谈防雷浪涌保护器的选择与保护

【摘要】雷电造成的破坏有70%-80%是由于感应雷浪涌造成的，防护这种雷浪最有效的办法就是应用浪涌保护器。本文对浪涌保护器的工作原理及类型进行了阐述，总结了防雷工程中浪涌保护器的选择方法，并对浪涌保护器在应用中的保护措施提出了自己的建议。

【关键词】防雷 浪涌保护器 原理 选择

前言

雷电是一种频发的自然现象，伴随雷电发生而产生的强大电流、炙热的高温、强烈的电磁辐射以及猛烈的冲击波等物理效应，通常会在瞬间产生巨大的破坏作用，造成雷电灾害。另一方面，随着工业化、现代化进程加速，电气控制系统已广泛应用于各行各业。然而电气系统带负载开关操作和静电放电，则会产生类似雷电灾害的电涌危害。雷电和电涌危害会导致建筑物、供配电系统、通信设备、民用电器的损坏，严重的会引起森林大火，导致炼化厂、油气田、石化传输管道等的爆炸，造成重大的经济损失和不良社会影响。为了有效的保护机器设备，降低雷击对机器设备的损坏以及由此而产生的各种损失，安装浪涌保护器（SPD）是非常有必要的。

一、浪涌保护器概述

浪涌就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲，例如在重型设备短路、电源切换或大型发动机起动时。浪涌保护器（Surge Protective Device，简称SPD）也称电涌保护器，是一种新兴的防雷电保护器件，其产品型式也是多种多样的，他种可以有效地吸收突发的巨大能量，为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路等提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。浪涌保护器的组成器件主要包括放电间隙、压敏电阻、二极管、滤波器等，电流器件至少含有一个非线性元件。按非线性元件类型分，有电压开关型、电压限制型和混合型；按使用性质，可分为电源系统SPD、信号系统SPD和天馈系统SPD。

二、浪涌保护器的工作原理及分类

浪涌保护器的基本原理是在瞬态过压（雷电波）发生的瞬间（微秒或纳秒级），将被保护区域内的所有被保护对象（设备、线路等）接入等电位系统中，从而将回路中的瞬态过电压幅值限制在设备能够承受的范围内。SPD元件分电压开关型和限压型，电压开关型SPD，如气体放电管、闸流晶体管等，这种SPD在没有浪涌时为高阻值，但在响应电压浪涌时其

阻抗突变为低值；限压型 SPD，如压敏电阻、抑制二极管等，这种SPD在没有浪涌时为高阻抗，随浪涌电流和电压的增加其阻抗会连续变小；混合型SPD利用两种元件的特性，组装成具有电压开关、限压两种特性兼有的产品

三、浪涌保护器的选用

防雷防浪涌保护器选型浪涌保护器的选型是实施全面的系统防护方案中的重要一环，也是一项综合考量，权衡取舍的细致工作。选型得当，可有效、可靠地保护系统和设备，保证系统和设备的正常运行，降低系统运行风险，进而节省人力、物力。作为防护系统中的保护器件，有如下因素可作为选型参考指标：可靠性/安全性技术先进性技术参数安装、调试的简捷性检测、维护的便利性经济性。

1、按被保护负载的特性选择

主要考虑设备的冲击耐受电压 、电网最高运行电压，并依接地系统的类型选择 的极数和保护方式， 的过电压保护水平应为 （网）

（1） 的选择按如下方式：

①保护系统中安装 的数量，应依据雷电防护区概念的要求，按被保护设备的抗扰能力和雷电防护分级而定。

②在LPZ0区与LPZ1区交界处应安装Ⅰ级分类实验的SPD或限压型SPD作为第一级保护；在LPZ1区与LPZ2区交界处应安装限压型SPD

作为第二级保护；在住宅配电箱输出端应安装限

压型SPD作为第三级保护。

③SPD连接导线应短而直，其长度不宜大于0.5m。如果电网中有几个浪涌保护器，它们将会互相影响，并联的保护器之间必须达到能量的配合才能确保被保护线路的安全。配合的效果是：当由雷电形成一个浪涌过电压时，浪涌保护器（B级）将可靠地响应，带走高能量的电流，以免由于过载而损坏其他浪涌保护器（C级或D级）。当SPD具有能量自动配合功能时，线路长度不受上述规定限制。为防止SPD老化造成短路，SPD安装线路上应有过电流保护装置，宜选用有劣化显示功能的SPD。④在电源总配电柜输出端应安装标称放电电流 ≥15kA（10/350 波形）的开关型浪涌保护器；也可安装标称放电电流 ≥80kA（8/20 波形）的限压型SPD作为一级防护。

⑤在分配电柜输出端应安装标称放电电流 ≥40kA（8/20 波形）的限压型SPD作为二级防护。

⑥在住宅终端配电箱输出端应安装标称放电电流 ≥20kA（8/20 波形）限压型SPD作为三级防护。

⑦在配电箱输出端也可安装混合型或串联型SPD，其技术指标应满足设备要求。

（2）SPD后备保护元件的选择。

基于电气安全原因，并联安装在市电电源的SPD，为防止其失效后造成故障短路，必须在SPD前安装短路保护器件。SPD的后备保护有熔断器和断路器两种。

2、依据现场环境选择

若建筑物半径50m范围内有避雷针保护时，低压系统进线处需装Ⅱ级分类试验的第一级SPD， =65kA（8/20 波形），架空进线时安装Ⅰ级分类试验的SPD， =20kA（10/350 波形）；第二级SPD应在被保护设备尽可能近的地方安装，应选用Ⅱ级分类试验的SPD， =8-10-40kA（8/20 波形）。对于建筑物无避雷针但处于防雷保护范围内，则应按地理位置及保护对象选择。

四、浪涌保护器的保护

为防止SPD因老化或其他故障而出现短路，在SPD前应设置保护措施。目前常用的有两种方式，一种是熔断器保护，一种是断路器保护。经过对50多位设计人员的调查发现，有80%以上的设计者选用了断路器，这实在令人费解。笔者认为装设断路器保护是一种误区，应该装

设熔断器保护。

1、SPD的保护是短路保护，不存在过负荷的情况，用断路器也只能用到其三段保护（或两段保护）中的瞬断功能。

2、SPD的保护装置的选择应该以SPD安装处的短路容量来设置。而SPD的安装处（如电力进线的主开关前）的短路电流一般都比较大，如果用断路器，则需要高分段能力的断路器。

3、用断路器时需对连接SPD的导线进行动热稳定计算，根据该点的短路容量，所选用的导线截面会很大，接线不便。

4、从经济角度而言，熔断器的价格要比断路器低得多，综合熔断器在对SPD保护的安全、方便、经济的优点，笔者认为使用熔断器更好。

参考文献：

[1] 国家技术监督局.GB 50057-94 建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2000

[2] 国家质量监督检验检疫总局.GB/T 21431-2008建筑物防雷装置检测技术规范[S].北京：中国标准出版社，2008.

[3] 梅卫群，江燕如.建筑物防雷工程与设计[M].北京：气象出版社，2006