談電涌保護(hù)器(SPD)及其應(yīng)用

劉永興

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西太原 030013)

當(dāng)今社會各種自然災(zāi)害頻發(fā)，雷電就是其中之一;每年由于雷電產(chǎn)生的災(zāi)害都是相當(dāng)多的，為什么雷電能有這么大的破壞力，因為雷電能夠產(chǎn)生數(shù)十乃至一、二百千安的雷電沖擊電流，這些沖擊電流能夠產(chǎn)生巨大的電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，這都對我們的生命財產(chǎn)造成了巨大傷害。為了減少和消除雷電對我們的傷害，需要綜合防雷系統(tǒng)。SPD就是其中之一，下面我就簡單的對SPD的選擇進(jìn)行闡述。

1 SPD的基本知識

電涌保護(hù)器(SPD)是一種可以限制瞬時電壓涌動，釋放電流入地的設(shè)備，使用電設(shè)備的電壓涌動幅值降到安全水平。由GB 5005-2010建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第6.2.1條對防雷區(qū)的劃分，相應(yīng)的防護(hù)由以下幾種情況來確定:1)區(qū)域0A:建筑物外部，在避雷針保護(hù)半徑外，會直接遭受雷擊，無雷電電磁脈沖屏蔽(直擊雷非保護(hù)區(qū))。2)區(qū)域0B:建筑物外部，在避雷針保護(hù)半徑內(nèi)，不會直接遭受雷擊，無雷電電磁脈沖屏蔽(直擊雷防護(hù)區(qū):外部防雷裝置)。3)區(qū)域1:建筑物內(nèi)部，能量較強的瞬態(tài)過程由開關(guān)電磁脈沖和雷擊電流部分分量產(chǎn)生(浪涌電壓保護(hù)區(qū)1)。4)區(qū)域2:建筑物內(nèi)部，能量較弱的瞬態(tài)過程由開關(guān)電磁脈沖和靜電放電產(chǎn)生(浪涌電壓保護(hù)區(qū)2)。5)區(qū)域3:建筑物內(nèi)部，無瞬態(tài)電流電壓產(chǎn)生于干擾源外部，相互間可能產(chǎn)生影響的電流回路被屏蔽并分開布線(浪涌電壓保護(hù)區(qū)3)。

2 SPD的分類和參數(shù)

2.1 SPD的基本分類

1)根據(jù)IEC 61643-1中將SPD分為三類:一類、二類、三類。2)SPD根據(jù)功能分為以下幾種:電涌保護(hù)器(SPD);電壓開關(guān)型SPD;電壓限制型SPD;復(fù)合型SPD。3)SPD保護(hù)模式分為:差模保護(hù)方式和共模保護(hù)方式。

2.2 SPD 的參數(shù)

1)SPD的主要參數(shù):泄放電涌電流。a.標(biāo)稱放電電流 In(8/20 μs):未損壞時電涌保護(hù)器可以通過的8/20 μs波形電流的峰值(20次);不同的In值對應(yīng)不同的Up值;b.最大放電電流Imax(8/20 μs):電涌保護(hù)器可以導(dǎo)通的8/20 μs波形電流的峰值(1次);c.沖擊電流Iimp(10/350):它是由電流峰值Ipeak和電荷Q確定，用于Ⅰ級試驗的SPD分類試驗，泄流能力越高越好。

2)SPD的主要參數(shù):限制瞬態(tài)過電壓。a.電壓保護(hù)水平Up:表征SPD限制接線端子間電壓的性能參數(shù)，Up越低越好;b.最大持續(xù)工作電壓Uc:可連續(xù)地施加在SPD保護(hù)模式上的最大交流電壓有效值或直流電壓，Uc越高越好;c.殘壓Ures:代表雷擊電流流過SPD時，在其兩端所產(chǎn)生的電壓最大值。

3)SPD短路能力。a.短路電流耐受能力:代表SPD能夠接受的預(yù)期最大短路電流值。在短路耐受能力試驗時，電源短路，電流應(yīng)由制造廠所要求的一個脫離器(內(nèi)部的或外部的)斷開。如果脫離器動作，應(yīng)有明顯的、有效的和永久斷開的跡象。b.過電流保護(hù)。在SPD前端回路處加裝保護(hù)開關(guān)(如:斷路器或熔斷器)，即后備保護(hù)器。

4)SPD的其他參數(shù)。a.插入損耗。b.殘流IPE:施加最大持續(xù)工作電壓(Uc)時，流過PE接線端子的電流。c.待機(jī)功耗Pc。d.續(xù)流If。這些參數(shù)在設(shè)計選型中作為參考。

3 SPD的應(yīng)用

1)一類產(chǎn)品的使用。GB 50057-2010建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第4.2.3條規(guī)定:一類防雷要求在總電源進(jìn)線處加裝防雷電電涌侵入的SPD應(yīng)為Ⅰ級試驗的電涌保護(hù)器。其電壓保護(hù)水平值應(yīng)不大于2.5 kV。

2)SPD的選擇需要 Up，Uc，In值(根據(jù)GB 50343-2012選擇)、常見設(shè)備的耐沖擊值。這些都需要計算和查表取得，這里不再一一敘述了。

3)SPD極數(shù)選擇見表1。

表1 SPD極數(shù)

4 SPD的后備保護(hù)

4.1 后備保護(hù)的作用

由于SPD老化或者使用環(huán)境惡劣，造成SPD對地短路，影響供電連續(xù)性。加裝后備保護(hù)器，可保證在發(fā)生雷電時，后備保護(hù)器不動作，而發(fā)生SPD對地短路時，后備保護(hù)器動作，保證供電連續(xù)性。斷路器的分?jǐn)嗄芰Ρ仨毚笥谠摼€路的預(yù)期短路電流值。

4.2 后備保護(hù)器的選擇

1)發(fā)生雷電時，后備保護(hù)器不動作。

I2t盡可能高。

額定電流高。

2)已知浪涌保護(hù)器的峰值Icrest及其波形，可用以下公式估算出電涌電流I2t值:

3)后備保護(hù)熔斷器的最小預(yù)期燃弧值必須大于I2t［1］。

5 應(yīng)用SPD的注意事項

1)注意事項——分級防護(hù)。SPD的分級保護(hù)是為了提供更好的保護(hù)，而且要求SPD能夠承受最大的電流又要求能夠產(chǎn)生較小的殘余電壓;各級SPD完成不同的任務(wù):

入口處:泄放大部分為后面設(shè)備保護(hù)做準(zhǔn)備。

設(shè)備處:限制殘余保護(hù)設(shè)備。

中間級:保護(hù)該處設(shè)備或輔助作用。

2)注意事項——級間配合。

a.級間配合。SPD的第二裝置安裝在第一裝置下面的時候，通常第二裝置的各項參數(shù)指標(biāo)(Imax，In，Ures)都比第一裝置小。但如果第二裝置與第一裝置安裝得比較近的時候，第二裝置有可能比第一裝置更早動作，從而要承受本由第一裝置承受的高能量。

b.當(dāng)保護(hù)第一裝置和第二裝置作為級聯(lián)安裝時，它們之間需要配合。目的:為了延遲第二裝置上雷擊波的到達(dá)，使盡可能多的能量被第一裝置釋放。具有主動能量控制技術(shù)的間隙類SPD和其后MOV型SPD無需預(yù)留距離。

3)注意事項——安裝原則。距離原則:當(dāng)安裝被保護(hù)設(shè)備與它進(jìn)線回路的SPD之間的距離大于一定距離的時候，應(yīng)在離被保護(hù)設(shè)備盡可能近的地方安裝另一個SPD;不應(yīng)形成回環(huán)，不宜形成尖銳的轉(zhuǎn)角;減小長度;采用V形接線。如果不這么處理，電涌保護(hù)器的殘壓可能將變成電涌保護(hù)器接入端殘壓的兩倍，所以第二裝置應(yīng)當(dāng)盡可能的接近被保護(hù)的負(fù)載。

6 SPD的應(yīng)用案例

對于一個居住建筑一般情況在施工圖設(shè)計中:在電源進(jìn)線處安裝Imax=40 kA(8/20 μs)的SPD和C65N C40A的斷路器(以施耐德電器為例)，末端配電箱安裝Imax=8 kA(8/20 μs)的SPD和C65N C20A的斷路器(以施耐德電器為例)。這樣基本滿足設(shè)計規(guī)范要求。

通過上面的敘述，我們大概了解了電涌保護(hù)器的一些基本概念，對我們選擇電涌保護(hù)器起一定的幫助促進(jìn)作用，讓我們學(xué)習(xí)到更多的知識。電涌保護(hù)器是現(xiàn)代社會中不可或缺的一個電氣設(shè)備，它對我們的安全生活起到了越來越重要的作用。

［1］GB 50057-2010，建筑物防雷設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］GB 50343，建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］.