浅析石化电气工程浪涌保护器的应用策略

张修三

（中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司热电厂供电二车间，黑龙江 大庆 163700）

雷电属于一类严重且常见的自然灾害，每年全世界由雷电灾害所引起的财产损失和人员伤亡几乎不计其数，且当代科技高速发展，石化电气工程中需要应用的电子设备或是微电子集成设备越来越多，由雷电过电压或是雷击电磁脉冲所引起的系统故障和设备损坏也就越来越多。为了尽量解决上述问题。有必要针对雷电灾害进行有效的防护，例如应用浪涌保护器即为较好的措施之一，其可对线路中的浪涌以及瞬时过电压等情况进行有效控制，属于防雷技术中的重要组成部分。

1 雷电基本情况

1.1 雷电的特点

防雷工作包括2个方面，分别是“内部防雷”和“外部防雷”。内部防雷工作主要包含防雷电感应、地电位反应、线路浪涌、雷电波入侵、电磁和静电感应等多方面措施，其中采用的方法主要为等电位连接，既可以是直接连接，也可以是借助SPD进行间接连接，以促使线路、金属体和大地共同构成一个条件适宜的等电位体，使由雷击或是其他浪涌所导致的内部设施实现分流，同时可以促使反应雷电流以及浪涌电流流入大地，从而起到保护人员及设备安全的作用。对于外部防雷来说，其中主要需要应用避雷针、引下线以及接地装置，主要功能则为避免建筑物本体直接遭受雷击侵袭，通过避雷针以及引下线，将可能导致建筑物受到雷击的雷电引入到大地。

从实际上来看，雷电的电压上升速度极快，同时能够呈现出电流大、峰值电压高、维持时间短、传播速度快、能量巨大的特点，属于浪涌电压之中破坏力最强的一类。

1.2 雷电和过电压的危害

（1）直击雷过电压。雷电过电压时，其能够直接针对房屋建筑物以及与地线相连接的全部电器设施进行雷击侵袭，雷云可以直接针对装置或是设备放电，同时接电网部分的地电位能够在极短的时间内大幅度上升，还能够随之产生电磁场。与此同时，雷电流产生的入地电流能够针对公共接地阻抗进行放电，使接地网在长和宽2个方面共同产生电压差，此时如果导线回路未进行等电位连接，将有可能出现火花放电。

（2）过电压感应雷。在电力系统上方如果存在雷雨云，线路能够感应出与雷雨云极性完全相反的束缚电荷，此时在雷雨云针对其他物体进行放电或是在附近云层进行放电之后，充电线路中包含的导体即能够产生感应电压，此极为感应雷。如果保护设备或是线路周围出现雷击情况，并且雷电未直接针对线路以及设备进行侵袭，导线上能够出现束缚电荷，同时闪电仅在云层间放电，而不针对地面放电，且雷云电荷消失速度极快，闪电可以对电荷进行释放，并快速涌向导线两端，导致电源和数据传输线路出现显著的过电压现象，也就能够导致电子设备受到破坏。

2 浪涌保护器分类

根据上文可以了解到，雷电在浪涌电压之中具有较强的破坏力，同时过电压能够产生多方面的危害，为了保障石化电气工程顺利且安全地进行，有必要合理应用浪涌保护器。在电子设备雷电防护之中，SPD属于占据重要地位的一类装置，其作用主要在于将窜入到信号传输线和电力线之中的瞬时过电压控制在系统或是设备完全可以承受的范围之内，或是引导雷电流进入到大地，以针对被保护的系统或是设备起到较好的保护作用，避免其受到雷电冲击。

根据工作原理，可以将SPD划分成为3个类型：（1）电压开关型：在未出现瞬时过电压时，能够呈现出高阻抗状态，而一旦对雷电瞬时过电压进行响应，阻抗则能够即时转化成为低阻抗，雷电流可由此通过，所以也被称为短路开关型SPD0；（2）限压型：在不具有瞬时过电压时，其处于高阻抗状态，但是在电压以及电涌电流持续增加的状态下，阻抗持续缩减，电流电压能够呈现出强烈非线性的特点，所以也可被称为钳压性SPD0；（3）组合型：由限压型组件以及电压开关型组件共同组合所构成的一类SPD，根据施加电压所具有的特性，可以呈现出限压型、电压开关型的特性或是二者兼具的特性。

3 浪涌保护器的实际应用

3.1 选型

对浪涌保护器进行安装之前，应该首先针对其开展全面的评估工作，根据系统实际情况选择型号适宜的浪涌保护器，需要注意的是，在一般情况下，需要将电源浪涌保护器以并联的形式连接于电路之中，弱电和信号控制浪涌保护器，则通常采用串联的形式连接于电路之中。对于建筑本身的交流供电线路来说。应该I类或是II类将浪涌保护器作为一级保护，全部被选中的浪涌保护器，其所具有的最大持续工作电压，均应在标称工作电压以上。并且，在电子设备机房配电箱以及配电线路分配电箱一类的后续防护区域交界位置，还可设置II类和III类浪涌保护器进行后级保护，如果存在产生瞬时过电压的可能性，则应保障浪涌保护器方面的电压相对最大标称工作电压更低。且若部分特殊位置中的短路电流量尚不明确，则应保障相应位置的浪涌保护器元器件工作性能达到一定的标准，以能够针对最佳猜测电流进行有效处理。特别是对于重要的或是特殊的电子信息设备，可以针对其电源端口的位置设置II类和III类浪涌保护器，以强化精细保护工作。与此同时，考虑到浪涌保护器的使用寿命，因为在完成浪涌保护器安装工作之后的1s之内，顺泰高电势可能导致浪涌保护器被损毁，所以应该根据工作电压的实际要求，选择最为适宜的浪涌保护器。

另外，在对浪涌保护器的级数进行设置时，应该注意对连接导线长度、保护距离、被保护设备的耐冲击电压额定值等多方面因素进行综合考虑，如果浪涌保护器已经不具有对电压进行有效控制的能力，则应于被保护设备附近适宜的位置加设浪涌保护器，而若数个浪涌保护器同时进行工作，还需针对各个浪涌保护器之间的关联性进行合理协调。

3.2 安装位置的选择

如果浪涌保护器的安装位置不适宜，将有可能导致资源浪费情况出现，甚至可能导致浪涌保护器完全失效，所以对浪涌保护器的安装位置进行合理选择十分重要。浪涌保护器自身的位置应该能够与被保护设备之间具有恰当的距离，针对被保护设备设置浪涌保护器的过程中，应首先保障浪涌保护器的位置处于入口部分，如果浪涌保护器距离被保护设备太远，其保护效果将大幅度下降，且若已经完成接地线的安装，与浪涌保护器进行连接的电缆，其长度则应尽量小，与此同时，如果浪涌保护器距离被保护设备太近，则易导致二者之间共同产生震荡波，既不利于浪涌保护器发挥自身作用，也不利于被保护设备正常运行。

3.3 保护配合原则

浪涌保护器的电压保护水平应该相对被保护设备所具有的冲击耐受电压更小，如果浪用保护器的电压保护水平过高，则应针对被保护设备适宜的位置设置二级浪涌保护器，且浪涌保护器与被保护设备之间电缆的长度应该尽量保持在0.5m左右，为了提升浪涌保护器的保护效果，使其既能够具有较低的残余电压，又能够对较强的电流进行承受，则需要将其划分成为不同的保护级别，其中I类保护可以对大电流和高电压进行承受，且能够快速实现灭弧操作，II类保护的主要目的则在于对系统端残余电压进行控制，其中斩波能力相对更强，并且，I类保护和II类保护之间的距离至少应为10m。与此同时，如果浪涌保护器与被保护设备之间的距离在30m以上，应在距离被保护设备较近的位置加设一浪涌保护器，否则不仅可能有震荡波导致浪涌保护器及被保护设备的正常应用受到影响，更有可能导致电缆感应电压引起设备破坏，也就不能起到保护作用。

3.4 级间配合原则

在开展工程设计工作的过程中，为了保障低压配电系统中防雷击电磁脉冲效果良好，一般应该选用多级保护的形式，也就是需要针对不同的位置合理设置浪涌保护器，保障相应位置的电流和消耗的能量不会导致系统出现劣化或损坏情况，同时还可满足不同位置的电压保护要求。一般一类保护应该将绝大多数的电流和能量泄入，二类保护次之，三类保护更少，但是从实际上来看，因为在同一线路之中的数个浪涌保护器的运行可能相互影响，所以实际的通流未必如设想一般可依次降低，而若各浪涌保护器之间不能实现充分的配合，电流或是电压未能在预定的浪涌保护器上进行泄放，而是在设定的后一级浪涌保护器上泄放，对于泄放能力相对薄弱的浪涌保护器来说，极有可能出现损坏情况，甚至可能发生爆炸。所以，为了保障浪涌保护器的应用效果良好，应该以雷电防护区的基本要求、雷电防护分级及被保护设备自身的抗扰能力共同作为基础，采用以下的方式进行级间配合。

第一，对于雷电防护区的各个交界位置LPZ0A、LPZ0S、LPZ01之间，由室外引入的线路，SPD在其中属于一类保护，LPZ1、LPZ2之间，由限压型SPD作为二级保护，针对三级配电箱输出端位置设置限压型SPD作为三类保护。第二，应该针对电源总配电柜的输出端设置标称放电电流相应的电压开关型SPD，一般来说，其属于最为重要的一个部分，原因在于其可分走约80%的电流。第三，针对分配电柜输出端，应该设置限压型SPD作为其中的二类保护。第四，针对终端配电箱输出端应设置限压型SPD作为其中的三级防护。第五，可以将混合型SPD或是串联型SPD应用于配电箱输出端，但是必须保障其技术指标与相关要求相符合。第六，必须保障SPD连接导线处于直且短的状态，尽可能缩减不同导体间的通电环路，也就可以缩减其中的响应时间，最好可以将导线长度控制在0.5m以内，同时应该将火线、零线以及地线为一体，注意不应以锐角的形式对电线进行弯折。

3.5 SPD的后备保护

限压型SPD的核心元件在于氧化锌压敏电阻，若其失效，相应的浪涌保护器必然出现故障，且一般可以将其中的故障划分成为2个类型：（1）由热击穿所导致的L2N/PE线的间接地短路，电流值能够引起后备过电流保护元件动作；（2）受到接地故障电流较小的影响，过流保护元件不动作，进而导致MOV发热起火。所以，应该针对浪涌保护器的外部前端设置后备保护原件，由此，在浪涌保护器不能及时将工频短路电流切断时，电流保护电器可及时进行动作，断开浪涌保护器与线路的连接，以避免浪涌保护器由过热而出现起火甚至爆炸等不良情况，同时电源可继续进行供电。

保障后备保护元件的合理应用，有利于提升系统整体以及浪涌保护器的安全性及可靠性，特别是提升后备保护元件和SPD之间的配合效果之后，应该能够在保障电流正常泄放的同时，为系统整体的安全性和用电设备的安全性起到保护作用。一般来说，可以选择将熔断器以及微型断路器作为后备保护元件。

4 结语

根据上文可以了解到，对于石化电气工程来说，合理应用浪涌保护器有利于优化其中配电线路的应用效果，且可以保障电压保护水平符合相关要求，同时为各项用电器件的持续正常运行提供基础。但是在此过程中，必须注意完善浪涌保护器的选型工作、安装位置选择工作，同时实时遵循保护配合原则、级间配合原则，同时完善后备保护措施，促使石化电气工程之中浪涌保护器得到有效应用。