电气系统中电涌保护器的雷电流能量配合设计

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1、第35卷第5期气象科技Vol_35．No．52007年10月M匝TEOROL，CGI(、ALSCIENCEANDTECHNOLOGYOct．2007电气系统中电涌保护器的雷电流能量配合设计陈军(浙江省舟山市气象局，舟山316021)摘要分析了电涌保护器(SPD)使用中所涉及到的雷电流能量配合设计。首先分析了单级SPD与被保护设备之间的配合，使用最大振荡距离和耦合距离的计算公式来测算配合的成功性；其次分析了多级SPD之间的配合，着重分析了两级Sf，I](开关型和限压型组合)的配合，并采用瞬态级间电压降微分方程作为能量配合中所必须遵循

2、的关系式，以及用不同雷电流波形来计算解耦合器的大小，最后提出一个可行的SPD能量配合设计基本步骤。关键词电涌保护器解耦合器最大振荡距离最大耦合距离产生的过电压加在其两端，达到其动作电压(又称点引言火电压)时，以较快的速度产生电弧短路接地，泄放雷击可能造成的雷击电磁脉冲对计算机、通信雷电流入地，当两端电压已经不足以产生电弧时，则设备等微电子设备的危害已经日益受到广泛的重自动关闭，恢复到开路状态，好比开关。限压型SPD视，为防止各种雷击造成的设备过电压和过电流，各(内部核心元件是压敏电阻)，是指当雷击过电压加种电源线路的防雷电涌保护器

3、(SPD：SurgeProtec—在其两端时，它的电阻随着电压的增大而减小，呈现tiveDevice)正被日益推广应用于建筑物、计算机房非线性变化，从而泄放雷电流入地，在其允许的能量或电梯房等设施。综观各种SPD设计保护方案，有承受范围内，两端的电压因此而基本保持在相对输一部分确实具有泄放雷击过电流入地、钳制过电压入雷击过电压较低的水平，达到限压的目的_3I4J。的功能，对用电线路和设备起到了一定的防雷保护2SPD之间、SPD与被保护设备之间的能量配合作用；而有相当一部分的SPD，由于缺乏科学合理的设计基本原理设计，存在先天缺陷，

4、即一方面由于过多布置SPD，造成浪费，另一方面由于不讲究各级的配合机理，有一般而言，采用合适的单级SPD或多级SPD组的仅相当于单级的功能，有的则根本不能满足设计合能够最大限度地将雷击产生的过流、过压抑制在要求E2]。相对较低的水平，以避免后续各种设备受雷击损害。根据《建筑物防雷设计规范》l1J，对建筑物电气而防雷击过电压、过电流归根结底是防雷击在线路系统内运行的电涌保护器(SPD)之间以及与被保护上产生的瞬态电磁能(持续时间从几微秒到几十毫设备之间的雷电流能量配合设计作初步分析，并对秒)，有序地将这些能量泄放入地，即需讲究在这些

5、应用于电气系统防雷电流入侵的SPD的能量配合SPD及线路上各种设备之间的能量分配。设计提出操作可行的建议。电气线路上的传导雷电流的总能量为1电源SPD的类型和功能rIr—一∑{()i()}dt，r是雷电流持续时f．q，()、U=1为防止雷击电流对用电设备或者线路的冲击过i()分别为每级SPD或电气系统等效总负载两端的电压和过电流，电源SPD是很重要的选择，SPD主电压和通过的电流，k代表相加的能量项数，与级数要有开关型和限压型2种。开关型SPD(主要结构有关，单级保护时k取2，两级保护时k取3，多级保护是精致的金属间隙，又称火花间

6、隙，是指当雷击电流时依此类推。作者简介：陈军，男，1971年生，在职硕士研究生，工程师，从事雷电防护技术工作，Email：chj1668@163．eom收稿日期：2006年8月3日；定稿日期：2006年10月7日气象科技第35卷精确的能量配合应该包括电压和电流基本物理量的分别配合，在防雷工程实践中，电压的配合一般可以用来近似模拟能量配合的基本原理。只要在不超过防雷设计的性能指标和其相应保护范围内的前提下，雷电流能量泄放不超过每级SPD的能量承受能力，并且其所产生的过电压不超过对有关设备耐受电压时，这种SPD雷电流能量配合就能实现_

7、5j。SPD保护设备能量配合设计的基本模式有3种：采用单个或者单级SPD保护；采用2级SPD组合保护；采用2级或以上SPD组合保护。上述3种形式，SPD可以选择采用开关型或者限压型。图1工作导线和接地线之间的雷电过电压2．1单级SPD保护的能量配合设计以及反射、耦合效应示意图有时，当被保护的设备自身耐冲击电压较强(不(dI／dt：雷电流及其对时间的微分；H1、d／-／／dt：磁场及其对时间的考虑设备内置SPD情形)，或者防雷设计性能相对微分；z或l：最大振荡距离或最大耦合距离；AU1或△U2：连接导线要求较低，当仅采用1级SPD就

8、有可能满足防雷击上的感应电压降；U1)：SPD两端的保护电平(或称限压、残压)；UP=过电压和电流的要求。U。+AU1十AU2：工作导线和等电位接地线之间的雷电过电压。)根据各个防雷区LPZ(LightningProtection另外，由于雷击电流