电涌保护器的选择过程及安装方式

电涌保护器的选择过程及安装方式

摘要文章简述了为防护雷击电磁脉冲（电涌）对信息系统造成干扰破坏，在设计中如何选择电涌保护器（ＳＰＤ），及在选择使用电涌保护器时涉及的几个主要步骤。

关键词雷击电磁脉冲电涌电涌保护器（ＳＰＤ）选择过程安装全球每年因雷电灾害造成的人员伤害、财产损失不计其数，引起火灾、爆炸、信息系统瘫痪的事故频繁发生。因此对雷电的危害必须有充分认识，对雷电的危害种类加以区分，才能有效地防止灾害的发生。雷电的破坏除了直接雷的破坏外，还有感应雷的破坏、雷电波侵入引起的破坏等。

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对于防护直接雷的破坏我们已有比较成熟的方法。随着社会经济和科学技术的发展，电子设备及微电子设备得到广泛的应用，我们在注意预防直接雷引起破坏的同时，还必须注意预防感应雷及雷电波侵入产生电

涌引起的破坏。

电涌是微秒量级的异常大电流脉冲，它可使电子设备受到瞬态过电流 电压的破坏。每年半导体器件的集成化都在提高，元件的间距在减小，半导体的厚度在变薄，这使得电子设备受瞬态过电流 电压破坏的可能性越来越大。如果一个电涌导致的瞬态过电压超过一个电子设备的承受能力，那么这个设备或者被完全破坏，或者寿命大大缩短。

雷电是导致电涌最大的原因。

电涌保护器的防雷电是把因雷电感应而窜入电力线、信号传输线的高电压限制在一定的范围内，保证用电设备不被击穿。加装电涌保护器可把电器设备两端实际承受的电压限制在允许范围内，以起到保护设备的作用。

１．４高层建筑

取两种情况分析：

（１）Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４＋Ｃ５＝１．０＋２．０＋１．０＋１．０＋１．５＝６．５Ｎｃ＝０．０００８９

（２）Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ４＋Ｃ５＝１．０＋３．０＋３．０＋１．０＋１．５＝９．５Ｎｃ＝０．０００６１

１．５本次工程为高层建筑物 取Ｎｃ＝０．０００６１

根据地区雷电日Ｔｄ按公式（２）决定地区雷击频度Ｎｇ

Ｎｇ＝０．０２４Ｔｄ１．３＝０．０２４×３５．１１．３次 ｋｍ２年（２）

＝２．４５次 ｋｍ２年

式中雷电日按南京地区Ｔｄ＝３５．１

根据地区雷击频度Ｎｇ和建筑物等效接闪面积Ａｅ按公式（３）决定建筑物年平均接闪次数Ｎ：

Ｎ＝ＫＡｅＮｇ次 年（３）

其中Ｋ为地形校正系数：一般情况取１；旷野孤立的建筑取２；金属屋面的砖木结构建筑物取１．７；河边、湖边、山坡下，山地中土壤电阻率较底处，底下水露头处，土山顶部，山谷风口，特别潮湿的建筑物取１．５。

Ａｅ为建筑物等效接闪面积ｋｍ２；

当建筑物高度Ｈ＞１００ｍ时

Ａｅ＝［ＬＷ＋２（Ｌ＋Ｗ）Ｈ＋πＨ２］×１０－６（４）

当建筑物高度Ｈ＜１００ｍ时

Ａｅ＝［ＬＷ＋２（Ｌ＋Ｗ）Ｄ＋πＤ２］×１０－６（５）

其中Ｌ、Ｗ、Ｈ为建筑物的长、宽、高，Ｄ为建筑物的扩大宽度。（以ｍ计）

Ｄ＝

本次设计的工程高为１３０ｍ，建筑物等效接闪面积按公式（４）计算，即

Ａｅ＝［ＬＷ＋２（Ｌ＋Ｗ）Ｈ＋πＨ２］×１０－６

＝［３８×２５＋２（３８＋２５）×１３０＋３．１４×１３０２］×１０－６

＝０．０７０ｋｍ２

建筑物年平均接闪次数Ｎ按公式（３）计算，即

Ｎ＝ＫＡｅＮｇ次 年（地形校正系数Ｋ取１）

＝１×０．０７０×２．４５

＝０．１７次 年

根据信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数Ｎｃ和建筑物平均接闪次数之比（Ｎｃ Ｎ），也就是要求用防雷设施将雷击频度减少的倍数按表２决定需增加的防雷设施的等级（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）。

Ｎｃ Ｎ＝０．０００６１ ０．１７＝０．００３６＜１ ５０

根据表２规定本工程按Ａ级要求设计防雷击电磁脉冲的设施。

根据防雷设施的等级确定低压交流电源系统电涌保护方案（见表３）

确定低压交流电源系统Ａ级防雷电涌过电压保护方案（见图１）

４电涌保护器最大放电电流选择

根据国家标准《建筑防雷设计规范》ＧＢ５００５７－９４（２０００年版）附录六中一、二、三类防雷建筑物的首次雷电流幅值和二次雷电幅值和波头时间，并按该国家标准第６·３·４条的内容及图６·３·４－１（见图８）所述的全部雷电流ｉ按５０％流入建筑物防雷装置的接地装置计，另外按１ ３分配于引入建筑物的电力电缆，电缆按３芯计算，则流入每芯电缆的雷电流为：

ｉｉ＝１ ２×１ ３×１ ３×ｉ（ｋＡ）（ｉ为雷电流幅值ｋＡ）

（６）

式中ｉ雷电流幅值第一级按承受９０％左右的雷击能量考虑，第二级按承受１０％左右的雷击能量考虑，第三级按承受５％左右的雷击能量考虑，第四级雷击能量更小，但不应低于５ｋＡ。

按有关规范要求：对第一级电涌保护器，最大（冲击）放电电流必须按１０ ３５０μｓ波形的通流要求选择。对其后几级电涌保护器，最大放电电流可以按８ ２０μｓ波形的通流要求选择，但必须进行折算，即电涌保护器由１０ ３５０μｓ波形的通流要求推算要求的８ ２０μｓ波形的通流能力按保守的估计为１０倍。本次工程按１０倍计算。所以电涌保护器最大放电电流为：

Ｉｎ＝１０ｉｉ（ｋＡ）（７）

按以上公式计算，计算结果（计算过程略）可按表５选择电涌保护器的规格。

为保证系统遭受过电压时，前级保护优先后级保护起作用，应使前后级的安装距离大于１０～１５ｍ，否则在其间串联协调电感。

５电涌保护器上端短路保护器件选择及其连接线的选择

５．１电涌保护器上端短路保护器件选择

各级电涌保护应接在相应的断路器 熔断器的负载端。

一般可以根据不同的产品要求选择不同的保护方式及保护器件的型号规格。

下面为某公司电涌保护器上端保护器件选择表（见表６）。

当线路负载大于１００Ａ或连续供电负载时，应在避雷器上端安装短路保护器件。

当电涌保护器制造商没有上端熔断器的具体配置建议时，则按表７选择。