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1、浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 1 -目 录一、雷电的高效应及其危害 2二、如何采取防雷措施 3三、浪涌电压保护机理 41、浪涌电压保护的基本要求 42、控制浪涌电压元器件分类 53、共模干扰和差模干扰两种模式下的抗干扰保护方案 7四、浪涌保护器（SPD）的选择 71、三相配电系统中被保护电气设备冲击耐受电压等级 72、电网的最高运行电压 Usmax 83、选用 SPD 的五个原则 8五、浪涌保护器（SPD）的安装方案 111、TN-C 系统中浪涌保护器接线示例112、TN-S 系统中浪涌保护器接线示例123、TT 系统中浪涌保护器接线示例124、IT 系统中浪涌保
2、护器接线示例13浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 2 -六、应用浪涌保护器（SPD）的保护配合131、浪涌保护器（SPD）的保护.132、浪涌保护器（SPD）与漏电保护器（RCD）的配合143、浪涌保护器（SPD）防老化措施15七、结束语16参考文献 17一、雷电的高效应及其危害一、雷电的高效应及其危害雷电是自然界大气的放电现象，地球上平均每秒钟有 100 多次雷电发生。雷电蕴含着巨大的能量，其破坏力极强。雷电产生的静电感应、电磁感应、热效应、力效应等等，均会引起不同的危害。随着科学技术不断发展，现代高科技项目日新月异的研制，精密仪器、通讯设备、网络、高档家用电器应用
3、范围日益广泛。雷电造成的各类损害事故也在大量上升，其后果是使精密仪器、通讯设备、网络、家用电器等的损坏，甚至造成整个系统瓦解，经济损失巨大。首先说明几个相关的名词：1、直雷击：指雷电直接发生在输配电线路上称为直雷击。2、感应雷：雷击落在配电线路附近，耦合到输配电线路上称感应雷。浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 3 -以上两种方式均以暂态过电压出现危害到电气设备及人身安全。3、热效应：雷电击中金属导体或者其他物体时，强大的雷电流将变为热能，使物体发热，融化或燃烧，据有关资料介绍雷电产生的热效应足以使 50200mm3的钢块融化掉。4、力学效应：雷电流通过物体或导体时会产
4、生强大的冲击力，可达 50006000N。作用时间极短，使被击物体断裂、破坏。5、雷电流侵入：当雷电波袭击到架空输电线时，架空输电线、通信线路、金属管道或电视天线上等等，会产生高电位大电流的雷电冲击波，并沿着管线和导线侵入到建筑物中，破坏电器设备。6、操作过电压：供电系统中电感性负载或开启或断开、故障的发生都可能在线路上产生瞬态操作过电压，其脉冲电压可以达到线电压的 3.5 倍（此电压一般比雷击过电压要低，甚至低得多） ，但也能危害电气设备或电子设备。操作过电压的产生原因很多，如电梯、大功率空调机、冷冻机、大电机、变压器、电抗器、电容补偿器、熔断保险装置、接地、短路故障均可引起操作过电压，损坏
5、电器设备。二、如何采取防雷措施二、如何采取防雷措施由于雷电对人和设备的损坏影响越来越大，随着科学技术的发展，人们逐渐掌握对雷电的抑制方法和能力，使其降低到最低的损失。外部防雷：使用外部防雷装置，利用避雷针、避雷网等接地装浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 4 -置，通过引线的接地装置引雷入地，保护建筑物免受直击雷的损毁，在建筑物防雷系统中，全部雷电流有 50%沿外部防雷装置进入大地。内部避雷：内部避雷是采取屏蔽等电位连接，过电压保护等措施，避免雷电或其过电压沿各种管、线侵入建筑物内部毁坏设备。采取防雷措施的宗旨是：逐级保护，逐级减小，降低到设备的安全电压允许范围内。以一
6、般 TN 系统供电形式为例，低压电源系统的保护器分为A.B.C.D 四级保护，逐步将过电压降到设备绝缘能承受的水平。1、A 级保护：一般由供电部门负责。安装在变电站处，即配电变电器的低压侧。若配电变电器与总配电柜距离小于 20m，则此 A级可与建筑物内部 B 级保护合并。2、B 级保护：建筑物主配电柜处的保护，安装于建筑物的主配电柜中，承受首次雷击后，90%的能量和 10/350s 的波形的分雷电流，其残压被限制在 3500V 左右。3、C 级保护：建筑物内各层配电柜（箱）的保护，承受 10%左右的雷击能量和 20%辐值（8/20 波形）的雷电流，残压被限制在1000V 左右。4、D 级保护：
7、末端的负载保护，安装于终端配电箱或具体仪器设备处，D 级承受 5%左右的雷击电流和 10%（18/20s 波形的雷电流）残压被限制在 800V 左右，此时就不会对设备的绝缘产生破坏性的过压了。浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 5 -三、浪涌电压保护机理三、浪涌电压保护机理基于以上原因，我们可以在供配电系统中使用浪涌保护器，以加强供配电系统的防雷能力，保护供配电系统及其他设备的正常运行。根据浪涌保护器浪涌电压对设备干扰的作用方式不同，可分为差模干扰和共模干扰。差模干扰是出现于回路中与正常信号电压相串联的干扰；共模干扰是出现于回路与规定参考点（通常是地或机壳）之间的电磁干
8、扰。1、浪涌电压保护的基本要求在电路没有干扰时，不影响设备的正常运行；工作电路中一旦有浪涌电压侵入时，将浪涌电压抑制在设备可接受的数值范围内，保证设备在受到浪涌干扰时的正常运行，并且防止电路元器件和系统的损坏。从电路联接关系的角度来看，保护的方式有两种，一是将设备从受干扰的工作电路中断开，二是给浪涌电压提供泄放通道，最终使浪涌电压不作用到被保护的设备上。由于保护器件在系统正常工作和浪涌干扰时所表现出的电气性能完全不同，保护器件的伏安特性必须具有强烈的非线性特性。而对于一般的元器件，其电阻基本不随运行工况的改变而变化，其伏安特性表现出良好的线性特征。2、控制浪涌电压元器件分类有一类元件，当其两端
9、电压差值在正常范围内时，电阻很大，浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 6 -几乎没有电流通过；一旦元件两端电压差增大到一定的门槛值时，电阻迅速减小，几乎为零。利用这类元件可以做成并联型浪涌保护器。图 1a 所示为工作电路示意图，图 1b 所示为正常工作时的等效电路图。由图 1b 可知，正常工作时保护器呈现出无穷大电阻，端口K1-K2 之间相当于开路。图 1c 所示为浪涌电压侵入时的等效电路，保护器导通，K1-K2 之间短路，泄放浪涌电量，使被保护设备两端的电压为零，从而保护了设备。实际上，浪涌侵入时保护器不可能完全呈短路状态，两端电压也不可能达到零，只能达到一个较小的值
10、，称作箝位电压，只要这个箝位电压小于被保护设备的安全电压，就能有效地保护设备。另外有一类元件则具有相反的非线性特征，在正常工作电压下，电阻几乎完全为零，当控制电压（信号电压或电源电压）达到一定的门槛值时，元件马上呈现出很大的电阻值。利用这类元件可以做成串联型浪涌保护器。图 2a 所示为工作电路示意图，图 2b 所示为正常工作时的等效电路，保护器完全导通，对电路中的有用信号不产生任何影响。图 2c 所示为浪涌电压侵入时的等效电路，由于其呈现出高阻态，电路相当于断开，使被保护设备免遭浪涌电压的侵入。图 1、图 2 所示为针对差模干扰的保护示意图。 浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中
11、的应用- 7 -图1 并联型浪涌保护（a)（ )（ )Es-源电动势 SPD-浪涌保护器 Z-受端设备 Edm-差模干扰（a） SPDSPDK1K1K2K2K2K2K1（ ）K1K2K2（ ）K1K1图2 串联型浪涌保护器Es-源电动势 SPD-浪涌保护器 Z-受端设备 Edm-差模干扰3、共模干扰和差模干扰两种模式下的抗干扰保护方案（见表 1） 。表表 1 1 不同干扰模式的保护方案不同干扰模式的保护方案浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 8 -干扰方式并联型串联型共模干扰分别并联于设备两端和地之间分别串联于设备的两个端子入口处差模干扰并联于设备两端分别串联于设备的两
12、个端子入口处四、浪涌保护器（四、浪涌保护器（SPDSPD）的选择）的选择浪涌保护器的电压保护水平 Up 应始终小于被保护设备的冲击耐受电压 Uchoc，并大于根据接地系统类型得出的电网最高运行电压Usmax，即：UsmaxUpUchoc。1、三相配电系统中，被保护电气设备冲击耐受电压等级（见表2） 。表表 2 2 三相电网电压为三相电网电压为 230/440V230/440V 被保护设备冲击耐受电压（被保护设备冲击耐受电压（8/20s8/20s）（据（据 IEC60364-3IEC60364-3）冲击耐压类别类类类类耐压水平较低一般高很高负载类型电子设备家用设备工业电器工业电器例 子电视、音响
13、、录象机、计算机等通讯设备洗衣机、电冰箱、电动工具、加热器电动机、配电柜、电源插头、变压器等电气计量仪表、一次线过流保护设备Uchoc 冲击耐1.52.546浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 9 -压（KV）2、电网的最高运行电压 Usmax（见表 3） 。表表 3 3 不同接地系统的电网最高运行电压不同接地系统的电网最高运行电压 UsmaxUsmax接地系统TTTN-STN-CIT 中性点配出IT 中性点不配出电网最高运行电压（V）345/360253/264253/264398/415398/4153、选用 SPD 的五个原则（1） 基本原则浪涌保护器的电压保护水
14、平 Up 应小于被保护设备的冲击耐受电压 Uchoc，即 UpUchoc。（2） Up 过高原则如果进线端浪涌保护器的 Up 与被保护设备的冲击耐压相比过高的话，则需在设备处加装二级浪涌保护器，见图 3，图中的 P2 即是为了降低 Up 而设置的。浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 10 -负载 Uchoc=1500V图3 过高时装设二级保护 图4 浪涌保护器的接线应尽量短 p（3） 0.5m 原则浪涌保护器与被保护设备的两端引线应尽可能短，即 0.5m 原则，见图 4。当浪涌电压侵入时，负荷两端的等效电压 Ueq=U1+U2+U3，其中 U2 即为 SPD 的最大钳压
15、 Up。而 U1 与 U3 在工频电流流过时的电感和电阻效应都很小，可忽略不计，但在高频情况下，电感效应很大，不能忽略。电感电压 UL=-L*di/dt，对于 8/20s 电流波，L 取为1H/m。下面两例可说明引线的长度影响加在负荷上的冲击过电压。设电流峰值 Ipeak=10KA。例 1：L1=0.8m,L2=0.5m,di/dt=10KA/8s则 Ueq=L1*di/dt+Up+ L2*di/dt=Up+1625(V)例 2：L1=0.25m,L2=0.25m,di/dt=10KA/8s则 Ueq=L1*di/dt+Up+ L2*di/dt=Up+625(V)可见，例 2 中的 Ueq 远小于例 1 中的 Ueq，负荷可得到有效保护。因此，浪涌保护器安装接线时要求引线 L1+L20.5m，并且越浪涌保护器在防雷系统中的应用浪涌保护器在防雷系统中的应用- 11 -短越好。（4） SPD 两级配合的 10m 原则为提供最佳的保护，即既能承受更
