王力

摘 要：直接雷擊和間接雷擊，以及系統(tǒng)內(nèi)部的過高壓、內(nèi)部浪涌現(xiàn)象往往會(huì)造成設(shè)備的損壞，給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。文章中，作者對(duì)防雷裝置SPD產(chǎn)品原理做了詳細(xì)分析和SPD產(chǎn)品的分級(jí)探討，并針對(duì)電源系統(tǒng)中的TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，探討了SPD的選用和安裝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：防雷裝置；SPD；SPD三級(jí)防雷

1 防雷裝置發(fā)展歷程

1.1 發(fā)展過程

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)建筑、設(shè)備等的保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，防雷已經(jīng)是一個(gè)必須慎重考慮的重要問題。200多年前，富蘭克林發(fā)明了世界上最早的避雷針，這也是最早的防雷產(chǎn)品，其原理是基于金屬的尖端放電。之后的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中，人們發(fā)現(xiàn)與高壓線連接的配電設(shè)備極易發(fā)生過電壓損壞，理論研究表明，導(dǎo)致該現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)资庆o電感應(yīng)、或者電磁感應(yīng)導(dǎo)致的“感應(yīng)雷”。為了防止“感應(yīng)雷”損壞設(shè)備，抑制浪涌，線路保護(hù)器應(yīng)運(yùn)而生。隨著半導(dǎo)體材料以及半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，線路保護(hù)器也不斷更新，新的防雷技術(shù)和產(chǎn)品也不斷被開發(fā)出來。

1.2 SPD三級(jí)防雷

人們?cè)谔接懛览准夹g(shù)的過程中，提出了SPD（浪涌保護(hù)器）的概念。Surge Protective Device（SPD），浪涌保護(hù)器，又名避雷器、防雷器，或是電涌保護(hù)器，用于保護(hù)用電設(shè)備，避免雷電點(diǎn)擊、電磁脈沖或是過電壓破壞用電設(shè)備。SPD產(chǎn)品有一些表征其防雷能力的重要參數(shù)：響應(yīng)時(shí)間表征了SPD產(chǎn)品在保護(hù)器里的特殊保護(hù)元件的動(dòng)作靈敏度、擊穿時(shí)間；電壓保護(hù)級(jí)別是跳火電壓和額定放電電流的殘壓的最大值。

由于SPD產(chǎn)品很多性能參數(shù)上不能同時(shí)滿足所有的要求，而且直接雷擊、間接雷擊、內(nèi)部浪涌所要求的防雷側(cè)重點(diǎn)各不相同，因此在實(shí)踐活動(dòng)中，我們最好對(duì)防雷裝置SPD產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)探討。

2 SPD產(chǎn)品的三級(jí)探討

2.1 第一級(jí)SPD作用及設(shè)計(jì)

第一級(jí)SPD是一種大容量電源防浪涌保護(hù)器，連接在大地和用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相之間。該級(jí)電源防浪涌保護(hù)器是專為承受直接雷電、間接（感應(yīng)）雷擊而設(shè)計(jì)的，能夠吸收大電流和高能量浪涌能量，并將大量的浪涌電流分流到大地。該級(jí)SPD主要吸收大浪涌電流，不足以保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部的敏感電子設(shè)備。如果該級(jí)能夠釋放掉足夠的雷擊電流，就不易造成雷電危害，后面的各級(jí)SPD設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮第一級(jí)的雷電電流殘留部分。

對(duì)建筑物的防雷探討及通流容量設(shè)計(jì)如表1所示。

2.2 第二級(jí)SPD作用及設(shè)計(jì)

第二級(jí)防浪涌保護(hù)器SPD主要安裝在重要或者敏感的用電設(shè)備供電電路，在低壓電源系統(tǒng)（這里主要指AC 50Hz 220/380V，即中國低壓供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，直流20Hz，相電壓220V）用戶供電入口處的瞬態(tài)電壓有很好的抑制作用。第二級(jí)防浪涌保護(hù)器SPD已經(jīng)在沖擊電流以及沖擊電壓上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了很全面的保護(hù)，一般的用戶供電系統(tǒng)作到第二級(jí)保護(hù)就可以達(dá)到用電設(shè)備運(yùn)行的要求。參照表1所示，第2、3級(jí)所選取的通流容量按第一級(jí)SPD的通流容量10/350μs進(jìn)行相應(yīng)的折算得到。這種折算引入了安全系數(shù)，全面的考慮了由于雷擊之后的反擊現(xiàn)象造成的過電壓以及電流沖擊現(xiàn)象。

2.3 第三級(jí)SPD作用及目的

在很多情況下，兩級(jí)SPD防雷設(shè)施已經(jīng)足以保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行了，但在重要的設(shè)備處，我們還需要更加安全的第三級(jí)SPD防雷來保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。第三級(jí)SPD產(chǎn)品主要是一個(gè)內(nèi)置式的防浪涌保護(hù)器，用于設(shè)備內(nèi)部電源部分。對(duì)于一些特別敏感又極其重要的電子設(shè)備中，該級(jí)防護(hù)是必要的，其作用在于消除微小瞬態(tài)過電壓。在設(shè)計(jì)該級(jí)SPD時(shí)，應(yīng)選擇參數(shù)使最大沖擊電流為20KA，或者根據(jù)要求使該參數(shù)更低一些。

3 電源SPD的選用和安裝

3.1 TN系統(tǒng)的SPD選用和安裝

TN系統(tǒng)，即保護(hù)接零系統(tǒng)，TN系統(tǒng)通常是一個(gè)中性點(diǎn)接地的三相電網(wǎng)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的外露金屬均接到保護(hù)線上，并與電源中性點(diǎn)相連。電氣裝置通常采用TN-C-S系統(tǒng)，在TN-C-S系統(tǒng)中只有三根相線上需裝設(shè)SPD，安裝在相線和PE線之間。在TN-C-S系統(tǒng)中，PE線系統(tǒng)自PEN線引出，所以SPD承受的工頻過電壓即是電氣裝置標(biāo)稱電壓Uo加上電網(wǎng)供電電壓的正偏差。我國規(guī)定的220V電網(wǎng)內(nèi)的正偏差不大于7%，但我國一些地區(qū)的電壓不穩(wěn)定，電壓質(zhì)量較差，電壓正偏差往往超過此值，同時(shí)由于設(shè)備在使用過程中存在老化現(xiàn)象，工程上防雷標(biāo)準(zhǔn)取Uc≥1.15Uo。

3.2 TT系統(tǒng)的SPD選用和安裝

TT 方式供電系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng)，即保護(hù)接地系統(tǒng)。在TT系統(tǒng)內(nèi)，中性線自變電所引出后不再重復(fù)接地而對(duì)地絕緣，因此它也能將雷電脈沖過電壓傳導(dǎo)到電氣裝置中來，引起設(shè)備的損壞，因此在防雷系統(tǒng)中該中性線也需要安裝SPD設(shè)備。為此在TT系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)需在相線和中性線上共安裝4個(gè)SPD。在防雷性能方面，TT系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)低壓電網(wǎng)的雷擊過電壓有一定的泄漏能力，其缺點(diǎn)則是電源線路系統(tǒng)發(fā)生雷擊現(xiàn)象時(shí)，配變可能發(fā)生正、逆變換過電壓。TT系統(tǒng)絕緣承受的過電壓常比TN系統(tǒng)絕緣承受的過電壓高，當(dāng)其中的一相發(fā)生接地故障時(shí)，另外兩相的電位會(huì)被拉高，在實(shí)踐活動(dòng)中，我們總結(jié)得到其值一般不超過相電壓的50%，為了使系統(tǒng)既得到充分的保護(hù)，同時(shí)又不浪費(fèi)資源，工程上防雷標(biāo)準(zhǔn)取Uc≥1.55Uo。

4 結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，許多領(lǐng)域的電氣設(shè)備越來越精密，同時(shí)也越來越貴重，重要設(shè)備的損壞會(huì)給人們帶來巨大的損失。我們?cè)谧非蟾咚侔l(fā)展的同時(shí)，也一定要注重設(shè)備的安全性，對(duì)設(shè)備做相應(yīng)的防雷保護(hù)是必不可少的，同時(shí)我們需要進(jìn)一步探索防雷技術(shù)，推動(dòng)SPD產(chǎn)品不斷更新，以實(shí)現(xiàn)更高的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]孫凱.防雷裝置SPD產(chǎn)品的分級(jí)設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué)，2007.

[2]郭鳳文.關(guān)于SPD的幾個(gè)問題的討論[J].電氣應(yīng)用，2005，2：12-15.