30. 雷電及突波的防護知識
作者：佚名--------文章來源： 網站1、浪涌產生的原因
浪涌也叫突波，就是超出正常電壓的瞬間過電壓。從本質上講，浪涌就是發生在僅僅百萬上之一秒內的一種劇烈脈衝。供電系統的浪湧來源分為外部(雷電原因)和內部（電器操作過電壓）。
雷電引起的浪涌雲層與大地之間的雷擊放電，由一次或若干次單獨的閃電組成，每次閃電都攜帶干幅值很高、持續時間很短的電流，一個型的雷電放電將包括二次或三次的閃，每次閃電之間大約相隔二十分之一秒時間，大多數閃電電流高達數十、甚至數千安的電流，從而會引起巨大的電磁效應，機械效應的熱效應。
2、雷電及浪涌的危害
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雷電以及浪涌的危害形式有：（1）直擊雷；（2）靜電感應；（3）電磁感應；（4）雷電侵入波；（5）地電位反擊；（6）電磁脈衝輻射；（7）操作過電壓；（8）靜電放電。
二、雷電及浪涌防護的方法
根據IEC組織提出的DBSG的基本方法，電子信息系統雷電及浪涌的防護應當採取以下六大技術措施：（1）直擊雷防護、（2）屏蔽和隔離、（3）合理布線、（4）等電位連接、（5）共用接地、（6）安裝使用浪涌保護器。
在一個完善的電子信息系統防雷工程中，這六個防護措施都應當考慮。但是目前最薄弱的就是安裝使用浪涌保護器（SPD）。
三、浪涌保護器的概念及分類
浪涌保護器（SPD）是用來限制瞬態過電壓及泄放相應瞬態過電流，保護電子電氣設備安全的裝置，又可稱為電涌保護器（或防雷器、防雷保安器、避雷器等）。它至少應含有一個非線性元件。
浪涌保護器實際上也是一種等電位連接器。通過對一個被保護系統科學合理地使用浪涌保護器，可以使系統內所有安裝浪涌保護器的各設備埠，在雷電和浪涌衝擊的瞬間實現均壓或者相互等電位，從而避免系統內有害的瞬時電位差，保證整個系統的運行安全。
目前的浪涌保護器主要由氣體放電管、固體放電管、放電間隙、壓敏電阻、快恢復二極體、瞬態抑制二極體、晶閘管、溫度保險絲、快速熔絲、高低通濾波器等器件，根據不同電壓、電流、功率、頻率、傳輸速率、駐波係數、插損、帶寬、阻抗等要求，採用不同形式的電路而製成。
浪涌保護器一般分為兩大類：（1）電源浪涌保護器（又可分為交流和直流浪涌保護器）（2）信號浪涌保護器（又可分為過程控制、通用信號以及天饋線路浪涌保護器）
四、浪涌保護器的使用示意圖
1、交流配電系統耐衝擊電壓類別以及用浪涌保護器分級保護示意圖
交流配電系統耐衝擊電壓類別以及用浪涌保護器分級保護示意圖
- 由於雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。第一級防雷器可以對於直接雷擊電流進行泄放，或者當電源傳輸線路遭受直接雷擊時傳導的巨大能量進行泄放，對於有可能發生直接雷擊的地方，必須進行CLASS—I的防雷。第二級防雷器是針對前級防雷器的殘餘電壓以及區內感應雷擊的防護設備，對於前級發生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設備或第三級防雷器而言是相當巨大的能量會傳導過來，需要第二級防雷器進一步吸收。同時，經過第一級防雷器的傳輸線路也會感應雷擊電磁脈衝輻射LEMP，當線路足夠長感應雷的能量就變得足夠大，需要第二級防雷器進一步對雷擊能量實施泄放。第三級防雷器是對LEMP和通過第二級防雷器的殘餘雷擊能量進行保護。
1、第一級保護
目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區傳導進入LPZ1區，將數萬至數十萬伏的浪涌電壓限制到2500—3000V。
入戶電力變壓器低壓側安裝的電源防雷器作為第一級保護時應為三相電壓開關型電源防雷器，其雷電通流量不應低於60KA。該級電源防雷器應是連接在用戶供電系統入口進線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級電源防雷器具備每相100KA以上的最大衝擊容量，要求的限制電壓小於1500V，稱之為CLASSI級電源防雷器。這些電磁防雷器是專為承受雷電和感應雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設計的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（衝擊電流流過電源防雷器時，線路上出現的最大電壓稱為限制電壓）為中等級別的保護，因為CLASSI級保護器主要是對大浪涌電流進行吸收，僅靠它們是不能完全保護供電系統內部的敏感用電設備的。
第一級電源防雷器可防範10/350μs、100KA的雷電波，達到IEC規定的最高防護標準。其技術參考為：雷電通流量大於或等於100KA（10/350μs）；殘壓值不大於2、5KV；響應時間小於或等於100ns。
2、第二級防護
目的是進一步將通過第一級防雷器的殘餘浪涌電壓的值限制到1500—2000V，對LPZ1—LPZ2實施等電位連接。
分配電櫃線路輸出的電源防雷器作為第二級保護時應為限壓型電源防雷器，其雷電流容量不應低於20KA，應安裝在向重要或敏感用電設備供電的分路配電處。這些電源防雷器對於通過了用戶供電入口處浪涌放電器的剩餘浪涌能量進行更完善的吸收，對於瞬態過電壓具有極好的抑制作用。該處使用的電源防雷器要求的最大衝擊容量為每相45kA以上，要求的限制電壓應小於1200V，稱之為CLASSII級電源防雷器。一般用戶供電系統做到第二級保護就可以達到用電設備運行的要求了。
第二級電源防雷器採用C類保護器進行相—中、相—地以及中—地的全模式保護，主要技術參數為：雷電通流容量大於或等於40KA(8/20μs)；殘壓峰值不大於1000V；響應時間不大於25ns。
3、第三級保護
目的是最終保護設備的手段，將殘餘浪涌電壓的值降低到1000V以內，使浪涌的能量有致損壞設備。
在電子信息設備交流電源進線端安裝的電源防雷器作為第三級保護時應為串聯式限壓型電源防雷器，其雷電通流容量不應低於10KA。
最後的防線可在用電設備內部電源部分採用一個內置式的電源防雷器，以達到完全消除微小的瞬態過電壓的目的。該處使用的電源防雷器要求的最大衝擊容量為每相20KA或更低一些，要求的限制電壓應小於1000V。對於一些特別重要或特別敏感的電子設備具備第三級保護是必要的，同時也可以保護用電設備免受系統內部產生的瞬態過電壓影響。
對於微波通信設備、移動機站通信設備及雷達設備等使用的整流電源，宜視其工作電壓的保護需要分別選用工作電壓適配的直流電源防雷器作為末級保護。
4、第四級及四級以上保護
根據被保護設備的耐壓等級，假如兩級防雷就可以做到限制電壓低於設備的耐壓水平，就只需要做兩級保護，假如設備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的保護。第四級保護其雷電通流容量不應低於5KA。