浅析低压电源电涌保护器的安装

周岳建

雷电是十大灾害之一,每年由于雷电引起的人员伤亡、财产损失不时见诸报端。随着社会和科技的发展,微电子设备得到广泛应用,其特性是绝缘强度低、过电压耐受力差,一旦遭受雷击,损失特别严重。

因此,怎样预防雷电带来的危害已越来越引起大家的重视。随着《防雷减灾管理办法》、《防雷装置设计审核和竣工验收规定》等一系列法律法规的出台。加上主管部门对防雷减灾的高度重视和大力宣传、普及防雷知识,以及对建筑物防雷装置的设计审核、竣工验收、备案等方面的严格规定和管理,防雷领域出现了可喜的局面。其中,在电源线路上安装电涌保护器得到普遍实施。

电涌保护器是防护雷电感应和雷电波侵入的主要装置,是目前实现低压线路等电位连接的必要方法。电涌保护器在减少雷电对供电线路、用电器造成的危害,保护人民的生命和财产安全方面,起到了很大的作用。

但目前电源电涌保护器安装中也出现了一些值得商榷的地方,比如安装的位置过于随意,没有严格按照规范标准规定安装完全,只注重供电线路前级和中级的安装而忽略用电终端的安装;在电涌保护器的选择中,过分追求低残压和高标称电流,还有在电涌保护器的安装中欠考虑级间配合等等。

本文就以上电源电涌保护器安装中出现的一些现象,依据IEC和国家规范标准和实验结果,阐述自己的观点。

1 安装电源电涌保护器的区域和级数

IEC规定,在LPZ0A/LPZ1区交界处的交流配电线路上安装Ⅰ类测试的电涌保护器,而LPZ0B/LPZ1区交界处的交流配电线路上安装Ⅱ类测试的电涌保护器。从可能遭受直击雷的LPZ0A区进入LPZ1区的输入线路,可以流过部分雷电流。因此,LPZ0A与LPZ1接口处应当安装用Ⅰ类测试的电涌保护器,以便转移这些雷电流。从不可能遭受直击雷的LPZ0B区进入LPZ1区的输入线路,由于全部电磁场的影响存在,只携带部分感应浪涌。在LPZ0B与LPZ1接口处应当安装根据IEC 61643-1用8/20μS波形进行Ⅱ类测试的电涌保护器,或者用适当的组合波进行Ⅲ类测试的电涌保护器。

进入建筑物的低压电力线应在LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的界面处做等电位连接,设置总等电位箱。在LPZ1区和后续防护区之间应设置局部等电位箱。等电位连接带与接地装置之间的连接导体,流过大于或等于25%总雷电流时一般采用16mm2的铜线。内部金属装置與等电位连接带之间的连接导体,流过小于25%总雷电流时一般采用6mm2的铜线。

防雷系统应按照雷电防护等级的划分,确定需安装电涌保护器的级数。雷电防护等级应按照下列方法之一划分:(1)按建筑物电子信息系统所处环境进行雷击风险评估,确定雷电防护等级;(2)按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定防护等级。A级宜在低压系统中采取3-4级电涌保护器进行保护;B级宜在低压系统中采取2-3级电涌保护器进行保护;C级宜在低压系统中采取2级电涌保护器进行保护;D级宜在低压系统中采取1级或以上的电涌保护器进行保护。

2 电源电涌保护器的正确安装

2.1 电源电涌保护器安装位置的影响因素

电源电涌保护器的安装位置主要受下列因素影响:

(1)防护应尽可能的靠近外线进入建筑物的入口,才有机会将浪涌过电流引导入地;

(2)电涌保护器越靠近进入建筑物的外线入口处安装,则电涌保护器所能保护的设备数目越多;

(3)电涌保护器越靠近被保护设备,则保护效果越好。

电涌保护器的防护应当对特定的损害源有效果,特定的损害源有雷电击中建筑物、雷电击中线路、雷电击中建筑物附近大地、雷电击中线路附近。这四种类型的损害源对于被保护设备都会产生损害。

当雷电侵入波沿着电源电缆侵入,首先到达前级保护,由于前级保护限压元件有响应时延,侵入波将继续向前行进,级间配合应该要保证的是在侵入波到达后级保护之前让前级保护元件动作。资料显示限压型器件响应时间均为25ns,波在电缆中的传播速度为V=1.5×108m/s,但考虑到其实际响应时间的误差(可假定为25ns),那么为了保证前级先动作,则两级保护间的距离应该为:S=V*T=3.75m。

开关型电涌保护器至限压型电涌保护器之间的线路长度小于10m。限压型电涌保护器之间的线路长度小于5m时,在两级电涌保护器之间应加装退耦装置,退耦装置可以是电阻或电容。

2.2 电源电涌保护器安装点的选择及依据

(1)主配电盘MB,主配电盘MB处的外线有可能是架空引入,用防雷区的概念来解释是:LPZ0A与LPZ1的界面附近。若外线不是架空引入,用防雷区的概念来解释是:LPZ0B与LPZ1的界面附近。

(2)分配电盘SB,用防雷区的概念来解释是LPZ1与LPZ2的界面附近或LPZ1区内部。

(3)插座SA,用防雷区的概念来解释是LPZ1与LPZ2的界面附近或LPZ2区内部。

2.3 各级电源电涌保护器主要参数的选择

在LPZ0A与LPZ1区界面处做等电位用的电涌保护器。当无法估算雷电流的分流值时,可按以下方法确定:全部雷电流i的50%流入建筑物防雷装置的接地装置,其另50%,即is分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设施。流入每一设施的电流ii等于is/n,n为上述设施的个数。

2.4 级间配合

在建筑物进线处和其他防雷区界面处的最大电涌电压,即电涌保护器的最大钳压加上其两端引线的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。为使最大电涌电压足够低,其两端的引线应做到最短。在不同界面上的各电涌保护器还应与其相应的能量承受能力相一致。

2.5 安装注意的事项

开关型电源电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流,并具有通过浪涌时的电压保护水平和有熄灭工频续流的能力。安装在电路上的电涌保护器,其前端应有后备保护装置过电流保护器;为减少附加残压和不必要的感应回路,电涌保护器与被保护装置之间应采用分支引线的V型(凯文式)连接;为解决因电涌保护器寿命终止造成的失效模式,宜选用带有劣化显示的电涌保护器;电涌保护器限压元件前端要有脱离器;如果泄漏电流过大,说明电涌保护器性能劣化,应及时更换;泄漏电流一般不大于20μA。

根据以上分析结果,电源电涌保护器安装位置非常重要,必须认真确定,要严格按照规范标准规定安装完整,要特别注重用电设备端的安装;在电源电涌保护器的选择中,不要过分追求低残压和高标称电流,以免造成不必要的资源浪费,还有在设计安装中要考虑电源电涌保护器级间配合。

参考文献

[1] IEC61312-3-2000雷电电磁冲击的防护.第3部分:过电压保护装置的要求.

[2] 建筑物防雷设计规范.GB50057-94(2000年版).

[3] 等电位联结安装.02D501-2.

[4] 建筑物电子信息系统防雷技术规范.GB50343-2004.

[5] 刘细华.浅析限压型防雷器的级间配合.