淺析石化電氣工程浪涌保護器的應用策略

張修三

（中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司熱電廠供電二車間，黑龍江 大慶 163700）

雷電屬于一類嚴重且常見的自然災害，每年全世界由雷電災害所引起的財產損失和人員傷亡幾乎不計其數，且當代科技高速發展，石化電氣工程中需要應用的電子設備或是微電子集成設備越來越多，由雷電過電壓或是雷擊電磁脈沖所引起的系統故障和設備損壞也就越來越多。為了盡量解決上述問題。有必要針對雷電災害進行有效的防護，例如應用浪涌保護器即為較好的措施之一，其可對線路中的浪涌以及瞬時過電壓等情況進行有效控制，屬于防雷技術中的重要組成部分。

1 雷電基本情況

1.1 雷電的特點

防雷工作包括2個方面，分別是“內部防雷”和“外部防雷”。內部防雷工作主要包含防雷電感應、地電位反應、線路浪涌、雷電波入侵、電磁和靜電感應等多方面措施，其中采用的方法主要為等電位連接，既可以是直接連接，也可以是借助SPD進行間接連接，以促使線路、金屬體和大地共同構成一個條件適宜的等電位體，使由雷擊或是其他浪涌所導致的內部設施實現分流，同時可以促使反應雷電流以及浪涌電流流入大地，從而起到保護人員及設備安全的作用。對于外部防雷來說，其中主要需要應用避雷針、引下線以及接地裝置，主要功能則為避免建筑物本體直接遭受雷擊侵襲，通過避雷針以及引下線，將可能導致建筑物受到雷擊的雷電引入到大地。

從實際上來看，雷電的電壓上升速度極快，同時能夠呈現出電流大、峰值電壓高、維持時間短、傳播速度快、能量巨大的特點，屬于浪涌電壓之中破壞力最強的一類。

1.2 雷電和過電壓的危害

（1）直擊雷過電壓。雷電過電壓時，其能夠直接針對房屋建筑物以及與地線相連接的全部電器設施進行雷擊侵襲，雷云可以直接針對裝置或是設備放電，同時接電網部分的地電位能夠在極短的時間內大幅度上升，還能夠隨之產生電磁場。與此同時，雷電流產生的入地電流能夠針對公共接地阻抗進行放電，使接地網在長和寬2個方面共同產生電壓差，此時如果導線回路未進行等電位連接，將有可能出現火花放電。

（2）過電壓感應雷。在電力系統上方如果存在雷雨云，線路能夠感應出與雷雨云極性完全相反的束縛電荷，此時在雷雨云針對其他物體進行放電或是在附近云層進行放電之后，充電線路中包含的導體即能夠產生感應電壓，此極為感應雷。如果保護設備或是線路周圍出現雷擊情況，并且雷電未直接針對線路以及設備進行侵襲，導線上能夠出現束縛電荷，同時閃電僅在云層間放電，而不針對地面放電，且雷云電荷消失速度極快，閃電可以對電荷進行釋放，并快速涌向導線兩端，導致電源和數據傳輸線路出現顯著的過電壓現象，也就能夠導致電子設備受到破壞。

2 浪涌保護器分類

根據上文可以了解到，雷電在浪涌電壓之中具有較強的破壞力，同時過電壓能夠產生多方面的危害，為了保障石化電氣工程順利且安全地進行，有必要合理應用浪涌保護器。在電子設備雷電防護之中，SPD屬于占據重要地位的一類裝置，其作用主要在于將竄入到信號傳輸線和電力線之中的瞬時過電壓控制在系統或是設備完全可以承受的范圍之內，或是引導雷電流進入到大地，以針對被保護的系統或是設備起到較好的保護作用，避免其受到雷電沖擊。

根據工作原理，可以將SPD劃分成為3個類型：（1）電壓開關型：在未出現瞬時過電壓時，能夠呈現出高阻抗狀態，而一旦對雷電瞬時過電壓進行響應，阻抗則能夠即時轉化成為低阻抗，雷電流可由此通過，所以也被稱為短路開關型SPD0；（2）限壓型：在不具有瞬時過電壓時，其處于高阻抗狀態，但是在電壓以及電涌電流持續增加的狀態下，阻抗持續縮減，電流電壓能夠呈現出強烈非線性的特點，所以也可被稱為鉗壓性SPD0；（3）組合型：由限壓型組件以及電壓開關型組件共同組合所構成的一類SPD，根據施加電壓所具有的特性，可以呈現出限壓型、電壓開關型的特性或是二者兼具的特性。

3 浪涌保護器的實際應用

3.1 選型

對浪涌保護器進行安裝之前，應該首先針對其開展全面的評估工作，根據系統實際情況選擇型號適宜的浪涌保護器，需要注意的是，在一般情況下，需要將電源浪涌保護器以并聯的形式連接于電路之中，弱電和信號控制浪涌保護器，則通常采用串聯的形式連接于電路之中。對于建筑本身的交流供電線路來說。應該I類或是II類將浪涌保護器作為一級保護，全部被選中的浪涌保護器，其所具有的最大持續工作電壓，均應在標稱工作電壓以上。并且，在電子設備機房配電箱以及配電線路分配電箱一類的后續防護區域交界位置，還可設置II類和III類浪涌保護器進行后級保護，如果存在產生瞬時過電壓的可能性，則應保障浪涌保護器方面的電壓相對最大標稱工作電壓更低。且若部分特殊位置中的短路電流量尚不明確，則應保障相應位置的浪涌保護器元器件工作性能達到一定的標準，以能夠針對最佳猜測電流進行有效處理。特別是對于重要的或是特殊的電子信息設備，可以針對其電源端口的位置設置II類和III類浪涌保護器，以強化精細保護工作。與此同時，考慮到浪涌保護器的使用壽命，因為在完成浪涌保護器安裝工作之后的1s之內，順泰高電勢可能導致浪涌保護器被損毀，所以應該根據工作電壓的實際要求，選擇最為適宜的浪涌保護器。

另外，在對浪涌保護器的級數進行設置時，應該注意對連接導線長度、保護距離、被保護設備的耐沖擊電壓額定值等多方面因素進行綜合考慮，如果浪涌保護器已經不具有對電壓進行有效控制的能力，則應于被保護設備附近適宜的位置加設浪涌保護器，而若數個浪涌保護器同時進行工作，還需針對各個浪涌保護器之間的關聯性進行合理協調。

3.2 安裝位置的選擇

如果浪涌保護器的安裝位置不適宜，將有可能導致資源浪費情況出現，甚至可能導致浪涌保護器完全失效，所以對浪涌保護器的安裝位置進行合理選擇十分重要。浪涌保護器自身的位置應該能夠與被保護設備之間具有恰當的距離，針對被保護設備設置浪涌保護器的過程中，應首先保障浪涌保護器的位置處于入口部分，如果浪涌保護器距離被保護設備太遠，其保護效果將大幅度下降，且若已經完成接地線的安裝，與浪涌保護器進行連接的電纜，其長度則應盡量小，與此同時，如果浪涌保護器距離被保護設備太近，則易導致二者之間共同產生震蕩波，既不利于浪涌保護器發揮自身作用，也不利于被保護設備正常運行。

3.3 保護配合原則

浪涌保護器的電壓保護水平應該相對被保護設備所具有的沖擊耐受電壓更小，如果浪用保護器的電壓保護水平過高，則應針對被保護設備適宜的位置設置二級浪涌保護器，且浪涌保護器與被保護設備之間電纜的長度應該盡量保持在0.5m左右，為了提升浪涌保護器的保護效果，使其既能夠具有較低的殘余電壓，又能夠對較強的電流進行承受，則需要將其劃分成為不同的保護級別，其中I類保護可以對大電流和高電壓進行承受，且能夠快速實現滅弧操作，II類保護的主要目的則在于對系統端殘余電壓進行控制，其中斬波能力相對更強，并且，I類保護和II類保護之間的距離至少應為10m。與此同時，如果浪涌保護器與被保護設備之間的距離在30m以上，應在距離被保護設備較近的位置加設一浪涌保護器，否則不僅可能有震蕩波導致浪涌保護器及被保護設備的正常應用受到影響，更有可能導致電纜感應電壓引起設備破壞，也就不能起到保護作用。

3.4 級間配合原則

在開展工程設計工作的過程中，為了保障低壓配電系統中防雷擊電磁脈沖效果良好，一般應該選用多級保護的形式，也就是需要針對不同的位置合理設置浪涌保護器，保障相應位置的電流和消耗的能量不會導致系統出現劣化或損壞情況，同時還可滿足不同位置的電壓保護要求。一般一類保護應該將絕大多數的電流和能量泄入，二類保護次之，三類保護更少，但是從實際上來看，因為在同一線路之中的數個浪涌保護器的運行可能相互影響，所以實際的通流未必如設想一般可依次降低，而若各浪涌保護器之間不能實現充分的配合，電流或是電壓未能在預定的浪涌保護器上進行泄放，而是在設定的后一級浪涌保護器上泄放，對于泄放能力相對薄弱的浪涌保護器來說，極有可能出現損壞情況，甚至可能發生爆炸。所以，為了保障浪涌保護器的應用效果良好，應該以雷電防護區的基本要求、雷電防護分級及被保護設備自身的抗擾能力共同作為基礎，采用以下的方式進行級間配合。

第一，對于雷電防護區的各個交界位置LPZ0A、LPZ0S、LPZ01之間，由室外引入的線路，SPD在其中屬于一類保護，LPZ1、LPZ2之間，由限壓型SPD作為二級保護，針對三級配電箱輸出端位置設置限壓型SPD作為三類保護。第二，應該針對電源總配電柜的輸出端設置標稱放電電流相應的電壓開關型SPD，一般來說，其屬于最為重要的一個部分，原因在于其可分走約80%的電流。第三，針對分配電柜輸出端，應該設置限壓型SPD作為其中的二類保護。第四，針對終端配電箱輸出端應設置限壓型SPD作為其中的三級防護。第五，可以將混合型SPD或是串聯型SPD應用于配電箱輸出端，但是必須保障其技術指標與相關要求相符合。第六，必須保障SPD連接導線處于直且短的狀態，盡可能縮減不同導體間的通電環路，也就可以縮減其中的響應時間，最好可以將導線長度控制在0.5m以內，同時應該將火線、零線以及地線為一體，注意不應以銳角的形式對電線進行彎折。

3.5 SPD的后備保護

限壓型SPD的核心元件在于氧化鋅壓敏電阻，若其失效，相應的浪涌保護器必然出現故障，且一般可以將其中的故障劃分成為2個類型：（1）由熱擊穿所導致的L2N/PE線的間接地短路，電流值能夠引起后備過電流保護元件動作；（2）受到接地故障電流較小的影響，過流保護元件不動作，進而導致MOV發熱起火。所以，應該針對浪涌保護器的外部前端設置后備保護原件，由此，在浪涌保護器不能及時將工頻短路電流切斷時，電流保護電器可及時進行動作，斷開浪涌保護器與線路的連接，以避免浪涌保護器由過熱而出現起火甚至爆炸等不良情況，同時電源可繼續進行供電。

保障后備保護元件的合理應用，有利于提升系統整體以及浪涌保護器的安全性及可靠性，特別是提升后備保護元件和SPD之間的配合效果之后，應該能夠在保障電流正常泄放的同時，為系統整體的安全性和用電設備的安全性起到保護作用。一般來說，可以選擇將熔斷器以及微型斷路器作為后備保護元件。

4 結語

根據上文可以了解到，對于石化電氣工程來說，合理應用浪涌保護器有利于優化其中配電線路的應用效果，且可以保障電壓保護水平符合相關要求，同時為各項用電器件的持續正常運行提供基礎。但是在此過程中，必須注意完善浪涌保護器的選型工作、安裝位置選擇工作，同時實時遵循保護配合原則、級間配合原則，同時完善后備保護措施，促使石化電氣工程之中浪涌保護器得到有效應用。