雷電電涌保護系統(tǒng)

電涌保護要分級實施，最終達到對配電系統(tǒng)和電子設(shè)備完善保護的目的。分級實施電涌防護的第一步是對電涌環(huán)境進行分類。

電涌環(huán)境的分類是依據(jù)電涌的強度和頻度。國際上一般將電涌環(huán)境分為3類(如圖所示):

(1)C類:指戶外以及進線的總開關(guān)處，這些部位容易出現(xiàn)較強的雷電電涌，具體位置包括:電表與配電盤之間的連線，建筑物之間的架空線，連接到井下的地下電纜;

(2)B類:指與C類環(huán)境之間連線較短的位置，以及大型建筑物中的照明系統(tǒng)，這些位置的電涌既可以由雷電產(chǎn)生，也可以由內(nèi)部電氣開關(guān)產(chǎn)生，由雷電產(chǎn)生的電涌經(jīng)過配電線衰減，已經(jīng)比C類環(huán)境中的電涌衰減了一些;

(3)A類:指房間內(nèi)的電源插座和較長配電線的終端;較長的含義是離開B級規(guī)定的位置10米以上的電源插座，或者離開C級規(guī)定的位置20米以上的電源插座，這些位置的電涌主要是內(nèi)部電氣開關(guān)產(chǎn)生的電涌電壓。

按照電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)的推薦，浪涌保護應(yīng)該分級實施，分級的方法與浪涌環(huán)境分類相對應(yīng):

第一級:在入戶配電柜處，消除戶外雷電產(chǎn)生的浪涌，防止巨大的浪涌能量進入戶內(nèi);

第二級:在配電系統(tǒng)的配電盤處，其作用有兩個，一個是進一步消弱第一級殘留的浪涌能量，另一個是消除內(nèi)部電氣開關(guān)產(chǎn)生的浪涌;

第三級:安裝在敏感電子設(shè)備的電源入線處，為電子設(shè)備提供完善的保護。

分級防護的目的有兩個，一個是逐級衰減雷電浪涌，另一個是消除內(nèi)部負荷接通和斷開時產(chǎn)生的浪涌。

第一級防護主要針對雷電在電源線上感應(yīng)的浪涌電壓，將雷電浪涌進行適度的衰減。這級防護要采用承受電流能量強的浪涌保護器。國外一些廠商推薦使用承受電流能力在200kA以上的產(chǎn)品。實際上，根據(jù)大量統(tǒng)計，大部分浪涌電流的幅度在10kA左右，之所以保留這樣大的富余量，主要是考慮到延長保護器的壽命。浪涌保護器的壽命是有限的，每承受一次浪涌沖擊后，導(dǎo)通電壓就會降低一些，當降低到電源電壓時，浪涌保護器就宣告壽命結(jié)束。浪涌保護器每次電壓降低的幅度與其額定電流容量有關(guān)。額定電流越大，浪涌保護器的壽命越長。歐美的一些廠商承敢于諾保修20年，就是基于這樣大的富余量。第一級浪涌保護器的特點是容量大，不需要正弦波跟蹤功能。

第二級防護的主要功能是進一步衰減殘留的雷電浪涌，并衰減內(nèi)部電氣負荷產(chǎn)生的浪涌電壓。這一級防護可以采用承受電流較小的浪涌保護器。根據(jù)后面是否有第三級保護，決定是否采用具有正弦波跟蹤功能的保護器。如果有第三級防護，就不需要正弦波跟蹤功能;如果沒有

第三級防護，并且負荷是電子設(shè)備，就需要具有正弦波跟蹤功能。

第三級防護的主要功能為用電設(shè)備提供沒有浪涌的電壓，要具有正弦波跟蹤功能。遇到以下場合時，第三級防護是必要的:

(1)有基于微處理器的電子設(shè)備;

(2)貴重的電子設(shè)備或者維修周期很長的電子設(shè)備:

(3)雷電多發(fā)的地區(qū);

(4)大功率電氣負荷較多的地區(qū);

(5)工廠、礦山中的自動化控制設(shè)備;

(6)自動化辦公設(shè)備，電腦、復(fù)印機等;

(7)關(guān)鍵醫(yī)療設(shè)備，特別是生命監(jiān)護設(shè)備。

1、雷電電涌過電壓

以雷擊引起的電涌危害最大，在雷擊放電時，以雷擊為中心1.5~2KM范圍內(nèi)，都可能產(chǎn)生危險的過電壓。雷擊引起(外部)電涌的特點是單相脈沖型，能量巨大。外部電涌的電壓在幾微秒內(nèi)可從幾百伏快速升高至20000V，可以傳輸相當長的距離。按ANSI/IEEEC62.41-1991說明，瞬間電涌可高達20000V，瞬間電流可達10000A。根據(jù)統(tǒng)計，系統(tǒng)外的電涌主要來自于雷電和其它系統(tǒng)的沖擊，大約占20%。

雷擊引起的電涌可分為:

(1)感應(yīng)雷擊電涌過電壓:雷擊閃電產(chǎn)生的高速變化的電磁場 ，閃電輻射的電場作用于導(dǎo)體，感應(yīng)很高的過電壓，這類過電壓具有很陡的前沿并快速衰減。

(2)直接雷擊電涌過電壓:直接落雷在電網(wǎng)上，由于瞬間能量巨大，破壞力極強，目前還沒有一種設(shè)備能對直接落雷進行保護。

(3)雷擊傳導(dǎo)電涌過電壓:由遠處的架空線傳導(dǎo)而來，由于接于電力網(wǎng)的設(shè)備對過電壓有不同的抑制能力，因此傳導(dǎo)過電壓能量隨線路的延長而減弱。

(4)振蕩電涌過電壓:動力線等效一個電感，并于大地及臨近金屬物體間存在分布電容，構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，在TT、TN供電系統(tǒng)，當出現(xiàn)單相接地故障的瞬間，由于高頻率的成分出現(xiàn)諧振，在線路上產(chǎn)生很高過電壓，主要損壞二次儀表。

2、操作電涌過電壓

在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路器的操作、負荷的投入和切除或系統(tǒng)故障等 系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)變化，而使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，從而引起的電力內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)換或傳輸過渡過程，將在系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)過電壓。系統(tǒng)內(nèi)的電涌主要來自于系統(tǒng)內(nèi)部用電負荷的沖擊，大約占80%。在電力系統(tǒng)引起的內(nèi)部過電壓的原因大致可分為:

(1)電力大負荷的投入和切除;

(2)感性負荷的投入和切除;

(3)功率因素補償電容器的投入和切除

(4)短路故障

內(nèi)部產(chǎn)生的電涌特點主要是震蕩型，在供電系統(tǒng)中的變壓器、感性負載和電容器之間震蕩且高次諧波成分含量高。IEEE中指出，內(nèi)部電涌的電壓值在幾微秒至幾納秒從幾百伏升高至6000V。在繁忙的工廠或城市商業(yè)用電環(huán)境中，每小時的瞬間電涌可達到180000~432000次。

載流和重燃電涌過電壓:由接通和分斷控制設(shè)備時產(chǎn)生，特別是電動機或變壓器負載，在起動階段或故障時分斷，出現(xiàn)載流和重燃過電壓，常使電動機繞組或變壓器擊穿損壞(如國內(nèi)一鋼鐵企業(yè)發(fā)電廠，在一個月內(nèi)因接通和分斷過電壓造成兩臺3000KW電動機相間南穿穿短路損壞)。

3、靜電放電

干燥的絕緣體(如毛制品)，在干燥的環(huán)境通過摩控產(chǎn)生靜電，能量較小，主要損壞集成電路。