浪涌保护器在防雷工程中的应用

陈方帅等

摘要：雷击及闪电电磁脉冲对电子系统的干扰和破坏日趋严重，在电气系统上加装SPD，可有效防止雷电电磁脉冲的侵入，避免浪涌脉冲信号破坏设备。详细介绍SPD的分类、主要参数、选择原则、保护配合方法，应用实例探讨SPD的安装方案，为SPD的应用提供应用。

关键词：浪涌保护器；防雷；安装

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）01-0041-03

随着信息网络的高速发展，智能化设备、通信设备的数量和规模不断扩大，使得这些电子信息设备抗雷击电磁脉冲保护的重要性凸显。合理的屏接和接地是减少浪涌过电压对人身及设备破坏的有效途径。在电气系统上加装浪涌保护器（以下简称SPD），可将浪涌电压限制在一定的耐压等级范围内，有效防止雷电电磁脉冲的侵入，避免浪涌脉冲信号破坏设备。现就SPD在防雷系统中的应用进行探讨。

1 SPD的分类及主要参数

1.1 分类

SPD是一种限制带电系统中瞬态过电压和引导泄放电涌电流的非线性防护器件，可使电气或电子信息系统免受雷击、操作过电压、涌流损害。

按使用的非线性元件特性，SPD分为以下类型：

1） SPD电压开关型SPD。当无电涌时，SPD呈高阻态；而当电涌电压达到一定值时，SPD突然变为低阻抗。因此，这类SPD被称为“短路开关型”，常用的非线性元件有放电间隙、气体放电管、双向可控硅开关管等。它具有通流容量大的特点，特别适用于LPZOA区域、LPZOB区与LPZ1区界面处的雷电浪涌保护，一般用于“3+1”保护模式中低压N线与PE线间的电涌保护。2） 限压型SPD。当无电涌时，SPD呈高阻抗；但随着电泳电压和电流的升高，其阻抗持续下降而呈低阻抗导通状态。这类非线性元件有压敏电阻、瞬态抑制二极管（如齐纳二极管或雪崩二极管）等。这类SPD常用于LPZOB区、LPZ1区及以上雷电防护区的雷电、操作过电压保护。3） 混合型SPD。其将电压开关型元件和限压型元件组合在一起。随所承受的冲击电压特性的不同，呈现电压开关型SPD特性、限压型SPD或特性同时呈现开关型及限压型特性。4） 用于通信和信号网络中的SPD除有上述特性要求外，还按其内部是否串接限流元件的要求，分为有限流无件SPD和无限流元件SPD。

按在系统中的用途，SPD分为电源系统SPD、信号系统SPD和天馈系统SPD；按端口型式和连接方式，SPD分为与保护电路并联接连的单端口SPD、与保护电路串联的双端口（输入、输出端口）SPD，以及适用于电子系统的多端口SPD等；按使用环境，SPD又分为户内型SPD和户外型SPD。

2.2 主要参数及定义

SPD的主要技术参数为持续工作电压UC和额定泄放电流isn，常标于产品铭牌上。

持续工作电压UC是指可持续施加在SPD端子上、SPD不动作的最大电压。如果SPD因电涌作用而动作，在泄放规定波形涌流（如8/20 μs，5 kA）后， SPD在此UC电压下切断来自电网的工频对地短路电流UC应大于低压线路可能出现的最大持续工频电压。在国外的220/380 V网络内，UC通常取280 V左右，但此UC值在我国不适用，因国外配电变电所接地电阻为1～2 Ω，而我国接地规范电阻为4～10 Ω。因此在发生低压相线接大地故障时，另两相对地电压常大于上述280 V的UC值，且长时间持续存在。在此故障电压作用下，SPD常被烧毁。因此，在我国应采用较大UC值甚至接近线电压的SPD，这将影响SPD对电涌的防护效果。

2 SPD的选择及保护配合

2.1 SPD的选用原则

1） 基本原则。SPD的电压保护水平Up应小于被保护设备的冲击耐受电压Uchoc，即Up﹤Uchoc。

2） Up过高原则。如果进线端SPD的Up与被保护设备的冲击耐压相比过高的话，则需在设备处加装二级SPD。

3） 0.5 m原则。SPD与被保护设备的两端引线应尽可能短，即0.5 m原则。

4） SPD两级配合的10 m原则。为提供最佳保护，既能承受更强的电流又有较小的残余电压，通常应用SPD作一级及二级保护。一级保护能承受高电压和大电流，并能快速灭弧。二级保护用来减小系统端的残余电压，应具有较高的斩波能力。两级SPD之间的最短距离为10 m。

SPD中的P2安装在P1的下级，通常它的各项参数指标都比P1小，如果它与P1安装得过近，P2有可能比P1更早动作，从而承受本应由P1承受的高能量。为避免这种情况，通过增加P1和P2之间的接线长度来使P2上承受的电压下降，因P2两端的电压等于P1两端的电压减去电缆上的感应电压。

给定P1的触发电压为2.5 kV，P2的触发电压为1.5 kV，欲使P2动作，其两端的电压至少要达到1.5 kV，而此时P1两端的电压为U1+U2+U3，即1000+1500+1000 V，P1的触发电压2.5 kV，于是P1会在P2达到触发电压前动作，把电流导入大地，释放引起过电压的能量。而P2在P1两端的残余电压超过3.5 kV时提供第二级保护。

5） 30 m原则。当进线端的SPD与被保护电气设备之间的距离大于30 m时，应在离被保护设备尽可能近的地方安装另一个SPD。反之，如果不增加一级保护，由于电缆距离较长，P1上的残压加上电缆感应电压仍可能损坏设备，不能起到保护作用。

2.2 保护配合要求

2.2.1 SPD的保护 SPD都有最大通过电流Imax，这是能承受的最大电流。当超出这个值或长期工作于感应过电压状态时，SPD被击穿造成短路。在图1中，如果SPD上未串接断路器C2，则线路断路器C1跳闸；由于故障电流Icc仍存在，故只有SPD被更换后，D1才能重新合闸，不能保证供电的连续性。解决上述问题的措施是在SPD上端串联一个断路器。图1中，C2断路器的额定电流应根据SPD的最大放电电流Imax选择，并采用C型脱扣曲线，其分断能力必须大于安装处的最大短路电流（详见表1），并且要求断路器在额定电流下施加20个标准的8.0/20 μs和1.2/50 μs测试脉冲时不脱扣，但SPD短路时要确保动作。

2.1 2 SPD与漏电保护器的配合 雷电电击时，在SPD将过电流泄放入地的过程中，要保证电源的漏电保护开关不能动作。在电源进线端采用I△n=300/500 mA，并带延时跳闸的漏电保护开关，在设备端选择I△n=30 mA的漏电开关，对特别重要负荷（如计算机等）采用SI型漏电开关（SI型对大气过电压不敏感）。这样配置的配电系统，可保护上、下级的选择性，同时与SPD很好地配合，详细情况见图2。

3 SPD安装方案

在三相四线TN-C-S系统内，只需安装3只SPD，这是因为在进线处PEN线即分为PE线和N线，并通过与等电位联结用的接地母排相连接接地，即N线已为地点位，所以没有必要在N线上装设SPD。系统中SPD接线示例如图3所示。TT系统中SPD接线示例见图4。

SPD正常泄漏电流很小，但泄漏电流会随雷击次数的增加而增加，导致器件发热老化，绝缘性能变差。因此，SPD一般都应带有在达到最大可承受热量前断开SPD的热分断装置，并要求带温度失效指示，还可带远程指示，详见图5。

4 结语

建筑物的防雷击电磁脉冲已越来越被人们所重视，合理应用SPD来保护系统和设备成为必然趋势。在防雷击电磁脉冲过程中，应首先做好建筑的接地、屏蔽等措施，提供一个良好的电磁环境，并对工程进行评估，确定系统和设备需耐受的预期最大浪涌电压。根据不同的配电系统来安装SPD，确保SPD的参数与被保护设备相匹配，且尽量选择技术性能比较高的产品，以确保设备安全、可靠地运行。

参考文献

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[3] 曲扎江措.低压配电系统中采用多级SPD配合保护[J].西藏科技，2012（11）：63-65.

Abstract： The interference and destruction of lightning stroke and lightning electromagnetic pulse to electronic system are becoming more and more serious. It is necessary to install SPD in electronic system for effectively inhibiting the invasion of lightning electromagnetic pulse， it can avoid surge pulse signal destroying the devices. The paper introduces the classification of SPD， main parameter， selection principle and protection method， provides a reference for the application of SPD by taking practical example to discuss the installation plans of SPD.

Key words： surge protector； lightning protection； installation