低压配电系统防雷浪涌保护器的选择与配置

吴开恒

【摘要】通过对防雷浪涌保护器的原理和保护等级的分析，介绍该如何在低压配电系统中选择合适的防雷浪涌保护器从而达到防止浪涌电压和保护各种设备的安全。

【关键词】低压配电系统；防雷浪涌保护器；浪涌电压；防雷

一、概述

近年来IT设备逐步普及，在这个现代化的时代，电子信息显得必不可缺。现在的设备显然比以前的设备更加容易遭到浪涌电压的伤害，因为电子设备的耐压水平通常较低，电压也同样很低，所以这些浪涌电压对电子化设备而言无疑是很大的威胁，会对这些设备造成致命的打击。由此可见，低压配电系统安装防雷浪涌保护器是势在必行的。

二、浪涌

（一）由来

浪涌从何而来？浪涌（突波）根据字面解释很容易理解是指电压瞬间超过正常工作电压范围的过电压。通常短路或者电源切换能引起浪涌，而就根本而言，浪涌的发生往往只有百万分之一秒的时间，但这一瞬间却能产生一种剧烈的脉冲。

除了刚才所提到的原因会引起浪涌外，还有一种现象是由自然环境所引起的浪涌（常指雷电）。作为自然现象的一种——雷电，提起它就会想到自然灾害，它不仅对人类的安全造成威胁，还会对电子设备产生巨大侵害。目前为止雷电是人类不可避免的自然灾害之一，而对于电子设备，我们可以选择采用防雷浪涌保护器来保护设备使其不被雷电破坏。

（二）表现形式

浪涌出现时（产生的时间非常之短），电压电流的幅值通常是正常值得两倍或以上，其实浪涌无处不在，如下图：

（三）危害

如果设备的承受能力被电涌电压超过了，那么该设备会完全被破坏或使用寿命减少，亦或者由于浪涌长时间的累积破坏，会使设备故障频发影响工作效率。

三、浪涌保护器（SPD）

（一）设备的特点

浪涌保护器又称Surge Protection Device，出现于19世纪末期，用于架空输电线路，防止雷击损坏设备绝缘而造成停电，故称“浪涌保护器”（SPD）。现代的SPD用于限制过电压（电力系统中因雷电引起或者因系统操作产生），可以说是一种提供安全防护的电子装置。

通常浪涌保护器的特点在于能在短时间内面对电涌做出反应，可以使残压变低并且使通流量变大；不但如此，现在的浪涌保护器还采用了可以彻底防止火灾的新型技术——灭弧技术，可以将火灾的机率大大的降低；浪涌保护器多半还自带热保护（具备温控效果），可以保护电路；还装有电源指示灯可以对SPD的工作状态做出显示；更重要的是现在的浪涌保护器因其设计结构严谨，可以使得工作愈加稳定。

（二）工作原理

浪涌保护器是现代保护电子设备免遭雷电侵害的一种必备装置，它可以限制瞬时过电压，将这种过电压限制在设备能承受的正常电压范围内，从而保护设备不受损坏。换而言之浪涌保护器就是当电压超过一定值时导通，来保护电路不受大的损害。防止雷击等产生强大的尖峰电压和尖峰电流烧毁设备，遇到雷击时，浪涌保护器里面的触点会闭合，随之直接导入大地。

（三）设备的分类

按工作原理可将SPD分成开关型、限压型和分流型（或扼流型）三种类型。

（1）第一种类型（开关型）：指瞬时过电压时电压的表现力对电流的阻碍作用小，可是当雷电瞬时过电压需要得到响应时，SPD对电流的阻碍作用就立刻变为低数值，允许雷电流通过。放电间隙（Discharge Gap）、气体放电管（Gas Discharge Tube）、闸流晶体管（Thyristor）等可以被用作此类装置。

（2）第二种类型（限压型）：指瞬时过电压时电压的表现力对电流的阻碍作用小，可是随电涌电流和电压的增加其对电流的阻碍作用会逐渐减小，SPD电流电压特性为强烈非线性。氧化锌（Zinc Oxide）、压敏电阻（Varistor）、抑制二極管（Transient Voltage Suppressors）、雪崩二极管（Avalanche diode）等可以被用作此类装置。

（3）第三种类型（分流型或扼流型）：

分流型：SPD与被保护设备的所有电阻的输入（出）端分别被连接到一起，对电流脉冲表现为对电流的阻碍作用小，但对正常工作频率表现为对电流的阻碍作用大。

扼流型：SPD与被保护设备的各个元件被导线挨个连接起来，对电流脉冲表现为对电流的阻碍作用大，但对正常的工作频率表现为对电流的阻碍作用小。扼流线圈（Choke Coil）、高通滤波器（High-Pass Filter）、低通滤波器（Low-Pass Filter）等可以被用作此类装置。

按用途可将SPD分成电源保护器和信号保护器两种类型。

（1）第一种类型（电源保护器）：交流、直流、开关电源保护器等。

（2）第二种类型（信号保护器）：低频、高频、天馈信号保护器等。

（四）防护等级的确定

浪涌保护以必要的建筑物防雷为基础，存放有电子系统的建筑物至少应按照第三类防雷建筑物进行设计，按照GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》的标准设置屋顶避雷带、引下线、接地极，采取防雷电感应、防雷电侵入波等措施，设计时还应考虑设置共用接地系统、等电位接地系统，且电子系统设备应安装在LPZ1 及以上的防雷分区中，实现电源线路与信号线路的屏蔽隔离，电源系统的设计应满足相应的供配电设计规范、民用建筑设计规范、智能建筑设计规范和建筑物防雷设计规范的要求，应根据SPD级位配置、保护模式、通流容量、电压保护水平的要求，选择浪涌保护方案等级[1]。

（五）作用

上文已经提及SPD的作用是保护设备或系统不受强电流的冲击而损坏。

四、浪涌保护器（SPD）的选择与配置

（一）选择原则

我们在选择SPD进行安装时，不但要考虑其安装位置还要考虑其位置与其他设备的间距是否合适，而且要首先将电网的设计考虑在内（如：TN-S、TT、IT系统等）。SPD放的太近或太远都会对设备的保护产生不利的影响（太近会使设备和SPD会产生振荡波，太远则会起不到效果）。

除此之外，选择SPD也应该将安装处的电流量考虑在内，要确保选择的SPD元器件容量大，根据从生产商那里取得的数据对SPD进行评估并将SPD的使用寿命考虑在内，选择不易老化的。

（二）对SPD的保护

SPD可以进行自我保护，如果发生了短路的情况（特指在低压系统中），SPD因电流增大而发热，一旦温度达到1200°时，SPD可以自动进行热脱扣装置的动作（因热效应而动作的一种过载脱扣器），使得系统正常运行。

SPD也可以后保护，设计时一般加一个断路器在浪涌保护器前面作为对其的保护，SPD会因为长期过电压而造成短路，如果在其前面增加一个断路器的装置，那么当短路发生时断路器会自动切断主电源而保护了SPD，不会使其因为短路而受到损坏。

五、总结

浪涌电压（Surge Voltage）的损害在我们生活中是很常见的，诸如部分的电脑故障等都是由于浪涌电压引起的，可见浪涌保护器的重要性，只有对未来可能发生的事情先做好准备，等到未来障碍出现才不会惊慌失措、追悔莫及。而浪涌保护器正是做到了这一点，可谓是有备无患。更可靠更安全的设备才会使得我们的生活更加出彩，更加便利！

【参考文献】

[1]杨守胜. 低压配电设计中浪涌保护器的选择[J]. 现代建筑电气，2012，01：34-38.

[2]GB 50057-2010.《建筑物防雷设计规范》