電涌保護器的原理及其防雷分級保護

朝魯

電涌保護器是一種能夠有效防御雷電災害的裝置，目前在防雷工程中應用十分廣泛。本文根據電涌保護器應用實際，重點對電涌保護器的原理及其防雷分級保護進行探討，以供相關人士參考。

一、電涌保護器的工作原理

電涌保護器使用具有優異特性的非線性元件。一般來說，保護器處在非常高的電阻狀態，漏電流差不多為零，確保電源系統供電正常。一旦電源系統發生過壓浪涌時，保護器會以納秒級快速開啟，將過壓幅度限制在儀器的安全工作范圍內。此外，憑借良好的接地釋放浪涌電流能量。之后，電涌保護器迅速返回高阻態，促使電源系統供電處于正常狀態。

二、電涌保護器的防雷分級保護

（一）第1級保護

第一級保護的主要作用是避免浪涌電壓直接由建筑外部（LPZ0區域）傳導到內部第1保護區（LPZ1區），對浪涌電壓進行限制，由數萬到數十萬伏控制在2500至3000伏。安裝在家用電力變壓器低壓側的電涌保護器應為三相電壓開關式電涌保護器作為第一級保護器，它的雷電通量應大于或者等于60 kA。此級別的電涌保護器應為大容量電涌保護器，連接在客戶電源系統的輸入線路與地面之間。這類電涌保護器通常要求每相的最大沖擊能力超過100 kA。所需的限制電壓低于1500 V，也就是CLASS-Ⅰ級電涌保護器。這些浪涌保護器設計用于承受雷電和感應雷擊中的大電流以及高能量浪涌，能夠把大量浪涌電流向大地分流。這些保護器只提供限制電壓（當浪涌電流流過浪涌保護器時，線路上的最大電壓叫作限制電壓）作為中等級的防護。 CLASS-I級保護器通常吸收大的浪涌電流。單單借助于它們無法對電源系統內的敏感電氣設備進行完全保護。第1級浪涌保護器能夠防止10 /350μs，100 kA雷電波，并符合IEC規定的最高保護標準。技術參考如下：雷電流容量不小于100 kA（10 /350μs），殘余電壓小于或者等于2.5 kV，響應時間不超過100 ns。

（二）第2級保護

第2級保護的主要作用是將通過第1級電涌保護器殘留的浪涌電壓限制在1500至2000 伏，在LPZ1-LPZ2進行等電位連接。主配電柜中每個配電柜線的電涌保護器輸出應為限壓浪涌保護器，作為第2級保護，它的雷電通流量應等于或者大于20 kA，同時需要在由電氣設備供電的重要或敏感的分配配電位置安裝。這些電涌保護器通過客戶電源入口處的電涌放電器的遺留浪涌能量能夠更好的進行吸收，并且對瞬態過電壓有一定的抑制能力。在該區域使用的電涌保護器要求每相的最大沖擊能力超過45 kA，并且所需的限制壓要求低于1200 V，也就是CLASS-Ⅱ級電涌保護器。通常，客戶的供電系統達到2級保護，便基本上能夠滿足電力設備安全運行的要求。第2級電涌保護器使用C類保護器對相線、中性線、接地線等線路進行全模式保護。其技術參數包含：雷電通流容量要求不小于40 kA（8 /20μs），剩余電壓峰值要求小于或者等于1000 V，響應時間要求不超過25 ns。

（三）第3級保護

第3級保護的主要作用是通過將剩余浪涌電壓降低至低于1000 V來最終保護設備，以便浪涌能量不會對設備造成損壞。安裝在電子信息設備交流電源輸入端的電涌保護器應為串聯式限壓電涌保護器作為3級保護，其雷電流容量應大于或等于10 kA。最后一道防線在的內部電源部分使用內置型電涌保護器，以完全消除小的瞬態過電壓。在該區域采用的浪涌保護器要求每相的最大脈沖流量不超過20 kA，并且限制電壓要求不超過1000 V。針對某些特別重要亦或者比較敏感的電子設備最好采取第3級保護措施，以保護用電設備免受系統內產生的瞬態過電壓的影響。針對微波通信設備，移動臺通信設備和雷達設備中采取的整流電源，必須根據工作電壓的保護實際情況選擇工作電壓適應的直流電涌保護器當作末級保護。

（四）第4級及以上保護

結合被保護設備的耐壓等級，若2級防雷便能夠達到低于設備的耐壓水平的電壓限制，則只需進行2級保護，若設備的耐壓水平較低，那么則可能需3級、4級甚至更多級的保護。第4級保護其雷電通流容量要求不小于5 kA。

三、結語

雷電災害是我國各個地區經常出現的氣象災害之一，幾乎每年均會因為雷電災害而給建筑物、電子設備造成一定的破壞而帶來巨大的經濟損失，嚴重時甚至造成人員傷亡事故。電涌保護器作為一種能夠置為各電力、通信線路、電子儀器設備等提供安全保護的裝置，其能夠有效的限制瞬態過電壓以及降低電涌電流，保護設備免遭雷擊損壞。所以各個地區在防雷工程設計與施工中應結合電涌保護器的原理及其防雷分級保護特點，科學應用電涌保護器，盡可能發揮電涌保護器防雷減災的實際作用。（作者單位：內蒙古呼和浩特市氣象局氣象災害防御中心）