浪涌保护器的选型要求

刘莲莲

摘要：本文通过介绍浪涌保护器的分类,从设计角度分析了浪涌保护器及其保护元件的选型要点和布置原则,给出浪涌保护器的正确使用方法。

关键词：浪涌保护器；选型；要求

浪涌保护器作为一种新兴的防雷电保护器件，是弱电设备防雷的主要手段，也是内部防雷保护的主要措施，正在被越来越广泛的应用。

一、浪涌保护器的分类

通常按工作原理，浪涌保护器分为电压开关型、限压型和混合型浪涌保护器。

1.1电压开关型浪涌保护器

无电涌出现时为高阻抗，当突然出现电压电涌时变为低阻抗。通常采用放电间隙、充气放电管、硅可控整流器或三段双向可控硅元件，做电压开关型电涌保护器的组件。可疏导0.03μs的雷冲击电流，由于它的雷电泄放能量大，所以通常装在建筑物入口处。但是其缺点是残压较高，一般可达2～4kV。

1.2限压型浪涌保护器

无电涌出现时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，阻抗连续变小。通常采用压敏电阻、抑制二极管作限压型电涌保护器的组件。可以用于疏导0.4μs的雷电冲击电流，虽然其雷电泄放能量小，但是过电压抑制能力好，用来限制因前级雷电流泄放后，在后级产生的过高电压。

1.3混合型

将开关型和限压型原件组合在一起的一种SPD,随着施加的冲击电压特性不同，SPD有时会呈现开关型SPD特性，有时呈现限压型SPD特性，有时同时呈现两种特性。

电压开关型浪涌保护器为间隙放电型器件，其雷电能量泻放能力大，在线路上使用的主要作用是泻放雷电能量；限压型浪涌保护器为压敏电阻器件，其雷电能量泻放能力小，但其过电压抑制能力好，在线路上使用的主要作用是限制过电压。因为，一般在建筑物入口处选用电压开关型浪涌保护器来泄放雷电能量，然后，在后级电路使用限压型浪涌保护器来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。两种浪涌保护器需配合使用，方能保证配电线路中设备的安全。

二、浪涌保护器的选型安装

浪涌保护器的安装位置如图1所示。在任何两雷电防护区的交界处应装设浪涌保护器。雷电防护区是组织、布置防雷设施的手段，在实际中，不可能一步就将雷击电磁脉冲限制到电气、电子设备能承受的程度，而是逐步消减的。图1中LPZ0A是直接雷击未受到任何防护的空间；LPZ0B是直接雷击受到防护的空间，是得到接闪器或其他可提供雷击保护的物体的保护范围（建筑物外）。LPZ1是雷电流得到分流、雷击电磁场得到衰减的空间，是建筑物内部空间；LPZ2是雷电流得到进一步分流和雷击电磁场得到进一步衰减的空间，这是建筑物内部某一设有屏蔽和电涌保护的空间，例如系统中央控制室机柜间。

浪涌保护器是雷电防护区划界的重要部件，第一个界面处；LPZ0A－LPZ1边界用（冲击电流Iimp）一类测试的浪涌保护器；LPZ0B—LPZ1边界用（标称放电电流In）二类测试的浪涌保护器。第二个界面LPZ1—LPZ2处用（标称放电电流In）二类测试的浪涌保护器。安装在设备侧通常用三类复合波（开路电压峰值Uoc）测试的浪涌保护器，其安装位置与被保护设备越近越好。

当浪涌保护器与被保护设备间线路太长，传播中浪涌会产生振荡。最严酷时设备终端过电压为2Up（Up为浪涌保护器的电压保护水平），2Up可能会大于被保护设备的绝缘耐充电压额定值Uw，有可能会损坏设备，不能起到保护作用。

为了使设备终端过电压仍小于Uw，就要限制浪涌保护器到设备间线路最大的长度，这个长度就是振荡保护距离Lpo。当浪涌保护器的有效电压保护水平Up/f＜Uw/2时，Lpo可以无限长；当Up/f＞Uw/2时，Lpo＝（Uw－Up/f）/K，其中K＝25V/m。

当进线端的浪涌保护器与被保护设备之间的距离大于30m时，应在离被保护设备尽可能近的地方加装一个浪涌保护器，其标称放电电流In不宜小于3kA，响应速度不宜小于0.4μs。

三、浪涌保护器选型应考虑的性能参数

3.1浪涌保护器的电压保护水平Up

Up为规定标称放电电流In时的浪涌保护器两端的残压相应的优选值，Up必须小于或等于被保护设备的额定冲击耐受电压Uw，通常为1.2Up≤Uw。

浪涌保护器的有效保护电压水平Up/f＝Up＋ΔU，ΔU为线路压降。

对于低压供电系统，Uw表征了系统耐受冲击过电压的绝缘性能；对于通信线路和微电子器件，Up为工作电压的2.5～3倍。

3.2冲击电流Iimp、标称放电电流In

当直击雷可击中实体和线路时(LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区交界处)，应选Iimp（10/350μs波形）测试的浪涌保护器。在LPZ0B（LPZ1或更高的防护区）之内的各种线路，浪涌主要由感应雷电流和雷电流通道周围形成辐射电磁场（产生了雷电电磁脉冲LEMP）产生的，就应选用In（8/20μs波形）测试的浪涌保护器或用组合波测试的浪涌保护器。

虽然某些开关型电涌保护器可以承受I级试验，但I级试验的电涌保护器不等同于开关型电涌保护器。也就是说，通过I级试验（10/350μs波形，雷电流峰值12.5kA）的浪涌保护器强调的是通过浪涌保护器的电荷量，即浪涌保护器本身承受大电流而不损坏的能力，并非保护设备的能力；而以前通常用于总配电的II级试验（8/20μs波形，雷电流峰值80～100kA）的浪涌保护器，则具有更加快速的响应。电压开关型浪涌保护器通常采用气体间隙作为雷电流的放电通道，采用可控硅的开关型器件承受功率很小，一般不能用于电源浪涌保护器。所以现在的电源类开关型浪涌保护器，就是气体间隙型浪涌保护器。使用气体间隙作为放电通道存在如下问题：①响应时间慢。由于要电离空气或其他气体，需要更长的响应和导通时间，这时入侵的雷电流早就越过浪涌保护器，并可能到达和损坏后面的设备了。②有电弧产生。对于空气间隙型的产品而言，将不可避免地出现电弧溢出，这对于附近的其他电气设备而言是危险的。③没有损坏指示。间隙型浪涌保护器没有损坏指示，这就造成今后维护不便，安装后没有专门设备无法检测是否还可以起到作用。④存在续流问题。由于续流和保护电压是一对矛盾，为避免续流，间隙型浪涌保护器一般Up就非常大。为降低Up增加一些附属装置，可降低Up至2.5kV以下，但是仍然无法解决上述问题，而且附属装置本身容易损坏。

3.3浪涌保护器的响应时间tA

tA是浪涌保护器选择时的一个重要参数，特别是在信号线路中更为关键。常用的浪涌保护器响应时间：开关型的为100ns，限压型为25ns，瞬态抑制二极管为10ns。通常开关型、限压型的浪涌保护器只用于低压供电线路中。贴近电子设备在信号线路中的浪涌保护器，应选取tA更小的瞬态抑制二极管或其他半导体抑制器件。浪涌保护器的响应时间在级间配合中也很重要，现有标准规定第一级开关型浪涌保护器与第二级限压型浪涌保护器的间距大于10m，以保证在浪涌传到第二级之前第一级必须导通放电，否则第二级将承受全部的浪涌。

结语

综上所述，只有严格按照浪涌保护器的标准进行选择和布局，才能实现有效的防雷保护。浪涌保护器的设计属于预防性设计，只有在事故发生之前未雨绸缪，才能给设备以全面的保护。

参考文献

［1］GB50057-2010.建筑物防雷设计规范［S］

［2］陶雪梅.变电所弱电系统电涌保护器配置的研究［D］.杭州：浙江大学，2009.

［3］盛财旺.低压交流电源系统雷电电涌防护的研究［D］.北京：北京交通大学，2011.

作者简介：刘莲莲（1984.7-）女，河北文安人，天津城建学院本科，单位：中铁上海设计院集团有限公司，天津分院研究方向：（地铁）变电所接地故障保护装置的设置