低压配电设计中的浪涌保护器选择分析

南京龙源环保有限公司 王修阳

低压配电设计中的浪涌保护器选择分析

南京龙源环保有限公司 王修阳

在信息技术广泛应用背景下，电子信息系统建设日益完善，但是就实际应用效果来看，存在绝缘强度低、电流与过电压耐受程度差以及电磁干扰敏感等特点，一旦受到闪电涌影响，会直接对设备性能产生影响，情况严重的甚至会造成永久性损坏，对电子系统的运行效果来说存在很强的威胁。因此在进行低压配电设计时，需要做好浪涌保护器的选择，确保其可以有效保护电子设备，以免设备与系统被损坏，本文对此进行了简单分析。

低压配电；浪涌保护；电子信息系统

对于低压配电系统来讲，为保护其安全可靠运行，近年来在设计时，浪涌保护器得到越来越广泛的应用，可以对系统带来可靠的防雷保护，避免各类电子设备受闪电电涌影响被损坏。市场上浪涌保护器种类与等级差异大，相互之间性能不同，在系统设计时需要根据实际情况，综合各项条件后，合理的选择浪涌保护器，并通过科学设计发挥出其所具有的保护功能。

一、浪涌保护器性能分析

雷电灾害对电力系统运行影响比较大，如果不采取措施进行防护，将会对系统运行安全性与稳定性造成影响。因此，现在多会选择浪涌保护器来对低压配电系统进行防雷保护，有效抑制雷电、电气系统操作以及静电产生的冲击电压，可保护系统内电子设备不受影响。对其作用原理进行分析，其将电力线、信号传输线瞬时过电压限制在设备或系统能够承受的电压范围内，或者直接将过大雷电流导入到地下，以免过大冲击造成系统与设备损坏，保证系统安全运行。对于浪涌保护器来讲，所用压敏电阻具有极好的非线性特性，正常情况下其处于极高电阻状态，漏流可看作为零，维持电力系统的正常运行[1]。但是在电力系统产生雷电过电压时，浪涌保护器便会在极短的时间内迅速导通，限制电压幅值在设备承受范围内，同时将释放掉过电压能量，最后恢复到高阻状态，确保系统和设备科维持在稳定运行状态。

二、浪涌保护器选择原则

1.类型划分

1.1 电压开关型

此种类型的浪涌保护器，在不存在浪涌时，处于高阻状态，而冲击电压达到一定限制后，变为低阻抗状态。电压开关型浪涌保护器流容量比较大，可有效用于LPZOA区以及LPZOB与LPZ1区界面位置的雷电浪涌保护。

1.2 限压型

限压型浪涌保护器在电力系统无浪涌时，自身处于高阻状态，但是随着冲击电流与电压的逐渐提高，其阻抗会不断降低直到低阻导通。可有效用于LPZOB区、LPZ1区、LPZ2区雷电过电压以及操作过电压保护，多被用于各雷电保护区的交界位置[2]。

1.3 组合型

即电压开关型与限压型两种浪涌保护器元件组合在一起使用，所施加的冲击电压特性不同，浪涌保护器所呈现的性能不同，有时为两种中的任何一种特性，或者兼具两种特性。

2.选择原则

2.1 最大持续运行电压

选择时需要基于接地系统类型来确定浪涌保护器最大持续运行电压，即可以通过持续作用激活浪涌保护器，且不会对其性能造成影响的最大电压。

2.2 电压保护水平

为避免负载受到过电压影响产生损坏，在选择浪涌保护器时，需要确定被保护设备最大冲击耐受电压是否大于保护器电压保护水平。其中，电压保护水平即为标称放电流作用时，对浪涌保护器两端所测得的最大电压，可分为2.5、2、1.8、1.5、1.2、1.0六个级别，单位为kV。标称放电电流为浪涌保护器能20次通过80/20μs电流波的峰值电流[3]。假如进线端浪涌保护器冲击耐压比较高，则需要对设备安装二级浪涌保护器。另外，浪涌保护器电压保护水平需要大于电网最高运行电压，并小于负载电压。

2.3 全保护模式

浪涌保护器应选择全保护模式，包括L-PE、L-N与L-L线间全面保护，这样无论哪个线间发生雷电过电压，均可以对电子设备提供可靠保护。并且，全保护模式下可以在保护的同时释放过电压能量，以免在未全面保护情况下产生差异造成损坏，延长浪涌保护器服务寿命，提高对系统和设备的保护效果。

2.4 最大放电电流

对现场环境进行全面勘测后，结合勘测结果，选择与环境特性相适应的浪涌保护器最大放电电流，即仅可通过2次8/20μs电流波的峰值电流。

2.5 设备自身保护

在选择浪涌保护器时，还需要对其自身保护问题进行分析，因为当其长时间处于过电压工作状态时，将会产生损坏，最终会因为被穿而产生严重短路问题，如图1所示。假如未对浪涌保护器串接断路器，线路短路器D1会发生跳闸动作，但是故障电流Icc仍然存在，想要D1重新合闸，必须要对浪涌保护器进行更换，但是无法保证系统连续供电。因此在选择和安装浪涌保护器时，需要将一个断路器与浪涌保护器上端进行串联，并根据浪涌保护器最大放电电流来确定断路器额定电流，应用C型脱扣曲线，且要求分段能力要比安装位置最大短路电流大。

图1 用断路器切断浪涌保护器

低压配电系统浪涌保护器选择安装

1.两端引线最短

在有浪涌电压侵入时，负荷两端等效电压为Ueq=U1+Up+U2，其中工频电流流过时U1与U2电感与电阻效应均比较小，可以直接忽略不计。但如果为高频状态，产生的电感效应非常大，即UL=-Ldi/dt，对于8/20μs电流波，L取值1mH/m。

图2 浪涌保护器接线保持最短

以实例进行分析，确定引线长度对加在负荷上冲击过电压的影响，其中假设电流峰值为Ipeak=10kA。

例1：L1=0.8m，L2=0.5m，di/dt=10kA/s。则Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+1625（V）

例2：L1=0.25m，L2=0.25m，di/dt=10kA/s。则Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+625（V）

对比例1和例2可知，例2内Ueq远小于例1中Ueq，浪涌保护器能够对负载起到可靠保护，因此在进行浪涌保护器选择和安装时，应尽量缩短浪涌保护器的接线长度，尽量控制在0.5m以内。

2.两极保护距离

如果所选择浪涌保护器在安装时与被保护设备之间的距离超过30m后，保护效果会降低，为避免浪涌对设备造成损坏，需要尽量在距离被保护设备近的位置安装，或者是较远保护距离之间可以另外设置一个浪涌保护器。因为不增加一级保护的情况下，电缆距离过程时，浪涌保护器存在的残压以及电缆感应电压，将有可能造成设备损坏。

四、结束语

对低压配电系统浪涌保护器进行选择，需要确定其在系统内的功能性，然后总结以往经验，以专业规范标准为依据，遵循专业原则，做好每个要点控制，科学合理的选择浪涌保护器，争取通过合理安装对系统和设备进行可靠保护，降低雷电过电压产生的不良影响。

[1]曾峰.低压配电系统浪涌保护器(SPD)设计现状及方法[J].科技与创新,2016,(05):111-112.

[2]古意瑾,杨文炳,杜志航.低压配电用浪涌保护器试验中的几个问题分析[J].低压电器,2012,(08):54-58.

[3]杨守胜.低压配电设计中浪涌保护器的选择[J].现代建筑电气,2012,3(01):34-38.

[4]张志胜.低压配电系统浪涌保护器设计中相关问题的探讨[J].电器工业,2011,(02):51-54.

王修阳（1979—），男，河南新乡人，大学本科，中级工程师，研究方向：电气专业。