防雷裝置SPD產(chǎn)品的分級探討

王力

摘 要：直接雷擊和間接雷擊，以及系統(tǒng)內(nèi)部的過高壓、內(nèi)部浪涌現(xiàn)象往往會造成設(shè)備的損壞，給社會帶來巨大的經(jīng)濟損失。文章中，作者對防雷裝置SPD產(chǎn)品原理做了詳細(xì)分析和SPD產(chǎn)品的分級探討，并針對電源系統(tǒng)中的TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，探討了SPD的選用和安裝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：防雷裝置；SPD；SPD三級防雷

1 防雷裝置發(fā)展歷程

1.1 發(fā)展過程

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們對建筑、設(shè)備等的保護意識不斷增強，防雷已經(jīng)是一個必須慎重考慮的重要問題。200多年前，富蘭克林發(fā)明了世界上最早的避雷針，這也是最早的防雷產(chǎn)品，其原理是基于金屬的尖端放電。之后的社會實踐活動中，人們發(fā)現(xiàn)與高壓線連接的配電設(shè)備極易發(fā)生過電壓損壞，理論研究表明，導(dǎo)致該現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)资庆o電感應(yīng)、或者電磁感應(yīng)導(dǎo)致的“感應(yīng)雷”。為了防止“感應(yīng)雷”損壞設(shè)備，抑制浪涌，線路保護器應(yīng)運而生。隨著半導(dǎo)體材料以及半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，線路保護器也不斷更新，新的防雷技術(shù)和產(chǎn)品也不斷被開發(fā)出來。

1.2 SPD三級防雷

人們在探討防雷技術(shù)的過程中，提出了SPD（浪涌保護器）的概念。Surge Protective Device（SPD），浪涌保護器，又名避雷器、防雷器，或是電涌保護器，用于保護用電設(shè)備，避免雷電點擊、電磁脈沖或是過電壓破壞用電設(shè)備。SPD產(chǎn)品有一些表征其防雷能力的重要參數(shù)：響應(yīng)時間表征了SPD產(chǎn)品在保護器里的特殊保護元件的動作靈敏度、擊穿時間；電壓保護級別是跳火電壓和額定放電電流的殘壓的最大值。

由于SPD產(chǎn)品很多性能參數(shù)上不能同時滿足所有的要求，而且直接雷擊、間接雷擊、內(nèi)部浪涌所要求的防雷側(cè)重點各不相同，因此在實踐活動中，我們最好對防雷裝置SPD產(chǎn)品進(jìn)行分級探討。

2 SPD產(chǎn)品的三級探討

2.1 第一級SPD作用及設(shè)計

第一級SPD是一種大容量電源防浪涌保護器，連接在大地和用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相之間。該級電源防浪涌保護器是專為承受直接雷電、間接（感應(yīng)）雷擊而設(shè)計的，能夠吸收大電流和高能量浪涌能量，并將大量的浪涌電流分流到大地。該級SPD主要吸收大浪涌電流，不足以保護系統(tǒng)內(nèi)部的敏感電子設(shè)備。如果該級能夠釋放掉足夠的雷擊電流，就不易造成雷電危害，后面的各級SPD設(shè)計時主要考慮第一級的雷電電流殘留部分。

對建筑物的防雷探討及通流容量設(shè)計如表1所示。

2.2 第二級SPD作用及設(shè)計

第二級防浪涌保護器SPD主要安裝在重要或者敏感的用電設(shè)備供電電路，在低壓電源系統(tǒng)（這里主要指AC 50Hz 220/380V，即中國低壓供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，直流20Hz，相電壓220V）用戶供電入口處的瞬態(tài)電壓有很好的抑制作用。第二級防浪涌保護器SPD已經(jīng)在沖擊電流以及沖擊電壓上對系統(tǒng)進(jìn)行了很全面的保護，一般的用戶供電系統(tǒng)作到第二級保護就可以達(dá)到用電設(shè)備運行的要求。參照表1所示，第2、3級所選取的通流容量按第一級SPD的通流容量10/350μs進(jìn)行相應(yīng)的折算得到。這種折算引入了安全系數(shù)，全面的考慮了由于雷擊之后的反擊現(xiàn)象造成的過電壓以及電流沖擊現(xiàn)象。

2.3 第三級SPD作用及目的

在很多情況下，兩級SPD防雷設(shè)施已經(jīng)足以保護設(shè)備正常運行了，但在重要的設(shè)備處，我們還需要更加安全的第三級SPD防雷來保證設(shè)備的安全可靠運行。第三級SPD產(chǎn)品主要是一個內(nèi)置式的防浪涌保護器，用于設(shè)備內(nèi)部電源部分。對于一些特別敏感又極其重要的電子設(shè)備中，該級防護是必要的，其作用在于消除微小瞬態(tài)過電壓。在設(shè)計該級SPD時，應(yīng)選擇參數(shù)使最大沖擊電流為20KA，或者根據(jù)要求使該參數(shù)更低一些。

3 電源SPD的選用和安裝

3.1 TN系統(tǒng)的SPD選用和安裝

TN系統(tǒng)，即保護接零系統(tǒng)，TN系統(tǒng)通常是一個中性點接地的三相電網(wǎng)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的外露金屬均接到保護線上，并與電源中性點相連。電氣裝置通常采用TN-C-S系統(tǒng)，在TN-C-S系統(tǒng)中只有三根相線上需裝設(shè)SPD，安裝在相線和PE線之間。在TN-C-S系統(tǒng)中，PE線系統(tǒng)自PEN線引出，所以SPD承受的工頻過電壓即是電氣裝置標(biāo)稱電壓Uo加上電網(wǎng)供電電壓的正偏差。我國規(guī)定的220V電網(wǎng)內(nèi)的正偏差不大于7%，但我國一些地區(qū)的電壓不穩(wěn)定，電壓質(zhì)量較差，電壓正偏差往往超過此值，同時由于設(shè)備在使用過程中存在老化現(xiàn)象，工程上防雷標(biāo)準(zhǔn)取Uc≥1.15Uo。

3.2 TT系統(tǒng)的SPD選用和安裝

TT 方式供電系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護系統(tǒng)，即保護接地系統(tǒng)。在TT系統(tǒng)內(nèi)，中性線自變電所引出后不再重復(fù)接地而對地絕緣，因此它也能將雷電脈沖過電壓傳導(dǎo)到電氣裝置中來，引起設(shè)備的損壞，因此在防雷系統(tǒng)中該中性線也需要安裝SPD設(shè)備。為此在TT系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)需在相線和中性線上共安裝4個SPD。在防雷性能方面，TT系統(tǒng)的優(yōu)點在于對低壓電網(wǎng)的雷擊過電壓有一定的泄漏能力，其缺點則是電源線路系統(tǒng)發(fā)生雷擊現(xiàn)象時，配變可能發(fā)生正、逆變換過電壓。TT系統(tǒng)絕緣承受的過電壓常比TN系統(tǒng)絕緣承受的過電壓高，當(dāng)其中的一相發(fā)生接地故障時，另外兩相的電位會被拉高，在實踐活動中，我們總結(jié)得到其值一般不超過相電壓的50%，為了使系統(tǒng)既得到充分的保護，同時又不浪費資源，工程上防雷標(biāo)準(zhǔn)取Uc≥1.55Uo。

4 結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，許多領(lǐng)域的電氣設(shè)備越來越精密，同時也越來越貴重，重要設(shè)備的損壞會給人們帶來巨大的損失。我們在追求高速發(fā)展的同時，也一定要注重設(shè)備的安全性，對設(shè)備做相應(yīng)的防雷保護是必不可少的，同時我們需要進(jìn)一步探索防雷技術(shù)，推動SPD產(chǎn)品不斷更新，以實現(xiàn)更高的要求。

參考文獻(xiàn)

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