淺談電涌保護器在電源系統(tǒng)中的應用

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摘要: 雷擊產生的雷電過電壓對建筑物中的電子信息系統(tǒng)具有極大的危害性, 從電源線侵入的雷電過電壓會損壞電子設備，輕則工作失效，重則發(fā)生永久性損壞，導致所在電子信息系統(tǒng)運行故障。為了維護電子設備的安全可靠運行，需要在電源系統(tǒng)中采取防雷保護措施，以抑制雷電過電壓，這些措施主要是在電源系統(tǒng)中設置多級電涌保護器。

關鍵詞:雷電過電壓  低壓電源系統(tǒng)  電涌保護器（SPD） 1  雷電過電壓的危害 隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代化水平的不斷提高，現(xiàn)代建筑物內安裝的電子信息設備和計算機設備越來越多。與此同時，這些設備對雷電的防護也提出了新的要求。根據近年來氣象部門雷災的統(tǒng)計，雷電從電源系統(tǒng)侵入造成低壓電氣設備損壞約占70%，特別是電子信息設備和計算機設備的損壞尤為嚴重，低壓電源系統(tǒng)的雷電過電壓保護顯得越來越重要。 2  雷電過電壓的侵害途徑 雷電過電壓主要通過兩種形式進行傳導：一種是雷電直接擊在金屬管線或地線上，雷電過電壓通過它們直接傳導致使設備損壞；一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應到金屬管線或地線上產生過電壓致使設備損壞，絕大部分設備損壞都是由這種感應而引起。 對于電子信息設備而言，危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量，主要通過以下三個通道產生瞬態(tài)過電壓：金屬管線通道，如自來水管、電源線、天饋線、信號線、航空障礙燈引線等產生的瞬態(tài)過電壓；其中金屬管線通道的瞬態(tài)過電壓和地線通道的地電位反擊是電子信息系統(tǒng)損壞的主要原因，它的最常見的損壞形式是在電源線路上引起的雷電過電壓損壞，所以電源線路防過電壓需作為重點來防護。 3  雷電過電壓的主要防護措施 由于電子元件耐受雷電電磁脈沖的能力很低，僅靠外部防雷不足以保護電子設備的安全，為了減少雷電電磁脈沖的干擾和破壞，現(xiàn)代防雷發(fā)展了包括共用接地、屏蔽、等電位連接、合理布線和過電壓保護等的內部防雷措施，來共同保障電子設備的安全。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬態(tài)過電壓限制在設備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內，將強大的雷電流泄入大地，保護被保護的設備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。 3.1 電涌保護器的防護原理 各種電氣設備的絕緣都是按一定的耐受電壓水平來設計的，為了設備的安全，需要對超過此耐受限度的過電壓加以抑制，將過電壓降低到絕緣耐受限度以內，這種過電壓抑制裝置通常就是電涌保護器。當電涌保護器兩端電壓達到和超過動作電壓時，它將導通，將雷電流泄入大地，對過電壓實施抑制，從而保護電氣設備不受沖擊損壞。 3.2 電涌保護器的選用 正確選擇和使用電涌保護器是保護設備和人身安全的關鍵，如不能正確的選擇和安裝電涌保護器就不可能起到保護設備的功能，甚至還會出現(xiàn)損壞設備和造成人員傷害的事故。因此電涌保護器的防護想要取得理想的效果，就要注重“在合適的地方合理地裝設合適的電涌保護器”。  由于雷擊的能量非常巨大，電源線路上往往會感應產生幾千伏到幾十千伏的高電位，然后以脈沖波的形式沿著線路傳播而侵入室內，因此需要在電源線路上安裝多級電涌保護器對電氣設備進行保護。分級保護的目的是利用每級的電涌保護器進行逐級泄放雷電過電壓的能量，使電壓限制在電氣設備能夠承受的水平，從而保護電氣設備。 3.2.1 第一級保護的選用 第一級電涌保護器用于LPAOA或LPZOB區(qū)與LPZ1區(qū)的交界處，一般情況下可采用波形為10/350us的三相電壓開關型電涌保護器，連接在用戶供電系統(tǒng)入口進線各相和大地之間，要求其雷電通流量不應低于60KA，該級電涌保護器是專為承受雷電和感應雷擊的大電流以及吸引高能量電涌而設計的，可將大量的電涌電流分流到大地，僅靠它是不能完全保護供電系統(tǒng)內部的敏感電氣設備的。 3.2.2 第二級保護的選用 雖然第一級電涌保護器泄放了大量的電涌電流，但仍有一部分對設備而言是相當巨大的雷電流會傳導過來，需要第二級電涌保護器進一步泄放。同時，經過第一級電涌保護器的傳輸線路也會感應出雷擊電磁脈沖輻射LEMP，當線路足夠長時感應的雷擊電磁脈沖輻射的能量就變得足夠大，也需要第二級防雷器進一步對雷擊能量實施泄放。 第二級電涌保護器應安裝在重要或敏感的電氣設備供電的分路配電箱處，一般情況下，用戶供電系統(tǒng)做到第二級保護就可以達到電氣設備運行的要求了。 3.2.3 根據被保護設備的耐壓等級，假如兩級防雷就可以做到限制電壓低于設備的耐壓水平，就只需要做兩級保護，假如設備的耐壓水平較低，可能需要三級甚至更多級的保護，就要選用相應級別的電涌保護器來限制電壓低于設備的耐壓水平。 3.3 電涌保護器安裝時的級間配合 在被保護線路中，安裝多級的電涌保護器時，應注意電涌保護器的級間配合問題。一般情況下，電壓開關型SPD與限壓型SPD之間的線路長度要大于10m，限壓型SPD之間的線路長度要大于5m，如果開關型SPD與限壓型SPD之間的線路長度小于10m或限壓型SPD之間的線路長度小于5m時，為實現(xiàn)多級SPD間的能量配合，應在SPD之間的線路上串接適當的電阻或電感，以此來消除保護“盲區(qū)”的問題。     參考文獻 [1] 虞昊，《現(xiàn)代防雷技術基礎》，1995年09月第一版 [2] 《建筑物防雷設計規(guī)范》GB 50057-94 2000年版 北京．中國計劃出版社 [3] 《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》GB 50343-2004北京．中國建筑工業(yè)出版社