浪涌保護(hù)器的選型與后備保護(hù)

劉 軍

(中鹽工程技術(shù)研究院有限公司，天津 300450)

1 概述

浪涌保護(hù)器，也叫防雷器，英文簡寫為SPD，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對回路中其他設(shè)備的損害。

某家為機(jī)房電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電回路的過電壓保護(hù)裝置SPD燒毀，維修人員更換SPD，結(jié)果在雷雨天氣連續(xù)2次造成設(shè)備主板燒壞，事后經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)維修人員沒有細(xì)看SPD型號，更換了一個(gè)一級試驗(yàn)的SPD,造成有雷電流時(shí)殘壓過高，不能對計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)，重新按Ⅰ類電子信息設(shè)備選型更換，設(shè)備運(yùn)行正常。

因此， SPD選型很重要，在設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)中一定要按照防雷級別和設(shè)備的類別選擇SPD。

2 SPD的分類

(1)開關(guān)型SPD，又稱雷電流避雷器，這種SPD在沒有電涌時(shí)為高阻抗，但一旦響應(yīng)電壓電涌時(shí)其阻抗就突變?yōu)榈椭?，用作這種非線性裝置的常見例子有放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管(可控硅)及三端雙向可控硅開關(guān)。

(2)限壓型SPD，這種SPD在沒有電涌時(shí)為高阻抗，但隨著電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，用作這類非線性組件的例子是壓敏電阻和抑制二極管。

(3)聯(lián)合型SPD，這種SPD由電壓開關(guān)型部件和限壓型部件聯(lián)合組裝在一起，根據(jù)二者的聯(lián)合參數(shù)和應(yīng)用電壓特性可組合裝成具有電壓開關(guān)﹑限壓或這兩種特性兼有的聯(lián)合型SPD。

3 SPD的主要性能、指標(biāo)

3.1 最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc

可以持續(xù)施加于電涌保護(hù)器的最大交流有效值電壓或最大直流電壓，等于電涌保護(hù)器的額定電壓。

3.2 沖擊電流Iimp

用于電源的第一級保護(hù)SPD，反映了SPD的耐直擊雷能力(采用10/350 μs波形)。包括幅值電流Ipeak和電荷Q，其值可根據(jù)建筑物防雷等級和進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施(導(dǎo)電物、電力線、通訊線等)進(jìn)行分流計(jì)算。

3.3 標(biāo)稱放電電流In

流過SPD的8/20 μs電流波的峰值電流，用于對SPD做Ⅱ級分類實(shí)驗(yàn)或做Ⅰ級分類實(shí)驗(yàn)的預(yù)處理。對于Ⅰ級分類實(shí)驗(yàn)In不小于15 kA，對于Ⅱ級分類實(shí)驗(yàn)In不小于5 kA。

3.4 保護(hù)電壓水平Up

在標(biāo)稱放電電流(In)下的殘壓，又稱SPD的最大鉗壓，對于電源保護(hù)器而言，可分為一、二、三、四級保護(hù)，保護(hù)級別決定其安裝位置，在信息系統(tǒng)中保護(hù)級別需與被保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備的耐壓能力相匹配。

4 電涌保護(hù)器SPD的主要性能、指標(biāo)的確定

4.1 最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc的選擇

選擇220/380 V三相系統(tǒng)中的電涌保護(hù)器時(shí)，其最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc應(yīng)符合表1規(guī)定。

4.2 SPD的電壓保護(hù)水平Up的選擇

SPD的電壓保護(hù)水平應(yīng)滿足表2的要求。

表1 電涌保護(hù)器取決于系統(tǒng)特征所要求的最大持續(xù)運(yùn)行電壓最小值Tab.1 The SPD depends on the minimum value of the maximum continuous operating voltage required by the system characteristics

注:(1)標(biāo)有①的值是故障下最壞的情況,所以不需計(jì)及15%的允許誤差；(2)U0是低壓系統(tǒng)相線對中性線的標(biāo)稱電壓,即相電壓220 V;(3)此表基于按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器(SPD)第1部分:性能要求和試驗(yàn)方法》(GB 18802.1)做過相關(guān)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器產(chǎn)品

注：(1)Ⅰ類——含有電子電路的設(shè)備,如計(jì)算機(jī)、有電子程序控制的設(shè)備；(2)Ⅱ類——如家用電器和類似負(fù)荷；(3)Ⅲ類——如配電盤,斷路器,包括線路、母線、分線盒、開關(guān)、插座等固定裝置的布線系統(tǒng)，以及應(yīng)用于工業(yè)的設(shè)備和永久接至固定裝置的固定安裝的電動(dòng)機(jī)等的一些其他設(shè)備;(4)Ⅳ類——如電氣計(jì)量儀、一次線過流保護(hù)設(shè)備、濾波器

4.3 SPD的雷擊沖擊電流Imp及標(biāo)稱放電電流In的確定

(1)在已具備防雷裝置的情況下使用SPD防止直接雷擊或在建筑物臨近處被雷擊引起的瞬態(tài)過電壓時(shí)，應(yīng)根據(jù)雷電防護(hù)區(qū)分區(qū)的原則選用I級試驗(yàn)、Ⅱ級試驗(yàn)、Ⅲ級試驗(yàn)的SPD。

(2)在建筑物電氣裝置中使用SPD限制從電源系統(tǒng)傳來的大氣瞬態(tài)過電壓(由間接的，遠(yuǎn)處的雷擊引起的)和操作過電壓時(shí)，可選用Ⅱ級分類試驗(yàn)的SPD及必要時(shí)加裝Ⅲ級分類試驗(yàn)的SPD。

5 低壓電源系統(tǒng)中SPD的選擇及安裝位置

5.1 信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖的防護(hù)

應(yīng)按其所處的建筑物條件、信息設(shè)備的重要程度、發(fā)生雷擊事故嚴(yán)重程度等進(jìn)行雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估，將信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖的防護(hù)分為一、二、三、四級，分別采用相應(yīng)防護(hù)措施：

一級,宜在低壓系統(tǒng)中采取3～4級SPD進(jìn)行保護(hù)；二級，宜在低壓系統(tǒng)中采取2～3級SPD進(jìn)行保護(hù)；三級，宜在低壓系統(tǒng)中采取2級SPD進(jìn)行保護(hù)；四級，宜在低壓系統(tǒng)中采取1級或以上SPD進(jìn)行保護(hù)。

5.2 SPD在電源系統(tǒng)中的安裝位置如下

(1)在LPZ0A區(qū)和 LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)交界面處連續(xù)穿越的電源線路上應(yīng)安裝符合I級分類試驗(yàn)的SPD，如總電源進(jìn)線配電柜內(nèi)、配電變壓器的低壓側(cè)主配電柜內(nèi)、引出至本建筑物防直擊雷裝置保護(hù)范圍以外的電源線路的配電箱內(nèi)。

(2)在LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)交界面處穿越的電源線路上應(yīng)安裝符合Ⅱ級分類試驗(yàn)的SPD，如引出至該建筑物防直擊雷裝置的保護(hù)范圍之內(nèi)的屋頂風(fēng)機(jī)、屋頂廣告照明的電源配電箱內(nèi)。

(3)當(dāng)電源進(jìn)線處安裝的電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓保護(hù)不了該配電箱供電的設(shè)備時(shí)，應(yīng)在該級配電箱安裝符合Ⅱ級分類試驗(yàn)的SPD，其位置一般設(shè)在LPZ1區(qū)和LPZ2區(qū)交界面處。如：樓層配電箱、計(jì)算機(jī)中心、電信機(jī)房、電梯控制室 、有線電視機(jī)房、樓宇自控室、保安監(jiān)控中心、消防中心、工業(yè)自控室、變頻設(shè)備控制室、醫(yī)院手術(shù)室、監(jiān)護(hù)室及裝有電子醫(yī)療設(shè)備的場所的配電箱內(nèi)。

(4)對于需要將瞬態(tài)過電壓限制到特定水平的設(shè)備(尤其是信息系統(tǒng)設(shè)備)，應(yīng)考慮在該設(shè)備前安裝符合Ⅲ級分類試驗(yàn)的SPD，其位置一般設(shè)在LPZ2區(qū)和其后續(xù)防雷區(qū)交界面處。如：計(jì)算機(jī)設(shè)備、信息設(shè)備、電子設(shè)備及控制設(shè)備前或最近的插座箱內(nèi)。

6 SPD的后備保護(hù)

現(xiàn)在電涌保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)有的在其前面加熔斷器保護(hù)，有的加微型斷路器保護(hù)，兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。

6.1 熔斷器的主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

(1)采用熔斷器作為后備保護(hù)元件具有殘壓低,選擇性好。上下級熔斷器的熔斷體額定電流只要符合國標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過電流選擇比為1.6 ∶1的要求，即上級熔斷體額定電流不小于下級的該值的1.6倍，就視為上下級能有選擇性切斷故障電流。

(2)限流特性好，分?jǐn)嗄芰Ω摺?/p>

(3)相對尺寸較小。

(4)價(jià)格較便宜。

6.2 熔斷器的主要缺點(diǎn)和弱點(diǎn)

(1)故障熔斷后必須更換熔斷體。

(2)保護(hù)功能單一，只有一段過電流反時(shí)限特性，過載、短路和接地故障都用此防護(hù)。

(3)發(fā)生一相熔斷時(shí)，對三相電動(dòng)機(jī)將導(dǎo)致兩相運(yùn)轉(zhuǎn)的不良后果，當(dāng)然可用帶發(fā)報(bào)警信號的熔斷器予以彌補(bǔ)，一相熔斷可斷開三相。

(4)不能實(shí)現(xiàn)遙控，需要與電動(dòng)刀開關(guān)、開關(guān)組合才有可能。

6.3 斷路器主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

(1)故障斷開后，可以手操復(fù)位，不必更換元件，除非切斷大短路電流后需要維修。

(2)有反時(shí)限特性的長延時(shí)脫扣器和瞬時(shí)電流脫扣器兩段保護(hù)功能，分別作為過載和短路防護(hù)用，各司其職。

(3)帶電操機(jī)構(gòu)時(shí)可實(shí)現(xiàn)遙控。

6.4 主要缺點(diǎn)和弱點(diǎn)

(1)采用斷路器做為后備保護(hù)元件具有殘壓高。上下級非選擇型斷路器間難以實(shí)現(xiàn)選擇性切斷，故障電流較大時(shí)，很容易導(dǎo)致上下級斷路器均瞬時(shí)斷開。

(2)相對價(jià)格略高。

(3)部分?jǐn)嗦菲鞣謹(jǐn)嗄芰^小，如額定電流較小的斷路器裝設(shè)在靠近大容量變壓器位置時(shí)，會使分?jǐn)嗄芰Σ粔颉，F(xiàn)在有高分?jǐn)嗄芰Φ漠a(chǎn)品可以滿足，但價(jià)較高。

綜上，優(yōu)先采用熔斷器作為SPD的后備保護(hù)。