时间：2022-10-13 11:50:19
摘要：本文分析了瞬态冲击过电压的成因，对由大气中的雷电引起的瞬态冲击过电压的危害及防范进行了重点阐述。
关键词：瞬态冲击过电压；电涌；SPD
中图分类号：TM421 文献标识码：A
建筑物电气装置内的瞬态冲击过电压或涌压主要由大气中的雷电产生，也可因大功率电气设备的投切而产生。后者即所谓的操作过电压，其幅值和波形陡度虽然不大，但可危害近旁的敏感设备。在电气装置内设置防雷电的电涌保护电器后一般也可对这种过电压起防范作用，但不能完全杜绝其危害。前者泄放时的能量和过电压幅值、波形陡度都较大，持续时间极短，以微秒计。常会造成设备绝缘损坏，供电中断，甚至引发火灾、电击等事故，对绝缘强度低的敏感信息技术设备危害和干扰尤大，是防范的重点。
一、建筑物外部接闪器与瞬态过电压防护的关系
在建筑物上装设的防雷装置只能保护建筑物不被雷电直接击坏，不能保护建筑物内部的电气设备被雷电感应产生的瞬态过电压或涌压击坏。这种瞬态冲击过电压可由两种途径产生：一种是当远方发生雷电时，雷电产生的瞬变电磁场在电源线路或信号线路上感应产生瞬态涌压，它可沿线路传导至建筑物电气设备内，击坏电气设备绝缘。另一种是建筑物直接受雷击或在建筑物近旁落雷，在雷电流入地的周围产生强大的瞬变电磁场，直接在电气设备的电源线路或信号线路上感应产生瞬态过电压而击坏电气设备绝缘。这种电涌的能量远大于远处雷电在线路上感应和传导至建筑物内的电涌。
建筑物装设了防雷装置后，屋顶上的接闪器起到了引雷的作用。虽然防雷装置能将雷击电流安全地泄放入地，保护了建筑物。但直接落雷的雷电流产生的强大瞬变电磁场则增大了建筑物内电气设备的绝缘被在电源线、信号线上感应产生的瞬态过电压击坏的危险。这种过电压也可因接地装置的阻抗耦合沿配电线路传导到邻近建筑物内引起危害。
二、冲击过电压水平的分级
电气设备的绝缘被瞬态雷电冲击电压击坏的危险程度与设备本身耐受瞬态过电压水平、设备安装位置以及瞬态过电压的强度等因素有关。为合理有效地对设备进行保护，IEC标准将电气装置内电气设备安装位置的过电压水平和电气设备耐冲击过电压水平进行分级，要求电气设备的耐冲击过电压值不低于其安装位置可能出现的过电压。此值见表1.1.电气设备制造商应使其产品满足表1.1的要求。
表1.1 各级电气设备额定耐冲击过电压值
电气装置的标称电压/V 电气设备应具有的耐冲击过电压值/kV
三相系统 带中点的单相系统 电气装置进线处的设备（Ⅳ级） 配电箱回路和末端回路（Ⅲ级） 用电器具
（Ⅱ级） 需特殊保
护的设备
（Ⅰ级）
120~240 4 2.5 1.5 0.8
230/400
277/480 6 4 2.5 1.5
400/690 8 6 4 2.5
1000 由设计电网的工程师确定
我国低压电气装置的标称电压为220/380V，可套用IEC标准230/440V这一级电压的耐冲击过电压值。
IEC标准镜电气设备按耐瞬态雷电冲击过电压水平划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ四级。Ⅰ级耐冲击过电压电气设备是指从建筑物固定安装的电气装置的电源插座供电的对冲击过电压敏感的电气设备，例如电子计算机之类的信息技术设备。
Ⅱ级耐冲击过电压电气设备是指从建筑物固定安装的电气装置供电的用电器具，例如自电源插座供电的台灯、电风扇等家用电器盒手持式电动工具之类的电气设备。
Ⅲ级耐冲击过电压电气设备是指组成电气装置本身的一些电气设备，例如配电箱、断路器和电气线路（包括电线、电缆、母干线、接线盒、墙上开关、插座等），它也可以是不经插座而是直接固定连接于电气装置的经常使用的一些用电设备，例如楼道灯、电梯等。
Ⅳ级耐冲击过电压设备是指电气装置电源进线处或其附近紧靠总配电箱前的电气设备，它包括由供电部门管理的电源进线箱内的过电流防护电器和计费电度表等电气设备。
三、建筑物内电气装置防瞬态冲击过电压的主要措施
在建筑物内防范瞬态冲击过电压的危害主要有两个主要措施：一是防止在设备线路上这种危险过电压的产生；二是在产生这种过电压的瞬间消除或减少其有害效应。前者是指在电气装置中用分流、等电位联结、屏蔽、接地以及正确布置线路等方法来避免或减少有害过电压的产生；后者是指在电源线路上安装电涌防护器（surge protective device，简称SPD），在线路上出现这种过电压的瞬间泄放雷电电涌能量和降低过电压幅度。这两种措施相辅相成，不可偏废。
四、等电位联结对减少有害冲击过电压的产生的作用
雷电冲击过电压既因其在电气装置内的大幅值电位差而导致危害，采用等电位联结降低其电位差自然是十分有效的防范措施。但应注意的是它不同于低频系统的等电位联结，雷电电涌是高频的，因此联结线应具有足够的表面积以减少高频集肤效应的影响，其走线应尽量短而直以减少高频阻抗。电气装置内的导体形成的包绕环因雷电瞬变电磁场的感应而产生冲击过电压，包绕环面积越大，感应产生的冲击过电压就越高。将电气装置内的一些导电部分多进行联结，可以分割这种大包绕环，缩小包绕面积，从而降低冲击过电压幅度。
电源线路上带电导体与地间出现的雷电冲击过电压是不能用联结线来消除或抑制的，因为这样做将造成带电导体的对地短路。为此需在其间设置SPD，它只在出现过电压的瞬间导通泄流而降低过电压。这时SPD起到了等电位联结的作用，但它只是瞬时的而非持续和固定的等电位联结。
五、SPD的安装位置及Up和试验波形的要求
在可能出现雷电冲击过电压的建筑物电气装置内，其电源进线总配电箱内应安装一级SPD。它主要用于泄放雷电流并将雷电冲击电压降低。其Up应不大于2.5kV。如建筑物因装有防雷装置而易遭受直接雷击，或其近旁具有易落雷的条件，则按IEC要求，此级SPD应是通过10/350μs波形的最大冲击电流Iimp试验的开关型SPD。如果建筑物只可能沿电源线路导入雷电冲击电压，则它应为通过8/20μs波形额定放电电流IN试验的限压型SPD。如果这一级SPD未能将保护水平Up限制在2.5kV以下，则需在其后，例如在下级配电箱处安装第二级SPD来进一步降低冲击电压。此级SPD也应通过8/20μs波形额定放电电流In试验的限压型SPD。如果电气装置内有对冲击电压敏感的电子设备，其能承受的冲击电压小于安装处的实际冲击电压，则在该设备前，例如在末端配电箱内或在其电源插座内加装一级SPD。这级SPD应为通过8/20μs波形额定放电电流IN试验的限压型SPD。它的保护水平Up应低于敏感电子设备能承受的冲击过电压水平。