谈防雷和电涌保护器

近年来，随着社会发展，建筑物的不断扩建，以及电气电子设备的广泛应用，其冲击耐压水平也随之降低。雷电蕴含着巨大的能量，它的静电感应、电磁效应、热效应、力学效应等对建筑物和电气设备均会造成不同程度的影响，破坏力极强，因此，建筑物的防雷尤显重要。

一、 防雷

整体来讲防雷可分为防直击雷和防感应雷，也可以理解为内部防雷和外部防雷。整体的防雷设计中主要有以下几项措施：

(1)避雷针、带;

(2)引下线;

(3)接地体;

(4)屏蔽;

(5)均压等电位;

(6)减小接进耦合。

过电压的保护也属防雷范畴，应涵盖在内部防雷当中去。以上几项措施的设计方案已有较成熟的标准，本文不再详述，只重申几点应特别注意的问题。

1. 接闪装置的一般要求

①避雷针

针长1m以下：圆钢为Ф≥12mm;钢管为Ф≥20mm;

针长1～2m：圆钢为Ф≥16mm;钢管为Ф≥25mm;

烟囱上的针：圆钢为Ф≥20mm;钢管为Ф≥40mm

②避雷网(带)：圆钢为Ф≥8mm;扁钢为S≥48mm2、S≥4mm;

③架空避雷线宜采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。

在布置接闪器时，可单独或任意组合采用滚球法避雷网(应符合表1规定)。

2.共用接地

在GB59057-94第六章：在工程的设计阶段，不知道信息系统的规模和具体位置的情况下，若预计将来会有信息系统，应在设计时将建筑物的金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然物件，金属管道配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个共用接地系统，并在一些合适的地方预埋等电位联结板。

在GB59052-94中第6.3.3条：

(1)每幢建筑物本身应采用共用接地系统;

(2)当互相邻近的建筑物之间有电力和通信电缆连接时，宜将其接地装置互相连接。

某些教程中也要求单独接地如信号地、逻辑地，它们实质指的是高频信号接地，在IEC标准和ITV相关标准中均不提倡单独接地。

共用接地的优点：

(1)在发生电位上升时，各处的地电位同时上升，基本不存在电位差;

(2)电磁兼容性好。

由于强电、弱电、高频和低频都等电位，且采用了分别屏蔽和分支接地线等方法，提高了电磁兼容的性能。

3. 等电位联结

在等电位联结中，对不能直接参加等电位连接的带电体和导体，如电源线、信号线、阴极保护输油管、燃气管等，使用电涌保护器，进行等电位联结。

4. 屏蔽

屏蔽是提高电磁兼容性的一项重要措施，在这里主要是利用法拉第笼，衰减对设备的电磁干扰，衰减的程度取决于网孔的密度，屏蔽层的厚度和选用的屏蔽材料有关，在设计屏蔽层的厚度时，其厚度最好接近电磁波的波长，网孔的密度越大可靠性就越高，低频时宜选用高导磁材料，高频时优先选用铜材。据资料记载，当磁场感应强度BM=0.07GS时，无屏蔽计算机发生误动作;当BM=2.4GS时，计算机发生永久性损坏。随着电子技术日益向高频率、高速度、宽频带、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度、大功率、小信号、运用和复杂化发展，因而电磁兼容性研究日益重要。

5. 信息系统雷击电磁脉冲分级保护

依据公式：E=1-Nc/N

其中：

Nc——因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受最大年平均雷击次数;

N——建筑物预计雷击次数(次/a)N=KNgAe。

总的防雷原则：整体防护、逐级保护、防护纵深。

(1)将大部分雷电流直接接闪引入地下泄散(外部保护);

(2)将沿电力线、信号线、各种管道等侵入建筑物内部的各种形式的瞬态过电压通过不同的电涌保护器(过压保护器)导入大地内部保护;

(3)限制被保护设备上的电涌过电压(终端保护)。

此三道防线相互配合，各负其责，缺一不可，在设计时还应考虑被保护设备的相关标准和规定。

二、 电涌保护器

电涌保护器又称SPD。目前国内低压配电系统中所使用的电涌保护器大多为金属氧化物避雷器也称氧化物避雷。金属氧化物阀片是以氧化锌为主要成份，加入少量的铋、钴、铬、锰、锑等金属氧化物作为添加剂，经过混料、适粒、线型，在1000℃以上的高温下烧制而成，形状呈圆饼形或环形，它有着优异的非线性物性，非线性系数α可低达0.01～0.04。当正常工作时本身只有微安级的漏电流，它对过电压响应时间非常快，通流能力也很高。

1.电涌保护器两个主要参数的选择

标称放电流(通流容量)：根据50057-94第二章和附表六规定，选择首次和首次后的雷电流，按全部雷电流的50%入地泄散，其余电流平均分配的原则(包括第二级，应加支路)进行计算。

电压保护水平：电压保护水平是一个表征电涌保护器限制电压的性能参数，它是从一系列的推荐值的列表中选取出来的。针对每一只产品片面的，就可以理解为残压值越低越好。

2.总的设计应符合的原则

被保护设备耐冲击电压值>SPD电压保护水平值>SPD限制电压值>SPD1mA直流参考电压值>SPD最高持续电压值>电源最大故障过压值>电网正常波动值。

(1)TN-C-S系统;

(2)TN-S系统;

(3)TT系统

三、 电涌保护器在安装布置时应注意的几个问题

(1)安装的电涌保护器最后一级应靠近被保护设备最好<10m;

(2)为使能量协调，多级使用时，开关型和限压型之间距离>10m，限压型和限压型之间距离>5m连接线应尽可能的短和直，连接长度应≤0.5m，若环境有限制应采用凯文式连接电涌保护器(V型连接)。

四、问题探讨

电涌保护器的动作顺序

当单极电涌保护器不能将入侵的冲击电流抑制到规定的保护电压以下时，就要采取含两级、三级或更多级的非线性电涌保护器。

有人认为，当入侵的冲击波Ⅰ加在X-Y端上时，总是Ⅰ先导通，实际上是Ⅱ先导通。Ⅱ先导通主要是因为：雷击电流可以认为是恒流源，是由于行进波的原因第二级先导通。Ⅰ导通的条件为Ⅱ号电涌保护器的残压UBS加上AB断线路的压降UAB加在Ⅰ号电涌保护器上，致使Ⅰ号电涌保护器导通Ⅰ号导通电压要高于Ⅱ号导通电压。

参考文献

1 防雷技术标准规范汇编

2 相关杂志中的文选

3 莱特默勒公司技术资料