電涌保護(hù)器的合理選擇分析

孫　龍　賈棟祥　陸承相

[摘要]主要簡(jiǎn)述SPD的定義和參數(shù)，并從實(shí)際性和參數(shù)上對(duì)SPD的選擇進(jìn)行分析，為正確選擇SPD提供一定的依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]SPD 參數(shù) 選擇

中圖分類號(hào)：TM1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2009）0110115-01

電涌保護(hù)器的英文縮寫為SPD（Surge Protective Device），在GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中，SPD定名是過(guò)電壓保護(hù)器，最近已更名為電涌保護(hù)器，其定義是：用以限制瞬態(tài)過(guò)電壓和引導(dǎo)電涌電流的一種器具，它至少應(yīng)包括一種非線性元件。過(guò)去國(guó)內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠商把SPD稱為避雷器、低壓避雷器、電子防雷器，其實(shí)不夠準(zhǔn)確，易與使用于高壓避雷供電系統(tǒng)的避雷器相混淆。

一、表征SPD性能的主要技術(shù)參數(shù)

IEC61643-1中規(guī)定了用于低壓配電系統(tǒng)的SPD的使用環(huán)境是：

1000VAC（交流）50/60Hz和1500VDC（直流）以下電路系統(tǒng)中的SPD，使用高度不超過(guò)2000m，貯備和使用時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)在－5℃～40℃之間，特殊情況下可擴(kuò)展到－40℃～70℃之間，相對(duì)濕度在常溫下為30%～90%。在此范圍之外的惡劣環(huán)境下和使用于戶外或暴露在日光中或處在其它輻射源之下的SPD應(yīng)有特別的設(shè)計(jì)要求。

表征SPD性能的技術(shù)參數(shù)主要有：

1.標(biāo)稱電流In：流過(guò)SPD8/20μs電流波的峰值。用于Ⅱ級(jí)分類試驗(yàn)與I級(jí)分類試驗(yàn)的預(yù)處理。

2．最大放電電流Imax：流過(guò)SPD8/20μs電流波的峰值。用于Ⅱ級(jí)分類試驗(yàn)。Imax大于In。

3．沖擊電流Iimp：規(guī)定包括幅值Ipeck和電荷Q。

4．最大持續(xù)工作電壓Uc：可持續(xù)加于電涌保護(hù)器的最大方均根電壓或直流電壓。

5．電壓保護(hù)水平Up：在電壓限制SPD。Up是標(biāo)稱放電電流In下的殘壓，又稱SPD的最大鉗壓。在電壓開(kāi)關(guān)型SPD，Up是指在規(guī)定雷電波形下的最大放電電壓。

6．殘壓Ur：是指通過(guò)SPD時(shí)兩端出現(xiàn)的最大電壓。

7．續(xù)流If：當(dāng)SPD放電動(dòng)作剛結(jié)束瞬間，流過(guò)SPD的由供電電源提供的工頻電流。

8．8/20：內(nèi)部防雷雷電流波形。

9．10/350：直接雷擊的標(biāo)準(zhǔn)雷電流波形。

二、選擇SPD的基本原則

（一）用戶是否需要安裝SPD的選擇

1．在低壓供（配）電系統(tǒng)裝置中的設(shè)備均應(yīng)具有一定的耐受浪涌能力（耐沖擊過(guò)電壓能力）。當(dāng)無(wú)法獲得220/380V三相系統(tǒng)各種設(shè)備的耐沖擊過(guò)電壓值時(shí)，可按IEC60664-1的給定指標(biāo)選用。見(jiàn)表1

注：Ⅰ——類需要將瞬態(tài)過(guò)電壓限制到特定水平的設(shè)備；

Ⅱ——類如家用電器、手提工具和類似負(fù)荷；

Ⅲ——類如配電盤、斷路器、布線系統(tǒng)（包括電纜、母線、分線盒、開(kāi)關(guān)、插座），應(yīng)用于工業(yè)的設(shè)備和一些其他設(shè)備（例如永久接至固定裝置的固定安裝的電動(dòng)機(jī)）；

Ⅳ——類如電氣計(jì)量?jī)x表、一次線過(guò)流保護(hù)設(shè)備、波紋控制設(shè)備。

鑒于集成化程度很高的電子設(shè)備是通過(guò)微電位和小電流進(jìn)行工作的，其元件的耐沖擊能量很低，因此從一次性投資與效益（主要指該信息系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停頓的風(fēng)險(xiǎn)）之比出發(fā)，可能需要設(shè)置耐沖擊電壓更低的安裝位置類別，如將Ⅰ類安裝類別定為500V或耐沖擊電壓值更低，在實(shí)際低壓運(yùn)行中雷電過(guò)電壓常常大于6KV，因此必須考慮SPD的選擇問(wèn)題。

2．需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，看是否需要使用SPD，需要使用多少級(jí)SPD，然后對(duì)SPD能量承受能力分析等。

（二）SPD保護(hù)能力的選擇

按EMC原理將建筑物按需要防護(hù)的空間由表及里劃分為不同的雷電防護(hù)區(qū)：直擊雷非防護(hù)區(qū)、直擊雷防護(hù)區(qū)、第一防護(hù)區(qū)、第二防護(hù)區(qū)、后續(xù)防護(hù)區(qū)。

在LPZ0與LPZ1區(qū)交界處因沖擊電流幅值較大（200～100kA），持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（T2為350μs），因而要求SPD具有較大的通流能量和最大承受能量（Emax）值，所以應(yīng)選用開(kāi)關(guān)型SPD，但由于開(kāi)關(guān)型SPD的弱項(xiàng)是響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)和大多帶有續(xù)流和殘壓較大等，因此從能量配合角度出發(fā)需要在LPZ1和LPZ2區(qū)交界處選用SPD2，在敏感電子設(shè)備前端選用SPD3……SPDn等，其安裝位置也就是等電位連接位置基本都在各雷電防護(hù)區(qū)的交界處，如LPZ2與LPZ3區(qū)交界處。

（三）多級(jí)SPD的能量協(xié)調(diào)

一般來(lái)說(shuō)，僅在靠近被保護(hù)設(shè)備處安裝一個(gè)SPD是不夠的。由于電磁兼容原因（為避免浪涌電壓產(chǎn)生的電磁干擾，最好在入口處進(jìn)行分流）和為了對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)（避免導(dǎo)線之間的閃絡(luò)），最好在設(shè)備的入口處安裝SPD。如果設(shè)備不在入口處安裝的SPD的保護(hù)范圍內(nèi)，有必要在靠近設(shè)備處另行安裝一個(gè)SPD，此時(shí)也應(yīng)考慮其協(xié)調(diào)性。

在國(guó)標(biāo)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94（2000年版）中，第6.4.11條規(guī)定“在一般情況下，當(dāng)在線路上多處安裝SPD且無(wú)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)，電壓開(kāi)關(guān)型SPD與限壓型SPD之間的線路長(zhǎng)度不宜小于10m，限壓型SPD之間的線路長(zhǎng)度不宜小于5m?！?；另外，在信息產(chǎn)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《通信局（站）雷電過(guò)電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》YD／T 5098-2001中，第3.7.8條規(guī)定“當(dāng)上一級(jí)SPD為開(kāi)關(guān)型SPD，次級(jí)SPD采用限壓型SPD時(shí)，兩者之間的電纜線間距應(yīng)大于10m。當(dāng)上一級(jí)SPD與次級(jí)SPD都采用限壓型SPD時(shí)，兩者之間的電纜線間距應(yīng)大于5m。”

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著防雷事業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)防雷越來(lái)越重視，合理的使用SPD，不僅經(jīng)濟(jì)上可以節(jié)約成本，同時(shí)也可以更好的提高SPD的保護(hù)性能。