电涌保护器设置及分析

水利水电170 2015年39期电涌保护器设置及分析高靖赟杭州市建筑设计研究院有限公司，浙江杭州 310020摘要：近年来，人们对雷电防护意识的加强和防雷技术的发展，尤其是接闪器、引下线、接地体等外部防雷方法的使用使直击雷击造成的破坏正在减少，而伴随直击雷同时产生的雷击电磁脉冲及雷电感应的破坏作用凸现出来，由此人们逐步注重内部的防雷方式。

有时这些措施甚至还不够，一些电气电子信息设备耐受过电压、过电流能力比较差，这时安装性能良好的电涌保护器能使防护效果得到显著的提高。

通过分析低压电气系统的雷击易损性及电涌保护器的基本特性，归纳了合理选取和安装电涌保护器的要点及基本步骤，并对基本步骤的原则及相关注意事项进行了简要说明，以供防雷专业设计和施工人员参考、借鉴。

关键词：电涌；保护器；设置分析中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)39-0170-021 引言雷电是伴有闪电和雷鸣的一种放电现象。

闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。

闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。

一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。

雷电发生前云层内电荷不断积累，形成了强大的静电高压电场。

在电场力作用下，对地面上的高大物体形成尖端放电，以卸载电荷。

在这种情况下，云层携带的是正电荷，大地携带的是负电荷。

当正负电荷相互碰撞时，就会形成瞬间的中和反应，这便是直击雷。

在防雷设计时我们通常设置接闪器、引下线、接地装置等防雷设施，来免于雷击造成的危害。

而这仅仅只是保护建筑物本体结构及建筑物内的人生安全，对建筑物内的各种电子信息设备是没有任何保护的。

这里所指的电子信息设备是指以微电子芯片为基础和计算机技术为核心的各种信息设备（计算机系统、通信系统），以大功率电子器件为基础的电力电子设备（变频器、UPS），以及包含信息模块和电力电子模块的传统电气设备（智能开关柜、智能照明模块）等。

这些设备通称为电气、电子设备。

下面就从雷电流的侵入开始，对电涌保护器的设置、通流容量、安装间距等几个重要方面结合规范做相关分析。

2 雷电流的侵入路径雷电流的侵入大致分为以下几种：1.雷云直接对电力线路或电气设备放电，雷电流经线路及设备时产生冲击电压。

这种过电压称为直接雷击过电压。

2.雷云在电力线路或电气设备的附近不远处发生放电，虽然雷电没有直接击中线路，但在导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷。

雷云在放电阶段，电力线路上原有束缚电荷立即转为自由电荷，向导体两侧流动而形成的感应过电压。

3.雷云对建筑物顶部放电，雷电流经屋顶接闪器、引下线、接地装置入地，雷电流流经防雷系统时，接地装置阻抗上存在电压降，因此接地装置出现高电位，其电压差值可达几百上千伏，在那里的电气设备绝缘有被击穿的危险。

图1见图1，假设雷云直接对一根高压输电线路放电（设雷电流100KA），这个雷电流经过高压接装置入地。

大楼接地电阻按1欧姆考虑U=I*R=10KA*1Ω=100kV，这时变配电间的等电位接地的电势已高达100KV。

雷电流一部分顺着基础接地体流入大地，一部分分流至其它进出建筑物的金属服务管线。

剩余部分顺着与基础接地相连的中性线流入变压器，然后留经低压配电柜，最后流入低压配电网络。

上图中箭头所指的方向，便是雷电流的侵入路径。

3 电涌保护器的设置防雷规范中要求户外线路进入建筑物处，即 LPZ0A或LPZ0B进入 LPZ1区，应在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设Ⅰ级试验的电涌保护器。

电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5 KV。

每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时应取等于或大于 12.5 KA。

靠近需要保护的设备处，即 LPZ 2和更高区的界面处，当需要安装电涌保护器时，对电气系统宜选用Ⅱ或Ⅲ级试验的电涌保护器。

电涌保护器应与同一线路上游的电涌保护器在能量上配合，电涌保护器在能量上配合的资料应由制造商提供。

若无此资料，Ⅱ级试验的电涌保护器，其标称放电电流不应小于 5 KA。

图2见图2，高压输电线路被雷击中后，雷电流被导入到基础基地体。

雷电流一部分顺着基础接地体流入大地，一部分分流至其它进出建筑物的金属服务管线。

剩余部分顺着与基础接地相连的第一级SPD绕过变压器及配电柜内的低压保护设备，流入了低压配电网络。

使变电所内的设备得到了很好的保护。

但是雷电流不会就此消失，它会分散至变电所的各个出线回路上，电流强度会得到减弱，具体根据变电所的出线回路而定。

雷电流继续在低压配电网络中流动，到了第二级SPD该回路上的大部分雷电流才真正的被引入大地。

剩余的小部分雷电流会继续前行，但它的能量已经减小了很多。

此时我们可以根据配电系统中设备绝缘耐冲击电压值，来决定是否需要设置第三级的SPD保护。

4 电涌保护器的通流容量通流容量指SPD的极限雷电能承受能力，涉及SPD在雷电流下工作的可靠性。

其主要是第一级SPD同流容量的选取，这时电涌保护设计的关键问题。

决定通流容量应从SPD最不中国科技期刊数据库 工业C2015年39期 171利的工作条件出发，同时还要分析雷电流的分流情况。

第一级SPD 最严酷的工作条件是建筑物遭受直接雷，雷电流沿引下线到接地装置造成高电位反击的情况。

以及直接雷击在进户高压架空线路上，但是目前城市10KV 高压线路大部分埋地敷设，此情况不普遍。

IEC1312和GB50057提供了一个简单的估算，在LPZOA/LPZOB 与LPZ1区的界面处的SPD 的雷电流的方法：近似认为全部雷电流i 的50%流入建筑物接地装置，另50%，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。

得以下公式：（n —地下和架空引入的外来金属管道和线路的总数；m —每一线路内导体芯线的总根数；I —雷电流，取100kA ）按最不利因素计算，建筑除高压线路外无外来引入金属管道，电源线(3+1芯),由此可得=12.5KA 。

所以对于总配电箱或变电所低压母线处设置的SPD 通流容量只要达到了12.5KA 就不会有问题。

实际上，引入建筑物的金属管线远不止这一根线路，所以实际值应比12.5小的多。

总配电箱或变电所的下级低压线路更多，雷电流得到了进一步的分散，且低压线路的地电位（PE 导体、共用接地系统）与SPD 的接地端是处于同一电位或高于SPD 接地端的电位，流经SPD 的电流和能量会小，即不会有大的雷电流再从SPD 的接地端流经SPD ，又从低压线路的分布电容流回SPD 接地端的接地装置。

故在防雷规范中要求当无线路引出本建筑物时，应在母线上装设II 及试验的电涌保护器，电涌保护器每一保护模式的标称放电电流值应等于或大于5KA 即可。

5 SPD 安装距离原则 5.1 “0.5ｍ原则”应注意高频雷电流流经导线因感抗会产生很大的电压降，每一级SPD 的工作电压应大于上一级SPD 的残压和其两端连线产生的电压降，最后一级的SPD 的残压URES 加上导线的电压降应小于被保护设备的耐压。

规范中要求SPD 的两端连线长度之和要求小于0.5ｍ，即电源SPD 的L-N 的连接长度，若接线确有困难，可适当放宽连接长度，但其截面积应适当增大，SPD 接地线的长度应小于１m ，且应就近接地。

5.2 “5ｍ原则”根据行波理论，雷电侵入波在电缆中的传播速度为V=1.5x108m/s ，限压元件的响应时间为25ns ，波在这段时间内向前行进的距离S 为：S=VXT ＝(1.5x108m/s)x(25x10-9)＝3.75m 考虑到两SPD 间有导线阻抗，故规范中要求距离为5m 。

从而保证两限压型SPD 按顺序启动。

如果两级SPD 之间的距离不符合要求，应在两级SPD 之间加装退藕装置（电阻或电感）。

5.3 “10ｍ原则”根据行波理论，雷电侵入波在电缆中的传播速度为V=1.5x108m/s ，开关型原件的放电间隙的动作响应时间Ｔ为100ns ，限压元件的响应时间为25ns ，波在这个时间差（100-25）NS 内向前行进的距离S 为：S=VXT ＝(1.5x108m/s)x(75x10-9)=11.25m 考虑两SPD 间有导线阻抗，故规范中要求距离为10m 。

从而保证开关型SPD 和限压型SPD 按顺序启动。

同上如果两级SPD 之间的距离不符合要求，应在两级SPD 之间加装退藕装置5.4 “30ｍ原则”SPD 距离被保护设备过远，电缆分布电容和自身电感能组成LC 谐振电路。

SPD 的保护电压Up 传到设备时，LC 谐振电路可因它激而起振。

SPD 的电压保护水平Up 值随传输距离的延长而提高，可能会在终端设备上产生2倍Up 甚至更高的振荡电压，使设备损坏，因此规范要求SPD 距被保护设备距离≤30m 。

如果此距离＞30m ，则应靠近被保护设备加装一级SPD 。

6 结语近年来，电涌保护越来越受重视。

2010年11月，建设部发布了新版《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010，于2011年10月正式实施。

该规范对于SPD 的设置提出了更明确的要求。

供配电设计中应充分重视这一环节，对提高整个供配电系统安全性、可靠性起着不容忽视的作用。

参考文献[1]李建军. 新建建筑物防雷设置中电涌保护器的应用探讨[J]. 科技风, 2011, (24):98.[2]胡云. 电涌保护器的工作机制与应用分析[J]. 电器与能效管理技术, 2013, (9):23-28.[3]杨志军, 周军, 陈刚. 防雷工程中电涌保护器的选择和应用[J]. 智能建筑, 2011, (10):73-76.（上接第 169 页）升太快，易干裂影响质量；砂壳上升太快，则会造成施工困难。

防渗体土料与反滤料每次填压的层厚都会不同，需采取一定的措施来保证其平起施工。

目前，多采用土砂平起施工法。

根据土料与反滤料填筑的先后顺序不同，土砂平起施工法分为先土后砂和先砂后土法。

塑性斜墙坝施工，当砂壳修筑到一定高度甚至达到设计高程后，再填筑斜墙土料，以便使砂壳有较大的沉陷，避免因砂壳沉陷不均匀而造成斜墙裂缝。

2.8 质量控制和检查质量的控制和检查分为两部分， 分别为料场的质量控制和检查。

首先对土料场应经常检查，检查的部分包括所取土料的土质一般情况、土料的日常含水量、土块的大小和砂石料的颗粒级配等，通过这检查，首先看看这些土料是否符合上坝要求。

其次，对坝面的质量控制还要进行进一步的检查。

对含水量的大小、铺土的厚度、、土块的大小、压实后的干容重分别进行检查，在检查的同时提出质量控制措施，提出改进意见、其中要着重检查含水量和干容重。

3 结论综上所述，提高水利施工中土石坝施工技术水平对于提升土石坝的性能非常关键，其技术水平的进步意义重大。

因此，广大土石坝施工中的技术人员要不断关注施工中的各个环节，在实践中优化技术，改进技术，在提高土石坝技术的同时推动水利工程建设质量迈向新的台阶。