防雷和选择电涌保护器和相关问题


摘要：本文简要阐述了直击雷产生的电效应、热效应和机械效应常造成火灾，建筑物损坏和人身伤亡等灾害,以及电涌保护器(SPD)的作用和选择。
关键词：直击雷、雷击电磁脉冲防护、电涌保护器。

1．直击雷和雷击电磁脉冲防护
直击雷产生的电效应、热效应和机械效应常造成火灾，建筑物损坏和人身伤亡等灾害。人们为了对直击雷进行防护，多年以来采用Franklin避雷针(由接闪器、引下线和接地装置组成)实现直击雷防护，有效地保护了各种建筑物和工业设施，减少雷害的发生。伴随直击雷同时产生的雷击电磁脉冲(LEMP)的防护是随着微电子技术发展提出的，这是因现代电气和电子系统中广泛的应用的集成电路和其他微电子器件耐受雷击电磁脉冲的能力极低，用避雷针防雷不但不能保护电气、电子系统的安全，通过避雷针的雷电流周围产生的强电磁脉冲会导致电气、电子系统微电子器件劣化、损坏，严重时导致系统瘫痪造成经济损失和人身伤害。
电气和电子系统的雷击电磁脉冲的防护应采用直击雷防护、屏蔽、等电位连接、共用接地和右进出系统的各端口安装电涌保护器(SPD)等措施进行综合防护以防止和减少雷电入侵,雷击电磁脉冲造成的危害。
直击雷防护是给雷电流提供泄放通道，使雷击电流顺利的泄放到大地以保护建筑物。
屏蔽和接地系统结合就能阻止和减弱雷击电磁波侵入被保护电气和电子系统，通过屏蔽和接地系统连接把雷击电磁波感应的瞬时过电压、文电流泄放到地。
等电位连接与接地系统相结合为了减少侵入的雷击电磁脉冲在电气、电子系统所在建筑物金属物体与系统之间或系统与系统之间产生的电差，使电位均衡，防止电位差对系统产生的损坏。对无法进行等电位的电源线、信号线等功能性线路采用电涌保护器方法，实现准等电位连接以防制瞬时过电压来保护电气、电子系统正常工作。
直击雷防护、屏蔽、等电位连接、共用接地和安装电涌保护器各有其责，是全系统中的串联子系统，缺一不可。只有各措施做到位才能做好雷电防护工作。
2．电涌保护器(SPD)的作用和选择应考虑的因素
2．1电涌保护器(SPD)的作用
将电气、电子系统中不能用使用导体进行等电位连接的带电导体，如电源线、信号线等使用电涌保护器与接地系统连接。利用电涌保护器的非线性特性限制瞬时过电压和分流过电流形成准等电位连接，达到保护电气、电子系统的目的。
2．2选择电涌保护器应考虑因素
1）电气和电子系统除天线和传感器工作在雷电防护区0e(LPZOB)，其主要设备应置高等级的雷电防区，例如：LPZl、LPZ2区，所以主要考虑对雷击电磁脉冲的防护，也就是说主要考虑建筑物内部防雷，这些区域的雷电流已经分流，电磁场强度已得到了衰减。
2）因电涌保护器(SPD)是安装在电源线、信号线路上，所以应考虑SPD安装的位置，SPD的组合形式，SPD的通流量、负载能力、残压和响应速度等，以便与被保护设备适配。
3）当用SPD组合时，要考虑各级之间能量配合，和SPD与被保护设备的配合，总之各级SPD要泄放的能量比SPD能承受的能量低，贴近设备的SPD的残压要低于被保护设备耐冲击电压。
4）常规的多级SPD通流量是逐级减小的，以低压供电系统为例第一级选用大通流量SPD安装在LPZOB与LPZl界面处，第二、三级选通流较小的SPD安装在相应的防雷区界面处。这样安装的条件是雷电流脉冲一定是由LPZ0．区外侵入电源线进入的，另一方面各防雷区是严格按定义存在的，这样层层设防是正确的。
实际上很多建筑物不存在定义上的LPZl区，常常在LPZl区中存在LPZOB区，甚至存在LPZOA区。例如在LPZl区开放式部分，如门、窗。另一方面，建筑物由法拉第笼组成的屏蔽体系直击雷击在建筑物上时，强大的雷电流通过法拉第笼向地泄放时，在建筑物内整个空间会产生很强的电磁场，并产生谐振，这会在建筑物内各线路中感应很强的过电压、过电流。在常规民用建筑上安装的避雷针在直击雷击中时，也会产生很强的电磁场，以上分级安装的条件起了变化，电子系统所处的电磁环境变了，所以逐级防护就不能起到保护作用。2．2．5实际应用中应选较大通流量或热备份SPD。雷击时不只是单次雷击，往往是多次雷击，所以选择SPD时应将通流量选大一些。例如一个100KA(8／201xs)SPD和一个20KA(8／20txs)SPD，用10KA(8／201xs)的电流进行冲击实验，100KASPD经3000次冲击才损坏，20KASPD经30次就损坏了。所以根据所处的雷电环境通流量应选大一些。
应选有热备份功能SPD，用在重要部位当SPD被击坏之后，备份芯片仍能起到限压分流的作用，建议重要的设备应选用热备份性能的SPD。