淺析低壓電源電涌保護器的安裝

周岳建

雷電是十大災害之一,每年由于雷電引起的人員傷亡、財產損失不時見諸報端。隨著社會和科技的發展,微電子設備得到廣泛應用,其特性是絕緣強度低、過電壓耐受力差,一旦遭受雷擊,損失特別嚴重。

因此,怎樣預防雷電帶來的危害已越來越引起大家的重視。隨著《防雷減災管理辦法》、《防雷裝置設計審核和竣工驗收規定》等一系列法律法規的出臺。加上主管部門對防雷減災的高度重視和大力宣傳、普及防雷知識,以及對建筑物防雷裝置的設計審核、竣工驗收、備案等方面的嚴格規定和管理,防雷領域出現了可喜的局面。其中,在電源線路上安裝電涌保護器得到普遍實施。

電涌保護器是防護雷電感應和雷電波侵入的主要裝置,是目前實現低壓線路等電位連接的必要方法。電涌保護器在減少雷電對供電線路、用電器造成的危害,保護人民的生命和財產安全方面,起到了很大的作用。

但目前電源電涌保護器安裝中也出現了一些值得商榷的地方,比如安裝的位置過于隨意,沒有嚴格按照規范標準規定安裝完全,只注重供電線路前級和中級的安裝而忽略用電終端的安裝;在電涌保護器的選擇中,過分追求低殘壓和高標稱電流,還有在電涌保護器的安裝中欠考慮級間配合等等。

本文就以上電源電涌保護器安裝中出現的一些現象,依據IEC和國家規范標準和實驗結果,闡述自己的觀點。

1 安裝電源電涌保護器的區域和級數

IEC規定,在LPZ0A/LPZ1區交界處的交流配電線路上安裝Ⅰ類測試的電涌保護器,而LPZ0B/LPZ1區交界處的交流配電線路上安裝Ⅱ類測試的電涌保護器。從可能遭受直擊雷的LPZ0A區進入LPZ1區的輸入線路,可以流過部分雷電流。因此,LPZ0A與LPZ1接口處應當安裝用Ⅰ類測試的電涌保護器,以便轉移這些雷電流。從不可能遭受直擊雷的LPZ0B區進入LPZ1區的輸入線路,由于全部電磁場的影響存在,只攜帶部分感應浪涌。在LPZ0B與LPZ1接口處應當安裝根據IEC 61643-1用8/20μS波形進行Ⅱ類測試的電涌保護器,或者用適當的組合波進行Ⅲ類測試的電涌保護器。

進入建筑物的低壓電力線應在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區的界面處做等電位連接,設置總等電位箱。在LPZ1區和后續防護區之間應設置局部等電位箱。等電位連接帶與接地裝置之間的連接導體,流過大于或等于25%總雷電流時一般采用16mm2的銅線。內部金屬裝置與等電位連接帶之間的連接導體,流過小于25%總雷電流時一般采用6mm2的銅線。

防雷系統應按照雷電防護等級的劃分,確定需安裝電涌保護器的級數。雷電防護等級應按照下列方法之一劃分:(1)按建筑物電子信息系統所處環境進行雷擊風險評估,確定雷電防護等級;(2)按建筑物電子信息系統的重要性和使用性質確定防護等級。A級宜在低壓系統中采取3-4級電涌保護器進行保護;B級宜在低壓系統中采取2-3級電涌保護器進行保護;C級宜在低壓系統中采取2級電涌保護器進行保護;D級宜在低壓系統中采取1級或以上的電涌保護器進行保護。

2 電源電涌保護器的正確安裝

2.1 電源電涌保護器安裝位置的影響因素

電源電涌保護器的安裝位置主要受下列因素影響:

(1)防護應盡可能的靠近外線進入建筑物的入口,才有機會將浪涌過電流引導入地;

(2)電涌保護器越靠近進入建筑物的外線入口處安裝,則電涌保護器所能保護的設備數目越多;

(3)電涌保護器越靠近被保護設備,則保護效果越好。

電涌保護器的防護應當對特定的損害源有效果,特定的損害源有雷電擊中建筑物、雷電擊中線路、雷電擊中建筑物附近大地、雷電擊中線路附近。這四種類型的損害源對于被保護設備都會產生損害。

當雷電侵入波沿著電源電纜侵入,首先到達前級保護,由于前級保護限壓元件有響應時延,侵入波將繼續向前行進,級間配合應該要保證的是在侵入波到達后級保護之前讓前級保護元件動作。資料顯示限壓型器件響應時間均為25ns,波在電纜中的傳播速度為V=1.5×108m/s,但考慮到其實際響應時間的誤差(可假定為25ns),那么為了保證前級先動作,則兩級保護間的距離應該為:S=V*T=3.75m。

開關型電涌保護器至限壓型電涌保護器之間的線路長度小于10m。限壓型電涌保護器之間的線路長度小于5m時,在兩級電涌保護器之間應加裝退耦裝置,退耦裝置可以是電阻或電容。

2.2 電源電涌保護器安裝點的選擇及依據

(1)主配電盤MB,主配電盤MB處的外線有可能是架空引入,用防雷區的概念來解釋是:LPZ0A與LPZ1的界面附近。若外線不是架空引入,用防雷區的概念來解釋是:LPZ0B與LPZ1的界面附近。

(2)分配電盤SB,用防雷區的概念來解釋是LPZ1與LPZ2的界面附近或LPZ1區內部。

(3)插座SA,用防雷區的概念來解釋是LPZ1與LPZ2的界面附近或LPZ2區內部。

2.3 各級電源電涌保護器主要參數的選擇

在LPZ0A與LPZ1區界面處做等電位用的電涌保護器。當無法估算雷電流的分流值時,可按以下方法確定:全部雷電流i的50%流入建筑物防雷裝置的接地裝置,其另50%,即is分配于引入建筑物的各種外來導電物、電力線、通信線等設施。流入每一設施的電流ii等于is/n,n為上述設施的個數。

2.4 級間配合

在建筑物進線處和其他防雷區界面處的最大電涌電壓,即電涌保護器的最大鉗壓加上其兩端引線的感應電壓應與所屬系統的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓協調一致。為使最大電涌電壓足夠低,其兩端的引線應做到最短。在不同界面上的各電涌保護器還應與其相應的能量承受能力相一致。

2.5 安裝注意的事項

開關型電源電涌保護器必須能承受預期通過它們的雷電流,并具有通過浪涌時的電壓保護水平和有熄滅工頻續流的能力。安裝在電路上的電涌保護器,其前端應有后備保護裝置過電流保護器;為減少附加殘壓和不必要的感應回路,電涌保護器與被保護裝置之間應采用分支引線的V型(凱文式)連接;為解決因電涌保護器壽命終止造成的失效模式,宜選用帶有劣化顯示的電涌保護器;電涌保護器限壓元件前端要有脫離器;如果泄漏電流過大,說明電涌保護器性能劣化,應及時更換;泄漏電流一般不大于20μA。

根據以上分析結果,電源電涌保護器安裝位置非常重要,必須認真確定,要嚴格按照規范標準規定安裝完整,要特別注重用電設備端的安裝;在電源電涌保護器的選擇中,不要過分追求低殘壓和高標稱電流,以免造成不必要的資源浪費,還有在設計安裝中要考慮電源電涌保護器級間配合。

參考文獻

[1] IEC61312-3-2000雷電電磁沖擊的防護.第3部分:過電壓保護裝置的要求.

[2] 建筑物防雷設計規范.GB50057-94(2000年版).

[3] 等電位聯結安裝.02D501-2.

[4] 建筑物電子信息系統防雷技術規范.GB50343-2004.

[5] 劉細華.淺析限壓型防雷器的級間配合.