電涌保護器(SPD)是取代低壓避雷器的理想保護器

黎日輝

摘要：文中根據作者結合工程實例，對電子表經常在雷雨季節燒毀進行了分析總結，并提出了一些相關問題及改善措施，供大家參考。

關鍵詞：電力線路;雷電入侵;低壓避雷器;電涌保護器

中圖分類號：TU857

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）01-0081-03

0引言

根據南方電網“十三五”營銷技改與電能計量規劃，在十三五期間，全網實現對直供直管區域內所有用戶的“全覆蓋、全采集、全費控”。低壓用戶集中抄表系統是將計算機系統、現代電子、通信網絡技術綜合運用的自動化系統，集中抄表系統通過對就地居民用戶計量表計數據準確、可靠、完整、及時采集和進行統計分析，可以有效、全面地反映低壓用戶電量使用情況及分析配變的線損，為電力營銷服務提供可靠技術保證。

1故障現象及原因

為實現這一目標，鶴山市供電局已將全市內25萬低壓用電戶的電表更換為智能電子表，隨著大量的電子表投入運行，減輕了抄表人員的工作量，但同時在雷雨季節，據供電局營銷中心反映，在雷擊多發區很多智能電子表出現下線，不能讀數的現象，經查大部分電子表有燒毀現象。經過現場查勘及分析，出現燒壞電子表的臺區都沒有安裝低壓避雷器或安裝舊式的金屬氧化物避雷器，不能很好的阻止電浪涌雷擊。

電力線路是雷電流侵入電子設備的重要渠道，其表現方式主要為雷電過電壓，由于電力系統內的設備或構筑物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。雷電過電壓產生的雷電沖擊波，其電壓幅值可高達1億伏，對電子表而言，一旦遭受雷電流入侵，低耐壓水平的電子表很輕易被擊壞。所以，對雷電波侵入的防護應予足夠的重視，要解決電浪涌雷擊，必須采用電涌保護技術。

2技術分析

2.1建議380V的線路使用220V的避雷器

經檢查，上述出現電子表燒壞的臺區的變壓器低壓側上用的避雷器是二次避雷器YHW-0.5/2.6，建議380V的線路使用220V的避雷器。上面提到當發生雷電流入侵時產生雷電過電壓，即會提高線路的電壓。YHW-0.5/2.6避雷器殘壓水平是2600V，如果雷電壓在2000V以下的話，此時避雷器未達到泄壓水平，產生的雷電壓就要會直接施壓于低壓設備，如設備耐壓水平過低的話就會發生燒毀。220V避雷器正常對地運行的電壓分別是220V，最高運行電壓為280V，泄壓為1000V;而380V避雷器正常對地運行的電壓分別是420V，最高的運行電壓是456V，泄壓為2000V。無論是220V或380V的電器設備，當雷電壓達到3000V時是不會損壞的，但當雷電壓為2000V時對于變壓器及電器設備為220V的電子產品是極端危險的，所以泄壓水平選擇泄壓水平1000V要比泄壓水平2000V好得多，因為380V的避雷器不能釋放2000V以下的過電壓。所以應該選擇220V的避雷器。

2.2低壓避雷器不宜繼續投入使用

現安裝的舊式的金屬氧化物避雷器保護特性差，通流能力低，不宜繼續投入使用。

首先，由于氧化鋅閥片制造工藝水平落后，熱穩定性差，為滿足額定電壓和持續運行電壓的要求以及為降低運行中自爆率的考慮，將用于220V、380V的低壓避雷器直流1mA參考電壓值定得相當高，U1mA分別為不小于0.6kV和1.2kV。高的U1mA導致高的雷電沖擊電流殘壓分別為1.3kV和2.6kV，而實際運行表明，通過正、反變換引起的過電壓會使變壓器絕緣破壞。低壓避雷器的保護特性差，致沖擊絕緣耐受電壓較低的電器裝置得不到可靠的保護。

其次，因受制于落后的制造工藝水平和被保護對象的重要性（含經濟價值）相對較低以及當時的使用環境考慮，220V、380V低壓避雷器的通流能力定為：標稱放電電流In（8/20μs）1.5kA，最大放電電流Imax（8/20μs）5kA，長持續時間沖擊電流耐受方波2000μs50A。隨著供用電的發展，當前配電變壓器已有相當數量置于室內或箱式變電站中，電器設備置于有外部防雷裝置（避雷針）保護的建筑物內，鑒于被保護設備所置環境的改變，雷電入侵、傳輸通道的電流分配也隨著變化，使分配于每相低壓避雷器的通流能力要求幾乎成10倍的增加。令低壓避雷器不可能承受如此之大電流而損壞、失效，低壓避雷器原定低的通流能力，已是自身難保，進一步提高對通流能力的要求，更使得電器設備得不到可靠的保護。

由上可見，低壓避雷器保護特性差，通流能力低與實際應達到的參數要求差距甚大。當前，需保護的對象對保護器的性能提出了更嚴、更高的要求，據此，按現行低壓避雷器參數生產的低壓避雷器不宜繼續投入使用。

2.3電涌保護器（SPD）的技術要點

電涌保護器（SPD）是在電路中吸收、消耗或轉換電涌電流能量，從而限制和吸收瞬態電壓，是一種新型的防雷擊電磁脈沖保護器。SPD在正常的情況下處于高電阻狀態，保證電源正常供電;當電網因雷擊或操作過電壓原因導致電力線路出現電涌過電壓時，SPD立即在納秒級的時間內迅速導通，將該電涌電流能量引入大地，從而保護了電網上的用電設備。待該電涌過電壓通過SPD且消失后，SPD迅速恢復為高電阻狀態，從而不影響電網的正常供電。適用于交流50Hz，額定電壓220V/400V的配電系統和直流110V、220V系統的電涌保護。

電涌保護器（SPD）是采用氧化物壓敏電阻芯片，比低壓避雷器響應快，防雷效果好等特點。在電力線路正常運行狀態下，SPD對地呈開路狀態，對系統及用電設備的正常運行沒有任何影響。當電力線路受雷電沖擊波侵入而形成瞬間過壓時，SPD在短時間內迅速對地導通，將雷電流泄放入大地，過電壓被控制在用電設備可以承受的安全電壓范圍內，使被保護的電子設備及其他用電設備免遭高壓浪涌的沖擊，確保安全。當雷電流過后，SPD又迅速恢復高阻狀態，電力系統恢復正常輸電，從而使設備正常運行。

2.4低壓避雷器與電涌保護器（SPD）性能比較

低壓避雷器與電涌保護器（SPD）性能比較見表1。

由表1可以看出，SPD通流能力高：標稱放電電流或最大放電電流，可選從5kA起至數十千安，遠比220、380V低壓避雷器通流能力高。SPD殘壓低：a）Uc385的SPD在1.5kA下的殘壓1.0kV遠低于380V低壓避雷器在能1.5kA下的殘壓2.6kV。b）Uc385的SpD在5kA下的殘壓≤1.2kV也比用于220V的低壓避雷器在1.5kA下的殘壓1.3kV低。c）Uc275的SPD在1.5kA下殘壓只有0.8kV，3.0kA下殘壓也只有1.0kV。

據上所述，選用SPD的In可從低壓避雷器In=1.5kA，提高至5kA或10kA，讓SPD進入標稱放電電流5kA、10kA等級行列。選用Uc385的SPD可取代380V、220V低壓避雷器。當選用Uc385、275的SPD當電流為1.5kV時殘壓分別為小于1.0kV和0.8kV，對絕緣耐受不低于1000V的電器裝置均具有保護功能，特別是Uc275的SPD具有良好的保護特性。

SPD分電壓開關型和電壓限制型：電壓開關型即沒有電涌時呈高阻抗，有電涌電壓時能立即轉變為低阻抗的SPD。應用于第一級保護，即電力系統的站用變壓器低壓側至交流配電屏之間。電壓限制型即沒有電涌時具有高的阻抗，隨著電涌電流和電壓的上升，其阻抗將連續地減小的SPD。常用的非性元件為金屬氧化物壓敏電阻和瞬態抑制二極管。應用于第二、第三、第四級保護。SPD的安裝位置及選型如下表2所示。

3實際應用

為避免電子表在雷雨季節時燒毀造成電表損壞、人力浪費、電量損失，經過全市調查和統計分析，我們選擇發生雷擊次數較多的宅梧鎮、雙合鎮的30個農村臺區。這30個臺區共安裝了1633只電子表，在2016年共被雷擊毀的電子表為59只，比例為3.6%。為此，在2017年雷雨季節來臨前我們試點安裝了45個低壓側電源電涌保護器，對臺區的總表及用戶電子表進行保護，經過近一年的投入運行，未有發生電子表因雷擊而燒毀現象，效果明顯。這里需特別注意的是在安裝接地網時要將高、低壓地網獨立分開，地線接地電阻≤4Ω，因為當雷擊時高壓線路側高壓避雷器對地泄入雷電流時會產生很高的殘壓，此殘壓對低壓端的SPD造成很高的電位差，這個電位差嚴重時會損壞低壓SPD。

4結束語

雷電災難被聯合國確定為世界最嚴重的十大自然災難之一。隨著經濟建設的迅猛發展，人類進入了電子時代，電網公司加大農村電網改造，更新換代大量計量準確、防竊電、功耗低等優點的智能電子表，電子設備對雷電流入侵特別敏感，因而對防雷這一課題也提出了更高的要求。實踐證實，安裝性能良好的電涌保護器作為防雷系統可以防患于未然，成為現代配網建設不可缺少的安全保障。

參考文獻

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