而产生电位差的可能性比较小,但危害大,因大部分设备都是单相供电的,如相线和中线之间有较大的电位差,则此电位差会通过变压器或直接进入设备内部电路而损坏设备。如下图:下图中,设定:相对地雷电压为ULE,中对地雷电压为UNE,相对中雷电压为ULN。ULE和UNE要损坏设备就要先击穿设备的绝缘。而ULN可通过变压器直接耦合到设备内部电路。
 

VI、维护 如有损坏,模块式只要更换一个模块。一体化的要整个更换。
V、性价比 至少要12(21个更合理)个防雷模块才相当于一个一体化的防雷器。
  因此要达到有效防雷,两者的工程造价是差不多的。某些供应商在欺骗用户时,歪曲三级防雷的原理,只给用户安装三级防雷器其中的一级,这样的防雷工程是达不到目的的。

2、 信号防雷器选型
 I、防雷器的工作频率、控制电压、工作电压、插入损耗等是否满足通信线路传输信号的要求。
 II、被保护设备的通信接口所承受的最大工作电压是否在防雷器的残压之下。ESP系列信号防雷器包括从6V到达200V各种电压标准的防雷器。另还有专用信号防雷器如4线、8线的RJ45接口防雷器。
 III、信号线的连接方式,必须严格按照产品说明书操作。
 
3、 防雷器的选型还应考虑到产品供应商的技术力量、售后服务等因素。
 
五、ESP一体化电源防雷器和其它模块化电源防雷器的区别

1、 设计思路不同:
ESP系列电源防雷器和模块化电源防雷器(如进口的德国OBO、DEHN、美国APC)从设计思路上来讲有较大的区别,主要表现在如下几点:
 A.设计时主要依据不同:ESP设计时的依据主要来源于CCITT、IEC、BS等标准,OBO、DEHN设计的依据主要来源于VDE,APC设计的依据主要来源于UL。
 B.电路组成形式不同:这一点是ESP一体化和模块化的主要区别。主要有几点:
 a.ESP将多级放电模块集中在一个PCB板上,模块化是每一个模块设一级放电模块,这样,更换损坏模块时,显然模块化设计有优势,因ESP如有损坏要更换一个包含多个模块的整体,而模块化只需更换其中已损坏的模块即可。
 b.ESP设有相对中的保护,而模块化的(OBO、DEHN、APC)没有提供此保护,在实际情况下,相线与中线之间产生雷电压的机会不多,但危害很大,如下图,任何一个电子设备的电源电路都可简化为两种形式。

图1中是有变压器的电路,图2是经滤波后直接进入整流电路的电路。如果雷电压产生在相线和地线之间(VLE),则VLE不会直接进入整流以后的电路,VLE必须先击穿变压器,或设备的绝缘层才能进入整流后的电路,一般变压器和设备的绝缘层耐压能力是较高的,因此VLE必须足够高才能损坏设备;如果雷电压产生在相线和中线之间(VLN),从图1可看出,VLN可经变压器直接进入整流电路,从图2可看出,VLN就直接进入了整流电路。由此可见VLN只要超出整流电路中电子元件的最大工作电压,就会将设备损坏,而电子元件的最大工作电压一般都是很低的,所以从保护角度来讲ESP一体化比较模块化更安全。

c.ESP设计时一次性将6KV抑制到600V。而模块化是经多级(一般是3级)将6KV抑制到800V。从安装和残压性能上来讲,ESP有优势。

d.ESP采用压敏电阻和气体放电管组合的放电电路,而模块化则因模块体积小一般只用一个或几个压敏电阻作主放电电路。 如下图,图3为ESP放电原理图,图4为模块化放电原理图,图5为雷电流波形图,因压敏电阻有一致命令缺点:
 有不稳定的漏电流,性能较差的压敏电阻用一段时间后,因漏电流变大可能会发热自爆。ESP为解决这一问题,在压敏电阻之间串入气体放电管,这样的电路形式也有一缺点就是反应时间为各元件的反应时间之和。如压敏电阻的反应时间之25ns,气放管的反应时间之100 ns,则图3中的R2、G、R3的反应时间是150 ns,ESP电路为改善反应时间加入了R1,这样使得整体的反应时间为25ns。从图5可分析图3中的电路的工作原理是,当雷电流上升到A点时,R1先启动开始放电,当雷电流上升到B点时,R2、G、R3启动放电 [R1的放电电流比R2、G、R3小,R2、G、R3是主放电回路] 。A、B两点的时差为150 ns,(雷电流的上升时间为8 us,150 ns的时段雷电流的升上值为:20kA′0.15/8=0.375kA [20kA 8/20 ns标准波形] , R1在150 ns内承受0.375kA的雷电流是完全可以的,因此恰当地选择R1、R2、G、R3的参数,图3电路就可很巧妙地解决压敏电阻作为主放电电路存在问题,和组合电路反应时间慢的缺,从电路上来讲ESP比模块化更先进更合理。
 
2、'允通'电压(残压)
由于采用了组合电路,所以ESP在保证足够泄放量的同时把'允通'电压设计得很低。可以把6000V(波形如上图)的高压抑制到600V以下。

 
3、告警方式不同
ESP采用逻辑电路分析放电电路的好坏,提供性能下降的渐变过程显示,而模块化的仅采用简单机械式指示。如图3,两个放电电路中,任何一个开路,ESP防雷器都会告警。醒目的面板显示灯即便是昏暗条件甚至黑夜都一目了然。机械式的是当压敏电阻发热产生强大的漏电流后,熔段一金属以后才会告警。这没有考虑到压敏电阻的老化裂变问题,因压敏电阻裂变后其放电能力大大下降,严重影响了模块的放电性能,而此时模块没有告警指示。

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