十、分級防護

分級防護標準

      第一級防雷器可以對于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，對于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余電壓以及區內感應雷擊的防護設備，對于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沖輻射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余雷擊能量進行保護。

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于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以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓小于2500V，稱之為CLASS I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（沖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CLASS I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范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：雷電通流量大于或等于100KA（10/350μs）；殘壓值不大于2.5KV；響應時間小于或等于100ns。

2）第二級防護

      目的是進一步將通過第一級防雷器的殘余浪涌電壓的值限制到1500—2000V，對LPZ1—LPZ2實施等電位連接。

分配電柜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于20KA，應安裝在向重要或敏感用電設備供電的分路配電處。這些電源防雷器對于通過了用戶供電入口處浪涌放電器的剩余浪涌能量進行更完善的吸收，對于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沖擊容量為每相45kA以上，要求的限制電壓應小于1200V，稱之為CLASS Ⅱ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

第二級電源防雷器采用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：雷電通流容量大于或等于40KA（8/20μs）；殘壓峰值不大于1000V；響應時間不大于25ns。

3）第三級保護

      目的是最終保護設備的手段，將殘余浪涌電壓的值降低到1000V以內，使浪涌的能量不致損壞設備。

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于10KA。

      最后的防線可在用電設備內部電源部分采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沖擊容量為每相20KA或更低一些，要求的限制電壓應小于1000V。對于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。

      對于微波通信設備、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）第四級及以上

      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于設備的耐壓水平，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于5KA。 

十一、安裝方法

      1、SPD常規安裝要求

      浪涌保護器采用35MM標準導軌安裝對于固定式SPD，常規安裝應遵循下述步驟：

1）確定放電電流路徑

2）標記在設備終端引起的額外電壓降的導線，。

3）為避免不必要的感應回路，應標記每一設備的 PE導體，

4）設備與SPD之間建立等電位連接。

5）要進行多級SPD的能量協調

       為了限制安裝后的保護部分和不受保護的設備部分之間感應耦合，需進行一定測量。通過感應源與犧牲電路的分離、回路角度的選擇和閉合回路區域的限制能降低互感，當載流分量導線是閉合回路的一部分時，由于此導線接近電路而使回路和感應電壓而減少。

      一般來說，將被保護導線和沒被保護的導線分開比較好，而且，應該與接地線分開。同時，為了避免動力電纜和通信電纜之間的瞬態正交耦合，應該進行必要的測量。

浪涌保護器安裝接線圖

      2、SPD接地線徑選擇

      數據線：要求大于2.5mm2 ；當長度超過0.5米時要求大于4mm2。YD/T5098-1998。

      電源線：相線截面積S≤16mm2 時，地線用S ；相線截面積16mm2≤S≤35mm2 時，地線用16mm2 ；相線截面積S≥35mm2時，地線要求S/2 ；GB 50054第2.2.9條

十二、浪涌保護器的主要參數：

      1、標稱電壓Un：被保護系統的額定電壓相符，在信息技術系統中此參數表明了應該選用的保護器的類型，它標出交流或直流電壓的有效值。

      2、額定電壓Uc：能長久施加在保護器的指定端，而不引起保護器特性變化和激活保護元件的最大電壓有效值。

      3、額定放電電流Isn：給保護器施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊10次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。

      4、最大放電電流Imax：給保護器施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。

      5、電壓保護級別Up：保護器在下列測試中的最大值：1KV/μs斜率的跳火電壓；額定放電電流的殘壓。

      6、響應時間tA：主要反應在保護器里的特殊保護元件的動作靈敏度、擊穿時間，在一定時間內變化取決于du/dt或di/dt的斜率。

      7、數據傳輸速率Vs：表示在一秒內傳輸多少比特值，單位：bps；是數據傳輸系統中正確選用防雷器的參考值，防雷保護器的數據傳輸速率取決于系統的傳輸方式。

      8、插入損耗Ae：在給定頻率下保護器插入前和插入后的電壓比率。

      9、回波損耗Ar：表示前沿波在保護設備（反射點）被反射的比例，是直接衡量保護設備同系統阻抗是否兼容的參數。

      10、最大縱向放電電流：指每線對地施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。

      11、最大橫向放電電流：指線與線之間施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。

      12、在線阻抗：指在標稱電壓Un下流經保護器的回路阻抗和感抗的和。通常稱為“系統阻抗”。

      13、峰值放電電流：分兩種：額定放電電流Isn和最大放電電流Imax。

      14、漏電流：指在75或80標稱電壓Un下流經保護器的直流電流。 

十三、作用

      雷電放電可能發生在云層之間或云層內部，或云層對地之間；另外許多大容量電氣設備的使用帶來的內部浪涌，對供電系統（中國低壓供電系統標準：AC 50Hz 220/380V）和用電設備的影響以及防雷和防浪涌的保護，已成為人們關注的焦點。

      云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10，000至100，000安培的范圍之間降落，其持續時間一般小于100微秒。

      供電系統內部由于大容量設備和變頻設備等的使用，帶來日益嚴重的內部浪涌問題。我們將其歸結為瞬態過電壓（TVS）的影響。任何用電設備都存在供電電源電壓的允許范圍。有時即便是很窄的過電壓沖擊也會造成設備的電源或全部損壞。瞬態過電壓（TVS）破壞作用就是這樣。特別是對一些敏感的微電子設備，有時很小的浪涌沖擊就可能造成致命的損壞。 

十四、專業術語

1、接閃器 Air-termination system

用于直接接受或承受雷擊的金屬物體和金屬結構，如：避雷針、避雷帶（線）、避雷網等。

2、引下線 Down conductor system

連接接閃器與接地裝置的金屬導體。

3、接地裝置 Earth termination system

接地體和接地體連接導體的總和。

4、接地體 Earth electrode

埋入地中直接與大地接觸的金屬導體。也稱接地極。直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬設施、金屬管道、金屬設備等可以兼作接地體，稱為自然接地體。

5、接地體連接導體 Earth conductor

從電氣設備接地端子接到接地裝置的連接導線或導體，或從需要等電位連接的金屬物體、總接地端子、接地匯總板、總接地排、等電位連接排至接地裝置的連接導線或導體。

6、直擊雷 Direct lightning flash

直接擊在建筑物、大地或防雷裝置等實際物體的雷電。

7、地電位反擊 Back flashover

雷電流經過接地點或接地系統而引起該區域地電位的變化。地電位反擊會引起接地系統電位的變化，可能造成電子設備、電氣設備的損壞。

8、雷電防護系統 Lightning protection system（LPS）

減少雷電對建筑物、裝置等防護目標造成損害的系統，包括外部和內部雷電防護系統。

8.1外部雷電防護系統 External lightning protection system

建（構）筑物外部或本體的雷電防護部分，通常由接閃器、引下線和接地裝置組成，用于防直擊雷。

8.2內部雷電防護系統 Internal lightning protection system

       建（構）筑物內部的雷電防護部分，通常由等電位連接系統、共用接地系統、屏蔽系統、合理布線、電涌防護器等組成，主要用于減小和防止雷電流在防護空間內所產生的電磁效應。