電源spd設備的分級策略與防雷失效分析

趙丹

摘要：國外建筑物防雷領域普遍使用熔斷器、斷路器做為電源SPD設備的電流保護，但經常廣泛出現防雷失效問題，這在國內電信、交通、光伏等領域也比較常見。基于此提出，電源spd設備的分級策略與防雷失效分析。對防雷型建筑物普遍特征進行描述，并對熔斷器、斷路器串聯電流的配合問題進行了相關。

關鍵詞：電源spd;分級策略;防雷失效;安全

在當今社會經濟的諸多關鍵行業如郵政、傳媒、金融、電信、國家公路等，防雷需求已經成為社會關注的話題，這是由于計算機IT技術的推廣造成了保護電源SPD設備的防雷需求的快速增漲。既然有了社會需要，那么相應地就會產生相應的市場供給。而這正是我國社會主義市場經濟的關鍵所在，因而防雷產品的市場需求也就應運而生，各種產品思路源源不斷，防雷技術也因此有了較大的進步空間。然而大多數計算機IT行業的技術人員對于強電源并不是很了解，再加上以往防雷是一門相對冷僻不受人們重視的邊緣學科，社會有關防雷技術和相關衍生產品的介紹資料極少，這就為市場客戶如何經濟、科學地選擇防雷產品帶來了諸多難題。另一方面，電的發明和普遍使用也推動了防雷產品的進步，當高壓輸電網為社會日常工作與生活帶來光明和動力的時候，雷電的頻繁出現對高壓輸變電設備帶來了大量不可以預估的危害。高壓線的架設離地面較高、距離過長、穿過的地形地貌也比較復雜，因此就會比較容易被雷電擊中。而避雷針的保護范疇還不足以保護上萬公里的高壓輸電線，所以電源SPD設備作為保護高壓電線的新型儀器設備也就隨之產生了[1]。

一、電源spd設備的分級策略

因為建筑物體的不一樣，造成其所在的天氣環境、地質條件、地理環境也不一樣，同時建筑物的使用性質和功能不一樣，建筑物的設計結構和電子信息系統設備的關鍵性以及抗干擾性不一樣，因而建筑物體迥異的電子信息系統對雷電電磁波的防護需求也隨之不一樣[2]。所以，我們有必要對電源SPD進行分級，從而明確其需求的防護點。而建筑物電子信息結構的雷電防護等級是根據防雷設置的截斷效率分為一級、二級、三級、四級。雷電防護等級的劃定辦法具體有2種：第一種是，根據建筑物電子信息結構所處的現實環境進行雷電預警的危險評估，以便明確雷電防護等級層次。第二種則是，根據建筑物電子信息結構的使用性質與具體功能來劃分雷電防護等級層次的。通常情況下學界普遍認為，正常程序的工程建設項目，可以根據使用性質與功能來確定其防電擊等級，具體要求可以參照GB9034023一一2014國家最新頒布的《建筑物電子信息結構防雷電擊打規范新標準》來確定防雷等級[3]。譬如說：普通醫院醫療儀器設備、四星級以上酒店安全設備是第一級，中小型醫院醫療儀器設備、三星級賓館為第二級;擁有甲級安全保護設施的是第一級，乙級安全保護設施的是第二級，諸如此類。一些比較普遍的辦公廳大樓、住宅小區等雖然在《新標準》中沒有被具體標明，然而也可以按照其中某些相似的執行標準去明確，五星級以上的數字化辦公大廳可以劃分為第二級;數字化寫字樓與較高級別的現代化住宅小區則可以劃分為第三級;至于普通辦公大廳和常見居民住宅小區也可以明確劃定為第四級。可是這些標準只是針對生活中常見的建筑物，對于一些國家主持的重大或大型綜合性項目建筑，還是應該進行嚴格的、科學的雷電風險評估以便明確其具體的防雷等級為好，或在此基礎上定得比較高級一點。在進行雷電工程建設的時候，需要針對防護對象的不一樣而作具體要求，因此雷電防護分級也隨之成為現代化防雷電擊打工程設計的重要理論根據之一。這和進行建筑物防雷電分類的工作原理也是類似的，由于電子信息結構的雷電防護等級的具體實施標準是根據其防雷等級的不一樣而有所區別的。在雷電防護等級不一樣的情況下，選擇電源電路的SPD（電涌保護器）的具體參照值有著很大的差別。所以，工作技術人員在選擇和設計SPD（電涌保護器）的時候，必須第一步滿足工程電子信息結構下雷電防護分級、分級明確下的雷電防護等級標準等等。雷電防護等級的區分是按照需要維護與控制雷電電磁波實際環境下的建筑物規模，從內部到外部需要具體劃分為不同需求層次的雷電區域（Lpz），大致有直沖擊下的雷電非防護區（LpzA）、直沖擊下的雷電防護區（LpzB）、一級防護區（Lpzl）、二級防護區（Lpz2）、三級防護區（Lpz3）等。所以，專業的技術工作人員在面臨SPD（電涌保護器）的選擇時，有必要首先搞明白SPD的設置與安裝部分所處的現實環境下防雷擊界面。尤其需要我們注意的是不同的Lpzo之間是不存在界面的。鋪設進家的低電壓電源電線的進線口一般情況下是比較常見的LpZ系列的界面。在這個單元下選擇開關型sPD（9/380μs）就比較適合。其沖擊電流應該設置為20kA以上。電纜埋入地下的時候，其埋地長度需要大致控制在17m以上，住戶處因為不屬于LPZ系列界面區的鏈接處，所以其電纜在地下的覆蓋長度不可以完全暴露在LPZ。到了這個時候我們就需要整體考慮其經濟適用性的合理性原則以及SPD的級別匹配效果的有效性，普遍情況下會選擇限壓型SPD（810/30μs）。其標準限電電流（I）最適宜電流范圍應該控制在40kA以上。

二、電源spd設備的防雷失效

（一）熔斷器

熔斷器是利用體外電阻對流經電路的一般性電流產生焦耳熱熔斷，從而達到最終保護建筑物的目標，其中需要確保熔斷器在雷電電阻的擊打下（包括最大值max或最小值min）保證不熔斷，Irt（實際電熔熱能值）必須保證不超過Ift（公稱電熔熱能值）。熔斷器的材料優良與否決定了熔斷體最終的熔斷時間、熔斷溫度，對于那些電阻性能沒有選擇性即時熔斷能力的，對于雷電和頻繁電流沖擊下只要達到同等大小的Irt都會立即熔斷！我們選擇一個通過50kA（10/20μs）的電流可以保證不熔斷、直流電大小為2mΩ的熔斷器，產生的電壓值降U會立即變為50V，能量表達為E1：

算式中0.5表示波頭系數，1.4則表示為波尾系數。當產熱大于散熱的時候，燃燒前的時間就會繼續無限延長;當產熱等于散熱但是卻并沒有達到燃燒溫度的時候，熔斷器就不會熔斷，而100A頻繁電流的沖擊將會使SPD在短時間內迅速燃燒。

（二）斷路器

集體串聯下的電磁波頻出現在主電板之中，用于SPD外部的電流保護其實就是相當于在SPD電源板中串聯了一個交感電線圈。實際操作下保護電路的上升值將會得到最終提升，而這對被保護電源儀器其實是極其不利的。這當中微型斷路器是內部熱源扣與電磁波頻的配電開關，電路板承受雷電沖擊試驗則證明了，作用在電磁波頻的電磁波與電動力導致的誤扣會導致電路失去以往常規的防雷設置。斷路器主要是利用主電板中存在的金屬導流片執行電流承載保護，通過主電板的電磁波實現斷路電流的即時保護，串聯電磁波頻下的即時保護是按照通過的電流電阻產生的電磁動力而使內部芯片帶動設備完成脫扣動作的。斷路器電磁芯片可以根據磁體內部的磁導出率μ不變、非線性電磁波頻下的電動力來進行設置。

三、結語：

本文對電源spd設備的分級策略與防雷失效進行分析，依托電源spd（電涌保護器）的結合機制，根據建筑物雷電預警設置以及防電設置，對spd設備的防雷失效進行分析，實現本文研究。希望本文的研究能夠為電源spd設備的分級策略與防雷失效分析提供理論依據。

參考文獻：

[1]朱秀娥.關于交流電路電源噪聲信號優化檢測仿真[J].計算機仿真，2017，35（3）：440-444.

[2]孫凱，.防雷裝置spd的分級設計[D].吉林大學碩士學位論文，2005.

[3]張棟.低壓配電系統中SPD保護和配合的研究[D].上海交通大學碩士學位論文，2007.