浅谈电涌保护器在仪表中的应用

2020-04-06胡倩

数字通信世界 2020年3期

关键词：控制室保护器保护装置

胡倩

（南京菲尼克斯电气有限公司，南京 210000）

0 引言

要有效的防护电涌电压，必要的雷电防护措施是至关重要的。尤其是对于精密的仪器仪表而言，如何正确运用电涌保护器实现对仪器仪表的保护是值得进一步探究的。本文主要阐述了电涌保护器在现场仪表和控制终端的工作原理及运用，以实现对设备的良好保护。

1 电涌保护器的基本原理

电涌电压是持续时间极短，有陡峭上升沿的脉冲电压或瞬态电压。雷击是最为人们熟知的导致该类电涌电压的原因之一。当电涌产生时，需要一种为各种设备电路提供安全保护的装置，即电涌保护器，其作用就是在发生电涌电压时，可以快速响应，将雷电流导入到大地，确保系统的瞬时电位差维持在稳定区间内，不造成任何设备的损坏，同时要确保设备的正常运行。

2 电涌保护器在现场仪表中的应用

2.1 电涌保护器的构成部件

目前，常用的电涌保护器，主要由气体放电管（GDT）、瞬态抑制二极管（TVS）及退耦元件组成，其中，退耦元件包含电阻R1、电阻R2等元件，结构图如下。

2.2 电涌保护器的工作原理

（1）共模保护：共模保护主要由气体放电管（GDT）完成，在导线上传输的就是共模电压，两根导线做去路，地线做返回路传输，从而实现保护电压和电流的作用。

（2）差模保护：通过GDT+TVS+退藕元件进行运作，虽然TVS的通流与传输能力较差，但是其反应能力极快，且保护后的残压会比较低，所以需要配合GDT实现差模保护作用，如果电涌超出了TVS的承受范围，那么，GDT会立刻启动，避免TVS被损坏；此外，为了协调GDT、TVS之间的正常运转，还需要选择合适的退耦元件进行配合。

2.3 电涌保护器在现场仪表端的应用形式

在现场仪表中，通常会安装外接式的电涌保护器，可以不改动仪表的保护、防爆等结构，直接安装在仪表本体的备用螺纹接口上，然后将保护器并联在接线柱上，接线示意图如下：

二线制现场仪表接线方式

其次，对于现场仪表保护，也可以使用电涌保护器和保护箱相结合的形式，在保护箱内安装电涌保护器，然后将电涌保护器连接在现场电缆的端子上，并且使用导线与被保护仪表的接地线或者和电涌保护器的接地线进行连接，其中，连接导线的长度应小于五米。

3 电涌保护器在控制室端应用

3.1 信号电涌保护器在控制室端的应用

在本质安全防爆回路中，需要在现场设备与安全栅之间安装电涌保护器，一般情况下，电涌保护器都是放置在安全栅柜中，需要注意的是不能将两者同时安装在同一个导轨上。此外，由于本质安全接地汇流导轨与电涌保护器的接地汇流导轨是相通的，因此，两者的接地电位也是相同的，并且电涌保护器接地汇流导轨需要与总接地排相连。其结构图如下：

3.2 电源电涌保护器在控制室端的应用

在进行电涌防护器安装的时候，需要结合整个系统的情况，不然很容易出现由于电源供电端口数量较少，没有安装电涌保护器，从而导致雷电流从电源线路直接传输到仪表控制系统中，对仪表设备造成损害的情况。因此，作为仪表操作人员，需要定期检查是否有安装合适的电源电涌保护器。

一般情况下，对于电源系统的保护，主要使用不低于三级的保护模式：第一级，使用T1类电源电涌保护器，并且确保雷电脉冲电流超过15kA。第二级，电涌保护器的放电电流In的区间为20kA至40kA之间，如果二级配电柜数量比较少，那么可以选择放电电流In大一点的；反之，如果二级配电柜数量比较多，那么可以选择In小一点的。第三级，电涌保护器放电电流In为10kA。如果在选择电涌保护器的时候，没有确保能量的配合，很可能会出现第一级电涌保护器在没有运作的情况下，第二级或第三级电涌保护器已经损坏了，如果仅仅安装了第一级、第二级的电涌保护器，电涌电压也无法控制在合适的范围区间内，最终损坏后端敏感设备。

此外，对于电源电涌保护器而言，如果发生了问题较大故障事故，那么很容易出现火灾，所以，还需要配合安装后备保护装置（F2），并且符合以下安装标准：①在发生雷电流冲击的时候，不运作；②在电涌保护器出现问题的时候，及时运作；③实现与主回路保护装置相互配合的作用，并且确保后备保护装置F2的运作是优于主回路保护装置F1的，以保证系统可以实现连续供电。为了确保电涌保护器可以正常运作，应定期对电涌保护器进行检查和维护。一般情况下，电源电涌保护器都有工作状态指示窗口，当状态指示窗口变成红色，就需要及时更换损坏的电涌保护器。此处应注意，电涌保护器出现老化却又没有损坏的情况，凭肉眼是无法判断的，此时必须使用专业的设备，如CHECKMASTER现场测试仪，对电涌保护器进行检测与排查。排查工作应安排在每年雷雨季节来临之前完成。