低壓配電設計中的浪涌保護器選擇分析

南京龍源環保有限公司 王修陽

低壓配電設計中的浪涌保護器選擇分析

南京龍源環保有限公司 王修陽

在信息技術廣泛應用背景下，電子信息系統建設日益完善，但是就實際應用效果來看，存在絕緣強度低、電流與過電壓耐受程度差以及電磁干擾敏感等特點，一旦受到閃電涌影響，會直接對設備性能產生影響，情況嚴重的甚至會造成永久性損壞，對電子系統的運行效果來說存在很強的威脅。因此在進行低壓配電設計時，需要做好浪涌保護器的選擇，確保其可以有效保護電子設備，以免設備與系統被損壞，本文對此進行了簡單分析。

低壓配電；浪涌保護；電子信息系統

對于低壓配電系統來講，為保護其安全可靠運行，近年來在設計時，浪涌保護器得到越來越廣泛的應用，可以對系統帶來可靠的防雷保護，避免各類電子設備受閃電電涌影響被損壞。市場上浪涌保護器種類與等級差異大，相互之間性能不同，在系統設計時需要根據實際情況，綜合各項條件后，合理的選擇浪涌保護器，并通過科學設計發揮出其所具有的保護功能。

一、浪涌保護器性能分析

雷電災害對電力系統運行影響比較大，如果不采取措施進行防護，將會對系統運行安全性與穩定性造成影響。因此，現在多會選擇浪涌保護器來對低壓配電系統進行防雷保護，有效抑制雷電、電氣系統操作以及靜電產生的沖擊電壓，可保護系統內電子設備不受影響。對其作用原理進行分析，其將電力線、信號傳輸線瞬時過電壓限制在設備或系統能夠承受的電壓范圍內，或者直接將過大雷電流導入到地下，以免過大沖擊造成系統與設備損壞，保證系統安全運行。對于浪涌保護器來講，所用壓敏電阻具有極好的非線性特性，正常情況下其處于極高電阻狀態，漏流可看作為零，維持電力系統的正常運行[1]。但是在電力系統產生雷電過電壓時，浪涌保護器便會在極短的時間內迅速導通，限制電壓幅值在設備承受范圍內，同時將釋放掉過電壓能量，最后恢復到高阻狀態，確保系統和設備科維持在穩定運行狀態。

二、浪涌保護器選擇原則

1.類型劃分

1.1 電壓開關型

此種類型的浪涌保護器，在不存在浪涌時，處于高阻狀態，而沖擊電壓達到一定限制后，變為低阻抗狀態。電壓開關型浪涌保護器流容量比較大，可有效用于LPZOA區以及LPZOB與LPZ1區界面位置的雷電浪涌保護。

1.2 限壓型

限壓型浪涌保護器在電力系統無浪涌時，自身處于高阻狀態，但是隨著沖擊電流與電壓的逐漸提高，其阻抗會不斷降低直到低阻導通。可有效用于LPZOB區、LPZ1區、LPZ2區雷電過電壓以及操作過電壓保護，多被用于各雷電保護區的交界位置[2]。

1.3 組合型

即電壓開關型與限壓型兩種浪涌保護器元件組合在一起使用，所施加的沖擊電壓特性不同，浪涌保護器所呈現的性能不同，有時為兩種中的任何一種特性，或者兼具兩種特性。

2.選擇原則

2.1 最大持續運行電壓

選擇時需要基于接地系統類型來確定浪涌保護器最大持續運行電壓，即可以通過持續作用激活浪涌保護器，且不會對其性能造成影響的最大電壓。

2.2 電壓保護水平

為避免負載受到過電壓影響產生損壞，在選擇浪涌保護器時，需要確定被保護設備最大沖擊耐受電壓是否大于保護器電壓保護水平。其中，電壓保護水平即為標稱放電流作用時，對浪涌保護器兩端所測得的最大電壓，可分為2.5、2、1.8、1.5、1.2、1.0六個級別，單位為kV。標稱放電電流為浪涌保護器能20次通過80/20μs電流波的峰值電流[3]。假如進線端浪涌保護器沖擊耐壓比較高，則需要對設備安裝二級浪涌保護器。另外，浪涌保護器電壓保護水平需要大于電網最高運行電壓，并小于負載電壓。

2.3 全保護模式

浪涌保護器應選擇全保護模式，包括L-PE、L-N與L-L線間全面保護，這樣無論哪個線間發生雷電過電壓，均可以對電子設備提供可靠保護。并且，全保護模式下可以在保護的同時釋放過電壓能量，以免在未全面保護情況下產生差異造成損壞，延長浪涌保護器服務壽命，提高對系統和設備的保護效果。

2.4 最大放電電流

對現場環境進行全面勘測后，結合勘測結果，選擇與環境特性相適應的浪涌保護器最大放電電流，即僅可通過2次8/20μs電流波的峰值電流。

2.5 設備自身保護

在選擇浪涌保護器時，還需要對其自身保護問題進行分析，因為當其長時間處于過電壓工作狀態時，將會產生損壞，最終會因為被穿而產生嚴重短路問題，如圖1所示。假如未對浪涌保護器串接斷路器，線路短路器D1會發生跳閘動作，但是故障電流Icc仍然存在，想要D1重新合閘，必須要對浪涌保護器進行更換，但是無法保證系統連續供電。因此在選擇和安裝浪涌保護器時，需要將一個斷路器與浪涌保護器上端進行串聯，并根據浪涌保護器最大放電電流來確定斷路器額定電流，應用C型脫扣曲線，且要求分段能力要比安裝位置最大短路電流大。

圖1 用斷路器切斷浪涌保護器

低壓配電系統浪涌保護器選擇安裝

1.兩端引線最短

在有浪涌電壓侵入時，負荷兩端等效電壓為Ueq=U1+Up+U2，其中工頻電流流過時U1與U2電感與電阻效應均比較小，可以直接忽略不計。但如果為高頻狀態，產生的電感效應非常大，即UL=-Ldi/dt，對于8/20μs電流波，L取值1mH/m。

圖2 浪涌保護器接線保持最短

以實例進行分析，確定引線長度對加在負荷上沖擊過電壓的影響，其中假設電流峰值為Ipeak=10kA。

例1：L1=0.8m，L2=0.5m，di/dt=10kA/s。則Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+1625（V）

例2：L1=0.25m，L2=0.25m，di/dt=10kA/s。則Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+625（V）

對比例1和例2可知，例2內Ueq遠小于例1中Ueq，浪涌保護器能夠對負載起到可靠保護，因此在進行浪涌保護器選擇和安裝時，應盡量縮短浪涌保護器的接線長度，盡量控制在0.5m以內。

2.兩極保護距離

如果所選擇浪涌保護器在安裝時與被保護設備之間的距離超過30m后，保護效果會降低，為避免浪涌對設備造成損壞，需要盡量在距離被保護設備近的位置安裝，或者是較遠保護距離之間可以另外設置一個浪涌保護器。因為不增加一級保護的情況下，電纜距離過程時，浪涌保護器存在的殘壓以及電纜感應電壓，將有可能造成設備損壞。

四、結束語

對低壓配電系統浪涌保護器進行選擇，需要確定其在系統內的功能性，然后總結以往經驗，以專業規范標準為依據，遵循專業原則，做好每個要點控制，科學合理的選擇浪涌保護器，爭取通過合理安裝對系統和設備進行可靠保護，降低雷電過電壓產生的不良影響。

[1]曾峰.低壓配電系統浪涌保護器(SPD)設計現狀及方法[J].科技與創新,2016,(05):111-112.

[2]古意瑾,楊文炳,杜志航.低壓配電用浪涌保護器試驗中的幾個問題分析[J].低壓電器,2012,(08):54-58.

[3]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,2012,3(01):34-38.

[4]張志勝.低壓配電系統浪涌保護器設計中相關問題的探討[J].電器工業,2011,(02):51-54.

王修陽（1979—），男，河南新鄉人，大學本科，中級工程師，研究方向：電氣專業。