供電系統(tǒng)的防雷防浪涌保護(hù)
引言
雷電放電可能發(fā)生在云層之間或云層內(nèi)部，或云層對地之間；另外許多大容量電氣設(shè)備的使用帶來的內(nèi)部浪涌，對供電系統(tǒng)（中國低壓供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：AC 50Hz 220/380V）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。
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(xù)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(shù)閃電電流在10，000至100，000安培的范圍之間降落，其持續(xù)時間一般小于100微秒。
供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大容量設(shè)備和變頻設(shè)備等的使用，帶來日益嚴(yán)重的內(nèi)部浪涌問題。我們將其歸結(jié)為瞬態(tài)過電壓（TVS）的影響。任何用電設(shè)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(shè)備的電源或全部損壞。瞬態(tài)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(shè)備，有時很小的浪涌沖擊就可能造成致命的損壞。
供電系統(tǒng)浪涌的影響
供電系統(tǒng)浪涌的來源分為外部（雷電原因）和內(nèi)部（電氣設(shè)備啟停和故障等）：
# 雷擊對地閃電可能以兩種途徑作用在低壓供電系統(tǒng)上：
l 直接雷擊：雷電放電直接擊中電力系統(tǒng)的部件，注入很大的脈沖電流。發(fā)生的概率相對較低。
l 間接雷擊：雷電放電擊中設(shè)備附近的大地，在電力線上感應(yīng)中等程度的電流和電壓。
# 內(nèi)部浪涌發(fā)生的原因同供電系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備啟停和供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的故障有關(guān)：
供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大功率設(shè)備的啟停、線路故障、投切動作和變頻設(shè)備的運(yùn)行等原因，都會帶來內(nèi)部浪涌，給用電設(shè)備帶來不利影響。特別是計算機(jī)、通訊等微電子設(shè)備帶來致命的沖擊。即便是沒有造成永久的設(shè)備損壞，但系統(tǒng)運(yùn)行的異常和停頓都會帶來很嚴(yán)重的后果。比如核電站、醫(yī)療系統(tǒng)、大型工廠自動化系統(tǒng)、證券交易系統(tǒng)、電信局用交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)樞紐等。
直接雷擊是最嚴(yán)重的事件，尤其是如果雷擊擊中靠近用戶進(jìn)線口架空輸電線。在發(fā)生這些事件時，架空輸電線電壓將上升到幾十萬伏特，通常引起絕緣閃絡(luò)。雷電電流在電力線上傳輸?shù)木嚯x為一公里或更遠(yuǎn)，在雷擊點附近的峰值電流可達(dá)100kA或以上。在用戶進(jìn)線口處低壓線路的電流每相可達(dá)到5kA到10kA。在雷電活動頻繁的區(qū)域，電力設(shè)施每年可能有好幾次遭受雷電直擊事件引起嚴(yán)重雷電電流。而對于采用地下電力電纜供電或在雷電活動不頻繁的地區(qū)，上述事件是很少發(fā)生的。
間接雷擊和內(nèi)部浪涌發(fā)生的概率較高，絕大部分的用電設(shè)備損壞與其有關(guān)。所以電源防浪涌的重點是對這部分浪涌能量的吸收和抑制。
供電系統(tǒng)的浪涌保護(hù)
對于低壓供電系統(tǒng)，浪涌引起的瞬態(tài)過電壓（TVS）保護(hù)，最好采用分級保護(hù)的方式來完成。從供電系統(tǒng)的入口（比如大廈的總配電房）開始逐步進(jìn)行浪涌能量的吸收，對瞬態(tài)過電壓進(jìn)行分階段抑制。
[第一道防線] 應(yīng)是連接在用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相和大地之間的大容量電源防浪涌保護(hù)器。一般要求該級電源保護(hù)器具備100KA/相以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓應(yīng)小于1500V。我們稱為CLASS I 級電源防浪涌保護(hù)器（比如美國EFI公司的TBP、ISE、IBP等型號電源防浪涌保護(hù)器（簡稱SPD））。 這些電源防浪涌保護(hù)器是專為承受雷電和感應(yīng)雷擊的大電流和高能量浪涌能量吸收而設(shè)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SPD時，線路上出現(xiàn)的最大電壓成為限制電壓）為中等級別的保護(hù)，因為CLASS I 級的保護(hù)器主要是對大浪涌電流的吸收。僅靠它們是不能完全保護(hù)供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電設(shè)備。
[第二道防線] 應(yīng)該是安裝在向重要或敏感用電設(shè)備供電的分路配電設(shè)備處的電源防浪涌保護(hù)器。這些SPD對于通過了用戶供電入口浪涌放電器的剩余浪涌能量進(jìn)行更完善的吸收，對于瞬態(tài)過電壓具有極好的抑制作用。該處使用的電源防浪涌保護(hù)器要求的最大沖擊容量為45KA/相以上，要求的限制電壓應(yīng)小于1200V。我們稱為CLASS II 級電源防浪涌保護(hù)器（比如美國EFI公司的MBP、OSW、DR4P等型號電源防浪涌保護(hù)器）。一般的用戶供電系統(tǒng)作到第二級保護(hù)就可以達(dá)到用電設(shè)備運(yùn)行的要求了（參見UL1449-C2的有關(guān)條款）。
[最后的防線] 可在用電設(shè)備內(nèi)部電源部分使用一個內(nèi)置式的電源防浪涌保護(hù)器，以達(dá)到完全消除微小瞬態(tài)的瞬態(tài)過電壓的目的。該處使用的電源防浪涌保護(hù)器要求的最大沖擊容量為20KA/相或更低一些，要求的限制電壓應(yīng)小于1000V （比如美國EFI公司的 DR1P、DR2P、DR4P、TITAN 65DR、TITAN16DT等型號的電源防浪涌保護(hù)器)。對于一些特別重要或特別敏感的電子設(shè)備，具備第三級的保護(hù)是必要的。同時也可以保護(hù)用電設(shè)備免受系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓影響。