淺析浪涌保護(hù)器在智能小區(qū)的應(yīng)用
摘要：本文在闡述浪涌保護(hù)器的應(yīng)用特征的基礎(chǔ)上，提出了智能小區(qū)浪涌保護(hù)器的接線與設(shè)置原則，并分別從電源SPD的選擇、安裝數(shù)量和設(shè)置方式等方面進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：浪涌保護(hù)器;小區(qū);安裝
前言 雷電是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害，它的發(fā)生會(huì)嚴(yán)重危及通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行， 造成企業(yè)直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。例如：損壞建筑物、造成重要設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞、造成對(duì)工作人員人身安全的危害等。因設(shè)備損壞不能運(yùn)行、通訊網(wǎng)絡(luò)的中斷和重要信息的丟失將影響生產(chǎn)和工作的正常進(jìn)行，給生產(chǎn)和生活帶來極大的影響。隨著智能小區(qū)的建設(shè)加速，浪涌保護(hù)器作為一種新型的保護(hù)裝置，在智能小區(qū)的應(yīng)用顯的非常必要。
1、概述
雷電災(zāi)害是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。統(tǒng)計(jì)資料表明，在雷擊災(zāi)害中80%以上的雷電災(zāi)害是由于雷電波沿電源信號(hào)線路等導(dǎo)體侵入室內(nèi)造成的，因此預(yù)防雷電波侵入已成為預(yù)防雷電災(zāi)害必不少的措施。對(duì)此，強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94)要求建筑物均要采取防雷電波侵入的措施[1]。
電氣設(shè)備視其在建筑物電氣裝置內(nèi)的位置應(yīng)具有相應(yīng)的承受瞬態(tài)電涌的絕緣水平。電涌可來自雷電沿線路進(jìn)入，也可來自建筑物內(nèi)部的投切過電壓。當(dāng)電涌水平超過設(shè)備絕緣能承受的水平時(shí)，設(shè)備將損壞而引起種種電氣事故。國(guó)際電工委員會(huì)和一些發(fā)達(dá)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)電涌防護(hù)作出了規(guī)定。
雷電放電可能發(fā)生在云層之間或云層內(nèi)部、或云層對(duì)地之間;另外許多大容量電氣設(shè)備的使用帶來的內(nèi)部浪涌，對(duì)供電系統(tǒng)和用電設(shè)備的影響以及防雷和防浪涌的保護(hù)，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。云層與地之間的雷擊放電，由一次或若干次單獨(dú)的閃電組成，每次閃電都攜帶若干幅值很高、持續(xù)時(shí)間很短的電流。一個(gè)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(shí)間， 大多數(shù)閃電電流在 1萬(wàn) 至10萬(wàn)A 的范圍之間降落， 其持續(xù)時(shí)間一般小于100 微秒。任何用電設(shè)備都存在供電電源電壓的允許范圍。有時(shí)即便是很窄的過電壓沖擊也會(huì)造成設(shè)備的電源或全部損壞。瞬態(tài)過電壓破壞作用就是這樣。特別是對(duì)一些敏感的微電子設(shè)備， 有時(shí)很小的浪涌沖擊就可能造成致命的損壞。
2、智能小區(qū)浪涌保護(hù)器的接線與設(shè)置原則
浪涌保護(hù)器又可稱為過電壓保護(hù)器、電子避雷器或防雷保安器，簡(jiǎn)寫為“SPD”。它的基本原理是在瞬態(tài)過壓(雷電波)發(fā)生的瞬間(微秒或納秒級(jí))，將被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的所有被保護(hù)對(duì)象(設(shè)備、線路等)接入等電位系統(tǒng)中，從而將回路中的瞬態(tài)過電壓幅值限制在設(shè)備能夠承受的范圍內(nèi)，這種回路包括了供電系統(tǒng)的有源線路和信號(hào)傳輸線。SPD 元件分電壓開關(guān)型和限壓型，電壓開關(guān)型SPD如放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管，這種SPD在沒有浪涌時(shí)為高阻值，但一旦響應(yīng)電壓浪涌時(shí)其阻抗突變?yōu)榈椭?限壓型SPD如壓敏電阻、抑制二極管，當(dāng)沒有浪涌時(shí)為高阻抗，但隨浪涌電流和電壓的增加其阻抗會(huì)不斷減少。各類SPD利用各元件的特性，組裝成具有電壓開關(guān)、限壓或這兩種特性兼有的混合型SPD。其設(shè)置原則如下：
(1)總配電箱和終端配電箱處的過電壓保護(hù)器，應(yīng)裝設(shè)在進(jìn)戶斷路器的電源側(cè)。同時(shí)，為防止住宅內(nèi)部投切過電壓對(duì)電子設(shè)備的影響，該插座回路上的過電壓保護(hù)器應(yīng)裝設(shè)在插座回路開關(guān)的負(fù)載側(cè)。
(2)0、5m原則：過電壓保護(hù)器的接地引線應(yīng)盡量短(小于0、5m)，以最大幅度地減小加在電子設(shè)備上的過電壓幅度。
(3)除在住宅信息線路的總進(jìn)戶處裝設(shè)信息線與PE線間的浪涌保護(hù)器外，在進(jìn)入電子設(shè)備的信息線與PE線間也應(yīng)裝設(shè)耐壓25v、涌流為1KA(8/20μS)的浪涌保護(hù)器，以進(jìn)一步抑制進(jìn)入電子設(shè)備內(nèi)的雷電殘壓，并使之達(dá)到電子設(shè)備所能承受的水平。
(4)30m原則：由于線路的感應(yīng)電壓的影響，當(dāng)一級(jí)浪涌保護(hù)器與被保護(hù)設(shè)備的間距大于30m時(shí)，應(yīng)在被保護(hù)設(shè)備前設(shè)二級(jí)浪涌保護(hù)器。
(5)10m原則：兩級(jí)浪涌保護(hù)器的間距應(yīng)大于10m，否則，二級(jí)保護(hù)器可能在一級(jí)保護(hù)器動(dòng)作時(shí)誤動(dòng)作或先于一級(jí)保護(hù)器動(dòng)作。
3、電源SPD的選擇
對(duì)一般低壓輸配電系統(tǒng)雷電波侵入的防護(hù)，根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的重要性，電源SPD安裝1-2級(jí)。對(duì)信息系統(tǒng)的低壓輸配電系統(tǒng)雷電波侵入的防護(hù)，應(yīng)考慮信息系統(tǒng)所處的環(huán)境因素、信息系統(tǒng)設(shè)備的重要性和發(fā)生雷擊事故后的嚴(yán)重程度等因素進(jìn)行雷擊風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估，將信息系統(tǒng)雷電瞬態(tài)過電壓波的防護(hù)分為 A、B、C、D 四級(jí)：A 級(jí)宜在低壓系統(tǒng)中安裝3-4級(jí)SPD，B級(jí)宜在低壓系統(tǒng)中安裝2-3級(jí)SPD，C 級(jí)宜在低壓系統(tǒng)中安裝 2級(jí)SPD，D級(jí)宜在低壓系統(tǒng)中安裝1級(jí)或以上的SPD。第一級(jí)安裝在總進(jìn)線的配電箱前，第二級(jí)安裝在分配電箱前，第三級(jí)安裝在重要設(shè)備配電系統(tǒng)前，第四級(jí)安裝在電子設(shè)備工作電源前。由于首次雷擊是波形 10/350μS 的電流波，第一級(jí)SPD應(yīng)選用測(cè)試波形10/350μS的電壓開關(guān)型SPD(雷電波放電器)，第二級(jí)以后的SPD可以選用測(cè)試波形為8/20μS的限壓型 SPD或混合型SPD。
GB50057—94將防雷區(qū)劃分為 LPZOA、LPZOB、LPZ1，……，LPZn+1區(qū)， 在選擇SPD時(shí)要根據(jù)防雷區(qū)、建筑物防雷類別，結(jié)合浪涌保護(hù)對(duì)象來選擇SPD的類型(開關(guān)型或限壓型)。
4、SPD的安裝數(shù)量和設(shè)置方式
在TN-C-S和TN-C系統(tǒng)中電源進(jìn)線回路中有相線和PEN線,而PEN線需與總等電位聯(lián)結(jié)的接地母排相連通而接地,所以這兩種系統(tǒng)的PEN線上不需裝設(shè)SPD。TN-S和TT系統(tǒng)中的N線在進(jìn)線處不接地，這兩種系統(tǒng)的N線上應(yīng)和相線一樣裝設(shè)SPD。
需要說明的是我國(guó)一些城市的10kV網(wǎng)絡(luò)已開始采用經(jīng)小電阻接地的接地系統(tǒng)，這種網(wǎng)絡(luò)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]。由于我國(guó)10kV配電變電所沒有像國(guó)外變電所那樣將變電所內(nèi)的設(shè)備外殼的保護(hù)接地和220/380V系統(tǒng)N線的系統(tǒng)接地分開設(shè)置，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(tǒng)對(duì)地帶一、二千伏的故障電壓，此故障電壓持續(xù)時(shí)間為10kV接地短路繼電器和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和，約0、5s至1s。此暫態(tài)對(duì)地過電壓在TN系統(tǒng)內(nèi)可引起人身電擊危險(xiǎn)，在TT系統(tǒng)內(nèi)則可能在絕緣老化的設(shè)備和線路內(nèi)觸發(fā)電氣短路事故，它在電涌防護(hù)裝置中則可將壓敏電阻SPD燒壞而造成持久性對(duì)地短路，因壓敏電阻 SPD的熱容量只能承受以μS計(jì)的瞬態(tài)電涌，不能承受以ms計(jì)的暫態(tài)過電壓和暫態(tài)過電流，因此接地系統(tǒng)10kV網(wǎng)絡(luò)供電的低壓TT系統(tǒng)，其電涌防護(hù)的設(shè)置方式不能用通常的圖2(a)的方式，而應(yīng)用圖2(b)的方式。圖2(b)中相線經(jīng)壓敏電阻與N線相接，N線又經(jīng)火花間隙與地相接。將火花間隙放電電壓調(diào)至 3kV至3、5kV就可避免被10kV網(wǎng)絡(luò)接地故障引起的對(duì)地工頻暫態(tài)過電壓將壓敏電阻SPD燒毀的事故。
5、智能小區(qū)浪涌保護(hù)器的防范措施
壓敏電阻SPD可能在遭受雷擊時(shí)損壞,也可能因裝用日久，泄漏電流增大而壽命終了。當(dāng)泄漏電流增大至一定值時(shí)，其上的發(fā)光二極管不再發(fā)光，或以其他方式顯示其失效，這時(shí)應(yīng)及時(shí)以備品替代。如果更換不及時(shí)，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(chǎn)品附帶有過流分?jǐn)嘣�。如果產(chǎn)品不帶此元件，則應(yīng)在線路上裝設(shè)防過流的電器(熔斷器、斷路器)。可裝在SPD的連接線上，也可利用電源線路上的防過流電器。后一方式比較節(jié)省，但它將因SPD的失效而造成電源線路的停電，在重要負(fù)荷的電源線路不宜采用這一方式。
如果SPD所保護(hù)的是Ⅰ類防電擊設(shè)備(有金屬外殼并接有PE線的設(shè)備)，則SPD失效時(shí)可能引起人身電擊事故。SPD失效時(shí)接地故障電流Id在 PEN線和PE1線上產(chǎn)生故障電壓降。此壓降沿PE2線傳導(dǎo)至設(shè)備外殼上。如果Uf大于安全電壓限值(干燥場(chǎng)所為50V，潮濕場(chǎng)所為25V)，就有可能引起電擊事故。為此應(yīng)在SPD的電源側(cè)裝設(shè)漏電保護(hù)器rcd，如圖中虛線所示，以防人身電擊事故的發(fā)生。當(dāng)電源進(jìn)線處安裝的是大容量火花間隙SPD時(shí)，在泄放大涌流時(shí)會(huì)噴出熾熱的游離氣體，容易引爆或引燃起火。這種SPD不應(yīng)安裝在爆炸危險(xiǎn)和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所，并應(yīng)注意遠(yuǎn)離可燃物質(zhì)。
隨著智能小區(qū)建設(shè)項(xiàng)目的增多，對(duì)于防范雷電導(dǎo)致建筑災(zāi)害的措施顯的必不可少。而浪涌保護(hù)器由于其獨(dú)特的保護(hù)功能，宜受到越來越多的關(guān)注。
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