浪涌保护器的选型与后备保护

刘 军

(中盐工程技术研究院有限公司，天津 300450)

1 概述

浪涌保护器，也叫防雷器，英文简写为SPD，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

某家为机房电子计算机系统供电回路的过电压保护装置SPD烧毁，维修人员更换SPD，结果在雷雨天气连续2次造成设备主板烧坏，事后经过检查，发现维修人员没有细看SPD型号，更换了一个一级试验的SPD,造成有雷电流时残压过高，不能对计算机设备进行有效保护，重新按Ⅰ类电子信息设备选型更换，设备运行正常。

因此， SPD选型很重要，在设备的维护保养中一定要按照防雷级别和设备的类别选择SPD。

2 SPD的分类

(1)开关型SPD，又称雷电流避雷器，这种SPD在没有电涌时为高阻抗，但一旦响应电压电涌时其阻抗就突变为低值，用作这种非线性装置的常见例子有放电间隙、气体放电管、闸流晶体管(可控硅)及三端双向可控硅开关。

(2)限压型SPD，这种SPD在没有电涌时为高阻抗，但随着电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，用作这类非线性组件的例子是压敏电阻和抑制二极管。

(3)联合型SPD，这种SPD由电压开关型部件和限压型部件联合组装在一起，根据二者的联合参数和应用电压特性可组合装成具有电压开关﹑限压或这两种特性兼有的联合型SPD。

3 SPD的主要性能、指标

3.1 最大持续运行电压Uc

可以持续施加于电涌保护器的最大交流有效值电压或最大直流电压，等于电涌保护器的额定电压。

3.2 冲击电流Iimp

用于电源的第一级保护SPD，反映了SPD的耐直击雷能力(采用10/350 μs波形)。包括幅值电流Ipeak和电荷Q，其值可根据建筑物防雷等级和进入建筑物的各种设施(导电物、电力线、通讯线等)进行分流计算。

3.3 标称放电电流In

流过SPD的8/20 μs电流波的峰值电流，用于对SPD做Ⅱ级分类实验或做Ⅰ级分类实验的预处理。对于Ⅰ级分类实验In不小于15 kA，对于Ⅱ级分类实验In不小于5 kA。

3.4 保护电压水平Up

在标称放电电流(In)下的残压，又称SPD的最大钳压，对于电源保护器而言，可分为一、二、三、四级保护，保护级别决定其安装位置，在信息系统中保护级别需与被保护系统和设备的耐压能力相匹配。

4 电涌保护器SPD的主要性能、指标的确定

4.1 最大持续运行电压Uc的选择

选择220/380 V三相系统中的电涌保护器时，其最大持续运行电压Uc应符合表1规定。

4.2 SPD的电压保护水平Up的选择

SPD的电压保护水平应满足表2的要求。

表1 电涌保护器取决于系统特征所要求的最大持续运行电压最小值Tab.1 The SPD depends on the minimum value of the maximum continuous operating voltage required by the system characteristics

注:(1)标有①的值是故障下最坏的情况,所以不需计及15%的允许误差；(2)U0是低压系统相线对中性线的标称电压,即相电压220 V;(3)此表基于按现行国家标准《低压配电系统的电涌保护器(SPD)第1部分:性能要求和试验方法》(GB 18802.1)做过相关试验的电涌保护器产品

注：(1)Ⅰ类——含有电子电路的设备,如计算机、有电子程序控制的设备；(2)Ⅱ类——如家用电器和类似负荷；(3)Ⅲ类——如配电盘,断路器,包括线路、母线、分线盒、开关、插座等固定装置的布线系统，以及应用于工业的设备和永久接至固定装置的固定安装的电动机等的一些其他设备;(4)Ⅳ类——如电气计量仪、一次线过流保护设备、滤波器

4.3 SPD的雷击冲击电流Imp及标称放电电流In的确定

(1)在已具备防雷装置的情况下使用SPD防止直接雷击或在建筑物临近处被雷击引起的瞬态过电压时，应根据雷电防护区分区的原则选用I级试验、Ⅱ级试验、Ⅲ级试验的SPD。

(2)在建筑物电气装置中使用SPD限制从电源系统传来的大气瞬态过电压(由间接的，远处的雷击引起的)和操作过电压时，可选用Ⅱ级分类试验的SPD及必要时加装Ⅲ级分类试验的SPD。

5 低压电源系统中SPD的选择及安装位置

5.1 信息系统雷击电磁脉冲的防护

应按其所处的建筑物条件、信息设备的重要程度、发生雷击事故严重程度等进行雷击风险评估，将信息系统雷击电磁脉冲的防护分为一、二、三、四级，分别采用相应防护措施：

一级,宜在低压系统中采取3～4级SPD进行保护；二级，宜在低压系统中采取2～3级SPD进行保护；三级，宜在低压系统中采取2级SPD进行保护；四级，宜在低压系统中采取1级或以上SPD进行保护。

5.2 SPD在电源系统中的安装位置如下

(1)在LPZ0A区和 LPZ0B区与LPZ1区交界面处连续穿越的电源线路上应安装符合I级分类试验的SPD，如总电源进线配电柜内、配电变压器的低压侧主配电柜内、引出至本建筑物防直击雷装置保护范围以外的电源线路的配电箱内。

(2)在LPZ0B区与LPZ1区交界面处穿越的电源线路上应安装符合Ⅱ级分类试验的SPD，如引出至该建筑物防直击雷装置的保护范围之内的屋顶风机、屋顶广告照明的电源配电箱内。

(3)当电源进线处安装的电涌保护器的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电箱供电的设备时，应在该级配电箱安装符合Ⅱ级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ1区和LPZ2区交界面处。如：楼层配电箱、计算机中心、电信机房、电梯控制室 、有线电视机房、楼宇自控室、保安监控中心、消防中心、工业自控室、变频设备控制室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的场所的配电箱内。

(4)对于需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备(尤其是信息系统设备)，应考虑在该设备前安装符合Ⅲ级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ2区和其后续防雷区交界面处。如：计算机设备、信息设备、电子设备及控制设备前或最近的插座箱内。

6 SPD的后备保护

现在电涌保护设计时有的在其前面加熔断器保护，有的加微型断路器保护，两种方式各有优缺点。

6.1 熔断器的主要优点和特点

(1)采用熔断器作为后备保护元件具有残压低,选择性好。上下级熔断器的熔断体额定电流只要符合国标和IEC标准规定的过电流选择比为1.6 ∶1的要求，即上级熔断体额定电流不小于下级的该值的1.6倍，就视为上下级能有选择性切断故障电流。

(2)限流特性好，分断能力高。

(3)相对尺寸较小。

(4)价格较便宜。

6.2 熔断器的主要缺点和弱点

(1)故障熔断后必须更换熔断体。

(2)保护功能单一，只有一段过电流反时限特性，过载、短路和接地故障都用此防护。

(3)发生一相熔断时，对三相电动机将导致两相运转的不良后果，当然可用带发报警信号的熔断器予以弥补，一相熔断可断开三相。

(4)不能实现遥控，需要与电动刀开关、开关组合才有可能。

6.3 断路器主要优点和特点

(1)故障断开后，可以手操复位，不必更换元件，除非切断大短路电流后需要维修。

(2)有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时电流脱扣器两段保护功能，分别作为过载和短路防护用，各司其职。

(3)带电操机构时可实现遥控。

6.4 主要缺点和弱点

(1)采用断路器做为后备保护元件具有残压高。上下级非选择型断路器间难以实现选择性切断，故障电流较大时，很容易导致上下级断路器均瞬时断开。

(2)相对价格略高。

(3)部分断路器分断能力较小，如额定电流较小的断路器装设在靠近大容量变压器位置时，会使分断能力不够。现在有高分断能力的产品可以满足，但价较高。

综上，优先采用熔断器作为SPD的后备保护。