電涌保護(hù)器的原理及其防雷分級(jí)保護(hù)

朝魯

電涌保護(hù)器是一種能夠有效防御雷電災(zāi)害的裝置，目前在防雷工程中應(yīng)用十分廣泛。本文根據(jù)電涌保護(hù)器應(yīng)用實(shí)際，重點(diǎn)對(duì)電涌保護(hù)器的原理及其防雷分級(jí)保護(hù)進(jìn)行探討，以供相關(guān)人士參考。

一、電涌保護(hù)器的工作原理

電涌保護(hù)器使用具有優(yōu)異特性的非線性元件。一般來說，保護(hù)器處在非常高的電阻狀態(tài)，漏電流差不多為零，確保電源系統(tǒng)供電正常。一旦電源系統(tǒng)發(fā)生過壓浪涌時(shí)，保護(hù)器會(huì)以納秒級(jí)快速開啟，將過壓幅度限制在儀器的安全工作范圍內(nèi)。此外，憑借良好的接地釋放浪涌電流能量。之后，電涌保護(hù)器迅速返回高阻態(tài)，促使電源系統(tǒng)供電處于正常狀態(tài)。

二、電涌保護(hù)器的防雷分級(jí)保護(hù)

（一）第1級(jí)保護(hù)

第一級(jí)保護(hù)的主要作用是避免浪涌電壓直接由建筑外部（LPZ0區(qū)域）傳導(dǎo)到內(nèi)部第1保護(hù)區(qū)（LPZ1區(qū)），對(duì)浪涌電壓進(jìn)行限制，由數(shù)萬到數(shù)十萬伏控制在2500至3000伏。安裝在家用電力變壓器低壓側(cè)的電涌保護(hù)器應(yīng)為三相電壓開關(guān)式電涌保護(hù)器作為第一級(jí)保護(hù)器，它的雷電通量應(yīng)大于或者等于60 kA。此級(jí)別的電涌保護(hù)器應(yīng)為大容量電涌保護(hù)器，連接在客戶電源系統(tǒng)的輸入線路與地面之間。這類電涌保護(hù)器通常要求每相的最大沖擊能力超過100 kA。所需的限制電壓低于1500 V，也就是CLASS-Ⅰ級(jí)電涌保護(hù)器。這些浪涌保護(hù)器設(shè)計(jì)用于承受雷電和感應(yīng)雷擊中的大電流以及高能量浪涌，能夠把大量浪涌電流向大地分流。這些保護(hù)器只提供限制電壓（當(dāng)浪涌電流流過浪涌保護(hù)器時(shí)，線路上的最大電壓叫作限制電壓）作為中等級(jí)的防護(hù)。 CLASS-I級(jí)保護(hù)器通常吸收大的浪涌電流。單單借助于它們無法對(duì)電源系統(tǒng)內(nèi)的敏感電氣設(shè)備進(jìn)行完全保護(hù)。第1級(jí)浪涌保護(hù)器能夠防止10 /350μs，100 kA雷電波，并符合IEC規(guī)定的最高保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)參考如下：雷電流容量不小于100 kA（10 /350μs），殘余電壓小于或者等于2.5 kV，響應(yīng)時(shí)間不超過100 ns。

（二）第2級(jí)保護(hù)

第2級(jí)保護(hù)的主要作用是將通過第1級(jí)電涌保護(hù)器殘留的浪涌電壓限制在1500至2000 伏，在LPZ1-LPZ2進(jìn)行等電位連接。主配電柜中每個(gè)配電柜線的電涌保護(hù)器輸出應(yīng)為限壓浪涌保護(hù)器，作為第2級(jí)保護(hù)，它的雷電通流量應(yīng)等于或者大于20 kA，同時(shí)需要在由電氣設(shè)備供電的重要或敏感的分配配電位置安裝。這些電涌保護(hù)器通過客戶電源入口處的電涌放電器的遺留浪涌能量能夠更好的進(jìn)行吸收，并且對(duì)瞬態(tài)過電壓有一定的抑制能力。在該區(qū)域使用的電涌保護(hù)器要求每相的最大沖擊能力超過45 kA，并且所需的限制壓要求低于1200 V，也就是CLASS-Ⅱ級(jí)電涌保護(hù)器。通常，客戶的供電系統(tǒng)達(dá)到2級(jí)保護(hù)，便基本上能夠滿足電力設(shè)備安全運(yùn)行的要求。第2級(jí)電涌保護(hù)器使用C類保護(hù)器對(duì)相線、中性線、接地線等線路進(jìn)行全模式保護(hù)。其技術(shù)參數(shù)包含：雷電通流容量要求不小于40 kA（8 /20μs），剩余電壓峰值要求小于或者等于1000 V，響應(yīng)時(shí)間要求不超過25 ns。

（三）第3級(jí)保護(hù)

第3級(jí)保護(hù)的主要作用是通過將剩余浪涌電壓降低至低于1000 V來最終保護(hù)設(shè)備，以便浪涌能量不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞。安裝在電子信息設(shè)備交流電源輸入端的電涌保護(hù)器應(yīng)為串聯(lián)式限壓電涌保護(hù)器作為3級(jí)保護(hù)，其雷電流容量應(yīng)大于或等于10 kA。最后一道防線在的內(nèi)部電源部分使用內(nèi)置型電涌保護(hù)器，以完全消除小的瞬態(tài)過電壓。在該區(qū)域采用的浪涌保護(hù)器要求每相的最大脈沖流量不超過20 kA，并且限制電壓要求不超過1000 V。針對(duì)某些特別重要亦或者比較敏感的電子設(shè)備最好采取第3級(jí)保護(hù)措施，以保護(hù)用電設(shè)備免受系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓的影響。針對(duì)微波通信設(shè)備，移動(dòng)臺(tái)通信設(shè)備和雷達(dá)設(shè)備中采取的整流電源，必須根據(jù)工作電壓的保護(hù)實(shí)際情況選擇工作電壓適應(yīng)的直流電涌保護(hù)器當(dāng)作末級(jí)保護(hù)。

（四）第4級(jí)及以上保護(hù)

結(jié)合被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級(jí)，若2級(jí)防雷便能夠達(dá)到低于設(shè)備的耐壓水平的電壓限制，則只需進(jìn)行2級(jí)保護(hù)，若設(shè)備的耐壓水平較低，那么則可能需3級(jí)、4級(jí)甚至更多級(jí)的保護(hù)。第4級(jí)保護(hù)其雷電通流容量要求不小于5 kA。

三、結(jié)語

雷電災(zāi)害是我國各個(gè)地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)的氣象災(zāi)害之一，幾乎每年均會(huì)因?yàn)槔纂姙?zāi)害而給建筑物、電子設(shè)備造成一定的破壞而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)甚至造成人員傷亡事故。電涌保護(hù)器作為一種能夠置為各電力、通信線路、電子儀器設(shè)備等提供安全保護(hù)的裝置，其能夠有效的限制瞬態(tài)過電壓以及降低電涌電流，保護(hù)設(shè)備免遭雷擊損壞。所以各個(gè)地區(qū)在防雷工程設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)結(jié)合電涌保護(hù)器的原理及其防雷分級(jí)保護(hù)特點(diǎn)，科學(xué)應(yīng)用電涌保護(hù)器，盡可能發(fā)揮電涌保護(hù)器防雷減災(zāi)的實(shí)際作用。（作者單位：內(nèi)蒙古呼和浩特市氣象局氣象災(zāi)害防御中心）