淺談電源電涌第三級(jí)保護(hù)-防雷、防火，確保用電安全！

深圳市碧通電子有限公司   藍(lán)開(kāi)平

摘要：論述電源電涌第三級(jí)保護(hù)必要性，提出做好電源電涌第三級(jí)(含D類(lèi))保護(hù)的一些建議。

關(guān)鍵詞：電源電涌保護(hù)  三級(jí)防雷  電涌保護(hù)  靜電保護(hù)

   在21世紀(jì)信息時(shí)代，雷電災(zāi)害所涉及的范圍幾乎遍布各行各業(yè)。尤以大規(guī)模集成電路為核心組件的通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、測(cè)量、監(jiān)控、電器等先進(jìn)電子設(shè)備廣泛運(yùn)用于電力、航空、國(guó)防、通信、廣電、金融、交通、石化、醫(yī)療以及其它現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域。由于這些電子設(shè)備普遍存在著對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓、過(guò)電流耐受能力較弱的缺點(diǎn)，因雷電和其它形式的電涌侵入電器設(shè)備內(nèi)部，造成干擾、損壞的災(zāi)害事故呈逐年上升趨勢(shì)。根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料分析，在雷擊損壞電器設(shè)備的事故中，有70%以上是從供電線路侵入的。因此，電源系統(tǒng)防雷是電子設(shè)備及其系統(tǒng)防雷的重要環(huán)節(jié)。

   對(duì)建筑物及其電子信息系統(tǒng)的電源供電線路實(shí)施多級(jí)防雷是綜合防雷的重要組成部分，這是防雷業(yè)界的共識(shí)。電源系統(tǒng)第一、第二級(jí)防雷保護(hù)，從防雷設(shè)計(jì)、設(shè)備配置、安裝到檢驗(yàn)，無(wú)論是設(shè)計(jì)方、施工方、建設(shè)方和工程驗(yàn)收方都極為注重，一般都能達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。關(guān)于電源系統(tǒng)第一、第二級(jí)防雷，已有很多文章論述，在此不再重復(fù)。下面對(duì)電源系統(tǒng)第三級(jí)防雷（電涌保護(hù)）進(jìn)行淺析和探討。

   對(duì)于電源第三級(jí)防雷保護(hù)的必要性和重視程度，有一個(gè)認(rèn)識(shí)問(wèn)題。作者從建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)師了解到，許多建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)電源第三級(jí)防雷都不涉及，只設(shè)計(jì)電源總配電和大樓分配電的防雷（即電源第一級(jí)和第二級(jí)防雷）。究其原因，電器設(shè)備的配置在設(shè)計(jì)時(shí)往往都是變數(shù)，需要保護(hù)的電器設(shè)備除機(jī)房外都比較分散，數(shù)量也多。除此之外，工程的復(fù)雜性，工程費(fèi)用的增加，對(duì)工程施工方和建設(shè)方來(lái)說(shuō)，在某種程度上都會(huì)帶來(lái)負(fù)擔(dān)。因此，在防雷工程實(shí)施中往往被“疏忽”或淡化。這樣，防雷系統(tǒng)第三道防線就成了問(wèn)題。舉一個(gè)雷擊損壞電器設(shè)備的案例：某機(jī)場(chǎng)建在海波高度200米山上的一座雷達(dá)站，地處雷暴高發(fā)區(qū)，實(shí)施防雷工程時(shí)，建了避雷針和接地系統(tǒng)，且在總配電房和機(jī)房安裝了第一和第二級(jí)電源防雷器。1994年夏天，雷電擊中山腳附近的架空三相電源供電線路，造成山下水泵房電源配電箱嚴(yán)重?fù)p毀，山上雷達(dá)站電源設(shè)備（包括UPS整流二極管9只、大功率管5只、500V/15A保險(xiǎn)管13只）和雷達(dá)9塊控制電路板損壞，雷達(dá)癱瘓，經(jīng)濟(jì)損失約200萬(wàn)元。這次事故發(fā)生在電源架空線上，我們?cè)谶@里只探討電源的防雷保護(hù)。上述的總配電房和機(jī)房配電箱安裝的一、二級(jí)電源防雷器均未損壞，可是電源設(shè)備損壞卻如此嚴(yán)重。有人懷疑是防雷器質(zhì)量有問(wèn)題，作者認(rèn)為不完全如此。安裝的電源防雷器性能和可靠程度不清楚，但它對(duì)強(qiáng)雷電的侵入未能遏止住是肯定的�；仡^仔細(xì)分析，也不能全怪怨兩只電源防雷器，如此強(qiáng)大的雷擊，兩處電源系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞甚至冒煙起火，兩只電源防雷器能頂?shù)米�嗎？假如�?dāng)時(shí)電源安裝了第三級(jí)防雷器，筑起了一道完善的防線，雷達(dá)站雷擊損壞可能是另一種狀況，起碼損壞不會(huì)那么慘重。

    電源第三級(jí)防雷保護(hù)能起多大的作用？

   電源防雷器，無(wú)論是第一級(jí)、第二級(jí)還是第三級(jí)，都是并聯(lián)在電源線路上的，對(duì)侵入電源線路的雷電流都同樣起分流作用，將雷電流疏通至接地極釋放，使電路過(guò)電壓逐級(jí)下降。電源第三級(jí)防雷器使第二級(jí)的殘壓進(jìn)一步降低，也減輕了第一、第二級(jí)防雷器的分流負(fù)擔(dān)。像上述雷達(dá)站雷擊情況，強(qiáng)大的雷電流僅靠電源的第一、第二級(jí)泄放是困難的。第一級(jí)SPD響應(yīng)慢，第二級(jí)SPD分流能力有限，往往是還來(lái)不及釋放，部分雷電流就已經(jīng)跨過(guò)了第二級(jí)，使第二級(jí)輸出的殘壓過(guò)高，雷電的能量有待進(jìn)一步釋放。據(jù)此就不難明了上述雷達(dá)站雷擊事故的因果關(guān)系。一臺(tái)或多臺(tái)電源第三級(jí)防雷器的共同參與分流作用，可使雷電流釋放更加充分，殘壓進(jìn)一步降低，達(dá)到電器設(shè)備的安全要求。

    這里列舉另一雷擊的案例：2005年5月，廣東省東莞市某玩具廠發(fā)生一次雷擊事故。雷擊把該廠安裝在電腦主服務(wù)器電源端口處的電源電涌保護(hù)器打壞，冒出濃濃的黑煙，防雷器電路板嚴(yán)重?fù)p毀，防雷的關(guān)鍵元件壓敏電阻爆裂。幸運(yùn)的是電腦服務(wù)器并未損壞，拆下電源電涌保護(hù)器，接上電源，電腦服務(wù)器正常工作。該廠于2004年底為完善防雷系統(tǒng)，安裝了電源和信號(hào)線路防雷設(shè)備，包括四級(jí)電源防雷保護(hù)（總配電、分配電和電子系統(tǒng)主機(jī)分別裝了一、二、三級(jí)防雷器，有十臺(tái)電腦電源端口特別加裝了2.5KA的電涌保護(hù)器作精細(xì)保護(hù)！）和電腦、電話和監(jiān)控信號(hào)線路防雷。這次雷擊除前述的電腦服務(wù)器的電源電涌保護(hù)器（電源第四級(jí)SPD）損壞外，其它的防雷器和電器設(shè)備都未損壞�？上攵�知，是電源第四級(jí)SPD起了關(guān)鍵作用而挽救了該廠的電腦服務(wù)器，也是電源多級(jí)防雷所起的綜合防護(hù)作用的結(jié)果。因?yàn)�，雷電（感�?yīng)）進(jìn)入電源線路后，不可能有明確的走向，而是隨機(jī)的，哪里的接地電阻小，雷電流就往哪里流。這次雷電流在進(jìn)入電腦服務(wù)器之前，其安裝的電源電涌保護(hù)器起到了分流、限壓的作用，保護(hù)了電腦服務(wù)器。而該電涌保護(hù)器因流過(guò)的雷電流過(guò)強(qiáng)損壞是正常的現(xiàn)象。這次雷擊事故充分的說(shuō)明了電源多級(jí)防雷抗電涌的重要性和它對(duì)電器設(shè)備系統(tǒng)所起的保護(hù)作用，也提醒我們，電源第三級(jí)SPD必不可少，重要的關(guān)鍵設(shè)備還應(yīng)做電源第四級(jí)SPD的精細(xì)保護(hù)，以保障電器設(shè)備的安全。

   上面談到的電源三級(jí)防雷是針對(duì)雷電侵入電力系統(tǒng)干線考慮的。實(shí)際的電力設(shè)備系統(tǒng)的部分終端離分配電柜（第二級(jí)防雷）還有一定的距離，這段線路感應(yīng)雷電仍然存在。特別要提及的是近幾年，高層樓宇越來(lái)越多，樓越高、受雷擊的幾率也越多。當(dāng)雷電擊中高樓的避雷針、避雷帶時(shí)，雷電流沿引下線（通常為建筑物的鋼筋）流下向大地釋放時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，使周?chē)�的金屬感�?yīng)雷電，其中就包括樓內(nèi)的電源線路。高樓的總配電（第一級(jí)防雷）通常放在樓底。這樣，高層樓宇電器設(shè)備防感應(yīng)雷主要靠電源第三級(jí)SPD。

   電涌保護(hù)器（SPD）除防雷功能外，還具有抗電涌、防靜電功能。日常產(chǎn)生的電涌的面很廣，如電源的開(kāi)和關(guān)，電源的插拔，電梯、電閘門(mén)、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，電鉆，電焊，電器設(shè)備損壞和電線短路等都會(huì)產(chǎn)生電涌。與雷電相比，雖然電涌的脈沖電壓較低，但其脈沖寬、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度仍然不小。電涌足于干擾和損壞電器，甚至殃成火災(zāi)。且電涌發(fā)生在電源系統(tǒng)內(nèi)部，電源干線、支線、發(fā)電機(jī)、變配電裝置、UPS、交直流電源、甚至電器設(shè)備終端都可能發(fā)生。一旦發(fā)生就會(huì)直接進(jìn)入電器設(shè)備內(nèi)部，造成電器設(shè)備的損壞。且電涌平時(shí)就經(jīng)常發(fā)生，防不勝防！所以，電涌對(duì)電器設(shè)備的威脅很大，不可等閑視之！

   靜電，當(dāng)雷云或其它帶電物體與金屬導(dǎo)體靠近時(shí)，金屬導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出與帶電物體極性相反的電荷，靜電電荷若得不到及時(shí)的釋放，其電壓會(huì)越積越高，可達(dá)幾百伏至上千伏。靜電一旦在電源線路上形成，將威脅電器的安全。

   電涌、靜電和雷電的性質(zhì)一樣，其防護(hù)都可以通過(guò)浪涌（電涌）保護(hù)器（SPD）加以抑制。前面電源保護(hù)器統(tǒng)一稱(chēng)作電源電涌保護(hù)（電源SPD）比較恰當(dāng)。根據(jù)雷電、電涌和靜電所具有的特性，在電源系統(tǒng)發(fā)生的部位及其對(duì)電器威脅的程度，可以看出第三級(jí)電源SPD保護(hù)的范圍更廣，對(duì)各種電涌的吸收更有效，其功能和作用并不亞于第一、二級(jí)電源SPD。因此，在建筑及電器設(shè)備系統(tǒng)的電源系統(tǒng)實(shí)施防雷時(shí)，只有同時(shí)做好三級(jí)電涌保護(hù)，才能有效的防范雷電、電涌和靜電對(duì)電器的侵襲，從而保障電器設(shè)備的安全。防雷工程的實(shí)踐，也充分證明了這一點(diǎn)，無(wú)論工程項(xiàng)目范圍大小，凡是在做好第一、二級(jí)電源防雷的同時(shí)，較為完善地解決好電源第三級(jí)防雷，防雷工程就能達(dá)到良好的效果。在此，需特別強(qiáng)調(diào)的是不要忽視第三級(jí)電源SPD保護(hù)，否則將前功盡棄，殃成惡果！尤其是高層樓宇、電源線路長(zhǎng)和跨樓的電器、露天的電器終端、無(wú)人值守的基站、機(jī)房、監(jiān)控、監(jiān)測(cè)和監(jiān)管中心等等，第三級(jí)電源SPD保護(hù)應(yīng)著重和加強(qiáng)。電腦機(jī)房、監(jiān)控中心等設(shè)備數(shù)量多和集中的場(chǎng)所，建議在其配電箱按第二級(jí)電源SPD保護(hù)處理，在其重要設(shè)備終端安裝第三級(jí)電源SPD。而特別重要的電子信息系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，如電腦網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器，在其設(shè)備的電源端口再串接保護(hù)水平低的電源SPD作精細(xì)保護(hù)也有必要。建筑和電器設(shè)備系統(tǒng)未做或不完善的三級(jí)電源SPD，一定要加以完善。

    第三級(jí)（D類(lèi)）電源SPD在其他方面的應(yīng)用：

   上述電源三級(jí)電涌保護(hù)，真正進(jìn)行實(shí)施的目前還不多，仍停留在某些高端的信息系統(tǒng)（如電腦網(wǎng)絡(luò)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等）、重要單位和部門(mén)（公安、海關(guān)、指揮部等）和重要場(chǎng)所（雷達(dá)站、電站等），還有許許多多的各種電器設(shè)備，不僅沒(méi)有做三級(jí)電源電涌保護(hù)，甚至連電涌保護(hù)都未沾上邊。如電梯、水氣泵站、通信站、監(jiān)測(cè)站、停車(chē)場(chǎng)、地磅、商場(chǎng)、學(xué)校、醫(yī)院等企事業(yè)單位的電腦、電器及千千萬(wàn)萬(wàn)的家庭電器- - - - - -幾乎成了被遺忘的角落。這里有認(rèn)識(shí)問(wèn)題，缺乏防雷抗電涌的安全意識(shí)；絕大多數(shù)樓房在建設(shè)時(shí)，就沒(méi)有設(shè)計(jì)和實(shí)施電器的防雷抗電涌保護(hù)；有的有僥幸心理，以為多年都未遭受雷擊傷害等等。這樣，這些分散的數(shù)量眾多的電器設(shè)備成了雷擊的“目標(biāo)”、電涌的“標(biāo)的”。從廣東省氣象局防雷檢測(cè)所收集的雷害事故的資料了解到雷害事故讓人觸目驚心，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，廣東平均每年的雷害事故造成的經(jīng)濟(jì)損失近三憶元人民幣。其收集的案例表明雷害事故損壞的大部分都是分散且沒(méi)有防雷保護(hù)的電器設(shè)備。如此眾多的電器設(shè)備按三級(jí)電源SPD的要求實(shí)施，有許多困難，也不現(xiàn)實(shí)。對(duì)其中部分貴重的電器設(shè)備安裝第三級(jí)（D類(lèi)）電源電涌保護(hù)器（屬于最基本的防雷抗電涌保護(hù)），仍然很有必要，實(shí)施起來(lái)也不難。D類(lèi)電源SPD雖然其承受雷擊的抗浪涌能力不如一級(jí)（B類(lèi)）、二級(jí)（C類(lèi)），但其通流量足以抵御感應(yīng)雷擊和較弱的雷電波、工業(yè)電涌的侵入，且響應(yīng)快速，殘壓低，而感應(yīng)雷擊占雷擊傷害事故的85%以上。因此，D類(lèi)電源電涌保護(hù)器對(duì)安裝在室內(nèi)的電器設(shè)備防感應(yīng)雷擊和電涌能起著良好的保護(hù)作用。D類(lèi)電源SPD的價(jià)格低、性?xún)r(jià)比高，無(wú)需專(zhuān)門(mén)做防雷接地（利用電源工作地即可�。�，安裝容易，普通電工即可操作安裝。

    為防止雷電及各種形式的電涌侵入電器設(shè)備內(nèi)部造成干擾、損壞和災(zāi)害事故，各類(lèi)電器設(shè)備都應(yīng)安裝D類(lèi)電源SPD�！巴鲅蜓a(bǔ)牢”還未晚，否則還會(huì)“亡羊”，千萬(wàn)不要有僥幸心理。

    第三級(jí)（D類(lèi)）電源SPD的選擇：

     第三級(jí)（D類(lèi)）電源SPD宜采用下述電路：

    特點(diǎn)：

    1.能有效抑制共模和差模電涌；

    2.適合于多種制式的電源系統(tǒng)；

    3.流過(guò)MOV漏電大大減小，延長(zhǎng)SPD待機(jī)壽命；

    4.PE與N隔離，安全可靠，可避免地電位升高對(duì)電源和設(shè)備的影響。

    特點(diǎn)：

    1.共模、差模全保護(hù)模式，殘壓低；

    2.響應(yīng)快，響應(yīng)時(shí)間≤25ns；

    3.PE與N隔離，安全可靠，避免地電位升高對(duì)電源和設(shè)備的影響；

    4.接地線極短，有利于電涌釋放。

   第三級(jí)（D類(lèi)）電源SPD的主要性能包括標(biāo)稱(chēng)放電電流、最大浪涌放電電流、保護(hù)水平和響應(yīng)時(shí)間等。對(duì)第三級(jí)（D類(lèi)）電源SPD，各地的標(biāo)準(zhǔn)不一樣。德國(guó)采用1至5KA的標(biāo)稱(chēng)放電電流（8/20μs）；我國(guó)沒(méi)有統(tǒng)一的說(shuō)法，通常采用5至15KA的標(biāo)稱(chēng)放電電流（8/20μs）或10至25KA的最大放電電流（8/20μs）。電源SPD的放電電流究竟多大合適，這要根據(jù)安裝場(chǎng)地的環(huán)境（電涌性質(zhì)、強(qiáng)度和出現(xiàn)的幾率）、電源線路的狀況（長(zhǎng)度、有無(wú)屏蔽、室內(nèi)還是室外鋪設(shè)）和被保護(hù)電器重要程度及其抗電涌能力和要求等選擇。在滿(mǎn)足電源系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的情況下，SPD持續(xù)工作電壓要低，以獲得較低的保護(hù)水平。當(dāng)然，SPD的保護(hù)模式、泄流的過(guò)熱脫扣保護(hù)、安全故障、告警指示以及SPD適應(yīng)的電源系統(tǒng)制式等都應(yīng)加以考慮。選擇性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠且能與電源SPD前兩級(jí)能量相配合的SPD是第三級(jí)電源電涌保護(hù)的關(guān)鍵，一定要嚴(yán)格把關(guān)，

    第三級(jí)（D類(lèi)）電源SPD的安裝：

    第三級(jí)（D類(lèi)）電源SPD應(yīng)安裝在靠近電源設(shè)備的電源接口處。SPD接地端與電源工作接地（PE）連接，連線應(yīng)盡可能的短和直，長(zhǎng)度一般不應(yīng)大于0.5米。若電源無(wú)工作接地，應(yīng)另做防雷接地。防雷接地的做法可采取把建筑物墻柱鑿開(kāi)小孔，露出鋼筋，焊上一根帶螺栓的鋼條，再用一根帶圓孔接頭的銅導(dǎo)線與SPD連接，接地電阻≤10Ω

    電源電涌保護(hù)，除上面談及的安裝第三級(jí)（D類(lèi)）電源SPD 外，根據(jù)實(shí)際情況，還應(yīng)做好屏蔽（線路、機(jī)房、設(shè)備），等電位連接，建立聯(lián)合共同接地系統(tǒng)等，將三級(jí)電源SPD保護(hù)認(rèn)真做深、做細(xì)、做好，筑起一道電涌無(wú)法逾越的防線，保障信息系統(tǒng)和電器設(shè)備的安全。

    水平有限，文章中不當(dāng)之處再所難免，誠(chéng)請(qǐng)專(zhuān)家和同行指正。

參考文獻(xiàn)：

1.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-94（2000年版）；

2 根據(jù)雷擊因數(shù)正確選擇SPD的通流容量  （信息產(chǎn)業(yè)部郵電設(shè)計(jì)院：劉吉克）。

3.新一代多功能電源安全插座

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