防雷器在电源系统中的应用2

（2）在电力线架空引入，并且没有处在防直击雷保护装置保护之下，电力线可能被直击雷击中时，电力线上的雷电流将增大。进入建筑物内保护区的雷电流取决于外引线路、防雷器放电支路和用户侧线路的阻抗。如内外两端阻抗一致，则电力线被分配到一半的雷击电流。在这种情况下必须采用具有防直击雷功能的防雷器。

         （3）影响电力线雷电流分配的其它因素：
         变压器端接地电阻降低将使电力线中分配电流增大；
         供电线缆长度的增加将使电力线中分配电流减少，并使几根导线中有平衡的电流分配；
         过短的电缆长度和过低的中性线阻抗将使电流不平衡，从而引起差模干扰；
         供电线缆并接多个用户将降低有效阻抗，导致分配电流增大，在连成网状的供电状态下，雷电流主要流入电力线，这是多数雷损发生在电力线处的原因。

         （4）后续的评估模式用于评估LPZ1区以后防护区交界处的雷电流分配情况。由于用户侧绝缘阻抗远远大于防雷器放电支路与外引线路的阻抗，进入后续防雷区的雷电流将减少，在数值上不需特别估算。一般要求用于后续防雷区的电源防雷器的通流能力在20kA（8/20μs）以下，不需采用大通流能力的防雷器。后续防雷区防雷器的选择应考虑各级之间的能量分配和电压配合，在许多因素难以确定时，采用串并式电源防雷器是个好的选择。串并式是根据现代雷电防护中许多应用场合、保护范围、层次区分等特点提出的概念（相对于传统的并式防雷器而言）。其实质是经能量配合和电压分配的多级放电器与滤波器技术的有效结合。串并式有如下特点：

         应用广泛：不但可以按常规进行应用，也适合保护区难以区别的场所；
         滤波器本身对雷电感应的抑制；
         感性退耦器件在瞬态过电压下的分压、延迟作用，以帮助实现能量配合；
         减少过电压、过电流的上升速率，以实现低残压与长寿命以及极快的响应时间。

         （5）防雷器的其它参数选择取决于各个被保护物体所在防雷区的级别，其工作电压以安装在此电路中所有部件的额定电压为准。串并式防雷器还需注意其额定电流。

4防雷器的安装

         （1）电源线应实现多级防护，多级防护是以各防雷区为层次，对雷电能量的逐级减弱（能量分配），使各级限制电压相互配合，zui终使过电压值限制在设备绝缘强度之内（电压配合）。在下列情况下，多级防护成为必须：

某一级防雷器失效或防雷器某一路失效；
安装的防雷器的通流能力小于应转移的雷电流；
防雷器的残压高于设备的绝缘强度；
线缆在建筑物内长度较长时。

         （2）几乎所有情况下的线缆防护，至少应分成两级以上，同一级防雷器还可能包含多级保护（如串并式防雷器）。为了达到有效的保护，可在各防雷区界面处设置相应的防雷器，防雷器可针对单个电子设备，或一个装有多个电子设备的空间，所有穿过通常具有空间屏蔽的防雷区的导线，在穿过防雷区界面同时接有防雷器。也就是说，防雷器应安装在防雷区的界面处，以符合防护的层次性原则，末级防雷器则应靠近设备安装，设备外壳实际上也提供了一个防雷保护区的交界处。另外，防雷器的保护范围是有限的，一般防雷器与设备线路距离超过10m以上将使防护效果劣化，这是因为防雷器和需要保护的设备之间的电缆上有反射造成的振荡过电压，其辐值与线路长度、负载阻抗成正比。

         （3）在使用电源防雷器的多级防护中，如果不注意能量分配，则可能引入更多的雷电能量进入保护区域。这要求用于*级的防雷器根据前述评估模式估算，其通流能力要求较大，而后续防雷器的通流能力可逐级减少。
         实现能量分配的要点在于利用两级防雷器之间线缆本身的感抗。线缆本身的感抗有一定的阻碍雷电流作用，使雷电流更多地被分配到前级泄放。
         一般要求两级防雷器之间线缆长度在15m左右，适用于保护地线与其它线缆紧贴敷设或处于同一条电缆之内的情况。
         线缆上分支线路的长度对线缆要求长度有影响，适用于保护地线与被保护线缆有一定距离（>1m），这时要求线缆长度大于5m即可。
         在一些不适合采用线缆本身作退耦措施如两级防雷区界面靠近时，可利用专门的退耦器件，这时无距离要求。
         （4）电压配合是通过各级防雷器限制电压值的逐级控制，zui终将过电压值限制在设备允许范围内。一般防雷器都有通过雷电流越大，残压越高的特点，通过能量分配后末级防雷器流过的雷电流极小，有利于电压限制。
         在一条线缆上的过电压通过电压配合一级级降低，这要求防雷器的残压逐级减少。
         在流过同样雷电流的情况下，防雷器的残压与其响应电压有关，注意在这种情况下，不考虑电压配合而仅仅选择低响应电压的防雷器作末级保护是危险的。比如末级防雷器响应电压过低导致其响应提早，从而引入的雷电流增大，响应残压会过高。
         实现电压分配的要点在于利用线缆本身的分压作用，对其长度要求与能量分配一致。
         在一些不适合采用线缆本身作退耦措施如线缆长度较短时，可利用专门的退耦器件，这时无距离要求。
         （5）退耦器件是实现能量分配与电压配合的重要措施，以下几种材料可作为退耦器件：线缆、电感、电阻。
         串并式电源防雷器就是一种考虑了能量分配与电压配合，利用滤波器作为退耦器件的防雷器组合形式，适合于各种场合的应用。
         （6）在某些情况下，装上防雷器反而会增加设备损坏的可能，必须杜绝这类情况发生。
         防雷器保护几条线，其中一条线上的防雷器失效或响应速度过慢。比如当雷电来临时，L、N两条线与地之间的电位被抬高。当有一条线的防雷器失效或响应速度过慢，如L相防雷器失效，则N相电位被拉下，而L相还处于高电位，使共模干扰转化为差模干扰而损坏设备。这要求必须实施多级保护及注意防雷器的维护。
         不考虑防雷保护区、能量配合、电压分配而随便安装防雷器，比如仅仅在设备前端装设一只防雷器，由于没有前级保护，强大的雷电流将被吸引到设备前端，致使防雷器残压超过设备绝缘强度。这要求防雷器必须按层次性原则安装。

         （7）在另外一些情况下，错误的安装将使设备得不到有效保护。
         过长的防雷器连接线。根据雷电流在连接线上产生电压的式子U=L·di/dt，假如接地线长达到5m，20kA8/20μs雷电流通过防雷器时，防雷器两端电压被限制在1kV，而连接线上由感抗引起的电压却达到了3.8kV，使得总的残压达到了4.8kV。这时，防雷器是工作了，但加在设备上的仍是危险电压，这个问题在未级防雷器的应用中更加明显。
         解决这个问题的方法是采用短的连接线，一般电源防雷器连线长度要求在25cm之内。当连接线长度超过该值时，可以采用两根以上分开的连接线以分担磁场强度，减少压降，单纯加粗连接线是没有什么效果的。
         必要时可通过改变被保护线的布线，使其靠近等电位连接排（接地点）以减少连接线长度。
         防雷器输出线和输入线、接地线靠近、并排敷设。这种情况对串并式防雷器的影响比较严重。当串并式电源防雷器的输出线（已保护的线）和输入线（未保护线）、地线靠近敷设，会使输出线内感应出瞬态浪涌，虽然其强度较原来为小，但仍可能是危险的。

解决这个问题的方法是输入线、地线与输出线分开敷设或垂直敷设，尽量减少并行敷设的长度，拉开敷设的距离。

防雷器接地线没有与被保护设备的保护地相连，即采取单独的防雷接地。假设防雷器泄放20kA雷电流，不计防雷器限制电压，防雷接地电阻即使是1Ω，在设备保护地与进线之间仍会产生20kV的危险电压。

解决这个问题的方法是防雷器的接地应与设备保护地相连。

（8）防雷器安装的其它要求

         前级防雷器一般安装在进线处保险装置后，末级防雷器应安装在漏电保护装置前端。
         对于有防直击雷功能的大通流能力的防雷器，应在每条放电支路上加装保险装置，容量为前置保险丝的0.6倍，以防烧毁线缆，并有利于维护。串并式电源防雷器应在前端加装与载流量相符的保险装置。
         防雷器除可以保护设备，也可以用于对干扰源的限制。比如在可能产生操作过电压的设备前端装设防雷器，可限制操作过电压进入电网。
         防雷器的连接线应采用多股铜绞线，不应采用单股铜芯线，以便于雷电流泄放。其线径应按等电位连接导体的方法估算。

（9）配电形式对电源防雷器保护模式的影响。
         在TN－C，TN－S，TN－C－S系统里，雷电的干扰是共模干扰，故对电力线的保护模式应该是相－地、中－地。
         在TN系统里，负载不平衡、线缆长度短、中性阻抗低的，和TT系统以及一点接地的直流供电系统里，雷电的干扰很容易转化为差模干扰，故对电力线的保护模式应该是相－中、中－地。

5其它说明
         （1）这里仅仅简单地探讨了防雷器在电源系统中应用的一些问题，在实际的防护工作中，对电源系统的线缆还应该按照相关防雷规范做好屏蔽埋地引入、中性点接地和合理布线等基本措施。
         （2）防雷器的防护效果取决于防雷器的选用和安装技巧，所以应向专业防雷机构或企业进行咨询。