低压供电线路浪涌保护器的选择和安装

孟德发

（浙江沪杭甬高速公路绍兴管理处，浙江 绍兴 312071）

低压供电线路的浪涌是指低压电源线路中瞬间出现超出正常值许多倍的过电压和过电流。产生浪涌的原因有:电网遭受直接雷击或感应雷击时，线路上出现了高于正常值几千至上万倍的浪涌电压，此电压沿金属导线入侵配电系统；大功率用电设备在启停、转换和变频过程中产生的浪涌电压。线路浪涌会给用电设备带来非常大的危害，尤其会给过载能力差的微电子设备带来致命的损坏，因此在现代防雷系统中，对一些重要的电子设备必须安装浪涌保护器。

1 浪涌保护器的基本特性

浪涌保护器也称电涌保护器，英文缩写为SPD，是预防线路浪涌的保护装置。正常情况下浪涌保护器对地呈现高阻态，当线路突然出现浪涌电压时，保护器能以纳秒级的响应速度变为低阻态，瞬间向大地导通分流，保护用电设备免遭浪涌的冲击而损坏，浪涌过后保护器又会自动恢复到高电阻状态。

低压供电线路浪涌保护器按工作原理可分为开关型、限压型和组合型。开关型为间隙放电器件，具有雷电能量泄放大的优点；限压型也称为钳压型，为氧化锌压敏电阻器件，其电流／电压特性为强烈非线性，具有过电压抑制能力好的特点；组合型是由开关型元件和限压型元件组合而成，有开关型和限压型的基本特征和优点。

2 供电线路浪涌保护器的参数选择

安装在供电线路某点上的浪涌保护器，需要满足三个基本条件:一是浪涌保护器的有效保护水平Up／f必须小于该点被保护设备的耐冲击电压Uw；二是浪涌保护器的最大放电电流必须大于该点线路可能出现的最大浪涌电流；三是浪涌保护器持续运行电压Uc必须大于该点线路对地电压。

（1）浪涌保护器有效保护水平Up／f选择

按照国家颁布的防雷设计规范规定，低压配电系统中各类设备耐冲击电压Uw值分为四个等级，电源进线端设备的Uw为6kV，配电分支线路设备的Uw为4kV，普通用电设备的Uw为2.5kV，电子信息设备的Uw为1.5kV。根据这一要求，安装在电子设备附近的浪涌保护器有效保护水平Up／f值必须小于1.5kV，且Up／f越小，保护性就越好。

有效保护水平Up／f值是由浪涌保护器的电压保护水平Up与浪涌保护器连接导线上的感应电压降ΔU相加而成，即Up／f＝Up＋ΔU。

Up是浪涌保护器抑制浪涌能力的一个重要参数，其值是浪涌电流通过浪涌保护器后的剩余电压值。从上式看出，要想得到较小的Up／f，一是要选择较小的浪涌保护器电压保护水平Up，但选用较小的Up值会使浪涌保护器的最大放电电流Imax也跟着减小，这不利于泄放较大的浪涌电流；二是将浪涌保护器两端的连接导线做得足够短，并尽量安装在靠近被保护设备附近，使ΔU值大幅减小直至忽略不计。

（2）浪涌保护器的多级保护模式

为使浪涌保护器既有足够大的放电电流，又能得到较小的Up／f值，浪涌保护器必须采用多级保护，级数多少与被保护设备的耐冲击电压值、浪涌电流大小、连接线长度等因素有关，通常采用三级或四级保护。

第一级保护主要是泄流，选择能承受高电压和大电流的浪涌保护器，使大部分浪涌电流通过该级流入大地；第二级保护是限压，通过第二级分流，使Up值进一步降低；第三级保护是钳位，如果这是最后一级保护，要求分流后的有效保护水平Up／f值必须小于被保护设备耐冲击电压Uw值。如果上述三级保护无法做到Up／f≤Uw，或者末级浪涌保护器的安装位置与被保护设备的距离较长，这时需增加第四级保护。

（3）浪涌保护器的最大放电电流Imax选择

a.第一级Imax选择:根据地理位置、当地雷暴日天数、被保护的设备类型、电源进线敷设形式等估算出可能出现的浪涌电流大小，从而选择浪涌保护器的Imax值。

如果所处位置为山区，雷电出现的概率较大，电源为架空线入户，Imax应在100kA或以上选择；如果是效区，架空线入户，Imax可在60kA～100kA之间选择；如果在市区内，且电源为电缆埋地入户，Imax可在40kA～80kA之间选择。

以郊区、架空线入户为例，第一级Imax可选择80kA，要求该级安装在低压侧总进线柜的母线上。

b.第二级Imax选择:根据第一级所选的Imax值进行配置，一般可在40～60kA之间选择，要求该级安装在分路开关柜母线上（如层楼或车间电源进线柜上）。

c.第三级Imax选择:该级如果是最后一级保护，为确保电子设备不因浪涌冲击而损坏，Imax值应在10～20kA之间选择，这时的Up／f值必须小于1.5kV，该级需安装在尽可能靠近被保护设备的电源接线端上。

d.如果采用的是四级保护，则第四级的Imax值可在5～20kA之间选择。

（4）浪涌保护器最大持续运行电压Uc选择

最大持续运行电压Uc是指可持续加在浪涌保护器两端而不会引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。我国低压用电设备的标准电压为380V／220V，总进线柜上的相电压一般有230V，考虑到电网在谷峰时段会有5%的电压波动，大功率整流器、变频器、开关电源、可控硅调压器等非线性负载工作时产生的谐波对线路电压幅值升高的影响，安装在相线与大地之间的浪涌保护器Uc值应在340V～400V之间选择。

（5）根据供电制式选择浪涌保护器的保护极数

为确保各类设备免受浪涌冲击而损坏，供电线路必须采用全保护模式，即在每条供电线路与地之间（含零线）都需安装浪涌保护器，实行全方位保护。

3 供电线路浪涌保护器的安装要求

（1）浪涌保护器两端连接线要求

浪涌保护器两端的连接导线应尽可能短，控制在0.5m以内，即L1＋L2≤0.5m（如图1）。这是由于当保护器上流过数千至上万安培浪涌电流时，连接线L1和L2上的电阻和电感效应产生的压降ΔU1、ΔU2不能忽略，这时浪涌保护器的有效保护水平为Up／f＝Up＋ΔU1＋ΔU2。如果连接线较长，Up／f值会提高很多，这就增加了设备损坏的危险。

图1 浪涌保护器的安装要求

（2）前后两级浪涌保护器安装距离要求

由于后级浪涌保护器所选的参数比前级要小很多，如果前后两级安装距离太近，参数小的后级会提前动作，从而承受了本应由前级承担的高能量浪涌电流，为此如果前后两级均是限压型浪涌保护器时，要求两级之间的安装距离L≥5m；前后两级一个为开关型、另一个是限压型时，需满足L≥10m，通过线路电阻和电感效应的作用，阻止后级保护器提前动作。

（3）末级浪涌保护器安装位置要求

为更好地预防线路浪涌，要求末级浪涌保护器的安装位置尽可能靠近被保护的设备。如果末级安装位置与被保护设备之间的距离大于10m时，应选择更小的Up／f值；如果大于30m时，应在靠近设备侧增装一只浪涌保护器，以防止这段线路产生的感应电压ΔU和上一级残余电压Up叠加后损坏设备。

（4）短路保护开关的安装

当流过的浪涌电流超过浪涌保护器的最大放电电流时，保护器就会过载而损坏，出现永久的开路或短路。如果是短路，短路电流会使短路点前的分路开关跳闸而引起大范围停电。为防止出现这一现象，需在每个浪涌保护器前端安装短路保护开关（见图1）。

a.为确保浪涌保护器出现短路时只跳短路保护开关、不跳电源分路开关，要求短路保护开关的动作电流必须小于短路点前的电源分路开关动作电流。

b.浪涌电流虽然很大，但时间极短，能量积累不多，只要浪涌保护器未损坏，该电流就不会引起短路保护开关跳闸，因此可选用DZ47－63小型断路器作为短路保护开关。

（5）浪涌保护器连接导线截面要求

按照GB50343－2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》表6.5.1规定，浪涌保护器连接导线最小截面积必须满足:

第一级 与相线连接线:≥6mm2铜芯线；与地连接线:≥10mm2铜芯线；

第二级 与相线连接线:≥4mm2铜芯线；与地连接线:≥6mm2铜芯线；

第三级 与相线连接线:≥2.5mm2铜芯线；与地连接线:≥4mm2铜芯线。

4 结束语

供电线路浪涌保护的选择和安装牵涉到多个方面，需要根据所处的地理位置、雷电活动情况、电源线路敷设方式、系统对电磁脉冲屏蔽程度、被保护设备耐冲击电压值、设备重要程度等，合理选定浪涌保护器的保护级数、安装位置、每级最大放电电流、有效保护水平、最大持续运行电压和响应速度等，并使浪涌保护器的连接导线尽可能的短，才能保护各类用电设备免遭供电线路浪涌的冲击而损坏。

［1］中国机械工业联合会主编.GB 50057－2010建筑物防雷设计规范［M］.北京:中国计划出版社，2010.

［2］四川省住房和城乡建设厅主编.GB 50343－2012建筑物电子信息系统防雷设计规范［M］.北京:中国建筑工业出版社，2012.