十、分級(jí)防護(hù)

分級(jí)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

      第一級(jí)防雷器可以對(duì)于直接雷擊電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí)傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放，對(duì)于有可能發(fā)生直接雷擊的地方，必須進(jìn)行CLASS—I的防雷。第二級(jí)防雷器是針對(duì)前級(jí)防雷器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護(hù)設(shè)備，對(duì)于前級(jí)發(fā)生較大雷擊能量吸收時(shí)，仍有一部分對(duì)設(shè)備或第三級(jí)防雷器而言是相當(dāng)巨大的能量會(huì)傳導(dǎo)過來，需要第二級(jí)防雷器進(jìn)一步吸收。同時(shí)，經(jīng)過第一級(jí)防雷器的傳輸線路也會(huì)感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射LEMP，當(dāng)線路足夠長感應(yīng)雷的能量就變得足夠大，需要第二級(jí)防雷器進(jìn)一步對(duì)雷擊能量實(shí)施泄放。第三級(jí)防雷器是對(duì)LEMP和通過第二級(jí)防雷器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。

1）第一級(jí)保護(hù)

      目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區(qū)傳導(dǎo)進(jìn)入LPZ1區(qū)，將數(shù)萬至數(shù)十萬伏的浪涌電壓限制到2500—3000V。

入戶電力變壓器低壓側(cè)安裝的電源防雷器作為第一級(jí)保護(hù)時(shí)應(yīng)為三相電壓開關(guān)型電源防雷器，其雷電通流量不應(yīng)低于60KA。該級(jí)電源防雷器應(yīng)是連接在用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級(jí)電源防雷器具備每相100KA以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓小于2500V，稱之為CLASS I級(jí)電源防雷器。這些電磁防雷器是專為承受雷電和感應(yīng)雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設(shè)計(jì)的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（沖擊電流流過電源防雷器時(shí)，線路上出現(xiàn)的最大電壓稱為限制電壓）為中等級(jí)別的保護(hù)，因?yàn)镃LASS I級(jí)保護(hù)器主要是對(duì)大浪涌電流進(jìn)行吸收，僅靠它們是不能完全保護(hù)供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電設(shè)備的。

      第一級(jí)電源防雷器可防范10/350μs、100KA的雷電波，達(dá)到IEC規(guī)定的最高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)參考為：雷電通流量大于或等于100KA（10/350μs）；殘壓值不大于2.5KV；響應(yīng)時(shí)間小于或等于100ns。

2）第二級(jí)防護(hù)

      目的是進(jìn)一步將通過第一級(jí)防雷器的殘余浪涌電壓的值限制到1500—2000V，對(duì)LPZ1—LPZ2實(shí)施等電位連接。

分配電柜線路輸出的電源防雷器作為第二級(jí)保護(hù)時(shí)應(yīng)為限壓型電源防雷器，其雷電流容量不應(yīng)低于20KA，應(yīng)安裝在向重要或敏感用電設(shè)備供電的分路配電處。這些電源防雷器對(duì)于通過了用戶供電入口處浪涌放電器的剩余浪涌能量進(jìn)行更完善的吸收，對(duì)于瞬態(tài)過電壓具有極好的抑制作用。該處使用的電源防雷器要求的最大沖擊容量為每相45kA以上，要求的限制電壓應(yīng)小于1200V，稱之為CLASS Ⅱ級(jí)電源防雷器。一般用戶供電系統(tǒng)做到第二級(jí)保護(hù)就可以達(dá)到用電設(shè)備運(yùn)行的要求了

第二級(jí)電源防雷器采用C類保護(hù)器進(jìn)行相—中、相—地以及中—地的全模式保護(hù)，主要技術(shù)參數(shù)為：雷電通流容量大于或等于40KA（8/20μs）；殘壓峰值不大于1000V；響應(yīng)時(shí)間不大于25ns。

3）第三級(jí)保護(hù)

      目的是最終保護(hù)設(shè)備的手段，將殘余浪涌電壓的值降低到1000V以內(nèi)，使浪涌的能量不致?lián)p壞設(shè)備。

在電子信息設(shè)備交流電源進(jìn)線端安裝的電源防雷器作為第三級(jí)保護(hù)時(shí)應(yīng)為串聯(lián)式限壓型電源防雷器，其雷電通流容量不應(yīng)低于10KA。

      最后的防線可在用電設(shè)備內(nèi)部電源部分采用一個(gè)內(nèi)置式的電源防雷器，以達(dá)到完全消除微小的瞬態(tài)過電壓的目的。該處使用的電源防雷器要求的最大沖擊容量為每相20KA或更低一些，要求的限制電壓應(yīng)小于1000V。對(duì)于一些特別重要或特別敏感的電子設(shè)備具備第三級(jí)保護(hù)是必要的，同時(shí)也可以保護(hù)用電設(shè)備免受系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓影響。

      對(duì)于微波通信設(shè)備、移動(dòng)機(jī)站通信設(shè)備及雷達(dá)設(shè)備等使用的整流電源，宜視其工作電壓的保護(hù)需要分別選用工作電壓適配的直流電源防雷器作為末級(jí)保護(hù)。

4）第四級(jí)及以上

      根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級(jí)，假如兩級(jí)防雷就可以做到限制電壓低于設(shè)備的耐壓水平，就只需要做兩級(jí)保護(hù)，假如設(shè)備的耐壓水平較低，可能需要四級(jí)甚至更多級(jí)的保護(hù)。第四級(jí)保護(hù)其雷電通流容量不應(yīng)低于5KA。 

十一、安裝方法

      1、SPD常規(guī)安裝要求

      浪涌保護(hù)器采用35MM標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝對(duì)于固定式SPD，常規(guī)安裝應(yīng)遵循下述步驟：

1）確定放電電流路徑

2）標(biāo)記在設(shè)備終端引起的額外電壓降的導(dǎo)線，。

3）為避免不必要的感應(yīng)回路，應(yīng)標(biāo)記每一設(shè)備的 PE導(dǎo)體，

4）設(shè)備與SPD之間建立等電位連接。

5）要進(jìn)行多級(jí)SPD的能量協(xié)調(diào)

       為了限制安裝后的保護(hù)部分和不受保護(hù)的設(shè)備部分之間感應(yīng)耦合，需進(jìn)行一定測量。通過感應(yīng)源與犧牲電路的分離、回路角度的選擇和閉合回路區(qū)域的限制能降低互感，當(dāng)載流分量導(dǎo)線是閉合回路的一部分時(shí)，由于此導(dǎo)線接近電路而使回路和感應(yīng)電壓而減少。

      一般來說，將被保護(hù)導(dǎo)線和沒被保護(hù)的導(dǎo)線分開比較好，而且，應(yīng)該與接地線分開。同時(shí)，為了避免動(dòng)力電纜和通信電纜之間的瞬態(tài)正交耦合，應(yīng)該進(jìn)行必要的測量。

浪涌保護(hù)器安裝接線圖

      2、SPD接地線徑選擇

      數(shù)據(jù)線：要求大于2.5mm2 ；當(dāng)長度超過0.5米時(shí)要求大于4mm2。YD/T5098-1998。

      電源線：相線截面積S≤16mm2 時(shí)，地線用S ；相線截面積16mm2≤S≤35mm2 時(shí)，地線用16mm2 ；相線截面積S≥35mm2時(shí)，地線要求S/2 ；GB 50054第2.2.9條

十二、浪涌保護(hù)器的主要參數(shù)：

      1、標(biāo)稱電壓Un：被保護(hù)系統(tǒng)的額定電壓相符，在信息技術(shù)系統(tǒng)中此參數(shù)表明了應(yīng)該選用的保護(hù)器的類型，它標(biāo)出交流或直流電壓的有效值。

      2、額定電壓Uc：能長久施加在保護(hù)器的指定端，而不引起保護(hù)器特性變化和激活保護(hù)元件的最大電壓有效值。

      3、額定放電電流Isn：給保護(hù)器施加波形為8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊10次時(shí)，保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。

      4、最大放電電流Imax：給保護(hù)器施加波形為8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊1次時(shí)，保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。

      5、電壓保護(hù)級(jí)別Up：保護(hù)器在下列測試中的最大值：1KV/μs斜率的跳火電壓；額定放電電流的殘壓。

      6、響應(yīng)時(shí)間tA：主要反應(yīng)在保護(hù)器里的特殊保護(hù)元件的動(dòng)作靈敏度、擊穿時(shí)間，在一定時(shí)間內(nèi)變化取決于du/dt或di/dt的斜率。

      7、數(shù)據(jù)傳輸速率Vs：表示在一秒內(nèi)傳輸多少比特值，單位：bps；是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中正確選用防雷器的參考值，防雷保護(hù)器的數(shù)據(jù)傳輸速率取決于系統(tǒng)的傳輸方式。

      8、插入損耗Ae：在給定頻率下保護(hù)器插入前和插入后的電壓比率。

      9、回波損耗Ar：表示前沿波在保護(hù)設(shè)備（反射點(diǎn)）被反射的比例，是直接衡量保護(hù)設(shè)備同系統(tǒng)阻抗是否兼容的參數(shù)。

      10、最大縱向放電電流：指每線對(duì)地施加波形為8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊1次時(shí)，保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。

      11、最大橫向放電電流：指線與線之間施加波形為8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊1次時(shí)，保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。

      12、在線阻抗：指在標(biāo)稱電壓Un下流經(jīng)保護(hù)器的回路阻抗和感抗的和。通常稱為“系統(tǒng)阻抗”。

      13、峰值放電電流：分兩種：額定放電電流Isn和最大放電電流Imax。

      14、漏電流：指在75或80標(biāo)稱電壓Un下流經(jīng)保護(hù)器的直流電流。 

十三、作用

      雷電放電可能發(fā)生在云層之間或云層內(nèi)部，或云層對(duì)地之間；另外許多大容量電氣設(shè)備的使用帶來的內(nèi)部浪涌，對(duì)供電系統(tǒng)（中國低壓供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：AC 50Hz 220/380V）和用電設(shè)備的影響以及防雷和防浪涌的保護(hù)，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

      云層與地之間的雷擊放電，由一次或若干次單獨(dú)的閃電組成，每次閃電都攜帶若干幅值很高、持續(xù)時(shí)間很短的電流。一個(gè)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(shí)間。大多數(shù)閃電電流在10，000至100，000安培的范圍之間降落，其持續(xù)時(shí)間一般小于100微秒。

      供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大容量設(shè)備和變頻設(shè)備等的使用，帶來日益嚴(yán)重的內(nèi)部浪涌問題。我們將其歸結(jié)為瞬態(tài)過電壓（TVS）的影響。任何用電設(shè)備都存在供電電源電壓的允許范圍。有時(shí)即便是很窄的過電壓沖擊也會(huì)造成設(shè)備的電源或全部損壞。瞬態(tài)過電壓（TVS）破壞作用就是這樣。特別是對(duì)一些敏感的微電子設(shè)備，有時(shí)很小的浪涌沖擊就可能造成致命的損壞。 

十四、專業(yè)術(shù)語

1、接閃器 Air-termination system

用于直接接受或承受雷擊的金屬物體和金屬結(jié)構(gòu)，如：避雷針、避雷帶（線）、避雷網(wǎng)等。

2、引下線 Down conductor system

連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體。

3、接地裝置 Earth termination system

接地體和接地體連接導(dǎo)體的總和。

4、接地體 Earth electrode

埋入地中直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。也稱接地極。直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬設(shè)施、金屬管道、金屬設(shè)備等可以兼作接地體，稱為自然接地體。

5、接地體連接導(dǎo)體 Earth conductor

從電氣設(shè)備接地端子接到接地裝置的連接導(dǎo)線或?qū)w，或從需要等電位連接的金屬物體、總接地端子、接地匯總板、總接地排、等電位連接排至接地裝置的連接導(dǎo)線或?qū)w。

6、直擊雷 Direct lightning flash

直接擊在建筑物、大地或防雷裝置等實(shí)際物體的雷電。

7、地電位反擊 Back flashover

雷電流經(jīng)過接地點(diǎn)或接地系統(tǒng)而引起該區(qū)域地電位的變化。地電位反擊會(huì)引起接地系統(tǒng)電位的變化，可能造成電子設(shè)備、電氣設(shè)備的損壞。

8、雷電防護(hù)系統(tǒng) Lightning protection system（LPS）

減少雷電對(duì)建筑物、裝置等防護(hù)目標(biāo)造成損害的系統(tǒng)，包括外部和內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng)。

8.1外部雷電防護(hù)系統(tǒng) External lightning protection system

建（構(gòu)）筑物外部或本體的雷電防護(hù)部分，通常由接閃器、引下線和接地裝置組成，用于防直擊雷。

8.2內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng) Internal lightning protection system

       建（構(gòu)）筑物內(nèi)部的雷電防護(hù)部分，通常由等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線、電涌防護(hù)器等組成，主要用于減小和防止雷電流在防護(hù)空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。