低压配电系统浪涌保护器及雷电浪涌防护_潘家利

文章编号:

1001-5191(2002)02-0061-03

低压配电系统浪涌保护器及雷电浪涌防护

潘家利1,周茂华2

(1.海南省防雷技术中心,570203; 2.海南省气候中心,570203)

摘　要:介绍在设备电源线路上安装的低压配电系统浪涌保护器(Surg e protectiv e Device 简称SPD )的基本要求及电涌保护系统最常见的元件及浪涌保护器主要的技术参数。为微电子设备及信息系统减少雷电浪涌的危害找出相应的防护措施。

关键词:浪涌保护器;雷电浪涌防护;多级保护中图分类号:

P 427.32

　文献标识码:A

Surge Protector and Lightning Surge Protective

Device for LV Distribution System

PAN J ia-li,ZHOU M ao-hua

(H ainan Lightning Protection Technology Center ,570203;Hainan Climate Center ,570203)Abstract :

This paper made an introduction to the basic requirem ents,the most comm on components and main technical parameters of surge protectiv e de v ice (SPD ),which is installed in the LV distribution system on equipm ent pow er supply circuits,providing correspo nding protection measures against lightning surge damages to the microelectronic equipm ent and information system.

Key words :surg e protective device (SPD );protection against lightning surge ;multi -stag e protection 收稿日期:2002-04-18

作者简介:潘家利(1970-),男,海南省文昌人,海南省防雷技术中心工程师,现从事防雷工作。

现在我们已经进入微电子、计算机技术、通信技术迅猛发展的信息化、网络化的时代。先进的测量、保护、监控、电信和计算机等电子产品正日益广泛地应用于各建筑物中。信息通讯系统(ASDL 、ISDN 、DDN 专线)及电子设备间的信息交流都通过数据及高频信号进行传递。这些微电子仪器设备普遍存在着绝缘程度低、过电压电流耐受能力差的致命弱点。一旦遭受雷击过电压的冲击,轻则造成这些电子系统运行失灵,重则造成设备的永久性损坏,严重时还可能造成人员伤亡。因此,对这些微电子设备系统进行雷电浪涌防护十分必要。

1　浪涌保护器SPD 及雷电电涌防护

自富兰克林发明避雷针以来,避雷针(包括避雷带、避雷网)对直击雷的防护是有效的防雷手段。它是通过吸引(更准确讲是拦截)下行的雷电通道,并将雷电主放电电流经过引下线及接地装置疏导到大地,以保护避雷针保护范围内的物体免遭雷击,但

它只能起泄放雷电流50%的作用,其它50%通过引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设施的途径泄放入地[1]

。因此对于敏感的微电子设备较易受到雷电浪涌的危害。另外,电源中还有由带电容器的功率因数校正负载开关的频繁切换动作引起的浪涌。

1.1　浪涌保护器常用的元件

1.1.1　气体放电管

气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件。当放电管两极之间施加一定电压时,便在极间产生不均匀电场。在此电场的作用下,管内气体开始游离。当外加电压增大到使极间场强超过气体的绝缘强度时,两极之间的间隙将放电击穿,由原来的绝缘状态转化为导电状态。导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平。这种残压一般很低,从而使得与放电管并联的电子设备免受电压的损坏。

第23卷　第2期 广　西　气　象 V ol.23　N o.22002年6月 J O U T U RN AL O F GU AN GX I M ET EO RO LO GY J un.2002

1.1.2　压敏电阻

压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻。当压敏电阻遇到瞬间超过它的启动电压的浪涌时,它立即由高阻抗变为低阻抗,让瞬间巨大的浪涌泄放到大地,使高电压远离敏感的电子设备。

1.1.3　齐纳二极管与雪崩二极管

齐纳二极管与雪崩二极管都工作在二极管的反向击穿区。当瞬间浪涌出现时,均以其瞬间翻转特性,以较快速度立即反应,将原有的高阻抗瞬变为低阻抗,并导通。这`两种二极管具有箝位电压低和动作响应快等显著优点,它们特别适合于用作多级保护电路中最末几级保护元件。1.1.4　低通滤波器

构成低通滤波器的元件主要包括电感、电容、共模扼流线圈等,它是一种能够抑制高频信号而让低频信号通过的衰减型电路器件。电源的频率很低(50Hz 或直流),而雷电暂态电压波形的频谱中含有丰富的高频分量(不可忽略的范围为1M Hz -10M Hz )。在电源与电子设备之间接入低通滤波器,能够对来自电源侧的暂态过电压进行衰减,保护滤波器后面的电子设备。

1.2　浪涌保护器主要技术参数

1.2.1　额定电压(最大持续运行电压Uc)

指能持续施加在浪涌保护器的接线端,而不引起浪涌保护特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。Uc 值必须与被保护的标称电压相符。1.2.2　标称放电电流In

指流过浪涌保护器、8/20μs 电流波的峰值电流。

1.2.3　箝制电压(残压Up)

指雷电波通过浪涌保护器时,浪涌保护器两端的最高瞬间电压。该电压是直接加在用电设备两端的瞬间最高电压,与用电设备的安全有直接关系。因为电气、微电子设备只能承受一定范围内的瞬态过电压,如果超出范围会导致设备损坏。1.2.4　响应时间

浪涌保护器的响应时间必须比浪涌电流的速度快,响应时间越小,抑制浪涌瞬态电压的速度就越快。一般来说,浪涌保护器的响应时间应小于10ns 。

2　安装浪涌保护器的基本要求

(1)据220/380三相系统各种设备耐冲击电压

额定值的不同,可将建筑物电气装置内的电气设备按其在装置内的位置(不同的LPZ 界面)划分为下

图所示的4类。图中6000V 、4000V 、2500V 、1500V 即220/380电气设备在该安装位置能承受的电涌电压水平的最高值。

图1　建筑物内电气设备的安装

Ⅳ类安装位置的设备:能承受进线处电涌的设备,如进线开关、电缆、架空线、母排等电气设备、电气计量仪表。

Ⅲ类安装位置的设备:Ⅳ类位置后固定安装的设备,如配电盘、断路器、应用与工业的设备、电动机等。

Ⅱ类安装位置的设备:Ⅲ类位置后的电气用具、移动设备等,如家用电器、手提工具和类似负荷。 Ⅰ类安装位置的设备:需要将瞬态过电压限制到特定水平的电子设备、信息设备等特殊设备。 浪涌保护器的安装原则是必须结合防雷区及电气设备耐冲击电压额定值的不同,选择安装不同的浪涌保护器。为了使被保护设备承受的浪涌控制在其耐冲击电压额定值的范围内,必须根据被保护设备的不同安装位置和耐压程度,采取多级保护。一般地说,应在LPZ0与LPZ1区界面的Ⅳ类、Ⅲ类电气设备前安装I 级分类冲击电流实验的产品[2],如采用放电管等元件的组成的开关型浪涌保护器;LPZ 1与LPZ 2区界面上的Ⅱ类、Ⅰ类电气设备前安装Ⅱ级或Ⅲ级分类实验的浪涌保护器,如压敏电阻元件或几种防雷元件组合成的浪涌保护器。 (2)要对被保护系统进行雷击风险评估风级。评估因子有:被保护系统的环境因素(如所在地区雷暴日数、所在建筑物的长、宽、高等),建筑物内保护系统重要程度、系统设备的耐冲击能量、设备的屏蔽状况等。级别高的要加大投入、多级别保护。 (3)在多级浪涌保护器配合保护中,要特别注意各级浪涌保护器的能量配合和应用的退藕措施。一般来说,在开关型SPD 与箝压型SPD 之间的线

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广　西　气　象 23卷