防雷裝置SPD產品的分級探討

王力

摘 要：直接雷擊和間接雷擊，以及系統內部的過高壓、內部浪涌現象往往會造成設備的損壞，給社會帶來巨大的經濟損失。文章中，作者對防雷裝置SPD產品原理做了詳細分析和SPD產品的分級探討，并針對電源系統中的TN系統和TT系統，探討了SPD的選用和安裝技術。

關鍵詞：防雷裝置；SPD；SPD三級防雷

1 防雷裝置發展歷程

1.1 發展過程

隨著經濟的飛速發展，人們對建筑、設備等的保護意識不斷增強，防雷已經是一個必須慎重考慮的重要問題。200多年前，富蘭克林發明了世界上最早的避雷針，這也是最早的防雷產品，其原理是基于金屬的尖端放電。之后的社會實踐活動中，人們發現與高壓線連接的配電設備極易發生過電壓損壞，理論研究表明，導致該現象的罪魁禍首是靜電感應、或者電磁感應導致的“感應雷”。為了防止“感應雷”損壞設備，抑制浪涌，線路保護器應運而生。隨著半導體材料以及半導體技術的發展，線路保護器也不斷更新，新的防雷技術和產品也不斷被開發出來。

1.2 SPD三級防雷

人們在探討防雷技術的過程中，提出了SPD（浪涌保護器）的概念。Surge Protective Device（SPD），浪涌保護器，又名避雷器、防雷器，或是電涌保護器，用于保護用電設備，避免雷電點擊、電磁脈沖或是過電壓破壞用電設備。SPD產品有一些表征其防雷能力的重要參數：響應時間表征了SPD產品在保護器里的特殊保護元件的動作靈敏度、擊穿時間；電壓保護級別是跳火電壓和額定放電電流的殘壓的最大值。

由于SPD產品很多性能參數上不能同時滿足所有的要求，而且直接雷擊、間接雷擊、內部浪涌所要求的防雷側重點各不相同，因此在實踐活動中，我們最好對防雷裝置SPD產品進行分級探討。

2 SPD產品的三級探討

2.1 第一級SPD作用及設計

第一級SPD是一種大容量電源防浪涌保護器，連接在大地和用戶供電系統入口進線各相之間。該級電源防浪涌保護器是專為承受直接雷電、間接（感應）雷擊而設計的，能夠吸收大電流和高能量浪涌能量，并將大量的浪涌電流分流到大地。該級SPD主要吸收大浪涌電流，不足以保護系統內部的敏感電子設備。如果該級能夠釋放掉足夠的雷擊電流，就不易造成雷電危害，后面的各級SPD設計時主要考慮第一級的雷電電流殘留部分。

對建筑物的防雷探討及通流容量設計如表1所示。

2.2 第二級SPD作用及設計

第二級防浪涌保護器SPD主要安裝在重要或者敏感的用電設備供電電路，在低壓電源系統（這里主要指AC 50Hz 220/380V，即中國低壓供電系統標準，直流20Hz，相電壓220V）用戶供電入口處的瞬態電壓有很好的抑制作用。第二級防浪涌保護器SPD已經在沖擊電流以及沖擊電壓上對系統進行了很全面的保護，一般的用戶供電系統作到第二級保護就可以達到用電設備運行的要求。參照表1所示，第2、3級所選取的通流容量按第一級SPD的通流容量10/350μs進行相應的折算得到。這種折算引入了安全系數，全面的考慮了由于雷擊之后的反擊現象造成的過電壓以及電流沖擊現象。

2.3 第三級SPD作用及目的

在很多情況下，兩級SPD防雷設施已經足以保護設備正常運行了，但在重要的設備處，我們還需要更加安全的第三級SPD防雷來保證設備的安全可靠運行。第三級SPD產品主要是一個內置式的防浪涌保護器，用于設備內部電源部分。對于一些特別敏感又極其重要的電子設備中，該級防護是必要的，其作用在于消除微小瞬態過電壓。在設計該級SPD時，應選擇參數使最大沖擊電流為20KA，或者根據要求使該參數更低一些。

3 電源SPD的選用和安裝

3.1 TN系統的SPD選用和安裝

TN系統，即保護接零系統，TN系統通常是一個中性點接地的三相電網系統。在該系統中所有電氣設備的外露金屬均接到保護線上，并與電源中性點相連。電氣裝置通常采用TN-C-S系統，在TN-C-S系統中只有三根相線上需裝設SPD，安裝在相線和PE線之間。在TN-C-S系統中，PE線系統自PEN線引出，所以SPD承受的工頻過電壓即是電氣裝置標稱電壓Uo加上電網供電電壓的正偏差。我國規定的220V電網內的正偏差不大于7%，但我國一些地區的電壓不穩定，電壓質量較差，電壓正偏差往往超過此值，同時由于設備在使用過程中存在老化現象，工程上防雷標準取Uc≥1.15Uo。

3.2 TT系統的SPD選用和安裝

TT 方式供電系統是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護系統，即保護接地系統。在TT系統內，中性線自變電所引出后不再重復接地而對地絕緣，因此它也能將雷電脈沖過電壓傳導到電氣裝置中來，引起設備的損壞，因此在防雷系統中該中性線也需要安裝SPD設備。為此在TT系統電氣裝置內需在相線和中性線上共安裝4個SPD。在防雷性能方面，TT系統的優點在于對低壓電網的雷擊過電壓有一定的泄漏能力，其缺點則是電源線路系統發生雷擊現象時，配變可能發生正、逆變換過電壓。TT系統絕緣承受的過電壓常比TN系統絕緣承受的過電壓高，當其中的一相發生接地故障時，另外兩相的電位會被拉高，在實踐活動中，我們總結得到其值一般不超過相電壓的50%，為了使系統既得到充分的保護，同時又不浪費資源，工程上防雷標準取Uc≥1.55Uo。

4 結束語

隨著國民經濟和科學技術的發展進步，許多領域的電氣設備越來越精密，同時也越來越貴重，重要設備的損壞會給人們帶來巨大的損失。我們在追求高速發展的同時，也一定要注重設備的安全性，對設備做相應的防雷保護是必不可少的，同時我們需要進一步探索防雷技術，推動SPD產品不斷更新，以實現更高的要求。

參考文獻

[1]孫凱.防雷裝置SPD產品的分級設計[D].吉林大學，2007.

[2]郭鳳文.關于SPD的幾個問題的討論[J].電氣應用，2005，2：12-15.