浅析浪涌保护器在智能小区的应用
摘要：本文在阐述浪涌保护器的应用特征的基础上，提出了智能小区浪涌保护器的接线与设置原则，并分别从电源SPD的选择、安装数量和设置方式等方面进行了分析。
关键词：浪涌保护器；小区；安装
前言 雷电是一种严重的自然灾害，它的发生会严重危及通信设备、计算机网络系统、电力系统的正常运行， 造成企业直接和间接经济损失。例如：损坏建筑物、造成重要设备严重损坏、造成对工作人员人身安全的危害等。因设备损坏不能运行、通讯网络的中断和重要信息的丢失将影响生产和工作的正常进行，给生产和生活带来极大的影响。随着智能小区的建设加速，浪涌保护器作为一种新型的保护装置，在智能小区的应用显的非常必要。
1．概述
雷电灾害是最严重的自然灾害之一。统计资料表明，在雷击灾害中80%以上的雷电灾害是由于雷电波沿电源信号线路等导体侵入室内造成的，因此预防雷电波侵入已成为预防雷电灾害必不少的措施。对此，强制性国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94）要求建筑物均要采取防雷电波侵入的措施[1]。
电气设备视其在建筑物电气装置内的位置应具有相应的承受瞬态电涌的绝缘水平。电涌可来自雷电沿线路进入，也可来自建筑物内部的投切过电压。当电涌水平超过设备绝缘能承受的水平时，设备将损坏而引起种种电气事故。国际电工委员会和一些发达国家有关标准都对电涌防护作出了规定。
雷电放电可能发生在云层之间或云层内部、或云层对地之间；另外许多大容量电气设备的使用带来的内部浪涌，对供电系统和用电设备的影响以及防雷和防浪涌的保护，已成为人们关注的焦点。云层与地之间的雷击放电，由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电， 每次闪电之间大约相隔二十分之一秒的时间， 大多数闪电电流在 1万 至10万Ａ 的范围之间降落，其持续时间一般小于100 微秒。任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。瞬态过电压破坏作用就是这样。特别是对一些敏感的微电子设备， 有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏[1]。
2．智能小区浪涌保护器的接线与设置原则
浪涌保护器又可称为过电压保护器、电子避雷器或防雷保安器，简写为“SPD”。它的基本原理是在瞬态过压（雷电波）发生的瞬间（微秒或纳秒级），将被保护区域内的所有被保护对象（设备、线路等）接入等电位系统中，从而将回路中的瞬态过电压幅值限制在设备能够承受的范围内，这种回路包括了供电系统的有源线路和信号传输线。SPD 元件分电压开关型和限压型，电压开关型SPD如放电间隙、气体放电管、闸流晶体管，这种SPD在没有浪涌时为高阻值，但一旦响应电压浪涌时其阻抗突变为低值；限压型SPD如压敏电阻、抑制二极管，当没有浪涌时为高阻抗，但随浪涌电流和电压的增加其阻抗会不断减少。各类SPD利用各元件的特性，组装成具有电压开关、限压或这两种特性兼有的混合型SPD。其设置原则如下[2]：
（1）总配电箱和终端配电箱处的过电压保护器，应装设在进户断路器的电源侧。同时，为防止住宅内部投切过电压对电子设备的影响，该插座回路上的过电压保护器应装设在插座回路开关的负载侧。
（2）0.5ｍ原则：过电压保护器的接地引线应尽量短（小于0.5ｍ），以最大幅度地减小加在电子设备上的过电压幅度。
（3）除在住宅信息线路的总进户处装设信息线与PE线间的浪涌保护器外，在进入电子设备的信息线与PE线间也应装设耐压25v、涌流为1KA（8/20μＳ）的浪涌保护器，以进一步抑制进入电子设备内的雷电残压，并使之达到电子设备所能承受的水平。
（4）30ｍ原则：由于线路的感应电压的影响，当一级浪涌保护器与被保护设备的间距大于30ｍ时，应在被保护设备前设二级浪涌保护器。
（5）10ｍ原则：两级浪涌保护器的间距应大于10ｍ，否则，二级保护器可能在一级保护器动作时误动作或先于一级保护器动作。
3．电源SPD的选择
对一般低压输配电系统雷电波侵入的防护，根据被保护对象的重要性，电源SPD安装1-2级。对信息系统的低压输配电系统雷电波侵入的防护，应考虑信息系统所处的环境因素、信息系统设备的重要性和发生雷击事故后的严重程度等因素进行雷击风险综合评估，将信息系统雷电瞬态过电压波的防护分为 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四级[3]：Ａ 级宜在低压系统中安装3-4级SPD，Ｂ级宜在低压系统中安装2-3级SPD，Ｃ 级宜在低压系统中安装 2级SPD，Ｄ级宜在低压系统中安装1级或以上的SPD。第一级安装在总进线的配电箱前，第二级安装在分配电箱前，第三级安装在重要设备配电系统前，第四级安装在电子设备工作电源前。由于首次雷击是波形 10/350μＳ的电流波，第一级SPD应选用测试波形10/350μＳ的电压开关型SPD（雷电波放电器），第二级以后的SPD可以选用测试波形为8/20μＳ的限压型 SPD或混合型SPD。
GB50057—94将防雷区划分为 LPZOA、LPZOB、LPZ1，……，LPZn+1区， 在选择SPD时要根据防雷区、建筑物防雷类别，结合浪涌保护对象来选择SPD的类型（开关型或限压型）。
4．SPD的安装数量和设置方式
在TN-C-S和TN-C系统中电源进线回路中有相线和PEN线,而PEN线需与总等电位联结的接地母排相连通而接地,所以这两种系统的PEN线上不需装设SPD。TN-S和TT系统中的N线在进线处不接地，这两种系统的N线上应和相线一样装设SPD。
需要说明的是我国一些城市的10kV网络已开始采用经小电阻接地的接地系统，这种网络的接地故障电流不是一、二十安的电容电流而是几百上千安的大故障电流[4]。由于我国10kV配电变电所没有像国外变电所那样将变电所内的设备外壳的保护接地和220/380V系统N线的系统接地分开设置，上述大接地故障电流在变电所接地电阻上的电压降将使低压系统对地带一、二千伏的故障电压，此故障电压持续时间为10kV接地短路继电器和断路器动作时间之和，约0.5s至1s。此暂态对地过电压在TN系统内可引起人身电击危险，在TT系统内则可能在绝缘老化的设备和线路内触发电气短路事故，它在电涌防护装置中则可将压敏电阻SPD烧坏而造成持久性对地短路，因压敏电阻 SPD的热容量只能承受以μS计的瞬态电涌，不能承受以ms计的暂态过电压和暂态过电流，因此接地系统10kV网络供电的低压TT系统，其电涌防护的设置方式不能用通常的图2（a）的方式，而应用图2（b）的方式。图2（b）中相线经压敏电阻与N线相接，N线又经火花间隙与地相接。将火花间隙放电电压调至3kV至3.5kV就可避免被10kV网络接地故障引起的对地工频暂态过电压将压敏电阻SPD烧毁的事故。
5．智能小区浪涌保护器的防范措施
压敏电阻SPD可能在遭受雷击时损坏,也可能因装用日久，泄漏电流增大而寿命终了。当泄漏电流增大至一定值时，其上的发光二极管不再发光，或以其他方式显示其失效，这时应及时以备品替代。如果更换不及时，SPD彻底损坏短路就成为相线接地故障。和一般接地故障一样，它可引起线路过流。有的SPD产品附带有过流分断元件。如果产品不带此元件，则应在线路上装设防过流的电器（熔断器、断路器）。可装在SPD的连接线上，也可利用电源线路上的防过流电器。后一方式比较节省，但它将因SPD的失效而造成电源线路的停电，在重要负荷的电源线路不宜采用这一方式。
如果SPD所保护的是Ⅰ类防电击设备（有金属外壳并接有PE线的设备），则SPD失效时可能引起人身电击事故。SPD失效时接地故障电流Id在 PEN线和PE1线上产生故障电压降。此压降沿PE2线传导至设备外壳上。如果Uf大于安全电压限值（干燥场所为50V，潮湿场所为25V），就有可能引起电击事故。为此应在SPD的电源侧装设漏电保护器rcd，如图中虚线所示，以防人身电击事故的发生。当电源进线处安装的是大容量火花间隙SPD时，在泄放大涌流时会喷出炽热的游离气体，容易引爆或引燃起火。这种SPD不应安装在爆炸危险和火灾危险场所，并应注意远离可燃物质。
随着智能小区建设项目的增多，对于防范雷电导致建筑灾害的措施显的必不可少。而浪涌保护器由于其独特的保护功能，宜受到越来越多的关注。
参考文献：
[1] 关象石，防雷技术标准规范汇编[M]，2001
[2] GB50057-94，含局部修订条文.建筑物防雷设计规范.
[3] 关象石，浪涌保护器的性能要求和使用原则[J]，广东气象，2000
[4] 叶青，电源浪涌保护器及其应用[J]，电气安装技术，2006
