低壓配電系統防雷浪涌保護器的選擇與配置

吳開恒

【摘要】通過對防雷浪涌保護器的原理和保護等級的分析，介紹該如何在低壓配電系統中選擇合適的防雷浪涌保護器從而達到防止浪涌電壓和保護各種設備的安全。

【關鍵詞】低壓配電系統；防雷浪涌保護器；浪涌電壓；防雷

一、概述

近年來IT設備逐步普及，在這個現代化的時代，電子信息顯得必不可缺。現在的設備顯然比以前的設備更加容易遭到浪涌電壓的傷害，因為電子設備的耐壓水平通常較低，電壓也同樣很低，所以這些浪涌電壓對電子化設備而言無疑是很大的威脅，會對這些設備造成致命的打擊。由此可見，低壓配電系統安裝防雷浪涌保護器是勢在必行的。

二、浪涌

（一）由來

浪涌從何而來？浪涌（突波）根據字面解釋很容易理解是指電壓瞬間超過正常工作電壓范圍的過電壓。通常短路或者電源切換能引起浪涌，而就根本而言，浪涌的發生往往只有百萬分之一秒的時間，但這一瞬間卻能產生一種劇烈的脈沖。

除了剛才所提到的原因會引起浪涌外，還有一種現象是由自然環境所引起的浪涌（常指雷電）。作為自然現象的一種——雷電，提起它就會想到自然災害，它不僅對人類的安全造成威脅，還會對電子設備產生巨大侵害。目前為止雷電是人類不可避免的自然災害之一，而對于電子設備，我們可以選擇采用防雷浪涌保護器來保護設備使其不被雷電破壞。

（二）表現形式

浪涌出現時（產生的時間非常之短），電壓電流的幅值通常是正常值得兩倍或以上，其實浪涌無處不在，如下圖：

（三）危害

如果設備的承受能力被電涌電壓超過了，那么該設備會完全被破壞或使用壽命減少，亦或者由于浪涌長時間的累積破壞，會使設備故障頻發影響工作效率。

三、浪涌保護器（SPD）

（一）設備的特點

浪涌保護器又稱Surge Protection Device，出現于19世紀末期，用于架空輸電線路，防止雷擊損壞設備絕緣而造成停電，故稱“浪涌保護器”（SPD）。現代的SPD用于限制過電壓（電力系統中因雷電引起或者因系統操作產生），可以說是一種提供安全防護的電子裝置。

通常浪涌保護器的特點在于能在短時間內面對電涌做出反應，可以使殘壓變低并且使通流量變大；不但如此，現在的浪涌保護器還采用了可以徹底防止火災的新型技術——滅弧技術，可以將火災的機率大大的降低；浪涌保護器多半還自帶熱保護（具備溫控效果），可以保護電路；還裝有電源指示燈可以對SPD的工作狀態做出顯示；更重要的是現在的浪涌保護器因其設計結構嚴謹，可以使得工作愈加穩定。

（二）工作原理

浪涌保護器是現代保護電子設備免遭雷電侵害的一種必備裝置，它可以限制瞬時過電壓，將這種過電壓限制在設備能承受的正常電壓范圍內，從而保護設備不受損壞。換而言之浪涌保護器就是當電壓超過一定值時導通，來保護電路不受大的損害。防止雷擊等產生強大的尖峰電壓和尖峰電流燒毀設備，遇到雷擊時，浪涌保護器里面的觸點會閉合，隨之直接導入大地。

（三）設備的分類

按工作原理可將SPD分成開關型、限壓型和分流型（或扼流型）三種類型。

（1）第一種類型（開關型）：指瞬時過電壓時電壓的表現力對電流的阻礙作用小，可是當雷電瞬時過電壓需要得到響應時，SPD對電流的阻礙作用就立刻變為低數值，允許雷電流通過。放電間隙（Discharge Gap）、氣體放電管（Gas Discharge Tube）、閘流晶體管（Thyristor）等可以被用作此類裝置。

（2）第二種類型（限壓型）：指瞬時過電壓時電壓的表現力對電流的阻礙作用小，可是隨電涌電流和電壓的增加其對電流的阻礙作用會逐漸減小，SPD電流電壓特性為強烈非線性。氧化鋅（Zinc Oxide）、壓敏電阻（Varistor）、抑制二極管（Transient Voltage Suppressors）、雪崩二極管（Avalanche diode）等可以被用作此類裝置。

（3）第三種類型（分流型或扼流型）：

分流型：SPD與被保護設備的所有電阻的輸入（出）端分別被連接到一起，對電流脈沖表現為對電流的阻礙作用小，但對正常工作頻率表現為對電流的阻礙作用大。

扼流型：SPD與被保護設備的各個元件被導線挨個連接起來，對電流脈沖表現為對電流的阻礙作用大，但對正常的工作頻率表現為對電流的阻礙作用小。扼流線圈（Choke Coil）、高通濾波器（High-Pass Filter）、低通濾波器（Low-Pass Filter）等可以被用作此類裝置。

按用途可將SPD分成電源保護器和信號保護器兩種類型。

（1）第一種類型（電源保護器）：交流、直流、開關電源保護器等。

（2）第二種類型（信號保護器）：低頻、高頻、天饋信號保護器等。

（四）防護等級的確定

浪涌保護以必要的建筑物防雷為基礎，存放有電子系統的建筑物至少應按照第三類防雷建筑物進行設計，按照GB 50057—2010《建筑物防雷設計規范》的標準設置屋頂避雷帶、引下線、接地極，采取防雷電感應、防雷電侵入波等措施，設計時還應考慮設置共用接地系統、等電位接地系統，且電子系統設備應安裝在LPZ1 及以上的防雷分區中，實現電源線路與信號線路的屏蔽隔離，電源系統的設計應滿足相應的供配電設計規范、民用建筑設計規范、智能建筑設計規范和建筑物防雷設計規范的要求，應根據SPD級位配置、保護模式、通流容量、電壓保護水平的要求，選擇浪涌保護方案等級[1]。

（五）作用

上文已經提及SPD的作用是保護設備或系統不受強電流的沖擊而損壞。

四、浪涌保護器（SPD）的選擇與配置

（一）選擇原則

我們在選擇SPD進行安裝時，不但要考慮其安裝位置還要考慮其位置與其他設備的間距是否合適，而且要首先將電網的設計考慮在內（如：TN-S、TT、IT系統等）。SPD放的太近或太遠都會對設備的保護產生不利的影響（太近會使設備和SPD會產生振蕩波，太遠則會起不到效果）。

除此之外，選擇SPD也應該將安裝處的電流量考慮在內，要確保選擇的SPD元器件容量大，根據從生產商那里取得的數據對SPD進行評估并將SPD的使用壽命考慮在內，選擇不易老化的。

（二）對SPD的保護

SPD可以進行自我保護，如果發生了短路的情況（特指在低壓系統中），SPD因電流增大而發熱，一旦溫度達到1200°時，SPD可以自動進行熱脫扣裝置的動作（因熱效應而動作的一種過載脫扣器），使得系統正常運行。

SPD也可以后保護，設計時一般加一個斷路器在浪涌保護器前面作為對其的保護，SPD會因為長期過電壓而造成短路，如果在其前面增加一個斷路器的裝置，那么當短路發生時斷路器會自動切斷主電源而保護了SPD，不會使其因為短路而受到損壞。

五、總結

浪涌電壓（Surge Voltage）的損害在我們生活中是很常見的，諸如部分的電腦故障等都是由于浪涌電壓引起的，可見浪涌保護器的重要性，只有對未來可能發生的事情先做好準備，等到未來障礙出現才不會驚慌失措、追悔莫及。而浪涌保護器正是做到了這一點，可謂是有備無患。更可靠更安全的設備才會使得我們的生活更加出彩，更加便利！

【參考文獻】

[1]楊守勝. 低壓配電設計中浪涌保護器的選擇[J]. 現代建筑電氣，2012，01：34-38.

[2]GB 50057-2010.《建筑物防雷設計規范》