电涌保护器在工业供配电系统防雷保护中的应用

电涌保护器在工业供配电系统防雷保护中的应用

侯彦波

（中色科技股份有限公司河南洛阳471003）

摘要：电涌保护器（SPD）是综合防雷系统的重要组成部分，正确选择和使用SPD是保护设备和人身安全的关键!在实现屏蔽（线路"机房"设备）"等电位连接以及构建联合共同接地系统之后，把它的保护仔细做深"做细"做好，构建出一个雷电"静电以及电涌都被拒之门外的保护线，这样才可以为信息系统与电气设备的安全保驾护航

关键词：电涌保护器；防雷保护；应用

前言

电子技术高速发展至今，随着电子、微电子集成化设备的大量应用，雷电过电压和雷击电磁脉冲所对仪表设备和控制系统的危害越来越大，常常造成仪表设备损坏或数据丢失,因此，解决电子信息系统雷电灾害防护问题显得十分重要。国内对于建筑物的避雷和防雷、接地保护已有了成熟的认识和规范。外部的雷电防护系统（避雷）是为了避免因受直接雷击引起的事故。通常由接闪器（避雷针、避雷带、避雷网）、引下线和接地装置构成。内部雷电防护系统（防雷）主要是在建筑物内部或其上需要防雷保护的电器和电子系统的防雷措施，包括安装电涌保护器SurgeProtectionDevice（简称SPD）、屏蔽（隔离）、合理布线、等电位连接等措施。

1电涌保护器的基本原理

电涌也叫突波，是持续时间仅仅几百万分之几秒的一种瞬时过电压。电涌保护器也叫浪涌保护器、防雷栅等，是一种可以为各种电气设备、仪表仪器、电子设备、通讯线路提供雷电安全防护的装置。其基本原理是：在瞬间过电压产生并持续的极短时间内（通常为几微秒至几百微秒），电涌保护器快速导通（响应时间通常为几纳秒至几百纳秒），在被保护区域内导电部件和大地之间建立一个瞬时等电位连接，电涌保护器在导通瞬间，可以将几十A到几十kA的雷电流导入大地，使得系统之间的瞬时电位差保持在安全的。

2分类

SPD按设计类型可划分成开关型、限压型和组合型。（1）开关型SPD：如果不具备顺势过电压，那么就会表现为高阻抗，如果响应雷电顺势过电压，阻抗则会骤降，准许雷电流经过。这叫做短路开关型SPD。（2）限压型SPD：如果不具备瞬时过电压就是高阻抗，然而随着电涌电流与电压的升高，阻抗就会持续降低，而电流电压特性就会呈现出高度的非线性!此外也可以叫做钳压型SPD。（3）组合型SPD：它包含开关型元件与限压型元件两个部分，将二者进行整合之后即为SPD。伴随外加电压特性的差异，SPD有时会表现为开关型，有时会表现为限压型，有时会表现为兼具两种特性的情况!根据用途可以将SPD划分为以下几种：电源线路SPD与信号线路SPD。（1）电源线路SPD因为雷电带来的冲击力比较强，应当借助分级释放的方式，把冲击力慢慢融入大地!于直击雷非防护区(LPZ0A)或者直击雷防护区(LPZ0B)和第一防护区(LPZ1)交汇区域，装备经过Ⅰ级分类试验的浪涌保护器或者限压型浪涌保护器当作第一级保护，对于直击雷电流展开释放，亦或在电源传输线路遭到雷击的过程中，把传输的所有能量释放出去。第一防护区以后的各分区(包括LPZ1区)交汇位置装备限压型浪涌保护器当作二、三级或者更高层级保护。第二级保护器是对于上一级设备未能释放的电压和区域中感应雷击的防护装置，在上一级遭受强烈雷电冲击力地吸收过程中，依旧存在残留的能力对设备或者第三级保护其来说是十分强大的能量会传输过来，应当借助第二级保护装置进行吸收。如果线路的长度较大，那么感应雷的能量则会大幅度增加，这就应当借助第二级装置发挥作用!而第三级装置是对第二级装置的剩余能量实施保护!依据保护装置的耐压水平，假定两级就可以吸收所有的能量，仅仅转变两级保护装置即可；但是如果设备的耐压性不高，就必须依据实际情况配备更高级别的保护装置。（2）信号线路SPD伴随信息系统的大规模使用，网路线路多，电子设备的耐压性不高，雷电使该系统承受的损失也在大幅度增加。雷电对于信息系统的影响重点为雷击电磁脉冲导致的。包含沿着线路传输的雷电过电压波、雷电流在接地线产生的高电位反击以及电磁感应等。对于电磁脉冲的预防措施主要包含分流、屏蔽、接地等。针对信号线路来说，配备SPD为信息系统防电磁脉冲的主要方式，它能够发挥分流、屏蔽、接地等功能。信号线路SPD需要安置于被保护设备的信号端口上!它的输出端和被保护装置的端口应当进行连接，根据实际情况选择连接方式，通常选择串联!所以，在选择信号SPD的过程中，要选择插入损耗不高的SPD。

3电涌保护器的选择

3.1浪涌保护器安装位置的确定

浪涌保护器安装位置对于浪涌保护器对输电线路以及电子元器件的保护具有重要的作用，所以浪涌保护器安装位置的选择对其在雷击时所发挥的效果具有重要的影响，浪涌保护器安装位置的确定一般需要经过以下步骤：1）建筑物雷电保护区的划分。按国标将建筑的防雷保护区域划分为以下部分：LPZOA、LPZOB、LPZ1、LPZN+1和后续防雷区，其中LPZOA、LPZOB和LPZ1交界处就是外来导电物对电压分流和导电的地方，浪涌保护器一般放置于此处。

2）雷击风险等级的测定。在进行建筑物雷击风险等级测定时一般需要对建筑物的两个方面进行测试：首先，对是否容易发生雷击进行评估；其次，根据所需要进行保护的电子元器件或者设备重要与否来进行判定。3）浪涌保护器的选择。需要对某地区发生雷击情况进行统计和调查，再对雷击后用电网络中雷电分流的情况进行统计和计算，然后根据计算结果来进行浪涌保护器的选择。

3.2浪涌保护器关键参数的确定

浪涌保护器安装位置确定后，根据雷击时电路中电压的最大值确定浪涌保护器的关键参数，以确保浪涌保护器真正实现对线路的保护，主要包括通流容量、残压、响应时间以及最大连续工作电压等参数。通流容量是指浪涌保护器在雷击时所能够通过的最大的电压或者电流的流量值，根据工作人员对该区域雷击时防雷级别以及电子元器件的实际情况来进行计算和选择；在选择第一级浪涌保护器后，后续浪涌保护器的选择一般要考虑线路中的残压和前一级浪涌保护器由于磁感应效应而产生的电压和电流。残压是指电流或者电压经过浪涌保护器后所残余的电压或者电流值；一般为确保浪涌保护器发挥作用，所以在安装浪涌保护器时需要考虑其两级浪涌保护器之间的距离，而在浪涌保护器的响应时间选择上则遵循响应时间越短防雷击效果越好。

3.3浪涌保护器维护

为维持其基本性能需要对雷击后所有用电线路上的浪涌保护器进行维修和养护，以保证其能够正常使用，对浪涌保护器进行维修时主要通过以下方面：①每年雨季之前，当地气象局都需要对所有建筑物上的浪涌保护器进行检查，对有故障的浪涌保护器进行检查和维修；②维修人员需要对浪涌保护器的安装位置处进行定期的检查，主要检查浪涌保护器是否漏电，其保护器工作部位是否有积尘等，并及时对所发现的故障进行处理。

结束语

浪涌保护器在雷击时对用电线路以及该线路上所有的电子元器件都具有重要的作用，当地气象局工作人员必须要对辖区内建筑物的防雷级别进行估算，并选择合适的浪涌保护器，以实现对电路以及电子元器件的保护。

参考文献

[1]吴福杰,李志江,尚杰,等.电涌保护器标准分析[J].气象科技,2013,41(6):1017-1020.

[2]卢燕.电涌保护器的性能与试验方法研究[D].南京信息工程大学,2018.