低压供电系统的防雷防浪涌保护

低压供电系统的防雷防浪涌保护
雷电放电可能发生在云层之间或云层内部，或云层对地之间；另外许多大容量电气设备的使用带来的内部浪涌，对供电系统（中国低压供电系统标准：AC 50Hz 220/380V）和用电设备的影响以及防雷和防浪涌的保护，已成为人们关注的焦点。

云层与地之间的雷击放电，由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。

一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电，每次闪电之间大约相隔二十分之一秒的时间。

大多数闪电电流在10，000至100，000安培的范围之间降落，其持续时间一般小于100微秒。

供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用，带来日益严重的内部浪涌问题。

我们将其归结为瞬态过电压（TVS）的影响。

任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。

有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。

瞬态过电压（TVS）破坏作用就是这样。

特别是对一些敏感的微电子设备，有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏。

供电系统浪涌的影响
供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）：
# 雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上：
l 直接雷击：雷电放电直接击中电力系统的部件，注入很大的脉冲电流。

发生的概率相对较低。

l 间接雷击：雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。

# 内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关：供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。

特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。

即便是没有造成永久的设备损坏，但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。

比如核电站、医疗系统、大型工厂自动化系统、证券交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等。

直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。

在发生这些事件时，架空输电线电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。

雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达100kA或以上。

在用户进线口处低压线路的电流每相可达到5kA到10kA。

在雷电活动频繁的区域，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。

而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件是很少发生的。

间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。

所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。

供电系统的浪涌保护
对于低压供电系统，浪涌引起的瞬态过电压（TVS）保护，最好采用分级保护的方式来完成。

从供电系统的入口（比如大厦的总配电房）开始逐步进行浪涌能量的吸收，对瞬态过电压进行分阶段抑制。

[第一道防线]应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护器。

一般要求该级电源保护器具备100KA/相以上的最大冲击容量，要求的限制电压应小于1500V。

我们称为CLASS I 级电源防浪涌保护器（比如美国EFI公司的TBP、ISE、IBP等型号电源防浪涌保护器（简称SPD））。

这些电源防浪涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量浪涌能量吸收而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。

它们仅提供限制电压（冲击电流流过SPD时，线路上出现的最大电压成为限制电压）为中等级别的保护，因为CLASS I 级的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。

仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。

[第二道防线]应该是安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保护器。

这些SPD对于通过了用户供电入口浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。

该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为45KA/相以上，要求的限制电压应小于1200V。

我们称为CLASS II 级电源防浪涌保护器（比如美国EFI公司的MBP、OSW、DR4P等型号电源防浪涌保护器）。

一般的用户供电系统作到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了（参见UL1449-C2的有关条款）。

[最后的防线]可在用电设备内部电源部分使用一个内置式的电源防浪涌保护器，以达到完全消除微小瞬态的瞬态过电压的目的。

该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为20KA/相或更低一些，要求的限制电压应小于1000V （比如美国EFI公司的DR1P、DR2P、DR4P、TITAN 65DR、TITAN16DT等型号的电源防浪涌保护器)。

对于一些特别重要或特别敏感的电子设备，具备第三级的保护是必要的。

同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。

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配电屏上电源浪涌保护器的正确安装
Correct Installation of Panel Suppressors
引言
安装在配电屏上的电源浪涌保护器一般是采用并联方式连接的，其保护性能会受连接导线参数的影响。

用于连接电源浪涌保护器的位置、导线尺寸和长度等因素都会影响保护效果。

连接导线
瞬态过电压脉冲具有快速的上升波前沿，其典型的脉冲电流上升速率（di/dt）为每微秒100安培。

连接导线的自感（L）效应很强（每英尺0.1μH）,在浪涌前端通过时,会妨碍瞬态过电压的有效抑制。

连接导线上的电压降（U＝I*R+L di/dt, R很小，可以不计），将叠加在浪涌保护器的限制电压水平上。

因而，由于增加了残余电压而使浪涌保护器的性能变坏。

导线的自感与它的长度和其截面积的对数值成正比。

将连接导线的长度减少一半，自感也减少一半；但要达到相同的效果，必须将导线的截面积增加十倍。

多股铰合导线与同等尺寸的实心导线相比，由于表面积上的集肤效应，其有效的截面积要大一些。

采用粗的、短的、多股铰合的连接导线，可使电源浪涌保护器达到最佳的保护效能。

其中，较短的导线长度比较大的导线截面积更为重要。

推荐的安装步骤和要求
应该尽可能靠近配电屏安装电源浪涌器。

在电源浪涌保护器的钢板外壳上打一个适当尺寸的孔（如果需要，某些型号可能不需要），该孔的位置要使从浪涌保护器接线端到邻近配电屏断路器（或熔丝隔离开关）的连接导线之长度最短。

可能的话，使用带导线的螺纹接头直接接入配电屏上部的主断路器处。

这样可为所有连接到该配电屏的用电设备提供有效的浪涌保护。

在电源浪涌保护器和断路器之间，使用AWG＃10（6平方毫米）或更粗的多股铰合导线连接。

要避免导线过度弯曲和过长。

整齐的安装并不是最重要的，短而直的连接导线才是最好、最有效的。

电源浪涌保护器应通过一个适合整定值的断路器连接，而不是直接接入配电屏的主断路器的出线侧主接线端。

在不能提供断路器或者断路器不适用的场合，应将一个熔丝隔离开关连接到浪涌保护器和主断路器之间的线路上，使电源浪涌保护器更易安装。

当要对电浪涌源保护器进行在线检测或更换时不必断开主断路器，停止整个供电系统运行。

同时对于设备运行的可靠性也有额外的保证，线路上增加的断路器或熔丝隔离开关可以作为系统后备的保护，如果连接导线故障或其他短路故障出现时，可以及时将浪涌保护器从供电系统中脱离出来，不会影响供电系统运行。

增加的断路器整定值应该根据连接导线的截面积进行选择。

一般情况下，在使用AWG#10连接导线时，可以选择30安培的整定值。

在安装时应该根据电源浪涌保护器的安装说明书选择连接导线和断路器的整定值。

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断路器在电源浪涌保护中的应用
Application of Circuit Breakers to Surge Suppressors
建筑电气工程中，对建筑物内部接入低压交流供电系统（220/380V）的所有用电负荷，要求具有过电流保护器（如，熔断器或电流断路器）进行短路和过载保护。

其中也包括与供电线路并联连接的电源浪涌保护器。

尽管大多数电源浪涌保护器包含内置的熔丝，在电源浪涌保护器的部件承受过高的浪涌电流冲击时可以起到一定的保护作用，但是在连接电源浪涌保护器的线路中，仍存在发生短路故障的可能性。

电源浪涌保护器及其线路需要进行过电流保护。

熔断器或断路器的电流整定值应与连接到电源浪涌保护器的导线相匹配，同时也应与电源浪涌保护器的内部熔丝相匹配。

由于大多数电源浪涌保护器使用AWG＃10或更大一些截面积的连接导线，并且使用等效15
或20安培的内部熔丝，我们推荐使用30安培整定值（建议在25A-32A范围内选择）的断路器或熔断器。

与采用几个单相断路器相比，推荐选择一个三相断路器。

由于大多数瞬态过电压冲击的持续时间很短，整定值为20至30安培的熔断器或断路器可以通过几万安培的瞬态浪涌电流（8/20µS波形）。

熔断器和断路器的响应时间相对来说是较慢的（几十ms以上），因而它们在浪涌冲击状态下动作的机会很小。

如果在被保护配电屏上没有可用的断路器，可以采用一个熔断器刀闸开关将浪涌保护器器连接到交流供电电源。

这也便于电源浪涌保护器的检修、维护。

熔断器的整定值应该按上述要求确定。

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EFI专利正弦波跟踪技术(SWT技术）
目前有两种主要类型的电源浪涌保护器，即包络线（或门限）浪涌抑制装置和正弦波跟踪浪涌抑制装置。

现在市场上可以购买的大多数电源浪涌保护器（常见并联型电源浪涌保护器），是仅使用固态保护器件（如压敏电阻（MOV）或硅雪崩二极管等）的包络线型钳制装置。

这些双端口装置，在遭遇瞬态浪涌冲击时，通过钳制跨接在浪涌保护器两端之间的瞬态电压工作。

限制电压的幅值取决于瞬态电流大小及波形，并且保护器的动作电压一定要达到一定的幅值，避免干扰被保护供电线路的正常运行。

在应用于保护交流电源时，单一模式的浪涌保护器有一个主要的缺点，即：浪涌保护器的动作电压与交流电源瞬时正弦波位置无关。

也就是说，它的钳位电压范围（Clamping Barrier）相对于交流电源的中性点（或大地）是固定的。

在遭受供电系统内部浪涌冲击时，如一个ANSI A类波形的浪涌，大多数应用于AC 220/380V低压供电系统的单一模式电源浪涌保护器把动作电压确定在大约480V左右。

由于单一模式电源浪涌保护器建立的是一个均匀钳制电压包络线，其钳制电压点会因瞬时工频交流电正弦波位置的差异而有不同的效果，这取决于随正弦波波形发生的相位。

例如，钳制在峰值480V的包络线型保护装置，可能允许一个发生在+90°相位的169V正瞬态脉冲通过。

同样的装置可能允许发生在+180°相位下的一个480V的正瞬态脉冲通过。

如果相同的瞬态脉冲发生在+270°相位，则可能让一个960伏特的正瞬态脉冲通过。

包络线型钳位抑制装置对于防止结构简单的设备（比如电动机负载等）受瞬态损坏是有效的。

但它们在保护敏感电子电路或微处理器的瞬态能量方面却达不到要求的效果。

交流电源可以经过整流、滤波和逆变，向用电设备提供电源，高频瞬态能量可以通过电源线路进行传播（如通过电力变压器的旁路电容等），所传递的瞬态浪涌能量大小取决于工频交流电正弦波上叠加的瞬时过电压幅值。

在EFI实验室所进行的测量表明，在交流电源输入端的瞬态过电压，有0.1％至2％会出现在敏感电子电路的直流电源母线上。

开关电源比线性电源更严重，一般有1％以上的瞬态过电压进入电路内部。

对于电源滤波电容器，由于它的自感存在，并不能对瞬态过电压脉冲进行完全的衰减。

因此，在交流电源输入端使用包络线型钳位浪涌抑制装置，如果电源保护器仅能限制正弦波以上570V的瞬态过电压，将有5.7V的浪涌峰值会出现在直流母线上，该值足以扰乱逻辑信号，甚至损坏芯片。

通过采用改进的电源浪涌保护器-正弦波跟踪浪涌抑制装置可以克服上述缺点。

这类保护器的钳制电压不是固定的包络线，而是跟踪正弦波波形变化。

正弦波跟踪抑制装置采用复合混合滤波器／抑制器电路，无论瞬态浪涌在什么相位下，都可有效地衰减吸收高频瞬态能量。

因此，与固定门限钳位装置相比，无论任何时刻，均可达到最佳的、一致的电源保护水平。

最好的正弦波跟踪抑制器，比如EFI高容量级的Linemaster iSE系列电源浪涌保护器，将ANSI C62.41 6KV A3类波型浪涌衰减到正弦波的几十伏特以内。

它保证通过微小的残余瞬态浪涌小到不足以引起电路损坏或电路板逻辑错误。

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电源浪涌保护器的使用建议
美国EFI公司作为专业的电源浪涌保护器生产商，致力于全球不同电网环境下的浪涌保护，提供全面的、完善的电源浪涌保护产品和系统。

对于在中国地区使用的EFI电源浪涌保护器产品，我们更是十分关注产品的使用情况和用户的满意度。

为了更好地服务客户，针对中国电网的实际情况，建议您在选择产品型号时注意以下几个问题：
1、电压等级的选择：
中国地区的低压电网采用220/380V电压等级，在选择EFI电源浪涌保护器时应该选择适合的产品型号。

EFI产品中有两类适合的产品电压等级，分别是220/380V和277/480V。

对于大多数电网电压稳定的地区，选择220/380V等级的产品是合适的，可以提供最佳的浪涌保护效果。

但对于电网不稳定的地区（比如乡镇、市郊或偏远地区等，电压波动范围大于10%时），应该选择高一个电压等级的电源浪涌保护器产品，采用277/480V产品。

否则可能由于电网供电电压的过高造成220/380V等级的浪涌保护器运行的不可靠或异常损坏。

因为长时间的过电压运行，会使保护器内部过热，造成内部器件过早失效或损坏。

如果客户需要特殊的电压等级产品，可根据供电系统情况进行产品选型，或向中国客户服务中心咨询。

2、EFI电源浪涌保护器在安装使用时应按照产品安装说明书进行安装调试，注意三相电源（或单相电源）供电系统的接地线可靠连接到就近的电气接地系统上。

连接电线应尽可能直和短，并且不要相互缠绕，以降低接地阻抗。

在电源保护器前端应装设过电流保护装置（如：自动空气开
关、电流熔断器等），对设备检修和提高系统运行可靠性很有帮助。

3、对于同一地区的电网供电情况，不同时间的检测结果可能会有差别，建议用户在进行安装使用前应该进行电网电压的监测，根据监测数据的最高电压值选择合适的EFI产品。

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防雷减灾管理办法
第一章总则
第一条为了防御雷电灾害，保护国家和人民生命财产安全，保障我国社会经济建设的顺利进行，制定本办法。

第二条凡在我国行政区域内从事防御雷电灾害(以下简称防雷减灾)活动的，适用本办法。

本办法所称的防雷减灾，是指人类防御雷电灾害的一切活动，包括对雷电灾害的研究、监测、预测及防治工作等。

第三条防雷减灾工作，实行预防为主、防治结合的方针。

第四条防雷减灾工作实行统一领导、分级管理制度。

国务院气象主管机构负责组织指导和管理全国防雷减灾工作。

县级以上气象主管机构负责管理本行政区域内的防雷减灾工作，并负责本办法的实施。

县级以上气象主管机构所属的防雷减灾机构(以下简称防雷减灾机构)负责对本行政区域内的防雷减灾工作进行监督和指导。

第五条各级气象主管机构，应加强对雷电的研究、监测、预测及防治工作，积极开展防雷减灾的科普和灾情调查，增强全民防雷减灾意识。

鼓励防雷减灾科学研究和技术开发，推广应用防雷科学技术成果，为经济建设服务。

第二章检测与验收
第六条防雷装置实行定期检测制度。

由当地防雷减灾机构承担技术检测，检测间隔时间为每年一次。

对爆炸危险环境的防雷装置应每半年检测一次。

第七条防雷装置检测合格后，由当地防雷减灾机构颁发合格证书。

不合格的应限期整改。

第八条各级防雷减灾机构应对新建、改建和扩建防雷装置进行验收，验收合格后发给合格证书。

未取得合格证书的，不得投入使用。

第九条防雷装置使用单位要做好日常维护工作，并指定专人负责。

发现问题要及时维修或报当地防雷减灾机构处理。

第十条各级防雷减灾机构要建立完善的工作制度，认真执行国家标准和规范，保证检测数据的真实性、科学性、公正性。

第三章资质管理
第十一条从事防雷装置检测、防雷工程和施工的单位和个人，实行资质(格)管理制度。

第十二条从事防雷装置检测、监督和验收的单位，要进行资质认证，并定期复查。

从业人员必须经省级气象主管机构组织的专业培训，取得资格证书，持证上岗。

第十三条从事防雷工程专业设计和施工的单位，应当持有建设工程勘察、设计、施工资质证书或防雷工程专业设计、施工资质证书。

防雷工程专业设计、施工资质实行分级管理。

甲级资质由国务院气象主管机构审核批准，由国务院气象主管机构统一发证。

乙级及以下资质由省级气象主管机构审核批准，由国务院气象主管机构统一发证。

从事防雷工程专业设计、施工的人员，必须经过专业培训，取得相应的资格证书，持证上岗。

第十四条设计和施工的单位必须按资质等级承担防雷工程专业的设计和施工。

禁止无证设计和施工或超出等级承接防雷工程的设计和施工。

第四章设计与施工
第十五条新建、改建和扩建防雷装置的设计，必须按照国家有关规定，符合现行有关标准和规范。

第十六条防雷装置的设计实行审核制度。

未经当地防雷减灾机构审核同意的设计方案，不得交付施工。

对不符合防雷标准和规范的设计，设计部门应按照防雷减灾机构的审核结果进行修改。

第十七条施工单位要严格按照经审核批准的设计方案进行施工，并接受当地防雷减灾机构的监督管理。

设计方案需修改的，应按原设计、审批程序报批。

第五章防雷产品
第十八条防雷产品应当安全有效，符合现行有关标准，并通过正式鉴定。

第十九条防雷产品应当通过国务院气象主管机构指定的国家认可的测试机构测试合格，方可投入使用。

第二十条经销和使用防雷产品的单位和个人，必须接受当地防雷减灾机构的监督检查，禁止经销和使用不合格的防雷产品。

第六章雷电灾害调查与鉴定
第二十一条雷电灾害由当地防雷减灾机构组织调查与鉴定，各有关部门和单位应协助好灾情调查工作。

第二十二条遭受雷电灾害的单位和个人，应及时向当地防雷减灾机构报告，并协助对雷电灾害进行调查与鉴定。

第二十三条各级防雷减灾机构在雷电灾害调查与鉴定工作中，要严肃、认真、细致，以保证调查与鉴定的真实性、科学性和公正性。

重大雷电灾情要及时上报当地人民政府和上一级主管机构。

第七章法律责任
第二十四条违反本办法规定，有下列行为之一的，由县级以上气象主管机构责令其立即停止违法行为，给予警告，可以处予5万元以下的罚款：
1、不具备检测、设计、施工资质，擅自从事防雷检测、工程设计和施工的；
2、防雷工程设计未经当地防雷减灾机构审核批准，擅自开工的；
3、防雷装置未经当地防雷减灾机构验收，擅自投入使用的；
4、应当安装防雷装置而拒不安装的；
5、已建有防雷装置，拒绝当地防雷减灾机构进行检测的或经检测不合格又拒不整改的；
6、擅自经销和使用不合格防雷产品的；
7、对重大雷电灾情隐瞒不报的；
第二十五条违反本办法规定，且因雷击造成火灾、爆炸、人员、伤亡及重大国家财产损失的，依法追究有关责任人的法律责任。

尚未构成犯罪的，由其主管部门给予行政处分。

第八章附则
第二十六条各省(自治区、直辖市)气象主管机构可依据本办法制定本行政区域内防雷减灾管理办法实施细则。

第二十七条本办法由国务院气象主管机构负责解释。

第二十八条本办法自公布之日起施行。