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防雷工程设计中浪涌保护器的选择和运用

发表时间：2021/6/10 来源：《探索科学》2021年4月作者：李靖蔡一祺

[导读] 雷击会造成巨大的破坏，安装浪涌保护器可以确保防雷工作顺利开展。基于此，本文在浪涌保护器分类和主要参数的基础上，重点分析了防雷工程设计中对浪涌保护器的选择和应用，为浪涌保护器的实际应用提供有价值的参考依据。

浙江东方防雷工程有限公司李靖蔡一祺 310000

摘要：雷击会造成巨大的破坏，安装浪涌保护器可以确保防雷工作顺利开展。基于此，本文在浪涌保护器分类和主要参数的基础上，重点分析了防雷工程设计中对浪涌保护器的选择和应用，为浪涌保护器的实际应用提供有价值的参考依据。
关键词：防雷工程   浪涌保护器   选择安装
        引言
        在全球气候变暖的大背景下，雷暴天气出现频率和危害强度不断加重。尤其是在雷雨高发季，一旦强大的雷电流流经带有避雷系统的建（构）筑物后，虽然雷电不会对建（构）筑物造成破坏，受到雷电电效应的影响，避雷系统瞬间会产生高电位和跨步电压，严重影响着周围设备和人员生命财产安全。因此，不能单独依靠单一的防雷工程对雷电进行防护，为了降低浪涌过电压对电子电气设备的危害，在建筑物屏蔽和接地措施达不到保护电子电气设备安全的要求下，应结合实际将多级浪涌保护器加装到电气设备系统中，以保证电子设备可以正常工作。
        1、浪涌保护器分类
        浪涌保护器属于非线性防护器件，可以对带电系统中的瞬态过电压进行限制，还能对泄放的电涌电流进行引导，避免雷电、操作过电压和涌流对电子电气信息系统的危害。根据非线性元件特性，将浪涌保护器划分为电压开关型浪涌保护器、限压型浪涌保护器、混合性浪涌保护器、通信和信号网络浪涌保护器。
        1.1电压开关型浪涌保护器
        在无电涌的情况下，浪涌保护器呈现出高阻态特征；一旦电涌电压达到一定数值，浪涌保护器会快速转为低阻抗。因此，人们习惯将这种类型的浪涌保护器称之为“短路开关型”，常用的非线性元件包括放电间隙、气体放电管、双向可控硅开关管等。自身的同流容量较大，在LPZOA区域、LPZOB区与LPZ1区界面处的雷电浪涌保护比较适用，通常情况下，在“3+1”保护模式中低压N线和PE线间的电涌保护使用的频率最高。
        1.2混合型浪涌保护器
        这种类型的浪涌保护器主要是将限压型和电压开关型元件进行组合而形成的。由于承受的冲击电压特性不同，主要表现出电压开关型浪涌保护器、限压型浪涌保护器特性或者同时呈现出开关型和限压型特性。
        1.3限压型浪涌保护器
        没有电涌通过时，浪涌保护器呈现出高阻抗，在电涌电压和电流增加的情况下，阻抗会持续下降而呈现出低阻抗导通状态。这类非线性元件包括有压敏电阻、瞬态抑制二极管。限压型浪涌保护器通常应用在LPZOB区、LPZ1区及以上的雷电防护区和操作过电压保护。
        1.4通信和信号网络浪涌保护器
        除了包含上述不同浪涌保护器特性要求外，根据内部是否串接限流元件，而将其划分为有限流元件浪涌保护器、无限流元件浪涌保护器。结合浪涌保护器在系统中的用途，可以将其划分为电源系统浪涌保护器、信号系统浪涌保护器和天馈系统浪涌保护器；根据端口型式和连接方式不同，可以划分为保护电路并联的单端口浪涌保护器、保护电路串联的双端口浪涌保护器以及适用电子系统的多端口浪涌保护器；根据使用环境不同，浪涌保护器包括户内型和户外型两种。
        2、浪涌保护器选择
        为了降低雷电对电路的危害，选择合适的浪涌保护器至关重要。由于雷击过程中会产生巨大的能量，严重危害着电路安全，通常需要做好两级浪涌保护器的安装，以对雷击能量进行分级泄放，借助于保护器将雷电流逐级释放到大地上。对于第一级浪涌保护器来说，其作用是对雷击冲击进行承接，释放雷击过程中传递的巨大能量，主要安装位置分布在雷击可能出现的区域；第二级浪涌保护器则是泄放第一级保护器残存的电压能量，进而吸收感应区域内防护设备上的雷击能量。因雷击过程中会产生较大能量，一级浪涌保护器在直接吸收雷击能量的过程中，会有一部分残存电压流入其他设备，需要二级浪涌保护器的吸收。雷电中的雷电流途经第一级浪涌保护器的过程中会影响其的传输线路，进而有感应电压产生，为了将该部分电压吸收和泄放，需要做好二级浪涌保护器的安装。对于复杂或大型的电站来说，需要做好三级、四级浪涌保护器的安装，以逐级泄放雷击电压。在选择浪涌保护器的过程中需要结合实际情况。具体步骤如下：①划分雷电保护区，结合保护区内建筑物实际做好防雷区划分，在防雷区交界区域内做好各种导电物的等电位连接，还要在交界区设置保护器；②评估当地雷击风险，结合雷击风险评估结果设置建筑物雷电防护等级，或者是结合建筑物内电子信息系统重要性或者形式对防雷等级进行确定，以便确定采取几级浪涌保护器；③结合雷电流分流对相应的浪涌保护器进行选择。
        3、浪涌保护器的应用
        在浪涌保护器的实际运用中，因电气设备的位置固定，很难将其转移到交界区域内，此时需要在被保护位置处直接安装浪涌保护器，在交界位置上做好线路保护层的等电位连接。在实际应用中，工作人员可以将建筑物实际与配电房位置进行结合，在配电房、配电箱和特殊保护设备前安装浪涌保护器。如果防雷工程中的最高雷电保护等级为A级，结合图1，可以将浪涌保护器安装在建筑物总配电室中作为一级防护，以承受最初的雷击，可以选择测试波形为 10/350μs 开关型的保护器；在分层配电处，也就是各个楼层的配电箱、电梯机房位置、消防设备、中央控制室等分别安装浪涌保护器作为二级防护，以泄放残存的雷电流，可以选用波形为 8/20μs 的混合型保护器，或限压型保护器；在重点保护配电设备位置前安装浪涌保护器作为三级防护，而在终端设备电源前安装浪涌保护器作为最后一级防护，对于三、四级浪涌保护器来说可以选用限压型保护器或是混合型保护器。

        图 1 耐冲击过电压类别及保护器安装位置
        在对浪涌保护器进行安装的过程中，需要工作人员综合考虑两个级别保护器间的能量分配，若是多个浪涌保护器安装在电气线路上，原则上需确保限压型和开关型保护器间的线路超过10m。以图1为例，总配电室、分层配电箱分别安装的是开关型保护器、限压型保护器，两个保护器间的线路长需在10m以上。限压保护器间的线路应超过5m，以更好的吸收过电压；对于不同保护器来说，其安装过程中的导线截面积不尽相同，一、二、三、四级保护器连接相线的导线最小截面积分别为16、10、6、4mm2 ，一、二、三、四级保护器连接接地端导线的最小截面积分别为25、16、10、6 mm2 。
        结论：
        综上所述，因科学技术水平的快速发展，以电子计算机、通信、自动控制等为主的微电子技术逐渐向各个领域进行渗透，为人们的日常生产生活和工作提供了便利。由于电子设备电压防护能力薄弱很容易遭受雷电电磁脉冲的危害，很容易造成电子系统中断，甚至是瘫痪，导致设备出现永久性损坏，进而造成巨大的经济损失或者人员伤亡。因此，在做好其他防雷手段的同时，还要做好雷电电磁脉冲防护，以增强整体防雷效果。
参考文献：
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[2]陈方帅 , 吴鑫 . 浪涌保护器在防雷工程中的应用 [J]. 农业科技与装备 ,2015,01:41-43.
[3]黄鹏程 , 李韦霖 , 于瑞平 , 等 . 电涌保护器 (SPD) 在防雷工程中的应用分析 [J]. 甘肃科技 ,2013,22:54-56.
作者简介：李靖（1992.08），男，汉族，江西省广昌县人，本科，助理工程师，从事防雷工程工作。