浅谈电涌保护器在电源系统中的应用-光电技术论文发表

浅谈电涌保护器在电源系统中的应用
吴林峰黄秋兰廖云和
摘要: 雷击产生的雷电过电压对建筑物中的电子信息系统具有极大的危害性, 从电源线侵入的雷电过电压会损坏电子设备，轻则工作失效，重则发生永久性损坏，导致所在电子信息系统运行故障。为了维护电子设备的安全可靠运行，需要在电源系统中采取防雷保护措施，以抑制雷电过电压，这些措施主要是在电源系统中设置多级电涌保护器。
关键词:雷电过电压低压电源系统电涌保护器（SPD）
1 雷电过电压的危害
随着科学技术的发展和现代化水平的不断提高，现代建筑物内安装的电子信息设备和计算机设备越来越多。与此同时，这些设备对雷电的防护也提出了新的要求。根据近年来气象部门雷灾的统计，雷电从电源系统侵入造成低压电气设备损坏约占70%，特别是电子信息设备和计算机设备的损坏尤为严重，低压电源系统的雷电过电压保护显得越来越重要。
2 雷电过电压的侵害途径
雷电过电压主要通过两种形式进行传导：一种是雷电直接击在金属管线或地线上，雷电过电压通过它们直接传导致使设备损坏；一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线上产生过电压致使设备损坏，绝大部分设备损坏都是由这种感应而引起。
对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，主要通过以下三个通道产生瞬态过电压：金属管线通道，如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的瞬态过电压；其中金属管线通道的瞬态过电压和地线通道的地电位反击是电子信息系统损坏的主要原因，它的最常见的损坏形式是在电源线路上引起的雷电过电压损坏，所以电源线路防过电压需作为重点来防护。
3 雷电过电压的主要防护措施
由于电子元件耐受雷电电磁脉冲的能力很低，仅靠外部防雷不足以保护电子设备的安全，为了减少雷电电磁脉冲的干扰和破坏，现代防雷发展了包括共用接地、屏蔽、等电位连接、合理布线和过电压保护等的内部防雷措施，来共同保障电子设备的安全。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬态过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，将强大的雷电流泄入大地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。
3.1 电涌保护器的防护原理
各种电气设备的绝缘都是按一定的耐受电压水平来设计的，为了设备的安全，需要对超过此耐受限度的过电压加以抑制，将过电压降低到绝缘耐受限度以内，这种过电压抑制装置通常就是电涌保护器。当电涌保护器两端电压达到和超过动作电压时，它将导通，将雷电流泄入大地，对过电压实施抑制，从而保护电气设备不受冲击损坏。
3.2 电涌保护器的选用
正确选择和使用电涌保护器是保护设备和人身安全的关键，如不能正确的选择和安装电涌保护器就不可能起到保护设备的功能，甚至还会出现损坏设备和造成人员伤害的事故。因此电涌保护器的防护想要取得理想的效果，就要注重“在合适的地方合理地装设合适的电涌保护器”。
由于雷击的能量非常巨大，电源线路上往往会感应产生几千伏到几十千伏的高电位，然后以脉冲波的形式沿着线路传播而侵入室内，因此需要在电源线路上安装多级电涌保护器对电气设备进行保护。分级保护的目的是利用每级的电涌保护器进行逐级泄放雷电过电压的能量，使电压限制在电气设备能够承受的水平，从而保护电气设备。
3.2.1 第一级保护的选用
第一级电涌保护器用于LPAOA或LPZOB区与LPZ1区的交界处，一般情况下可采用波形为10/350us的三相电压开关型电涌保护器，连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间，要求其雷电通流量不应低于60KA，该级电涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流以及吸引高能量电涌而设计的，可将大量的电涌电流分流到大地，仅靠它是不能完全保护供电系统内部的敏感电气设备的。
3.2.2 第二级保护的选用
虽然第一级电涌保护器泄放了大量的电涌电流，但仍有一部分对设备而言是相当巨大的雷电流会传导过来，需要第二级电涌保护器进一步泄放。同时，经过第一级电涌保护器的传输线路也会感应出雷击电磁脉冲辐射LEMP，当线路足够长时感应的雷击电磁脉冲辐射的能量就变得足够大，也需要第二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。
第二级电涌保护器应安装在重要或敏感的电气设备供电的分路配电箱处，一般情况下，用户供电系统做到第二级保护就可以达到电气设备运行的要求了。
3.2.3 根据被保护设备的耐压等级，假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的耐压水平，就只需要做两级保护，假如设备的耐压水平较低，可能需要三级甚至更多级的保护，就要选用相应级别的电涌保护器来限制电压低于设备的耐压水平。
3.3 电涌保护器安装时的级间配合
在被保护线路中，安装多级的电涌保护器时，应注意电涌保护器的级间配合问题。一般情况下，电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度要大于10m，限压型SPD之间的线路长度要大于5m，如果开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度小于10m或限压型SPD之间的线路长度小于5m时，为实现多级SPD间的能量配合，应在SPD之间的线路上串接适当的电阻或电感，以此来消除保护“盲区”的问题。