浅谈广播电视微波站电涌保护器的选择

付 强

(山西广播电视无线管理中心,山西 太原 030001)

在广播电视微波站长期的维护管理工作中，雷击和瞬间过电压会通过电源进入机房设备，导致传输数据受到干扰、丢失，甚至设备损毁、数据传输中断，威胁到广播电视安全播出，其造成的影响更大于直接经济损失。电涌保护器通过多级吸收泄放防护，能显著降低雷电影响，有效保护通信设备安全稳定运行。

1 电涌保护器的工作原理

各种电气设备均有额定的工作电压，并且能够承受一定的瞬态过电压。瞬态过电压电涌一般由雷电感应经电源和信号线路引入，或由于电网的大负载投切造成。当回路受到外界进入的瞬态电涌电压超过电气设备所能承受的最大瞬态过电压时，就会造成电气设备损坏。

电涌保护器(Surge Protection Device,简称SPD)在本质上是避雷器，能够对电路中产生的瞬态过电压进行有效抑制，电涌保护器主要由避雷器、压敏电阻、稳压二极管和齐纳二级管等能抑制过电压的电气元件组成，电涌保护器一般并联在电源的进线处。当回路中正常工作时，电涌保护器与被保护电路之间互不影响；当因遭受雷击或电网的大负载投切产生的电涌进入电源回路，电涌保护器可以在极短的时间内导通分流，从而避免电涌进入通信设备造成影响、造成损失，保障通信系统安全稳定[1]。

2 SPD的主要技术参数

SPD的主要技术参数有持续工作电压UC，额定泄放电流Isn和残余电压Ures。持续工作电压UC是指可持续施加在SPD上，SPD不动作的最大电压。UC应大于低压线路可能出现的最大工频持续对地过电压，IEC标准规定，TN系统内UC应大于1.1U0(U0为相电压)，TT系统因易于发生电气线路对地电位升高的故障，UC应大于1.5 U0。由于供电网压偏差较大，尤其各高山台站一般处于电网末端供电线路长，且地形复杂，变台接地电阻取值较高等因素，易发生暂态或持续对地工频过电压，UC应适当取较大些的参数值为宜。

泄放电流Isn值与当地雷电强度、电源线路类别、有无下级SPD以及被保护设备对涌流的敏感度有关。防雷系统未安装防直接雷击防护装置时，电源进线处的电涌保护器Isn不小于5 kA(8/20μs波形)，当有防雷装置时，由于直接落雷时瞬变电磁场的加强Isn应取更大值，其值可取25 kA(10/350μs波形)。Ures为SPD泄放涌流时端子间的电涌残压代表对电涌过电压的防护水平。对于微波站的SPD，Ures同样应小于被保护微波设备所能承受的过电压水平。

3 SPD的适用及安装位置

一般的工厂、家庭电气设备预防电涌过电压，因耐压等级及绝缘要求的不同，在电源进线处装设一级SPD即可达到保护目的，而对于微波站电源系统中的雷电保护，一般采用多级防护、逐级限压的方式配置电涌保护器。

1) 第一级配置交流电涌保护器，对直击雷电流进行泄放。交流电涌保护器安装位置在交流配电柜中三相交流电进线处,在高山多雷区和强雷区的极端情况下,容量为150 kA[2];

2) 第二级配置单相电涌保护器，对前级避雷器泄放后的残余电压进行二次防护，并且对感应雷击进行防护。单相电涌保护器一般装在开关电源柜中,容量为40 kA[2];

3) 第三级配置直流电涌保护器，微波设备使用-48 V直流供电，选用相应的直流电涌保护器，安装在直流电源处，容量为30 kA[2]。

电源电涌保护器的最大持续工作电压越低，其限制电压越低，保护作用越大。但持续工作电压不应低于供电系统的供电电压，在供电电压下电涌保护器不能导通。此外，考虑到供电电压波动，电涌保护器的最大工作电压应保证有足够的冗余。在工程中，选取的最大连续工作电压：三相电源电涌保护器为385 V，单相电源电涌保护器为320 V，直流电源电涌保护器为85 V[2]。

4 安装SPD后的泄流路径及安全防范措施

电涌保护器对安装位置和工作环境有一定的要求，为了发挥电涌保护器最大作用，以在保证技术人员操作安全前提下，在安装时应当注意以下几个方面：

1) 电涌保护器的安装方式与电源接地系统有直接关系，TN系统：在单相TN-C-S系统中，PE·N线因通过等电位连接接地，无需装SPD；TT系统：TT系统三相电源每相都应装设SPD。因电气设备中性线不允许接地，中性线对地同样会受到雷电压感应发生涌压，所以中性线也需装设SPD。

2) 为取得较好的防电涌效果，SPD与相线、中性线和PE线的连接应尽量短捷，IEC标准中规定，SPD连接线的全长不宜超过0.5 m，将SPD直接安装在配电箱或母排之间最为短捷。该标准还规定SPD连接线为截面不应小于4 mm2的铜芯线。当建筑物装有防直接雷击的防雷装置时，由于雷电瞬变电磁场强度增大使涌流也增大，连接线的截面至少为10 mm2。

3) 压敏电阻类的SPD可能会因雷击损坏而短路，也可能会因使用时间长泄漏电流增大而寿命终了，当泄漏电流增大至一定值时，上面的发光二极管不再发光或以其它方式显示寿命终了，此时应更换，如果更换不及时将会因相线对地短路造成接地故障，从而引起线路过流和人身间接触电事故。有的SPD产品附带有过流分断元件,而对不带此元件的SPD应在SPD上连接熔断器作为保护，也可利用电源线路上的过流防护电器，后一方式比较节省、简单，但会引起电源线路的停电，在广播电视微波站很少采用。

4) SPD短路时在TN系统的PE·N线上产生故障电压降，此故障电压沿PE·N线传导至外壳上，如果故障电压大于接触电压限值(干燥场所50 V，潮湿场所为25 V)，就有可能引起触电事故，SPD前的熔断器、断路器不能有效防止这种触电，故应在SPD前端安装漏电保护设备。

5) 电源进线处安装的放电间隙在泄放大的涌流时会喷发炽热的游离气体，容易引燃起火，所以安装环境应做好消防措施。