安科瑞 王志彬 18860990280

近年來，隨著現(xiàn)代化水平的不斷提高，民用建筑物內(nèi)安裝的電子信息設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備越來越多，電子信息設(shè)備一般工作電壓較低，耐壓水平也很低，極易受到雷電電磁脈沖的危害，因此設(shè)有信息系統(tǒng)設(shè)備的民用建筑物，除應(yīng)考慮防直擊雷措施外，還應(yīng)考慮雷電電磁脈沖（浪涌）的防護(hù)措施。

引言

雷電災(zāi)害是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，全世界每年因雷電災(zāi)害造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)。隨著電子、微電子集成化設(shè)備的大量應(yīng)用，雷電過電壓和雷擊電磁脈沖所造成的系統(tǒng)和設(shè)備的損壞越來越多。因此，盡快解決建筑物和電子信息系統(tǒng)雷電災(zāi)害防護(hù)問題顯得十分重要。建立完善的雷電浪涌過電壓保護(hù)措施是電氣工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，為此本文從浪涌的危害、浪涌保護(hù)器的分類選型、浪涌的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面的介紹。 

01浪涌保護(hù)器

1.1 浪涌保護(hù)器的簡介
浪涌保護(hù)器，也叫防雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路、低壓電氣線路提供安全防護(hù)的電子裝置。適用于交流50/60Hz，額定電壓380V的供電系統(tǒng)或光伏系統(tǒng)，對間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時過電壓的電涌進(jìn)行保護(hù)，滿足家庭住宅、第三產(chǎn)業(yè)及工業(yè)領(lǐng)域電涌保護(hù)的要求，具有相對相，相對地，相對中線，中線對地及其組合等保護(hù)模式。
1.2 基本元器件
1.2.1 放電間隙(又稱保護(hù)間隙):
它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或零線(N)相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當(dāng)瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡單，其缺點(diǎn)是滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠回路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。
1.2.2 氣體放電管:
它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，氣體放電管的技術(shù)參數(shù)主要有:直流放電電壓Udc;沖擊放電電壓Up(一般情況下Up≈(2~3)Udc;工頻耐受電流In;沖擊耐受電流Ip;絕緣電阻R(>109Ω);極間電容(1-5PF)，氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下:在直流條件下使用:Udc≥1.8U0(U0為線路正常工作的直流電壓)，在交流條件下使用:U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效值)
1.2.3 壓敏電阻
它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好(I=CUα中的非線性系數(shù)α)，通流容量大(~2KA/cm2)，常態(tài)泄漏電流小(10-7~10-6A)，殘壓低(取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量)，對瞬時過電壓響應(yīng)時間快(~10-8s)，無續(xù)流。壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有:壓敏電壓(即開關(guān)電壓)UN；參考電壓Ulma;殘壓Ures;殘壓比K(K=Ures/UN);最大通流容量Imax;泄漏電流;響應(yīng)時間。
壓敏電阻的使用條件有::UN≥[(√2×1.2)/0.7]U0(U0為工頻電源額定電壓)；最小參考電壓:Ulma≥(1.8~2)Uac (直流條件下使用)；Ulma≥(2.2~2.5)Uac(在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓)；壓敏電阻的最大參考電壓應(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來確定，應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)備的而損電壓水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護(hù)設(shè)備的而損電壓。
1.2.4 抑制二極管
抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作多級保護(hù)電路中的最末幾級保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示:I=CUα，上式中α為非線性系數(shù)，對于齊納二極管α=7~9，在雪崩二極管α=5~7.

02避雷器

2.1 避雷器的簡介
用于保護(hù)電氣設(shè)備免受雷擊時高瞬態(tài)過電壓危害，并限制續(xù)流時間，也常限制續(xù)流賦值的一種電器。避雷器有時也稱為過電壓保護(hù)器，過電壓限制器。
2.2 避雷器的特性
2.2.1 氧化鋅避雷器的通流能力大
這主要體現(xiàn)在避雷器具有吸收各種雷電過電壓、工頻暫態(tài)過電壓、操作過電壓的能力。
2.2.2 氧化鋅避雷器的保護(hù)特性優(yōu)異
氧化鋅避雷器是用來保護(hù)電力系統(tǒng)中各種電器設(shè)備免受過電壓損壞的電器產(chǎn)品，具有良好保護(hù)性能。因?yàn)檠趸\閥片的非線性伏安特性十分優(yōu)良，使得在正常工作電壓下僅有幾百微安的電流通過，便于設(shè)計(jì)成無間隙結(jié)構(gòu)，使其具備保護(hù)性能好、重量輕、尺寸小的特征。當(dāng)過電壓侵入時，流過閥片的電流迅速增大，同時限制了過電壓的幅值，釋放了過電壓的能量，此后氧化鋅閥片又恢復(fù)高阻狀態(tài)，使電力系統(tǒng)正常工作。
2.2.3 氧化鋅避雷器的密封性能良好
避雷器元件采用老化性能好、氣密性好的優(yōu)質(zhì)復(fù)合外套，采用控制密封圈壓縮量和增涂密封膠等措施，陶瓷外套作為密封材料，確保密封可靠，使避雷器的性能穩(wěn)定。
2.2.4 氧化鋅避雷器的機(jī)械性能
主要考慮以下三方面因素:
⑴承受的地震力;
⑵作用于避雷器上的最大風(fēng)壓力
⑶避雷器的頂端承受導(dǎo)線的最大允許拉力。
2.2.5 氧化鋅避雷器的良好的解污穢性能
無間隙氧化鋅避雷器具有較高的耐污穢性能。
目前國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的爬電比距等級為:
⑴II級 中等污穢地區(qū):爬電比距20mm/kv
⑵III級 重污穢地區(qū):爬電比距25mm/kv
⑶IV級 特重污穢地區(qū):爬電比距31mm/kv
2.2.6 氧化鋅避雷器的高運(yùn)行可靠性
長期運(yùn)行的可靠性取決于產(chǎn)品的質(zhì)量，及對產(chǎn)品的選型是否合理。影響它的產(chǎn)品質(zhì)量主要有以下三方面:
A 避雷器整體結(jié)構(gòu)的合理性;
B 氧化鋅閥片的伏安特性及耐老化特性
C 避雷器的密封性能。
2.2.7 工頻耐受能力
由于電力系統(tǒng)中如單相接地、長線電容效應(yīng)以及甩負(fù)荷等各種原因，會引起工頻電壓的升高或產(chǎn)生幅值較高的暫態(tài)過電壓，避雷器具有在一定時間內(nèi)承受一定工頻電壓升高能力。

03避雷器與浪涌保護(hù)器的區(qū)別

3.1 應(yīng)用領(lǐng)域上講可從電壓等級來分
避雷器的額定電壓以﹤3kV到1000kV，低壓0.28kV，0.5kV。
浪涌保護(hù)器的額定電壓≦1.2kV、380、220~10V~5V。
3.2 保護(hù)對象不同
避雷器是保護(hù)電氣設(shè)備的，而SPD浪涌保護(hù)器一般是保護(hù)二次信號回路或給電子儀器儀表等末端供電回路。
3.3 絕緣水平或耐壓水平不同
電器設(shè)備和電子設(shè)備的耐壓水平不在一個數(shù)量級上，過電壓保護(hù)裝置的殘壓應(yīng)與保護(hù)對象的耐壓水平匹配。
3.4 安裝位置不同
避雷器一般安裝在一次系統(tǒng)上，防止雷電波的直接侵入，保護(hù)架空線路及電器設(shè)備;而SPD浪涌保護(hù)器多安裝于二次系統(tǒng)上，是在避雷器消除了雷電波的直接侵入后，或避雷器沒有將雷電波消除干凈時的補(bǔ)充措施;所以避雷器多安裝在進(jìn)線處;SPD多安裝于末端出線或信號回路處。
3.5 通流容量不同
避雷器因?yàn)橹饕饔檬欠乐估纂娺^電壓,所以其相對通流容量較大;而對于電子設(shè)備，其絕緣水平遠(yuǎn)小于一般意義上的電器設(shè)備，故需要SPD對雷電過電壓和操作過電壓進(jìn)行防護(hù)，但其通流容量一般不大。(SPD一般在末端，不會直接與架空線路連接，經(jīng)過上一級的限流作用，雷電流已經(jīng)被限制到較低值，這樣通流容量不大的SPD完全可以起到保護(hù)作用，通流值不重要，重要的是殘壓。)
3.6  其它絕緣水平、對參數(shù)的著眼點(diǎn)等也有較大差異。
3.7 浪涌保護(hù)器適用于低壓供電系統(tǒng)的精細(xì)保護(hù)
依據(jù)不同的交直流電源可選擇各種相應(yīng)的規(guī)格。電源浪涌保護(hù)器由于終端設(shè)備離前級浪涌保護(hù)器距離較大，從而使得該線路上容易產(chǎn)生振蕩過電壓或感應(yīng)到其他過電壓。適用于終端設(shè)備的精細(xì)電源浪涌保護(hù)，與前級浪涌保護(hù)器配合使用，則保護(hù)效果更好。
3.8 材質(zhì)不同
避雷器主材質(zhì)多為氧化鋅（金屬氧化物變阻器中的一種），而浪涌保護(hù)器主材質(zhì)根據(jù)抗浪涌等級、分級防護(hù)（IEC61312）的不同是不一樣的，而且在設(shè)計(jì)上比普通防雷器精密得多。
3.9  參數(shù)、產(chǎn)生效果不同
從技術(shù)上來說，避雷器在響應(yīng)時間、限壓效果、綜合防護(hù)效果、抗老化特性等方面都達(dá)不到浪涌保護(hù)器的水平。
3.10 從標(biāo)稱放電電流上講，也有所不同
避雷器指標(biāo)放電電流In從1.5kV、2.5kV、5kV、10kV、20kV。8/20us的標(biāo)稱雷電流，浪涌保護(hù)器標(biāo)稱放電電流從5kA、10kA、0.5kA、20kA、30、20、120kV。
3.11試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和要求上講，區(qū)別很大
避雷器由于接于電氣一次系統(tǒng)上，要有足夠的外絕緣性能，外觀尺寸比較大，而浪涌保護(hù)器由于接于低壓，尺寸制作的可以很小例如從外觀體積上講，避雷器主要以硅橡膠、陶瓷、鐵罐為主，體積大，重量重浪涌保護(hù)器以硅膠少量、環(huán)氧包、塑料外殼、金屬與陶瓷、金屬與塑料。
3.12 使用場所不同
避雷器主要用在電站、線路、配電站、發(fā)電，電容器，電機(jī)、變壓電器、中性點(diǎn)、煉鋼鐵、鐵路。浪涌保護(hù)器主要用在低壓配電、柜、低壓電器、通信、信號、機(jī)站、機(jī)房。