雷雨频发,如何保障电气设备的用电安全？电涌保护器(SPD)可以起到保护作用吗
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雷雨频发，如何保障电气设备的用电安全？电涌保护器（SPD）可以起到保护作用吗？
近期，我国雷雨频发，雷电放电可能为许多大容量电气设备的使用带来的内部电涌，对供电系统和用电设备产生严重影响。
防雷和防电涌的保护，已成为人们关注的焦点。
雷电的危害：
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电涌问题。
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，有时很小的电涌冲击就可能造成致命的损坏。
供电系统电涌的影响
供电系统电涌的来源分为外部（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：
（1）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。
（2）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。
内部电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，都会带来内部电涌，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。
间接雷击和内部电涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。
所以电源防电涌的重点是对这部分电涌能量的吸收和抑制。
供电系统的电涌保护
对于低压供电系统，电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）开始逐步进行电涌能量的吸收，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电涌
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2800V。
我们称为CLASS I 级电源电涌保护器（简称SPD）。
这些电源电涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量电涌能量吸收而设计的，可将大量的电涌电流分流到大地。
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
要是对大电涌电流的吸收。
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电涌保护器。
这些SPD对于通过了用户供电入口电涌放电器的剩余电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。
该处使用的电源电涌保护器要求的最大冲击容量为40KA/相以上，要求的限制电压应小于2000V。
我们称为CLASS II 级电源电涌保护器。
一般的用户供电系统到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了。
[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电涌保护器，以达到完全消除微小瞬态的瞬态过电压的目的。
该处使用的电源电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1800V。
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。
在上文中，我们重复多次提到了电涌保护器，下面一起来看一下它的作用：
电涌保护器（Surge Protective Device，简称SPD），又称为浪涌保护器、浪涌抑制器、低压避雷器、防雷器、防雷保安器等，主要用于低压配电系统中瞬态过电压的防护。
瞬态过电压是指在电路中叠加到系统标称电压上的一种剧烈脉冲，幅值可达到标称电压的数十倍，持续时间极短，一般包括雷电过电压和操作过电压。
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。
选型规则，最大运行电压Uc> 1.15U0，U0是低压系统相线对中性线的标称电压，即相电压220V。
单相-般选择275V,三相- -般选择440V,标称放电电流选In=20kA (Imax=40kA).
比如当雷电落在建筑物或者建筑物附近以及输电线路，会侵入或感应出数十千伏的瞬态过电压，并沿着线路侵入配电回路而损坏电气电子设备，为了保护电气电子设备免遭雷击过电压的损坏，低压配电系统必须安装电涌保护器。
电涌保护器的作用及工作原理
电涌保护器的主要作用是将瞬态过电压产生的强大的电流对地进行泄放，把瞬态过电压限制在电气电子设备能够承受电压的范围内，使得被保护设备不受冲击电压而损坏。
电涌保护器的工作原理为：电涌保护器一般安装在被保护设备的两端并接地。
在正常工作情况下，电涌保护器
对正常的工频电压呈现高阻抗，几乎没有电流通过，相当于开路；当系统中出现了瞬态过电压时，电涌保护器对高频瞬态过电压呈现低阻抗，相当于把被保护设备短路，使得瞬态过电压产生的强大的过电流对地进行泄放，将瞬态过电压限制在设备可以承受的电压范围内，从而使设备得到保护。
电涌保护器的主要参数
电涌保护器对地泄放雷电流时，必须安全地完成，不造成电涌保护器本身损坏。
电涌保护器需要长期接入在被保护回路中，这就要求电涌保护器在长期工作电压作用下应该不劣化、损坏、断开，更不能短路使被保护电路中断工作。
为满足以上要求应控制一下几个技术参数。
（1）电压保护水平。
通常电压保护水平越低，保护效果越好。
（2）通流容量。
通常通流容量越高，雷电下安全性越好。
但是通流容量越大，电涌保护器的电压保护水平和价格也就越高。
（3）最大持续运行电压。
最大持续运行电压是指可持续加在电涌保护器，并且电涌保护器还可以正常工作的最大方均根电压。
不同接地系统下电涌保护器所要求的最大运行电压的最小值如下图所示，该表格来着GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》。
电涌保护器的后备保护器
电涌保护器经过多次对大地泄放电流后，电涌保护器的内部原件逐渐老化，当内部元件老化到一定程度后，电涌保护器内部的热脱扣器装置熔断，从而使电涌保护器从线路中断开，避免了电涌保护器老化后正常情况下对地发生短路。
有时高能量的冲击电流或者线路工频故障时，可能会使电涌保护器发生短路事故，此时电涌保护器内部的热脱扣器装置来不及熔断，可能会使配电系统发生火灾等事故。
在电涌保护器前面安装后备保护装置后，在电涌保护器失效后，后备保护装置断开，线路得到保护。
