淺析低壓電源電涌保護器的安裝

周岳建

雷電是十大災(zāi)害之一,每年由于雷電引起的人員傷亡、財產(chǎn)損失不時見諸報端。隨著社會和科技的發(fā)展,微電子設(shè)備得到廣泛應(yīng)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(yù)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(zāi)管理辦法》、《防雷裝置設(shè)計審核和竣工驗收規(guī)定》等一系列法律法規(guī)的出臺。加上主管部門對防雷減災(zāi)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(shè)計審核、竣工驗收、備案等方面的嚴格規(guī)定和管理,防雷領(lǐng)域出現(xiàn)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(yīng)和雷電波侵入的主要裝置,是目前實現(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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(guī)范標準規(guī)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(xiàn)的一些現(xiàn)象,依據(jù)IEC和國家規(guī)范標準和實驗結(jié)果,闡述自己的觀點。

1 安裝電源電涌保護器的區(qū)域和級數(shù)

IEC規(guī)定,在LPZ0A/LPZ1區(qū)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(qū)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(qū)進入LPZ1區(qū)的輸入線路,可以流過部分雷電流。因此,LPZ0A與LPZ1接口處應(yīng)當安裝用Ⅰ類測試的電涌保護器,以便轉(zhuǎn)移這些雷電流。從不可能遭受直擊雷的LPZ0B區(qū)進入LPZ1區(qū)的輸入線路,由于全部電磁場的影響存在,只攜帶部分感應(yīng)浪涌。在LPZ0B與LPZ1接口處應(yīng)當安裝根據(jù)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?shù)慕M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(yīng)在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接,設(shè)置總等電位箱。在LPZ1區(qū)和后續(xù)防護區(qū)之間應(yīng)設(shè)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(nèi)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(tǒng)應(yīng)按照雷電防護等級的劃分,確定需安裝電涌保護器的級數(shù)。雷電防護等級應(yīng)按照下列方法之一劃分:(1)按建筑物電子信息系統(tǒng)所處環(huán)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(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定防護等級。A級宜在低壓系統(tǒng)中采取3-4級電涌保護器進行保護;B級宜在低壓系統(tǒng)中采取2-3級電涌保護器進行保護;C級宜在低壓系統(tǒng)中采取2級電涌保護器進行保護;D級宜在低壓系統(tǒng)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(yīng)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(shè)備數(shù)目越多;

(3)電涌保護器越靠近被保護設(shè)備,則保護效果越好。

電涌保護器的防護應(yīng)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(shè)備都會產(chǎn)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(yīng)時延,侵入波將繼續(xù)向前行進,級間配合應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)該為:S=V*T=3.75m。

開關(guān)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(yīng)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(jù)

(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(qū)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(qū)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(qū)的概念來解釋是LPZ1與LPZ2的界面附近或LPZ1區(qū)內(nèi)部。

(3)插座SA,用防雷區(qū)的概念來解釋是LPZ1與LPZ2的界面附近或LPZ2區(qū)內(nèi)部。

2.3 各級電源電涌保護器主要參數(shù)的選擇

在LPZ0A與LPZ1區(qū)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(shè)施。流入每一設(shè)施的電流ii等于is/n,n為上述設(shè)施的個數(shù)。

2.4 級間配合

在建筑物進線處和其他防雷區(qū)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(yīng)電壓應(yīng)與所屬系統(tǒng)的基本絕緣水平和設(shè)備允許的最大電涌電壓協(xié)調(diào)一致。為使最大電涌電壓足夠低,其兩端的引線應(yīng)做到最短。在不同界面上的各電涌保護器還應(yīng)與其相應(yīng)的能量承受能力相一致。

2.5 安裝注意的事項

開關(guān)型電源電涌保護器必須能承受預(yù)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(xù)流的能力。安裝在電路上的電涌保護器,其前端應(yīng)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(yīng)回路,電涌保護器與被保護裝置之間應(yīng)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(yīng)及時更換;泄漏電流一般不大于20μA。

根據(jù)以上分析結(jié)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(guī)范標準規(guī)定安裝完整,要特別注重用電設(shè)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(shè)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(shè)計規(guī)范.GB50057-94(2000年版).

[3] 等電位聯(lián)結(jié)安裝.02D501-2.

[4] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范.GB50343-2004.

[5] 劉細華.淺析限壓型防雷器的級間配合.