刘玖增

摘 要：建筑物的雷电防护在供配电工程中的安全领域，占有很重要的地位。工程实践中，智能建筑的防浪涌在电气安全系统中，对整体建筑，甚至室内各个电气的安全起着关键作用。浪涌保护器的构成和选型，是防雷击设计中必须要慎重考虑的内容。

关键词：浪涌保护器;工作原理;应用简述

中图分类号：TU862 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）10-0051-02

1 基本概念

（1）浪涌电压：雷电击中室外输电线路时，及接通或断开的线路具有较大电感负荷时，常常会在瞬间产生很高的操作过电压，当该电压保持在1ns～2ns时，被称作尖峰电压。持续3ns以上时，将产生浪涌效应，被称为浪涌电压（或浪涌电流）。浪涌电压会对整个配电网络设备产生极大的压力甚至破坏。（2）浪涌保护器：也称防雷器，是一种当配电网络遭受雷击或过电压操作时，为供配电设备提供保护的装置。当电气回路因雷击或操作电压而存在尖峰电压（或电流）时，能在极短的时间内导通分流，避免浪涌电压（电流）对回路中其他设备的损害。[1]

2 按工作原理分类

2.1 开关型

在正常工况时呈现为高阻抗，在回路存在因雷击或操作过电压时，其阻抗突变为低值，允许雷电流通过。此类装置的组件主要为：放电间隙，气体放电管，闸流晶体管等。

2.2 限压型

正常工况下呈现高阻抗，回路电压或电流增大时，阻抗不断减小，电流-电压特性为明显非线性。此类装置的组件主要为：压敏电阻，限压二极管，雪崩二极管。

2.3 分流型与阻流型

（1）分流型：和被保护设备元器件为并联关系，当回路存在雷电过电压（或操作过电压）时，对浪涌电流呈现低阻抗特性，分流浪涌电流，达到保护元器件的目的。（2）阻流型：和被保护设备元器件为串联关系，当回路存在雷电过电压（或操作过电压）时，对浪涌电流呈现高阻抗特性，阻断浪涌电流通过，达到保护元器件的目的。这两类装置的组件主要有：阻流线圈，高（低）通滤波器，1/4波长短路器。

2.4 按用途分类

交（直）流电源保护器，网络信号防雷器，视频信号防雷器等。

3 浪涌保护器的基本元件[2]

3.1 放电间隙（又称保护间隙）

放电间隙由两根存在一点间隔距离的金属棒构成，其中一根和被保护设备的电源线（或中性线）相连，另一根与接地线相连。当线路中存在雷击过电压（或过电流）时，导线间隙被击穿，过电压（或过电流）被泄入大地，从而避免设备负载过量电压（或电流）。保护间隙的距离可以根据需要调整，该保护结构简单，但灭弧能力差，有时可引发网络的电气震荡。

角形间隙，灭弧功能较前者为好，它是靠回路的电动力和热气流上升的共同作用，使电弧熄灭的。

3.2 气体放电管

气体放电管本质就是压敏开关。所有气体放电管结构主要是由电极及绝缘瓷管组成，在电极表面涂有电性活跃的电子粉，极间间隙不到1mm。在绝缘瓷管内壁设有导电带，雷击电流（或操作过电压）通过时，可以加速绝缘瓷管内作用电场的放电电离效果，使得放电管具备更高的相应特性和可恢复性。

3.3 压敏电阻

压敏电阻是以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，具有非线性伏安特性，当作用电阻两端的电压达到一定程度后，电阻会对电压十分敏感，并接通相应的保护电路，它的工作原理相当于多个半导体P-N结的串并联。

压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的额定阀值时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过额定阀值后，阻值会变小，流过的电流会加大，从而减小过电压对被保护设备的压力。利用这一特性，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，避免被保护设备被雷电击穿。

3.4 瞬态抑制二极管

瞬态二极管是一种二极管形式的电流式保护元件。当二极管受到反向短时高电压（或电流）冲击时，两极间的高阻抗在极短的时间内（10-12秒）变为低阻抗，能吸收很大的功率（高达数千瓦），使二极管两端电压始终处于一个安全位置，因而该类元件可以有效的保护弱电回路中的精密设备。

二极管的技术参数主要有以下内容。

（1）额定击穿电压。指的是存在反向击穿电流达到1毫安时，二极管承受的击穿电压，对于齐纳二极管而言，击穿电压一般在2.9V～4.7V之间，对于雪崩二极管而言，额定击穿电压常在5.6V～220V之间。（2）最大箝位电压。指的是回路存在浪涌电流时，会出现波形大电流，此时二极管两端的最高电压。

3.5 阻流线圈

阻流线圈是一个以铁氧体为磁芯的电流抑制器件，它由两个尺寸相同、匝数相同的线圈对称地绕制在一个铁氧环形磁芯上，形成一个四线端器件，其本质是个大电感，当回路被雷击后，存在浪涌大电流，会被阻流线圈极大的抑制，而工频下的差模信号导致的极小漏电感，则几乎没有抑制效果[2]。

3.6 1/4 波长短路器[2]

“1/4波长”的波长指的是工频下的工作电压（电流）信号的波长。以此“1/4波长”的长度制作金属材质短路棒，并联于被保护元器件，该保护回路对于工频信号，阻抗无穷大，不影響信号传输。雷电电流主要为几千赫兹到几百千赫兹 之间，此时短路棒对于浪涌电流阻抗很小，相当于短路，则浪涌电流被泄放入地，如图1所示。

1/4波长短路棒的直径一般为几毫米，能够泄放300KA以上的浪涌电流，残压很小。

4 浪涌保护器的分级保护

雷击产生的浪涌电流能量巨大，因此应该采用逐级泄放的方式，将浪涌电流分级泄放到大地中。

第一级防护，主要是发生雷击时，通过防雷器将雷电流直接进行泄放，所以供配电网络中，有可能发生直接雷击的地方，必须进行Ⅰ级的防雷。

第二级防雷器是针对第一级防雷的残余电压所产生的感应残压进行消纳和削减。第一级发生较大雷击能量泄放后，有一部分残余浪涌电压，经线路传导后，仍对设备产生电击压力，所以需要第二级防雷器进一步吸收。

第三级防雷器是对经第二级防雷后，仍存在感应雷击电磁脉冲辐射和经过第二级防雷器后的残余雷击能量进行保护。

4.1 第一级保护

此级目的是将浪涌电压限制到2500V～3000V之间。在实际工程中，该级防浪涌保护器是主要承受雷电并将大量的浪涌电流泄流到大地。

4.2 第二级防护

此级目的是将通过第一级防护后的残余浪涌电压限制在1500V～2000V，防雷区内的LPZ1—LPZ2区域各电气设备实施等电位连接。一般用户的防雷等级达到二级防护时，基本能保证电气设备雷电安全防护要求。

4.3 第三级保护

此级目的是最终保护设备的手段，需要将残余雷击浪涌电压限制在1000V以下。

4.4 第四级及四级以上保护

根据雷击防护规范的要求，应该在二级防护级别时，就应该将残余雷电浪涌限制在设备耐压水平之下。如果设备的电压耐压水平较低，就有可能需要四级甚至更多级的雷电防护。而四级防护的雷电融通量应该不低于5KA。

5 浪涌保护器和避雷器的区别[2]

5.1 设备电压等级不同

避雷器范围广泛，从0.4kV到500kV超高压都有，而1KV以下基本使用浪涌保护器。

5.2 保护对象不同

常见供配电气设备使用避雷器，而二次信号回路和电子仪器仪表等末端电气使用浪涌保护器。

5.3 绝缘水平和耐压水平不同

避雷器主要保护供配电电气设备的，浪涌设备主要保护信号回路和电子设备的，而供配电气设备和信号回路及弱电电子信号设备的耐压水平不是一个数量级，所以避雷器和浪涌保护器的保护残压应该与保护设备的耐压水平相对应。

5.4 安装位置不同

避雷器一般安装在供配电的进线一次线路上，可以阻挡雷电波的直接侵入，可以对入线的架空线和变压器进行有效防护;而浪涌保护器用于二次系统的弱电信号回路或末端电子设备，做为前级避雷器消除了雷电波的残压直接侵入后的限压分流的补充措施;所以避雷器安装在户外供电进线处，浪涌保护器用于室内电子设备和仪器仪表的防护。

5.5 通流容量不同

避雷器的作用主要是在发生雷击时，作为将雷击电流泄入大地的第一级设备，所以电流通量要求很大;而对于弱电信号回路和仪器仪表等电子控制设备，绝缘水平远小于电源进线的供配电电气设备，浪涌保护器的通流容量一般不大，而且其选型，是以前级避雷器的残压为依据。

6 结语

总体上讲，避雷器是对电源或输电线路等高压设备，而浪涌保护器是保护二级弱电信号回路或精密仪器仪表等电子设备，因此大幅减小雷电电压的不利影响外，还能够极大消减电力网络自身产生的破坏性浪涌冲击。因此当进线高压线路（10KV）已装配避雷器的情况下，在电气网络的低压系统中应该装配防護更精密的浪涌保护器。

参考文献

[1] 杨尊松，王立新，肖超，陆江，李彬鸿.瞬态电压抑制二极管的概述和展望[J].电子设计工程，2016（24）：108-112.

[2] 孙丹峰，季幼章.避雷器和浪涌保护器的比较[J].电源世界，2015（2）：29-39.