淺析浪湧保護器在智慧小區的應用

摘要：本文在闡述浪湧保護器的應用特徵的基礎上，提出了智慧小區浪湧保護器的接線與設定原則，並分別從電源SPD的選擇、安裝數量和設定方式等方面進行了分析。

關鍵詞：浪湧保護器；小區；安裝

前言  雷電是一種嚴重的自然災害，它的發生會嚴重危及通訊裝置、計算機網路系統、電力系統的正常執行， 造成企業直接和間接經濟損失。例如：損壞建築物、造成重要裝置嚴重損壞、造成對工作人員人身安全的危害等。因裝置損壞不能執行、通訊網路的中斷和重要資訊的丟失將影響生產和工作的正常進行，給生產和生活帶來極大的影響。隨著智慧小區的建設加速，浪湧保護器作為一種新型的保護裝置，在智慧小區的應用顯的非常必要。

1．概述

雷電災害是最嚴重的自然災害之一。統計資料表明，在雷擊災害中80%以上的雷電災害是由於雷電波沿電源訊號線路等導體侵入室內造成的，因此預防雷電波侵入已成為預防雷電災害必不少的措施。對此，強制性國家標準《建築物防雷設計規範》GB50057-94）要求建築物均要採取防雷電波侵入的措施[1]。

電氣裝置視其在建築物電氣裝置內的位置應具有相應的承受瞬態電湧的絕緣水平。電湧可來自雷電沿線路進入，也可來自建築物內部的投切過電壓。當電湧水平超過裝置絕緣能承受的水平時，裝置將損壞而引起種種電氣事故。國際電工委員會和一些發達國家有關標準都對電湧防護作出了規定。

    雷電放電可能發生在雲層之間或雲層內部、或雲層對地之間；另外許多大容量電氣裝置的使用帶來的內部浪湧，對供電系統和用電裝置的影響以及防雷和防浪湧的保護，已成為人們關注的焦點。雲層與地之間的雷擊放電，由一次或若干次單獨的閃電組成，每次閃電都攜帶若干幅值很高、持續時間很短的電流。一個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間， 大多數閃電電流在 1萬 至10萬Ａ 的範圍之間降落，其持續時間一般小於100 微秒。任何用電裝置都存在供電電源電壓的允許範圍。有時即便是很窄的過電壓衝擊也會造成裝置的電源或全部損壞。瞬態過電壓破壞作用就是這樣。特別是對一些敏感的微電子裝置， 有時很小的浪湧衝擊就可能造成致命的損壞[1]。

2．智慧小區浪湧保護器的接線與設定原則

    浪湧保護器又可稱為過電壓保護器、電子避雷器或防雷保安器，簡寫為“SPD”。它的基本原理是在瞬態過壓（雷電波）發生的瞬間（微秒或納秒級），將被保護區域內的所有被保護物件（裝置、線路等）接入等電位系統中，從而將回路中的瞬態過電壓幅值限制在裝置能夠承受的範圍內，這種迴路包括了供電系統的有源線路和訊號傳輸線。SPD 元件分電壓開關型和限壓型，電壓開關型SPD如放電間隙、氣體放電管、閘流電晶體，這種SPD在沒有浪湧時為高阻值，但一旦響應電壓浪湧時其阻抗突變為低值；限壓型SPD如壓敏電阻、抑制二極體，當沒有浪湧時為高阻抗，但隨浪湧電流和電壓的增加其阻抗會不斷減少。各類SPD利用各元件的特性，組裝成具有電壓開關、限壓或這兩種特性兼有的混合型SPD。其設定原則如下[2]：

（1）總配電箱和終端配電箱處的過電壓保護器，應裝設在進戶斷路器的電源側。同時，為防止住宅內部投切過電壓對電子裝置的影響，該插座迴路上的過電壓保護器應裝設在插座迴路開關的負載側。

（2）0.5ｍ原則：過電壓保護器的接地引線應儘量短（小於0.5ｍ），以最大幅度地減小加在電子裝置上的過電壓幅度。

（3）除在住宅資訊線路的總進戶處裝設資訊線與PE線間的浪湧保護器外，在進入電子裝置的資訊線與PE線間也應裝設耐壓25v、湧流為1KA（8/20μＳ）的浪湧保護器，以進一步抑制進入電子裝置內的雷電殘壓，並使之達到電子裝置所能承受的水平。

（4）30ｍ原則：由於線路的感應電壓的影響，當一級浪湧保護器與被保護裝置的間距大於30ｍ時，應在被保護裝置前設二級浪湧保護器。

（5）10ｍ原則：兩級浪湧保護器的間距應大於10ｍ，否則，二級保護器可能在一級保護器動作時誤動作或先於一級保護器動作。

3．電源SPD的選擇

    對一般低壓輸配電系統雷電波侵入的防護，根據被保護物件的重要性，電源SPD安裝1-2級。對資訊系統的低壓輸配電系統雷電波侵入的防護，應考慮資訊系統所處的環境因素、資訊系統裝置的重要性和發生雷擊事故後的嚴重程度等因素進行雷擊風險綜合評估，將資訊系統雷電瞬態過電壓波的防護分為 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四級[3]：Ａ 級宜在低壓系統中安裝3-4級SPD，Ｂ級宜在低壓系統中安裝2-3級SPD，Ｃ 級宜在低壓系統中安裝 2級SPD，Ｄ級宜在低壓系統中安裝1級或以上的SPD。第一級安裝在總進線的配電箱前，第二級安裝在分配電箱前，第三級安裝在重要裝置配電系統前，第四級安裝在電子裝置工作電源前。由於首次雷擊是波形 10/350μＳ的電流波，第一級SPD應選用測試波形10/350μＳ的電壓開關型SPD（雷電波放電器），第二級以後的SPD可以選用測試波形為8/20μＳ的限壓型 SPD或混合型SPD。

GB50057—94將防雷區劃分為 LPZOA、LPZOB、LPZ1，……，LPZn+1區， 在選擇SPD時要根據防雷區、建築物防雷類別，結合浪湧保護物件來選擇SPD的型別（開關型或限壓型）。

4．SPD的安裝數量和設定方式

在TN-C-S和TN-C系統中電源進線迴路中有相線和PEN線,而PEN線需與總等電位聯結的接地母排相連通而接地,所以這兩種系統的PEN線上不需裝設SPD。TN-S和TT系統中的N線在進線處不接地，這兩種系統的N線上應和相線一樣裝設SPD。

需要說明的是我國一些城市的10kV網路已開始採用經小電阻接地的接地系統，這種網路的接地故障電流不是一、二十安的電容電流而是幾百上千安的大故障電流[4]。由於我國10kV配電變電所沒有像國外變電所那樣將變電所內的裝置外殼的保護接地和220/380V系統N線的系統接地分開設定，上述大接地故障電流在變電所接地電阻上的電壓降將使低壓系統對地帶一、二千伏的故障電壓，此故障電壓持續時間為10kV接地短路繼電器和斷路器動作時間之和，約0.5s至1s。此暫態對地過電壓在TN系統內可引起人身電擊危險，在TT系統內則可能在絕緣老化的裝置和線路內觸發電氣短路事故，它在電湧防護裝置中則可將壓敏電阻SPD燒壞而造成永續性對地短路，因壓敏電阻 SPD的熱容量只能承受以μS計的瞬態電湧，不能承受以ms計的暫態過電壓和暫態過電流，因此接地系統10kV網路供電的低壓TT系統，其電湧防護的設定方式不能用通常的圖2（a）的方式，而應用圖2（b）的方式。圖2（b）中相線經壓敏電阻與N線相接，N線又經火花間隙與地相接。將火花間隙放電電壓調至3kV至3.5kV就可避免被10kV網路接地故障引起的對地工頻暫態過電壓將壓敏電阻SPD燒燬的事故。

5．智慧小區浪湧保護器的防範措施

壓敏電阻SPD可能在遭受雷擊時損壞,也可能因裝用日久，洩漏電流增大而壽命終了。當洩漏電流增大至一定值時，其上的發光二極體不再發光，或以其他方式顯示其失效，這時應及時以備品替代。如果更換不及時，SPD徹底損壞短路就成為相線接地故障。和一般接地故障一樣，它可引起線路過流。有的SPD產品附帶有過流分斷元件。如果產品不帶此元件，則應線上路上裝設防過流的電器（熔斷器、斷路器）。可裝在SPD的連線線上，也可利用電源線路上的防過流電器。後一方式比較節省，但它將因SPD的失效而造成電源線路的停電，在重要負荷的電源線路不宜採用這一方式。

如果SPD所保護的是Ⅰ類防電擊裝置（有金屬外殼並接有PE線的裝置），則SPD失效時可能引起人身電擊事故。SPD失效時接地故障電流Id在 PEN線和PE1線上產生故障電壓降。此壓降沿PE2線傳導至裝置外殼上。如果Uf大於安全電壓限值（乾燥場所為50V，潮溼場所為25V），就有可能引起電擊事故。為此應在SPD的電源側裝設漏電保護器rcd，如圖中虛線所示，以防人身電擊事故的發生。當電源進線處安裝的是大容量火花間隙SPD時，在洩放大湧流時會噴出熾熱的遊離氣體，容易引爆或引燃起火。這種SPD不應安裝在爆炸危險和火災危險場所，並應注意遠離可燃物質。
隨著智慧小區建設專案的增多，對於防範雷電導致建築災害的措施顯的必不可少。而浪湧保護器由於其獨特的保護功能，宜受到越來越多的關注。

參考文獻：

[1] 關象石，防雷技術標準規範彙編[M]，2001

[2] GB50057-94，含區域性修訂條文.建築物防雷設計規範.

[3] 關象石，浪湧保護器的效能要求和使用原則[J]，廣東氣象，2000

[4] 葉青，電源浪湧保護器及其應用[J]，電氣安裝技術，2006