李阳兴、廖杨军、梁柳宁、黄海珍
广西广播电视技术中心崇左分中心 广西崇左市 532200
【摘要】本文章对广播电视发射台站“十三五”建设项目中电源浪涌保护器(简称SPD)在发射台站低压配电系统中的安装方法、设计选型及SPD后备保护措施作技术要点总结,对以后SPD在本行业内的应用、规范的设计、科学安装具有指导和参考作用，能最大限度的发挥SPD的防雷作用。
【关键词】 浪涌保护器；后备保护；退耦；保护模式；SPD连接线
引言
2018年在 “十三五”建设项目实施前，大部分广播电视发射台站已实施了防雷设施,如：建筑物防雷、配电柜内配套安装了SPD ,人工接地装置等。但是雷击现象仍时有发生，轻者击坏SPD、损坏广播设备、重者存在严重停播事故及人身安全的风险。本次十个广播电视无线发射台站的防雷建设项目中，主要对发射台站低压配电系统的浪涌防护及接地做重点整改，本文主要就台站电源线路浪涌侵入的防护措施作探讨。
1 台站电源线路的浪涌防护常见问题：
根据日常的设备维护和设备雷击损坏记录，因雷击引起的大部分设备损坏，均来自低压配电线路的雷电浪涌入侵。台站电源线路的浪涌防护，是整个防雷工程的重中之重，在雷击事故发生前，如何发现防护存在的问题，如何解决问题，才能把雷电造成的灾害降到最低限度。
1.1 SPD选型类型不符合防雷规范要求,作为第一级防护的SPD尤为突出：
按照相关防雷技术要求，台站变压器低压侧外电引入(市电)的总配电箱处，应配置I级试验浪涌保护器作为第一级防护。但是这一级的SPD往往是配电成套厂家配套安装，配置的SPD质量掺差不齐，主要表现为标称放电电流过小(In=20-40kA(8/20μS)不等)、采用限压型SPD。当雷电大电流通过后会出现SPD容易被击穿损坏、SPD故障显示灯亮或SPD模块警示窗跳红等现象。最重要的是限压型SPD不能有效泄放10/350μS波形的雷电波冲击，作为第一级防护，应安装I级试验浪涌保护器。
1.2 SPD后备保护空开的选择不规范：
作为SPD的故障后备保护措施，SPD的前端一般可串联安装空气开关(微型断路器)或专用后备保护器，空气开关的容量选择一般有32A、63A或100A不等。本应该是选择63A的空开，却安装了100A。常见以下故障现象：
①雷电流冲击后备保护空开后，空开跳闸，SPD完好无损，限制了SPD的泄放雷电流能量的作用，也限制了防雷效果；
②SPD因雷击烧毁或故障后，空开不能及时分断跳闸,没有起到后备保护作用；
③更严重者，由于SPD故障并发生对地工频短路后，造成前端供电主线路空开跳闸,引起停电事故、甚至停播事故。
后备保护器与SPD的科学配合问题，也是线路防护的技术重点。不解决好这个问题，就起不到本应有后备保护作用，更谈不上防雷效果。
1.3供电线路SPD之间的电气距离不满足要求，没有退耦措施
以某广播电视转播台的配电系统(图1)为例：
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图1
根据以上供电系统及设备配置，应在市电总配电箱处安装电压开关型SPD，ATS输入、发射机配电柜安装限压型SPD。各级SPD之间应该有足够的电气安装距离，(限压型SPD与限压型SPD之间的电气距离为5米,电压开关型与限压型为10米)：即市电总配电箱处(低压开关1)的SPD与ATS柜的SPD之间的电气距离应大于10米，ATS柜的SPD与发射机配电柜之间的电气距离应大于5米。如达不到距离要求，应安装退藕措施或增加线路的电气距离。当SPD之间的电气距离达不到要求时，雷电流在瞬间(纳秒级)流过电气回路，虽然该回路安装了多级SPD，但是只有一组最灵敏、响应时间最快的SPD会动作，其它SPD不会动作，限制了SPD的防雷作用，严重影响防雷效果。
1.4 SPD的安装不够规范
经过比较，发现之前大部分台站安装的SPD在安装方法上不够科学、规范，主要表现为安装使用的接地线、连接线，其规格及长度不符合要求。
低压配电系统的SPD，在没有实施专业防雷工程改造以前，一般是配电成套厂供应配套的SPD，普遍存在接地线及连接线采用的铜线太细、过长等现象，雷电流在接地线上引起的电位抬升，往往会超过SPD本身的电压保护水平，易击穿设备绝缘或被保护设备的绝缘耐受水平，造成工频短路，损坏设备。
2 SPD的安装技术总结
此次十个台站的防雷接地项目中，针对上述的常见问题进行整改、并逐一分析原因、提出解决方案和技术措施。
2.1 关于第一级SPD冲击电流(Iimp)或标称放电电流(In)的选择:
在市电总配电柜(盘)安装的SPD(LPZ0区与LPZ1区),作为电源第一级保护,应优先选用电压开关型SPD，如选用限压型SPD,其In值最低应不小于60kA,In太小雷电流会击坏SPD。由架空线引入的配电线路, 应考虑安装高能量的I级试验浪涌保护器（电压开关型10/350uS波形)，冲击电流Iimp≥12.5kA,电压保护水平Up≤2.5kV。考虑到广西处于亚热带多雨的地理环境及雷电多发区，建议选择SPD的Iimp≥25kA的I级试验浪涌保护器安装于总配电柜(盘)处。
线路防浪涌侵入措施设计安装如下：
2.2.1电源浪涌保护器(SPD)安装
低压配电线路是雷电流侵入的主要通道之一，也是雷击设备损坏的主要原因。主要采取安装多级SPD、架空线改为电缆埋地引入、隔离、退藕等技术措施。
①第一级防护SPD： 在变压器低压侧配电箱(柜)或配电房市电配电箱安装高能量I级试验浪涌保护器(型号为：MC50-B/3+NPE，配置SPD后备保护器(OSCB)T1 4P(推荐)或100A/3P空气开关。
②第二级防护SPD：在ATS柜电源输入端(市电和发电机)安装复合型浪涌保护器(I+II)，
型号为：V25-B+C/3+NPE-AS，配置SPD后备保护器T2 4P(推荐)或63A/3P空气开关。
③第三级防护SPD：在发射机电源柜安装限压型浪涌保护器，建议安装电压保护水平Up小于1.3kV的SPD,型号为：V10-C/4P-280V，配置SPD后备保护器T3 4P(推荐)或32A/3P空气开关。
2.2.2信号、天馈线浪涌保护器(SPD)安装
网络线、天馈线设计适配的信号浪涌保护器ND-CAT 6A/EA和天馈线浪涌保护器DS-F。
2.2 SPD后备保护器的安装要求
所谓SPD的后备保护：可简单理解为能有效分断故障电流的一种装置(设备)，如SPD故障损坏引起的工频短路电流、SPD劣化造成的漏电流升高等。另外后备保护装置更方便日后更换或维修SPD。SPD的后备保护在工程中一般采用两种方法，一是在SPD前端串联安装空气开关,二是把空气开关换成SPD专用后备保护器。
当采用空气开关(微型断路器)时，其额定电流容量应小于上一级供电回路主线路空开容量，一般取1/1.6倍,如主线路空开电流为100A, 那么SPD串联安装的空开容量应为63A。容量太小会造成雷击冲击跳闸，SPD不能泄放后续雷电流，容量大于线路空开将迫使线路空开跳闸停电。
所有项目从投入使用，SPD的后备保护采用空气开关，第一、二、三级防雷器分别配置100A、63A和32A/3P空气开关，至今正常运行两年多，未发生因线路浪涌引起的雷击事故。
2.3电源线路各级SPD之间的退藕措施
根据相关防雷技术规范要求：在一条线路上设置多级电源防雷器时应考虑他们之间的能量协调配合。第5.4.6规定：当电压开关型浪涌保护器至限压型浪涌保护器之间的线路长度小于10M，限压型浪涌保护器之间的线路长度小于5M时，在两级浪涌保护器之间应加装退耦装置。
退藕措施的目的是让低压配电线路的各级电源SPD在浪涌侵入时均能有效动作、泄放雷电流能量及钳位SPD两端的电压，做大限度的发挥SPD的防雷作用。
由于发射台站的负荷功率较大，总电流大于100A,目前市场上常见的退耦器最大工作电流不超过100A。因此在本次崇左分中心“十三五”基础设施二期建设项目-防雷接地项目中，不采用在线路上安装退藕器的办法，而是采用自然隔离办法，即
SPD1和SPD2分别设计安装在隔离变压器或稳压器的电源输入端和输出端，通过隔离变压器或稳压器自身的电感来增大线路的电感，使之符合SPD1和SPD2之间的安装电气要求；(如SPD1在市电配电箱处、SPD2在ATS柜，两者之间有隔离变压器或稳压器)
当SPD2和SPD3(发射机配电柜处)的电气距离小于5m时，如现场条件允许，可改造配电线路长度来使之符合安装要求，此办法经济实用。具体措施是用1条长度大于5m的电缆，更换原来的电缆，既可满足电气安装要求。
2.4 电源线路各级SPD的科学安装：
安装SPD采用的接地线、连接线，其长度、规格大小是直接影响防雷效果的两个因素之一。
根据规范要求，SPD的连接线长度不应大于0.5米，采用不小于6mm2多股铜芯线，接地线长度不应大于1米，采用不小于10mm2多股铜芯线。其目的是减少线路的分布电感及雷电流引起的电位抬升。电源浪涌保护器往往是安装在配电柜(箱)内或固定于配电箱旁边的墙上，由于安装位置的限制，使得SPD接地线及连接线长度均超过规范规定的长度要求，改进措施可采用增大铜芯线规格的办法来减少分布电感，弥补长度的超长不足。如本次工程中我们采用10mm2多股铜芯线作为SPD的连接线，采用16-25mm2多股铜芯线作为接地线。
3 结束语
低压配电线路的雷电浪涌防护，是防雷工程的重点之一，除了需要选择高品质的SPD外，还应重视各级SPD的能量配合是否得当、后备保护措施、退藕措施及科学安装等。
多数台站的各级配电柜(箱）内均随柜配置的各种电源SPD,不同的电源成套厂和电源设备厂，配置的SPD不一样。SPD质量掺差不齐、参数颠倒混乱,品牌不一。首先在SPD设计选型和安装上或多或少出现错误,直接影响防雷效果,甚至造成设备损坏或停电事故。本文提出的SPD安装要点及技术措施重点强调了防雷规范的细节要求和积累的工程技术经验，在综合防雷工程实践中具有实质意义和可操作性，可供参考。
参考文献:
【1】GB50065-2011交流电气装置的接地设计规范, 北京:中国电力出版社,2012.1
【2】GB50689-2011通信局(站)防雷与接地工程设计规范,北京邮电大学出版社,2012.10
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【4】GB50057-2010建筑物防雷设计规范,北京:中国计划出版社,2010
【5】GY/T5031-2013广播电视微波站(台)工程设计规范