淺析浪涌保護器在智能小區的應用
摘要：本文在闡述浪涌保護器的應用特征的基礎上，提出了智能小區浪涌保護器的接線與設置原則，并分別從電源SPD的選擇、安裝數量和設置方式等方面進行了分析。
關鍵詞：浪涌保護器;小區;安裝
前言 雷電是一種嚴重的自然災害，它的發生會嚴重危及通信設備、計算機網絡系統、電力系統的正常運行， 造成企業直接和間接經濟損失。例如：損壞建筑物、造成重要設備嚴重損壞、造成對工作人員人身安全的危害等。因設備損壞不能運行、通訊網絡的中斷和重要信息的丟失將影響生產和工作的正常進行，給生產和生活帶來極大的影響。隨著智能小區的建設加速，浪涌保護器作為一種新型的保護裝置，在智能小區的應用顯的非常必要。
1、概述
雷電災害是最嚴重的自然災害之一。統計資料表明，在雷擊災害中80%以上的雷電災害是由于雷電波沿電源信號線路等導體侵入室內造成的，因此預防雷電波侵入已成為預防雷電災害必不少的措施。對此，強制性國家標準《 建筑物防雷設計規范》GB50057-94)要求建筑物均要采取防雷電波侵入的措施[1]。
電氣設備視其在建筑物電氣裝置內的位置應具有相應的承受瞬態電涌的絕緣水平。電涌可來自雷電沿線路進入，也可來自建筑物內部的投切過電壓。當電涌水平超過設備絕緣能承受的水平時，設備將損壞而引起種種電氣事故。國際電工委員會和一些發達國家有關標準都對電涌防護作出了規定。
雷電放電可能發生在云層之間或云層內部、或云層對地之間;另外許多大容量電氣設備的使用帶來的內部浪涌，對供電系統和用電設備的影響以及防雷和防浪涌的保護，已成為人們關注的焦點。云層與地之間的雷擊放電，由一次或若干次單獨的閃電組成，每次閃電都攜帶若干幅值很高、持續時間很短的電流。一個典型的雷電放電將包括二次或三次的閃電， 每次閃電之間大約相隔二十分之一秒的時間， 大多數閃電電流在 1萬 至10萬A 的范圍之間降落， 其持續時間一般小于100 微秒。任何用電設備都存在供電電源電壓的允許范圍。有時即便是很窄的過電壓沖擊也會造成設備的電源或全部損壞。瞬態過電壓破壞作用就是這樣。特別是對一些敏感的微電子設備， 有時很小的浪涌沖擊就可能造成致命的損壞。
2、智能小區浪涌保護器的接線與設置原則
浪涌保護器又可稱為過電壓保護器、電子避雷器或防雷保安器，簡寫為“SPD”。它的基本原理是在瞬態過壓(雷電波)發生的瞬間(微秒或納秒級)，將被保護區域內的所有被保護對象(設備、線路等)接入等電位系統中，從而將回路中的瞬態過電壓幅值限制在設備能夠承受的范圍內，這種回路包括了供電系統的有源線路和信號傳輸線。SPD 元件分電壓開關型和限壓型，電壓開關型SPD如放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管，這種SPD在沒有浪涌時為高阻值，但一旦響應電壓浪涌時其阻抗突變為低值;限壓型SPD如壓敏電阻、抑制二極管，當沒有浪涌時為高阻抗，但隨浪涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減少。各類SPD利用各元件的特性，組裝成具有電壓開關、限壓或這兩種特性兼有的混合型SPD。其設置原則如下：
(1)總配電箱和終端配電箱處的過電壓保護器，應裝設在進戶斷路器的電源側。同時，為防止住宅內部投切過電壓對電子設備的影響，該插座回路上的過電壓保護器應裝設在插座回路開關的負載側。
(2)0、5m原則：過電壓保護器的接地引線應盡量短(小于0、5m)，以最大幅度地減小加在電子設備上的過電壓幅度。
(3)除在住宅信息線路的總進戶處裝設信息線與PE線間的浪涌保護器外，在進入電子設備的信息線與PE線間也應裝設耐壓25v、涌流為1KA(8/20μS)的浪涌保護器，以進一步抑制進入電子設備內的雷電殘壓，并使之達到電子設備所能承受的水平。
(4)30m原則：由于線路的感應電壓的影響，當一級浪涌保護器與被保護設備的間距大于30m時，應在被保護設備前設二級浪涌保護器。
(5)10m原則：兩級浪涌保護器的間距應大于10m，否則，二級保護器可能在一級保護器動作時誤動作或先于一級保護器動作。
3、電源SPD的選擇
對一般低壓輸配電系統雷電波侵入的防護，根據被保護對象的重要性，電源SPD安裝1-2級。對信息系統的低壓輸配電系統雷電波侵入的防護，應考慮信息系統所處的環境因素、信息系統設備的重要性和發生雷擊事故后的嚴重程度等因素進行雷擊風險綜合評估，將信息系統雷電瞬態過電壓波的防護分為 A、B、C、D 四級：A 級宜在低壓系統中安裝3-4級SPD，B級宜在低壓系統中安裝2-3級SPD，C 級宜在低壓系統中安裝 2級SPD，D級宜在低壓系統中安裝1級或以上的SPD。第一級安裝在總進線的配電箱前，第二級安裝在分配電箱前，第三級安裝在重要設備配電系統前，第四級安裝在電子設備工作電源前。由于首次雷擊是波形 10/350μS 的電流波，第一級SPD應選用測試波形10/350μS的電壓開關型SPD(雷電波放電器)，第二級以后的SPD可以選用測試波形為8/20μS的限壓型 SPD或混合型SPD。
GB50057—94將防雷區劃分為 LPZOA、LPZOB、LPZ1，……，LPZn+1區， 在選擇SPD時要根據防雷區、建筑物防雷類別，結合浪涌保護對象來選擇SPD的類型(開關型或限壓型)。
4、SPD的安裝數量和設置方式
在TN-C-S和TN-C系統中電源進線回路中有相線和PEN線,而PEN線需與總等電位聯結的接地母排相連通而接地,所以這兩種系統的PEN線上不需裝設SPD。TN-S和TT系統中的N線在進線處不接地，這兩種系統的N線上應和相線一樣裝設SPD。
需要說明的是我國一些城市的10kV網絡已開始采用經小電阻接地的接地系統，這種網絡的接地故障電流不是一、二十安的電容電流而是幾百上千安的大故障電流[4]。由于我國10kV配電變電所沒有像國外變電所那樣將變電所內的設備外殼的保護接地和220/380V系統N線的系統接地分開設置，上述大接地故障電流在變電所接地電阻上的電壓降將使低壓系統對地帶一、二千伏的故障電壓，此故障電壓持續時間為10kV接地短路繼電器和斷路器動作時間之和，約0、5s至1s。此暫態對地過電壓在TN系統內可引起人身電擊危險，在TT系統內則可能在絕緣老化的設備和線路內觸發電氣短路事故，它在電涌防護裝置中則可將壓敏電阻SPD燒壞而造成持久性對地短路，因壓敏電阻 SPD的熱容量只能承受以μS計的瞬態電涌，不能承受以ms計的暫態過電壓和暫態過電流，因此接地系統10kV網絡供電的低壓TT系統，其電涌防護的設置方式不能用通常的圖2(a)的方式，而應用圖2(b)的方式。圖2(b)中相線經壓敏電阻與N線相接，N線又經火花間隙與地相接。將火花間隙放電電壓調至 3kV至3、5kV就可避免被10kV網絡接地故障引起的對地工頻暫態過電壓將壓敏電阻SPD燒毀的事故。
5、智能小區浪涌保護器的防范措施
壓敏電阻SPD可能在遭受雷擊時損壞,也可能因裝用日久，泄漏電流增大而壽命終了。當泄漏電流增大至一定值時，其上的發光二極管不再發光，或以其他方式顯示其失效，這時應及時以備品替代。如果更換不及時，SPD徹底損壞短路就成為相線接地故障。和一般接地故障一樣，它可引起線路過流。有的SPD產品附帶有過流分斷元件。如果產品不帶此元件，則應在線路上裝設防過流的電器(熔斷器、斷路器)。可裝在SPD的連接線上，也可利用電源線路上的防過流電器。后一方式比較節省，但它將因SPD的失效而造成電源線路的停電，在重要負荷的電源線路不宜采用這一方式。
如果SPD所保護的是Ⅰ類防電擊設備(有金屬外殼并接有PE線的設備)，則SPD失效時可能引起人身電擊事故。SPD失效時接地故障電流Id在 PEN線和PE1線上產生故障電壓降。此壓降沿PE2線傳導至設備外殼上。如果Uf大于安全電壓限值(干燥場所為50V，潮濕場所為25V)，就有可能引起電擊事故。為此應在SPD的電源側裝設漏電保護器rcd，如圖中虛線所示，以防人身電擊事故的發生。當電源進線處安裝的是大容量火花間隙SPD時，在泄放大涌流時會噴出熾熱的游離氣體，容易引爆或引燃起火。這種SPD不應安裝在爆炸危險和火災危險場所，并應注意遠離可燃物質。
隨著智能小區建設項目的增多，對于防范雷電導致建筑災害的措施顯的必不可少。而浪涌保護器由于其獨特的保護功能，宜受到越來越多的關注。
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