低壓供電線路浪涌保護器的選擇和安裝

孟德發

（浙江滬杭甬高速公路紹興管理處，浙江 紹興 312071）

低壓供電線路的浪涌是指低壓電源線路中瞬間出現超出正常值許多倍的過電壓和過電流。產生浪涌的原因有:電網遭受直接雷擊或感應雷擊時，線路上出現了高于正常值幾千至上萬倍的浪涌電壓，此電壓沿金屬導線入侵配電系統；大功率用電設備在啟停、轉換和變頻過程中產生的浪涌電壓。線路浪涌會給用電設備帶來非常大的危害，尤其會給過載能力差的微電子設備帶來致命的損壞，因此在現代防雷系統中，對一些重要的電子設備必須安裝浪涌保護器。

1 浪涌保護器的基本特性

浪涌保護器也稱電涌保護器，英文縮寫為SPD，是預防線路浪涌的保護裝置。正常情況下浪涌保護器對地呈現高阻態，當線路突然出現浪涌電壓時，保護器能以納秒級的響應速度變為低阻態，瞬間向大地導通分流，保護用電設備免遭浪涌的沖擊而損壞，浪涌過后保護器又會自動恢復到高電阻狀態。

低壓供電線路浪涌保護器按工作原理可分為開關型、限壓型和組合型。開關型為間隙放電器件，具有雷電能量泄放大的優點；限壓型也稱為鉗壓型，為氧化鋅壓敏電阻器件，其電流／電壓特性為強烈非線性，具有過電壓抑制能力好的特點；組合型是由開關型元件和限壓型元件組合而成，有開關型和限壓型的基本特征和優點。

2 供電線路浪涌保護器的參數選擇

安裝在供電線路某點上的浪涌保護器，需要滿足三個基本條件:一是浪涌保護器的有效保護水平Up／f必須小于該點被保護設備的耐沖擊電壓Uw；二是浪涌保護器的最大放電電流必須大于該點線路可能出現的最大浪涌電流；三是浪涌保護器持續運行電壓Uc必須大于該點線路對地電壓。

（1）浪涌保護器有效保護水平Up／f選擇

按照國家頒布的防雷設計規范規定，低壓配電系統中各類設備耐沖擊電壓Uw值分為四個等級，電源進線端設備的Uw為6kV，配電分支線路設備的Uw為4kV，普通用電設備的Uw為2.5kV，電子信息設備的Uw為1.5kV。根據這一要求，安裝在電子設備附近的浪涌保護器有效保護水平Up／f值必須小于1.5kV，且Up／f越小，保護性就越好。

有效保護水平Up／f值是由浪涌保護器的電壓保護水平Up與浪涌保護器連接導線上的感應電壓降ΔU相加而成，即Up／f＝Up＋ΔU。

Up是浪涌保護器抑制浪涌能力的一個重要參數，其值是浪涌電流通過浪涌保護器后的剩余電壓值。從上式看出，要想得到較小的Up／f，一是要選擇較小的浪涌保護器電壓保護水平Up，但選用較小的Up值會使浪涌保護器的最大放電電流Imax也跟著減小，這不利于泄放較大的浪涌電流；二是將浪涌保護器兩端的連接導線做得足夠短，并盡量安裝在靠近被保護設備附近，使ΔU值大幅減小直至忽略不計。

（2）浪涌保護器的多級保護模式

為使浪涌保護器既有足夠大的放電電流，又能得到較小的Up／f值，浪涌保護器必須采用多級保護，級數多少與被保護設備的耐沖擊電壓值、浪涌電流大小、連接線長度等因素有關，通常采用三級或四級保護。

第一級保護主要是泄流，選擇能承受高電壓和大電流的浪涌保護器，使大部分浪涌電流通過該級流入大地；第二級保護是限壓，通過第二級分流，使Up值進一步降低；第三級保護是鉗位，如果這是最后一級保護，要求分流后的有效保護水平Up／f值必須小于被保護設備耐沖擊電壓Uw值。如果上述三級保護無法做到Up／f≤Uw，或者末級浪涌保護器的安裝位置與被保護設備的距離較長，這時需增加第四級保護。

（3）浪涌保護器的最大放電電流Imax選擇

a.第一級Imax選擇:根據地理位置、當地雷暴日天數、被保護的設備類型、電源進線敷設形式等估算出可能出現的浪涌電流大小，從而選擇浪涌保護器的Imax值。

如果所處位置為山區，雷電出現的概率較大，電源為架空線入戶，Imax應在100kA或以上選擇；如果是效區，架空線入戶，Imax可在60kA～100kA之間選擇；如果在市區內，且電源為電纜埋地入戶，Imax可在40kA～80kA之間選擇。

以郊區、架空線入戶為例，第一級Imax可選擇80kA，要求該級安裝在低壓側總進線柜的母線上。

b.第二級Imax選擇:根據第一級所選的Imax值進行配置，一般可在40～60kA之間選擇，要求該級安裝在分路開關柜母線上（如層樓或車間電源進線柜上）。

c.第三級Imax選擇:該級如果是最后一級保護，為確保電子設備不因浪涌沖擊而損壞，Imax值應在10～20kA之間選擇，這時的Up／f值必須小于1.5kV，該級需安裝在盡可能靠近被保護設備的電源接線端上。

d.如果采用的是四級保護，則第四級的Imax值可在5～20kA之間選擇。

（4）浪涌保護器最大持續運行電壓Uc選擇

最大持續運行電壓Uc是指可持續加在浪涌保護器兩端而不會引起保護器特性變化和激活保護元件的最大電壓有效值。我國低壓用電設備的標準電壓為380V／220V，總進線柜上的相電壓一般有230V，考慮到電網在谷峰時段會有5%的電壓波動，大功率整流器、變頻器、開關電源、可控硅調壓器等非線性負載工作時產生的諧波對線路電壓幅值升高的影響，安裝在相線與大地之間的浪涌保護器Uc值應在340V～400V之間選擇。

（5）根據供電制式選擇浪涌保護器的保護極數

為確保各類設備免受浪涌沖擊而損壞，供電線路必須采用全保護模式，即在每條供電線路與地之間（含零線）都需安裝浪涌保護器，實行全方位保護。

3 供電線路浪涌保護器的安裝要求

（1）浪涌保護器兩端連接線要求

浪涌保護器兩端的連接導線應盡可能短，控制在0.5m以內，即L1＋L2≤0.5m（如圖1）。這是由于當保護器上流過數千至上萬安培浪涌電流時，連接線L1和L2上的電阻和電感效應產生的壓降ΔU1、ΔU2不能忽略，這時浪涌保護器的有效保護水平為Up／f＝Up＋ΔU1＋ΔU2。如果連接線較長，Up／f值會提高很多，這就增加了設備損壞的危險。

圖1 浪涌保護器的安裝要求

（2）前后兩級浪涌保護器安裝距離要求

由于后級浪涌保護器所選的參數比前級要小很多，如果前后兩級安裝距離太近，參數小的后級會提前動作，從而承受了本應由前級承擔的高能量浪涌電流，為此如果前后兩級均是限壓型浪涌保護器時，要求兩級之間的安裝距離L≥5m；前后兩級一個為開關型、另一個是限壓型時，需滿足L≥10m，通過線路電阻和電感效應的作用，阻止后級保護器提前動作。

（3）末級浪涌保護器安裝位置要求

為更好地預防線路浪涌，要求末級浪涌保護器的安裝位置盡可能靠近被保護的設備。如果末級安裝位置與被保護設備之間的距離大于10m時，應選擇更小的Up／f值；如果大于30m時，應在靠近設備側增裝一只浪涌保護器，以防止這段線路產生的感應電壓ΔU和上一級殘余電壓Up疊加后損壞設備。

（4）短路保護開關的安裝

當流過的浪涌電流超過浪涌保護器的最大放電電流時，保護器就會過載而損壞，出現永久的開路或短路。如果是短路，短路電流會使短路點前的分路開關跳閘而引起大范圍停電。為防止出現這一現象，需在每個浪涌保護器前端安裝短路保護開關（見圖1）。

a.為確保浪涌保護器出現短路時只跳短路保護開關、不跳電源分路開關，要求短路保護開關的動作電流必須小于短路點前的電源分路開關動作電流。

b.浪涌電流雖然很大，但時間極短，能量積累不多，只要浪涌保護器未損壞，該電流就不會引起短路保護開關跳閘，因此可選用DZ47－63小型斷路器作為短路保護開關。

（5）浪涌保護器連接導線截面要求

按照GB50343－2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》表6.5.1規定，浪涌保護器連接導線最小截面積必須滿足:

第一級 與相線連接線:≥6mm2銅芯線；與地連接線:≥10mm2銅芯線；

第二級 與相線連接線:≥4mm2銅芯線；與地連接線:≥6mm2銅芯線；

第三級 與相線連接線:≥2.5mm2銅芯線；與地連接線:≥4mm2銅芯線。

4 結束語

供電線路浪涌保護的選擇和安裝牽涉到多個方面，需要根據所處的地理位置、雷電活動情況、電源線路敷設方式、系統對電磁脈沖屏蔽程度、被保護設備耐沖擊電壓值、設備重要程度等，合理選定浪涌保護器的保護級數、安裝位置、每級最大放電電流、有效保護水平、最大持續運行電壓和響應速度等，并使浪涌保護器的連接導線盡可能的短，才能保護各類用電設備免遭供電線路浪涌的沖擊而損壞。

［1］中國機械工業聯合會主編.GB 50057－2010建筑物防雷設計規范［M］.北京:中國計劃出版社，2010.

［2］四川省住房和城鄉建設廳主編.GB 50343－2012建筑物電子信息系統防雷設計規范［M］.北京:中國建筑工業出版社，2012.