浅谈电涌保护器的正确选用

　　摘要:电涌保护器是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。本文主要阐述了在民用建筑电气设计中如何选择电涌保护器(SPD)。

　　关键词: SPD，残压，电压保护器

　　SPD的基本概念

　　电涌保护器又可称为过电压保护器、电子避雷器或防雷保安器，简写为“SPD”。它的基本原理是在瞬态过压(雷电波)发生的瞬间(微秒或纳秒级)，将被保护区域内的所有被保护对象(设备、线路等)接入等电位系统中，从而将回路中的瞬态过电压幅值限制在设备能够承受的范围内，这种回路包括了供电系统的有源线路和信号传输线。SPD元件分电压开关型和限压型，电压开关型SPD如放电间隙、气体放电管、闸流晶体管，这种SPD在没有浪涌时为高阻值，但一旦响应电压浪涌时其阻抗突变为低值;限压型SPD如压敏电阻、抑制二极管，当没有浪涌时为高阻抗，但随浪涌电流和电压的增加其阻抗会不断减少。各类SPD利用各元件的特性，组装成具有电压开关、限压或这两种特性兼有的混合型SPD。从用途上SPD可以分为保护电源系统用SPD、保护信号系统用SPD和保护天馈线系统用SPD：从工作原理和性能上SPD分为开关(限流)型SPD、限压型SPD、混合型SPD。

　　2　SPD的选择

　　2. 1　持续运行电压Uc的选择

　　对于民用建筑380 /220 V三相系统,使用于其中的SPD的最大持续运行电压Uc 应符合表1的要求。在供电电压超过额定电压10%以及谐波使电压幅值加大的场所,应根据具体情况选用Uc 更高一些的SPD。但应注意, Uc 值选择过高会影响SPD的保护效果,而过低会降低SPD的使用寿命。例如,在TT交流供电系统中,相线对地线的最高持续故障电压可能达到标称电压(交流电压220V)的1. 55倍,即340 V,故在电流不稳定的地方,以OVR电源防雷器为例,建议选择最大持续工作电压值Uc 为385V的模块。

　　注: UФ—相电压; Ul —线电压;MC—共模保护,相线和中性线与地之间的保护;MD—差模保护,相线与中性线间的保护。

　　2. 2　保护水平(残压Up )的选择

　　残压的选择不能单纯考虑防雷器残压越低越好,一般 与 有确定的相关性。如对于压敏电阻防雷器, 选用残压越低时,通常意味着最大持续工作电压 也越低。电压保护水平必须低于被保护设备的冲击耐压 ,这样才能确保被保护设备不受损坏,同时应高于系统可能的最高运行电压 ,即

　　一般只要正确选择 , > 都能满足,但对于 < 的条件,由于配电设备和用电设备种类繁多,准确确定十分困难,在不确定条件下,可按表2的数据选取。

　　2. 3　通流容量的选择

　　通流容量需要根据SPD在系统中所承担的任务选择, SPD的额定通流容量从几百到几千A不等。一般来说,安装在LPZ1与LPZ0区交界处的SPD应选择Ⅰ级分类试验产品;安装在供配电系统中较靠近电源侧的SPD应比较靠近负荷侧的SPD有更大的通流容量。民用建筑电气设计中,可以粗略计算最大电涌电流幅值,表3可作参考。

　　2. 4　报警功能的选择

　　为了监测防雷器的运行状况,当防雷器出现损坏时,用户应及时获知并及时更换损坏的防雷模块。为了在不同的应用环境下都可以实现即时监控,需要选择以下合乎特定环境的报警装置。① 声光报警装置AS,适用在有人值守的环境; ②

　　遥信报警装置FS,适用在无人值守的环境; ③ 遥信带电压检测报警装置FS2SU,适用在无人值守的环境, 同时可对电源是否停电及缺相进行监测。

　　3　 SPD的设置

　　根据GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》防雷区的要求,应在每个防雷区的界面处安装过电压保护器SPD。在LPZ0A 或LPZ0B与LPZ1区的界面处安装第一级过电压保护器;在LPZ1与LPZ2区的界面处安装第二级过电压保护器;在LPZ2区内的用电设备前端安装第三级过电压保护器。当有多级SPD配合使用时,需要注意,当上一级电涌保护器为开关型SPD, 次级SPD采用限压型SPD时,两者之间电缆线隔距应大于10m;当上一级SPD与次级SPD均采用限压型SPD时,两者之间电缆线隔距应大于5m。不满足要求时,应加装退耦装置。

　　4　 SPD的后备保护

　　基于电气安全原因,任何并联安装在市电电源相对中或相对地间的电气元件,为放置故障短路,必须在该电气元件前安装短路保护器件, 如断路器或熔断器。断路器和熔断器作为SPD后备保护器件各有优缺点。用断路器作后备保护器,因断路器中电磁脱扣结构电感L的作用,在相同冲击放电电流情况下,比熔断器作后备保护器对总电压保护水平Up偏高1. 1～1.25倍。

　　应用熔断器的主要优点是分断能力高,相对尺寸较小,价格较便宜;主要缺点是熔丝熔断后不方便及时向值班人员提供动作信号,不能及时更换熔断体,影响保护可靠性。

　　应用断路器的主要优点是故障断开后,不必更换器件,具有智能带电操作机构的断路器, 可实现遥控、遥信;主要缺点是相对价格较高,部分断路器分断能力较小。

　　综合考虑断路器及熔断器的特性,笔者认为在低压配电系统SPD后备保护应用时,前级保护采用断路器,后级保护采用熔断器为宜。SPD产品与后备保护元件的配合、选择需通过相应试验确定或验证。由于国际电工组织和各国目前没有统一的配合试验验证标准,并且对配合的期望值和标准的理解也不尽相同,因此对配合的要求和推荐数据也不完全统一。

　　5　 通信线防雷器的选型

　　通信防雷大致分为3 类:基本防护、综合保护、精细保护。

　　(1) 基本防护级别:位于LPZ0～LPZ2区间(B级) ,作为泄放雷电电流,为1级保护,安装于线缆进户处。

　　(2) 综合保护级别:位于LPZ0～LPZ3区间(C级) ,作为粗细综合保护,可直接安装于设备前端(如设备位于临近线缆入户处)。

　　(3) 精细保护级别:位于LPZ1～LPZ3区间( F级) ,主要用来限制浪涌过电压,与B 级之间的距离≥5 m,一般安装于设备侧。

　　通信线防雷器串联安装于线路上,因此, 在选择防雷器时要保证防雷器能够起保护作用,同时还要考虑防雷器与通信线的匹配问题。所以,在防雷器的选型上主要考虑以下问题:

　　(1) 电压等级的选择。通信线防雷器的最高工作电压依据数据通信线的工作电压来确定。它是选择通信线防雷器的一个重要参数,但在实际应用中对不同通信线的选择没有一个公用的标准。防雷器的最高工作电压必须大于通信线工作电压的1. 2 倍。由于设备提供厂商不同,通信线的工作电压有可能与表中数据不同。

　　(2) 速率的选择。不同通信系统的传输速率有所不同,通信线防雷器安装在信号线上时, 其支持的传输速率应不小于通信系统本身的传输速率,否则将导致通信中断或误码率的增加,影响通信系统的正常工作。

　　(3) 接口类型的选择。通信线防雷器是以串联方式安装在线路上的,为了匹配阻抗及保持最小的接触电阻,应选择与通信线上同类型的接口。对于RJ、SD类型接口要注意线对配合,对于同轴接口要注意公母配合。设计时,应从以上3 个方面考虑,结合具体厂家样本确定选择通信线防雷器的具体型号。

　　6　 结束语

　　各种电子信息技术产品越来越多地渗入到社会和家庭生活的各个领域, SPD的使用范围日益扩大,其重要性也显得越来越重要。在设计选型时,一定要根据具体的供电系统形式, 结合SPD安装的位置(哪个防雷分区) ,从持续运行电压、残压、通流容量、报警功能等具体参数选择入手(通信线防雷器应根据电压等级、速率、接口类型等参数) ,正确选择SPD,从而安全、可靠地保护系统,保证设备持续、可靠运行。

《浅谈电涌保护器的正确选用》

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